Создан симбиоз графена и углеродных нанотрубок
 Схематическое изображение процесса получения гибрида углеродных нанотрубок и графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен и углеродные нанотрубки обладают многими уникальными электронными и механическими свойствами, такими как высокая подвижность носителей электрического тока, высокая электро- и теплопроводность, прочность на разрыв и большая площадь поверхности, приходящаяся на единицу массы. Объединение двух подобных структур (двумерного графена и одномерных углеродных трубок) позволяет транслировать все эти характеристики для эксплуатации в трех измерениях, в частности, для создания устройств накопления энергии и развития других наноэлектронных технологий. Однако практика показывает, что не так просто соединить эти два материала вместе при помощи ковалентной связи. Графен и углеродные нанотрубки выращиваются на различных подложках. Для углеродных нанотрубок используется оксид алюминия и железа, а для графена – металлические катализаторы (например, никель или медь). Предыдущие попытки объединения этих двух структур приводили к тому, что нанотрубки были физически адсорбированы на поверхности графена, а не присоединены к ней при помощи ковалентной углеродной связи. Таким образом, структуру нельзя было назвать единой.
Группа ученых из Rice University (США) нашла способ обойти эту проблему. Исследователи использовали метан в качестве источника углерода для роста нескольких слоев графена на поверхности пористого никеля (рост осуществлялся с помощью химического осаждения паров при температуре 1000 градусов по шкале Цельсия). После этого на поверхности графена выращивались углеродные нанотрубки (в присутствии катализатора – железа или оксида алюминия). При этом длина нанотрубок контролировалась простой регулировкой времени роста.
Последующие измерения, проведенные при помощи одной из разновидностей техники просвечивающей электронной микроскопии, показали, что в созданном таким образом гибриде графена и углеродных нанотрубок наноструктуры связаны между собой при помощи ковалентной связи, что обеспечивает «бесшовный» переход между ними.
Ключевую роль в описанном методе играют железные катализаторы, обеспечивающие создание обеих структур. А в результате исследователи получили гибрид металла, графена и углеродных нанотрубок, который непосредственно может использоваться для создания наноэлектронных устройств, в частности, двухслойных конденсаторов, значительно превосходящих по своим свойствам суперконденсатры, доступные на рынке сегодня. Удельная емкость таких конденсаторов составляет порядка 100 Ф на грамм. И эта цифра вполне сопоставима с лучшими из существующих устройств, так же изготовленных на основе углерода.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano. В ближайшее время научная группа планирует ввести в процессе роста в углеродные наноструктуры добавки, такие как азот. По их мнению, легированные гибридные материалы могут иметь перспективы для применения в топливных элементах или литиевых батареях.
Также по теме:
- Углеродные нанотрубки позволяют создавать самую настоящую «пряжу»
- Датчики массы, построенные на базе нанотрубок, бьют новые рекорды
- Полимеры помогают разделить смесь различных углеродных нанотрубок
- Нанотрубки позволяют наблюдать за активностью ферментов
- Углеродные нанотрубки помогут сохранять солнечную энергию
Источники: