Virkningerne af brint på voksende kulstof nanorør

Carbon nanorør - lange, hule cylindre med kul-milliarddele af en meter i diameter -- har mange potentielle anvendelser inden for nanoteknologi, optik, elektronik, og mange andre områder. De nøjagtige egenskaber af nanorør afhænger af deres struktur, og videnskabsmænd har endnu kun lidt kontrol over den struktur, som bestemmes under den indledende dannelse - eller vækst - af nanorørene. Faktisk, siger kemiingeniør og materialeforsker Eray Aydil fra University of Minnesota, "Vi ved ikke præcist, hvordan nanorørene vokser."

I en artikel i American Institute of Physics' Journal of Applied Physics, Aydil, professor i kemiteknik og materialevidenskab og Ronald L. og Janet A. Christenson-lærestolen i vedvarende energi, og hans kolleger kaster nyt lys over processen. I særdeleshed, forskerne undersøgte brintgas indflydelse.

"Carbon nanorør vokser fra en metalkatalysatorpartikel, der er nedsænket i en gas som metan, " Aydil forklarer. "Nogle gange tilsættes der også brintgas, og det viste sig, at en lille smule brint hjælper med at dyrke kulstofnanorør med pæne lige vægge og med få defekter. Imidlertid, for meget brinttilsætning giver fibre med tykke vægge, i stedet for nanorør, eller ingen vækst overhovedet."

For at forstå hvorfor, Aydil og kolleger brugte transmissionselektronmikroskopi og andre metoder til systematisk at afbilde og karakterisere virkningerne af stigende koncentrationer af brint. "Det viser sig, at jernmetalkatalysatorerne bliver til jerncarbid ved at reagere med kulstoffet i metan. Jerncarbid er et hårdt materiale, som ikke let deformeres, og kulstof nanorør dyrket fra sådanne katalysatorer har tendens til at have pæne lige vægge, " han siger.

Tilsætning af mere brint til blandingen får jerncarbid til at blive til jern - som er mere formbart og formbart, og "deformeres til former, der giver anledning til mere fiberlignende strukturer snarere end hule kulstof nanorør, " siger han. Ved højere koncentrationer, brint ætser de danner kulstof nanorør, "og væksten stopper alle sammen. Det er brintens interaktion med katalysatorerne og dens effekt på katalysatorens struktur, der styrer kulstofnanorørets struktur."