RU2569548C2 - Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density - Google Patents
Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density Download PDFInfo
- Publication number
- RU2569548C2 RU2569548C2 RU2013147560/05A RU2013147560A RU2569548C2 RU 2569548 C2 RU2569548 C2 RU 2569548C2 RU 2013147560/05 A RU2013147560/05 A RU 2013147560/05A RU 2013147560 A RU2013147560 A RU 2013147560A RU 2569548 C2 RU2569548 C2 RU 2569548C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon nanotubes
- substrate
- arrays
- growth substrate
- growth
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к каталитическому способу производства углеродных нанотрубок из углеводородов, предназначено для выращивания массивов углеродных нанотрубок. Оно может быть использовано в производстве сорбентов, армирующих добавок и др.The invention relates to a catalytic method for the production of carbon nanotubes from hydrocarbons, is intended for growing arrays of carbon nanotubes. It can be used in the production of sorbents, reinforcing additives, etc.
Известен способ получения углеродных нанотрубок термокаталитическим разложением ацетилена с участием нанодисперсных частиц железа и никеля, размещенных на поверхности подложек монокристаллического кремния [1]. Недостатком данного способа является невозможность получения углеродных нанотрубок, а также большой разброс их по диаметрам и неравномерность распределения по площади подложки.A known method of producing carbon nanotubes by thermocatalytic decomposition of acetylene with the participation of nanodispersed particles of iron and nickel placed on the surface of substrates of single-crystal silicon [1]. The disadvantage of this method is the impossibility of producing carbon nanotubes, as well as their large scatter in diameter and uneven distribution over the surface of the substrate.
Известен способ получения углеродных нанотрубок каталитическим разложением ацетилена с осаждением углерода на заполненные кобальтом мезопористые подложки из анодированного оксида алюминия [2]. Недостатками способа являются достаточно большой разброс получаемых нанотрубок по диаметрам, относительно низкая равномерность распределения трубок по площади подложки, недостаточная воспроизводимость процесса на отдельных участках подложки.A known method of producing carbon nanotubes by catalytic decomposition of acetylene with the deposition of carbon on cobalt-filled mesoporous substrates of anodized alumina [2]. The disadvantages of the method are the rather large scatter of the resulting nanotubes in diameter, the relatively low uniformity of the distribution of the tubes over the area of the substrate, the lack of reproducibility of the process in individual sections of the substrate.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ нанесения антикоррозионных покрытий на защищаемые поверхности металлов путем плазменного напыления, вакуумного испарения или осаждения из газовой фазы с одновременным ультразвуковым воздействием на металл [3]. Недостатком данного способа является то, что ультразвуковое воздействие на металл при нанесении антикоррозионных покрытий на защищаемую поверхность приводит к неконтролируемому заполнению неровностей поверхности, пор, трещин, что обуславливает неравномерное распределение наносимого материала по поверхности. Неравномерность нанесения защитного покрытия определяется использованием ультразвукового воздействия в интервале частот, соответствующих частотам собственных колебаний метала и приводящих к возникновению резонанса. Данный способ не позволяет управляемо наносить наночастицы металлов на поверхность ростовой подложки без заполнения трещин, неровностей, не сплошным слоем. Использование данного способа для получения массивов углеродных нанотрубок невозможно.The closest technical solution, selected as a prototype, is a method of applying anticorrosive coatings on the protected surfaces of metals by plasma spraying, vacuum evaporation or deposition from the gas phase with simultaneous ultrasonic action on the metal [3]. The disadvantage of this method is that the ultrasonic effect on the metal when applying anti-corrosion coatings on the surface to be protected leads to uncontrolled filling of surface irregularities, pores, cracks, which leads to an uneven distribution of the applied material over the surface. The unevenness of the protective coating is determined by the use of ultrasonic exposure in the frequency range corresponding to the frequencies of the natural vibrations of the metal and leading to the appearance of resonance. This method does not allow the controlled application of metal nanoparticles on the surface of the growth substrate without filling cracks, bumps, not a continuous layer. Using this method to obtain arrays of carbon nanotubes is impossible.
Изобретение направлено на получение на поверхности ростовой подложки массивов углеродных нанотрубок.The invention is directed to obtaining arrays of carbon nanotubes on the surface of a growth substrate.
