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Ossidazione a secco e vuoto ricottura Trattamenti per accordare le proprietà di bagnabilità di matrici di nanotubi di carbonio

Published: April 15, 2013 doi: 10.3791/50378
Automatic Translation
1, 1
1Graduate Aeronautical Laboratories, California Institute of Technology

Summary

Questo articolo descrive un metodo semplice per fabbricare allineati verticalmente array di nanotubi di carbonio mediante CVD e per sintonizzare successivamente le loro proprietà bagnanti esponendoli a vuoto ricottura o trattamento di ossidazione a secco.

Abstract

In questo articolo, si descrive un metodo semplice per ottimizzare le proprietà di bagnabilità reversibile di nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT) array. Qui, gli array CNT sono definiti come fitte multi-nanotubi di carbonio orientato perpendicolarmente al substrato di crescita come risultato di un processo di crescita per deposizione chimica di vapore termico standard (CVD). 1,2 Questi array CNT sono quindi esposti al vuoto trattamento di ricottura per renderli più idrofobo o per asciugare trattamento di ossidazione per renderli più idrofilo. Le matrici idrofobe CNT può essere attivata idrofila esponendoli ad asciugare trattamento di ossidazione, mentre le matrici idrofile CNT può essere attivata idrofobo esponendoli a vuoto trattamento di ricottura. Utilizzando una combinazione di entrambi i trattamenti, array CNT può essere commutato tra ripetutamente idrofili e idrofobi. 2 Pertanto, tale combinazione mostrano un potenziale molto elevato in molte applicazioni industriali e di consumo,compreso il sistema di consegna della droga e ad alta densità di potenza supercondensatori. 3-5

La chiave per variare la bagnabilità delle matrici CNT è di controllare la concentrazione superficiale di adsorbati ossigeno. Fondamentalmente adsorbati ossigeno può essere introdotto esponendo le matrici CNT a qualsiasi trattamento di ossidazione. Qui usiamo trattamenti di ossidazione a secco, come il plasma di ossigeno e UV / ozono, di funzionalizzare la superficie dei CNT con gruppi funzionali ossigenati. Questi gruppi funzionali ossigenati consentire legame idrogeno tra la superficie di CNT e molecole di acqua per formare, rendendo idrofilo CNT. Per renderle idrofobe, ossigeno adsorbito deve essere rimosso dalla superficie di CNT. Qui ci avvaliamo di trattamento sotto vuoto di ricottura per indurre il processo di desorbimento di ossigeno. Array di CNT con concentrazione superficiale estremamente bassa di adsorbati ossigeno presentano un comportamento superhydrophobic.

Introduction

L'introduzione di materiali sintetici con proprietà bagnanti sintonizzabili ha permesso molte applicazioni incluse superfici autopulenti e idrodinamiche dispositivi riduzione della resistenza. 6,7 Molti studi riportati mostrano che per sintonizzare correttamente le proprietà di bagnabilità di un materiale, uno deve essere in grado di variare la sua chimica di superficie e rugosità della superficie topografica. 8-11 Tra i molti altri materiali disponibili sintetici, materiali nanostrutturati hanno attirato la maggior parte dell'attenzione a causa della loro intrinseca multi-scala di rugosità superficiale e la loro superficie può essere facilmente funzionalizzati con metodi comuni. Alcuni esempi di questi materiali nanostrutturati sono ZnO, 12,13 SiO 2, 12,14 ITO, 12 e nanotubi di carbonio (CNT). 15-17 Crediamo che la possibilità di regolare le proprietà di bagnabilità reversibile del CNT ha la sua propria virtù, poiché sono considerati come uno dei materiali più promettenti per future applicazionizioni.

