Образование иерархических структур из функционализированных многостенных углеродных нанотрубок в растворе с аэросилом


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-4-254-261

Полный текст:


Аннотация

Изучены особенности и закономерности процессов самосборки и самоорганизации в диффузионно−ограниченных условиях (методом из капли) водных (деионизированная вода)  коллоидных растворов многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) с аэросилом под воздействием постоянных электрических полей, варьируемых по величине от 15 до 25 В. В ходе испарения капли в однородном электрическом поле изучены процессы иерархического структурирования и обнаружено формирование линейно−кусочных образований размером 40—120 нм, фрактальных структур — 25—45 нм, а также диффузных структур — 250 нм из «МУНТ — COOH + аэросил + H2Oд.в». Проведены исследования структур методами конфокальной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, спектроскопии комбинационного рассеяния, атомно−силовой микроскопии, ИК−спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Установлено,  что размеры наблюдаемых микро− и наноструктур уменьшаются по гиперболической зависимости d = 1/U в приближении d  → 2R, а скорость их роста возрастает как U2. Доказано, что интенсивное ультразвуковое диспергирование функционализированных «МУНТ — COOH + аэросил + H2Oд.в» в коллоидном растворе вызывает появление внутри одностенных углеродных нанотрубок с центрально−осевым расположением так называемых дыхательных мод. Это подтверждается возбуждением линий КРС в коротковолновой области, и обусловливает как существование смешанных типов sp2−гибридизации с π− и σ−углеродными связями, так и металлической и полупроводниковой проводимостей, что указывает на большое практическое значение такого структурирования для развития наноэлектроники.


Об авторах

А. П. Кузьменко
Юго−Западный государственный университет
Россия

Кузьменко Александр Павлович  — доктор физико−математических наук, профессор, директор Регионального центра нанотехнологий.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.

 



Тет Пьо Наинг
Юго−Западный государственный университет
Россия

Тет Пьо Наинг — аспирант кафедры нанотехнологий и инженерной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.

 



А. Е. Кузько
Юго−Западный государственный университет
Россия

Кузько Андрей Евгеньевич — кандидат физико−математических наук, доцент, заведующий кафедрой нанотехнологий и инженерной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.

 



А. В. Кочура
Юго−Западный государственный университет
Россия

Кочура Алексей Вячеславович — кандидат физико−математических наук, доцент, заместитель директора Регионального центра нанотехнологий.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.

 



Мьо Мин Тан
Юго−Западный государственный университет
Россия

Мьо Мин Тан — стажер кафедры нанотехнологий и инженерной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.

 



Ней Вин Аунг
Юго−Западный государственный университет
Россия

Ней Вин Аунг — студент  кафедры нанотехнологий и инженерной физики.

ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск, 305040.

 



Список литературы

1. Lehman, J. H. Evaluating the characteristics of multiwall carbon nanotubes / J. H. Lehman, M. Terrones, E. Mansfield, K. E. Hurst, V. Meunier // Carbon. − 2011. − V. 49, iss. 8. − P. 2581—2602. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.03.028

2. Prasek, J. Methods for carbon nanotubes synthesis — review / J. Prasek, J. Drbohlavova, J. Chomoucka, J. Hubalek, O. Jasek, V. Adam, R. Kizek // J. Mater. Chem. − 2011. − V. 21. − P. 15872—15884. DOI: 10.1039/C1JM12254A

3. De Volder, M . F. L . Carbon nanotubes: Present and future commercial applications / M. F. L. De Volder, S. H. Tawfick, R. H. Baughman, A. J. Hart // Science. − 2013. − V. 339, iss. 6119. − P. 535—539. DOI: 10.1126/science.1222453

4. Sameera, I. High emission currents and low threshold fields in multi−wall carbon nanotube−polymer composites in the vertical configuration / I. Sameera, R. Bhatia, V. Prasad, R. Menon // J. Appl. Phys. − 2012. − V. 111, iss. 4 − P. 044307(5). DOI: 10.1063/1.3685754

5. Yuchi Che. Review of carbon nanotube nanoelectronics and macroelectronics / Yuchi Che, Haitian Chen, Hui Gui, Jia Liu, Bilu Liu, Chongwu Zhou // Semicond. Sci. Technol. − 2014. V. 29, N 7. − Р. 073001(17). DOI: 10.1088/0268-1242/29/7/073001

6. Агеев, О. А. Исследование адгезии вертикально ориентированных углеродных нанотрубок к подложке методом атомносиловой микроскопии / О. А. Агеев, Ю. Ф. Блинов, М. В. Ильина, О. И. Ильин, В. А. Смирнов, О. Г. Цуканова // Физика твердого тела. − 2016. − Т. 58, вып. 2. − P. 301—306.

7. Сергеев , Г. Б . Размерн ые эффекты в нанохимии / Г. Б. Сергеев // Российский химический журнал. − 2002. − Т. XLVI, № 5. − C. 22—29.