Это достигается тем, что перед помещением ростовой подложки в печь и выращиванием массивов углеродных нанотрубок на подложку наносят катализатор путем конденсации микрокапель коллоидного раствора при воздействии на него ультразвука, при этом ультразвуком дополнительно воздействуют на ростовую подложку во время проведения процесса конденсации, причем мощность ультразвукового генератора задается в пределах от 25 до 40 Вт.This is achieved by the fact that before placing the growth substrate in the furnace and growing arrays of carbon nanotubes, the catalyst is deposited on the substrate by condensation of microdrops of a colloidal solution upon exposure to ultrasound, while ultrasound additionally acts on the growth substrate during the condensation process, and the power of the ultrasonic generator is set ranging from 25 to 40 watts.
Способ получения массивов углеродных нанотрубок осуществляется следующим способом. Ростовая подложка с предварительно очищенной подготовленной поверхностью закрепляется над свободной поверхностью коллоидного раствора, состоящего из наночастиц катализатора и жидкого растворителя, причем тип растворителя и катализатора, а также их количественное соотношение в растворе устанавливается заранее, с учетом поставленной задачи. Под воздействием УЗ над поверхностью коллоидного раствора образуется пар, в микрокаплях которого содержатся наночастицы катализатора. Попадая в более холодную зону над подложкой, пар конденсируется на поверхности ростовой подложки в виде микрокапель. Во время проведения процесса конденсации ростовая подложка дополнительно подвергается воздействию УЗ с мощностью ультразвукового генератора в заданных пределах. Затем ростовая подложка помещается в печь, нагревается до температуры выращивания углеродных нанотрубок и производится выращивание углеродных нанотрубок.A method of obtaining arrays of carbon nanotubes is carried out in the following way. A growth substrate with a previously cleaned prepared surface is fixed above the free surface of a colloidal solution consisting of catalyst nanoparticles and a liquid solvent, the type of solvent and catalyst, as well as their quantitative ratio in the solution, being set in advance, taking into account the task. Under the influence of ultrasound, steam is formed above the surface of the colloidal solution, the microdroplets of which contain catalyst nanoparticles. Once in the colder zone above the substrate, the vapor condenses on the surface of the growth substrate in the form of microdrops. During the condensation process, the growth substrate is additionally exposed to ultrasound with the power of the ultrasonic generator in the specified limits. Then, the growth substrate is placed in a furnace, heated to the temperature of growing carbon nanotubes, and carbon nanotubes are grown.
Применение ультразвукового воздействия на ростовую подложку во время проведения процесса конденсации определяется тем, что в конденсирующихся на поверхности ростовой подложки микрокаплях коллоидного раствора, происходят непрерывные процессы коагуляции и седиментации каталитических наночастиц, а воздействие УЗ на ростовую подложку минимизирует негативные последствия, связанные с протеканием данных процессов. Т.е. воздействие УЗ на ростовую подложку позволяет размещать на ее поверхности каталитические наночастицы с максимальной равномерностью за счет поддержания равномерного распределения наночастиц в объеме осажденных микрокапель на всем протяжении процесса, вплоть до полного испарения растворителя.The use of ultrasonic action on the growth substrate during the condensation process is determined by the fact that in the microdroplets of a colloidal solution condensing on the surface of the growth substrate, catalytic nanoparticles coagulate and sediment continuously, and the effect of ultrasound on the growth substrate minimizes the negative consequences associated with these processes. Those. the effect of ultrasound on the growth substrate allows catalytic nanoparticles to be placed on its surface with maximum uniformity by maintaining a uniform distribution of nanoparticles in the volume of deposited microdrops throughout the process, up to the complete evaporation of the solvent.
