Name: Procesy utleniania na sucho i wyżarzania próżniowego w celu dostrojenia właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-04-15T12:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Poznaj metodę modyfikacji właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych za pomocą utleniania UV i wyżarzania próżniowego. Technika umożliwia precyzyjne sterowanie hydrofobowością powierzchni.

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

playerTrialDesktop

Ta praca była wspierana przez Fundację Charyka i Fundację Fletchera Jonesa w ramach grantu numer 9900600. Autorzy dziękują Instytutowi Nanonauki Kavli w Kalifornijskim Instytucie Technologii za wykorzystanie instrumentów do nanowytwarzania, Centrum Badań nad Materiałami Molekularnymi Instytutu Beckmana w Kalifornijskim Instytucie Technologii za użycie goniometru XPS i kąta zwilżania oraz Wydziałowi Nauk Geologicznych i Planetarnych Kalifornijskiego Instytutu Technologii za użycie SEM.

1. Wzrost liczby nanorurek węglowych (CNT)
<ol>
	<li>Przygotuj wafel silikonowy z co najmniej jedną polerowaną stroną. Nie ma szczególnych wymagań dotyczących rozmiaru, orientacji krystalicznej, rodzaju domieszkowania, rezystywności i grubości warstwy tlenku. Zazwyczaj używamy płytki krzemowej typu n <100> domieszkowanej fosforem, o średnicy 3 cali, grubości 381 μm i rezystywności 5-10 Ωcm. Zwykle ta płytka krzemowa ma warstwę tlenku termicznego o grubości 300 nm.</li>
	<li>Jeżeli przygotowana płytka krzemowa nie posiada warstwy tlenku, należy dodać warstwę tlenku o grubości 300 nm po wypolerowanej stronie płytki. Ta warstwa tlenku może być hodowana termicznie lub osadzana przez fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD), najlepiej przy użyciu parownika wiązki elektromagnetycznej.</li>
	<li>Na wypolerowanej stronie płytki należy umieścić warstwę buforową tlenku glinu (Al2O3) o średniej grubości 10 nm. Preferowane jest osadzanie za pomocą parownika wiązki elektromagnetycznej ze średnią szybkością osadzania 0,5 A/s. Używaj granulek tlenku glinu o czystości 99,99% lub wyższej.</li>
	<li>Na wypolerowanej stronie płytki należy nanieść warstwę katalizatora żelaza (Fe) o średniej grubości 1 nm. Ponieważ jednorodność tej warstwy buforowej jest niezwykle krytyczna, preferowane jest osadzanie za pomocą parownika wiązki elektromagnetycznej ze średnią szybkością osadzania 0,3 A/s lub mniejszą. Używaj granulek żelaza o czystości 99,95% lub wyższej.</li>
	<li>Pokrój i pokrój pokrytą katalizatorem płytkę krzemową na wiele mniejszych wiórów, najlepiej na próbki o wymiarach 1x1 cm.</li>
	<li>Załaduj kilka wiórów silikonowych pokrytych katalizatorem do pieca z rurką kwarcową o średnicy 1 cala (rysunek 2).</li>
	<li>Zwiększyć temperaturę pieca do 750 °C przy stałym przepływie 400 sccm argonu (Ar) pod ciśnieniem 600 Torr.</li>
	<li>Po osiągnięciu temperatury wzrostu 750 °C należy rozpocząć proces obróbki wstępnej od przepuszczenia mieszaniny gazowego argonu o sccm 200 i wodoru o stężeniu 285 sccm (H2), utrzymując ciśnienie na stałym poziomie 600 Torr. Uruchom proces obróbki wstępnej przez 5 minut.</li>
	<li>Po zakończeniu procesu obróbki wstępnej rozpocznij proces wzrostu, przepływając mieszaninę wodoru o stężeniu 210 sccm i etylenu o stężeniu 490 sccm (C2H4), utrzymując ciśnienie na stałym poziomie 600 Torr. Utrzymuj proces wzrostu przez maksymalnie jedną godzinę, utrzymując stałą temperaturę wzrostu na poziomie 750 °C. Długość tablic CNT jest określana przez czas wzrostu. Tablice CNT o średniej długości jednego milimetra można uzyskać, hodując je przez jedną godzinę. cyfra arabska</li>
	<li>Doprowadzić temperaturę pieca z powrotem do temperatury pokojowej przy stałym przepływie argonu o stężeniu 400 sccm pod ciśnieniem 600 Torr. Rozładuj próbki, gdy temperatura pieca osiągnie temperaturę pokojową.</li>
	<li>Scharakteryzuj ogólną charakterystykę wzrostu, w tym jakość wzrostu, długość, średnicę i gęstość upakowania, za pomocą mikroskopii elektronowej.</li>
</ol>
2. Adsorpcja tlenu wywołana przez obróbkę UV/ozonem
<ol>
	<li>Umieścić kilka próbek układu CNT pod lampą rtęciową o dużej intensywności, która wytwarza promieniowanie UV o długości fali 185 nm i 254 nm. Próbki te należy umieścić w odległości 5 - 20 cm od lampy. Jako alternatywę można zastosować komercyjny środek czyszczący UV/ozonowy (rysunek 3).</li>
