RU2309118C2 - Короткие углеродные нанотрубки - Google Patents

Короткие углеродные нанотрубки Download PDF

Info

Publication number
RU2309118C2
RU2309118C2 RU2004113368/15A RU2004113368A RU2309118C2 RU 2309118 C2 RU2309118 C2 RU 2309118C2 RU 2004113368/15 A RU2004113368/15 A RU 2004113368/15A RU 2004113368 A RU2004113368 A RU 2004113368A RU 2309118 C2 RU2309118 C2 RU 2309118C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanotubes
wall carbon
carbon nanotubes
short
nanometers
Prior art date
Application number
RU2004113368/15A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004113368A (ru
Inventor
Владислав Андреевич РЫЖКОВ (CY)
Владислав Андреевич РЫЖКОВ
Original Assignee
Россетер Холдингс Лтд
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB0123508A external-priority patent/GB0123508D0/en
Priority claimed from GB0206442A external-priority patent/GB0206442D0/en
Application filed by Россетер Холдингс Лтд filed Critical Россетер Холдингс Лтд
Publication of RU2004113368A publication Critical patent/RU2004113368A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2309118C2 publication Critical patent/RU2309118C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00—Noble gases; Compounds thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0021—Carbon, e.g. active carbon, carbon nanotubes, fullerenes; Treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/166—Preparation in liquid phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/007—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrocarbon gases, such as methane or natural gas, propane, butane or mixtures thereof [LPG]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0809—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
    • B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
    • B01J2219/0828—Wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0837—Details relating to the material of the electrodes
    • B01J2219/0839—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0871—Heating or cooling of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0875—Gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0877—Liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/02—Single-walled nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/34—Length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
    • C01B2202/36—Diameter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/734—Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
    • Y10S977/742—Carbon nanotubes, CNTs
    • Y10S977/752—Multi-walled

