Регистрация / Вход
Прислать материал

Развитие технологий эффективного синтеза однослойных углеродных нанотрубок и характеризация их свойств методами оптической спектроскопии и зондовой микроскопии

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.5076
Организация
ИТ СО РАН
Руководитель работ
Нерушев Олег Алексеевич
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
2,6 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Смовж Дмитрий Владимирович

Этапы проекта

1
20.07.2009 - 31.10.2009
В результате проведенных на 1 этапе работ, была подготовлена экспериментальная установка для синтеза углеродных нанотрубок термическим каталитическим методом при атмосферном давлении. В том числе:
- Произведен монтаж системы контроля температуры, что позволило осуществлять мониторинг температуры термического реактора с точностью 1оС, и задавать контролируемые скорости нагрева и охлаждения реактора, в диапазоне температур перекрывающем диапазон температур используемого нагревателя (печи).
- Произведен монтаж системы подачи газов, состоящей из шкафа для хранения газовых баллонов, газовой магистрали, и четырехканального устройства подготовки потока газовых смесей BIGASflow. Данная система позволила контролировать парциальный состав и расход газовой смеси с точностью 2% отн., в диапазоне расходов: Ar расход до 0,5 л/мин, H2 до 1,7 л/мин, C2H2 до 0,5 л/мин. Оборудована система подачи катализатора в рабочую зону реактора, путем пропускания части газовой смеси через емкость с жидким пентакарбонилом железа термостатированную при 0оС.
- Проведено масс-спектрометрическое исследование рабочего газа, который будет использоваться для синтеза углеродных нанотрубок. Показано что применение ловушки на основе жидкого углекислого газа приводит и очистке ацетилена от примеси ацетона.
- Проведен анализ чистоты металлорганического катализатора методом масс-спектрометрии и анализ формирующихся металлических частиц методом энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDAX). Показано, что формирующиеся частицы представляют собой карбиды и не содержат примесей других веществ.
- Проведены семинары по темам:
Методы синтеза упорядоченных углеродных наноструктур на подложках при термическом разложении углеводородов. Оптимизация катализаторов.
План семинара: 1. Нанотрубки – многообразие свойств, индивидуальные свойства и свойства материала. Неоднородность нанотрубок как общее свойство материала. Иллюстрации- многостенные и одностенные нанотрубки, одностенные трубки различной киральности, нанотрубки с полупроводниковым, металлическим и квазиметаллическим типом проводимости, влияние дефектов на химическую активность, механическую прочность нанотрубок и композитов на их основе.
2. Основные методы синтеза.
3. Каталитическое разложение углеродосодержащих газов – наиболее производительный и экономически целесообразный метод производства.
4. Общие закономерности.
5 . Варианты синтеза нанотрубок:
6. Вариабельность требований к параметрам материала:
7. Наиболее перспективные области применения нанотрубок – материалы, узкoпрофильные приложения.
Методы характеризации образцов наноуглерода. Области применимости, достоинства и недостатки.
План семинара: 1. Нанотрубки – многообразие свойств, индивидуальные свойства и свойства материала.
2. Почему ни один метод не даёт исчерпывающей информации о нанотрубочном материале?
3. Основные методы характеризации нанотруб.
4. Оптические методы.
5. Электрическое поверхностное зондирование.
6. Элементный анализ для функционализированных трубок и нестандартных источников углерода.
7. Химические методы анализа.
8. Приготовление образцов – влияние на анализ, соотносимость результатов.
9. Материаловедческие аспекты анализа композитов на основе нанотрубок.
Развернуть
2
01.11.2009 - 31.12.2009
1. Проведены эксперименты по синтезу углеродных нанотрубок методом термического каталитического разложения углеводородов на свободных (взвешенных в газовом потоке) частицах катализатора. Исследовано влияние условий синтеза на качественный и количественный состав синтезируемого материала.
2. Создана установка для нанесения тонких пленок методом центрифугирования растворов. В роли источника железа использовался жидкий пентакарбонил железа (Fe(CO)5) разведенный в растворе толуола (C6H5OH3) с полистиролом. Проведены эксперименты по термическому синтезу углеродных нанотрубок на подложках с различными толщинами каталитического слоя и различными концентрациями пентакарбонила в органическом растворителе.
3. Создана установка для нанесения тонких пленок методом лазерной абляции. Проведены эксперименты по термическому синтезу углеродных нанотрубок на подложках полученных при различных толщинах каталитического слоя. Получены многослойные углеродные нанотрубки.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.05.2010