	<li>Wystaw te matryce na działanie promieniowania UV w powietrzu o standardowej temperaturze i ciśnieniu pokojowym. Całkowity czas ekspozycji zależy od ich właściwości fizycznych, mocy promieniowania UV oraz stopnia zwilżalności, który chce zostać osiągnięty. W przybliżeniu potrzeba około 30 minut naświetlania promieniami UV o sile 100 mW/cm2, aby całkowicie przełączyć matrycę CNT o wysokości 15 μm z superhydrofobowej na superhydrofilową.</li>
	<li>Zmierzyć statyczny kąt zwilżania matryc CNT poddanych działaniu promieniowania UV/ozonu dla wody za pomocą goniometru kąta zwilżania. Protokół wykonania tego pomiaru jest opisany w punkcie 5.</li>
	<li>Ponownie wystaw matryce CNT na kolejną rundę obróbki UV/ozonem, jeśli nie są wystarczająco hydrofilowe.</li>
	<li>Scharakteryzować chemię powierzchni układu CNT poddanego działaniu promieniowania UV/ozonu za pomocą rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów.</li>
</ol>
3. Adsorpcja tlenu wywołana plazmą tlenową
<ol>
	<li>Umieść kilka próbek układu CNT w komorze urządzenia do czyszczenia plazmy tlenowej/asher/wytrawiacza (rysunek 4). Ze względu na swój izotropowy charakter preferowany jest zdalny tlen plazmowy / asher / wytrawiacz niż bezpośredni</li>.
	<li>Ustaw natężenie przepływu tlenu na 150 sccm, a ciśnienie w komorze na 500 mTorr. Ustaw moc RF na 50 watów.</li>
	<li>Wystaw te matryce na działanie plazmy tlenowej przez kilka minut. Całkowity czas ekspozycji zależy od ich właściwości fizycznych i stopnia zwilżalności, który chce zostać osiągnięty. Należy zachować ostrożność, ponieważ plazma tlenowa jest bardzo zdolna do całkowitego utlenienia CNT do cząsteczek CO i CO2 . W przybliżeniu całkowite przełączenie matrycy CNT o wysokości jednego milimetra z superhydrofobowej na superhydrofilową powinno zająć mniej niż 30 minut.</li>
	<li>Zmierz statyczny kąt zwilżania matryc CNT poddanych plazmie tlenowej dla wody za pomocą goniometru kąta zwilżania. Protokół wykonania tego pomiaru jest opisany w punkcie 5.</li>
	<li>Ponownie wystaw matryce CNT na kolejną rundę obróbki plazmą tlenową, jeśli nie są wystarczająco hydrofilowe.</li>
	<li>Scharakteryzować chemię powierzchni układu CNT poddanego działaniu plazmy tlenowej za pomocą rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów.</li>
</ol>
4. Desorpcja tlenu wywołana przez wyżarzanie próżniowe
<ol>
	<li>Umieścić kilka próbek układu CNT w komorze pieca próżniowego (rysunek 5).</li>
	<li>Zmniejsz ciśnienie w komorze do co najmniej 2,5 Torr.</li>
	<li>Zwiększyć temperaturę komory do 250 °C lub wyższej.</li>
	<li>Wystaw te matryce na wyżarzanie próżniowe przez kilka godzin. Całkowity czas ekspozycji zależy od ich właściwości fizycznych i stopnia zwilżalności, który chce zostać osiągnięty. W przybliżeniu całkowite przełączenie układu CNT o wysokości 15 μm z superhydrofilowego na superhydrofobowy zajmuje ponad 24 godziny, a przekształcenie układu CNT o wysokości jednego milimetra z superhydrofilowego na superhydrofobowy zajmuje ponad 24 godziny.</li>
	<li>Zmierz statyczny kąt zwilżania matryc CNT wyżarzonych próżniowo dla wody za pomocą goniometru kąta zwilżania. Protokół wykonania tego pomiaru jest opisany w punkcie 5.</li>
	<li>Ponownie wystawij matryce na kolejną rundę wyżarzania próżniowego, jeśli nie są wystarczająco hydrofobowe.</li>
	<li>Scharakteryzować chemię powierzchni wyżarzonej próżniowo matrycy CNT za pomocą rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów.</li>
</ol>
5. Charakterystyka właściwości zwilżania
<ol>
	<li>Przygotuj goniometr kąta zwilżania. Napełnij zespół mikrostrzykawki wodą dejonizowaną. Ta strzykawka musi być wyposażona w prostą igłę o płaskiej końcówce o rozmiarze 22 lub mniejszą igłę. Włącz oświetlacz.</li>
	<li>Umieść próbkę matrycy CNT na stole próbek goniometru kąta zwilżania. Upewnij się, że ta próbka nie jest przechylona w jednym kierunku.</li>
	<li>Zbliżyć zespół mikroigieł do próbki i powoli dozować kroplę wody o wielkości 5 μl na górną powierzchnię matrycy CNT.</li>
	<li>Zrób zdjęcie kropli wody, gdy spocznie ona na górnej powierzchni układu CNT. Przed wykonaniem zdjęcia upewnij się, że został osiągnięty warunek równowagi.</li>
	<li>Oblicz kąt zwilżania, przetwarzając przechwycony obraz za pomocą dedykowanego oprogramowania, takiego jak DROPimage firmy ramé-hart lub LBADSA. 24</li>
</ol>