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности и при изготовлении материалов для хранения водорода. Короткие многостенные углеродные нанотрубки (к-МСНТ) образованы из концентрически расположенных слоев нанотрубок и имеют средний диаметр от 2 до 15 нм, медианный диаметр от 6 до 8 нм и естественную длину от 100 до 500 нм. Они могут состоять из 2-15 коаксиальных слоев одностенных нанотрубок. Каждая из коротких МСНТ имеет один полусферический конец и один конический конец, причем полусферический конец может быть избирательно открыт путем окисления, оставляя конический конец нетронутым. Короткие МСНТ по изобретению в виде порошкового образца способны к полевой эмиссии электронов, начиная с примерно 2 В/мкм. Полученные короткие МСНТ более однородны по длине и диаметру и обладают улучшенными эмиссионными свойствами по сравнению с известными. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к производству новых аллотропных форм углерода, а именно углеродных нанотрубок.
Углеродные нанотрубки - это фуллереноподобные структуры, состоящие из цилиндров, закрытых с обоих концов крышками, содержащими кольца пентагонов. Нанотрубки были открыты в 1991 году Ииджимой [1] в материале, осаждаемом на катоде при дуговом испарении графитовых электродов. Теперь нанотрубки признаются имеющими свойства, необходимые для применения в электронной промышленности, в материаловедении и упрочнении, в исследованиях и при производстве энергии (например, для хранения водорода). Однако производство нанотрубок в коммерческих объемах до сих пор встречает трудности.
Методы получения нанотрубок, описанные в литературе, зависят от источников испарения углерода. Так, одностенные нанотрубки (ОСНТ), полученные лазерной абляцией [2] углеродных мишеней, смешанных с металлическими катализаторами (обычно Co и Ni), типично имеют структуру веревочного типа неопределенной длины и диаметры 1-1,4 нм. Поэтому для ряда применений требуется резать ОСНТ на более короткие (100-400 нм в длину) куски [3].
ОСНТ, полученные электрическим дуговым разрядом между графитовыми электродами, содержащими металлические катализаторы, такие как Ni и Y, имеют большие средние диаметры в 1,8 нм и неограниченные длины [4].
Сообщалось о том, что многостенные нанотрубки (МСНТ), обычно образованные несколькими концентрически расположенными нанотрубками в пределах одной структуры, имеют длины вплоть до 1 мм, хотя в типичном случае они характеризуются длинами от 1 до 10 микрометров и диаметрами от 2 до 20 нм [1]. Все методы, описанные в литературе к настоящему времени, сообщают о нанотрубках с такими размерами.
Мы нашли способ, который позволяет получать укороченные или, иначе говоря, более короткие нанотрубки (к-НТ), делая эти нанотрубки более пригодными для определенных применений.
Короткие нанотрубки настоящего изобретения имеют следующие размеры.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложены короткие ОСНТ (к-ОСНТ), имеющие диаметры, распределенные в пределах 2-5 нм. Предпочтительно, к-ОСНТ имеют диаметры в пределах 2-3 нм.
Предпочтительно к-ОСНТ имеют длины в пределах от 0,1 до 1 микрон. Более предпочтительно короткие нанотрубки имеют длины в пределах от 0,1 до 0,5 мкм.
В результате к-ОСНТ настоящего изобретения много короче в длину, но шире в диаметре, чем обычные ОСНТ.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложены короткие многостенные нанотрубки (к-МСНТ), имеющие диаметр от 2 до 15 нм и длину между 50 и 1000 нм.
Предпочтительно к-МСНТ имеют медианное значение 60-80 ангстрем и длину в пределах 100-500 нм.
Предпочтительно к-МСНТ состоят из 2-15 слоев ОСНТ, обычно из 5 или 7 слоев ОСНТ.
Таким образом, к-МСНТ согласно настоящему изобретению много короче, чем прежде описанные в литературе.
Порошковые образцы к-МСНТ и к-ОСНТ демонстрируют относительно высокую эмиссию электронов при низких напряженностях электрического поля порядка 3-4 В/мкм. Электронная эмиссия начинается с примерно 2 В/мкм в образцах к-МСНТ.
Неожиданно мы обнаружили, что открытие одного конца наших новых нанотрубок осуществляется легче, чем у существующих обычных нанотрубок.
Дополнительно, закрывание (запечатывание) нанотрубок настоящего изобретения осуществляется легче, чем обычных нанотрубок.
Нанотрубки согласно настоящему изобретению могут быть получены с использованием способа, описанного в нашей совместно поданной заявке PCT/GB2002/004049.
Вкратце эта заявка описывает способ получения нанотрубок и наночастиц, включающий в себя:
a) обеспечение углеводородной жидкости в качестве эффективного источника углерода и
б) обеспечение ввода энергии так, что из указанной ароматической углеводородной жидкости получают «синтез»-газы, такие как ацетилен, этилен, метан или монооксид углерода.
Углеводородная жидкость действует в качестве среды для ввода энергии. Полученные ацетилен, этилен, метан или диоксид углерода эффективно трансформируются в короткие нанотрубки.
Предпочтительно ввод энергии может осуществляться:
электрическим дуговым разрядом; резистивным нагревом; лазером; электронным пучком или любым подходящим пучком излучения (лучом). Ввод энергии является ключевым в запуске и контролировании крекинга жидких углеводородов, обеспечивая условия для оптимального получения «синтез»-газов (ацетилена, этилена, метана или монооксида углерода), и, таким образом, для оптимального получения нанотрубок.