8. Воробьева, А. И. Аппаратура и методы исследования углеродных нанотрубок / А. И. Воробьева // УФН. −2010. − Т. 180, № 3. − C. 265—288. DOI: 10.3367/UFNr.0180.201003d.0265

9. Reinert, L. Dispersion analysis of carbon nanotubes, carbon onions, and nanodiamonds for their application as reinforcement phase in nickel metal matrix composites / L. Reinert, M. Zeiger, S. Suárez, V. Presser, F. Mücklich // Royal Society of Chemistry Adv. − 2015. − V. 5, iss. 115. − P. 95149—95159. DOI: 10.1039/c5ra14310a

10. Van Thu Le. Surface modification and functionalization of carbon nanotube with some organic compounds / Van Thu Le, Cao Long Ngo, Quoc Trung Le, Trinh Tung Ngo, Duc Nghia Nguyen, Minh Thanh Vu // Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. − 2013. − V. 4, N 3. − P. 035017(5pp). DOI: 10.1088/2043−6262/4/3/035017

11. Kuz’menko, A. P. 3D fractalization over natural colloidal microinclusions / A. P. Kuz’menko, Ch. N. Aung, V. V. Rodionov // Tech. Phys. − 2015. − V. 60, iss. 6. − Р. 903—910. DOI: 10.1134/S1063784215060146

12. Кузьменко, А. П. Процессы самоорганизации в углеродсодержащих коллоидных системах / А. П. Кузьменко, Тет Пьо Наинг, Мьо Мин Тан, М. Б. Добромыслов, Чан Ньен Аунг // Изв. Юго−Западного гос. ун−та. Сер. Техника и технологии. − 2015. − № 3(16). − С. 38—50.

13. Kuzmenko, A. P. Self−assembly and self−organization processes of carbon nanotubes in the colloidal systems / A. P. Kuzmenko, Thet Phyo Naing, Myo Min Than, Chan Nyein Aung, M. B. Dobromyslov, S. G. Emelyanov, L. M. Chervyakov // J. Nano− and Electron. Phys. − 2015. − V. 7, N 4. − P. 04014(3p).

14. Velev, O. D. On−chip micromanipulation and assembly of colloidal particles by electric fields / O. D. Velev, K. H. Bhatt // Soft Matter. − 2006. − V. 2, iss. 9. − P. 738—750. DOI: 10.1039/b605052b

15. Krupke, R . Separation of metallic from semiconducting singel−walled carbon nanotubes / R. Krupke, F. Hennrich, H. von Löhneysen, M. M. Kappes // Science. − 2003. − V. 301, iss. 5631. − P. 344—347. DOI: 10.1126/science.1086534

16. Ma Shao −Jie. Mechanism of carbon nanotubes aligning along applied electric field / Ma Shao−Jie, Guo Wan−Lin // Chinese Phys. Lett. − 2008. − V. 25, N 1. − P. 270—273. DOI: 10.1088/0256-307X/25/1/073

17. Andreeva, L. V. Driving forces of the solute self−organization in an evaporating liquid microdroplet / L. V. Andreeva, A. V. Koshkin, P. V. Lebedev−Stepanov, A. N. Petrov, M. V. Alfimov // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. − 2007. − V. 300, iss. 3. − P. 300—306. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2007.02.001

18. , Qin, L .−C. The smallest carbon nanotubes / Lu−Chang Qin, Xinluo Zhao, Kaori Hirahara, Yoshiyuki Miyamoto, Yoshinori Ando, Sumio Iijima // Nature. − 2000. − V. 408, iss. 6808. − P. 50. DOI: 10.1038/35040699

19. Dresselhaus , M . S . Perspectives on carbon nanotubes and grapheme Raman spectroscopy / M. S. Dresselhaus, A. Jorio, M. Hofmann, G. Dresselhaus, R. Saito // Nano Lett. − 2010. − V. 10, N 3. − P. 751—758. DOI: 10.1021/nl904286r

20. Zhao, X. Characteristic Raman spectra of multiwalled carbon nanotubes / X. Zhao, Y. Ando, L.−C. Qin, H. Kataura, Y. Maniwa, R. Saito // Physica B: Condensed Matter. − 2002. − Vol. 323, iss. 1. − P. 265—266. DOI. 10.1016/S0921-4526(02)00986-9

21. Thomsen, C. Raman scattering in carbon nanotubes / C. Thomsen, S. Reich / Light Scattering in Solid IX. Topics in Applied Physics. V. 108. − Berlin ; Heidelberg : Springer−Verlag, 2006. P. 115—234. DOI: 10.1007/978-3-540-34436-0_3

22. Maultzsch, J. Radial breathing mode of single −walled carbon nanotubes: Optical transition energies and chiral−index assignment / J. Maultzsch, H. Telg, S. Reich, C. Thomsen // Phys. Rev. B. − 2005. − V. 72, iss. 20. − P. 205438(1)—205438(16). DOI: 10.1103/PhysRevB.72.205438


Дополнительные файлы

Для цитирования: Кузьменко А.П., Наинг Т.П., Кузько А.Е., Кочура А.В., Тан М.М., Аунг Н.В. Образование иерархических структур из функционализированных многостенных углеродных нанотрубок в растворе с аэросилом. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2016;19(4):254-261. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-4-254-261

For citation: Kuzmenko A.P., Naing T.P., Kuzko A.E., Kochura A.V., Than M.M., Aung N.W. Hierarchical structures of functionalized multi–walled carbon nanotubes in aerosil solution. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2016;19(4):254-261. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-4-254-261

Просмотров: 85

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)