<ol><li>Sansom, E., Rinderknecht, D., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+partial+embedding+of+carbon+nanotubes+within+flexible+transparent+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Controlled partial embedding of carbon nanotubes within flexible transparent layers.</a> Nanotechnology. 19, 035302(2008).</li>
<li>Aria, A. I., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+Tuning+of+the+Wettability+of+Carbon+Nanotube+Arrays%3A+The+Effect+of+Ultraviolet%2FOzone+and+Vacuum+Pyrolysis+Treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Reversible Tuning of the Wettability of Carbon Nanotube Arrays: The Effect of Ultraviolet/Ozone and Vacuum Pyrolysis Treatments.</a> Langmuir. 27, 9005-9011 (2011).</li>
<li>Lee, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-power+lithium+batteries+from+functionalized+carbon-nanotube+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nano%22%5BJournal%5D)">High-power lithium batteries from functionalized carbon-nanotube electrodes.</a> Nat. Nano. 5, 531-537 (2010).</li>
<li>Aria, A. I., Gharib, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Dry+Oxidation+on+the+Performance+of+Carbon+Nanotube+Arrays+Electrochemical+Capacitors%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Effect of Dry Oxidation on the Performance of Carbon Nanotube Arrays Electrochemical Capacitors.</a> MRS Proceedings. 1407, (2012).</li>
<li>Bianco, A., Kostarelos, K., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+carbon+nanotubes+in+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Applications of carbon nanotubes in drug delivery.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 9, 674-679 (2005).</li>
<li>Scardino, A. J., Zhang, H., Cookson, D. J., Lamb, R. N., Nys, R. d <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+nano-roughness+in+antifouling%5BTitle%5D)+AND+%22Biofouling%3A+The+Journal+of+Bioadhesion+and+Biofilm+Research%22%5BJournal%5D)">The role of nano-roughness in antifouling.</a> Biofouling: The Journal of Bioadhesion and Biofilm Research. 25, 757-767 (2009).</li>
<li>Rothstein, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slip+on+Superhydrophobic+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Slip on Superhydrophobic Surfaces.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 42, 89-109 (2010).</li>
<li>Emsley, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Very+strong+hydrogen-bonding%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Very strong hydrogen-bonding.</a> Chemical Society Reviews. 9, 91-124 (1980).</li>
<li>Bhushan, B., Jung, Y., Koch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-+nano-+and+hierarchical+structures+for+superhydrophobicity%2C+self-cleaning+and+low+adhesion%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+-+Royal+Society.+Mathematical%2C+Physical+and+Engineering+Sciences%22%5BJournal%5D)">Micro- nano- and hierarchical structures for superhydrophobicity, self-cleaning and low adhesion.</a> Philosophical Transactions - Royal Society. Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 367, 1631-1672 (2009).</li>
<li>Krupenkin, T., Taylor, J., Schneider, T., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+rolling+ball+to+complete+wetting%3A+The+dynamic+tuning+of+liquids+on+nanostructured+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">From rolling ball to complete wetting: The dynamic tuning of liquids on nanostructured surfaces.</a> Langmuir. 20, 3824-3827 (2004).</li>
<li>Sun, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+over+the+Wettability+of+an+Aligned+Carbon+Nanotube+Film%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Control over the Wettability of an Aligned Carbon Nanotube Film.</a> Journal of the American Chemical Society. 125, 14996-14997 (2003).</li>
<li>Ebert, D., Bhushan, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent%2C+Superhydrophobic%2C+and+Wear-Resistant+Coatings+on+Glass+and+Polymer+Substrates+Using+SiO2%2C+ZnO%2C+and+ITO+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Transparent, Superhydrophobic, and Wear-Resistant Coatings on Glass and Polymer Substrates Using SiO2, ZnO, and ITO Nanoparticles.</a> Langmuir. 28, 11391-11399 (2012).</li>
<li>Feng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+Super-hydrophobicity+to+Super-hydrophilicity+Transition+of+Aligned+ZnO+Nanorod+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Reversible Super-hydrophobicity to Super-hydrophilicity Transition of Aligned ZnO Nanorod Films.</a> Journal of the American Chemical Society. 126, 62-63 (2003).</li>
<li>Xu, L., Karunakaran, R. G., Guo, J., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transparent%2C+Superhydrophobic+Surfaces+from+One-Step+Spin+Coating+of+Hydrophobic+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Mater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Transparent, Superhydrophobic Surfaces from One-Step Spin Coating of Hydrophobic Nanoparticles.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 1118(2012).</li>
<li>Lau, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superhydrophobic+carbon+nanotube+forests%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Superhydrophobic carbon nanotube forests.</a> Nano Letters. 3, 1701-1705 (2003).</li>
<li>Hong, Y., Uhm, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superhydrophobicity+of+a+material+made+from+multiwalled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Superhydrophobicity of a material made from multiwalled carbon nanotubes.</a> Applied Physics Letters. 88, 244101(2006).</li>
