Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Сухое Окисление и Вакуумные Отжиг Лечения для тюнинга Смачивающие Properties из Массивы Carbon Нанотрубок

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

Summary

В этой статье описывается простой метод для изготовления вертикально массивов углеродных нанотрубок по сердечно-сосудистых заболеваний и в дальнейшем настроить их свойства смачивания, подвергая их отжига в вакууме или сухой обработки окисления.

Abstract

В этой статье мы рассмотрим простой способ обратимо настроиться нанесению вертикально углеродных нанотрубок (УНТ) массивов. Здесь, CNT массивов определяется как плотно упакованные многослойные нанотрубки углерода ориентированы перпендикулярно к росту подложке в результате процесса роста стандартным тепловым химического осаждения из паровой фазы (CVD) техникой. 1,2 Эти CNT массивы затем подвергаются вакуумной отжига, чтобы сделать их более гидрофобных или сушить окисления лечения, чтобы сделать их более гидрофильными. Гидрофобные массивов УНТ может быть включен гидрофильные, подвергая их высушить окисления лечения, в то время как гидрофильные массивов УНТ может быть включен гидрофобной, подвергая их воздействию вакуумного отжига лечения. Используя сочетание обоих методов лечения, CNT массивы могут быть неоднократно переключаться между гидрофильные и гидрофобные. 2 Следовательно, такая комбинация показать очень высокий потенциал во многих промышленных и потребительских приложений,в том числе наркотики системы доставки и высокой плотностью мощности суперконденсаторов. 3-5

Ключ для изменения смачиваемости массивов УНТ является контроль поверхности концентрация кислорода адсорбатов. Основном кислорода адсорбатов может быть введена путем воздействия на УНТ массивов в любом окисления лечения. Здесь мы используем сухой лечения окисления, таких как плазма кислорода и УФ / озон, к функционализации поверхности УНТ с кислородом функциональных групп. Эти кислородом функциональных групп позволяют водородных связей между поверхностью УНТ и молекул воды в форме, оказание CNT гидрофильными. Чтобы превратить их гидрофобными, адсорбированного кислорода должна быть удалена от поверхности УНТ. Здесь мы используем вакуумные отжига, чтобы побудить процесс кислорода десорбции. CNT массивов с крайне низкой поверхностной концентрации кислорода адсорбатов проявляют супергидрофобных поведения.

Introduction

Введение синтетических материалов с перестраиваемого свойствами смачивания позволила многих приложений, включая самоочищающихся поверхностей и гидродинамических устройств снижения сопротивления. 6,7 Многие сообщали исследования показывают, что успешно настроить нанесению материала, одной должны быть в состоянии изменять ее Химия поверхности и топографических неровностей поверхности. 8-11 Среди многих других доступных синтетические материалы, наноструктурированные материалы, привлекли наибольшее внимание в связи с присущими им многогранная шероховатости поверхности и их поверхности могут быть легко функциональными обычными методами. Несколько примеров таких наноструктурированных материалов включают ZnO, 12,13 SiO 2, 12,14 ITO, 12 и углеродных нанотрубок (УНТ). 15-17 Мы считаем, что способность обратимо настроиться нанесению CNT имеет свою собственную силу, так как они считаются одним из самых перспективных материалов для будущих примененийных.

УНТ может быть включен гидрофильных по функционализации их поверхности с кислородом функциональных групп, введены в окислении лечения. На сегодняшний день, наиболее распространенным методом введения кислорода адсорбатов к УНТ является известным мокрых методов окисления, связанные с использованием сильными кислотами и окислителями, такими как азотная кислота и перекись водорода. 18-20 Эти мокрые методы окисления трудно быть расширена до промышленного уровня, поскольку безопасность и экологические проблемы и значительного количества времени для завершения процесса окисления. Кроме того, критический метод сушки точки, возможно, потребуется быть использованы для минимизации влияния капиллярных сил, которые могут уничтожить микроскопические структуры и общего выравнивания массива УНТ в процессе сушки. Сухой лечения окисления, таких как УФ / озон и лечения кислородной плазме, предлагают безопаснее, быстрее и более контролируемым процесс окисления по сравнению с вышеупомянутымивлажных процедур окисления.

