Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. Осевая дислокация вдоль оси УНТ. (A) Ахиральная нанотрубка в конфигурации «зигзаг» (n, 0) представляет собой идеальный кристалл и может быть трансформирована в хиральную нанотрубку (B) с вектором Бюргерса (выделен красным на рисунках B-D). Хиральные нанотрубки (n, 1) на рисунке (С) и (n, 2) на рисунке (D) имеют винтовую дислокацию вдоль оси УНТ. (E) Изменение свободной энергии в процессе роста УНТ.
Рис.2. Процесс нуклеации следующего атомного ряда на растущем крае нанотрубки (оранжевый; поверхность катализатора обозначена синим): (A-C) конфигурация «кресло», (D-F) конфигурация «зигзаг».
Рис.3. Распределение продуктов синтеза УНТ в зависимости от хирального угла.

Как растут углеродные нанотрубки?

Ключевые слова:  катализ, кинетика, углеродные нанотрубки

Опубликовал(а):  Смирнов Евгений Алексеевич

01 марта 2009

Периодическое строение углеродных нанотрубок подталкивает к тому, чтобы применить для описания их роста теоретические принципы, справедливые для кристаллов. Учёные в течение последнего десятилетия с переменным успехом пытались создавать новые теории для описания роста, скорости образования УНТ и качественного состава продукта, однако ларчик, возможно, открывался довольно просто. Группа американских учёных рассмотрела процесс формирования УНТ с позиции обычной теории роста кристаллов и обнаружила, что моделирование состава полученного продукта при синтезе УНТ практически идеально совпадает с ранее известными экспериментальными данными.

Авторы работы ввели в рассмотрение вектор Бюргерса, который направлен вдоль оси роста нанотрубки (рис.1), и смоделировали процесс роста УНТ (рис.2). Стоит отметить, что для начала построения нового углеродного кольца в случае ахиральных трубок требуется преодолеть некоторый энергетический барьер (G*). Учёные обнаружили, что при небольших значениях kБT (~0,1 еВ, что соответствует температуре CVD метода) в основном должны образовываться нанотрубки с конфигурацией «кресло». Скорость роста (т.е. скорость «осаждения» углерода) при этом пропорциональна углу хиральности (θ) УНТ: Kl ~ K/d ~ k0*sin(θ). На рисунке 3 приведены экспериментальные данные и проведённый теоретический расчёт количества и состава получаемого продукта.

Учёные уверены, что дальнейшее развитие данного подхода, в том числе в области численного моделирования, и учёт влияния катализатора позволит более точно предсказывать выход тех или иных видов углеродных нанотрубок.




