Автор AZoNano 5 ноября 2020 г.

В настоящее время во многих отраслях промышленности, таких как электроника, оптика, доставка лекарств и очистка воды, используются рулоны графитовых пластин в форме сот, известных как углеродные нанотрубки (УНТ), шириной в несколько нанометров, для достижения инновационных решений. масштаб, как никогда раньше.

УНТ обладают такими особенностями, как удобная структура, легкий вес, превосходная теплопроводность и электрическая проводимость, стабильность и высокая механическая прочность. Таким образом, они имеют преимущество перед другими материальными альтернативами.

Но для удовлетворения их постоянно растущего промышленного спроса крайне важно постоянно наращивать производство, в чем заключается основная проблема использования УНТ.

Хотя исследователи смогли разработать отдельные УНТ длиной около 50 см, попытки создать массивы или леса ограничиваются примерно 2 см.

Причина в том, что катализатор, который необходим для роста УНТ, деактивируется и / или заканчивается до того, как УНТ в лесу смогут расти дольше. Это увеличивает денежные и сырьевые затраты на производство УНТ и угрожает прекратить его промышленное использование.

Группа ученых из Японии разработала новаторский подход. В статье, опубликованной в журнале Carbon исследователи описывают инновационный подход к традиционному методу, который позволяет получать леса УНТ рекордной длины: примерно 14 см, что в семь раз больше по сравнению с максимальным значением, достигнутым ранее.

В традиционной технике рост УНТ прекращается из-за постепенного структурного изменения катализатора, поэтому мы сосредоточились на разработке нового метода, который подавляет это структурное изменение и позволяет УНТ расти в течение более длительного периода .

Хисаси Сугимэ, руководитель группы и доцент Университета Васэда

Для начала исследователи сделали катализатор, применив результаты более раннего исследования. Затем они добавили слой гадолиния (Gd) в традиционный катализатор на основе оксида железа и алюминия (Fe / Al ₂ O _x ), нанесенный на кремниевую (Si) подложку. Слой Gd до некоторой степени остановил разрушение катализатора, что позволило лесу вырасти примерно до 5 см в длину.

Чтобы предотвратить дальнейшее разрушение катализатора, исследователи поместили катализатор в исходную камеру, известную как камера химического осаждения из паровой фазы (CVD) из холодного газа. Катализатор нагревали до 750 ° C и снабжали его небольшими концентрациями (миллионных долей) паров Fe и Al при комнатной температуре.

Это помогает катализатору стабильно работать в течение 26 часов, что позволило вырасти густому лесу УНТ до 14 см. Несколько исследований по характеристике выращенных УНТ показали, что они обладают конкурентоспособной прочностью и высокой чистотой.

Этот успех не только помогает преодолеть препятствия на пути широкого промышленного применения УНТ, но и открывает путь для исследований в области нанонауки.

Этот простой, но новый метод, который резко продлевает срок службы катализатора за счет использования источников пара на уровне миллионных долей, полезен для разработки катализаторов в других областях, таких как нефтехимия и рост кристаллов наноматериалов. Знания, изложенные здесь, могут иметь решающее значение для того, чтобы наноматериалы стали повсеместной реальностью .

Хисаси Сугимэ, руководитель группы и доцент Университета Васэда

Ссылка на журнал:

Sugime, H., и др. . (2020) Сверхдлинный лес углеродных нанотрубок посредством in situ добавок к источникам паров железа и алюминия. Углерод . doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066.

Источник: https://www.waseda.jp/top/en/[19459008visible