一个新颖的方法来合成碳纳米管,碳Nanocoils碳表面Microcoils金属线:在真空电子器件中的应用

Sanjay Agarwal b Yamini Sarada和卡马尔k .凹地

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AZojomo体积(ISSN 1833 - 122 x) 2010年12月6日

主题

文摘
关键字
介绍
实验
结果与讨论
XRD分析
EDAX和扫描电镜分析
TEM分析
电流-电压特性
结论
引用
详细联系方式

文摘

碳纳米管和线圈的创新显示高度有用的电特性。纳米几何装备他们高效的纳米电子设备导致许多工业应用。制造这样的电子设备,重要的是发展纳米管/ nanocoils microcoils与控制密度、长度和对齐。在这个工作我们已经碳纳米管(碳纳米管),碳nanocoils和催化化学汽相淀积碳microcoils使用C₂H₂H₂和N₂作为前体。在700°C合成的碳结构在不同条件下即硫的存在与否。金属线(Fe-Cr-Al合金)是使用化学浸镀镍催化剂涂层技术在基础培养基预处理过程。我们已经3 d如春的碳结构直径100 - 900 nm,线圈间距20 - 600 nm和几毫米的长度。这种简单而新颖的方法包括没有有毒气体,给控制增长的完美的螺旋碳纳米管可用于各种真空电子应用程序。

关键字

碳纳米管、碳Nanocoil、碳Microcoil、化学气相沉积、电子显微镜、化学镀

介绍

独特的性质使得碳纳米管(碳纳米管)极具吸引力的纳米结构,各种潜在的应用。最近的成果向实际应用逻辑门等纳电子学的组装纳米线[1],问基于逻辑电路[2],和场致发射设备。碳纳米管已经被提议作为新材料的发光灯泡(3 - 6),电子场发欧洲杯足球竞彩射器在面板显示[7 - 9],单分子晶体管[10],扫描探针显微镜技巧[11],大功率电容[12],下一代分子电子设备[13]。盘绕的碳结构被Ihara首先预测和邓拉普(14 - 17)。实验观测报告的生产螺旋碳纳米管(18 - 20)。这种类型的结构是由于获得五角大楼和七边形环弯曲部分的碳纳米管的结构。五角大楼负责碳环的形成正曲率而七边形碳环形成负曲率[21]。计算机模拟和分子动力学计算表明,螺旋纳米管是积极和热力学稳定的[22]。许多研究人员一直在进行碳nanocoils发展的重要方法。锅等人报道的合成加工中心的探针的铟锡氧化物作为催化剂[23]。 Xie et al. synthesized regular coiled nanotubes over three types of catalyst, Fe-magnesium carbonate, Fe- silica, and Ni-zeolite [24]. Koos et al. reported coiled nanotubes growth by laser evaporation of a fullerene /Ni particle mixture in vacuum using 532 nm laser pulses of 12–28 m J from Nd YAG laser on freshly cleaved graphite (HOPG) surface [25]. Many researchers have worked to produce carbon microcoils and proposed that sulphur and phosphorous elements will promote the microcoiled structure and they used thiophene for the production of the CMCs. Mukhopadhyay et al. produced CMCs using thiophene [26-27] as the promoter of sulphur in order to attain the CMCs. In this work we have practiced a simple coating method to attain the growth of the coiled CNTs in the absence of these promoters. We have grown coiled carbon structures by novel, simple and economical method. Nanotubes are synthesized by catalytic chemical vapor deposition using C₂H₂H₂和N₂作为前体。我们已与Ni催化剂涂层金属铬铝钴耐热钢线使用化学浸镀技术在基础培养基预处理过程。这部小说的方法是没有有毒气体,给控制增长的完美的螺旋碳纳米管可用于各种真空电子应用程序。

实验

首先样本包含HNO抛光解决方案₃(1毫升)H₂O₂(1毫升)和草酸(1 g)在50毫升de-ionized水5分钟。这个解决方案消除污染物和油或脂肪从钢丝表面的杂质。在我们的实验中我们使用Ni催化剂表面的线通过浸渍到浴组成的30 g / L硫酸镍(你₄.6H₂O), 25 g / L次磷酸钠(不₂阿宝₂。H₂O), 40 g / L氯化铵(NH₄20 g / L Cl)和柠檬酸三钠(Na₃C₆H₅O₇.2H₂O氢氧化铵(NH)₄哦)被用来调整浴的pH值。Ni催化剂沉积是尝试不同的浴温度和pH值的参数。Ni -电影沉积为80°C和8的pH值优化浴。

催化剂涂层样本放置在CVD炉室的中间地带。乙炔气作为碳源,N₂气体被用来提供惰性气氛和H₂天然气作为载气,减少催化剂薄膜的粒子。欧洲杯猜球平台加工中心的条件被种植在700°C的温度,气体流速200 sccm N₂,25 sccm H₂和60 sccm C₂H₂。心血管疾病是两种不同的处理操作条件如前体通过缺席或H的存在₂所以₄。问涂铬铝钴耐热钢线是图1所示。镍薄膜沉积和管状碳结构的表征样品是使用不同的表征工具即增长。x射线衍射(XRD)技术,扫描电子显微镜(SEM),能量色散x射线分析(EDAX)、透射电子显微镜(TEM),电流电压(电流-电压)测量。不同的样品进行XRD分析CuKα(λ= 1.54184 Ao)辐射。整个样本特征在室温下扫描范围30°- 70°,外加电压40 KV和扫描速度每分钟3°。电镜分析真空下进行8.5 x10⁵托和应用20千伏的电压。电流-电压测量问涂坝塔尔合金表面的线。电流-电压测量应用的电压从0到7 V。