Мощность У3-генератора, задаваемая в пределах от 25 до 40 Вт, определяется тем, что в данном интервале, варьируя конкретную величину мощности ультразвукового генератора, можно управлять процессом нанесения каталитических наночастиц. При более низких чем 25 Вт значениях мощности на поверхности ростовой подложки образуются скопления каталитических наночастиц в виде комков и участки с различной плотностью расположения наночастиц, т.е. однородность в распределении каталитических наночастиц на поверхности ростовой подложки нарушается, и получить необходимую поверхностную плотность расположения частиц на подложке не удается. При большем чем 40 Вт значении мощности происходит отрыв значительной части каталитических наночастиц от поверхности ростовой подложки и, как следствие, процесс управляемого нанесения наночастиц становится невозможным.The power of the U3 generator, set in the range from 25 to 40 W, is determined by the fact that in this interval, by varying the specific power of the ultrasonic generator, it is possible to control the deposition of catalytic nanoparticles. At lower than 25 W power values, clusters of catalytic nanoparticles in the form of lumps and regions with different nanoparticle densities are formed on the surface of the growth substrate, i.e. the uniformity in the distribution of catalytic nanoparticles on the surface of the growth substrate is violated, and it is not possible to obtain the required surface density of the arrangement of particles on the substrate. At a power value greater than 40 W, a significant part of the catalytic nanoparticles detaches from the surface of the growth substrate and, as a result, the process of controlled deposition of nanoparticles becomes impossible.
Использование предлагаемого способа позволяет получать массивы углеродных нанотрубок с управляемой поверхностной плотностью.Using the proposed method allows to obtain arrays of carbon nanotubes with controlled surface density.
Примеры осуществления способаExamples of the method
Пример 1Example 1
В качестве ростовой подложки применялись пластины монокристаллического кремния ориентации {111} типа ЭКБД. В качестве источника наночастиц металла-катализатора использовался нанопорошок никеля чистотой 99,99% со средними диаметрами отдельных частиц от 20 до 80 нм.As a growth substrate, plates of monocrystalline silicon of the {111} orientation of the ECBD type were used. Nickel nanopowder with a purity of 99.99% with average particle diameters of 20 to 80 nm was used as a source of metal catalyst catalyst nanoparticles.
Для обработки коллоидного раствора ультразвуком использовалась ультразвуковая ванна типа «ULTRASONIC CLEANER CT-400D». В качестве растворителя применялась дистиллированная вода.An ultrasonic bath of the ULTRASONIC CLEANER CT-400D type was used to treat the colloidal solution with ultrasound. Distilled water was used as a solvent.
Нанесение нанодисперсных частиц металла-катализатора на ростовую подложку осуществлялось следующим образом. Ростовую подложку с отмытой и обезжиренной поверхностью закрепляли над ванной с коллоидным раствором необходимой концентрации. Затем коллоидный раствор подвергали воздействию УЗ в течение 60 с при мощности генератора в 30 Вт. Мощность УЗ генератора, оказывающего воздействие на ростовую подложку во время проведения процесса конденсации, устанавливали на уровне 25 Вт. Затем подложки помещались в сушильный шкаф до полного удаления жидкости. Далее подготовленные подложки помещались в ростовую печь, в реакционную зону подавали газообразный ацетилен С2Н2 и выращивали УНТ. Время выращивания составляло от 10 до 15 минут, в зависимости от необходимой длины углеродных нанотрубок. Поверхностная плотность выращенных массивов углеродных нанотрубок составила 1,21×10 мм-2. Полученные нанотрубки имели диаметр 80±1 нм и длину от ~800 нм до~3 мкм.The deposition of nanosized particles of the metal catalyst on the growth substrate was carried out as follows. A growth substrate with a washed and degreased surface was fixed above the bath with a colloidal solution of the required concentration. Then the colloidal solution was subjected to ultrasound for 60 s with a generator power of 30 watts. The power of the ultrasonic generator that affects the growth substrate during the condensation process was set at 25 watts. Then the substrates were placed in an oven until the liquid was completely removed. Then, the prepared substrates were placed in a growth furnace, gaseous acetylene C 2 H 2 was fed into the reaction zone, and CNTs were grown. The growing time ranged from 10 to 15 minutes, depending on the required length of carbon nanotubes. The surface density of the grown arrays of carbon nanotubes was 1.21 × 10 mm -2 . The resulting nanotubes had a diameter of 80 ± 1 nm and a length of ~ 800 nm to ~ 3 μm.