<li>Lee, C. H., Johnson, N., Drelich, J., Yap, Y. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+performance+of+superhydrophobic+and+superoleophilic+carbon+nanotube+meshes+in+water-oil+filtration%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">The performance of superhydrophobic and superoleophilic carbon nanotube meshes in water-oil filtration.</a> Carbon. 49, 669-676 (2011).</li>
<li>Hummers, W. S., Offeman, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Graphitic+Oxide%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Preparation of Graphitic Oxide.</a> Journal of the American Chemical Society. 80, 1339(1958).</li>
<li>Park, S., Ruoff, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+methods+for+the+production+of+graphenes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Chemical methods for the production of graphenes.</a> Nature Nanotechnology. 4, 217-224 (2009).</li>
<li>Peng, Y., Liu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Oxidation+by+Hydrogen+Peroxide+on+the+Structures+of+Multiwalled+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Effects of Oxidation by Hydrogen Peroxide on the Structures of Multiwalled Carbon Nanotubes.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 45, 6483-6488 (2006).</li>
<li>Huang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+superhydrophobic+surface+via+carbon+nanotubes+coated+with+a+ZnO+thin+film%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry.+B%22%5BJournal%5D)">Stable superhydrophobic surface via carbon nanotubes coated with a ZnO thin film.</a> The Journal of Physical Chemistry. B. 109, 7746-7748 (2005).</li>
<li>Feng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Super-Hydrophobic+Surfaces%3A+From+Natural+to+Artificial%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Super-Hydrophobic Surfaces: From Natural to Artificial.</a> Advanced Materials. 14, 1857-1860 (2002).</li>
<li>Cho, S., Hong, Y., Uhm, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrophobic+coating+of+carbon+nanotubes+by+CH4+glow+plasma+at+low+pressure%2C+and+their+resulting+wettability%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Hydrophobic coating of carbon nanotubes by CH4 glow plasma at low pressure, and their resulting wettability.</a> Journal of Materials Chemistry. 17, 232-237 (2007).</li>
<li>Stalder, A., Kulik, G., Sage, D., Barbieri, L., Hoffmann, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+snake-based+approach+to+accurate+determination+of+both+contact+points+and+contact+angles%5BTitle%5D)+AND+%22Colloids+and+Surfaces.+A%2C+Physicochemical+and+Engineering+Aspects%22%5BJournal%5D)">A snake-based approach to accurate determination of both contact points and contact angles.</a> Colloids and Surfaces. A, Physicochemical and Engineering Aspects. , 286-2892 (2006).</li>
<li>Naseh, M. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+and+clean+functionalization+of+carbon+nanotubes+by+dielectric+barrier+discharge+plasma+in+air+compared+to+acid+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Fast and clean functionalization of carbon nanotubes by dielectric barrier discharge plasma in air compared to acid treatment.</a> Carbon. 48, 1369-1379 (2010).</li>
<li>Mawhinney, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infrared+spectral+evidence+for+the+etching+of+carbon+nanotubes%3A+Ozone+oxidation+at+298+K%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Infrared spectral evidence for the etching of carbon nanotubes: Ozone oxidation at 298 K.</a> Journal of the American Chemical Society. 122, 2383-2384 (2000).</li>
<li>Sham, M., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+functionalities+of+multi-wall+carbon+nanotubes+after+UV%2FOzone+and+TETA+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Surface functionalities of multi-wall carbon nanotubes after UV/Ozone and TETA treatments.</a> Carbon. 44, 768-777 (2006).</li>
<li>Banerjee, S., Wong, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rational+sidewall+functionalization+and+purification+of+single-walled+carbon+nanotubes+by+solution-phase+ozonolysis%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry.+B%22%5BJournal%5D)">Rational sidewall functionalization and purification of single-walled carbon nanotubes by solution-phase ozonolysis.</a> The Journal of Physical Chemistry. B. 106, 12144-12151 (2002).</li>
<li>Xu, T., Yang, J., Liu, J., Fu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+modification+of+multi-walled+carbon+nanotubes+by+O2+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Surface modification of multi-walled carbon nanotubes by O2 plasma.</a> Applied Surface Science. 253, 8945-8951 (2007).</li>
<li>Felten, A., Bittencourt, C., Pireaux, J. J., Van Lier, G., Charlier, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radio-frequency+plasma+functionalization+of+carbon+nanotubes+surface+O2%2C+NH3%2C+and+CF4+treatments%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Radio-frequency plasma functionalization of carbon nanotubes surface O2, NH3, and CF4 treatments.</a> Journal of Applied Physics. 98, 074308(2005).</li>
<li>Chen, C., Liang, B., Ogino, A., Wang, X., Nagatsu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen+Functionalization+of+Multiwall+Carbon+Nanotubes+by+Microwave-Excited+Surface-Wave+Plasma+Treatment%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Oxygen Functionalization of Multiwall Carbon Nanotubes by Microwave-Excited Surface-Wave Plasma Treatment.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 113, 7659-7665 (2009).</li>
</ol>

