Ученые Сколтеха исследовали способ ввода катализатора, который применяется при изготовлении углеродных нанотрубок с помощью классического метода химического осаждения из газовой фазы (CVD). Исследователи предложили «простой и элегантный» способ повысить эффективность синтеза нанотрубок, открывающий перспективы для разработки более экономичных и доступных технологий на основе нанотрубок.

Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal. Однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ), представляющие собой свернутый в бесшовный цилиндр из листа графена толщиной в один атом, имеют широкий потенциал применения в таких областях, как материаловедение и электроника. При этом ключевой аспект развития этой технологии — оптимизация CVD метода получения нанотрубок, когда частицы металлического катализатора используются для «экстракции» углерода из газовой среды и выращивания нанотрубок.

«Для получения углеродной нанотрубки из исходного сырья необходимо добиться четкой согласованности между десятками параметров реактора. Формирование углеродных нанотрубок – очень сложный процесс. Несмотря на то, что его изучением занимаются уже достаточно давно, он до сих пор таит в себе много секретов», − рассказывает профессор Сколтеха и адъюнкт-профессор кафедры химии и науки о материалах Университета Аалто (Финляндия) Альберт Насибулин.

В последнее время предлагалось множество способов повышения каталитической активности с целью увеличения объемов производства ОУНТ с требуемыми свойствами. Профессор Насибулин и его коллеги сосредоточили свое внимание на способе ввода паров ферроцена, предшественника катализатора, внутри реактора.

Для получения углеродных нанотрубок ученые применили аэрозольный метод CVD, используя в качестве источника материала монооксид углерода. В процессе формирования трубок контролировали производительность синтеза и характеристики ОУНТ (в частности, диаметр трубки) в зависимости от скорости ввода катализатора и концентрации углекислого газа, который использовали для тонкой настройки параметров процесса.

В итоге исследователи пришли к выводу, что «регулируя расход газа через инжектор, можно до девяти раз увеличить производительность синтеза при сохранении большинства характеристик ОУНТ», таких как диаметр трубки, процент дефектных нанотрубок и электрическая проводимость пленки.

«Цель любой технологии заключается в повышении эффективности. При изготовлении нанотрубок методом CVD, как правило, не уделяют должного внимания эффективности использования катализатора. Мы же, напротив, считаем, что решение этой задачи открывает широкие перспективы для создания улучшенных технологий. Данная работа — первый шаг на пути к достижению этой цели», − отмечает один из авторов статьи, старший научный сотрудник Сколтеха Дмитрий Красников.