Gelijktijdig Synthese van enkelwandige koolstof nanobuisjes en grafeen in een magnetisch-enhanced Arc Plasma
Summary
Anodische boogontlading is een van de meest praktische en efficiënte methoden om diverse koolstofnanostructuren synthetiseren. Ter verhoging van de boog beheersbaarheid en flexibiliteit, was een niet-uniform magnetisch veld kennis met de een-staps synthese van grootschalige grafeen vlokken en hoogzuivere single-walled carbon nanotubes proces.
Abstract
Koolstofnanostructuren zoals single-walled carbon nanotubes (SWCNT) en grafeen trekken een stortvloed van belangstelling van geleerden tegenwoordig als gevolg van hun zeer veelbelovende toepassing voor moleculaire sensoren, field effect transistor en super dunne en flexibele elektronische apparaten 1-4. Anodische boogontlading ondersteund door de erosie van de anode materiaal is een van de meest praktische en efficiënte methoden, die specifieke niet-evenwichts processen en een hoge instroom van carbon materiaal kan leveren aan de ontwikkeling van structuren op een relatief hogere temperatuur, en dus ook de as- gesynthetiseerde producten hebben enkele structurele gebreken en beter kristalliniteit.
Om verdere verbetering van de beheersbaarheid en de flexibiliteit van de synthese van koolstof nanostructuren in boogontlading, kunnen magnetische velden worden toegepast tijdens de synthese werkwijze volgens de sterke magnetische respons van de boog plasma's. Er werd aangetoond dat de magnetisch-enhanced boog DischARGE kan de gemiddelde lengte van SWCNT 5, het verkleinen van de diameter verdeling van metalen katalysator deeltjes en koolstof nanobuisjes 6, en verander de verhouding van metalen en halfgeleidende koolstof nanobuisjes 7, evenals leiden tot grafeen synthese 8.
Bovendien is het de moeite waard om op te merken dat wanneer we een niet-uniform magnetisch veld te introduceren met de component loodrecht op het stroom in boog, de Lorentz-kracht langs de J × B richting kan de plasma jet te genereren en maak effectieve levering van koolstof-ion deeltjes en warmtestroom naar monsters. Als gevolg hiervan werden op grote schaal grafeen vlokken en hoogzuivere single-walled carbon nanotubes tegelijkertijd gegenereerd door dergelijke nieuwe magnetisch verbeterde anodische boog methode. Arc imaging, scanning elektronenmicroscoop (SEM), werden transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) en Raman spectroscopie ingezet om de karakterisering van koolstof nanostructuren te analyseren. Deze bevindingen wijzen op eenbrede spectrum van mogelijkheden om te manipuleren met de eigenschappen van nanostructuren geproduceerd in plasma door middel van het controleren van de boog voorwaarden.
Protocol
Discussion
In de video snapshots in figuur 1b en 1d, voor het geval dat de interelectrode gat werd geplaatst op een afstand van ongeveer h = 75 mm van de onderkant van de permanente magneet, moet worden opgemerkt dat de verandering van de magneet positie (we magneet verschuiving getest langs de z-as en draaien van de magneet over) resulteert in een afwijking van boog straal stroming in x-richting die overeenkomt met de richting van J × B van kracht geïllustreerd in figuur 1c. Er…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door NSF / DOE Partnership in Plasma Science and Technology (NSF Grant No cbet-0853777 en DOE Grant No DE-SC0001169), STTR Fase I-project (NSF STTR FASE I No.1010133). De auteurs willen graag de PPPL Offsite Research Program ondersteund door het Bureau van Fusion Energy Sciences voor de ondersteuning van arc experimenten bedanken.
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 |
References
- 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).