图1所示。装配式CNT阴极

结果与讨论

XRD分析

图2 (a)展示了两个峰值在2θ= 44.54°也对应于一个镍(111)和一个小的峰值倪(200)在2θ= 51.2°,探讨了多晶镍镀层的结构。在更高的涂层时间的增加峰值的宽宏大量是发现导致晶粒尺寸的减少。图2 (b)显示了不同熔体温度XRD模式。优化的观察熔体温度800 c。粒度进一步增加最初和减少由于高的镍离子浓度的解决方案。化学镀镍沉积过程的进步产生氢离子代浴pH值下降[28]。化学镀镍反应动力学是由氢离子浓度控制催化剂浴。H₂由于H的增加进化速率增加₂离子浓度,因此元素与涂层沉积速度预计将大幅减少时间和影响粒径的减少。

图2。XRD模式(a)的镍涂层坝塔尔合金衬底不同熔体温度(b)不同的涂料

EDAX和扫描电镜分析

图3显示了EDAX Ni催化剂涂层坝塔尔合金衬底。镍涂层的表面形态坝塔尔合金线,通过SEM分析了不同涂层,如图4所示。观察膜的厚度从500纳米到20μm催化剂涂层时间范围5到20分钟。涂层中的裂缝观察由于磷的存在。这些裂缝可能引起的内应力,adsorption-desorption生成的共沉积过程参与氧化还原反应和p .图5 (a)、(b)和图6 (a)、(b)的SEM显微图盘管在镍催化剂涂层坝塔尔合金线5和10分钟涂层。在缺乏硫复合cmc的长度和加工中心从30μm 50μm不等。cmc的直径变化从200纳米到500纳米和加工中心直径范围从700纳米到900纳米。现在Ni催化剂涂层时间进一步增加从10到15分钟。所有其他工艺条件相同,但没有显著的改善对收益率的碳纳米管/加工中心/ cmc被观察到。

图3。EDAX镍涂层坝塔尔合金衬底

图4。扫描电镜显微图对不同涂层涂镍铬铝钴耐热钢线的时间(a) 5分钟(b) 10分钟(c) 15分钟

图5。(a)、(b) SEM显微图的碳纳米结构涂层坝塔尔合金线在缺乏合成硫在700°C(催化剂涂层在80°C涂层温度为5分钟)

图6。(a)、(b) SEM显微图的碳纳米结构涂层坝塔尔合金线在缺乏合成硫在700°C (80°C催化剂涂层时间10分钟涂层温度)

提高盘管时观察到的前兆的产生是通过H₂所以₄。图7 (a)和(b)的SEM显微图显示螺旋碳纳米管在不同的放大。在700°C的碳纳米管生长温度有一个产量50 nm直径150纳米和200年30μmμm长度。加工中心和cmc直径范围从100纳米到250纳米和600纳米至800纳米。加工中心的长度从150年80μmμm不等。从这些观察可以探索与小直径螺旋管和大长可以在硫的存在。

图8 (a)和(b)的SEM显微图盘管生长在10分钟在80°C涂层催化剂涂层衬底温度。没有观察到显著差异在这个增长的条件。硫原子避免非晶碳在催化剂颗粒的形成。欧洲杯猜球平台这有助于获得良好收益的长碳纳米管和加工中心。

多晶镍镀层的线圈收益率(111)和(110)方向。中,有一个大的各向异性性质各自晶面的沉积碳线圈。镍催化剂的XRD结果涂层形成的薄膜是一个面向多晶在形式和高度(111)方向。许多研究人员已经表明,这种各向异性性质是最有效的螺旋碳纳米管。杨等人报道的碳丝增长使用Ni催化剂裂解甲烷在700°C,石墨降水最青睐的脸是倪(111)[29]。从这些观察提出,产生基于晶体螺旋增长面临是一个重要因素。

图7。(a)、(b)扫描电镜显微照片的碳结构涂层坝塔尔合金线合成硫的存在在700°C (80°C催化剂涂层时间5分钟涂层温度)

图8。(a)、(b)扫描电镜显微照片的碳结构涂层坝塔尔合金线合成硫的存在在700°C (80°C催化剂涂层时间10分钟涂层温度)

TEM分析

TEM显微照片的碳纳米管生长在700°C的温度图9所示。TEM图像证实了多壁碳纳米管的存在(MWNTs)。

图9。TEM显微照片的盘管

电流-电压特性

两个探针电流-电压测量进行盘管涂层坝塔尔合金线,如图10所示。图中的曲线属于螺旋碳纳米管涂层样品在700°C生长温度没有或硫的存在。电流-电压曲线显示了一个低电流,低电压,但在更高的电压逐渐增加。也观察到,在低电压曲线显示非线性并成为线性电压更高。

图10。电流-电压特性CNT的涂布和裸坝塔尔合金衬底

结论

我们已经卷碳结构新颖、简单、经济的方法。各种碳纳米管合成催化CVD使用C₂H₂H₂和N₂作为前体。我们已与Ni催化剂涂层金属铬铝钴耐热钢线使用化学浸镀技术在基础培养基预处理过程。在硫盘绕碳材料的产量大大增加。这部小说的方法是没有有毒气体,使控制完美的螺旋碳纳米管的生长。电流-电压曲线表明,捏造盘绕碳结构阴极真空电子器件具有广泛的应用前景。

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Sanjay Agarwal b Yamini Sarada和卡马尔k .凹地
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印度坎普尔印度理工学院的

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