RU2601335C1 - Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки - Google Patents
Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601335C1 RU2601335C1 RU2015127162/05A RU2015127162A RU2601335C1 RU 2601335 C1 RU2601335 C1 RU 2601335C1 RU 2015127162/05 A RU2015127162/05 A RU 2015127162/05A RU 2015127162 A RU2015127162 A RU 2015127162A RU 2601335 C1 RU2601335 C1 RU 2601335C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal substrates
- carbon nanotubes
- arrays
- helium
- vol
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0014—Array or network of similar nanostructural elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/22—Electronic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/20—Nanotubes characterized by their properties
- C01B2202/30—Purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для изготовления автоэлектронных эмиттеров. Углеродные нанотрубки осаждают на металлические подложки в дуговом реакторе в рабочей атмосфере на основе инертного газа, содержащей водород 8-10 об.% и гелий - остальное. Металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 10d-12d от оси дугового разряда, где d - диаметр графитового стержня анода. Полученные углеродные нанотрубки не содержат примесей сажи и фуллеренов, имеют хороший контакт с подложкой. Упрощается аппаратурное оформление процесса. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области получения углеродных наноструктур, а именно массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках.
Углеродные наноматериалы имеют широкий спектр применения. Одно из важных направлений их практического использования - это создание автоэлектронных эмиттеров на основе массивов углеродных нанотрубок на токопроводящих подложках.
Известен способ нанесения углеродных нанотрубок на металлические подложки [Wu Z. Transparent conductive carbon nanotube films. Science, 2004, v. 305, p. 1273-1276] - аналог. Нанотрубки наносят на металлические подложки из растворов путем вакуумной фильтрации через мембрану с последующим удалением поверхностно-активных веществ. Основным недостатком аналога является сложность, которая обусловлена необходимостью изготовления наноструктурированных мембран и приготовления жидких растворов углеродных нанотрубок. Кроме того, следует отметить плохую воспроизводимость процесса, а также загрязнение массива углеродных нанотрубок поверхностно-активными веществами.
Известен способ нанесения углеродных нанотрубок на металлические подложки [Kaempgen М. Sonochemical optimization of the conductivity of single wall carbon nanotube networks. Adv. Mater., 2008, v. 20, p. 616-620]. Нанотрубки наносят на металлические подложки ультразвуковым распылением жидких растворов. Создание раствора на основе смеси углеродных нанотрубок и поверхностно-активных веществ для получения высококачественных пленок требует значительных усилий, поэтому сложность процесса является основным недостатком аналога. Следует отметить, что загрязнение углеродных нанотрубок поверхностно-активными веществами и веществом растворителя также нужно отнести к недостаткам процесса-аналога.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ нанесения углеродных нанотрубок на металлическую подложку (Патент RU 2471706, кл. С01В 31/02, 10.01.2013 г.), позволяющий осаждать упорядоченные массивы УНТ на подложки из электротехнических нелегированных сталей в атмосфере инертного газа. Изготавливаемые на этом устройстве структуры «подложка - массив УНТ» являются токопроводящими.
Однако эти структуры не пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров по причине плохого контакта металлическая подложка - углеродные нанотрубки и показывают плохие характеристики в части, касающейся срока службы и плотности тока. Заявленное устройство позволяет размещать подложки исключительно вблизи дуги, и для поиска оптимального расстояния для получения токопроводящих структур, пригодных для изготовления автоэлектронных эмиттеров, требуется специальное приспособление, позволяющее перемещать металлические подложки (изготовление катода с большим количеством отверстий для крепления подложек на разных расстояниях приводит к изменению потоков углеродсодержащего пара и отсутствию нанотрубок в слое сажи на металлических подложках).
Задачей предлагаемого способа является упрощение процесса нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки без примеси сажи и фуллеренов, что обеспечивало бы хороший контакт углеродных нанотрубок с металлической подложкой и получение структуры, пригодной для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
Эта задача решается в способе нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки, включающем осаждение углеродных нанотрубок на металлические подложки в дуговом реакторе в рабочей атмосфере на основе инертного газа, при этом металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 10d-12d от оси дугового разряда, где d - диаметр графитового стержня анода, а рабочей атмосферой является смесь, содержащая водород 8-10 об.% и гелий - остальное.
