Получение углеродных нанотрубок в плазме высокочастотного газового разряда и их идентификация


Просмотр статьи
PDF, 945,4 КБ

Carbon nanotubes production in a plasma of high frequency gas discharge and its identification

A method for the carbon nanotubes (CNTs) synthesis by subliming a mixture of carbon powder with a catalyst in an inert gas plasma flow generated in the HF plasma torch is presented. A carbon vapor condensation in fulleren soot held on a cold target located in the installation chamber. The nanotubes characteristics research of the material composition on which the condensed carbon vapor produced is carried out. As such materials metal plates made of stainless and carbon steel, carbon cloth, Mo, Ta, Al, Cu are used. The advantages of the developed method for CNTs producing in comparison with the known ones are showed. The parameters of an argon plasma jet and plasma with carbon particles diagnostic was carried out by the spectral method. The composition of the synthesized carbon soot was carried out with modern highly informative methods using (Raman spectroscopy, transmission electron microscopy, etc.). In the result of the experiments the samples of the soot, containing CNTs of small diameter <2 nm, characteristic of single-walled nanotubes, are obtained.

Георгий Николаевич Залогин, Артур Владимирович Красильников, Юрий Александрович Пластинин, Н Ф Рудин

Том 13, выпуск 1, 2012 год



Предложен способ синтеза углеродных нанотрубок (УНТ) путем сублимации смеси углеродного порошка с катализаторами в плазменном потоке инертного газа, генерируемого в ВЧ-плазмотроне. Конденсация паров углерода в фуллереносодержащую сажу проходила на холодной мишени, расположенной в рабочей камере установки. Проведены исследования состава материала, на котором конденсировался углеродный пар, на характеристики получаемых нанотрубок. В качестве таких материалов использовались металлические пластинки из нержавеющей и обычной стали, углеродная ткань, Mo, Ta, Al, Cu. Показаны преимущества разработанного способа получения УНТ по сравнению с известными. Диагностика параметров струй аргоновой плазмы и плазмы с частицами углерода проводилась спектральным методом. Анализ состава синтезируемой сажи проводился современными высокоинформативными методами (рамановская спектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия и др.). В результате проведенных экспериментов получены образцы сажи, содержащие УНТ малого диаметра < 2 нм, характерного для однослойных нанотрубок.

Георгий Николаевич Залогин, Артур Владимирович Красильников, Юрий Александрович Пластинин, Н Ф Рудин

