ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК Кафедра ИУ4 МГТУ им. Н.Э.Баумана «Проектирование и технология производства электронно-вычислительных. - презентация

1 ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК Кафедра ИУ4 МГТУ им. Н.Э.Баумана «Проектирование и технология производства электронно-вычислительных средств» Двенадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Автор Еременко Александра Сергеевна Москва, ГОУ СОШ 303 Научный руководитель Власов Андрей Игоревич к.т.н., доцент, зам. зав. кафедрой ИУ4 по научной работе МГТУ им. Н.Э.Баумана Москва 2009

2 Цель исследования 1. Изучение свойств и основных характеристик углеродных волокон и углеродных нанотрубок. 2. Изучение особенностей сканирования наноразмерных объектов на поверхности с помощью СЗМ NanoEducator. 3. Получение топографии углеродных волокон на поверхности кремниевой подложки. Задачи исследования 1.Освоение методики работы на атомно-силовом микроскопе со сканирующим устройством NanoEducator 2.Обработка полученных изображений Объект исследования Углеродные волокна и углеродные нанотрубки

3 Углеродные волокна и нанотрубки Углеродные нанотрубки и волокна обычно получают обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода 99%. Углеродные нанотрубки (УНТ) - нитевидные протяжённые структуры, состоящие из свёрнутых гексагональных сеток с атомами углерода в узлах, с протяженными внутренними полостями Углеродные волокна (УВ) - нитевидные наночастицы без протяженных внутренних полостей Углеродные нанотрубки Углеродное волокно

4 Классификация углеродных нанотрубок Осевая дислокация вдоль оси УНТ. (A)Ахиральная нанотрубка в конфигурации «зигзаг» (n, 0) (B) Хиральные нанотрубки (n, 2) 1.прямые (ахиральные) нанотрубки - «кресло» или «зубчатые» (armchair) n=m - зигзагообразные (zigzag) m=0 или n=0 2.спиральные (хиральные) нанотрубки Основная классификация нанотрубок проводится по способу сворачивания графитовой плоскости. Этот способ сворачивания определяется двумя целыми числами n и m, задающими разложение направления сворачивания на вектора трансляции графитовой решётки. По значению (n, m) различают:

5 Однослойные и многослойные нанотрубки Углеродная многослойная нанотрубка Углеродная однослойная нанотрубка Однослойные нанотрубки (single-walled nanotubes, SWNTs) – простейший вид нанотрубок. Большинство из них имеют диаметр около 1 нм при длине, которая может быть во много тысяч раз больше. Многослойные нанотрубки (multi-walled nanotubes, MWNTs) состоят из нескольких слоев графена, сложенных в форме трубки. Расстояние между слоями равно 0.34 нм. Многослойные нанотрубки Модель «матрешка» Модель «пергамента»

6 Свойства углеродных нанотрубок 1. Высокая электропроводность 2. Высокая эффективность тока эмиссии 3. Прочность 4. Сверхпроводимость 5. Излучательная способность в области видимого и ИК диапазона 6. Капиллярные эффекты Возможные применения углеродных нанотрубок в микроэлектронике 1.транзисторы 2.нанопровода 3.прозрачные проводящие поверхности 4.топливные элементы Полевой нанотранзистор

7 Получение СЗМ изображения углеродных волокон Свойства исследуемых углеродных волокон Плотность кг/м³ Диаметр волокна (мкм) Модуль упругости (ГПа) Средняя прочность на базе 10мм. (ГПа) Предельная деформация % Образец (1)16007,01502,01,3 Образец (2)19007,05002,00,4 В качестве экспериментальных образцов использовались фрагменты углеродного волокна размером 1х1 см, полученные методом катодного распыления углеродных электродов. Свойства образцов указаны в нижеприведенной таблице: Исследование проводится на СЗМ NanoEducator методом АСМ вПолуконтактном режиме. Размер сканов 15×15мкм

8 СЗМ исследование углеродных волокон На слайде представлены фрагменты углеродных волокн. Как видно из приведенных данных поверхность образца 2 отличается существенно большей однородностью, чем поверхность образца 1. Неоднородность поверхности второго образца лежит в пределах 100нм. В то время как неоднородность поверхности углеродных тканей первого образца лежит в пределах 1000нм. Образец (1) Образец (2)

9 Выводы Углеродные нанотрубки и углеродные волокна сходны по характеристикам и использованию, а так же по методикам изготовления. Обнаружены неоднородности образцов, различающихся более чем на порядок. Причины различия в неоднородностях скорее всего обусловлены технологическими особенностями получения тканей. Используемая методика не может являться эффективным способом контроля технологических режимов получения углеродных тканей. Сканирующий зонд NanoEducator позволяет исследовать поверхности углеродных тканей с хорошей информативностью результата, но не слишком высокой точностью для оценки результата.