Углеводородной жидкостью, используемой для получения к-МСНТ согласно настоящему изобретению, может быть любая подходящая углеводородная жидкость или даже смесь различных жидкостей. Например, указанная жидкость может быть основана на циклогексане, бензоле, толуоле, ацетоне, паральдегиде и метаноле и др. или же может быть их смесью.
Предпочтительно используется источник постоянного тока.
По выбору углеводородная жидкость представляет собой ароматическую углеводородную жидкость.
Предпочтительно ароматическая углеводородная жидкость содержит чистую ароматику и смеси ароматических соединений с другими жидкими углеводородами, например, альдегидами, кетонами, спиртами, Co-Ni-нафтенатами, основанными на толуоловых или спиртовых растворах или растворах толуола с серой (которая считается промотором роста ОСНТ) и др.
Подходящее устройство для получения нанотрубок и наночастиц проиллюстрировано на Фиг. 5. Устройство содержит камеру, способную содержать жидкий реагент, используемый для получения нанотрубок и наночастиц, причем указанная камера содержит по меньшей мере один электрод первой полярности и по меньшей мере один электрод второй полярности, и указанные электроды первой и второй полярности расположены в непосредственной близости друг от друга, при этом к указанному первому электроду фиксированно прикреплен контактор.
Предпочтительно прикладываемое напряжение между первым и вторым электродами может быть напряжением постоянного или переменного тока.
Предпочтительно напряжение постоянного тока находится в интервале 10-65 В.
Предпочтительно действующее значение напряжения переменного тока находится в интервале 10-65 В.
Предпочтительно контактор выполняют из графита.
По выбору контактор выполняют из любого подходящего металла, включая алюминий, титан, молибден и вольфрам.
Предпочтительно указанный контактор является сферическим по форме.
По выбору указанный контактор является полусферическим по форме. По выбору указанный контактор может быть призматическим с треугольным или квадратным поперечным сечением, цилиндрическим или усеченным цилиндрическим или плоским.
Фиг. 1 - микрорамановский спектр к-ОСНТ. Цифры при пиках указывают диаметры в нанометрах к-ОСНТ;
Фиг. 2 - типичный ПЭМ снимок к-ОСНТ согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 - типичный ПЭМ снимок к-МСНТ согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4 показывает электронную эмиссию из порошкового образца к-МСНТ: D=400 мкм, T=140 секунд, 1-е сканирование;
Фиг. 5 - схематическая иллюстрация устройства для получения фуллереновых углеродных нанотрубок и наночастиц согласно настоящему изобретению;
Фиг. 6a-c показывают типичные ПЭМ снимки осадков нанотрубок, полученных поверх анодов из Mo при 36 вольтах (В) в толуоловых смесях.
Пример 1. Получение к-НТ/наночастиц с использованием устройства согласно Фиг. 5
Устройство для получения фуллеренов, показанное на Фиг. 5, включает в себя герметизированную камеру 21, в которой помещены держатели 22 анодов 23 и держатель 24 катода 25, а сферические или полусферические графитовые контакторы 26 прикреплены к концам анодов снизу. Эта сборка погружена в углеводородную жидкость 27 и подсоединена к клапану 28 (для добавления буферного газа 29 в камеру 1 в область электродов) и к источнику 30 постоянного тока (например, к обычным автомобильным батареям).
Вольфрамовые или молибденовые цилиндрические стержни 23 (аноды) с диаметрами 1-4 мм установлены в отдельные держатели 31. Сферические или полусферические графитовые контакторы 26 установлены внутри вертикальных цилиндрических отверстий графитовой матрицы 25 (катод).
Фиг. 5 показывает конструкцию устройства с 6-ю анодами, вертикально установленными в компактной гексагональной упаковке.
При использовании корпус заполняют сверху углеводородной жидкостью вроде бензола, толуола, ацетона, циклогексана, паральдегида и т.п. или их смесями до уровня, по меньшей мере достаточного для покрытия анодов 23. Фильтры 32 Ватмана установлены вверху корпуса для поглощения сажевых частиц, выходящих из жидкости вместе с пузырьками выделяющихся газов.
Перед включением аппарата из корпуса откачивается воздух через выпускной клапан 33, и через клапан 28 к электродам прокачивается чистый аргон для заполнения пустого пространства над жидкостью до давления, оптимального для получения нанотрубок. Давление контролируется манометром 34. Верхняя 35 и нижняя 36 крышки сделаны из тефлона для обеспечения изоляции и возможности наблюдения за образованием дуги во время процесса. Вода, охлаждающая корпус (и жидкость), пропускается через ввод 37 на вывод 38. Резиновые сальники 39 герметизируют корпус.
В предпочтительном варианте воплощения молибденовые или вольфрамовые аноды (с диаметрами около 3-4 мм) подвешены внутри отверстий матрицы к верхней крышке корпуса. Графитовые (выполненные в виде сфер, и/или полусфер, и/или призм треугольного или квадратного поперечного сечения, цилиндров или усеченных цилиндров, плоских пластин и др.) или металлические (например, выполненные в виде титановой губки прямоугольной формы или алюминиевых цилиндров) контакторы 26 прикреплены к свободным концам анодов близко к поверхности отверстий матрицы (катода).
