PL181815B1 - Sposób wytwarzania nanorurek węglowych z fulerenów - Google Patents

Abstract

1· Sposób wytwarzania nanorurek węglowych z fulerenów, znamienny tym, że w toluenie rozpuszcza się związek metalu przejściowego w postaci niklocenu N1C10H10, w ilości 15 mg niklocenu na 1 ml toluenu, oddzielnie rozpuszcza się w toluenie fulereny Cg0, w ilości 3 mg fulerenów na 1 ml toluenu, następnie miesza się oba roztwory w takich proporcjach aby stosunek molowy C60 do N1C10H10 był równy 1 : 3, po czym wytrącony w tym procesie osad suszy się i prasuje, a sprasowanąpastylkę wygrzewa się w temperaturze 500 - 600°C

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania nanorurek węglowych z fulerenów, które mogą być stosowane jako emitery elektronów w różnego rodzaju wyświetlaczach.

Znane są różne sposoby otrzymywania nanorurek węglowych z fulerenów. Do najbardziej znanych należy metoda oparta na wyładowaniu w łuku prądu stałego między czystymi elektrodami węglowymi, jak to opisano w pracy. P. Byszewski, P. Dłużewski, R. Diduszko The formation of carbon tubules and fullerenes J. Mat. REs. 8 (1), 118 ( 1993) lub elektrod domieszkowanych metalami.

W takim procesie, na katodzie powstają osady, w których do 50% grafitu stanowią nanorurki o różnych średnicach i długości, najczęściej są to nanorurki o średnicach pojedynczych nanometrów. Znana jest także inna metoda, która wykorzystuje rozkład węglowodorów w wysokiej temperaturze w obecności metali przejściowych lub przez kondensację par węgla, też wytworzonych w łuku elektrycznym, na drobnych kilkuatomowych ziarnach metali przejściowych. Przy zastosowaniu tego sposobu otrzymuje się węgiel amorficzny zawierający niewielkie, poniżej 1⁰% wagowego, ilości nanorurek.

Proces wykorzystujący rozkład węglowodorów był wykorzystywany do wytwarzania włókien węglowych, w których średnice włókien kontrolowane były wielkością ziaren żelaza.

Mikroskopowe badania in-situ udowodniły możliwość krystalizacji w podwyższonych temperaturach węgla amorficznego do grafitu w obecności żelaza, kobaltu i niklu.

W szeregu prac naukowych wykazano możliwość wytworzenia związków C60 z żelazem, kobaltem i niklem w rezultacie reakcji pomiędzy C60 i odpowiednimi metalocenami. W związkach tych jony metalu związane są z fulerenami.

W podwyższonych temperaturach wiązania ulegają zerwaniu (w przypadku żelaza następuje to w 480°C) i w części metal tworzy klastery kilkuatomcwe.

W sposobie według wynalazku najpierw w toluenie rozpuszcza się związek metalu przejściowego w postaci niklocenu NiC10H10, w ilości 15 mg niklocenu na 1 ml toluenu. Oddzielnie w toluenie rozpuszcza się fulereny C60, w ilości 3 mg fulerenów na 1 ml toluenu. Następnie miesza się oba roztwory w takich proporcjach aby stosunek molowy C60 : N1C10H10 był równy 1:3. Wytrącony w tym procesie osad suszy się i prasuje, a następnie osad spracowany w postaci pastylki wygrzewa się w temperaturze 500-600°C przez co najmniej 2 godziny. Proces wygrzewania prowadzi się w próżni lub w atmosferze gazu obojętnego.

Sposób według wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania.

W sposobie tym źródłem metalu przejściowego jest nikiel w postaci niklocenu N1C10H10.

Związek ten został rozpuszczony w toluenie (NiCp2 ) - przy zachowaniu proporcji 15 mg niklocenu na 1 ml toluenu. Oddzielnie rozpuszczono w toluenie fulereny Cóo - przy zachowaniu

181 815 proporcji 3 mg fulerenów na 1 ml toluenu. Następnie zmieszano roztwór toluenowy zawierający niklocen z roztworem toluenowym fulerenów z zachowaniem stosunku molowego C60 do NiC10Hi0jak 1 : 3. Takie zmieszanie powoduje wytrącenie się osadu. Prawie całkowite wytrącenie następuje przy stosunku molowym C60 : (NiC^H^h. Wytrącony osad zawiera fulereny związane z pochodną niklocenu. Po wysuszeniu osad ten jest prasowany w formę pastylki. Pastylka następnie poddawana jest obróbce termicznej w próżni w temperaturze 500°C przez 2 godziny. W rezultacie wygrzewania - w pierwszej jego fazie tzn. przy temperaturze 100 - 120°C usuwane są pozostałości rozpuszczalnika, a następnie w drugiej jego fazie tzn. przy temperaturze 400 - 450°C sublimują grupy węglowodorowe niklocenu. Prowadzi to do powstania fulerytu zawierającego zdyspergowany nikiel. W ostatniej fazie wygrzewania tj. w temp. 450 - 600°C dyfundują atomy niklu, co z kolei prowadzi do powstania klasterów metalicznych.

W zachodzącym podczas wygrzewania procesie dyfuzji w podwyższonej temperaturze następuje zerwanie wiązań w fulerenach i powstanie węgla amorficznego. Otrzymany więc produkt zawiera klastery metalu oraz amorficzny węgiel, którego część rekrystalizuje w postaci nanorurek węglowych.

Przy pomocy transmisyjnego mikroskopu elektronowego badano uzyskany preparat, badania te wykazały, że preparat zawierał według szacunków, nie więcej niż 0,1% objętościowych, nanorurek o średnicy ok. 20 nm i długości ponad 100 nm.

181 815

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania nanorurek węglowych z fulerenów, znamienny tym, że w toluenie rozpuszcza się związek metalu przejściowego w postaci niklocenu NiCnHi0, w ilości 15 mg niklocenu na 1 ml toluenu, oddzielnie rozpuszcza się w toluenie fulereny C60, w ilości 3 mg fulerenów na 1 ml toluenu, następnie miesza się oba roztwory w takich proporcjach aby stosunek molowy C60 do N1C10H10 był równy 1 : 3, po czym wytrącony w tym procesie osad suszy się i prasuje, a sprasowaną pastylkę wygrzewa się w temperaturze 500 - 600°C.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wygrzewanie prowadzi się w próżni przez co najmniej 2 godziny.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wygrzewanie prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego przez co najmniej 2 godziny.