УНТ могут быть сделаны гидрофобным путем удаления прилагается кислородсодержащих функциональных групп с их поверхности. До сих пор сложные процессы всегда участвует в производстве высоко гидрофобными CNT массивов. Как правило, эти массивы должны быть покрыты несмачивающей химических веществ, таких как PTFE, ZnO, и fluoroalkylsilane, 15,21,22 или успокоиться фтором или углеводородного плазменной обработки, такие как CF4 и CH 4. 16,23 Несмотря на то, вышеуказанные процедуры не слишком трудно быть расширена до промышленного уровня, они не являются обратимыми. После того, CNT подвергаются воздействию этих процедур, они больше не могут быть вынесено гидрофильные с помощью обычных методов окисления.

Методы, представленные здесь, показывают, что смачиваемость массивов УНТ могут быть настроены прямо и удобно через сочетание сухого окисления и отжига в вакууме лечения (рис. 1). Кислородdsorption и десорбции процессов, вызванных этими процедурами высокой обратимой, потому что их неразрушающий характер и отсутствие других примесей. Таким образом, эти процедуры позволяют CNT массивов, которые будут неоднократно переключаться между гидрофильные и гидрофобные. Кроме того, эти процедуры являются очень практично, экономично, и могут быть легко расширены, поскольку они могут быть выполнены с использованием любых коммерческих вакуумной печи и УФ / озон или чистого кислорода плазмы.

Обратите внимание, что вертикально CNT массивов, используемых здесь выросли на стандартный тепловой химического осаждения из паровой фазы (CVD) техникой. Эти массивы, как правило, выращенных на катализаторе покрытых кремниевой пластины подложки в кварцевой трубчатой ​​печи в потоке углеродсодержащих предшественников газов при повышенных температурах. Средняя длина массива может варьироваться от нескольких микрометров до миллиметра в длину, изменив время роста.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Углеродные нанотрубки (УНТ) Array роста

  1. Подготовка кремниевых пластин по крайней мере одна полированной стороной. Существует никаких конкретных требований по размеру, кристаллические ориентации, допинг типа, удельного сопротивления и толщины оксидного слоя. Обычно мы используем <100> N-типа кремниевых пластин, легированных фосфором, с диаметром 3 дюйма, толщина 381 мкм, а сопротивление 5-10 Ωcm. Обычно это кремниевая пластина имеет тепловой слой оксида толщиной 300 нм.
  2. Если подготовленной кремниевой пластине не имеет оксидного слоя, добавить слой оксида толщиной 300 нм на полированной стороне пластины. Этот слой оксида можно выращивать термически или сданных на хранение физического осаждения из паровой фазы (PVD), желательно с использованием электронно-лучевой испаритель.
  3. Депозит оксида алюминия (Al 2 O 3) буферного слоя на полированной стороне пластины со средней толщиной 10 нм. Осаждение использованием электронно-лучевой испаритель со средней скоростью осаждения в 0,5 иAring ;/ сек является предпочтительным. Использование гранул оксида алюминия с чистотой 99,99% или выше.
  4. Депозит железо (Fe) слоя катализатора на полированной стороне пластины со средней толщиной 1 нм. Так как однородность этого буферного слоя крайне критическая, отложение использованием электронно-лучевой испаритель со средней скоростью осаждения 0,3 А / сек или менее предпочтительно. Использование железа окатышей с чистотой 99,95% или выше.
  5. Вырезать и нарезать кубиками катализатором покрытия кремниевой пластины на несколько более мелких чипов, предпочтительно в 1x1 образцы см.
  6. Загрузите несколько катализатором покрытием кремниевых чипов в 1 дюйм диаметр кварцевой трубчатой ​​печи (рис. 2).
  7. Увеличьте температуру печи до 750 ° С при постоянном потоке из 400 SCCM аргон (Ar) газа при давлении 600 мм рт.
  8. После роста температуры 750 ° C достигается, начинаются предварительной обработки процесс течет смесь из 200 SCCM газ аргон и 285 SCCM водорода (H 2) газ, сохраняя при этом тОн постоянное давление в 600 мм рт. Запустите предварительной обработки в течение 5 мин.
  9. После предварительной обработки процесс будет завершен, начинается процесс роста путем пропускания смеси из 210 газообразный водород SCCM и 490 SCCM этилена (C 2 H 4) газ, сохраняя при этом постоянное давление в 600 мм рт. Запустить процесс роста до одного часа, сохраняя при этом рост постоянную температуру в 750 ° C. Длина массива УНТ определяется ростом времени. CNT массивы со средней длиной один миллиметр может быть достигнуто путем выращивания их в течение одного часа 2.
  10. Доведите температуру печи до комнатной температуры при постоянном потоке из 400 газ SCCM аргона при давлении 600 мм рт. Выгрузка образцов, когда температура в печи достигнет комнатной температуры.
  11. Охарактеризовать общие характеристики роста, включая рост качества, длина, диаметр и плотность упаковки, с помощью электронной микроскопии.

