Благодаря удачному сочетанию электронных характеристик, высоких механических свойств, а также химической и термической стабильности углеродные нанотрубки (УНТ) являются перспективным материалом для использования в различных сферах науки и промышленности. Однако для реализации огромного прикладного потенциала, заложенного в этих системах, необходимо научиться получать УНТ, имеющие заданную структуру (диаметр, длина, хиральность), определяющую их характеристики.
Между тем стандартные подходы к синтезу УНТ позволяют получать наноматериал, параметры которого распределены в весьма широких пределах. Поэтому приходится проводить дорогостоящие и не всегда эффективные исследования, которые помогают определить свойства полученного материала и возможности его использования.
Более эффективным подходом к решению задачи получения УНТ с заданными параметрами представляется поиск условий синтеза, способствующих синтезу УНТ с узким распределением по структурным параметрам.
Одним из таких подходов является синтез УНТ в диффузионном пламени. Несмотря на большое количество научных исследований, посвященных образованию наноматериалов при горении углеводородов, до сих пор не существует единой точки зрения на механизм образования структурного углерода в виде нанотрубок и нановолокон при наличии катализаторных прекурсоров в обогащенной топливной смеси или на подложке-саженакопителе. Однако понятно, что производство углеродных нанопродуктов при сжигании углеводородного сырья в различных горелочных устройствах является более технологичным и легкоуправляемым процессом, чем синтез другими методами.
Синтез в пламени привлекателен вследствие непосредственного наличия источника тепла, потенциальной возможности масштабирования, легкости регулирования и контроля, простоты аппаратурного оформления, безопасности технологического процесса.
Проведенный теоретический анализ термодинамики реагирования пропан-бутановой смеси с окислителями, показывает, что при сжигании в кислороде выход конденсированной фазы может достигать значений, наблюдаемых при пиролизе. А для реализации реальных процессов синтеза с высоким выходом конденсированного углерода в воздушном пламени необходимо производить сжигание с коэффициентом избытка окислителя 0,02 – 0,04, а в кислородном использовать 0,05 – 0,1. С использованием таких богатых топливных смесей возможны проблемы с устойчивостью пламени и может потребоваться принудительное инициирование процесса горения с помощью мощных источников воспламенения[1].
Так же перспективным является использование в качестве источника углерода различных водно-спиртовых растворов.
Эффективность такого подхода была продемонстрирована недавно группой исследователей из Nagoya Univ. (Япония) [2]. Однослойные УНТ с были выращены на Si/SiO2 подложке с использованием этилового спирта в качестве углеродосодержащего вещества.
Комбинирование метода получения УНТ в диффузионном пламени и использования в качестве углеродосодержащего вещества спирта при должном изучении способно дать нам легкоуправляемый способ синтеза УНТ с известными параметрами.
Изучением этого вопроса я занимаюсь на базе кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов» ГОУ ВПО ТГТУ.
Литература:
Польшиков, В.Ю. Синтез наноструктурного углерода в диффузионном пламени / В.Ю. Польшиков, А.А. Баранов, А.А. Пасько // «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент»: материалы II Всероссийской научно-инновационной молодежной конференции (с международным участием): 27-29 октября 2010. – Тамбов: Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2010. – С. 181-183.
S.Ishii et al., Jap. J. Appl. Phys. 50, 015102 (2011).