CNT può essere attivata idrofilo mediante funzionalizzazione loro superfici con gruppi funzionali ossigenati, introdotte durante un trattamento di ossidazione. Ad oggi, il metodo più comune per introdurre adsorbati ossigeno al CNT è ben note tecniche di ossidazione ad umido, che comporta l'uso di acidi forti e ossidanti come l'acido nitrico e perossido di idrogeno. 18-20 Queste tecniche di ossidazione ad umido sono difficili da essere scalati a livello industriale a causa della sicurezza ed ambientali e la notevole quantità di tempo per completare il processo di ossidazione. Inoltre, un punto critico metodo di essiccazione può essere necessario per minimizzare l'effetto delle forze capillari che possono distruggere la struttura microscopica e allineamento generale della matrice CNT durante il processo di essiccazione. Trattamenti di ossidazione secchi, come UV / ozono e trattamenti al plasma di ossigeno, offrono un processo di ossidazione sicuro, veloce, e più controllata rispetto alla suddettatrattamenti di ossidazione ad umido.

CNT può essere idrofobo rimuovendo le allegate gruppi funzionali ossigenati dalle loro superfici. Finora, i processi complessi sono sempre coinvolti nella produzione altamente idrofobiche array CNT. Tipicamente, queste matrici devono essere rivestiti con sostanze chimiche non bagnante, come PTFE, ZnO, e fluoroalkylsilane, 15,21,22 o essere pacificata da fluoro o plasma trattamento degli idrocarburi, come CF4 e CH 4. 16,23 Sebbene l' trattamenti sopra non sono troppo difficili da essere scalati a livello industriale, non sono reversibili. Una volta che il CNT sono esposti a questi trattamenti, non possono più essere resa idrofila utilizzando metodi di ossidazione comuni.

I metodi qui presentati dimostrano che la bagnabilità delle matrici CNT può essere sintonizzato semplicemente e comodamente tramite una combinazione di ossidazione a secco sotto vuoto e trattamenti di ricottura (Figura 1). Oxygen unprocessi dsorption e desorbimento indotte da questi trattamenti sono altamente reversibile a causa della loro natura non distruttiva e l'assenza di altre impurità. Quindi, questi trattamenti permettono array CNT di essere ripetutamente acceso tra idrofili e idrofobi. Inoltre, questi trattamenti sono molto pratico, economico, e può essere facilmente scalati in quanto può essere eseguita utilizzando qualsiasi forno commerciale vuoto e UV / ozono o plasma di ossigeno detergente.

Notare che le matrici ortogonali CNT usati qui sono cresciuti dallo standard termica deposizione di vapore chimico (CVD). Questi array sono tipicamente coltivate su substrati di silicio rivestite wafer catalizzatore in un tubo di quarzo forno sotto un flusso di gas contenente carbonio precursore ad una temperatura elevata. La lunghezza media delle matrici può variare da pochi micrometri ad un millimetro modificando il tempo di crescita.