2. Кислород Adsorption под действием УФ / озонирования

  1. Поместите несколько образцов из массива УНТ при высокой интенсивности ртутной лампой, которая генерирует УФ-излучение на длине волны 185 нм и 254 нм. Эти образцы должны быть размещены на расстоянии 5 - 20 см от лампы. Коммерческие UV / озон очиститель может быть использован как альтернатива (рис. 3).
  2. Expose эти массивы УФ-излучения в воздухе при стандартной комнатной температуре и давлении. Общее время экспозиции зависит от их физических свойств, мощность УФ-излучения, и степень смачиваемости, который хочет быть достигнута. В приближении, она занимает около 30 минут УФ-облучения при 100 мВт / см 2 полностью перейти 15 мкм высокий массива УНТ от супергидрофобных в superhydrophilic.
  3. Измерить статический угол контакта УФ / озон рассматриваться массивов УНТ для воды с помощью гониометра угол контакта. Протокол для выполнения этого измерения описаны в разделе 5.
  4. Повторно выставить CNT массивов anotее раунд UV / озонирование, если они не являются гидрофильными достаточно.
  5. Охарактеризовать химии поверхности УФ / озон рассматриваться массива УНТ рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

3. Адсорбции кислорода индуцированных кислорода плазменной обработки

  1. Поместите несколько образцов из массива УНТ в камеру чистого кислорода плазмы / Ашер / травления (рис. 4). Удаленный чистых плазме кислорода / Ашер / гравер предпочтительнее, чем прямые, потому что его изотропным природы.
  2. Установите скорость потока кислорода до 150 SCCM и давление в камере до 500 мТорр. Установить ВЧ мощность до 50 Вт.
  3. Expose этих массивов в кислородной плазме в течение нескольких минут. Общее время экспозиции зависит от их физических свойств и степени смачиваемости, который хочет быть достигнута. Уход должен быть принят, потому что кислород плазмы очень способным полностью окисления УНТ в СО и СО 2 молекул. В приближении, оно должно занять меньше, чем 30 мильп полностью перейти на один миллиметр высокий массива УНТ от супергидрофобных в superhydrophilic.
  4. Измерить статический угол контакта кислородной плазмы рассматривается CNT массивы для воды с помощью гониометра угол контакта. Протокол для выполнения этого измерения описаны в разделе 5.
  5. Повторно выставить CNT массивов очередной раунд кислорода плазменной обработки, если они не являются гидрофильными достаточно.
  6. Охарактеризовать химии поверхности кислородной плазмы рассматривается CNT массив, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

4. Кислород десорбция индуцированные вакуумного отжига лечение

  1. Поместите несколько образцов из массива УНТ в камере вакуумной печи (рис. 5).
  2. Уменьшите давление в камере, по меньшей мере, 2,5 мм рт.
  3. Увеличение температуры в камере до 250 ° C или выше.
  4. Expose эти массивы для вакуумного отжига лечения в течение нескольких часов. Общее время воздействия зависит от их физических свойств иСтепень смачиваемости, который хочет быть достигнута. В приближении, требуется по крайней мере 3 часа, чтобы полностью переключить 15 мкм высокий массива УНТ от superhydrophilic в супергидрофобных и более чем на 24 часа, чтобы преобразовать один миллиметр высокий массива УНТ от superhydrophilic в супергидрофобных.
  5. Измерить статический угол контакта вакуумную отжигают CNT массивы для воды с помощью гониометра угол контакта. Протокол для выполнения этого измерения описаны в разделе 5.
  6. Повторно выставить массивов очередной раунд вакуумного отжига, если они не являются гидрофобными достаточно.
  7. Охарактеризовать химии поверхности вакуумной отжигают CNT массив, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

