Исследование возможности применения наноразмерных углеродных материалов в электродах твердотельных конденсаторов с двойным электрическим слоем (ионисторов)
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?убок.
Отличительные особенности описываемого метода синтеза нанотрубок - широкое разнообразие модификаций и высокое качество получаемых образцов. Так, кроме однослойных и многослойных нанотрубок различного диаметра в работе наблюдались полые многослойные нанотрубки с внутренним диаметром 3-7 нм, внешним диаметром 15-20 нм и длиной до 30 мкм, имеющие от 8 до 10 графитовых слоев. Наряду с прямыми трубками, которые обычно встречаются парами, присутствует некоторое количество (около 10%) спиральных трубок различного радиуса и шага спирали. Наименьшая из наблюдаемых спиралей имеет радиус около 8 нм. Благодаря длительной обработке нанотрубок нагретыми газами (N2 и Н2) их поверхность, как правило, свободна от налета аморфного углерода.
Другие методы получения нанотрубок
Углеродные нанотрубки, так же как и фуллерены, эффективно образуются в широком диапазоне условий, поэтому при их синтезе используются различные методы и подходы. Наряду с приведенными выше, существуют другие методы получения нанотрубок. Возможно получать фуллерены и нанотрубки в пламенах ацетилена, бензола или этилена, предварительно смешанных с кислородом и буферным газом. Давление газа варьировалось в диапазоне 20-97 Торр; атомное отношение С/О составляло 1,06 в случае С2Н2, 0,86-1,0 - в случае С6Н6 или 1,07 - в случае С2Н6 при скорости потока газа в горелке 25-50 см/с и максимальной температуре пламени около 2000 К. Образцы сажи отбирались из пламени с использованием водоохлаждаемого всасывающего зонда и со стенок камеры сгорания, после чего диспергировались в толуоле с помощью ультразвука. Как показывает анализ, выполненный на электронном микроскопе высокого разрешения, образцы содержали около 10% многослойных наночастиц размером 2-15 нм с расстоянием между слоями 0,34-0,36 нм. Некоторые из частиц представляли собой цилиндрические нанотрубки с двумя полусферами на концах.
Метод определения удельной поверхности - метод БЭТ (BET).
Определение удельной поверхности методом БЕТ
Самое широкое распространение для измерения удельной поверхности твердых материалов имеет метод Брюнера - Эммета - Теллера (Brunauer-Emmett-Teller) или БЕТ (BET). Этот метод использует уравнение БЕТ (1):
(1), где
- вес газа, адсорбированного при относительном давлении Р/Р0;m - вес адсорбированного вещества, образующего покрывающий всю поверхность монослой;
С - константа БЕТ, относящаяся к энергии адсорбции в первом адсорбированном слое и, следовательно, ее значение является показателем магнитуды взаимодействия адсорбент / адсорбат.
Многоточечный метод ВЕТ
Уравнению ВЕТ (1) необходим линейный график зависимости 1/[W(P0/P) - 1] от P/P0, который для большинства твердых веществ ограничен небольшим участком изотермы адсорбции, обычно для отношения Р/Р0 в пределах от 0,05 до 0,35. Этот линейный участок для микропористых материалов относится к относительно низким давлениям. Типичный график БЕТ показан на рисунке. 9
Рис. 9. Типичный график БЕТ
Стандартная процедура метода БЕТ требует не менее трех точек в соответствующем диапазоне давлений.
Азот - наиболее широко распространенный газ, используемый для определения общей площади поверхности, поскольку он показывает промежуточные значения для константы С (50-250) для большинства твердых поверхностей, причем при использовании азота не наблюдается ни локальной адсорбции, ни поведения газа как двуразмерного. Поскольку было показано, что константа С влияет на величину площади поперечного сечения адсорбата, доступный диапазон значений константы С для азота позволяет произвести расчет площади поперечного сечения исходя из свойств жидкого азота.
Удельная поверхность частиц влияет на поведение порошков при формовании и спекании, очень важна в гетерогенном катализе, адсорбции и для реакций на поверхности. Удельная поверхность порошка представляет собой сумму наружных поверхностей всех частиц, имеющихся в единице его объема или массы. Она зависит от размера, формы и микроструктуры частиц. Для высокодисперсного порошка характерны величины удельной поверхности от единиц до нескольких десятков м2/г.
Для измерения удельной поверхности порошка мы используем метод газовой адсорбции. Проводится газохроматографическое определение удельной поверхности порошков методом термодесорбции аргона. В отличие от статических адсорбционных методов, динамический газохроматографический метод обладает высокой чувствительностью, обеспечивает быстроту и широкий диапазон измерения удельных поверхностей от 0,01 м2/г до 1000 м2/г.
Удельные поверхности порошков рассчитывают исходя из уравнения БЭТ по удельным удерживаемым объемам, определенным из газовых хроматограмм тепловой десорбции. В качестве адсорбата используется аргон, а газа-носителя - гелий. Относительная погрешность определения удельной поверхности не превосходит 10%.
Зная удельный вес материала порошка (?) и определив удельную поверхность порошка (Sуд), а также предполагая сферическую форму частиц, можно оценить их средний диаметр по формуле: D = 6/(Sуд* ?).
При этом следует иметь в виду, что такой расчет основан на допущениях о сферической форме частиц и об отсутствии пористости. Во многих случаях метод может дать заниженную оценку среднего диаметра частиц [27,28].
Применения нанотрубок
Технологические применения нанотрубок
Описанные выше физико-химические свойства углеродных нанотрубок, позволяющие рассматривать данный объект как мате