Name: סינתזה סימולטני של יחיד חומה פחמן ו גרפן פלזמה ארק מגנטית מוגברת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-02-02T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: חקור סינתזה סימולטנית של ננו-צינורות פחמן דופן-יחיד וגרפן באמצעות פריקת קשת אנודית עם שדה מגנטי לא אחיד. שיטה זו מאפשרת ייצור מבני פחמן בטוהר גבוה ליישומים בננוטכנולוגיה ומדע החומרים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי NSF / DOE שותפות פלזמה מדע וטכנולוגיה (NSF גרנט מס &#39;CBET-0853777 ו DOE גרנט מס&#39; DE-SC0001169), אני STTR שלב בפרויקט (NSF STTR שלב I No.1010133). המחברים מבקשים להודות תוכנית PPPL מחוץ לאתר המחקר נתמך על ידי משרד האנרגיה של Fusion למדעי לתמיכה בניסויים קשת.

1. האנודה הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקל אבקת קנה מידה (99.8%, 300 רשת) ואת אבקת איטריום (99.9%, 40 רשת) לפי הרדיו טוחנת של 4.2:1 כאבקה זרז. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את אבקת זרז עם אבקת גרפיט (99.9995%, 200 רשת) טוב מאוד. מלאו את האבקה לתוך תערובת מוט גרפיט חלול (5 מ"מ קוטר חיצוני, קוטר פנימי 2.5 מ"מ אורך 75 מ"מ) בתוקף. ודא רדיו טוחנת הכולל של C: ניקל: Y ב מוט האנודה היא 94.8:4.2:1, שהוא היחס האופטימלי לסנתז SWCNT 9. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקנת קטודה מוט (גרפיט טהור, בקוטר 13 מ"מ) ואת מוט האנודה ממולא בתוך חדר גלילי (נירוסטה, בקוטר 152 מ"מ אורך 254 מ"מ). כוון את המרחק והפער בין הקתודה לבין האנודה כ 3 מ"מ. </li></ol> 2. תשתית התקנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים מגנט קבוע קוביות סטנדרטיות (25 מ"מ × 25 מ"מ × 100 מ"מ) בתוך החדר במרחק כ 25 מ"מ מציר interelectrode. Ultra-High-Temp מאלניקו מגנט שימושבניסוי יש משקל של 650 גרם. השתמש בתצורת כאשר הפער interelectrode ממוקם במרחק של כ - H = 75 מ"מ (איור 1 א) מהחלק התחתון של מגנט קבוע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את 0.3 מ"מ עובי מוליבדן המאזן (99.95%) כמו 25 מ"מ × 100 מ"מ צורה מלבנית. הסר את זיהום פני השטח על ידי dismembrator קולי אצטון ואתנול למשך 30 דקות עם אמפליטודה 50% sonicating, 150 כוח w פלט תדר 40 kHz. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן גיליון מוליבדן הצמדת צד אחד של מגנט קבוע, ולהפוך את הצד הזה לעבר האלקטרודות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת השדה המגנטי בפער interelectrode ידי Gaussmeter. שמור את השדה המגנטי הממוצע בין האלקטרודות הוא בערך 0.06 T. </li></ol> 3. הצתה של קשת פלסמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משאבה את תא גלילי ללחץ פחות מ -10 -1 ואקום Torr, מילאתי ​​אותה עם הליום (99.995%) עד 500 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חיבור אלקטרודות קשת ל DC welding אספקת החשמל להקים את אספקת החשמל על קשת הנוכחי של א 'על 75 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את הערכים בזמן אמת של קשת הנוכחי מתח קשת, והלחץ בחדר ניתוח שלאחר הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הווידאו של הקשתית מן viewports ימין הקדמי על ידי שתי מצלמות דיגיטליות בו זמנית. צילומים לאחר 1 השני של קשת החל מוצגים באיור 1b (מתוך viewport מימין) איור 1d (מהחזית viewport). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את קשת למשך 15 שניות. תירגע קאמרית על ידי הסעה טבעית לפחות 20 דקות. </li></ol> 4. פוסט סינתזה ניתוח ואפיון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש פינצטה לקרוע את פתית בתצהיר מפני השטח של גיליון מוליבדן היכן הסילון קשת פלזמות נוהלה. מדגם נוסף נאסף הצווארון השחור של הקתודה. שים את המורפולוגיה של שני הצדדים של פתית בתצהיר תחת SEM (מתח האצה של 30 KV היה בשימוש). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגבי הכנת המדגם עבור TEM ניתוח, סרטים דקים של המדגם התקבלו על ידי ירידה הליהוק השעיה של פתרון מתנול התפזרו SWCNT לאחר sonicating במשך 60 דקות באמצעות dismembrator קולי עם 50% sonicating משרעת. שים את המורפולוגיה של הסרט דק תחת TEM JEOL עם מתח של 100 KV לאחר volatilization פתרון מתנול. לתפקיד עניין המדגם, דפוס עקיפה אלקטרונים ניתן להשיג עם אורך המצלמה CCD של 50 ס"מ הקשורים TEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספקטרוסקופיית ראמאן בוצעה על מערכת מיקרו ראמאן המבוסס על 200 mW Lexel 3000 Ar יון לייזר (קו מתכונן פלט יחיד), עם אופטיקה הולוגרפית, ספקטרומטר 0.5 מ 'ו חנקן נוזלי מקורר גלאי CCD: גל 514 ננומטר אשר תואמת את אנרגיה של 2.33 eV. במדידות ראמאן מכוסה בטווח של 100 ס"מ -1 ס"מ -1 עד 3100, ו - בוצעו על פני השטח של פתיתי גראפן. </li></ol> 5. נציג תוצאות "&gt; תמונות וידאו שהושגו בעת ובעונה אחת מן viewports ימין מול האולם מוצגים באיור 1b, ד עבור h = 75 מ"מ. תמונות אלו ממחישות ההפרעות משמעותי של הטור קשת פלזמה בנוכחות של שדה מגנטי חיצוני בהשוואה עמודה קשת סימטרי axially צפו במקרה ללא שדה מגנטי 10. איור 2a ו-2b להציג את המורפולוגיה האופיינית של חלקיקים SWCNT ו זרז שנאספו על הצווארון של קטודה ללא השדה המגנטי עם השדה המגנטי של B = 0.06 Tesla תחת TEM, בהתאמה. ניתן לראות כי SWCNT עם השדה המגנטי קרובים, ארוזים בתוך חבילות עם בקטרים ​​הנעים 2-20 ננומטר בשל האינטראקציה ואן דר ואלס בין SWCNT בודדים. לשם השוואה, SWCNT ללא שדה מגנטי יש קוטר גדול יותר צרורות בודדים בקוטר גדול יותר, אשר עולה בקנה אחד עם ניתוח של ספקטרום ראמאן. כמו כן, השדה המגנטי can לגרום SWCNT עם טוהר גבוה מוצג איור 2a ו 2b. ההשפעה המעניינת ביותר של השדה המגנטי הוא פתיתי גראפן ניתן להשיג את פני השטח של פתיתי בתצהיר המקורב גיליון מוליבדן באותו תהליך. איור 2c ו 2d להראות SEM ו TEM תמונות של פתיתי גראפן, כמו גם כמה- שכבת גרפן מתקבלים ממדגם שנלקח במיקום תאמו מטוסי קשת פלזמות. החיבור הזה של איור 2 מראה את דפוס התאבכות אלקטרונים הקשורים גראפן. דפוס נקודות משושה של התאבכות אלקטרונים מציג את עדות מסודרת מבנים גבישיים. ספקטרום ראמאן הוא כלי רב עוצמה עבור אפיון של גראפן פתיתי SWCNT. פסגות טיפוסי שנצפתה גרפן הם פסגות G ו-2D ב ~ 1600 ס"מ ו -1 ~ 2700 -1 ס"מ בהתאמה, באמצעות עירור באורך גל של 514 ננומטר. Gהשיא נובע בתוך תנודות המטוס שבו ניתן לצפות בכל חומרי פחמן SP2. השיא 2D הוא הסדר השני של הפסגה D אבל הוא ראה גם במערכות שאינן מסודרות, עקב צו fourth פונון המומנטום בתהליך חילופי תהודה כפולה. זה ממלא תפקיד מכריע באפיון של גראפן. עוצמת אני (2D) / אני (G) הוא כ 4 עבור גרפן monolayer וירידות עם תוספת של שכבות עוקבות, ובכך ניתן לאמוד את עובי שכבות גראפן. 11 תרשים 3 מראה כי הערך של אני (2D) / אני (G) הוא בסביבות 1, אשר ניתן הראיות של גראפן כמה שכבות. מצב הנשימה רדיאלי (RBM) בין 120 לבין 350 ס"מ -1 בספקטרום ראמאן יכול לשמש כדי לזהות את קוטר Nanotube באמצעות תדר הרטט קוהרנטית של אטומי C בכיוון רדיאלי. הקשר בין הניסוי לבין תדירות בקוטר SWCNT RBM הוא ω = A / D t + B, שם הפרמטרים of A ו-B שווה ל 234 ו 10 ס"מ -1, בהתאמה, עבור SWCNT הטיפוסי נוצר צרורות. מתוך איור 3, את התדרים של RBM SWCNT בלי ועם שדה מגנטי הם 163.8 ו 215.2 ס"מ -1, המתאימים קוטר ממוצע SWCNT בודדים של 1.52 ו 1.14 ננומטר, בהתאמה. <img alt="איור 1." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig1.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="איור 1."> באיור 1. התפלגות השדה המגנטי מדומה על ידי תוכנה FEMM 4.2 (א), תצלום של סילון קשת פלזמות מן הזכות viewport (ב), תרשים סכמטי של עמדת אלקטרודות שדה מגנטי בכיוון הפער למקרה כאשר הפער interelectrode ממוקם כ - 75 מ"מ מעל החלק התחתון של מגנט קבוע (ג), ואת תמונתו של מטוס קשת פלזמות מן viewport הקדמי (ד). <img alt="איור 2." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig2.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="איור 2."> באיור 2. הדימוי נציג TEM של כ-מסונתזצרורות SWCNT ללא שדה מגנטי (א) ו צרורות SWCNT עם השדה המגנטי (ב), SEM תמונה אופיינית של פתיתי גראפן מסונתז עם השדה המגנטי (ג), ואת התמונה של גראפן TEM עם השדה המגנטי. הבלעה היא האזור שנבחר אלקטרון עקיפה דפוס מראה את המבנה הגבישי של גראפן. <img alt="איור 3." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig3.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="איור 3."> באיור 3. ספקטרום ראמאן של דגימות עם השדה המגנטי בטווח של 100-3100 -1 ס"מ. הבלעה: ספקטרום ראמאן של דגימות ללא השדה המגנטי סביב תדרים RBM. <img alt="איור 4." src="/files/ftp_upload/3455/3455fig4.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="איור 4."> איור 4. הצמיחה Nanostructure האזור וצפיפות מספר פחמן ניקל עבור קשת הערה 60 א כי צפיפות של פחמן ניקל המוצג בצד שמאל וימין של האלקטרודות, להתקיים באותו אזור.