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Protocol

1. Nanotubi di carbonio (CNT) Array Crescita

  1. Preparare un wafer di silicio con almeno un lato lucido. Non vi è alcun requisito specifico sulla dimensione, orientamento cristallino, tipo di drogaggio, resistività e spessore dello strato di ossido. Usiamo tipicamente un <100> n-tipo wafer di silicio drogato con fosforo, con un diametro di 3 pollici, uno spessore di 381 micron, e una resistività di Qcm 5-10. Solitamente questa fetta di silicio ha uno strato di ossido termico con uno spessore di 300 nm.
  2. Se il wafer di silicio preparato non ha uno strato di ossido, aggiungere uno strato di ossido con uno spessore di 300 nm sul lato lucido del wafer. Questo strato di ossido può essere cresciuto termicamente o depositati da deposizione fisica di vapore (PVD), preferibilmente utilizzando l'e-beam evaporatore.
  3. Depositare un buffer di strato di ossido di alluminio (Al 2 O 3) sul lato lucido del wafer con uno spessore medio di 10 nm. Deposizione mediante e-beam evaporatore ad un tasso di deposizione media di 0,5 &Aring ;/ sec è preferito. Utilizzare pellet di ossido di alluminio con purezza del 99,99% o superiore.
  4. Depositare un (Fe) strato di catalizzatore di ferro sul lato lucido del wafer con uno spessore medio di 1 nm. Poiché l'uniformità di questo strato tampone è estremamente critico, deposizione mediante e-beam evaporatore ad un tasso di deposizione media di 0,3 Å / sec o meno è preferito. Utilizzare pellet di ferro con purezza del 99,95% o superiore.
  5. Tagliare a dadi e il wafer di silicio rivestito catalizzatore in più chip più piccoli, preferibilmente in campioni di 1x1 centimetri.
  6. Caricare diversi chip di silicio rivestite di catalizzatore in un forno tubolare 1 pollice di diametro di quarzo (Figura 2).
  7. Aumentare la temperatura del forno a 750 ° C sotto un flusso costante di 400 sccm di argon (Ar) gas ad una pressione di 600 Torr.
  8. Una volta che la temperatura di crescita di 750 ° C viene raggiunto, iniziare il processo di pretrattamento facendo fluire una miscela di gas 200 sccm di argon e 285 sccm di idrogeno (H 2) gas, mantenendo tha pressione costante a 600 Torr. Eseguire il processo di pretrattamento per 5 min.
  9. Una volta che il processo di pretrattamento è completato, iniziare il processo di crescita facendo fluire una miscela di gas 210 sccm di idrogeno e 490 sccm di etilene (C 2 H 4) gas, mantenendo costante la pressione a 600 Torr. Eseguire il processo di crescita fino a un'ora mantenendo la temperatura costante crescita a 750 ° C. La lunghezza degli array CNT è determinata dal tempo di crescita. CNT array con una lunghezza media di un millimetro può essere raggiunto da una crescente per un'ora. 2
  10. Portare la temperatura del forno torna alla temperatura ambiente sotto un flusso costante di gas 400 sccm di argon ad una pressione di 600 Torr. Scaricare i campioni una volta che la temperatura del forno a temperatura ambiente.
  11. Caratterizzare le caratteristiche di crescita complessive, compresa la qualità della crescita, lunghezza, diametro, densità e confezionamento, mediante microscopia elettronica.

2. Ossigeno Adsorption indotta da UV / trattamento con ozono

  1. Posizionare diversi campioni di matrice CNT sotto una lampada ad alta intensità a vapori di mercurio che genera radiazione UV ad una lunghezza d'onda di 185 nm e 254 nm. Questi campioni devono essere posti ad una distanza di 5 - 20 cm dalla lampada. A commerciale UV / ozono detergente può essere usato come alternativa (Figura 3).
  2. Esporre queste matrici alla radiazione UV in aria a temperatura ambiente e pressione standard. Il tempo di esposizione totale dipende dalle loro proprietà fisiche, la potenza della radiazione UV, e il grado di bagnabilità che vuole ottenere. In prima approssimazione, ci vogliono circa 30 minuti di irraggiamento UV a 100 mW / cm 2 per cambiare completamente un array di 15 micron di altezza dal CNT superhydrophobic a superhydrophilic.
  3. Misurare l'angolo di contatto statico delle UV / ozono array trattati CNT per l'acqua con angolo di contatto goniometro. Protocollo per eseguire questa misurazione è descritto nella sezione 5.
  4. Ri-esporre le matrici di CNT anotil suo giro di UV / ozono terapia se non sono abbastanza idrofile.
  5. Caratterizzare la chimica di superficie del UV / ozono matrice trattata CNT da x-ray spettroscopia di fotoelettroni.

3. Adsorbimento di ossigeno indotta dal trattamento al plasma di ossigeno

  1. Posizionare diversi campioni di matrice CNT nella camera di un pulitore plasma di ossigeno / Asher / incisore (Figura 4). Un telecomando pulitore plasma di ossigeno / Asher / incisore è preferibile rispetto a quella diretta a causa della sua natura isotropica.
  2. Impostare il flusso di ossigeno a 150 sccm e la pressione della camera a 500 mTorr. Impostare la potenza RF di 50 Watt.
  3. Esporre questi array di plasma di ossigeno per alcuni minuti. Il tempo di esposizione totale dipende dalle loro proprietà fisiche e del grado di bagnabilità che vuole ottenere. Cura deve essere presa in quanto plasma di ossigeno è molto in grado di ossidare completamente il CNT in CO e CO 2 molecole. In prima approssimazione, si dovrebbe richiedere meno di 30 kmn per passare completamente un millimetro matrice alto CNT da superhydrophobic a superhydrophilic.
  4. Misurare l'angolo di contatto statico del plasma di ossigeno trattati gli array CNT per l'acqua con angolo di contatto goniometro. Protocollo per eseguire questa misurazione è descritto nella sezione 5.
  5. Ri-esporre le matrici CNT ad un altro ciclo di trattamento di plasma di ossigeno se non sono sufficientemente idrofila.
  6. Caratterizzare la chimica di superficie del plasma di ossigeno trattati matrice CNT da x-ray spettroscopia di fotoelettroni.

