Как водород действует на растущие углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки обладают богатым потенциалом использования в нанотехнологиях, оптике, электронике и многих других областях.

Вообще нанотрубки — это длинные полые цилиндры диаметром несколько миллиардных долей метра. Точные свойства зависят от их структуры, которую ученые способны некоторым образом контролировать в момент начального формирования или роста нанотрубок.

«Фактически, мы не знаем точно, как они растут», заявил химик Эрай Одил из университета Миннесоты.

В статье, опубликованной в издании Journal of Applied Physics профессор химических технологий и материаловедения Одил с коллегами проливают новый свет на процесс развития нанотрубок. В частности они исследовали влияние на их рост водорода.

«Углеродные нанотрубки вырастают из металлической каталитической частицы, помещенной в газ, такой как метан», пояснил Одил. «Иногда добавляют водород, и мы обнаружили, что он помогает вырастить нанотрубки с хорошими прямыми стенками, лишь с незначительными дефектами. Однако если водорода слишком много, вместо нанотрубок получаются волокна с толстыми стенками или роста вообще не наблюдается».

Чтобы понять, почему так происходит, Одил с коллегами применили трансмиссионную электронную микроскопию и другие методы для систематизации изображений и описания эффектов повышенной концентрации водорода.

«Оказывается, металлические катализаторы превращаются в карбид железа, вступая в реакцию с углеродом в метане. Карбид железа — твердый материал, чью структуру не так просто изменить, а потому и нанотрубки получаются с прямыми стенками», сказал исследователь.

А если водорода добавлено слишком много, карбид железа превращается в железо, которое более податливо и принимает  форму, дающую начало волокноподобных структур, а не полых углеродных нанотрубок.

«В таком случае водород разъедает формирующиеся нанотрубки и останавливает их рост», добавил в заключение профессор. «В этом и заключается взаимодействие водорода с катализаторами, а также его эффект, оказываемый на структуру катализатора, который контролирует структуру углеродной нанотрубки».

07.10.2010