<ol><li>Dai, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+transport+properties+and+field+effect+transistors+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano%22%5BJournal%5D)">Electrical transport properties and field effect transistors of carbon nanotubes.</a> Nano. 1, 1-13 (2006).</li>
<li>Lai, K. W. C., Xi, N., Fung, C. K. M., Chen, H. Z., Tarn, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+the+band+gap+of+carbon+nanotube+for+infrared+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Engineering the band gap of carbon nanotube for infrared sensors.</a> Applied Physics Letters. 95, 221107-221107 (2009).</li>
<li>Gabor, N. M., Zhong, Z. H., Bosnick, K., Park, J., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extremely+Efficient+Multiple+Electron-Hole+Pair+Generation+in+Carbon+Nanotube+Photodiodes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Extremely Efficient Multiple Electron-Hole Pair Generation in Carbon Nanotube Photodiodes.</a> Science. 325, 1367-1371 (2009).</li>
<li>Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+storage+in+single-walled+carbon+nanotubes+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes at room temperature.</a> Science. 286, 1127-1129 (1999).</li>
<li>Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic-field-enhanced+synthesis+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+arc+discharge%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Magnetic-field-enhanced synthesis of single-wall carbon nanotubes in arc discharge.</a> Journal of Applied Physics. 103, 094318-094318 (2008).</li>
<li>Li, J., Volotskova, O., Shashurin, A., Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+Diameter+Distribution+of+Catalyst+Nanoparticles+in+Arc+Discharge%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Controlling Diameter Distribution of Catalyst Nanoparticles in Arc Discharge.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 11, 10047-10052 (2011).</li>
<li>Volotskova, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailored+Distribution+of+Single-Wall+Carbon+Nanotubes+from+Arc+Plasma+Synthesis+Using+Magnetic+Fields%5BTitle%5D)+AND+%22Acs.+Nano%22%5BJournal%5D)">Tailored Distribution of Single-Wall Carbon Nanotubes from Arc Plasma Synthesis Using Magnetic Fields.</a> Acs. Nano. 4, 5187-5192 (2010).</li>
<li>Volotskova, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-step+synthesis+and+magnetic+separation+of+graphene+and+carbon+nanotubes+in+arc+discharge+plasmas%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Single-step synthesis and magnetic separation of graphene and carbon nanotubes in arc discharge plasmas.</a> Nanoscale. 2, 2281-2285 (2010).</li>
<li>Farhat, S., Scott, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+the+arc+process+modeling+for+fullerene+and+nanotube+production%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Review of the arc process modeling for fullerene and nanotube production.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 6, 1189-1210 (2006).</li>
<li>Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+the+length+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+a+magnetically+enhanced+arc+discharge%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Increasing the length of single-wall carbon nanotubes in a magnetically enhanced arc discharge.</a> Applied Physics Letters. 92, 043129-043129 (2008).</li>
<li>Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+spectrum+of+graphene+and+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Raman spectrum of graphene and graphene layers.</a> Physical Review Letters. 97, 187401-187401 (2006).</li>
</ol>