Такая геометрия дает две возможности для получения осадков нанотрубок.
Первая возможность представляет собой получение внутри отверстий, когда рост осадков (отложений) идет поверх анодов 23 снизу вверх по отверстию (см. Фиг. 5). Вторая возможность - это рост вне отверстий поверх анодов 23. В этом случае осадок может расти в двух направлениях: в бок и вверх (см. Фиг. 5), так что образуются осадки с большими поперечными сечениями и длинами, лимитированными лишь длиной анодов 23.
Обе возможности реализуются при помещении свободных концов анодов 23 внутрь отверстий матрицы. Если концы помещены близко к верху отверстий, то будет произведено лишь небольшое количество внутреннего осадка 40 (см. Фиг. 5). Указанные внутренний 40 и внешний 41 осадки могут быть легко отделены друг от друга. Нами найдено, что «внутренний» осадок, полученный в бензоле или толуоле (равно как и в любой другой подходящей ароматической жидкости), начинает расти при напряжении около 18 или 19 В. Наилучшее напряжение для получения к-МСНТ составляет в пределах 24-36 В и дает выходы осадка соответственно 1,2-1,8 г/мин.
Можно видеть, что увеличение напряжения до уровня выше, чем 36 В, значительно снижает выход к-МСНТ. Нами найдены лишь следы к-МСНТ для напряжений 60 В, при этом большинство материала в ПЭМ снимках выглядит состоящим из нанолуковиц, сажи, графитовых частиц и «кудрявого» углерода.
Обычно мы использовали один анод для роста наноуглеродных осадков в устройстве согласно Фиг. 5. Внутренние 40 и внешние 41 осадки были получены в смеси толуола и ацетона при использовании одного W-го анода (3 мм в диаметре). Полусфера графитового контактора (диаметр около 12 мм) была прикреплена к свободному концу анодного стержня и помещена наверху отверстия графитовой матрицы (катода) для начала дугового разряда при приложении напряжения постоянного тока 30 В. В начале разряда электрический ток составлял приблизительно от 40 до 60 А (производя «внутренний» осадок с выходом около 0,7 г/мин), затем в пределах 20-50 А с получением «внешнего» осадка (с примерно тем же выходом 0,5 г/мин). Оба осадка легко отделялись от электродов и друг от друга.
Внутренний 40 и внешний 41 осадки (в том виде, как они произведены) содержат 20-40 мас.% к-МСНТ, полиэдральные частицы, графит, «кудрявые» и аморфные формы наноуглерода и металлы (0,5-5 мас.%).
Внешний осадок в количестве около 30 грамм за 12 мин (с выходом 2,5 г/мин) был получен с Mo-м анодом (2 стержня с диаметрами 2,5 мм и длиной около 10 см), погруженным в смесь толуола с Co- и Ni-нафтенатами (на основе толуола). Концентрация элементов Co и Ni в указанной смеси была около 3 мас.%. Полусфера графитового контактора (диаметр около 12 мм), импрегнированного оксидами Co и Ni (по 3 мас.% по каждому из металлов), была прикреплена к свободному концу анодного стержня и помещена наверху отверстия графитовой матрицы (катода) для начала дугового разряда при приложении напряжения постоянного тока 36 В.
В начале разряда электрический ток был в пределах 20-30 А (производя маленький «внутренний» осадок), а затем варьировался в пределах 6-60 А (средний ток около 25 А), производя огромный «внешний» осадок 41.
ПЭМ снимки (см. Фиг. 6a-c) осадка подтверждают эти данные. Фиг. 6a показывает к-МСНТ и «кудрявые» наноуглероды по всей показанной площади. Более детальный взгляд на кластеры к-ОСНТ обнаруживает длины и диаметры к-ОСНТ в пределах 0,1-1 мкм и 2-5 нм соответственно.
ПЭМ высокого разрешения (Фиг. 6b) показывает, что обычно к-МНТ имеют один полусферический и один конический конец. Окисление на воздухе при температурах вплоть до 600°C в течение 1-1,5 часов позволяет открывать все полусферические концы к-МСНТ независимо от числа слоев в к-МСНТ, оставляя конические концы нетронутыми (закрытыми) (см. Фиг. 6c).
Пример 2. Получение коротких одностенных нанотрубок (к-ОНТ)
Для получения к-ОСНТ, как описано выше, устройство согласно Фиг. 5 и способ, описанный в примере 1, были использованы с применением стержня из молибдена диаметром 3 мм и смесей толуола/Co/Ni-нафтенатов (для к-ОСНТ) в качестве углеводородных жидкостей. Напряжение постоянного тока около 24 В (3 пары обычных автомобильных батарей, соединенных параллельно) было приложено для обеспечения тока 20-40 А. Узкий углеродный осадок (около 15 г) был выращен поверх молибденового стержня за примерно 15 мин. Осадок в основном состоял из форм «кудрявого» наноуглерода, включающих в себя короткие нановолокна (к-НВ) (с длинами менее 1 микрона) и к-ОСНТ (около 1 мас.%).
Источники информации
1. S. Iijima, Helical Microtubules of graphitic carbon. Nature V.345, p.56-58, 1991.
2. Andreas Thess et al., Science, 273, 483-487 (July 26, 1996).
3. A.C. Dillon et al., Carbon Nanotube Materials for hydrogen storage. Proceedings of the 2000 DOE/NREL Hydrogen Program Review NREL/CP-570-28890, May 8-10, 2000.
4. Liu et al., "Hydrogen Storage in Single Walled Carbon Nanotubes at Room Temperature", Science, Vol.286, page 1127, 1999.