Wszyscy autorzy oświadczają, że nie mamy konfliktu interesów.

Za najwygodniejszą technikę utleniania uważamy obróbkę UV/ozonem, ponieważ można ją przeprowadzić w powietrzu o standardowej temperaturze i ciśnieniu pokojowym przez okres do kilku godzin, w zależności od długości układu CNT i mocy promieniowania UV. Promieniowanie UV, generowane przez lampę rtęciową o wysokiej intensywności przy 185 nm i 254 nm, zrywa wiązania molekularne na zewnętrznej ściance CNT, umożliwiając ozon, przekształcany jednocześnie z powietrza przez promieniowanie UV, na utlenienie ich powierzchni. 26...

Wprowadzenie syntetycznych materiałów o regulowanych właściwościach zwilżających umożliwiło wiele zastosowań, w tym samoczyszczące się powierzchnie i hydrodynamiczne urządzenia redukujące opór. 6,7 Wiele doniesień badawczych pokazuje, że aby skutecznie dostroić właściwości zwilżające materiału, trzeba być w stanie zmieniać jego skład chemiczny powierzchni i topograficzną chropowatość powierzchni. 8-11 Wśród wielu innych dostępnych materiałów syntetycznych, materiały nanostrukturalne przyciągnęły najwięcej uwagi ze względu na ich nieodłączną, wieloskalową chropowatość powierzchni, a ich powierzchnie można łatwo funkcjonalizować za pomocą popularnych metod. Kilka przykładów tych materiałów nanostrukturalnych obejmuje ZnO,12,13, SiO, 2,12,14, ITO,12 i nanorurki węglowe (CNT). 15-17 Uważamy, że zdolność do odwracalnego dostrojenia właściwości zwilżania CNT ma swoje zalety, ponieważ są one uważane za jedne z najbardziej obiecujących materiałów do przyszłych zastosowań. 
CNT można przekształcić w hydrofilowe poprzez funkcjonalizację ich powierzchni natlenionymi grupami funkcyjnymi, wprowadzonymi podczas utleniania. Do tej pory najczęstszą metodą wprowadzania adsorbatów tlenu do CNT są dobrze znane techniki utleniania na mokro, polegające na użyciu mocnych kwasów i środków utleniających, takich jak kwas azotowy i nadtlenek wodoru. 18-20 Te techniki utleniania na mokro są trudne do skalowania do poziomu przemysłowego ze względu na kwestie bezpieczeństwa i ochrony środowiska oraz znaczną ilość czasu potrzebnego na zakończenie procesu utleniania. Ponadto może być konieczne zastosowanie metody suszenia w punkcie krytycznym w celu zminimalizowania wpływu sił kapilarnych, które mogą zniszczyć mikroskopijną strukturę i ogólne wyrównanie matrycy CNT podczas procesu suszenia. Zabiegi utleniania na sucho, takie jak obróbka UV/ozonem i plazmą tlenową, oferują bezpieczniejszy, szybszy i bardziej kontrolowany proces utleniania w porównaniu z wyżej wymienionymi zabiegami utleniania na mokro.
CNT może stać się hydrofobowe, usuwając przyłączone natlenione grupy funkcyjne z ich powierzchni. Do tej pory produkcja wysoce hydrofobowych matryc CNT zawsze wiązała się ze skomplikowanymi procesami. Zazwyczaj matryce te muszą być pokryte niezwilżającymi chemikaliami, takimi jak PTFE, ZnO i fluoroalkilosilan,15,21,22 lub być uspokajane przez obróbkę plazmą fluorową lub węglowodorową, taką jak CF4 iCH4. 16,23 Chociaż wyżej wymienione metody leczenia nie są zbyt trudne, aby można je było rozszerzyć na poziom przemysłowy, nie są one odwracalne. Po poddaniu CNT tym zabiegom nie można już uczynić ich hydrofilowymi przy użyciu powszechnie stosowanych metod utleniania.
Przedstawione tutaj metody pokazują, że zwilżalność matryc CNT można łatwo i wygodnie dostroić poprzez kombinację suchego utleniania i wyżarzania próżniowego (Rysunek 1). Procesy adsorpcji i desorpcji tlenu wywołane tymi zabiegami są wysoce odwracalne ze względu na ich nieniszczący charakter i brak innych zanieczyszczeń. W związku z tym zabiegi te pozwalają na wielokrotne przełączanie matryc CNT między hydrofilowymi i hydrofobowymi. Co więcej, zabiegi te są bardzo praktyczne, ekonomiczne i można je łatwo zwiększyć, ponieważ można je wykonać za pomocą dowolnego komercyjnego pieca próżniowego i środka czyszczącego UV/ozon lub plazmę tlenową. 
Zauważ, że pionowo ustawione matryce CNT są tutaj uprawiane przy użyciu standardowej techniki termicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Matryce te są zwykle hodowane na podłożach z płytek krzemowych pokrytych katalizatorem w piecu z rurą kwarcową pod strumieniem węgla zawierającego gazy prekursorowe w podwyższonej temperaturze. Średnia długość tablic może być zmieniana od kilku mikrometrów do milimetra długości, zmieniając czas wzrostu.

