Авторы статьи применили подложку из оксида кремния с трёхслойным катализатором (Mo-0.3 нм, Fe-1нм, Al-10 нм) и этилен для получения углеродных нанотрубок. Оба подхода, использованные в работе, основаны на образовании из этилена более сложных структур (таких как, С6Н9, С5H9 и C6H13) при нагреве газа и химическом осаждении из газовой фазы на подложку. Присутствие сложных "радикалов" регистрировалось с помощью масс-спектрометра.
Отличительная особенность первого подхода – подача газа через форсунку (рис.1) без нагрева. В этом методе температура подложки варьировалась от 490 до 560˚С за счёт кварцевой "прослойки" между нагревательным элементом и подложкой.
Контрольный эксперимент, в котором температура нагревательного элемента была в пределах от 490 до 560˚С, показал, что заметного роста нанотрубок не наблюдается, что, как полагают авторы, связано с отсутствием сложных "радикалов" (рис.2а). Однако при температуре нагревательного элемента 830˚С происходит образование из этилена "радикалов" и рост нанотрубок (рис.2b, 3). Наличие расщепления G-пика и RMB в рамановском спектре указывает на присутствие одностенных углеродных нанотрубок. TEM и SEM-изображения также указывают на образование нанотрубок (рис.3,4). На рисунке 5 представлен график зависимости количества "радикалов" и этилена от времени. Из TEM-изображений, приведённых ниже, видно, что плотность нанотрубок возрастает с увеличением времени синтеза. Однако следует отметить, что после некоторого периода времени плотность нанотрубок на поверхности подложки перестаёт увеличиваться. На рисунке 6 представлена зависимость соотношения радикалы - этилен от расстояния до подложки.
В другом подходе использовалась подогреваемая до 830˚С форсунка (рис.7), при этом температура подложки варьировалась от 450 до 580˚С. Рамановский спектр, SEM и TEM-изображения представлены на рисунках 8,9,10, соответственно. Вероятно, этот подход намного более привлекателен для практического применения, хотя температуру подложки нельзя понизить до ещё меньших значений, так как это будет препятствовать образованию каталитически активных кластеров металлов (рис.11).
Исходя из полученных экспериментальных данных, авторы предложили механизм роста данных нанотрубок(рис.12).