4. Oxygen desorbimento indotti dal trattamento di ricottura di vuoto

  1. Posizionare diversi campioni di matrice CNT nella camera di un forno a vuoto (Figura 5).
  2. Ridurre la pressione della camera per almeno 2,5 Torr.
  3. Aumentare la temperatura della camera a 250 ° C o superiore.
  4. Esporre queste matrici per aspirare trattamento di ricottura per diverse ore. Il tempo di esposizione totale dipende dalle loro proprietà fisiche e legrado di bagnabilità che vuole ottenere. In prima approssimazione, ci vogliono almeno 3 ore per cambiare completamente un array di 15 um alto CNT da superhydrophilic a superhydrophobic e più di 24 ore per convertire un millimetro matrice alto CNT da superhydrophilic a superhydrophobic.
  5. Misurare l'angolo di contatto statico del vuoto ricotto array CNT per l'acqua con angolo di contatto goniometro. Protocollo per eseguire questa misurazione è descritto nella sezione 5.
  6. Ri-esporre gli array ad un altro ciclo di trattamento di ricottura sottovuoto se non sono sufficientemente idrofoba.
  7. Caratterizzare la chimica di superficie del vuoto ricotto matrice CNT da x-ray spettroscopia di fotoelettroni.

5. Wetting Caratterizzazione delle proprietà

  1. Preparare un goniometro angolo di contatto. Riempire il gruppo microsiringa con acqua deionizzata. Questa siringa deve essere dotato di un calibro 22 a punta piatta ago diritto o un ago più piccolo. Accendere l'illuminatore. Porre un campione di matrice CNT sul tavolo contatto di esempio angolo di goniometro. Assicurarsi che questo esempio non è inclinato verso una direzione.
  2. Portare il gruppo microaghi più vicino al campione e dispensare lentamente goccia a 5 microlitri di acqua sulla superficie superiore della matrice CNT.
  3. Acquisire un'immagine della gocciolina di acqua una volta che è venuto a riposo sulla superficie superiore della matrice CNT. Assicurarsi che una condizione di equilibrio è stato raggiunto prima di prendere l'immagine.
  4. Calcolare l'angolo di contatto elaborando l'immagine catturata con un software dedicato, come DROPimage da Ramé-hart o LBADSA 24.

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Representative Results

Il metodo CVD sopra descritto i risultati in densamente allineati verticalmente a parete multipla array CNT con un tipico diametro, numero di muro, e inter-nanotubo distanza di circa 12 - 20 nm, 8 - 16 muri, e 40 - 100 nm, rispettivamente. La lunghezza media delle matrici può variare da pochi micrometri lunghi (Figura 6a) di un millimetro (Figura 6b) modificando il tempo di crescita da 5 min a 1 h, rispettivamente. In genere l'allineamento verticale è bravo a scala di lunghezza maggiore e alcuni intrecci presenti alla scala di lunghezza minore 1.

Dopo essere stati esposti a UV / ozono o trattamento plasma di ossigeno, le matrici CNT diventano idrofili e possono essere bagnata dall'acqua. Una esposizione prolungata a questi trattamenti trasforma le matrici CNT superhydrophilic, indicati con il loro angolo di contatto statico estremamente basso di meno di 30 °. Dal momento che questi array superhydrophilic CNT può essere bagnata molto facilmente water, mostrano il loro colore originale nero ogni volta che vengono completamente immersi in acqua (Figura 7).