Сепарация нанотрубок от примесей (углеродных наночастиц, сажи и фуллеренов) основана на разном парциальном давлении углеродных наноматериалов в плазме дугового разряда в атмосфере гелия и, как следствие, на наличии градиента концентрации этих примесей в объеме, окружающем дуговой разряд. В атмосфере гелия на расстоянии 10d-12d от оси дугового разряда, где d - диаметр графитового стержня анода, на металлические подложки преимущественно конденсируются сажа, фуллерены и углеродные нанотрубки. Дальнейшие опыты показали, что получение массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках без примеси сажи и фуллеренов возможно при введении в атмосферу гелия 8-10% (об.) водорода.
Массивы углеродных нанотрубок на металлических подложках, полученные предложенным способом, являются токопроводящими и пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров, что подтверждается вольт-амперными характеристиками Фиг. 1, снятыми при комнатной температуре. На Фиг. 1 кривая 1 получена при повышении напряжения, кривая 2 - при понижении напряжения от 1000 В.
Примеры.
1. Осаждение массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки проводили в процессе горения дуги в атмосфере смеси, содержащей водород - 7% (об.) и гелий (остальное), металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 11d от оси дугового разряда (где d - диаметр графитового стержня анода). В результате измерения вольт-амперных характеристик полученных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках эмиссионный ток не наблюдался. Полученные структуры не пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
2. Осаждение массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки проводится в процессе горения дуги в атмосфере смеси, содержащей водород - 11% (об.) и гелий (остальное), металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 11d от оси дугового разряда (где d - диаметр графитового стержня анода). В результате измерения вольт-амперных характеристик полученных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках эмиссионный ток не наблюдался. Полученные структуры не пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
3. Осаждение массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки проводится в процессе горения дуги в атмосфере смеси, содержащей водород - 10% (об.) и гелий (остальное), металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 11d от оси дугового разряда (где d - диаметр графитового стержня анода). В результате измерения вольт-амперных характеристик полученных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках эмиссионный ток наблюдался. Полученные структуры пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
4. Осаждение массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки проводится в процессе горения дуги в атмосфере смеси, содержащей водород - 10% (об.) и гелий (остальное), металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 9,5d от оси дугового разряда (где d - диаметр графитового стержня анода). В результате измерения вольт-амперных характеристик полученных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках эмиссионный ток не наблюдался. Полученные структуры не пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
5. Осаждение массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки проводится в процессе горения дуги в атмосфере смеси, содержащей водород - 10% (об.) и гелий (остальное), металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 12,5d от оси дугового разряда (где d - диаметр графитового стержня анода). В результате измерения вольт-амперных характеристик полученных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках эмиссионный ток не наблюдался. Полученные структуры не пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
6. Осаждение массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки проводится в процессе горения дуги в атмосфере смеси, содержащей водород - 10% (об.) и гелий (остальное), металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 10d от оси дугового разряда (где d - диаметр графитового стержня анода). В результате измерения вольт-амперных характеристик полученных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках эмиссионный ток наблюдался. Полученные структуры пригодны для изготовления автоэлектронных эмиттеров.
