सूखी ऑक्सीकरण और वैक्यूम कार्बन नैनोट्यूब arrays के गीला गुण ट्यूनिंग के लिए उपचार एनीलिंग
Summary
यह लेख के लिए करने के लिए सीवीडी द्वारा खड़ी गठबंधन की कार्बन नैनोट्यूब arrays को बनाना के लिए और करने के लिए बाद में उन्हें को उजागर के करने के लिए अपने annealing पर हैं या शुष्क और ऑक्सीकरण उपचार के निर्वात ही है, साथ ही द्वारा उनके wetting गुण धुन कर के लिए एक सरल के लिए विधि का वर्णन करता है.
Abstract
इस अनुच्छेद में, हम एक सरल विधि का वर्णन reversibly खड़ी गठबंधन कार्बन नैनोट्यूब (CNT) arrays के गीला गुण धुन. यहाँ, CNT arrays के रूप में परिभाषित कर रहे हैं बहु दीवारों कार्बन नैनोट्यूब घनी उन्मुख सीधा पैक एक विकास प्रक्रिया का एक परिणाम के रूप में विकास सब्सट्रेट करने के लिए मानक थर्मल रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) तकनीक द्वारा 1,2 ये CNT arrays रहे हैं तो निर्वात को उजागर annealing उपचार के लिए उन्हें और अधिक hydrophobic बनाने के लिए या ऑक्सीकरण उपचार शुष्क करने के लिए उन्हें और अधिक हाइड्रोफिलिक प्रस्तुत करना. hydrophobic CNT arrays उन्हें उजागर ऑक्सीकरण उपचार शुष्क द्वारा हाइड्रोफिलिक दिया जा सकता है, जबकि हाइड्रोफिलिक CNT arrays उन्हें उजागर करने के लिए उपचार annealing के निर्वात द्वारा hydrophobic दिया जा सकता है. दोनों के उपचार का एक संयोजन का उपयोग करना, CNT arrays हाइड्रोफिलिक और hydrophobic इसलिए 2 के बीच बार – बार बंद किया जा सकता है, इस तरह के संयोजन कई औद्योगिक और उपभोक्ता अनुप्रयोगों में एक बहुत ही उच्च क्षमता दिखाने के लिए,दवा वितरण प्रणाली और उच्च शक्ति घनत्व supercapacitors. 3-5 सहित
CNT arrays के wettability भिन्न कुंजी के लिए ऑक्सीजन adsorbates की सतह एकाग्रता को नियंत्रित करने के लिए है. मूल रूप से ऑक्सीजन adsorbates किसी भी ऑक्सीकरण उपचार के लिए CNT arrays को उजागर करके पेश किया जा सकता है. यहाँ हम ऑक्सीजन प्लाज्मा और यूवी / ओजोन जैसे शुष्क ऑक्सीकरण उपचार, oxygenated कार्य समूहों के साथ CNT की सतह functionalize का उपयोग करें. ये oxygenated कार्य समूहों CNT और पानी के अणुओं के रूप में सतह के बीच हाइड्रोजन बांड की अनुमति, हाइड्रोफिलिक CNT प्रतिपादन. उन्हें hydrophobic बारी, adsorbed ऑक्सीजन CNT की सतह से हटाया जाना चाहिए. यहाँ हम वैक्यूम annealing ऑक्सीजन desorption प्रक्रिया प्रेरित उपचार रोजगार. बेहद कम ऑक्सीजन adsorbates की सतह एकाग्रता के साथ CNT arrays superhydrophobic व्यवहार दिखा रहे हैं.
Introduction
tunable गीला गुणों के साथ सिंथेटिक सामग्री की शुरूआत स्वयं सफाई सतहों और hydrodynamic खींचें कमी उपकरणों सहित कई अनुप्रयोगों 6,7 कई रिपोर्ट के अध्ययनों से पता चलता है कि सफलतापूर्वक एक सामग्री के गीला गुण धुन करने के लिए सक्षम है, एक करने के लिए अपने भिन्न करने में सक्षम होना चाहिए रसायन शास्त्र की सतह और स्थलाकृतिक सतह खुरदरापन 8-11 कई अन्य उपलब्ध सिंथेटिक सामग्री के अलावा, सामग्री nanostructured अपने निहित बहु स्केल सतह खुरदरापन और उनके सतहों के कारण ध्यान आकर्षित किया है आम तरीकों द्वारा आसानी से functionalized जा सकता है. इन nanostructured सामग्री के कई उदाहरण ZnO, 12,13 SiO 2, इतो 12,14, 12 और कार्बन नैनोट्यूब (CNT) शामिल 15-17 हम मानते हैं कि reversibly CNT की गीला गुण धुन की क्षमता अपने स्वयं के पुण्य है. वे के बाद से एक भविष्य आवेदन के लिए सबसे होनहार सामग्री के रूप में माना जाता हैमाहौल.