Claims (8)

1. Короткие многостенные нанотрубки (МСНТ), образованные из концентрически расположенных слоев нанотрубок и имеющие средний диаметр от 2 до 15 нм, медианный диаметр от 6 до 8 нм и естественную длину от 100 до 500 нм.
2. Короткие МСНТ по п.1, состоящие из 2-15 коаксиальных слоев одностенных нанотрубок.
3. Короткие МСНТ по п.1, каждая из которых имеет один полусферический конец и один конический конец.
4. Короткие МСНТ по п.3, у которых полусферический конец может быть избирательно открыт путем окисления, оставляя конический конец нетронутым.
5. Короткие МСНТ по любому из пп.1-4, способные в виде порошкового образца к полевой эмиссии электронов, начиная с примерно 2 В/мкм.
Приоритет по пунктам:
19.03.2002 по п.1;
30.09.2002 по пп.2-4;
01.10.2001 по п.5.
RU2004113368/15A 2001-10-01 2002-09-30 Короткие углеродные нанотрубки RU2309118C2 (ru)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0123508A GB0123508D0 (en) 2001-10-01 2001-10-01 Nanotubes
GB0123508.4 2001-10-01
GB0206442A GB0206442D0 (en) 2002-03-19 2002-03-19 Nanotubes
GB0206442.6 2002-03-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004113368A RU2004113368A (ru) 2005-04-10
RU2309118C2 true RU2309118C2 (ru) 2007-10-27

