Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tổng hợp tại chỗ không sử dụng chất xúc tác của ống carbon nhiều lớp và sợi nano trên xi lanh inox thương mại
Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi báo cáo về việc tổng hợp tại chỗ ống carbon nhiều lớp (MWCNTs) kèm theo sợi nano trên bề mặt của một xi lanh inox thương mại đã qua ăn mòn hóa học trong một lò phản ứng lắng đọng hơi hóa học xúc tác bằng cách sử dụng ethanol làm nguồn carbon. Hỗn hợp MWCNTs và sợi nano đã được đặc trưng hóa qua các kỹ thuật SEM, EDS, TEM và XRD. Hình ảnh SEM cho thấy các ống carbon (CNTs) dày đặc có hình dạng và kích thước ngẫu nhiên, kèm theo vật liệu chứa carbon. Phân tích EDX cho thấy hàm lượng carbon khoảng ≈ 97%. Hình ảnh TEM cho thấy các MWCNTs dày trong khoảng 20-70 nm với khoảng cách ≈ 0.4 nm giữa các ống đồng tâm tạo thành các vách ngăn. Hơn nữa, phản xạ SEM và TEM hiển thị các sợi nano carbon có đường kính khoảng 300 nm. Kết quả XRD xác nhận các đỉnh đặc trưng của than chì tại giá trị 2Ө là 26° và 43°. Cấu trúc của các ống được liên kết với hình thái bề mặt của nền thép. Việc đồng thời hình thành CNTs và sợi nano trên thép không gỉ mà không cần chất xúc tác đã được thực hiện thành công. Sự phát triển của các ống và sợi nano gần như diễn ra bằng những cách tương tự, tuy nhiên, sự khác biệt về kích thước hạt nano và hướng của chúng có ảnh hưởng tiêu cực đến loại sản phẩm tạo ra. Các hạt nano nhỏ hơn di chuyển theo chiều dọc được quan sát bên trong các ống carbon, trong khi các hạt nano lớn hơn có hướng nằm ngang được quan sát trong trường hợp của các sợi nano. Việc hiểu biết sâu sắc về sự phát triển của các ống và sợi nano trên bề mặt kim loại có thể là một cách tiếp cận tuyệt vời để khám phá sản xuất hàng loạt các cấu trúc nano carbon này, kiểm soát điều kiện và bề mặt nhằm tạo ra các cấu trúc được thiết kế tốt hơn. Những kết quả này gợi ý khả năng sử dụng thép không gỉ thương mại làm nền và chất xúc tác cho quy trình chuẩn bị ống CNT nhiều lớp đa dạng.
Từ khóa
#ống carbon nhiều lớp #sợi nano #tổng hợp tại chỗ #thép không gỉ #lắng đọng hơi hóa học xúc tácTài liệu tham khảo
H.W. Kroto et al., C 60: buckminsterfullerene. Nature 318(6042), 162–163 (1985)
S. Iijima, Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 354, 56–58 (1991)
A. Firsov et al., Electric field effect in atomically thin carbon films. Science 306(5696), 666–669 (2004)
A. Hirsch, The era of carbon allotropes. Nat. Mater. 9(11), 868–871 (2010)
A. Szabo et al., Synthesis, characterization and use of coiled carbon nanotubes. Nanopages 1(3), 263–293 (2006)
M. Kumar, Y. Ando, Carbon Nanotube Synthesis and Growth Mechanism (INTECH Open Access Publisher, Rijeka, 2011)
L. Camilli et al., Structural, electronic and photovoltaic characterization of multiwalled carbon nanotubes grown directly on stainless steel. Beilstein J. Nanotechnol. 3(1), 360–367 (2012)
B. Kim et al., Synthesis of vertically-aligned carbon nanotubes on stainless steel by water-assisted chemical vapor deposition and characterization of their electrochemical properties. Synth. Met. 160(7), 584–587 (2010)
D.Q. Duy et al., Growth of carbon nanotubes on stainless steel substrates by DC-PECVD. Appl. Surf. Sci. 256(4), 1065–1068 (2009)
C.E. Baddour et al., A simple thermal CVD method for carbon nanotube synthesis on stainless steel 304 without the addition of an external catalyst. Carbon 47(1), 313–318 (2009)
L. Camilli et al., The synthesis and characterization of carbon nanotubes grown by chemical vapor deposition using a stainless steel catalyst. Carbon 49(10), 3307–3315 (2011)
