Химические процессы

Допирование углеродных нанотрубок

Допи́рование углеро́дных нанотру́бок, процесс, применяемый для изменения структуры (УНТ) и их физико-химических свойств. Производится такими элементами, как бор, азот, фосфор, сера, кремний и др., при этом происходит замена в углеродной сетке нанотрубки на гетероатом. Бор и азот являются наиболее подходящими на основе таких параметров, как размер атомов, окислительно-восстановительное поведение, возможность включения гетероатома в сеть УНТ и стабильность синтезированного продукта.

Допирование бором

Позволяет превратить нанотрубки с полупроводниковыми свойствами в УНТ с металлическими свойствами за счёт понижения до валентной зоны. При допировании происходит увеличение количества дефектов на стенках УНТ, что приводит к снижению инертности УНТ и повышению их . Для получения УНТ, допированных бором, применяются те же методы, что и для недопированных УНТ. Бор, который необходимо внедрить в углеродную сетку нанотрубки, вводится в реакционную среду. В случае используется из смеси и элементного бора. При использовании метода применяются углеродные мишени со смесью Co/Ni/B. Наиболее распространённым методом получения УНТ является (CVD-метод). Бор может входить в состав либо углеродного , который поступает в печь. Впервые CVD-методом УНТ, допированные бором, получили с использованием реакционной смеси, состоящей из CH4, H2 и B(OCH3)3. Примером введения бора в состав катализаторов является рост нанотрубок на каталитической системе, состоящей из Fe, Ca(BO3)2 и CaCO3, при этом в качестве прекурсора для получения УНТ использовалась смесь с BF3. УНТ, допированные бором, получают по , при которой предварительно полученные УНТ реагируют с источником бора (B2O3 или H3BO3) в условиях инертной атмосферы при температурах 1000–2000 °С.

Допирование азотом

выступает в роли донора в УНТ, т. к. он имеет пять валентных электронов. Допирование УНТ атомами азота приводит к сдвигу уровня Ферми в сторону валентной зоны. Это придаёт УНТ металлические свойства независимо от их геометрии. Данный тип допирования осуществляют посредством CVD-метода, в котором в реактор вместе с углеводородным сырьём подаётся источник азота (, , , и др.). Получение УНТ с азотом осуществляют методом электродугового разряда, в котором состоит из смеси графита, металла-катализатора и .

Допирование кремнием, фосфором и серой

имеет схожую с углеродом электронную структуру, но обладает большим размером атома и характеризуется sp3- в соединениях, что затрудняет синтез УНТ, допированных кремнием. УНТ, допированные кремнием, синтезируют посредством CVD-метода с метокситриметилсиланом в качестве прекурсора для роста УНТ. Для получения УНТ, допированных , используется CVD-метод с трифенилфосфином в качестве сырья. Получение УНТ, допированных , затруднено из-за низкой между атомами углерода и серы. УНТ, допированные серой, получают CVD-методом с использованием в качестве сырья. Количество допированной серы в УНТ увеличивается при добавлении серы в состав катализатора и использовании в качестве углеводородного сырья.

  • Методы получения материалов