УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАССИВОВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДЛОЖКАХ
DEVICE FOR PRODUCING ARRAYS OF CARBON NANOTUBES ON METAL SUBSTRATES

Изобретение относится к области получения углеродных наноструктур, а именно массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках.
Массивы углеродных нанотрубок (УНТ) получают, как правило, на неметаллических (диэлектрических) подложках. Однако, с развитием нанотехнологий, возникают задачи, требующие приготовления токопроводящих массивов УНТ на токопроводящих, в частности, металлических подложках.
Известно устройство для получения углеродных нанотрубок методом дугового разряда, состоящее из двух электродов, расположенных соосно и перемещаемых навстречу друг другу водоохлаждаемыми штоками, снабженное скользящими графитовыми токоподводами, выполненными в виде колец, в которых установлены графитовые электроды, электроизолированные от штоков [1] - прототип. В этом устройстве осаждение УНТ проводится на графитовый диск (катод), который можно рассматривать как токопроводящую подложку. Основным недостатком устройства является невозможность получения упорядоченного массива УНТ - способ предназначен для получения твердого катодного осадка, содержащего в сердцевине многостенные углеродные нанотрубки. Кроме того, устройство-прототип не позволяет осаждать УНТ на металлические подложки.
Задачей предлагаемого устройства является получение упорядоченных массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках.
Эта задача решается в предлагаемом устройстве для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках, состоящем из двух электродов, расположенных соосно и перемещаемых навстречу друг другу водоохлаждаемыми штоками, и снабженном скользящими графитовыми токоподводами, выполненными в виде колец, в которых установлены графитовые электроды, электроизолированные от штоков, за счет того, что на катоде установлены сменные вставки из электротехнической нелегированной стали, являющиеся подложками для осаждения упорядоченных массивов углеродных нанотрубок, закрепленные графитовыми винтами.
Такое устройство позволяет получать упорядоченные массивы углеродных нанотрубок на подложках из электротехнической нелегированной стали. Эти структуры являются токопроводящими.
Устройство (Фиг.1) состоит из: 1 - катод; 2 - сменные вставки из электротехнической нелегированной стали; 3 - графитовый винт для крепления сменных вставок из электротехнической нелегированной стали к катоду; 4 - гайка; 5 - винт крепления катода к графитовой стойке 6, соединяющей катод с токовводом в соответствии с конструкцией-прототипом; 7, 8 - электроды; 9, 10 - водоохлаждаемые штоки; 11, 12 - скользящие графитовые токоподводы.
Устройство работает следующим образом. Сменные вставки из электротехнической нелегированной стали 2 закрепляются с помощью гайки 4 и винта 3 на электроде 7, соединенном при помощи скользящего графитового токоподвода 11 с катодом 1, который крепится к графитовой стойке 6 винтом 5. Затем в рабочей атмосфере инертного газа между катодом и анодом подается разность потенциалов, после чего электрическая цепь замыкается накоротко перемещением электродов навстречу друг другу с последующим размыканием и возникновением электрической дуги в зазоре между катодом и анодом. Вследствие высокой температуры дугового разряда анод испаряется, и углеродный пар конденсируется на винте крепления сменных вставок (3 на фиг.1) в виде твердого осадка в форме цилиндрического стержня, а на сменных вставках из электротехнической нелегированной стали - в виде вертикально упорядоченных массивов, состоящих из пучков углеродных нанотрубок.
На Фиг.2 показаны три сменные вставки из электротехнической нелегированной стали после осаждения на них упорядоченных массивов УНТ.
На Фиг.3 крупным планом показана одна вставка с осажденным упорядоченным массивом УНТ.
На Фиг.4 показан упорядоченный массив пучков углеродных нанотрубок, осажденный на подложку из электротехнической нелегированной стали. Изображение получено при помощи сканирующего электронного микроскопа.
На Фиг.5 показаны углеродные нанотрубки, выделенные из отдельного пучка. Изображение получено при помощи просвечивающего электронного микроскопа.
Сменные вставки, используемые в качестве подложек, изготавливаются из электротехнической нелегированной стали марок 10832, 10848, 10860, 10880 или 10895. Такие стали имеют высокое содержание железа, являющегося катализатором образования углеродных нанотрубок. Это способствует осаждению плотных упорядоченных массивов УНТ на подложки. При этом электротехнические стали имеют хорошую электропроводность, вследствие чего получаемые структуры «подложка - массив УНТ» являются токопроводящими. Следует отметить, что применение нелегированных сталей также целесообразно с экономической точки зрения, так как эти материалы имеют низкую стоимость.
Источник информации
1. Патент РФ на изобретение №2220905, С01В 31/02, Устройство для получения углеродных нанотрубок методом дугового разряда, 2004.