<table><tbody><tr><td>Piec rurowy Lindberg Blue M Mini-Mite</td><td>Thermo Scientific</td><td>TF55030A</td><td>1" piec rurowy do wzrostu matrycy CNT</td></tr><tr><td>Elektroniczne regulatory przepływu masowego</td><td>MKS</td><td>PFC-50 i #960; MFC</td><td>Maksymalne natężenie przepływu 1000 sccm </td></tr><tr><td>Elektroniczny regulator ciśnienia</td><td>MKS</td><td>PC-90 &#960; PC</td><td>Maksymalne ciśnienie 1000 Torr</td></tr><tr><td>1" rura kwarcowa</td><td>MTI Corp.</td><td> EQ-QZTube-25GE-610</td><td>1 "D x 24" L</td></tr><tr><td>Wodór gazowy</td> Gaz <td>powietrzny</td><td>HY UHP200</td><td>Gaz prekursorowy wzrostu matrycy CNT, czystość 99,999%</td></tr><tr><td>Gaz etylenowy</td><td>Gaz</td><td>prekursorowy wzrostu matrycy Matheson G2250101 CNT, czystość 99,999%</td><td></td></tr><tr><td>Gaz argonowy</td><td>Airgas</td><td>AR UHP200</td><td>Gaz prekursorowy wzrostu matrycy CNT, czystość 99,999%</td></tr><tr><td>Wafel krzemowy</td><td>El-Cat</td><td>2449</td><td>Z polerowaną warstwą tlenku termicznego 300 nm</td></tr><tr><td>Granulki żelaza</td><td>Kurt J Lesker</td><td>EVMFE35EXEA</td><td>czystości 99,95%</td></tr><tr><td>Granulki tlenku glinu</td><td>Kurt J Lesker</td><td>EVMALO-1220B</td><td>Czystość 99,99%</td></tr><tr><td>Parownik wiązki elektronicznej</td><td>CHA Industries</td><td>CHA Mark 40</td><td>Do osadzania warstwy buforowej i katalizatora</td></tr><tr><td>Środek czyszczący UV/ozon</td><td>BioForce Nanosciences</td><td>ProCleaner Plus</td><td>Do utleniania Matryca CNT</td></tr><tr><td>Tlenowy środek do czyszczenia plazmy PVA</td><td>TePla</td><td>M4L</td><td>Do utleniania matrycy CNT</td></tr><tr><td>Piec próżniowy</td><td>VWR</td><td>97027-664</td><td>Do odtleniania matrycy CNT</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Zeiss</td><td>1550 VP</td><td>Do charakterystyki wzrostu matrycy CNT</td></tr><tr><td>XPS</td><td>Surface Science</td><td>M-Probe</td><td>Do charakteryzacji chemii powierzchni</td></tr><tr><td>Goniometr kąta zwilżania</td><td>baran&#233;- hart</td><td>Model 190</td><td>Do charakterystyki właściwości zwilżających</td></tr></tbody></table>

procesy utleniania na sucho i wyżarzania próżniowego w celu dostrojenia właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

