Syntese af diamantlignende carbon nanofiberfilm

Et internationalt team af forskere, ledet af den fremtrædende professor Rodney S. Ruoff (Kemisk Institut) fra Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), inden for Institute for Basic Science (IBS) ved UNIST, har syntetiseret en film sammensat af tætpakket diamantlignende kulstof nanofibre. Som beskrevet i en nylig artikel offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , forskerne bemærkede, at det nye kulstofmateriale har en høj koncentration af tetravalent bundet kulstof (de diamantlignende nanofibre har mange C-atomer med fire andre atomer bundet til dem; dette omtales også som "sp3-bundet kulstof").

"De diamantlignende kulstofnanofiberfilm blev syntetiseret ved at opvarme kobbernanopartikler på få nanometer i diameter på et substrat, i acetylen- og brintgasser, " siger Kee Han Lee. "De syntetiserede fibre var meget tætte og dannede en film. Disse tætpakkede nanofibre kan også adskilles i en pulverform, som potentielt kan udvide deres anvendelser."

I dette studie, holdet var i stand til at identificere parametre, der påvirker pakningstætheden af ​​nanofibrene, nemlig brintgaskoncentrationen og kobbernanopartikelkatalysatorstørrelsen. Pakningstætheden kan øges betydeligt ved at justere disse parametre, hvilket førte til dannelsen af ​​en spændt film.

Forskellige teknikker såsom røntgenfotoelektronspektroskopi, solid-state nuklear magnetisk resonans, elementær analyse, og Raman spektroskopi grundstofsammensætning og kemisk bindingsstruktur i disse diamantlignende nanofibre, og det blev fundet, at sp3-bundne carbonatomer (sp3:sp2-carbonatomforhold på ca. 2) dominerer (sp2-bundne C-atomer er bundet til tre andre atomer i stedet for fire - som i grafen og grafit - hvorimod i diamant, alle C-atomer er "sp3-bundne"). Hydrogenindhold i nanofibrene på omkring 25-50 atom% blev bestemt ved hjælp af Raman-spektroskopi og elementaranalyse.

"Med sit høje sp3-kulstofindhold, dette materiale er forskelligt fra andre dampdyrkede kulstof nanofibre, herunder nanorør, som for det meste er sammensat af stablede grafenlag, og carbon nanocoils, der har et sp3:sp2 carbonforhold på omkring 0,25, " forklarer Sun Hwa Lee.

Den elektriske resistivitet (1,2 ± 0,1 × 10 ⁶ Ω cm - det er elektrisk isolerende), densitet (2,5 ± 0,2 g cm ^-3 ; tætheden af ​​diamant er 3,5 g cm ^-3 ), overfladeareal (28 ± 0,7 m2 g ^-1 ), kemisk inertitet, og fugtbarhed over for forskellige væsker, blev bestemt. Disse egenskaber var lignende eller "bedre" end de fleste diamantlignende kulstoffilm rapporterede, men de mekaniske egenskaber af denne diamantlignende kulstof nanofiberfilm viste sig at være helt anderledes end konventionelle, sammenhængende, diamantlignende kulstoffilm, fordi det er sammensat af nanofibre.

"Vi opdagede en ny form for kulstof, og man kunne forvente, at vores arbejde inspirerer andre til nu også at studere videre ad denne forskningsvej, " sagde den ærede professor Ruoff. "Vi laver grundlæggende videnskab om nye kulstofmaterialer blandt andet, og vi er interesserede i med tiden at opnå rene diamantfibre, sammen med yderligere undersøgelser af denne type diamantlignende kulstof nanofiber."