1. Экспериментальный стенд был оборудован необходимыми инструментами для проведения масс-спектроскопических исследований состава газовой смеси в режиме реального времени. Были проведены калибровочные эксперименты на различных смесях и на чистых газах.
2. Проведены масс-спектрометрические исследования состава газовой смеси на выходе реактора при различных смесях при использовании в качестве буферных газов аргона и водорода, в качестве источников углеводородов метана ацетилена и этилена. В качестве катализатора использовались частицы, взвешенные в газовой фазе, полученные из паров летучего предшественника (пентакарбонила железа).
3. На основании анализа масс-спектрометрических исследований показано что наиболее оптимальными режимами синтеза являются: 1 - cмесь Ar:H2:C2H4 при температуре 800 – 900 оС; 2 – смесь Ar:CH4:C2H4 при 900 оС; 3 – смесь Ar:H2:C2H2 при 700 – 800 оС; 4 - смесь Ar:СH4:C2H2 при 700 оС.
4. Проведен анализ синтезированного материала методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии, показано, что материал состоит из многослойных углеродных нанотрубок.
5. Проведен анализ материала методом комбинационного рассеяния, показано что наилучшее качество синтезированного материала достигается в режимах: cмесь Ar:H2:C2H4 при температуре 800 – 900 оС и Ar:H2:C2H2 при 700 – 800 оС.
Развернуть
4
01.06.2010 - 05.09.2010
4.1. Очистка углеродных нанотрубок от
побочных продуктов.
4.2. Проведение патентных исследований по технологиям конверсии углеводородов в
углеродные наноструктуры;
4.3. Разработка программы внедрения
результатов НИР в образовательный процесс.
4.4. Проведение научных семинаров
приглашенным руководителем по темам:
- Оптическая спектроскопия углеродных наноструктур. Теория и современный уровень эксперимента.
- Электронная и атомно-силовая микроскопия при исследовании индивидуальных нанотрубок и
графена, пучков нанотрубок.
- Полевая эмиссия электронов из нанотрубок в постоянных и импульсных внешних полях
(включая фемтосекундные импульсы).
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.5 Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей
Продолжительность работ
2008 - 2010, 25 мес.
Бюджетные средства
165,9 млн
Организация
ИПХФ РАН
профинансировано
Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области технических наук: 1. Исследование радиационных свойств МОП транзисторов на структурах КНС и КНИ методами приборно-технологического моделирования; 2. Разработка структур на основе углеродных нанотрубок и исследование влияния условий окружающей среды на их электрофизические свойства; 3. Исследование процесса формирования матрицы пористого анодного оксида алюминия; 4. Методы исследования нанотубулярных структур; 5. Получение углеродных нанотруб для создания изделий наноэлектроники на основе углеродных нанотрубок; 6. Получение углеродных нанотруб с помощью установки CVDomna; 7. Использование приборно-технологического САПР для моделирования радиационных свойств элементов СВЧ ИС на КНД структурах; 8. Разработка методов сканирующей зондовой микроскопии высокого разрешения углеродных наноструктур; 9. Разработка методов сканирующей зондовой микроскопии в исследовании и создании структур на основе углеродных нанотрубок; 10. Разработка физико-технических основ формирования планарных элементов наноэлектроники в тонких проводящих пленках
Продолжительность работ
2009, 3 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Организация
МИЭТ
профинансировано
Продолжительность работ
2014 - 2016, 28 мес.
Бюджетные средства
22 млн
Организация
АО "НИЦПВ"
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
1,8 млн
Организация
НИЯУ МИФИ
профинансировано
Тема
Технологии и оборудование для получения однослойных и многослойных углеродных нанотрубок высокой степени чистоты.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 25 мес.
Бюджетные средства
175 млн
Количество заявок
1
Тема
Объемные углеродные материалы на основе фуллеренов и нанотрубок с экстремально-высокими механическими свойствами
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов терагерцовой когерентной спектроскопии для диагностики нано-объектов, создание и испытание лабораторного образца терагерцового сканирующего зондового микроскопа-спектрометра.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка зондово-оптического спектрометра магнитного резонанса для исследования свойств наноструктур.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1
Тема
Оптимизация методов синтеза углеродных нанотрубок различных модификаций для применения в материалах функциональных элементов наноэлектроники
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
10