Family

ID=26246595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004113368/15A RU2309118C2 (ru) 2001-10-01 2002-09-30 Короткие углеродные нанотрубки

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7244408B2 (ru)
EP (1) EP1432643A1 (ru)
JP (2) JP2005503989A (ru)
KR (1) KR20040050069A (ru)
AU (1) AU2002327980B2 (ru)
CA (1) CA2461578A1 (ru)
RU (1) RU2309118C2 (ru)
WO (1) WO2003029141A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446095C2 (ru) * 2010-04-01 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Установка для получения углеродных нанотрубок
RU2447019C2 (ru) * 2010-05-11 2012-04-10 Сергей Прокопьевич Бардаханов Способ получения углеродсодержащих нанотрубок
RU2817538C2 (ru) * 2019-04-03 2024-04-16 Нанокомп Текнолоджиз, Инк. Система и способ получения углеродных нанотрубок

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5344210B2 (ja) * 2005-11-25 2013-11-20 独立行政法人物質・材料研究機構 カーボンナノチューブの合成方法及び合成装置
US9722275B2 (en) * 2007-12-14 2017-08-01 Nanotek Instruments, Inc. Anode protective layer compositions for lithium metal batteries
US8349142B2 (en) 2008-03-26 2013-01-08 Masaru Hori Method for producing graphene
US8119074B2 (en) * 2008-12-17 2012-02-21 Centro de Investigacion en Materiales Avanzados, S.C Method and apparatus for the continuous production of carbon nanotubes
FR2941938B1 (fr) * 2009-02-06 2011-05-06 Commissariat Energie Atomique Procede de kit de separation de nanotubes de carbone metalliques et semi-conducteurs.
US20120002312A1 (en) * 2009-03-13 2012-01-05 Oxazogen, Inc. Non-focal optical power limiting polymeric materials
EP2480326A4 (en) 2009-09-23 2013-05-15 Oxazogen Inc POLYMER COLOR FOR OPTICAL POWER LIMITATION
US8480964B2 (en) * 2011-07-05 2013-07-09 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Plate reactor
CN109052369B (zh) * 2018-08-15 2020-08-21 深圳大学 一种纳米材料的制备方法
US11508498B2 (en) 2019-11-26 2022-11-22 Trimtabs Ltd Cables and methods thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2146648C1 (ru) * 1998-11-30 2000-03-20 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Способ получения углеродных нанотрубок
EP1022763A1 (en) * 1999-01-25 2000-07-26 Lucent Technologies Inc. Article comprising aligned, truncated carbon nanotubes and process for fabricating article
US6183714B1 (en) * 1995-09-08 2001-02-06 Rice University Method of making ropes of single-wall carbon nanotubes

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5424054A (en) * 1993-05-21 1995-06-13 International Business Machines Corporation Carbon fibers and method for their production
JPH10203810A (ja) * 1997-01-21 1998-08-04 Canon Inc カーボンナノチューブの製法
JP4043562B2 (ja) * 1997-10-15 2008-02-06 松下電器産業株式会社 水素貯蔵体とその製法
US6863942B2 (en) 1998-06-19 2005-03-08 The Research Foundation Of State University Of New York Free-standing and aligned carbon nanotubes and synthesis thereof
JP2000100317A (ja) * 1998-09-18 2000-04-07 Noritake Co Ltd 電界電子放出装置
SE9903079L (sv) 1999-08-31 2001-03-01 Ultratec Ltd Förfarande för framställning av nanorörformigt material och material vilket framställts genom detta förfarande
EP1129990A1 (en) 2000-02-25 2001-09-05 Lucent Technologies Inc. Process for controlled growth of carbon nanotubes
AU2001294585A1 (en) * 2000-09-18 2002-03-26 President And Fellows Of Harvard College Fabrication of nanotube microscopy tips