Claims (1)
- Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки для автоэлектронных эмиттеров, включающий осаждение углеродных нанотрубок на металлические подложки в дуговом реакторе в рабочей атмосфере на основе инертного газа, отличающийся тем, что металлические подложки закреплены на дисковом катоде на расстоянии 10d-12d от оси дугового разряда, где d - диаметр графитового стержня анода, а рабочей атмосферой является смесь, содержащая водород - 8-10 об.% и гелий - остальное.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127162/05A RU2601335C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015127162/05A RU2601335C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2601335C1 true RU2601335C1 (ru) | 2016-11-10 |
Family
ID=57277872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015127162/05A RU2601335C1 (ru) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2601335C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2309480C2 (ru) * | 2005-08-04 | 2007-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПП "Контакт" | Материал и способ изготовления многоострийного автоэмиссионного катода |
| EA010388B1 (ru) * | 2003-01-31 | 2008-08-29 | Дау Корнинг Айэлэнд Лимитед | Электродный узел для генерации плазмы |
| RU2419585C2 (ru) * | 2005-06-16 | 2011-05-27 | Синвент Ас | Способ и реактор для производства углеродных нанотрубок |
| RU2471706C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках |
-
2015
- 2015-07-06 RU RU2015127162/05A patent/RU2601335C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA010388B1 (ru) * | 2003-01-31 | 2008-08-29 | Дау Корнинг Айэлэнд Лимитед | Электродный узел для генерации плазмы |
| RU2419585C2 (ru) * | 2005-06-16 | 2011-05-27 | Синвент Ас | Способ и реактор для производства углеродных нанотрубок |
| RU2309480C2 (ru) * | 2005-08-04 | 2007-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПП "Контакт" | Материал и способ изготовления многоострийного автоэмиссионного катода |
| RU2471706C1 (ru) * | 2011-06-09 | 2013-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100383493B1 (ko) | 카본나노튜브의 필름화 방법 및 그 방법에 의해 필름화된 카본나노튜브 | |
| Gao et al. | Diamond-based supercapacitors: realization and properties | |
| Zanin et al. | Field emission from hybrid diamond-like carbon and carbon nanotube composite structures | |
| Gao et al. | Field emission of large-area and graphitized carbon nanotube array on anodic aluminum oxide template | |
| Szunerits et al. | Diamond nanowires: a novel platform for electrochemistry and matrix-free mass spectrometry | |
| US11005046B2 (en) | Carbon nanotube array, material, electronic device, process for producing carbon nanotube array, and process for producing field effect transistor | |
| Yun et al. | High-performance field-emission properties of boron nitride nanotube field emitters | |
| Thomas et al. | Synthesis of 3-dimensional porous graphene nanosheets using electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapour deposition | |
| Xu et al. | All carbon nanotube based flexible field emission devices prepared through a film transfer method | |
| Sankaran et al. | Enhancement of plasma illumination characteristics of few-layer graphene-diamond nanorods hybrid | |
| Banerjee et al. | Enhancement of field emission and hydrophobic properties of silicon nanowires by chemical vapor deposited carbon nanoflakes coating | |
| RU2601335C1 (ru) | Способ нанесения массивов углеродных нанотрубок на металлические подложки | |
| Karmakar et al. | Tubular diamond as an efficient electron field emitter | |
| Yin et al. | Postgrowth processing of carbon nanotube arrays-enabling new functionalities and applications | |
| JP5831009B2 (ja) | 微細構造材料及びその製造方法、並びに、燃料電池用膜電極接合体 | |
| Minh et al. | Selective growth of carbon nanotubes on Si microfabricated tips and application for electron field emitters | |
| JP4761346B2 (ja) | ２層カーボンナノチューブ含有組成物 | |
| Neupane et al. | Synthesis and electron field emission of vertically aligned carbon nanotubes grown on stainless steel substrate | |
| Mittal et al. | Carbon nanotube based 3-dimensional hierarchical field emitter structure | |
| Lee et al. | Hot-filament CVD synthesis and application of carbon nanostructures | |
| CN102590281B (zh) | 一种基于场发射原理的碳纳米管薄膜氢传感器和氢气检测方法 | |
| Tseng et al. | Field emission characteristic study on bristling few-layer graphite/diamond composite film | |
| WO2014007680A2 (ru) | Трёхмерно-структурированная полупроводниковая подложка для автоэмиссионного катода, способ ее получения и автоэмиссионный катод | |
| CN1193397C (zh) | 弹道电子发射源及其制备方法 | |
| Lee et al. | Binder-free, high-performance carbon nanotube line emitters fabricated using mechanical clamping process |