Комментарии
так нифига и не понял!!!!
Чернышов Иван Юрьевич, 01 марта 2009 15:57 
Круто, ёлки палки!
Владимир Владимирович, 01 марта 2009 17:41 
всё новое – это хорошо забытое старое
Это Вы, Евгений Алексеевич, на мой взгляд, опасно утрировали в данном случае.
Конечно, общие теории роста кристаллов должны быть применимы во многих системах, и авторы это блестяще показали, интегрируя, насколько я понял, в контексте накопленных базовых знаний моделей роста нанотрубок.
Так что "развитие по спирали" уж скорее... хирогностика
Анна Викторовна, 01 марта 2009 19:57 
Очень интересно!
Надо оригинал читать, чтобы разобраться
Соколов Петр Сергеевич, 02 марта 2009 17:36 
Как я понимаю, статья и её результаты весьма спорные, уже с февраля идет обсуждение данной статьи, например, выводы авторов называют "не только противоречащими опытным данным, но и здравому смыслу"...
тут
В общем я думаю даже будет дискуссия в последующий номерах журнала, надо отследить...
Владимир Владимирович, 03 марта 2009 05:57 
Интересная ссылка, спасибо!
Теоретические работы, конечно, могут предсказать что угодно, но относительная простота модели все же подкупает, особенно неспециалистов
А потом в спорах и родится истина
так для этого статья и переводилась, что она на Западе вызвала не однозначную реакцию научной общественности...
Крестинин Анатолий Васильевич
Harutyunyn некоторое время назад сделал очень приличную работы (опубликована в NanoLett.), в которой экспериментально показано, что однослойные нанотрубки (ОСУНТ) растут на жидкой каталитической частице. Видимо, по этой причине данную очень слабую работу приняли к публикации.
Выводы работы основаны на предположении, что лимитирующей стадией роста ОСУНТ является присоединение атома углерода, растворенного в каталитической частице, к растущей стенке нанотрубки. Поверить в это совершенно невозможно.
Во-первых, оценки энергии активации этой стадии, сделанные авторами, не стоят и ломаного гроша. Даже для простых газофазных реакций не так то просто рассчитать энергию активации, а здесь это делается на уровне спекуляций для реакции в жидкой фазе. Во-вторых, в электродуговом и лазерном процессах синтеза ОСУНТ температура роста ~ 2000 К, время роста ~ 10 мл и скорость линейного роста ~ 100 мкм/с. Есть красивые теоретические работы по росту ОСУНТ (Louchev O.A., Sato Y., Kanda H, Appl. Phys., 2001, v. 89, p. 3438 авторы их не «заметили»), в которых показано, что в действительности рост нанотрубки лимитирует поток углерода на растущую наночастицу. ( Если оценить массу сажевой частицы и нанотрубки, выросшей в электродуговом процессе, то они приблизительно одинаковы.) В-третьих, по оценке авторов, разница в скоростях роста для Т= 1200 К должна составлять 10-4 – 10-6, то есть должны быть вырастать только хиральные трубки, что явно противоречит эксперименту. К тому же очень хитро представленные графики на рис.3 просто не позволяют сделать какие-либо количественные выводы.
Итак идея авторов не стоит и выеденного яйца. Однако эксперимент явно указывает на превалирование численности хиральных трубок над ахиральными. В чем дело? Авторы говорят об этом вскользь в связи с образованием зарожышей. Хиральность однослойной нанотрубки однозначно определяется зародышем нанотрубки. Возьмите фуллереновую оболочку и попробуйте построить из ее половинок шапочки, которые накрывают трубки разной хиральности. Вы увидите, что количество шапочек, соответствующих хиральным трубкам, больше, чем ахиральным. Таким образом, если фуллерены или эндометаллофуллерены участвуют в зарождении нанотрубок в электродуговом и лазерном процессах (так считал Смолли, например, см. также работу A.V. Krestinin, M.B.Kislov, A.G.Ryabenko, “Endofullerenes with metal atoms inside as precursors of nuclei of single-wall carbon nanotubes”, J. Nanosci. Nanotech., 2004, v.4(4), pp.390-397.), то по частотному фактору хиральных трубок должно быть больше, чем ахиральных. Возможно, при низких температурах играет роль также разница в работе образования зародышей разного типа. В любом случае превышение одних трубок над другими незначительно, что и показывает эксперимент.


Осип Шварц, 11 марта 2009 14:47 
Я не понимаю, почему имена авторов в статье не названы? Мне кажется, это не совсем прилично.
Трусов Л. А., 11 марта 2009 18:26 
перекреститесь
Амарин Алескей, 12 марта 2009 02:09 
Здравствуйте, подскажите пожалуйста, какие требования применяются к графитовым электродам (и где их можно приобрести), хочется воочую увидеть нанотрубки, для их синтеза предпологаю использовать самый простой способ их получения метод термического распыления графитовых электродов в плазме дугового разряда. Если есть кто-то кому не жалко поделится информацией, пишите пожалуйста на почту - di-tech@yandex.ru!
physchim, 02 февраля 2012 18:20 
Всё это, конечно же, прекрасно, но работает ли в случае каталитических методик роста УНТ?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Наношарики
Наношарики

MAPPIC 2019. Первый день
14 октября 2019 года успешно открылась I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

В Москве начинается MAPPIC - 2019
14-15 октября 2019 года состоится I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019)

РИА Новости: Нобелевскую премию по химии присудили за разработку литий-ионных батарей
РИА Новости: Джон Гуденаф, Стенли Уиттингхем и Акира Йошино стали лауреатами Нобелевской премии в области химии за 2019 год за разработку литий-ионных батарей.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.