Пример 2Example 2
Выполнение изобретения осуществляли аналогично примеру 1, но мощность УЗ генератора, оказывающего воздействие на ростовую подложку, устанавливали на уровне 30 Вт. Поверхностная плотность выращенных массивов углеродных нанотрубок составила 4,41×106 мм-2. Полученные нанотрубки имели диаметр 60±1 нм и длину от ~500 нм до ~3 мкм.The implementation of the invention was carried out analogously to example 1, but the power of the ultrasonic generator, which affects the growth substrate, was set at 30 watts. The surface density of the grown arrays of carbon nanotubes was 4.41 × 10 6 mm -2 . The resulting nanotubes had a diameter of 60 ± 1 nm and a length of ~ 500 nm to ~ 3 μm.
Пример 3Example 3
Выполнение изобретения осуществляли аналогично примеру 1, но мощность УЗ генератора, оказывающего воздействие на ростовую подложку, устанавливали на уровне 40 Вт. Поверхностная плотность выращенных массивов углеродных нанотрубок составила 2,21×107 мм-2. Полученные нанотрубки имели диаметр 30±1 нм и длину от ~250 нм до ~1 мкм.The implementation of the invention was carried out analogously to example 1, but the power of the ultrasonic generator, which affects the growth substrate, was set at 40 watts. The surface density of the grown arrays of carbon nanotubes was 2.21 × 10 7 mm -2 . The obtained nanotubes had a diameter of 30 ± 1 nm and a length of ~ 250 nm to ~ 1 μm.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2301821 «Способ получения углеродных нановолокон», МПК6 С09С 1/44, В82В 3/00, С01В 31/00 / Пешнев Б.В., Николаев А.И.1. RF patent No. 2301821 "Method for producing carbon nanofibers", IPC 6 C09C 1/44, B82B 3/00, C01B 31/00 / Peshnev B.V., Nikolaev A.I.
2. Suh J. S., Lee J. S. Highly ordered two-dimensional carbon nanotube arrays // Appl. Phys. Lett. 1999. V.75. P. 2047.2. Suh J. S., Lee J. S. Highly ordered two-dimensional carbon nanotube arrays // Appl. Phys. Lett. 1999. V.75. P. 2047.
3. Патент РФ N 2026887 «Способ нанесения антикоррозионных покрытий», кл. С23С 4/00, С23С 14/00, С23С 16/00, 1995 / Бакулин В.Н., Бакулин А.В.3. RF patent N 2026887 "Method for applying anti-corrosion coatings", cl. С23С 4/00, С23С 14/00, С23С 16/00, 1995 / Bakulin V.N., Bakulin A.V.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013147560/05A RU2569548C2 (en) | 2013-10-24 | 2013-10-24 | Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013147560/05A RU2569548C2 (en) | 2013-10-24 | 2013-10-24 | Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013147560A RU2013147560A (en) | 2015-04-27 |
RU2569548C2 true RU2569548C2 (en) | 2015-11-27 |
Family
ID=53283152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013147560/05A RU2569548C2 (en) | 2013-10-24 | 2013-10-24 | Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2569548C2 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2026887C1 (en) * | 1991-12-28 | 1995-01-20 | Виктор Николаевич Бакулин | Process of application of anticorrosive coatings |
RU2275714C1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-04-27 | ГОУ ВПО "Омский государственный университет" | Method for building periodic microstructures around htsc films possessing josephson properties |
RU2301821C1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-27 | Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова | Method of manufacturing carbonaceous nanofibers |
RU2310601C2 (en) * | 2005-10-19 | 2007-11-20 | Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова | Method of production of the carbonic nanotubes with the incapculated particles of nickel and cobalt and the installation for the synthesis of the materials based on the carbonic nanotubes and nanoparticles of nickel and cobalt |
RU90778U1 (en) * | 2009-10-26 | 2010-01-20 | Александр Илларионович Плугин | TECHNICAL COMPLEX FOR PRODUCING FULLER-CONTAINING MATERIALS |
RU2411069C1 (en) * | 2009-06-23 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" | Method of modifying inorganic membrane porous structure by carbon nanomaterial |
RU2453630C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации | Procedure for application of coating on items out of titanium |
-
2013
- 2013-10-24 RU RU2013147560/05A patent/RU2569548C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2026887C1 (en) * | 1991-12-28 | 1995-01-20 | Виктор Николаевич Бакулин | Process of application of anticorrosive coatings |