5. Нанесению характеристика

  1. Подготовка гониометра угол контакта. Заполните микрошприца сборки с деионизированной водой. Этот шприц должен быть оснащен 22 калибра плоскую прямую иглу или меньше игла. Включите осветитель. Поместите образец массива УНТ на гониометре контакт образец таблицы углом. Убедитесь, что этот образец не наклонена в сторону одного направления.
  2. Принесите сборки микроигл ближе к образцу и медленно обойтись в 5 мкл капли воды на верхней поверхности массива УНТ.
  3. Захват картина капли воды, как только он пришел, чтобы отдохнуть на верхней поверхности массива УНТ. Убедитесь, что равновесное состояние было достигнуто, прежде чем принимать изображения.
  4. Вычислить угол контакта путем обработки отснятого изображения с выделенным программным обеспечением, таким как DROPimage на Раме-олень или LBADSA 24.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Методом CVD описанные выше результаты в плотно упакованы вертикально несколькими стенами массивов УНТ с типичным диаметром, числом стены, и между нанотрубки расстоянии около 12 - 20 нм, 8 - 16 стен, а 40 - 100 нм соответственно. Средняя длина массива может варьироваться от нескольких микрометров длиной (рис. 6а) до миллиметра длиной (рис. 6, б) путем изменения времени роста от 5 мин до 1 часа соответственно. Обычно вертикальное выравнивание хорошо на больших масштаб длины и некоторые заграждения, присутствующих на меньший масштаб длины 1.

После того, как под воздействием УФ / озон или лечения кислородной плазме, CNT массивов стать гидрофильные и они могут быть смачивается водой. Длительном воздействии этих процедур оказывается CNT массивов superhydrophilic, с указанием их крайне низкой статический угол контакта менее 30 °. Так как эти superhydrophilic массивов УНТ может быть смочена очень легко Ватэ-э, они показывают свои оригинальные черный цвет, когда они будучи полностью погруженными в воду (рис. 7).

После подвергаясь вакуумного отжига лечения, CNT массивов стать гидрофобными и они не могут быть легко смачивается водой. Длительное воздействие этого лечения оказывается супергидрофобных CNT массивы, указаны их чрезвычайно высокой статической краевой угол более 150 °. Так как эти супергидрофобных массивов УНТ отталкивают воду очень сильно, они появляются отражающей когда они будучи полностью погруженным в воду в связи с наличием тонких пленок воздуха на их поверхности (рис. 7).

Простой окислительно-не зависящий от времени соотношение можно наблюдать с участком кислорода и углерода атомного отношения (O / C соотношение) массивов УНТ их статический угол контакта. O / C соотношение соответствует степени окисления массива УНТ, может быть рассчитана O 1s и пики C 1s полученырентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). O / C соотношение уменьшается статический угол контакта массива увеличивается, где O / C отношением superhydrophilic массивов УНТ более 15%, а супергидрофобных массивов УНТ ниже, чем на 8% (рис. 8а). Обратите внимание, что O / C соотношение супергидрофобных массивов УНТ не равна нулю, предполагая, что небольшое количество кислорода, не могут быть легко удалены вакуумного отжига.

Deconvolution высокой спектров резолюции XPS на энергию 283-293 эВ показаны четыре ярко выраженных пиков, с одной основной пик, связанный с наличием SP 2 CC 1 облигациям с (~ 284,9 эВ) и три вторичных пиков, связанных с наличием гидроксильных C-OH (~ 285,4 эВ), карбонильные C = O (~ 287,4 эВ) и карбоксильной-СООН (~ 289,7 эВ) функциональных групп. 20,25 Как массивов УНТ пройти сухой обработки окисления, они становятся более гидрофильными, и все пики, связанные с C-OH, C = O и-СООН группы становятся более выраженными (рис. 8, б). На время экспозиции поверхностной концентрации С = О групп немного уменьшается в то время как C-OH и-COOH группы продолжает увеличиваться (рис. 8в). С другой стороны, количество C-OH, C = O и-СООН групп уменьшается после вакуумного отжига (рис. 8г). Существование этих пиков позволяет предположить, что вакуумного отжига лечения не полностью удалить кислород адсорбатов из массива УНТ, хотя эти массивы будут признаны супергидрофобных.

Рисунок 1
Рисунок 1. Смачивание свойства массивов УНТ может быть изменено с помощью комбинации УФ / озон или кислород плазменной обработки и отжига в вакууме лечения. Адсорбции кислорода происходит во время УФ / озон или кислородной плазме лечения, а кислород десорбции происходит во время вакуумного отжига. CNT массивы становятся более гидрофильными после воздействия УФ / озон или кислород плазменной обработки и более гидрофобных после воздействия вакуумного отжига лечения. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 2
Рисунок 2. 1 дюйм диаметр кварцевой трубчатой ​​печи, оснащенные цифровыми массового расхода и давления, для роста массива УНТ.