Dopo essere stati esposti per aspirare trattamento di ricottura, le matrici CNT diventano idrofobi e non possono essere facilmente bagnata con acqua. Una esposizione prolungata a questo trattamento trasforma il superhydrophobic CNT array, indicato dal loro angolo di contatto statico estremamente elevato di oltre 150 °. Poiché questi array superhydrophobic CNT respingono l'acqua molto fortemente, appaiono riflettente ogni volta che vengono completamente immersi in acqua per la presenza di film sottili aria sulla loro superficie (Figura 7).

Un semplice ossidazione-tempo-indipendente relazione può essere osservata da una trama di ossigeno a rapporto atomico di carbonio (O / C ratio) delle matrici CNT al loro angolo di contatto statico. O / C rapporto, corrisponde al grado di ossidazione della matrice CNT, può essere calcolato dalla 1s O e C 1s picchi ottenutida x-ray spettroscopia di fotoelettroni (XPS). L'O / C rapporto diminuisce l'angolo di contatto statico degli aumenti di matrice, dove il O / C rapporto superhydrophilic array CNT è superiore al 15% e quella dei superhydrophobic array CNT è inferiore all'8% (Figura 8a). Si noti che l'O / C rapporto superhydrophobic matrici CNT non è zero, suggerendo che una piccola quantità di ossigeno non può essere facilmente rimosso mediante trattamento di ricottura sottovuoto.

Deconvoluzione degli spettri XPS ad alta risoluzione in energia di legame di 283-293 eV mostra quattro picchi distinti, con un picco primario associato con la presenza di sp due legami CC 1 s (~ 284,9 eV) e tre picchi secondari associati alla presenza di idrossile C-OH (~ 285,4 eV), carbonile C = O (~ 287,4 eV), e carbossilico-COOH (~ 289,7 eV) gruppi funzionali. 20,25 Poiché le matrici CNT subiscono trattamento di ossidazione secco, diventano più idrofilo, e tutti i picchi associati C-OH, C = O eGruppi-COOH accentuarsi (figura 8b). Ad un tempo di esposizione, la concentrazione superficiale di gruppi C = O diminuisce leggermente, mentre quella di C-OH e-COOH continua ad aumentare (figura 8c). D'altra parte, la quantità di C-OH, C = O e gruppi-COOH diminuisce dopo il trattamento di ricottura di vuoto (figura 8d). L'esistenza di questi picchi suggerisce che il trattamento di ricottura di vuoto non rimuove completamente adsorbati ossigeno dagli array CNT, anche se queste matrici si trovano ad essere superhydrophobic.

Figura 1
Figura 1. Umettabilità array CNT può essere variata tramite una combinazione di UV / ozono o trattamento plasma di ossigeno e trattamento sottovuoto ricottura. Oxygen adsorbimento avviene durante l' UV / ozono o trattamento plasma di ossigeno, mentre il desorbimento di ossigeno si verifica durante il trattamento di ricottura sottovuoto. Array di CNT diventano più idrofilo dopo essere stato esposto ai raggi UV / ozono o il trattamento di plasma di ossigeno e più idrofobo dopo essere stati esposti a vuoto trattamento di ricottura. Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 2
Figura 2. Un pollice 1 diametro quarzo forno tubolare, dotato di flusso di massa digitale e regolatori di pressione, per la crescita di matrice CNT.

Figura 3
Figura 3. Uno spot UV / ozono più pulito che serve a rendere le matrici idrofile CNT di funzionalizzazione con gruppi funzionali ossigenati.

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Figura 4. Uno spot più pulito plasma di ossigeno che serve a rendere le matrici idrofile CNT di funzionalizzazione con gruppi funzionali ossigenati.

Figura 5
Figura 5. Un forno a vuoto commerciale utilizzato per introdurre processo di desorbimento di ossigeno sulla matrice CNT in modo che diventino più idrofobo.

Figura 6
Figura 6. Basso ingrandimento immagini SEM di matrice CNT con una lunghezza media di 15 um (a) e 985 micron (b).

