ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОСТЕННЫХ И ДВУСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ПРИ ДАВЛЕНИЯХ ДО 50 ГПа

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1 Структура углеродных нанотрубок 7
1.2 Двустенные углеродные нанотрубки 9
1.3 Многослойные нанотрубки 10
1.4 Электрические свойства углеродных нанотрубок 12
1.5 Механические свойства 15
1.5.1 Прочность 15
1.5.2 Упругость 17
1.5.3 Особенности поведения углеродных нанотрубок при высоких давлениях 17
1.6 Методы экспериментального исследования структуры однослойныхнанотрубок
20
1.7 Рамановская спектроскопия углеродныхнанотрубок 21
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 26
3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 27
3.1 Пресс для создания давления и оценка давления в камере “закругленный конус -
плоскость” 27
3.1.1 Камера высокого давления 28
3.1.2 Система сбора данных Agilent 34970А 29
3.2 Система отображающей конфокальной микроскопии комбинационного
рассеяния ViTecAlplia 300 АВ+ 31
4 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 34
4.1 Исследования электрического сопротивления одностенных углеродных
нанотрубок при давлениях до 50 ГПа 34
4.2 Исследования электрического сопротивления двустенныхуглеродных
нанотрубок при давлениях до 50 ГПа 37
4.3 Рамановская спектроскопия одностенныхуглеродных нанотрубок 42
4.4 Рамановская спектроскопия двустенных углеродных нанотрубок 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 51

Купить

РЕФЕРАТ
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОСТЕННЫХ И ДВУСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
ПРИ ДАВЛЕНИЯХ ДО 50 ГПа
Целью работы являлось экспериментальное исследование особенностей воздействия высокого давления на жгуты двустенных и одностенных углеродных нанотрубок.
Методами молекулярно-динамического моделирования и экспериментальным путем были обнаружены структурные переходы для углеродных нанотрубок подвергнутых внешнему давлению, связанные с изменением поперечного сечения нанотрубок. При более высоких давлениях наблюдалась полимеризация углеродных нанотрубок.
В первом разделе приведен обзор современных представлений о структуре однослойных и многослойных нанотрубок, их электрических и механических свойствах, а также перечислены методы экспериментального исследования их структуры и свойств. В отдельный пункт была выделена спектроскопия комбинационного рассеяния света, как один из наиболее чувствительных и информативных методов исследования углеродных материалов.
В разделе “МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА” были описаны основные характеристики и принцип работы двух использовавшихся в работе установок: пресса для создания высоких давлений и системы отображающей конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния '№1ТесА1рйа 300 АК+.
Основные выводы работы:
— Обнаружены особенности на кривой зависимости электросопротивления от давления одностенных УНТ при 2 и 7 ГПа, соответствующие известным структурным переходам в нанотрубках, и связанные с изменением сечения нанотрубок. Давление 50 ГПа не является критическим для исследованного образца одностенных УНТ.
— Обнаружены аналогичные особенности на кривой зависимости сопротивления от давления двустенных УНТ при 2 и 21 ГПа. Было установлено, что особенность сопротивления около 24 ГПа связана с разрушением внешних нанотрубок в структуре двустенных УНТ. Таким образом, подтверждается предположение о двухступенчатом механизме разрушения двустенных УНТ большого диаметра.
— Давление 50 ГПа является критическим для исследованных двустенных УНТ. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о происходящем разрушении ДУНТ при давлении 50 ГПа. Те же данные позволяют судить о частичной полимеризации двустенных УНТ при достижении критического давления 50 ГПа.
Развитие технологий, связанных с получением и использованием наноматериалов, приводит к значительным изменениям во многих направлениях человеческой деятельности. Одним из важнейших предметов исследования нанотехнологийна сегодняшний день являются углеродные наноматериалы.
С момента своего открытия углеродные нанотрубки стали объектом многочисленных экспериментальных и теоретических исследований. Значительный интерес со стороны исследователей объясняется уникальными механическими, химическими и
Электрическими характеристиками данных структур.
Как показали многочисленные исследования, углеродные нанотрубки проявляют большую энергетическую стабильность, чем фуллерены или графеновые пленки. Вместе с возможностью регулировать проводимость нанотрубки путем изменения ее структуры это позволяет уже сейчас применять эти материалы в различных лабораторных устройствах[1].Благодаря своим аномально высоким механическим характеристикам, углеродные нанотрубки входят в число наиболее перспективных материалов, подходящих для получения высокопрочных композитов. Современные технологии позволяют создавать ткани и различные покрытия на основе нанотрубок [1].
На протяжении последних пятнадцати лет ведутся работы по изучению зависимости электрических свойств углеродных нанотрубок от их структуры: числа слоев, хиральности и диаметра. Методами молекулярно-динамического моделирования и экспериментальным путем были обнаружены структурные переходы для углеродных нанотрубок подвергнутых внешнему давлению, связанные с изменением поперечного сечения нанотрубок. При более высоких давлениях наблюдалась полимеризация углеродных нанотрубок: процесс, приводящий к образованию новых сверхтвердых фаз углерода.
Преимущество двустенных нанотрубок над одностенными заключается в том, что в двустенных нанотрубках внешняя трубка защищает внутреннюю от химических и механических воздействий, в то время как, внутренняя трубка является механической опорой для внешней. Данные структуры демонстрируют приблизительно равные показатели электрической проводимости, однако, ввиду возможных применений нанотрубок для повышения прочности материалов, а также в различных электромеханических устройствах, представляет интерес исследование электромеханических свойств этих структур при экстремальных нагрузках. Поэтому в данной работе были проведены исследования поведения одностенных и двустенных углеродных нанотрубок подвергнутых высокому давлению.

Купить