אין לנו שום דבר לגלות.

ב תמונות וידאו שמוצג באיור 1b ו 1d, למקרה כי הפער interelectrode הוצב במרחק של כ 75 מ&quot;מ h = מהחלק התחתון של מגנט קבוע, ראוי לציין כי שינוי של מיקום המגנט (בדקנו משמרת מגנט לאורך ציר Z-ולהפוך את המגנט מעל) תוצאות סטייה של זרימת קשת סילון בכיוון-x מקביל לכיוון של J × B כוח באיור 1 ג. היא נצפתה גם את הגיאומטריה של טור פלזמה קשת לא השתנה על ידי הסרת זרז ניקל מן האנודה. משמעות הדבר היא כי השפעת השדה המגנטי על תנועה זרז חלקיקי ניקל...

טבלה של חומרים כימיים ספציפיים ציוד: <table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><th> שם מגיב </th><th> חברה </th><th> מספר קטלוגי </th><th> הערות (אופציונלי) </th></tr><tr><td> מתנול </td><td> Acros אורגניקס </td><td> 423950010 </td><td></td></tr><tr><td> אבקת ניקל </td><td> אלפא Aesar </td><td> 10581 </td><td></td></tr><tr><td> איטריום אבקת </td><td> Acros אורגניקס </td><td> 318060050 </td><td></td></tr><tr><td> אבקת גרפיט </td><td> אלפא Aesar </td><td> 40799 </td><td></td></tr><tr><td> מוט חלול גרפיט </td><td> שבתאי תעשיות </td><td> POCO EDM 3 </td><td></td></tr><tr><td> מגנט קבוע </td><td> מקמאסטר-קאר </td><td> 57315K51 </td><td></td></tr><tr><td> גיליון מוליבדן </td><td> Dingqi Sci. ו טק. </td><td> 080504-11 </td><td></td&gt; </tr><tr><td> Ultrasonic dismembrator </td><td> פישר סיינטיפיק </td><td> דגם 150T </td><td></td></tr><tr><td> אפקט הול gaussmeter </td><td> AI </td><td> דגם 100 </td><td></td></tr><tr><td> כוח ריתוך אספקה </td><td> מילר החשמל </td><td> גולד סטאר 600SS </td><td></td></tr><tr><td> משאבת ואקום </td><td> J / B </td><td> DV-85N </td><td></td></tr><tr><td> SEM </td><td> Zeiss </td><td> ליאו 1430VP </td><td></td></tr><tr><td> TEM </td><td> JEOL </td><td> 1200 EX </td><td></td></tr><tr><td> ראמאן </td><td> HORIBA </td><td> HR800 </td><td></td></tr></tbody></table>