Figura 7
Figure 7. L'immagine di due array CNT con proprietà bagnanti opposte completamente immersi in acqua. La altamente idrofila UV / ozono matrice trattata CNT (§) mostra il suo colore originale nero mentre la matrice superhydrophobic vuoto ricotto CNT (‡) appare riflettente per la presenza di un aria sottile pellicola sulla sua superficie.

Figura 8
Figura 8. Un appezzamento di rapporto ossigeno atomico di carbonio (O / C ratio) di array CNT in funzione dell'angolo di contatto statico per l'acqua, con la regione ombreggiata indica il regime superhydrophobic (a). L'O / C rapporto può viene calcolato dal 1s O e C 1s picchi ottenuta XPS. Deconvoluzione degli spettri XPS alta risoluzione del picco C 1s di una matrice idrofila leggermente CNT (b), una matrice altamente idrofila CNT (c) (d).

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Discussion

Consideriamo UV / ozono trattamento come la tecnica di ossidazione più conveniente perché può essere eseguita in aria ad una temperatura e pressione standard fino a diverse ore, a seconda della lunghezza della matrice CNT e la potenza della radiazione UV. Radiazioni UV, generata da una lampada ad alta intensità a vapori di mercurio a 185 nm e 254 nm, rompe i legami molecolari sulla parete esterna del CNT consentendo ozono, convertito simultaneamente da aria mediante radiazione UV, per ossidare la superficie. 26,27 Il processo di ossidazione si ferma una volta che le superfici sono completamente CNT funzionalizzati, impedendo la CNT di essere completamente ossidato a CO e CO 2 molecole.

Al contrario, il trattamento di plasma di ossigeno deve essere eseguita in una camera speciale ad una pressione ridotta e un flusso costante di ossigeno. Tipicamente, plasma di ossigeno è generato in remoto 50 Watt di potenza RF e consegnato ad un flusso costante di 150 SCCM e una camera della pressione differenzialee di 500 mTorr per alcuni minuti. Sebbene il trattamento di plasma di ossigeno consente un processo di ossidazione molto più veloce, la cura deve essere presa perché è molto capace di ossidare completamente la CNT in CO e CO 2 molecole. .

Trattamenti al plasma UV / ozono e ossigeno sono stati impiegati con successo per funzionalizzare la superficie di CNT con gruppi funzionali ossigenati. 26-31 Tuttavia, nessuno di questi metodi pubblicati precedentemente eseguita su matrici CNT. Sebbene il metodo di ossidazione qui descritto è simile a questi metodi pubblicati, è ottimizzato per le matrici CNT non, polveri CNT. Questo metodo utilizza la corrente di lampada a bassa potenza irradiazione UV e generatore di corrente di plasma di mantenere il tasso di ossigeno basso assorbimento. Tale basso tasso di assorbimento di ossigeno è essenziale per garantire che il processo di funzionalizzazione avviene uniformemente in tutta la matrice del campione CNT senza danneggiarli. Pertanto, il tempo di ossidazione per matrici CNT è tipicamente più thche per un CNT polveri.

Trattamento sottovuoto ricottura è impiegato per indurre desorbimento processo ossigeno senza usare agenti aggressivi riducenti. Trattamento sottovuoto ricottura effettuata ad un vuoto lieve di circa 2,5 Torr e ad una temperatura moderata di circa 250 ° C per diverse ore è risultato essere sufficiente a disossidare array CNT.

L'idrofilia della superficie UV / ozono e plasma di ossigeno trattati matrici CNT è risultato essere stabile in aria a temperatura ambiente standard per più di 2 mesi. D'altra parte, l'idrofobicità della superficie vuoto ricotti array CNT è risultato essere stabile in aria a temperatura ambiente standard per solo 3 settimane. Questi array vuoto ricotto CNT stanno gradualmente perdendo la loro idrofobicità fino a quando diventano leggermente idrofilo. Tuttavia, gli array superhydrophobic CNT prodotti da trattamento sotto vuoto ricottura si trovano a rimanere superhydrophobic per più di 2 mesi di stoccaggio in aria a temperat camera standardure.

