FULLERÉNEK ÉS

SZÉN NANOCSÖVEK

előadás fizikus és vegyész hallgatóknak

(2008 tavaszi félév – április 16.)

Kürti Jenő

ELTE Biológiai Fizika Tanszék

e-mail: kurti@virag.elte.hu www: virag.elte.hu/kurti

Szén nanocsövek

HOSSZ 1–100 μm

de már állítottak elő

1-2 cm hosszúságút is !

ÁTMÉRŐ 1–1,5 nm

1 nm = 10–9 m = 0,000000001 m

SZÉNATOMOK HATSZÖGES RÁCSA EGY HENGERPALÁSTON

Kb 50 ezerszer vékonyabb egy hajszálnál !

SZÉN NANOCSÖVEK

KÜRTI JENŐ

S.Iijima, Nature 354, 56 (1991)

MWCNT

sokfalú (koncentrikus) szén nanocsövek

felfedezése

(TEM)

From: http://www.mfa.kfki.hu/nanodp/nanostr/detailed/results/2005/spray/index.html

From: http://www.mfa.kfki.hu/nanodp/nanostr/detailed/results/2005/spray/index.html

From: http://www.mfa.kfki.hu/nanodp/nanostr/detailed/results/2005/spray/index.html

SWCNT

egyfalú nanocsövek előállításaThess et al., Science 273, 483 (1996)

+1% Ni , Co

5 nm

1,4 nm

10 nm

CVD módszerrel történő előállítás

(chemical vapor deposition)

SEM image of 250 square, 130 micron tall blocks of aligned multi-wall nanotubes.

5 nm of Iron was evaporated with a shadow mask on porous silicon and grown at 700º C in Ethylene.

CUED

• Patterned catalyst gives selective growth

Patterned Growth

d (nm) σ (nm) length

laser ablation 1.5 0.1 mediumarc discharge 1.5 0.1 medium

CVD (strongly varying depending on catalyst and growth conditions)

HiPCo 1.0 0.2 mediumCoMoCat 0.7 0.1 mediumalcohol 0.7 0.1 mediumzeolites 0.4 − shortcm tubes 1.4 − ultralongsupergrowth 2.0 1.0 long

Typical diameters for carbon nanotubes grown by different growth methods. σ is the standard deviation of a Gaussian diameter distribution. The length is categorized as short (below 100 nm), medium (100-1000 nm) and long (above 1μm). A special, ultralong case is the 4 cm nanotube. The “special” tubes types (HiPCo, CoMocat etc.) are all grown by CVD related processes.

(c) Water-assisted CVD growth carbon nanotubes of high purity and length. The nanotube mat is shown next to the head of a matchstick.(d) A patterned substrate allows to grow carbon nanotubes in pre-defined places as shown with this SEM picture. The inset shows an expanded view of one of the pillars.

„SUPERGROWTH”

karosszék

(armchair)

cikk-cakk

(zig-zag)

királis

(chiral)

akirális (karosszék) királis

Szén nanocső (elvi!) származtatása grafit sík (grafén) feltekeréséből

(6,5)(6,5)

66 55

slide from Ado Jorio, 2005

(0,0)Ch = (10,0)

Wrapping (10,0) SWNT (zigzag)Wrapping (10,0) SWNT (zigzag)Wrapping (10,0) SWNT (zigzag)Wrapping (10,0) SWNT (zigzag)

a1a2

x

y

(0,0)Ch = (10,0)

Wrapping (10,0) SWNT (Animation)Wrapping (10,0) SWNT (Animation)Wrapping (10,0) SWNT (Animation)Wrapping (10,0) SWNT (Animation)

a1a2

x

y

(0,0)

Ch = (10,10)

Wrapping (10,10) SWNT (armchair)Wrapping (10,10) SWNT (armchair)Wrapping (10,10) SWNT (armchair)Wrapping (10,10) SWNT (armchair)

a1a2

x

y

(0,0)

Ch = (10,10)

Wrapping (10,10) SWNT (Animation)Wrapping (10,10) SWNT (Animation)Wrapping (10,10) SWNT (Animation)Wrapping (10,10) SWNT (Animation)

a1a2

x

y

(0,0)

Ch = (10,5)

Wrapping (10,5) SWNT (chiral)Wrapping (10,5) SWNT (chiral)Wrapping (10,5) SWNT (chiral)Wrapping (10,5) SWNT (chiral)

a1a2

x

y

(0,0)

Ch = (10,5)

Wrapping (10,5) SWNT (Animation)Wrapping (10,5) SWNT (Animation)Wrapping (10,5) SWNT (Animation)Wrapping (10,5) SWNT (Animation)

a1a2

x

y

Ch kiralitási („felcsavarási”) vektor

Ch = n·a1+m·a2 ; pl. (n,m)=(6,3)

6

3

(10,5)

(10,10)

királis

akirális

(karosszék)

a1

a2

movies downloaded from homepage of Dr Shigeo Maruyama

a1

a2

Ch kiralitás („feltekerési”) vektor = n·a1 + m·a2

PÁSZTÁZÓ ERŐ MIKROSZKÓP

Atomic Force Microscope

AFM GRAFIT

1 Å = 0,1 nm = 10–10 m = 0,000 000 000 1 m

AFM GRAFIT

Pásztázó alagútmikroszkóp (STM) felvételek egyfalú szén nanocsőről

(11,7)

1,4 nm

cikk-cakk

királis

karosszék