RU2275714C1 (en) * | 2004-11-24 | 2006-04-27 | ГОУ ВПО "Омский государственный университет" | Method for building periodic microstructures around htsc films possessing josephson properties |
RU2310601C2 (en) * | 2005-10-19 | 2007-11-20 | Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова | Method of production of the carbonic nanotubes with the incapculated particles of nickel and cobalt and the installation for the synthesis of the materials based on the carbonic nanotubes and nanoparticles of nickel and cobalt |
RU2301821C1 (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-27 | Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова | Method of manufacturing carbonaceous nanofibers |
RU2411069C1 (en) * | 2009-06-23 | 2011-02-10 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" | Method of modifying inorganic membrane porous structure by carbon nanomaterial |
RU90778U1 (en) * | 2009-10-26 | 2010-01-20 | Александр Илларионович Плугин | TECHNICAL COMPLEX FOR PRODUCING FULLER-CONTAINING MATERIALS |
RU2453630C1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации | Procedure for application of coating on items out of titanium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013147560A (en) | 2015-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7842387B2 (en) | Methods for growing and harvesting carbon nanotubes | |
Tempel et al. | Ink jet printing of ferritin as method for selective catalyst patterning and growth of multiwalled carbon nanotubes | |
Kinoshita et al. | Two step floating catalyst chemical vapor deposition including in situ fabrication of catalyst nanoparticles and carbon nanotube forest growth with low impurity level | |
US20080102019A1 (en) | Method and apparatus for synthesizing carbon nanotubes using ultrasonic evaporation | |
JP6335561B2 (en) | Method for growing vertically aligned carbon nanotubes on a diamond substrate | |
JP5364904B2 (en) | Method for producing carbon nanofiber aggregate | |
Cho et al. | The influence of reagent stoichiometry on the yield and aspect ratio of acid-oxidised injection CVD-grown multi-walled carbon nanotubes | |
RU2569548C2 (en) | Method of production of arrays of carbon nanotubes with controllable surface density | |
Paschos et al. | Synthesis of platinum nanoparticles by aerosol assisted deposition method | |
Jeong et al. | Vertically aligned carbon nanotubes synthesized by the thermal pyrolysis with an ultrasonic evaporator | |
Kasi et al. | Synthesis of carbon nanotube and carbon nanofiber in nanopore of anodic aluminum oxide template by chemical vapor deposition at atmospheric pressure | |
Jeong et al. | Characterization and anticorrosion properties of carbon nanotubes directly synthesized on Ni foil using ethanol | |
Ghaemi et al. | Synthesis of carbon nanotube-carbon nanosphere on the CF surface by CVD | |
Bai et al. | Nucleation and growth of boron nanowires on diamond particles | |
Liu et al. | Radial growth kinetics of epitaxial pyrolytic carbon layers deposited on carbon nanotube surfaces by non-catalytic pyrolysis | |
Xie et al. | Facile synthesis of carbon nanotubes on nickel foam by decomposition of acetylene in chemical vapor deposition | |
Chen et al. | Carbon nanotubes grown over Fe− Mo− Mg− O composite catalysts | |
RU2634126C1 (en) | Method for producing carbon nanofibers | |
Bulyarskiy et al. | Influence of the roughness of the barrier layer on the formation of nanoparticles of the catalyst for the growth of carbon nanotubes | |
RU2568217C2 (en) | Method of obtaining of arrays of nanodimensional filamentary silicon crystals with controlled surface density | |
Chiu et al. | Regrowth of carbon nanotube array by microwave plasma-enhanced thermal chemical vapor deposition | |
Levchenko et al. | Large arrays and networks of carbon nanotubes: morphology control by process parameters | |
Boerasu et al. | Pulsed Laser Ablation Synthesis of Carbon Nano-Structures: Effect of Target Composition and Laser Ablation Condition on Their Yield and Morphology | |
Jeong et al. | Time evolution of nucleation and vertical growth of carbon nanotubes during plasma-enhanced chemical vapor deposition | |
Rudenkov et al. | Phase composition and morphology of nanostructured coatings deposited by laser dispersion of a mixture of polyethylene with iron oxalate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151026 |