CVD growth of hierarchical carbon nanotubes

Abstract

Hiilinanoputkille ehdotettuja sovelluksia ovat polttokennot, superkapasitaattorit sekä polymeeritäyte materiaalilujitteisiin. Uudenlainen hierarkkisiksi hiilinanoputkiksi nimetty nanokomposiittimateriaali voisi tarjota vielä parempia ominaisuuksia tiettyihin sovelluksiin. Hierarkkiset hiilinanoputket ovat `1D-1D' komposiittirakenteita, jotka koostuvat kahden eri koon nanoputkista: pitkistä, suuren halkaisijan primaarisista moniseinäputkista, sekä lyhyemmistä ja pienempikokoisista sekundaariputkista.

Työssä valmistettiin hierarkkisia nanoputkirakenteita chemical vapor deposition (CVD)-menetelmällä käyttäen primaarirakenteena esivalmistettuja Showa Denka moniseinäputkia. Kolmea katalyyttimetallia (Ni, Fe, Co) sekä kahta hiilen esimuotokaasua (C2H2, CO) tutkittiin. Synteesin vaatimat katalyyttihiukkaset saatiin sputteroimalla. Kokeet suoritettiin kahdessa eri reaktorissa prosessikaasuja (Ar, H2) käyttäen, ja optimiolosuhteet kasvulle määritettiin. Näytteet karakterisoitiin elektronimikroskopialla (SEM, TEM) sekä Fourier-infrapunaspektroskopialla (FTIR).

Vain Ni ja C2H2 yhdistelmä havaittiin toimivaksi hierarkkisten rakenteiden tuottamiseksi. 15 sekunnin sputterointiaika 20 mA:n virralla tuotti erittäin aktiivisia katalyyttipartikkeleita 5 minuutin H2/Ar-kaasuseoksessa pelkistämisen jälkeen. Optimilämpötila sekundääriputkien tuotannolle oli 750 °C, ja kaasujen C2H2, H2 ja Ar optimivirtausnopeudet olivat 30, 200 ja 420 cm3/min.

Kuvatun menetelmän pääasiallinen etu aiempiin verrattuna on sen yksinkertainen toteutus, erityisesti katalyyttipartikkeleiden valmistusta koskien.