A. Eatemadi et al., Carbon nanotubes: properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Res. Lett. 9(1), 393 (2014)
P.M. Parthangal, R.E. Cavicchi, M.R. Zachariah, A generic process of growing aligned carbon nanotube arrays on metals and metal alloys. Nanotechnology 18(18), 185605 (2007)
X. Lepro, M.D. Lima, R.H. Baughman, Spinnable carbon nanotube forests grown on thin, flexible metallic substrates. Carbon 48(12), 3621–3627 (2010)
M. Zhang, R. Baughman, Assembly of Carbon Nanotube Sheets (INTECH Open Access Publisher, Rijeka, 2011)
S. Sethi, A. Dhinojwala, Superhydrophobic conductive carbon nanotube coatings for steel. Langmuir 25(8), 4311–4313 (2009)
H. Miao et al., Growth of carbon nanotubes on transition metal alloys by microwave-enhanced hot-filament deposition. Thin Solid Films 484(1), 58–63 (2005)
A. Najafi, A novel synthesis method of nanostructured MgO-coated hollow carbon nanofibers via CO decomposition over Mg/MgO catalyst. Ceram. Int. 43(12), 9220–9225 (2017)
H. Boehm, Carbon from carbon monoxide disproportionation on nickel and iron catalysts: morphological studies and possible growth mechanisms. Carbon 11(6), 583–590 (1973)
R. Baker, P. Harris, S. Terry, Unique form of filamentous carbon. Nature 253(5486), 37 (1975)
A. Thakur, A. Manna, S. Samir, Direct growth of coiled carbon nanofibers without nanocatalyst. Diam. Relat. Mater. 74, 100–107 (2017)
K. Saito, A.S. Gordon, F.A. Williams, W.F. Stickle, A study of the early history of soot formation in various hydrocarbon diffusion flames. Combust. Sci. Technol. 80, 103–119 (1991)
E.J. Duplock, M. Scheffler, P.J. Lindan, Hallmark of perfect graphene. Phys. Rev. Lett. 92(22), 225502 (2004)
F. OuYang et al., Chemical functionalization of graphene nanoribbons by carboxyl groups on Stone-Wales defects. J. Phys. Chem. C 112(31), 12003–12007 (2008)
H. Terrones, M. Terrones, Curved nanostructured materials. New J. Phys. 5(1), 126 (2003)
M. Kumar, Y. Ando, Chemical vapor deposition of carbon nanotubes: a review on growth mechanism and mass production. J. Nanosci. Nanotechnol. 10, 3739–3758 (2010)
Z.G. Sun, X.J. Qiao, X. Wan, Q.G. Ren, W.C. Li, S.Z. Zhang, X.D. Guo, The synthesis and microwave absorbing properties of MWCNTs and MWCNTs/ferromagnet composites. Appl. Phys. A. 122(87), 1–13 (2016)
J. Chen et al., Formation of bamboo-shaped carbon filaments and dependence of their morphology on catalyst composition and reaction conditions. Carbon 39(10), 1467–1475 (2001)
V. Kovalevski, A. Safronov, Pyrolysis of hollow carbons on melted catalyst. Carbon 36(7–8), 963–968 (1998)
L. Yuan, K. Saito, C. Pan, F.A. Williams, A.S. Gordon, Nanotubes from methane flames. Chem. Phys. Lett. 340, 237–241 (2001)
A. Osikoya et al., Synthesis, Characterization and adsorption studies of fluorine–doped carbon nanotubes. Dig. J. Nanomater. Biostruct. 9, 1187–1197 (2014)
M. Elamin, B.Y. Abdulkhair, K.K. Taha, Effect of urea on the shape and structure of carbon nanotubes. Z. Naturforsch. A 73(2), 113–120 (2018)
F. He et al., The attachment of Fe3O4 nanoparticles to graphene oxide by covalent bonding. Carbon 48(11), 3139–3144 (2010)
Y. Jiang et al., Facile synthesis of carbon nanofibers-bridged porous carbon nanosheets for high-performance supercapacitors. J. Power Sources 307, 190–198 (2016)
J. Sheng et al., Synthesis of microporous carbon nanofibers with high specific surface using tetraethyl orthosilicate template for supercapacitors. Int. J. Hydrogen Energy 41(22), 9383–9393 (2016)