Получение графенов из многослойных углеродных нанотрубок в импульсном разряде
За пара лет, прошедших по окончании первой публикации о исследовании и получении личных графенов, было создано так много разнообразных подходов к их синтезу, что приходится удивляться тому, что графены не были обнаружены на большое количество десятилетий раньше.
В качестве объяснения данной загадки можно подчернуть, что в проблеме получения графенов самая трудной стадией есть не столько их синтез, сколько установление и идентификация главных параметров (размеры, число слоев).
Сравнительно не так давно группе исследователей из Hanyang Univ. (Республика Корея) и готовься . (Япония) [1] удалось в следствии применения импульсного разряда постоянного тока взять графены из многослойных углеродных нанотрубок (УНТ). Образцы многослойных УНТ диаметром около 20 нм со степенью очистки 90% (по массе) были синтезированы способом химического осаждения паров (CVD) с применением Fe-Mo/MgO в качестве катализатора и С2Н2 в качестве источника углерода. Очистку образцов от примесей создавали посредством кислотной обработки.
Пилюли толщиной 2 мм и массой 2 г, полученные из нанотрубок в условиях вакуума 10–5 Торр, помещали в цилиндрическую графитовую форму диаметром 20 мм, оснащенную контактами. Эту форму под давлением 1000 атм нагревали до температуры 2000°С со скоростью 100°С, по окончании чего через нее в течение 10 мин пропускали импульсный ток силой 2500 А. Величина приложенного напряжения не превышала 5 В, продолжительность импульсов равнялась 12 мс, а промежуток между импульсами составлял 2 мс. Полученные по окончании таковой обработки образцы изучили посредством просвечивающего электронного микроскопа, рентгеновского дифрактометра и спектрометра комбинационного рассеяния.
Рис. 1. Иллюстрация модели превращения УНТ в графены
а – нанотрубка перед прохождением тока; b – начало разрыва; с – разрыв нанотрубки на протяжении направления тока; d – формирование графеновых страниц.
Как показывают изучения, в следствии прохождения тока через пример нанотрубки частично разрушались, что приводило к образованию графеновых страниц шириной пара десятков нанометров и толщиной около 6 нм. Наряду с этим площади слоев, образованных из внешних и внутренних стенок многостенной нанотрубки не совпадают, неспешно уменьшаясь по мере перемещения от внешнего слоя к внутреннему.
Такая геометрия графеновых страниц соответствует модели превращения нанотрубок в графены, проиллюстрированной на рисунке. Процесс превращения подобен процедуре расстегивания молнии на одежде, так что точка разреза продвигается на протяжении нанотрубки в направлении приложения электрического поля.
А.Елецкий
1. W.S.Kim et al., Appl. Phys. Lett. 95, 083103 (2009).