סינתזה סימולטני של יחיד חומה פחמן ו גרפן פלזמה ארק מגנטית מוגברת

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

ננו פחמן כגון יחיד חומה פחמן (SWCNT) ו גרפן למשוך מבול של עניין של חוקרים בשל כיום ליישום מבטיח מאוד שלהם חיישנים מולקולריים, טרנזיסטור אפקט שדה סופר מכשירים אלקטרוניים דק וגמיש 1-4. פריקה קשת anodic נתמך על ידי שחיקה של החומר האנודה היא אחת השיטות הכי פרקטי ויעיל, אשר יכול לספק ספציפיים שאינם שיווי משקל תהליכי זרימה גבוהה של החומר פחמן למבנים פיתוח בטמפרטורה גבוהה יחסית, ולכן כפי- המוצרים מסונתז יש פגמים מבניים כמה crystallinity טוב יותר. כדי לשפר את controllability והגמישות של סינתזה של ננו פחמן הפרשות קשת, שדות מגנטיים יכול להיות מיושם במהלך תהליך הסינתזה על פי התגובות מגנטי חזק של פלזמות קשת. זה היה הוכיחו כי מגנטית מוגברת קשת discharge יכולים להגדיל את האורך הממוצע של SWCNT 5, לצמצם את חלוקת הקוטר של חלקיקי הזרז מתכתי פחמן 6, ולשנות את היחס בין מתכתי פחמן 7 מוליכים למחצה, כמו גם להוביל סינתזה גרפן 8. יתר על כן, כדאי להעיר שכאשר אנחנו מציגים שדה מגנטי לא אחידה עם רכיב נורמלי הנוכחית קשת, כוח לורנץ לאורך J × בכיוון B יכול לייצר את מטוס פלזמות ולעשות משלוח יעיל של חלקיקי יון פחמן חום שטף דגימות. כתוצאה מכך, בקנה מידה גדול פתיתי גראפן צינורות פחמן הטוהר גבוהה אחת חומה נוצרו בו זמנית על ידי שיטה כזו מגנטית מוגברת חדש קשת anodic. ארק הדמיה, מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) ו ספקטרוסקופיית ראמאן הועסקו לנתח את האפיון של ננו פחמן. ממצאים אלה מצביעים עלקשת רחבה של אפשרויות לתמרן עם התכונות של ננו המיוצר פלזמות באמצעות שליטה על התנאים קשת.

פריקה קשת anodic היא אחת השיטות הכי פרקטי ויעיל לסנתז ננו פחמן שונים. כדי להגדיל את controllability קשת וגמישות, שדה מגנטי לא אחידה הוצג תהליך הסינתזה צעד אחד בקנה מידה גדול פתיתי גראפן צינורות פחמן הטוהר גבוהה אחת חומה.

ננו-מבני פחמן, כגון ננו-צינורות פחמן דופניים (SWCNT) וגרפן, עוררים כיום עניין רב בקרב חוקרים בשל ה...