Том 13, выпуск 1, 2012 год



1. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. Москва: Техносфера, 2003.-336 с.
2. Saito Y., Nishikudo K., Kawadata K., Matsumoto T. Carbon nanocapsules and single-layered nanotubes produced with platinum-group metals (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) by arc-discharge. J. Appl. Phys., 80, 3062 (1996).
3. Kosakovskaja Z. Ja., Chernozatonskii L.A., Fedorov E.A. Nanofilament carbon structures. JETP Letters, 56, 26 (1992).
4. Ge M., Sattler K. Vapor-condenstion generation and STM analysis of fullerene tubes. Science, 260, 515 (1993).
5. Guo T., Nicolaev P., Rinzler A.G. at al. Self assembly of tubular fullerenes. J. Phys. Chem., 99, 10694 (1995).
6. Endo M., Takeuchi K., Igarashi S. at al. The production and structure of pyrolytic carbon nanotubes (PCNTs). L. Phys. Chem. Solids, 54, 1841 (1993).
7. Hsu W.K., Hare J. P., Terrenes M. at al. Condensed phase nanotubes. Nature, 377, 687 (1995).
8. Патент № 2266866. Установка для получения фуллереносодержащей сажи. ЦНИИмаш. Приоритет от 27 января 2004 г.
9. Ткачев А. Г. и др. "Проблемы организации производства углеродных наноматериалов каталитическим пиролизом углеводородов". Труды конф. "Нанотехнологии-производству", 2005, с.53-59:
10. Богданов А.А., Дайнингер Д., Дюжев Г.А. Преспективы развития промышленных методов производства фулеренов // ЖТФ, 2000, Т. 70. Вып.5. С.1-7.
11. Залогин Г.Н., Кислов В.В., Кнотько В.Б., Парфенов В.Н. Использование мощных высокочастотных индукционных плазмотронов для синтеза углеродных наноструктур// Докл. конф. «Нанотехнологии производству 2005», 30 ноября-1 декабря 2005 г., г. Фрязино.
12. Власов В.И., Залогин Г.Н., Красильников А.В., Кусов А.Л.. Погорнева Т.М. Использование высокочастотных индукционных плазмотронов для промышленного получения наноструктурированных материалов и нанесения покрытий. «Интеграл» Из-во ООО «Энергоинвест». № 1(45) январь-февраль 2009 г. с. 16-18.
13. Vlasov V.I., Zalogin G.N., Krasilnikov A.V., Kusov A.L. High frequency induction plasmotron application for varios types nanostructure materials and coverings production. 3- rd EUCASS 2009. Versailles, France, 6-9 Jule. 2009.
14. Райкунов Г.Г., Залогин Г.Н., Красильников А.В. Получение наноструктурированных материалов и покрытий в потоке ВЧ-плазмотрона. Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем. Процессы, модели эксперимент. № 1(30), 2010 г. Казанский гос. Тех. Ун-тет. г. Казань. С.84-99.
15. Патент RU 2423318 C2. Способ получения фуллереносодержащей сажи и устройство для его осуществления. ЦНИИмаш. Опубликовано 10.07.2011. Бюл. №19.
16. Амиров Р.Х., Асиновский Э.И., Исакаев Э.Х., Киселёв В.И. Установка для синтеза углеродных нанотрубок на базе плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода // Тез. XXII Межд. конф. “Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество”, 1-6 марта 2007, п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская респ., Россия.
17. Markoviċ Z., Todoroviċ- Markoviċ B., Mohai I., Károly Z., Gál L., Föglein K., Szabó P.T., Szépvölgyi J. Optimization of fullerene synthesis in RF thermal plasma. // Fifth General Conference of the Balkan Physical Union, August 25-29, 2003, Vrnjačka Banja, Serbia and Montenegro.
18. Keun Su Kim, German Cota-Sanchez, Christopher T Kingston at el. Large-scale prodaction of single-walled carbon nanotubes by induction thermal plasma. Journal of Physics D: Ahhlied Physics, 40(2007), 2375-2387.
19. Keun Su Kim, Matey Imris, Ali Shahverdi at el. Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared by Large- Scale Induction Thermal Plasma Process: Sinthesis, Characterization, and Purification. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4340-4348.
20. Власов В.И., Залогин Г.Н., Кусов А.Л. Сублимация частиц углерода в плазменном потоке, генерируемом в высокочастотном индукционном плазмотроне // ЖТФ, 2007, Т. 77. Вып.1. С.1-7.
21. Митин А.В., Митин В.С., Шарипов Э.И. // Сб. докл. Межд. Научн.-практической конф. “Нанотехнологии - производству”, Фрязино, 2004, с. 154-167.
22. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А. Применение высокочастотных индукционных плазмотронов при испытаниях высокотемпературных материалов и покрытий. Интенсификация технологических процессов: материалы, технологии, оборудование. Из-во ООО «Наука и технологии» 2009. №3, с. 32-43.
23. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. Методика и результаты экспериментального определения каталитической активности материалов при высоких температурах // Изв. РАН. МЖГ. 2003. № 5. С. 178-189.
24. Власов В.И. Теоретические исследования течения высокотемпературного газа в разрядной и рабочей камерах ВЧ-плазмотрона // Космонавтика и ракетостроение. 2001. № 23. с. 18-26.
25. Дресвин С.В., Паскалов Г.З. Основные технологические применения высокочастотных плазмотронов // XI Всесоюзн. Конф. “Применение токов высокой частоты в электротехнологии”. Тез. Докл., ч. 1, Ленинград, 1991, с. 12-13.
26. Власов В.И., Залогин Г.Н., Кнотько В.Б. Диагностика неравновесного плазменного потока высокочастотного индукционного плазмотрона с применением двойного каталитического зонда. Космонавтика и ракетостроение. 2000. № 1. с.22-32.
27. Воробьева А. И. Аппаратура и методы исследований углеродных нанотрубок. УФН, т. 180, № 3, 2010, с. 265-288.
28. Bandow S. et el. Phys. Rev. Lett. 80 3779 (1998).
29. Jorio A. et el. Phys. Rev. Lett. 86 1118 (2001).