Nghiên cứu công nghệ và các điều kiện chế tạo Ống nano cacbon đơn tường swcnts định
tải về 458.96 Kb. Chế độ xem pdf
|
- Điều hướng trang này:
- 3.6 Phƣơng pháp nhiệt nhanh (fast-heating)
| 3.5 Mọc SWCNTs dạng lƣới
Để điều khiển hướng mọc của ống nano cacbon đơn tường, định hướng trên bề mặt đế Si theo chiều mong muốn cho việc ứng dụng trong các thiết bị điện tử, hay mọc ở những vị trí khó trên các đầu dò, đầu tips nhọn của kính hiển vi lực nguyên tử AFM, STM. Chúng tôi thử nghiệm mọc các ống SWCNTs đan vào nhau, giống như mắt lưới. Hình 3.8. Mô phỏng SWCNTs mọc dạng lưới trên bền mặt đế Si Chúng tôi sử dụng đế Si kích thước 5cm×5cm đã được làm sạch để tiến hành chế tạo SWCNTs ở dạng lưới. Đây là một kỹ thuật khó, đòi hỏi phải đảm bảo sự chính xác của các điều kiện công nghệ trong quá trình CVD. SWCNTs được chế tạo bằng phương pháp CVD nhiệt nhanh, với nguồn xúc tác FeCl 3 0.1M, thời gian 60 phút, ở 900 o C, dùng nguồn cung cấp cacbon là dung môi ethanol. 10 Hình 3.9. Ống nano cacbon đơn tường mọc dạng lưới (grid) Hình 3.9 là kết quả ảnh SEM sản phẩm SWCNTs mọc ở dạng lưới mà chúng tôi chế tạo được trên hệ lò UP 150. Sản phẩm thu được là các sợi thẳng, mọc đan xen theo chiều dọc – ngang trên bề mặt đế Si, tạo thành hình mắt lưới. 3.6 Phƣơng pháp nhiệt nhanh (fast-heating) Phương pháp CVD nhiệt nhanh, và cơ chế mọc “cánh diều – kite mechanism” được nhiều nhà nghiên cứu dùng để giải thích trong quá tổng hợp thành công SWCNTs mọc siêu dài và định hướng. Nguyên lý của phướng pháp CVD nhiệt nhanh đó là toàn bộ mẫu và thuyền được đưa vào tâm của vùng nhiệt CVD khoảng 900 o C trong thời gian rất ngắn chỉ vài giây. Đây là điểm khác biệt so với phương pháp CVD thông thường, mẫu nằm sẵn ở trung tâm vùng nhiệt tại tâm lò, quá trình tăng nhiệt diễn ra từ từ. Hình 3.10. Hình vẽ giải thích cơ chế mọc “cánh diều” nâng ống SWCNT lên Do quá trình nâng nhiệt nhanh như vậy dẫn tới sự khác biệt về tốc độ ra nhiệt ở mẫu và vùng khí xung quanh, tạo ra các điểm nhiệt độ khác nhau quanh mẫu. Khi đó, một dòng đối lưu (convection flow) sẽ được hình thành do sự chênh lệch về nhiệt độ tại điểm sát bề mặt đế và điểm cách xa bề mặt đế hơn. Dòng đối lưu này sẽ nâng các ống cacbon lên, với xúc tác là các hạt nano khi đó nằm ở đỉnh của mỗi ống (cơ chế tip growth). SWCNTs sẽ mọc hướng lên trên, tách ra khỏi bề mặt của đế Si, tạo ra một quỹ đạo đường cong (cánh diều). Dòng khí ở trên bề mặt của đế (laminar flow) sẽ “nâng” các ống nano cacbon trong suốt quá trình CVD, và định hướng những ống này theo chiều dòng khí thổi. Trong quá trình mọc, phần đỉnh (đầu) của ống nano cacbon luôn “nổi”, tạo một khoảng cách so với bề mặt. Còn phần đáy của ống được gắn với đế bởi lực tương tác Van der Waals [1]. Theo cơ chế này, các ống nano tiếp tục mọc cho đến khi phần đỉnh của ống bị đổ xuống bề mặt đế Si, hoặc chúng ta ngừng cung cấp nguồn cacbon cho quá trình CVD. Hình 3.11. Giải thích dòng đối lưu tạo ra nâng ống lên (convection flow), và dòng khí thổi giữ cho ống luôn “nổi” (laminar flow) |