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לסנתז ננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת וגרפן באמצעות קשת חשמלית. מטרה זו מושגת על ידי הכנה ראשונית של שתי אלקטרודות קשת, אנודה וקתודה. האנודה מוכנה ומיוצרת עם יחס ספציפי של פחמן, ניקל ואטריום של 94.8 ל-4.2 ל-1, והקתודה היא מוט פחמן טהור.לאחר מכן, נעשה שימוש בסימולציות מספריות המציגות את התפלגות השדה המגנטי וחלקיקי המינים כדי לספק מידע מפורט על מיקום הסינתזה. לאחר מכן, המגנט ולוח המוליבדן, המשמש כמצע, מותקנים בהתאם לתוצאות הסימולציה, ופריקת הקשת בין האלקטרודות מופעלת. סילון פלסמה נוצר והוא מרסב ננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת וגרפן על פני השטח של לוח המוליבדן.בסופו של דבר, הליך זה מראה ננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת וגרפן בטוהר גבוה, על בסיס מיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת ומיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת, תבניות עקיפה של אלקטרונים וספקטרומי רמנ. הדגמה חזותית של תהליך זה היא קריטית כיוון שמדובר בתהליך מורכב ביותר הכולל שלבים רבים, ובמיוחד במקרה שבו נעשה שימוש בשדה מגנטי לא אחיד; בכל הנוגע לתהליך סינתזה מבוסס פלזמה, יש לו יתרונות רבים בהשוואה לתהליך מבוסס כימיקלים. בפרט, הוא אינו דורש מערכת פליטה כימית, ולכן הוא בעל אופי ירוק, ובנוסף, הוא בעל פוטנציאל עצום לפיתוח בקנה מידה רחב.היתרון המרכזי של טכניקה זו, בהשוואה לשיטות קיימות כגון משקעי כימיים, הוא היכולת לסנתז ננו-צינור בודד וסנפיר בעובי של מספר שכבות בחתימה אחת פשוטה של פריקה חשמלית (arc discharge). ניסוי זה מדגים באופן בסיסי את המתודולוגיה של בקרה על פריקה חשמלית באמצעות שדות מגנטיים חיצוניים, שניתן להשתמש בה כדי לסנתז סוגים שונים של ננו-מבנים, כגון ננו-צינורות או גרפן. תכנון הטכניקה מבוסס על כוחות גדולים בקשתות המחוזקות מגנטית.כמו כן, סימולציה מספרית של התפלגות השדה המגנטי והמינים חיונית להבנת הצמיחה של הננו-חלקיקים. כדי להכין אנודות, שלבו אבקת ניקל ואבקת atrium ביחס מולרי של 4.2 ל-1 כסבב זרח; ערבבו היטב את אבקת הזרח עם אבקת גרפיט כדי להגיע ליחס של 94.8 ל-4.2 ל-1 של פחמן, ניקל ו-atrium, שהוא היחס האופטימלי לסנתזה של ננו-צינוריות פחמן בעלות דופן אחת. מלאו בצפיפות את האבקה המעורבבת לתוך מוט גרפיט חלול. התקינו מוט קתודה ואת מוט האנודה הממולא בתוך התא הגלילי.כוון את מרחק הרווח בין הקתודה לאנודה לכ-3 מילימטרים. להגדרת התשת, מקם מגנט קבוע OID בתוך התא, במרחק של כ-25 מילימטרים מציר האלקטרודות. בתצורה זו, רווח הבין-אלקטרודי מוגדר במרחק של כ-75 מילימטרים מבסיס המגנט הקבוע.חתוך דף מדיום בעובי 0.3 millimeter למלבן של 25 millimeter על 100 millimeter באמצעות מכשיר פירוק אולטרסוני עם אצטון ואתנול. הסר זיהומי שטח במשך 30 דקות ב-50% sonic amplitude, הספק פלט של 150 watt ותדר של 40 kilohertz. הצמד את דף ה-MA liptum לצד אחד של המגנט הקבוע והפנה צד זה לעבר האלקטרודות.באמצעות מד גאוס, מדדו את השדה המגנטי במרווח שבין האלקטרודות. שמרו על שדה מגנטי ממוצע בין האלקטרודות של כ-0.06 Tesla, כדי להצית את פלזמת הקשת.בצע שאיבה של התא הגלילי עד ללחץ של פחות מ-0.1 Torr של ואקום, ולאחר מכן מלא אותו בהליום עד ל-500 Torr. חבר את אלקטרודות הקשת לספק כוח DC לריתוך והגדר את ספק הכוח לזרם קשת של כ-75 amps. רשום את הערכים בזמן אמת של זרם הקשת, מתח הקשת ולחץ התא לצורך ניתוח לאחר הניסוי.