Charakterystyka składu mieszaniny nanorurek węglowych na podstawie spektroskopii absorpcyjnej UV-Vis-NIR, spektroskopii ramanowskiej, analizy termograwimetrycznej i mikroskopii elektronowej

• Autorzy: Łukaszczuk P.

Warianty tytułu

EN

Characteristics of the composition of carbon nanotubes mixture based on the absorption spectroscopy in UV-Vis-NIR range, Raman spectroscopy, thermal gravimetric analysis and electron microscopy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wstęp i cele: Artykuł ma na celu przybliżenie tematyki badania składu mieszaniny nanorurek węglowych. Z uwagi na specyfikę stosowanych metod syntezy nanorurek węglowych, otrzymany materiał zawiera wiele zanieczyszczeń. W skład mieszaniny wchodzą katalizatory oraz węgiel w różnych formach alotropowych. Również wszelkie modyfikacje surowego materiału, takie jak: oczyszczanie, separacja czy funkcjonalizacja, pociągają za sobą konieczność zbadania składu i jakości otrzymanego materiału. Materiał i metody: W pracy przedstawiono analizę materiału nanorurkowego otrzymanego metodą odparowania laserowego. W jego skład wchodzą katalizatory Ni/Co/Mo lub na bazie metali szlachetnych Pt/Re/Rh oraz węgiel amorficzny i cząstki grafitowe. W pracy przedstawiono analizę jakościową i ilościową składu mieszaniny, poddanej oczyszczaniu, separacji i funkcjonalizacji. Metody używane do określenia składu i jakości materiału to spektroskopia absorpcyjna w zakresie UV-Vis-NIR, spektroskopia ramanowska, analiza termograwimetryczna oraz transmisyjna mikroskopia elektronowa. Wyniki: Wykazano, że materiał nanorurkowy należy badać kompleksowo przy pomocy wyżej wymienionych metod w celu uzyskania kompletu informacji na temat jego składu, a tym samym jakości. Wniosek: Nie istnieje jedna metoda, dzięki której można przeanalizować wszystkie aspekty materiału nanorurkowego. Część metod pozwala na ilościowe określenie zawartości podstawowych zanieczyszczeń, podczas gdy inne pozwalają poznać morfologię i określić przydatność materiału do określonych celów.

EN

Introduction and objectives: The aim of this article is to familiarize the issue of carbon nanotubes analysis. Due to specificity of the synthesis method of carbon nanotubes the obtained material contains several kinds of impurities, such as catalysts and various carbon allotropes. Furthermore, any modifications to the raw material, such as purification, separation or functionalization, require the examination of the composition and quality of the obtained material. Material and Methods: This study presents the analysis of the nanotube material obtained by laser ablation synthesis. The material contains impurities, such as catalysts and other than nanotubes allotropes of carbon. This paper presents an qualitative and quantitative analysis of the compositions of the mixture subjected to purification, separation and functionalization. The methods used to determine the composition and quality of the material arethe absorption spectroscopy in the UV-Vis-NIR range, Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis, and transmission electron microscopy. Results: It has been demonstrated that the nanotube material should be comprehensively examined using the abovementioned methods in order to obtain complete information on its composition and quality. Conclusion: There is no single method allowing for the analysis of all aspects of the nanotube material. Some of the methods allow for quantitative determination of the some impurities, whereas others can be used to explore the morphology of the material and to determine if material is suitable for particular purposes

Słowa kluczowe

PL

nanorurki węglowe; spektroskopia absorpcyjna; spektroskopia ramanowska; termograwimetria; transmisyjna mikroskopia elektronowa

EN

carbon nanotube; absorption spectroscopy; Raman spectroscopy; thermogravimetry; transmission electron microscopy

• Wydawca: Wyższa Szkoła Techniczno-Ekonomiczna w Szczecinie
• Czasopismo: Problemy Nauk Stosowanych
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 4
• Strony: 107--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Łukaszczuk P.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Wydział Techniki Morskiej i Transportu, Katedra Inżynierii Bezpieczeństwa i Energetyki

Bibliografia

• [1] Bacsa R.R., Laurent C., Peigney A., Puech P., Hubel H., Dunstan D., Bacsa W.S.: Structural and mechanical properties of double wall carbon nanotubes. Nano Science and Technology Institute (NSTI) Nanotech 3 (2004), 214-217.
• [2] Bronikowski M.J., Willis P.A., Colbert D.T., Smith K.A., Smalley R.E.: Gas-phase production of carbon single-walled nanotubes from carbon monoxide via the HiPco process: A parametric study, Journal of Vacuum Science & Technology A 19(4) (2001), 1800-1805.
• [3] Collins P.G., Avouris P.: Nanotubes for Electronics, Scientific American 283(6), (2000), 62-69.
• [4] Che G., Lakshmi B. B., Martin C.R., Fisher E.R.: Chemical Vapor Deposition Based Synthesis of Carbon Nanotubes and Nanofibers Using a Template Method, Chemistry of Materials 10 (1998), 260-267.
• [5] Chrzanowska J., Hoffman J., Małolepszy A., Mazurkiewicz M., Kowalewski T.A., Szymanski Z., Stobinski L.: Synthesis of carbon nanotubes by the laser ablation method: Effect of laser wavelength, Physica Status Solid B 252 (8) (2015), 1860–1867.
• [6] Costa S., Borowiak-Palen E., Kruszyńska M., Bachmatiuk A., Kaleńczuk R.J.: Characterization of carbon nanotubes by Raman spectroscopy, Materials Science-Poland, 26 (2) (2008), 433-441.
• [7] Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Saito R., Jorio A.: Raman spectroscopy of carbon nanotubes. Physics Reports 409 (2) (2005), 47-99.
• [8] Edelson E.: Carbon Allotropes: And Then There Were Three. MOSAIC 23 (3) (1992), 1-11.
• [9] Eigler D.M., Schweizer E.K.: Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope., Nature, 344 (1990), 524-526.
• [10] Feynman R.P.: Plenty of Room at the Bottom. Transkrypt wystąpienia w Pasadenie dla American Physical Society z grudnia 1959 roku.
• [11] Georgakilas V., Perman J.A. , Tucek J., Zboril R.: Broad Family of Carbon Nanoallotropes: Classification, Chemistry, and Applications of Fullerenes, Carbon Dots, Nanotubes, Graphene, Nanodiamonds, and Combined Superstructures. Chemical Reviews 115 (11) (2015), 4744-4822.
• [12] Goenka S., Sant V., Sant S.: Graphene-based nanomaterials for drug delivery and tissue engineering. Journal of Controlled Release 173 (2014) 75-88.
• [13] Hároz E. H., Rice W.D., Lu B.Y., Ghosh S., Hauge R.H., Weisman R.B., Doorn S.K., Kono J.: Enrichment of Armchair Carbon Nanotubes via Density Gradient Ultracentrifugation: Raman Spectroscopy Evidence. ACS Nano 4 (4) (2010), 1955-1962.
• [14] Hvolbæk B., Janssens T.V.W., Clausen B.S. , Falsig H., Christensen C.H., Nørskov J.K.: Catalytic activity of Au nanoparticles. Nanotoday, 2 (4), (2007), 14-18.
• [15] Iijima S.: Helical microtubules of graphitic carbon., Nature, 354 (1991), 56-58.
• [16] Kim D.H., Lee S.Y., Jin J.E., Kim G.T., Lee D.J.: Electrical conductivity enhancement of metallic single-walled carbon nanotube networks by CoO decoration, Physical Chemistry Chemical Physics, 16 (2014), 6980-6985.
• [17] Klimovskii I.I., Markovets V.V.: The carbon phase diagram near the solid-liquid-vapor triple point. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology 5(49) (2007), 111-116.
• [18] Kroto H.W., Heath J.R., O’Brien S.C., Curl R.F., Smalley R.E.: C60: Buckminsterfullerene. Nature, 318 (1985), 162-163.
• [19] Kuryliszyn-Kudelska I., Małolepszy A., Mazurkiewicz M., Stobinski L., Dobrowolski W.: Magnetic Properties of “As-Prepared” and Chemically Modified Multiwalled Carbon Nanotubes. Acta Physica Polonica A 119 (5) (2011)597-599.
• [20] Laurent Ch., Flahaut E., Peigneya A.: The weight and density of carbon nanotubes versus the number of walls and diameter, Carbon 48 (10), (2010), 2994-2996.
• [21] Miyata Y., Yanagi K., Maniwa Y., Kataura H.: Optical Evaluation of the Metal-to -Semiconductor Ratio of Single-Wall Carbon Nanotubes. Journal of Physical Chemistry C 112 (2008), 13187-13191.
• [22] Novoselov K.S., Geim A. K., Morozov S.V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Firsov A.A.: Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science, 306 (5696) (2004), 666-669.
• [23] Odom T.W., Huang J.L., Kim P., Lieber C.M.: Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes. Nature 391 (1998), 1, 62-64.
• [24] Popov V.N.: Carbon nanotubes: properties and application. Materials Science and Engineering R 43 (2004) 61-102.
• [25] Radushkevich, L.V., Lukyanovich M.V.: About the structure of carbon formed by thermal decomposition of carbon monoxide on iron substrate. Soviet Journal of Physical Chemistry, 26, (1952) 88-95.
• [26] Ruska E.: The Development Of The Electron Microscope And Of Electron Microscopy. Nobel lecture, December 8, (1986).
• [27] Sonström P., Bäumer M.: Supported colloidal nanoparticles in heterogeneous gas phase catalysis: on the way to tailored catalysts, Physical Chemistry Chemical Physics, 13 (2011), 19270-19284.
• [28] Strano M.S., Zheng M., Jagota A., Onoa G.B., Heller D.A., Barone P.W., Usrey M.L.: Understanding the Nature of the DNA-Assisted Separation of Single-Walled Carbon Nanotubes Using Fluorescence and Raman Spectroscopy., Nano Letters 4 (4) (2004), 543-550.
• [29] Tang Z.K., Zhang L., Wang N., Zhang X.X., Wen G.H., Li G.D., Wang J.N., Chan C.T., Sheng P.: Superconductivity in 4 Angstrom Single-Walled Carbon Nanotubes. Science, 292 (2001), 2462-2465.
• [30] Tiwari J.N., Tiwari R.N., Kim K.S.: Zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional nanostructured materials for advanced electrochemical energy devices. Progress in Materials Science, 57 (2012), 724-803.
• [31] Wijeratne S.S., Harris N.C., Kiang C.H.: Helicity Distributions of Single-Walled Carbon Nanotubes and Its Implication on the Growth Mechanism. Materials 3 (2010), 2725-2734.
• [32] Yadav B.C., Kumar R.: Structure, properties and applications of fullerenes. International Journal of Nanotechnology and Applications 2(1) (2008), 15-24.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).