Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) - це алотропи вуглецю, які мають циліндричну сотоподібну форму з нанодіаметром.

Механічна міцність, еластичність, легкість, електро- та теплопровідність, а також багато інших властивостей ВНТ роблять його найбільш перспективним матеріалом.

Багато галузей промисловості, включаючи електроніку, медицину, накопичувачі енергії, сенсори та багато інших, використовують ВНТ у великій кількості. Зростаючий попит постійно тисне на збільшення масштабів виробництва ВНТ.

Таке масштабне виробництво ВНТ стало головною проблемою, яка перешкоджає їх застосуванню. 

Вирішення проблеми:

Зазвичай вчені віддають перевагу вирощуванню лісів з ВНТ, а не вирощуванню окремих рослин. Ліси ВНТ - це вертикально вирівняні масиви ВНТ, які самозбираються.

Зазвичай це здійснюється за допомогою процесу хімічного осадження з газової фази в присутності фіксованого каталізатора на підкладці, яку потім відокремлюють від лісу ВНТ, щоб отримати матеріал високої чистоти.

Хоча цей процес має безліч переваг, єдиною серйозною проблемою є його тривалість.

До цього часу дослідникам вдавалося вирощувати ліс ВНТ до 2 см за допомогою каталізаторів, таких як залізо (Fe) на підкладці з оксиду алюмінію (Al2O3) (довжина ВНТ відіграє життєво важливу роль, коли мова йде про їх властивості, тому необхідно враховувати цей аспект).

Це впливає на його промислову цінність, обмежуючи пропозицію і збільшуючи вартість матеріалу. 

Відбулося революційне відкриття, яке повністю змінило правила гри.

Нещодавно команда вчених з Японії зафіксувала довжину лісу ВНТ до 14 см за допомогою нового підходу. Їхнє дослідження нещодавно було опубліковане в журналі Carbon. 

Хісаші Сугіме (Hisashi Sugime), доцент Університету Васеда, та його команда з'ясували, що ВНТ перестали рости через поступову структурну зміну каталізатора (Fe-Al2Ox), який використовувався раніше.

В основному, щільність ВНТ, яка залежить від кількості активних каталізаторів, є недостатньою для підтримки самопідтримуваної структури, ріст лісу припиняється.

Тому каталізатор, що використовується, повинен залишатися структурно і хімічно стабільним. 

Їхній підхід полягав у тому, щоб змінити техніку для придушення цієї нестабільності.

Вони досягли цього, додавши шар гадолінію (Gd) до попереднього каталізатора, покритого кремнієвою підкладкою n-типу.

Гадолінієвий шар допоміг запобігти руйнуванню каталізатора і, в свою чергу, дозволив лісу ВНТ вирости на 5 см.

Далі, щоб досягти потрібної довжини, вони тримали каталізатор у камері, яка називається камерою хімічного осадження з газової фази в холодному середовищі (CVD).

Каталізатор попередньо обробляли, підтримуючи температуру до 750°C і забезпечуючи невеликі концентрації парів Fe і Al при кімнатній температурі.

Це допомогло зберегти структуру каталізатора до 26 годин, що, в свою чергу, сприяло зростанню лісу ВНТ.

Після ретельного аналізу вони змогли успішно зафіксувати довжину лісу ВНТ на 14 см. 

Ці досягнення відкрили нові горизонти для галузей, що розвиваються. Цей значний прогрес розширив аспекти застосування ВНТ.

Це може змінити підхід до нанотехнологій та нанонауки для майбутніх досліджень. 

Ознайомитися з повним текстом наукової статті можна за посиланням нижче. 

Посилання

Хісаші Сугіме, Тошіхіро Сато, Рей Накагава, Тацухіро Хаяші, Йоку Іноуе, Сугуру Нода. Наддовгий ліс вуглецевих нанотрубок за допомогою добавок in situ джерел парів заліза та алюмінію. Вуглець, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Якщо ви дослідник у галузі нанотехнологій, ми можемо допомогти вам створити інфографіку на відповідну тематику в Mind the graph.

Схожі статті
logo-subscribe

Підпишіться на нашу розсилку

Ексклюзивний високоякісний контент про ефективну візуальну
комунікація в науці.

- Ексклюзивний путівник
- Поради щодо дизайну
- Наукові новини та тенденції
- Підручники та шаблони