התחילו את צילום הווידאו של ההתמגורת (arcing) מנקודת התצפית הימנית והקדמית בו-זמנית באמצעות שתי מצלמות דיגיטליות. הפעילו את הקשת למשך 15 שניות. קררו את התא באמצעות הסעה טבעית למשך לפחות 20 דקות.עם השלמת הסינתזה, השתמשו בפינצטה כדי לקלף את פתית השקיעה מפני השטח של דף ה-Meum שאליו הופנה סילון פלזמת הקשת. אספו דגימה נוספת מהטבעת השחורה של הקתודה. בחנו את המורפולוגיה של שני צדדיו של פתית השקיעה תחת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) במתח האצה של 30 kilovolts.להכנת דגימות עבור מיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת (TEM), יש לבצע סוניקציה למסלול של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת המפוזרים במתנול למשך 60 דקות. השתמש במכשיר אולטרסוני בעל אמפליטודד פגיעה סונית של 50%, ולאחר מכן בצע יציקת טיפות (drop casting) של התוחלת. לאחר התנדפות תמיסת המתנול, בחן את מורפולוגיית הסרט באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני חודר במתח של 100 kilovolts בנקודת העניין בדגימה. ניתן לקבל תבנית עקיפה אלקטרונית באמצעות מצלמת CCD באורך של 50 centimeters. בחן את תמונות ה-TEM של המבנים המסונתזים.בחן את תבנית עקיפת האלקטרונים של הדגימה המוצגת. להלן תצלומי וידאו שהתקבלו בו-זמנית מפתחי התצפית הימני והקדמי של התא עבור גובה מרווח בין אלקטרודות של 75 millimeters. תמונות אלו מדגימות הפרעה משמעותית של עמוד פלזמת הקשת בנוכחות שדה מגנטי חיצוני.תמונות אלו מציגות את המורפולוגיה הטיפית של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת וחלקיקי זרז שנאספו על פני השטח של הקתודה ללא שדה מגנטי ועם שדה מגנטי של B equals 0.06 Tesla תחת TEM, בהתאמה. ננו-צינורות שנאספו ללא שדה מגנטי יוצרים צרורות בעלי קוטר גדול יותר וקטרים אינדיבידואליים גדולים יותר, דבר העולה בקנה אחד עם ניתוח ספקטרום ה-Raman.השדה המגנטי הוביל גם לאיסוף נקי יותר של ננו-צינוריות בהשוואה למצב ללא השדה המגנטי. כאן מוצג ספקטרום Raman של דגימות בטווח של 100 עד 3,100 cm⁻¹ שהתקבל עם שדה מגנטי. התמונה המוכנסת היא עבור דגימות ללא שדה מגנטי סביב תדרי מצב הנשימה הרדיאלי (radial breathing mode).היחס בין עוצמת שיא ה-2D לעוצמת שיא ה-G משמש להערכת העובי של שכבות הגרפן. ספקטרום זה מפיק ערך עוצמה של בערך 1, המעיד על כך שמספר שכבות הגרפן הוא כ-2. אנימציה זו מציגה את אזור צמיחת הננו-מבנה ואת צפיפות המספר של פחמן, ניקל ואטריום עבור זרם קשת של 60 amps.שימו לב כי הצמיפויות של פחמן, ניקל ואטריום המוצגות במישורי הימין, השמאל והמישור האנכי, חופפות לאותו אזור לאחר הפיתוח. טכניקה זו תסלול את הדרך עבור חוקרים לעבוד על סינתזה בשליטה מגנטית הן של ננו-צינורות בעלי דופן אחת והן של גרפן, כאשר ניתן לשלוט בתכונות הננו-צינורות בעלי הדופן האחת, כגון אורך וקוטר. ובכל הנוגע לגרפן, ניתן לשלוט במספר השכבות.היתרון העיקרי של טכניקה זו ביחס לסנתזה מבוססת כימיקלים הוא שאינה דורשת מערכת פליטה כימית, ולכן היא בעלת אופי ירוק. לאחר רכישת מיומנות, ניתן לבצע זאת ב-30 דקות אם הפעולה מבוצעת כהלכה. חשוב לציין כי כיוון סילון הפלזמה לעבר התשתית הוא קריטי לכל תהליך הסנתזה.סבב הפלזמה הראשון מספק מיני פחמן למצע, הדרושים לסנתז של המוצר, וסבב הפלזמה השני מספק שטף חום למצע, היוצר תנאי טמפרטורה נוחים לסנתזה של גרפן. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות נוספות, כגון הזזת המצע, כדי לענות על שאלות נוספות כמו השליטה בעובי השכבה.

