Российские нанотехнологии. 2019; 14: 23-27
Синтез заполненных карбидом вольфрама многостенных углеродных нанотрубок в атмосферной плазме дугового разряда постоянного тока
https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-11-12-23-27Аннотация
Показана возможность синтеза многостенных углеродных нанотрубок в плазме дугового разряда постоянного тока, инициированного в открытой воздушной среде. Процесс синтеза реализован в полости графитового катода, в которой в качестве катализатора присутствует порошок вольфрама. Применяемый метод реализуется за счет генерации газообразного оксида углерода СО, экранирующего реакционную зону от кислорода воздуха, предотвращая окисление продуктов синтеза. Согласно данным рентгеновской дифрактометрии синтезированные порошковые материалы содержат более чем 85 об. % углеродных кристаллических фаз с графитоподобной структурой, а также содержат кубическую фазу вольфрама, две фазы карбида вольфрама WC и W2C. Согласно результатам просвечивающей электронной микроскопии продукт синтеза содержит углеродные нанотрубки, особенностью которых можно считать относительно большое количество слоев (до ~50 шт.) при диаметре до ~100 нм и длине до ~1.5 мкм. При этом внутри углеродных нанотрубок идентифицируются кристаллические объекты, соответствующие по структуре карбиду вольфрама WC.
Список литературы
1. Arora N., Sharma N.N. // Diamond Relat. Mater. 2014. V. 50. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2014.10.001
2. Li J., Cheng X., Sun J. et al. // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. P. 164301. https://doi.org/10.1063/1.4871290
3. Li J., Cheng X., Shashurin A., Keidar M. // Graphene. 2012. V. 1. P. 1. http://doi.org/10.4236/graphene.2012.11001
4. Kong J., Franklin N.R., Zhou C. et al. // Science. 2000. V. 287. № 5453. P. 622. https://doi.org/10.1126/science.287.5453.622
5. Baughman R.H., Cui C., Zakhidov A.A. et al. // Science. 1999. V. 284. № 5418. P. 1340. https://doi.org/10.1126/science.284.5418.1340
6. Kongkanand A., Martínez Domínguez R., Kamat P.V. // Nano Lett. 2007. V. 7. № 3. P. 676. https://doi.org/10.1021/nl0627238
7. Dai H. // Acc. Chem. Res. 2002. V. 35. № 12. Р. 1035. https://doi.org/10.1021/ar0101640
8. Kingston C.T., Simard B. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2006. V. 6. № 5. Р. 1225. https://doi.org/10.1166/jnn.2006.310
9. Öncel Ç., Yürüm Y. // Fullerenes Nanotubes Carbon Nanostruct. 2006. V. 14. № 1. Р. 17. https://doi.org/10.1080/15363830500538441
10. Su Y., Zhang Y., Wei H. et al. // Physica E. 2012. V. 44. P. 1548. https://doi.org/10.1016/j.physe.2012.03.025
11. Zhao J., Wei L., Yang Z., Zhang Y. // Physica E. 2012. V. 44. P. 1639. https://doi.org/10.1016/j.physe.2012.04.010
12. Gogotsi Y., Libera J.A., Yoshimura M. // J. Mater. Res. 2011. V. 15. № 12. Р. 2591. https://doi.org/10.1557/JMR.2000.0370
13. Bai J.B., Hamon A.-L., Marraud A. et al. // Chem. Phys. Lett. 2002. V. 365. Р. 184. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)01447-1
14. Pierard N., Fonseca A., Konya Z. et al. // Chem. Phys. Lett. 2001. V. 335. Р. 273. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(01)00004-5
15. Fang X., Shashurin A., Teel G., Keidara M. // Carbon. 2016. V. 107. P. 273. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.05.061
16. Kim Y.A., Muramatsu H., Hayashi T., Endo M. // Carbon. 2012. V. 50. P. 4588. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.05.044
17. Пак А.Я., Васильева Ю.З. Устройство для получения порошка на основе карбида вольфрама // Патент России № 191334. 2019. Бюл. № 22.
18. Pak A.Ya, Mamontov G.Ya. // Tech. Phys. Lett. 2018. V. 44. P. 615. https://doi.org/10.1134/S1063785018070234
19. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. М.: Логос, 2006. 376 с.
20. Fang L., Sheng L., An K. et al. // Physica E. 2013. V. 50. P. 116. https://doi.org/10.1016/j.physe.2013.03.005
21. Su Y., Wei H., Li T. et al. // Mater. Res. Bull. 2014. V. 50. P. 23. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.10.013
22. Li N., Wang Z., Zhao K. et al. // Carbon. 2010. V. 48. № 5. P. 1580. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.12.055
Title in english. 2019; 14: 23-27
Synthesis of tungsten carbide-filled multi-walled carbon nanotubes by DC arc discharge plasma in ambient air
https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-11-12-23-27Abstract
In this paper, the possibility of synthesizing of multi-walled carbon nanotubes by DC arc discharge plasma in ambient air is shown. The synthesis took place in the graphite cathode with a crucible shape using tungsten powder as a catalyst. The feature of non-vacuum synthesis method is that the atmosphere of CO is generated in the reaction zone during the arcing preventing the synthesis product from oxidation. According to XRD results, the synthesized product includes more than 85 vol. % of carbon crystalline phases with a graphite-like structure, and also a cubic tungsten phase, two phases of tungsten carbide WC and W2C. Transmission electron microscopy data shows that the synthesis product contains carbon nanotubes (MWCNT) with a relatively large number of walls (up to ~ 50 pcs) with a diameter of up to ~ 100 nm and a length of up to ~ 1.5 μm. It was found that crystalline objects corresponding in structure to WC tungsten carbide are identified inside carbon nanotubes.
References
1. Arora N., Sharma N.N. // Diamond Relat. Mater. 2014. V. 50. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2014.10.001
2. Li J., Cheng X., Sun J. et al. // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. P. 164301. https://doi.org/10.1063/1.4871290
3. Li J., Cheng X., Shashurin A., Keidar M. // Graphene. 2012. V. 1. P. 1. http://doi.org/10.4236/graphene.2012.11001
4. Kong J., Franklin N.R., Zhou C. et al. // Science. 2000. V. 287. № 5453. P. 622. https://doi.org/10.1126/science.287.5453.622
5. Baughman R.H., Cui C., Zakhidov A.A. et al. // Science. 1999. V. 284. № 5418. P. 1340. https://doi.org/10.1126/science.284.5418.1340
6. Kongkanand A., Martínez Domínguez R., Kamat P.V. // Nano Lett. 2007. V. 7. № 3. P. 676. https://doi.org/10.1021/nl0627238
7. Dai H. // Acc. Chem. Res. 2002. V. 35. № 12. R. 1035. https://doi.org/10.1021/ar0101640
8. Kingston C.T., Simard B. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2006. V. 6. № 5. R. 1225. https://doi.org/10.1166/jnn.2006.310
9. Öncel Ç., Yürüm Y. // Fullerenes Nanotubes Carbon Nanostruct. 2006. V. 14. № 1. R. 17. https://doi.org/10.1080/15363830500538441
10. Su Y., Zhang Y., Wei H. et al. // Physica E. 2012. V. 44. P. 1548. https://doi.org/10.1016/j.physe.2012.03.025
11. Zhao J., Wei L., Yang Z., Zhang Y. // Physica E. 2012. V. 44. P. 1639. https://doi.org/10.1016/j.physe.2012.04.010
12. Gogotsi Y., Libera J.A., Yoshimura M. // J. Mater. Res. 2011. V. 15. № 12. R. 2591. https://doi.org/10.1557/JMR.2000.0370
13. Bai J.B., Hamon A.-L., Marraud A. et al. // Chem. Phys. Lett. 2002. V. 365. R. 184. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(02)01447-1
14. Pierard N., Fonseca A., Konya Z. et al. // Chem. Phys. Lett. 2001. V. 335. R. 273. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(01)00004-5
15. Fang X., Shashurin A., Teel G., Keidara M. // Carbon. 2016. V. 107. P. 273. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.05.061
16. Kim Y.A., Muramatsu H., Hayashi T., Endo M. // Carbon. 2012. V. 50. P. 4588. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.05.044
17. Pak A.Ya., Vasil'eva Yu.Z. Ustroistvo dlya polucheniya poroshka na osnove karbida vol'frama // Patent Rossii № 191334. 2019. Byul. № 22.
18. Pak A.Ya, Mamontov G.Ya. // Tech. Phys. Lett. 2018. V. 44. P. 615. https://doi.org/10.1134/S1063785018070234
19. Rakov E.G. Nanotrubki i fullereny. M.: Logos, 2006. 376 s.
20. Fang L., Sheng L., An K. et al. // Physica E. 2013. V. 50. P. 116. https://doi.org/10.1016/j.physe.2013.03.005
21. Su Y., Wei H., Li T. et al. // Mater. Res. Bull. 2014. V. 50. P. 23. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.10.013
22. Li N., Wang Z., Zhao K. et al. // Carbon. 2010. V. 48. № 5. P. 1580. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2009.12.055