Рисунок 3
Рисунок 3. Коммерческие UV / озон очиститель используется для отображения CNT массивов гидрофильных по функционализации их с кислородом функциональных групп.

Содержание «FO: Keep-together.within-страницы =" Всегда "> Рисунок 4
Рисунок 4. Для чистки плазме кислорода используется для отображения CNT массивов гидрофильных по функционализации их с кислородом функциональных групп.

Рисунок 5
Рисунок 5. Коммерческие вакуумной печи используются для введения процесса кислородом десорбции на массиве УНТ, так что они становятся более гидрофобной.

Рисунок 6
Рисунок 6. Низкое увеличение СЭМ изображения массивов УНТ со средней длиной 15 мкм (а) и 985 мкм (б).

Рисунок 7
FigurE 7. Изображение двух массивов УНТ с противоположными свойствами смачивания полностью погружен в воду. Высокой гидрофильности УФ / озон рассматривать УНТ массива (§) показывает свой ​​первоначальный черный цвет, а супергидрофобных вакуум отжигают CNT массива (‡) появляется отражающих в связи с наличием тонкая пленка воздуха на ее поверхности.

Рисунок 8
Рисунок 8. Сюжет кислорода и углерода атомного отношения (O / C соотношение) массивов УНТ в зависимости от статического угла контакта воды с заштрихованная область показывает супергидрофобных режима (а). O / C соотношение может рассчитывается исходя из O 1s и пики C 1s получить XPS. Deconvolution высокого разрешения XPS спектрах пика С 1s из умеренно гидрофильных массива УНТ (б), высоко гидрофильных CNT массива (с) (D).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Мы считаем, UV / озонирование как наиболее удобный окисления технику, поскольку она может быть выполнена в воздухе при стандартной комнатной температуре и давлении в течение нескольких часов, в зависимости от длины массива УНТ и мощности УФ излучения. УФ-излучение, порожденное высокой интенсивности ртутной лампой при 185 нм и 254 нм, нарушает молекулярные связи на внешней стенке УНТ позволяет озона, превращается одновременно с воздуха, УФ-излучения, для окисления их поверхности. 26,27 процесс окисления останавливается, как только поверхности УНТ полностью функциональными, предотвращая CNT, чтобы быть полностью окисляется в СО и СО 2 молекул.

В отличие от лечения кислородной плазмы должна быть выполнена в специальной камере при пониженном давлении и постоянном расходе кислорода. Как правило, кислородной плазме создается удаленный до 50 Вт мощности РФ и поставляется с постоянной скоростью потока 150 SCCM и камеры давленЕ 500 мТорр в течение нескольких минут. Хотя лечение кислородной плазмы позволяет намного быстрее, процесс окисления, уход должен быть принят, потому что это очень способным полностью окисления УНТ в СО и СО 2 молекул. .

Лечение UV / озоном и кислородом плазмы были успешно использованы для функционализации поверхности УНТ с кислородом функциональных групп. 26-31 Тем не менее, ни одна из этих опубликованные методы были ранее выполнялись на массивы УНТ. Хотя окисление метод, описанный в настоящем документе, похожие на эти опубликованные методы, он оптимизирован для массивов УНТ, не CNT порошков. Это текущий метод использует низкую мощность лампы УФ-облучения и мощности генератора плазмы держать скорость адсорбции кислорода низка. Такие низкие адсорбции кислорода скорость необходима для того, чтобы функционализации процесс происходит равномерно по всей выборке массива УНТ, не повреждая их. Таким образом, окисление время для массивов УНТ, как правило, больше-гочто для CNT порошков.

Вакуумные отжига применяется, чтобы вызвать процесс кислорода десорбции без использования каких-либо суровых восстановителей. Вакуумные отжига проводится при мягким вакуумом около 2,5 Торр и умеренной температуре около 250 ° C в течение нескольких часов будет признано достаточным для раскисления CNT массивов.