CNT oxygenated कार्य समूहों, एक ऑक्सीकरण उपचार के दौरान शुरू के साथ उनके सतहों functionalizing हाइड्रोफिलिक दिया जा सकता है. तिथि करने के लिए, सबसे आम विधि CNT ऑक्सीजन adsorbates परिचय प्रसिद्ध गीला ऑक्सीकरण तकनीक है, नाइट्रिक एसिड और हाइड्रोजन पेरोक्साइड के रूप में मजबूत और एसिड ऑक्सीकरण एजेंट के उपयोग से जुड़े 18-20 ये गीला ऑक्सीकरण तकनीक के लिए मुश्किल हैं. सुरक्षा और पर्यावरण के मुद्दों की वजह से औद्योगिक स्तर और समय की काफी राशि ऑक्सीकरण प्रक्रिया को पूरा करने के लिए करने के लिए पहुंचा. इसके अलावा, एक महत्वपूर्ण बिंदु सुखाने विधि केशिका बलों है कि सूक्ष्म और सुखाने की प्रक्रिया के दौरान CNT सरणी के समग्र संरेखण संरचना को नष्ट कर सकते हैं के प्रभाव को कम करने के लिए नियोजित किया जा आवश्यकता हो सकती है. यूवी / ओजोन और ऑक्सीजन प्लाज्मा उपचार के रूप में सूखी ऑक्सीकरण उपचार, aforementioned की तुलना में एक सुरक्षित, तेज, और अधिक नियंत्रित ऑक्सीकरण प्रक्रिया की पेशकशगीला ऑक्सीकरण उपचार.
CNT उनके सतहों से संलग्न oxygenated कार्य समूहों को हटाने के द्वारा hydrophobic बनाया जा सकता है. इस प्रकार अब तक, जटिल प्रक्रियाओं हमेशा बेहद hydrophobic CNT arrays उत्पादन में शामिल कर रहे हैं. आमतौर पर, इन arrays गैर गीला ऐसे PTFE, ZnO, और fluoroalkylsilane, 15,21,22 या अधातु तत्त्व या हाइड्रोकार्बन ऐसे CF4 और CH 4 के रूप में प्लाज्मा उपचार, शांत के रूप में रसायन, के साथ लेपित किया 16,23 हालांकि. abovementioned उपचार भी औद्योगिक स्तर के लिए बढ़ाया जा मुश्किल नहीं कर रहे हैं, वे प्रतिवर्ती नहीं हैं. एक बार CNT इन उपचार के लिए उजागर कर रहे हैं, वे अब नहीं आम ऑक्सीकरण तरीकों का उपयोग कर हाइड्रोफिलिक कर सकते हैं गाया जा सकता है.
यहां प्रस्तुत तरीकों कि CNT arrays के wettability शुष्क ऑक्सीकरण और वैक्यूम annealing उपचार (1 चित्रा) का एक संयोजन के माध्यम से straightforwardly है और आसानी से tuned किया जा सकता है. एक ऑक्सीजनdsorption और desorption इन उपचार द्वारा प्रेरित प्रक्रियाओं उनके स्वभाव गैर विनाशकारी और अन्य अशुद्धियों के अभाव की वजह से अत्यधिक पलटवाँ हैं. इसलिए, इन उपचार CNT arrays बार बार हाइड्रोफिलिक और hydrophobic के बीच स्विच की अनुमति देते हैं. इसके अलावा, इन उपचार बहुत व्यावहारिक, किफायती, और आसानी से बढ़ाया जा सकता है क्योंकि वे किसी भी व्यावसायिक वैक्यूम ओवन और यूवी / ओजोन या ऑक्सीजन प्लाज्मा क्लीनर का उपयोग किया जा सकता है.
ध्यान दें कि खड़ी गठबंधन CNT यहां इस्तेमाल किया arrays मानक थर्मल रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) तकनीक से बड़े हो रहे हैं. इन arrays आम तौर पर एक ऊंचा तापमान पर अग्रदूत gasses कार्बन युक्त एक प्रवाह के तहत एक क्वार्ट्ज ट्यूब भट्ठी में उत्प्रेरक लेपित सिलिकॉन वफ़र substrates पर हो रहे हैं. arrays के औसत लंबाई कुछ micrometers से विकास समय बदलकर एक मिलीमीटर लंबे समय के लिए अलग किया जा सकता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
तो हम / यूवी सबसे सुविधाजनक ऑक्सीकरण तकनीक के रूप में ओजोन के इलाज के में पर विचार करें क्योंकि यह एक मानक के कमरे और अप करने के लिए तापमान और दबाव के पर में हवा में प्रदर्शन किया किया जा सकता है में कई घंट?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के Charyk फाउंडेशन और अनुदान 9900600 संख्या के के तहत फ्लेचर जोन्स फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था. लेखकों को कृतज्ञता के कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान में nanofabrication उपकरणों की उपयोग के लिए Kavli नेनौसाइंस संस्थान स्वीकार करते हैं हैं, XPS के उपयोग के लिए प्रौद्योगिकी के क्षेत्र के कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ में आण्विक सामग्री Beckman संस्थान के रिसर्च सेंटर और कोण फलक – कोणमापी से संपर्क करें, और की डिवीजन SEM के उपयोग के लिए भूवैज्ञानिक और ग्रहों के कैलिफोर्निया प्रौद्योगिकी संस्थान ऑफ साइंसेज के भी.
Materials
| Material Name | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
| 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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