Samtidig Synthesis of Single-vegger karbon nanorør og Graphene i en Magnetisk forbedret Arc Plasma
Summary
Anodisk bue utslipp er en av de mest praktiske og effektive metoder for å syntetisere ulike karbon nanostrukturer. For å øke buen kontrollerbarhet og fleksibilitet, var en ikke-uniform magnetfelt introdusert til å behandle ett-trinns syntese av store graphene flak og høyrent single-vegger karbon nanorør.
Abstract
Carbon nanostrukturer som single-vegger karbon nanorør (SWCNT) og graphene tiltrekke seg en flom av interesse for forskere i dag på grunn av deres meget lovende program for molekylær sensorer, felt effekt transistor og supertynne og fleksible elektroniske enheter 1-4. Anodisk arc utflod støttes av erosjon av anoden materialet er en av de mest praktiske og effektive metoder, som kan gi spesifikke ikke-likevekt prosesser og en høy tilstrømning av karbon materiale til å utvikle strukturer ved relativt høyere temperatur, og dermed as- syntetisert produktene har noen strukturelle defekter og bedre krystallinitet.
For ytterligere å forbedre kontrollerbarhet og fleksibiliteten i syntesen av karbon nanostrukturer i bue utflod, kan magnetfelt brukes under syntesen prosess i henhold til de sterke magnetiske svarene av arc plasmaer. Det ble demonstrert at magnetisk forbedret arc discharge kan øke den gjennomsnittlige lengden på SWCNT 5, begrense diameter fordelingen av metallisk katalysator partikler og karbon nanorør 6, og endre forholdet mellom metalliske og halvledende karbon nanorør 7, samt føre til graphene syntese 8.
Videre er det verdt å bemerke at når vi introduserer en ikke-uniform magnetfelt med den komponenten normal til strømmen i lysbuen kan Lorentz kraften langs J × B retning generere plasmaer jet og gjøre effektiv levering av karbon ion partikler og varmeflux til prøver. Som et resultat ble store graphene flak og høyrent single-vegger karbon nanorør samtidig generert av slike nye magnetisk forbedret anodisk arc metoden. Arc bildebehandling, scanning elektronmikroskop (SEM), var overføring elektronmikroskop (TEM) og Raman spektroskopi ansatt for å analysere karakterisering av karbon nanostrukturer. Disse funnene indikerer enbredt spekter av muligheter til å manipulere med egenskapene til nanostrukturer produsert i plasma ved hjelp av å kontrollere buen forhold.
Protocol
Discussion
I videoen øyeblikksbilder vist i Figur 1b og 1d, for saken at interelectrode gapet var plassert på avstand av ca h = 75 mm fra bunnen av permanent magnet, bør det bemerkes at endring av magnet posisjon (vi testet magnet shift langs z-aksen og snu magnet over) resulterer i avvik fra bue jet flyt i x-retning tilsvarende retning av J × B kraft illustrert i figur 1c. Det ble også observert at geometrien arc plasma kolonnen ikke endre ved å fjerne nikkel katalysator fr…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av NSF / DOE Partnership i Plasma Science and Technology (NSF Grant nr. CBET-0853777 og DOE Grant nr. DE-SC0001169), STTR Fase I prosjektet (NSF STTR FASE I No.1010133). Forfatterne ønsker å takke PPPL Ekstern Research Program støttet av Office of Fusion Energy Sciences for å støtte arc eksperimenter.
Materials
Table of specific reagents and equipment:
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
|---|---|---|---|
| Methanol | Acros Organics | 423950010 | |
| Nickel powder | Alfa Aesar | 10581 | |
| Yttrium powder | Acros Organics | 318060050 | |
| Graphite powder | Alfa Aesar | 40799 | |
| Hollow graphite rod | Saturn Industries | POCO EDM 3 | |
| Permanent magnet | McMaster-Carr | 57315K51 | |
| Molybdenum sheet | Dingqi Sci. and Tech. | 080504-11 | |
| Ultrasonic dismembrator |
Fisher Scientific | Model 150T | |
| Hall-effect gaussmeter | AI | Model 100 | |
| Welding power supply | Miller Electric | Gold Star 600SS | |
| Vacuum pump | J/B | DV-85N | |
| SEM | Zeiss | LEO 1430VP | |
| TEM | JEOL | 1200 EX | |
| Raman | Horiba | HR800 |
Riferimenti
- Dai, H. J. Electrical transport properties and field effect transistors of carbon nanotubes. Nano. 1, 1-13 (2006).
- Lai, K. W. C., Xi, N., Fung, C. K. M., Chen, H. Z., Tarn, T. J. Engineering the band gap of carbon nanotube for infrared sensors. Applied Physics Letters. 95, 221107-221107 (2009).
- Gabor, N. M., Zhong, Z. H., Bosnick, K., Park, J., McEuen, P. L. Extremely Efficient Multiple Electron-Hole Pair Generation in Carbon Nanotube Photodiodes. Science. 325, 1367-1371 (2009).
- Liu, C. Hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes at room temperature. Science. 286, 1127-1129 (1999).
- Keidar, M. Magnetic-field-enhanced synthesis of single-wall carbon nanotubes in arc discharge. Journal of Applied Physics. 103, 094318-094318 (2008).
- Li, J., Volotskova, O., Shashurin, A., Keidar, M. Controlling Diameter Distribution of Catalyst Nanoparticles in Arc Discharge. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 11, 10047-10052 (2011).
- Volotskova, O. Tailored Distribution of Single-Wall Carbon Nanotubes from Arc Plasma Synthesis Using Magnetic Fields. Acs. Nano. 4, 5187-5192 (2010).
- Volotskova, O. Single-step synthesis and magnetic separation of graphene and carbon nanotubes in arc discharge plasmas. Nanoscale. 2, 2281-2285 (2010).
- Farhat, S., Scott, C. D. Review of the arc process modeling for fullerene and nanotube production. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 6, 1189-1210 (2006).
- Keidar, M. Increasing the length of single-wall carbon nanotubes in a magnetically enhanced arc discharge. Applied Physics Letters. 92, 043129-043129 (2008).
- Ferrari, A. C. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Physical Review Letters. 97, 187401-187401 (2006).