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6183714B1 (en) * 1995-09-08 2001-02-06 Rice University Method of making ropes of single-wall carbon nanotubes
RU2146648C1 (ru) * 1998-11-30 2000-03-20 Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Способ получения углеродных нанотрубок
EP1022763A1 (en) * 1999-01-25 2000-07-26 Lucent Technologies Inc. Article comprising aligned, truncated carbon nanotubes and process for fabricating article

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KIANG C-H et al, Carbon nanotubes with single-layer walls, Carbon, 1995, v.33, №7, p.p.903-914. SERAPHIN S. et al, Single-walled carbon nanotubes produced at high yield by mixed catalyst, Appl. Phys. Lett., 1994, v.64, №16, p.p.2087-2089. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446095C2 (ru) * 2010-04-01 2012-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Установка для получения углеродных нанотрубок
RU2447019C2 (ru) * 2010-05-11 2012-04-10 Сергей Прокопьевич Бардаханов Способ получения углеродсодержащих нанотрубок
RU2817538C2 (ru) * 2019-04-03 2024-04-16 Нанокомп Текнолоджиз, Инк. Система и способ получения углеродных нанотрубок
RU2817548C2 (ru) * 2019-04-03 2024-04-16 Нанокомп Текнолоджиз, Инк. Система и способ получения углеродных нанотрубок

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003029141A1 (en) 2003-04-10
EP1432643A1 (en) 2004-06-30
CA2461578A1 (en) 2003-04-10
JP2007145713A (ja) 2007-06-14
AU2002327980B2 (en) 2008-02-21
RU2004113368A (ru) 2005-04-10
JP2005503989A (ja) 2005-02-10
KR20040050069A (ko) 2004-06-14
US7244408B2 (en) 2007-07-17
US20040241077A1 (en) 2004-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007145713A (ja) 短尺ナノチューブ
Ren et al. One-pot synthesis of carbon nanofibers from CO2
US7754177B2 (en) Carbon nanoballoon structure and method for preparation thereof, and electron emitter
JP3754417B2 (ja) 二重壁炭素ナノチューブ並びにその製造および使用方法
JP2007169159A (ja) ナノ粒子及びナノチューブの生成装置及び生成方法、並びにガス貯蔵のためのこれらの使用
JP4234812B2 (ja) 単層カーボンナノホーン構造体とその製造方法
US7468097B2 (en) Method and apparatus for hydrogen production from greenhouse gas saturated carbon nanotubes and synthesis of carbon nanostructures therefrom
KR102169377B1 (ko) 금속 나노입자 코어 및 그래핀 쉘을 포함하는 복합입자
AU2002326021A1 (en) Apparatus and method for nanoparticle and nanotube production, and use therefor for gas storage
AU2002327980A1 (en) Short carbon nanotubes
Henstridge et al. The Electrocatalytic Properties of Arc‐MWCNTs and Associated ‘Carbon Onions’
JP2009519822A (ja) 気体貯蔵方法
Shiravani et al. One-step synthesis of graphitic carbon-nitride doped with black-red phosphorus as a novel, efficient and free-metal bifunctional catalyst and its application for electrochemical overall water splitting
Pantoja Suárez Carbon nanotubes grown on stainless steel for supercapacitor applications
Dimitrov et al. Production, purification, characterization, and application of CNTs
CN101468796B (zh) 量子化碳材料素材液的制备方法与产品及其制备设备
Kaplan et al. Synthesis of nanostructured carbon material by electroreduction in fused alkali carbonates
Neupane Synthesis and electron emission properties of aligned carbon nanotube arrays
KR20060084238A (ko) 수소저장능력을 향상시키는 방법 및 그에 따른 수소저장매체
Tan Synthesis and Characterisation of Carbon Nanotubes Grown by Catalytic Method
Davids Consolidated nanomaterials synthesized using nickel micro-wires and carbon nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101001