Поверхность гидрофильности УФ / озон и кислород плазма рассматривается CNT массивов оказывается устойчивым в воздухе при стандартной комнатной температуре более чем на 2 месяца. С другой стороны, поверхность гидрофобность вакуумного отжига массивов УНТ оказывается устойчивым в воздухе при стандартной комнатной температуре всего за 3 недели. Эти вакуумного отжига CNT массивы постепенно теряют свою гидрофобность пока они не станут слегка гидрофильными. Тем не менее, супергидрофобных массивов УНТ производства вакуумного отжига находятся оставаться супергидрофобных более 2 месяцев хранения на воздухе при стандартных температ номерЮр.

Здесь мы показали, что смачиваемость массивов УНТ может быть настроена с помощью комбинации сухого окисления и отжига в вакууме лечения. Тем не менее, эти процедуры имеют одно главное ограничение. Оба сухого окисления и отжига в вакууме лечения плохо работают на низкое качество массивов УНТ. В общем, низкое качество CNT массивов определяются как те, с большим количеством металлических примесей или аморфного углеродных покрытий. Оксидных слоев на металлических примесей препятствует дальнейшей адсорбции кислорода, что делает процесс окисления для функционализации УНТ, не повреждая их структуру невозможно. Кроме того, эти слои оксида своей сути являются гидрофильными и могут быть устранены только путем воздействия восстановителя, а не вакуумного отжига лечения. Аналогичным образом, отсутствие оборванных связей на аморфных углеродных покрытий делает их естественно гидрофильные, так, что они не могут быть включены гидрофобные просто вакуумного отжига лечения. Таким образом, эти низкого качества CNT массивов арэлектронной чрезвычайно трудно быть включены гидрофобные вакуумной отжига.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Все авторы заявляют, что у нас нет конфликта интересов.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана чарык фонда и Fletcher Jones Foundation в рамках гранта номер 9900600. Авторы выражают благодарность Кавли нанонауки института в Калифорнийском технологическом институте на использование наноматериалов инструментов, молекулярные исследования материалов Центра Института Бекмана в Калифорнийском технологическом институте на использование XPS и угол контакта гониометра, и отдел Геологические и планетарных наук Калифорнийского технологического института для использования 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sansom, E., Rinderknecht, D., Gharib, M. Controlled partial embedding of carbon nanotubes within flexible transparent layers. Nanotechnology. 19, 035302 (2008).
  2. Aria, A. I., Gharib, M. Reversible Tuning of the Wettability of Carbon Nanotube Arrays: The Effect of Ultraviolet/Ozone and Vacuum Pyrolysis Treatments. Langmuir. 27, 9005-9011 (2011).
  3. Lee, S. W., et al. High-power lithium batteries from functionalized carbon-nanotube electrodes. Nat. Nano. 5, 531-537 (2010).
  4. Aria, A. I., Gharib, M. Effect of Dry Oxidation on the Performance of Carbon Nanotube Arrays Electrochemical Capacitors. MRS Proceedings. 1407, (2012).
  5. Bianco, A., Kostarelos, K., Prato, M. Applications of carbon nanotubes in drug delivery. Current Opinion in Chemical Biology. 9, 674-679 (2005).
  6. Scardino, A. J., Zhang, H., Cookson, D. J., Lamb, R. N., Nys, R. d The role of nano-roughness in antifouling. Biofouling: The Journal of Bioadhesion and Biofilm Research. 25, 757-767 (2009).
  7. Rothstein, J. Slip on Superhydrophobic Surfaces. Annual Review of Fluid Mechanics. 42, 89-109 (2010).
  8. Emsley, J. Very strong hydrogen-bonding. Chemical Society Reviews. 9, 91-124 (1980).
  9. Bhushan, B., Jung, Y., Koch, K. Micro- nano- and hierarchical structures for superhydrophobicity, self-cleaning and low adhesion. Philosophical Transactions - Royal Society. Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 367, 1631-1672 (2009).
  10. Krupenkin, T., Taylor, J., Schneider, T., Yang, S. From rolling ball to complete wetting: The dynamic tuning of liquids on nanostructured surfaces. Langmuir. 20, 3824-3827 (2004).