Qui abbiamo dimostrato che la bagnabilità delle matrici CNT può essere sintonizzato tramite una combinazione di ossidazione a secco sotto vuoto e trattamenti di ricottura. Tuttavia, questi trattamenti hanno una limitazione principale. Sia l'ossidazione a secco e vuoto ricottura trattamenti scarso rendimento su array bassa qualità CNT. In generale, bassa qualità matrici CNT sono definiti come quelli con una elevata quantità di contaminanti metallici o rivestimenti in carbonio amorfo. Gli strati di ossido sulla contaminanti metallici inibire ulteriormente ossigeno adsorbimento, rendendo il processo di ossidazione di funzionalizzare CNT senza danneggiare la struttura irrealizzabile. Inoltre, questi strati di ossido sono intrinsecamente idrofilo e può essere rimosso solo da una esposizione ad un agente riducente, non da vuoto trattamento di ricottura. Analogamente, la mancanza di legami penzolanti sui rivestimenti in carbonio amorfo li rende naturalmente idrofilo, in modo tale che essi non possono essere attivati ​​solo da vuoto idrofobo trattamento di ricottura. Pertanto, questi di bassa qualità CNT array are estremamente difficile essere trasformato idrofobo da vuoto trattamento di ricottura.

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Disclosures

Tutti gli autori dichiarano che non abbiamo alcun conflitto di interessi.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione Charyk e The Fletcher Jones Foundation con il numero di sovvenzione 9.900.600. Gli autori ringraziano il Kavli Nanoscience Institute presso il California Institute of Technology per l'utilizzo degli strumenti di nanofabbricazione, il Centro di Ricerca Molecolare Materiali dell'Istituto Beckman presso il California Institute of Technology per l'utilizzo dei XPS e contattare goniometro l'angolo, e la Divisione di Scienze Geologiche e Planetarie del California Institute of Technology per l'utilizzo del SEM.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Lindberg Blue M Mini-Mite tube furnace Thermo Scientific TF55030A 1" tube furnace for CNT array growth
Electronic mass flow controllers MKS PFC-50 πMFC Max flow rate of 1000 sccm
Electronic pressure controller MKS PC-90 πPC Max pressure of 1000 Torr
1" quartz tube MTI Corp. >EQ-QZTube-25GE-610 1" D x 24" L
Hydrogen gas Airgas HY UHP200 CNT array growth precursor gas, 99.999% purity
Ethylene gas Matheson G2250101 CNT array growth precursor gas, 99.999% purity
Argon gas Airgas AR UHP200 CNT array growth precursor gas, 99.999% purity
Silicon wafer El-Cat 2449 With 300 nm polished thermal oxide layer
Iron pellets Kurt J Lesker EVMFE35EXEA 99.95% purity
Aluminum oxide pellets Kurt J Lesker EVMALO-1220B 99.99% purity
E-beam evaporator CHA Industries CHA Mark 40 For buffer and catalyst layer deposition
UV/ozone cleaner BioForce Nanosciences ProCleaner Plus For oxidizing CNT array
Oxygen plasma cleaner PVA TePla M4L For oxidizing CNT array
Vacuum oven VWR 97027-664 For deoxidizing CNT array
SEM Zeiss 1550 VP For CNT array growth characterization
XPS Surface Science M-Probe For surface chemistry characterization
Contact angle goniometer ramé-hart Model 190 For wetting properties characterization

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Chimica Numero 74 Ingegneria Chimica Scienza dei Materiali Nanotecnologie Ingegneria nanotubi carbonio ossido-riduzione le caratteristiche della superficie i nanotubi di carbonio (sintesi e proprietà) nanotubi di carbonio bagnabilità idrofobico idrofilo UV / ozono plasma di ossigeno vuoto ricottura
Ossidazione a secco e vuoto ricottura Trattamenti per accordare le proprietà di bagnabilità di matrici di nanotubi di carbonio
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Aria, A. I., Gharib, M. Dry… More

Aria, A. I., Gharib, M. Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays. J. Vis. Exp. (74), e50378, doi:10.3791/50378 (2013).

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