simultaneous-synthesis-single-walled-carbon-nanotubes-graphene

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנו מציגים שיטות ייצור של microstructures בדוגמת של צינורות פחמן מיושר אנכית (CNTs), והשימוש בהם כמו תבניות בסיס לייצור microstructures פולימר במרקם מאורגן פני הננומטרי. ביערות ה-CNT הם densified על ידי עיבוי של ממס על מצע, אשר מגביר באופן משמעותי את צפיפות האריזה שלהם ומאפשר עצמית מכוונת היווצרות של צורות 3D.

ייצור, Densification, העתק דפוס של Microstructures Nanotube 3D פחמן

מאמר זה מתאר שיטה פשוטה לפברק מערכי פחמן מיושר אנכי על ידי CVD ולאחר מכן מנגינת נכסי הרטבתם על ידי חשיפתם לואקום חישול או טיפול חמצון יבש.

חמצון ואבק יבש חישול טיפולים לכוונון מאפייני ההרטבה של מערכי פחמן

מוצג פרוטוקול לביצוע ניסויי גל תרמו-כוח. מתוארת סינתזה של חומרים מרוכבים היברידיים של דלק כימי וחומר מיקרו/ננו-מבנה, ייצור מחולל גלים תרמו-כוח ושיטות למדידת התופעות הפיזיקליות המתאימות.

הכנה והערכה של חומרים מרוכבים היברידיים כימי דלק ורב חומת פחמן בחקר גלי Thermopower

שיטה לגידול של ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית בטמפרטורה נמוכה, וייצור לאחר מכן של מבני בדיקה חשמליים אנכיים באמצעות ייצור מוליכים למחצה.

המצאה של טמפרטורה נמוכה חיבורים אנכיים-צינורות פחמן תואם עם סמיקונדקטור טכנולוגיה

מוצגת שיטה לפונקציונליזציה של ננו-צינורות פחמן עם שכבות אנקפסולציה פולימריות הניתנות לכוונון מבנה ואפיון מבני באמצעות פיזור נויטרונים בזווית קטנה.

Functionalization של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות עם קופולימרים לחסום Thermo-הפיך אפיון על ידי פיזור קטן זווית ניוטרון

מיקרוסקופ אלקטרונים סורק בלחץ נמוך בסביבת אדי מים משמש לעיבוד תכונות בקנה מידה ננומטרי למיקרו ביערות ננו-צינורות פחמן.

כרסום Precision של יערות Nanotube הפחמן באמצעות סריקה בלחץ נמוך למיקרוסקופיה אלקטרונית

הליך עבור הסינתזה של multiwalled הושתל פוליסטירן פחמן באמצעות שינוי כימי רצופים שלבים באופן סלקטיבי להציג רשתות פולימריות בקירות הצדדיים שלהם הרכבה עצמית באמצעות patchiness אנאיזוטרופי הוא הציג.

הרכבה Multiwalled פחמן עם פוליסטירן כדי לאפשר הרכבה עצמית, Patchiness אנאיזוטרופי

כאן אנו מציגים פרוטוקול להרכבת C60/graphene היברידית nanostructures על ידי אידוי תרמי הפיזי. במיוחד, מניפולציה נאותה של התצהיר ותנאים מחזק לאפשר השליטה היצירה של 1D ו- C 1D הקבועה60 מבנים על גראפן גלי.

הכנה ואפיון של C60/Graphene היברידית Nanostructures

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לבדוק ולמטב את מערכות הנעה חלל בהתבסס על המדחפים אולם מסוג ולמחקר.

אופטימיזציה, בדיקה ואבחון של הול ולמחקר מדחפים

שילוב של תמיסה וסינתזה בסיוע פני השטח פותח כיוונים חדשים בסינתזה המדויקת מבחינה אטומית של ננו-מבנים. מיקרוסקופ מנהור סורק (STM) בתוספת מיקרוסקופ כוח אטומי ללא מגע (nc-AFM) מאפשר אפיון מפורט של ננו-עצמים מבוססי פחמן שתוכננו ונוצרו לאחרונה.

הדמיה מיקרוסקופית של ננוגרפים נקבוביים מסונתזים באמצעות שילוב של תמיסה וכימיה על פני השטח

כאן אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של ננו-חלקיקי Co הנתמכים בננו-צינוריות פחמן עם דופנטים Co ו-N לייצור מימן.

סינתזה של ננו-חלקיקי מתכת הנתמכים על ננו-צינוריות פחמן עם אטומי Co ו-N מסוממים ויישומיה הקטליטיים בייצור מימן

חקור סינתזה סימולטנית של ננו-צינורות פחמן דופן-יחיד וגרפן באמצעות פריקת קשת אנודית עם שדה מגנטי לא אחיד. שיטה זו מאפשרת ייצור מבני פחמן בטוהר גבוה ליישומים בננוטכנולוגיה ומדע החומרים.

סינתזה סימולטני של יחיד חומה פחמן ו גרפן פלזמה ארק מגנטית מוגברת

גלה סרטונים נוספים