W tym artykule opisujemy prostą metodę odwracalnego dostrajania właściwości zwilżania pionowo ustawionych układów nanorurek węglowych (CNT). W tym przypadku matryce CNT definiuje się jako gęsto upakowane, wielościenne nanorurki węglowe zorientowane prostopadle do podłoża wzrostowego w wyniku procesu wzrostu za pomocą standardowej techniki termicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). 1,2 Te matryce CNT są następnie poddawane obróbce wyżarzania próżniowego, aby uczynić je bardziej hydrofobowymi, lub obróbce utleniania na sucho, aby uczynić je bardziej hydrofilowymi. Hydrofobowe matryce CNT można przekształcić w hydrofilowe, wystawiając je na suchą obróbkę utleniającą, podczas gdy hydrofilowe matryce CNT można przekształcić w hydrofobowe, wystawiając je na obróbkę wyżarzania próżniowego. Stosując kombinację obu zabiegów, matryce CNT mogą być wielokrotnie przełączane między hydrofilowymi i hydrofobowymi. 2 W związku z tym taka kombinacja wykazuje bardzo duży potencjał w wielu zastosowaniach przemysłowych i konsumenckich, w tym w systemach dostarczania leków i superkondensatorach o dużej gęstości mocy. 3-5 Rozdział
Kluczem do zmiany zwilżalności matryc CNT jest kontrolowanie powierzchniowego stężenia adsorbatów tlenu. Zasadniczo adsorbaty tlenu można wprowadzić, wystawiając matryce CNT na dowolną obróbkę utleniającą. Tutaj stosujemy suche zabiegi utleniania, takie jak plazma tlenowa i UV/ozon, aby funkcjonalizować powierzchnię CNT za pomocą natlenionych grup funkcyjnych. Te utlenione grupy funkcyjne umożliwiają tworzenie się wiązania wodorowego między powierzchnią CNT a cząsteczkami wody, dzięki czemu CNT jest hydrofilowy. Aby przekształcić je w hydrofobowe, zaadsorbowany tlen musi zostać usunięty z powierzchni CNT. Tutaj stosujemy obróbkę wyżarzania próżniowego w celu wywołania procesu desorpcji tlenu. Układy CNT o wyjątkowo niskim stężeniu powierzchniowym adsorbatów tlenu wykazują zachowanie superhydrofobowe.

Opisana powyżej metoda CVD pozwala na otrzymanie gęsto upakowanych, pionowo wyrównanych macierzy wielościennych CNT o typowej średnicy około 12 - 20 nm, liczbie ścian od 8 do 16 oraz odstępach między nanorurkami wynoszących od 40 do 100 nm. Średnią długość macierzy można zmieniać od kilku mikrometrów (Rysunek 6a) do jednego milimetra (Rysunek 6b) poprzez odpowiednią zmianę czasu wzrostu od 5 min do 1 h. Zazwyczaj pionowe wyrównanie jest lepsze w większej skali długości, natomiast przy mn...

Ten artykuł opisuje prostą metodę wytwarzania pionowo ustawionych matryc nanorurek węglowych za pomocą CVD, a następnie dostrajania ich właściwości zwilżania poprzez wystawienie ich na wyżarzanie próżniowe lub obróbkę utleniania na sucho.

Procesy utleniania na sucho i wyżarzania próżniowego w celu dostrojenia właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wytworzenie macierzy nanorurek węglowych o regulowanych właściwościach zwilżania. Osiąga się to najpierw poprzez wzrost pionowo wyrównanych macierzy nanorurek węglowych przy użyciu powszechnej metody termicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej. Drugim krokiem jest nadanie tak otrzymanym macierzom nanorurek węglowych właściwości superhydrofobowych poprzez poddanie ich obróbce w próżni.Następnie macierze nanorurek węglowych można uczynić hydrofilowymi poprzez poddanie ich działaniu ozonu UV lub plazmy tlenowej. Ostatnim krokiem jest powtórzenie obróbki ozonem UV lub plazmą tlenową, jeśli macierze nie są wystarczająco hydrofilowe, lub powtórzenie obróbki w próżni i wyżarzania, aby ponownie stały się one hydrofobowe. Ostatecznie w celu jakościowego wykazania zmiany właściwości zwilżania macierzy nanorurek węglowych stosuje się zanurzenie w wodzie.Próbki poddano dalszej charakterystyce za pomocą goniometrii kąta zwilżania oraz spektroskopii rentgenowskiej. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak mokre utlenianie chemiczne czy powlekanie fluorowęglowodami, jest jej wysoka odwracalność, większe bezpieczeństwo

dry-oxidation-vacuum-annealing-treatments-for-tuning-wetting

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Leczenie utlenianiem suchym i wyżarzaniem w próżni do dostosowywania właściwości zwilżania struktur karbonowych nanorur

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Dyskutowaliśmy o syntezie pojedynczych nanokubków grafitowych za pomocą szeregu technik, w tym chemicznego osadzania z fazy gazowej, utleniania kwasem i sonikacji końcówki sondy. Poprzez redukcję HAuCl4 za pomocą cytrynianu, grafitowe nanokubki zostały skutecznie zakorkowane nanocząstkami złota ze względu na chemicznie reaktywne krawędzie bańek.