  11. Sun, T., et al. Control over the Wettability of an Aligned Carbon Nanotube Film. Journal of the American Chemical Society. 125, 14996-14997 (2003).
  12. Ebert, D., Bhushan, B. Transparent, Superhydrophobic, and Wear-Resistant Coatings on Glass and Polymer Substrates Using SiO2, ZnO, and ITO Nanoparticles. Langmuir. 28, 11391-11399 (2012).
  13. Feng, X., et al. Reversible Super-hydrophobicity to Super-hydrophilicity Transition of Aligned ZnO Nanorod Films. Journal of the American Chemical Society. 126, 62-63 (2003).
  14. Xu, L., Karunakaran, R. G., Guo, J., Yang, S. Transparent, Superhydrophobic Surfaces from One-Step Spin Coating of Hydrophobic Nanoparticles. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4, 1118 (2012).
  15. Lau, K., et al. Superhydrophobic carbon nanotube forests. Nano Letters. 3, 1701-1705 (2003).
  16. Hong, Y., Uhm, H. Superhydrophobicity of a material made from multiwalled carbon nanotubes. Applied Physics Letters. 88, 244101 (2006).
  17. Lee, C. H., Johnson, N., Drelich, J., Yap, Y. K. The performance of superhydrophobic and superoleophilic carbon nanotube meshes in water-oil filtration. Carbon. 49, 669-676 (2011).
  18. Hummers, W. S., Offeman, R. E. Preparation of Graphitic Oxide. Journal of the American Chemical Society. 80, 1339 (1958).
  19. Park, S., Ruoff, R. Chemical methods for the production of graphenes. Nature Nanotechnology. 4, 217-224 (2009).
  20. Peng, Y., Liu, H. Effects of Oxidation by Hydrogen Peroxide on the Structures of Multiwalled Carbon Nanotubes. Industrial & Engineering Chemistry Research. 45, 6483-6488 (2006).
  21. Huang, L., et al. Stable superhydrophobic surface via carbon nanotubes coated with a ZnO thin film. The Journal of Physical Chemistry. B. 109, 7746-7748 (2005).
  22. Feng, L., et al. Super-Hydrophobic Surfaces: From Natural to Artificial. Advanced Materials. 14, 1857-1860 (2002).
  23. Cho, S., Hong, Y., Uhm, H. Hydrophobic coating of carbon nanotubes by CH4 glow plasma at low pressure, and their resulting wettability. Journal of Materials Chemistry. 17, 232-237 (2007).
  24. Stalder, A., Kulik, G., Sage, D., Barbieri, L., Hoffmann, P. A snake-based approach to accurate determination of both contact points and contact angles. Colloids and Surfaces. A, Physicochemical and Engineering Aspects. , 286-2892 (2006).
  25. Naseh, M. V., et al. Fast and clean functionalization of carbon nanotubes by dielectric barrier discharge plasma in air compared to acid treatment. Carbon. 48, 1369-1379 (2010).
  26. Mawhinney, D. Infrared spectral evidence for the etching of carbon nanotubes: Ozone oxidation at 298 K. Journal of the American Chemical Society. 122, 2383-2384 (2000).
  27. Sham, M., Kim, J. Surface functionalities of multi-wall carbon nanotubes after UV/Ozone and TETA treatments. Carbon. 44, 768-777 (2006).
  28. Banerjee, S., Wong, S. Rational sidewall functionalization and purification of single-walled carbon nanotubes by solution-phase ozonolysis. The Journal of Physical Chemistry. B. 106, 12144-12151 (2002).
  29. Xu, T., Yang, J., Liu, J., Fu, Q. Surface modification of multi-walled carbon nanotubes by O2 plasma. Applied Surface Science. 253, 8945-8951 (2007).
  30. Felten, A., Bittencourt, C., Pireaux, J. J., Van Lier, G., Charlier, J. C. Radio-frequency plasma functionalization of carbon nanotubes surface O2, NH3, and CF4 treatments. Journal of Applied Physics. 98, 074308 (2005).
  31. Chen, C., Liang, B., Ogino, A., Wang, X., Nagatsu, M. Oxygen Functionalization of Multiwall Carbon Nanotubes by Microwave-Excited Surface-Wave Plasma Treatment. The Journal of Physical Chemistry C. 113, 7659-7665 (2009).

Tags

Химия выпуск 74 химического машиностроения материаловедения нанотехнологий инженерии нанотрубки Carbon окислительно-восстановительные поверхностные свойства углеродных нанотрубок (синтез и свойства) Углеродные нанотрубки смачиваемость гидрофобные гидрофильные УФ / озон кислородной плазме вакуумного отжига
Сухое Окисление и Вакуумные Отжиг Лечения для тюнинга Смачивающие Properties из Массивы Carbon Нанотрубок
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter