За последнее время бумага из ориентированных углеродных нанотрубок (bucky paper) уже успешно использовалась в литий-ионных батареях, топливных элементах, химических сенсорах и во многих других устройствах. Кроме того, такая бумага – перспективный материал для производства брони. Международный коллектив авторов установил, что под действием плазмы нанотрубки распрямляются, и в зависимости от используемого газа принимают определенную форму – либо тубулярную (в случае водорода и аргона), либо коническую (в случае водорода и метана).

Фактически авторы статьи получили давно нам знакомый массив свободностоящих нанотрубок, однако саму форму нанотрубок, как оказалось, можно довольно легко контролировать.

Рис. 1. а) СЭМ-микрофотография исходной bucky paper. b-d) СЭМ-микрофотографии спустя 1,2 и 4 часа обработки плазмой (водород + метан). e) Увеличенная микрофотография d). На вставке относительное расположение плазменного шара (круг) относительно bucky paper (прямоугольник). f-g) СЭМ-микрофтографии спустя 1 и 2 часа обработки плазмой (водород+аргон). h) Спектр комбинационного рассеяня до и после обработки плазмой. g) Рентгеновский фотоэмиссионный спектр до и после обработки плазмой.

Чем обусловлена различная форма выпрямленных нанотрубок?

• Во-первых, плазма аргона травит гораздо быстрее, чем плазма метана.
• Во-вторых, образующийся плазменный шар в случае аргона гораздо больше, чем таковой в случае метана. Поэтому плазменный шар аргона захватывает нанотрубку и у поверхности, и у основания, сохраняя ее тубулярную форму. Напротив, в случае метана плазменный шар захватывает лишь поверхность нанотрубки, придавая ей коническую форму.

Рис. 2. a) Сравнение циклических вольтамперограмм при скорости съемки 200 мВ/с для элекетрода из исходной bucky paper и обработанной плазмой аргона. b) Кривые зарядки/разрядки при силе тока 1 мА. с) Циклическая устойчивость ионистора при скорости зарядки/разрядки 200 мВ/с.

Исследователи сравнили электрохимические свойства полученных материалов, собрав ионисторы, где массивы распрямленных нанотрубок использовались в качестве электродов с электродами, изготовленными из bucky paper. Как и ожидалось, значительный рост площади поверхности после двухчасовой обработки в плазме аргона привел к четырехкратному росту удельной емкости (до 290 Ф/г) и трехкратному увеличению можности (до 7 кВ/кг).

Результаты исследований опубликованы в статье:

*Soumyendu Roy, Reeti Bajpai, Navneet Soin, Preeti Bajpai, Kiran S. Hazra, Neha Kulshrestha, Susanta Sinha Roy, James A. McLaughlin, D. S. Misra Enhanced Field Emission and Improved Supercapacitor Obtained from Plasma-Modified Bucky Paper. – Small. – Article first published online: 7 FEB 2011 DOI: 10.1002/smll.201002330.