Одержання та дослідження параметрів структури багатостінних вуглецевих нанотрубок

Abstract

Запропоновано використання комп’ютерної програми (“SIAMS”) для розрахунку таких параметрiв, як об’ємна доля, розмiр, форма та орiєнтацiя фазових складових вуглецевих нанотрубок, до яких входить металевий каталiзатор, на якому зароджується нанотрубка, сама вуглецева нанотрубка та вихiдний оксид на основi металiв групи залiза. Вперше за цими розрахунками було встановлено долю каталiзаторiв на базi залiза i нiкелю всерединi нанотрубок та на їх стiнках, якi наближуються до даних хiмiчного аналiзу. Визначено розмiр частинок каталiзаторiв, що знаходиться в межах 0,5–10 нм, сумарну питому поверхню нанотрубки i питому поверхню частинок самого каталiзатора. При цьому було показано, що сумарна питома поверхня нанотрубки (40–50 м²/г на залiзному каталiзаторi) була меншою за питому поверхню частинок самого каталiзатора (80–110 м²/г), що практично наближалась до питомої поверхнi порошкiв, визначеної методом теплової десорбцiї азоту (80 м²/г), тобто данi розрахункiв близькi до експериментальних i свiдчать про те, що вiдповiдальними за велику поверхню вуглецевих нанотрубок є нанорозмiрнi частинки каталiзатора, якi утворюються разом з ростом нанотрубок при вiдновленнi металiв з оксидiв.

The application of a computer program “SIAMS” to the calculation of such parameters as the volume fraction, size, shape, and orientation of the phase components of carbon nanotubes including a metallic catalyst (on which a nanotube arises), a nanotube itself, and an initial oxide based on the iron group metals has been proposed. For the first time, the fractions of the iron- and nickel-based catalysts inside nanotubes and on their walls have been determined and shown to be close to the data of the chemical analysis. The size of catalyst particles, the total specific surface of nanotubes, and the specific surface of the catalyst were found. The first parameter was in the range 0.5–10 nm. The total specific surface (40–50 m²/g on an iron catalyst) was shown to be smaller than that of the catalyst itself (80–110 m²/g), which was practically close to the data obtained by the thermal nitrogen desorption method (80 m²/g). The calculated data are consistent with the experimental ones and evidence that nanosized catalyst particles formed simultaneously with the nanotube growth under the reduction of metals from oxides are responsible for the great specific surface of nanotubes.