Synteza i funkcjonalizacja kubków z nanorurek węglowych domieszkowanych azotem z nanocząstkami złota jako zatyczkami korkowymi

Opisujemy protokół produkcji i pomiaru urządzeń dla biosensorów wysokiej częstotliwości opartych na nanorurkach węglowych. Technika wykrywania wysokiej częstotliwości łagodzi podstawowy efekt ekranowania jonowego (Debye) i umożliwia pracę biosensora z nanorurkami w roztworach o wysokiej sile jonowej, w których zawodzą konwencjonalne bioczujniki elektroniczne. Nasza technologia stanowi unikalną platformę dla elektronicznych bioczujników przyłóżkowych (POC) działających w warunkach fizjologicznie...

Wytwarzanie nanoelektronicznego biosensora wysokiej częstotliwości z nanorurek węglowych do wykrywania w roztworach o wysokiej sile jonowej

Opracowana została technika, która usuwa kontaktowe warstwy metalowe Ni/Au z ich podłoża, aby umożliwić zbadanie i scharakteryzowanie interfejsów kontakt/podłoże i kontakt/NW pojedynczych urządzeń nanoprzewodowych GaN.

Analiza interfejsów stykowych dla urządzeń z pojedynczym gazem nanoprzewodowym

Przedstawiono protokół przeprowadzania eksperymentów z falami termoenergetycznymi. Opisano syntezę hybrydowych kompozytów paliwa chemicznego i materiału mikro/nanostrukturalnego, wytwarzanie generatora fal termoenergetycznych oraz metody pomiaru odpowiadających im zjawisk fizycznych.

Otrzymywanie i ocena hybrydowych kompozytów paliwa chemicznego i wielościennych nanorurek węglowych w badaniach fal termoenergetycznych

Przedstawiono metodę hodowli niskotemperaturowych, pionowo ustawionych nanorurek węglowych, a następnie wytwarzania pionowych struktur testowych połączeń elektrycznych przy użyciu wytwarzania półprzewodników.

Produkcja niskotemperaturowych pionowych połączeń z nanorurek węglowych kompatybilnych z technologią półprzewodnikową

Prezentujemy syntezę amfifilowego heksaynu i jego zastosowanie w przygotowaniu nanoarkuszy węglowych na granicy powietrza i wody z samoorganizującej się monowarstwy tych reaktywnych, bogatych w węgiel prekursorów molekularnych.

Przygotowanie nanoarkuszy węglowych w temperaturze pokojowej

Niskociśnieniowa skaningowa mikroskopia elektronowa w otoczeniu pary wodnej jest używana do obróbki cech nanoskali do mikroskali w lasach nanorurek węglowych.

Precyzyjne mielenie lasów nanorurek węglowych przy użyciu niskociśnieniowej skaningowej mikroskopii elektronowej

Tutaj opisana jest nowatorska metoda funkcjonalizacji i stabilnej dyspersji nanomateriałów węglowych w środowisku wodnym. Ozon jest wstrzykiwany bezpośrednio do wodnej dyspersji nanomateriału węglowego, który jest stale recyrkulowany przez ogniwo ultradźwiękowe o dużej mocy.

Funkcjonalizacja i dyspersja nanomateriałów węglowych z wykorzystaniem przyjaznego dla środowiska procesu ozonolizy ultradźwiękowej

Materiały tlenkowe wykazują wiele egzotycznych właściwości, które można kontrolować, dostrajając zawartość tlenu. W tym miejscu demonstrujemy dostrajanie zawartości tlenu w tlenkach poprzez zmianę parametrów osadzania laserowego impulsowego oraz poprzez wykonywanie wyżarzania końcowego. Na przykład właściwości elektroniczne heterostruktur opartych na SrTiO3 są dostrajane przez modyfikacje wzrostu i wyżarzanie.

Dostrajanie właściwości tlenków poprzez kontrolę pustego miejsca tlenu podczas wzrostu i wyżarzania

Przedstawiono protokół syntezy HNbWO6, HNbMoO6, HTaWO6 zmodyfikowanych nanoarkuszami kwasów stałych Pt/CNT.

Dostrajanie kwasowości katalizatorów Pt/CNT do hydroodtleniania eteru difenylowego

Poznaj metodę modyfikacji właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych za pomocą utleniania UV i wyżarzania próżniowego. Technika umożliwia precyzyjne sterowanie hydrofobowością powierzchni.

Procesy utleniania na sucho i wyżarzania próżniowego w celu dostrojenia właściwości zwilżających matryc z nanorurek węglowych

Przeglądaj więcej filmów