Електродугові методи синтезу карбонових наноструктур
З. А. Матисіна$^1$, Ол. Д. Золотаренко$^{1,2}$, М. Уалханова$^3$, О. П. Рудакова$^{1,2}$, Н. Е. Аханова$^{3,4}$, Ан. Д. Золотаренко$^{1,2}$, Д. В. Щур$^1$, М. Т. Габдуллін$^4$, Н. А. Гаврилюк$^2$, О. Д. Золотаренко$^1$, М. В. Чимбай$^{1,2}$, І. В. Загорулько$^5$
$^1$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, 03164 Київ, Україна
$^3$Казахський національний університет ім. Аль-Фарабі, просп. Аль-Фарабі, 71, 050040 Алмати, Казахстан
$^4$Казахстансько-британський технічний університет, вул. Толе бі, 59, 050040 Алмати, Казахстан
$^5$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
Отримано 22.02.2022; остаточна версія — 08.07.2022 Завантажити PDF
Анотація
Оглядаються (переважно авторські) публікації, присвячені питанням електродугового синтезу (ЕДС) різних карбонових наноструктур (КНС). ЕДС КНС можна здійснювати як у газовому, так і в рідкому середовищі. ЕДС у газовому середовищі має ряд переваг, таких як висока продуктивність і швидкість процесу конденсації, а також легкість у керуванні режимами. Одначе такий метод синтезу має також недоліки: він вимагає наявности складної вакуумної й охолоджувальної систем, які надають обладнанню громіздкости. Крім того, даний метод не вирішує проблему аґломерації синтезованих КНС і має побічний продукт синтезу у вигляді наросту (депозиту) на електроді. ЕДС у рідкому середовищі відрізняється більшою компактністю обладнання, оскільки не потребує систем вакуумування (процес перебігає за атмосферного тиску) та охолодження (рідке середовище відіграє роль тепловідведення). За такого способу синтезу використовуються різні типи діелектричних рідин — від дистильованої води та рідкого азоту до вуглеводневих розчинників, які можуть слугувати джерелом вуглецю в зоні синтезу. Змінюючи склад рідкої фази, можна досягти синтезу різних типів КНС. Також цей метод передбачає використання металевих електродів, які, окрім тривалого терміну експлуатації, можуть відігравати роль каталізаторів. При цьому частинки металу можуть бути інкапсульовані КНС, формуючи композити з різними магнітними властивостями. У деяких роботах було показано, що із застосуванням металевих електродів у процесі ЕДС у рідкому середовищі можуть утворюватися суміші карбідів металів. Рідке середовище після ЕДС ВНС також представляє науковий інтерес. Ймовірно, у рідкому середовищі містяться нові модифікації розчинних органічних сполук, пошуком яких займаються дослідники всього світу. Так, вчені виявили, що після ЕДС у рідкому середовищі з використанням графітових електродів робочий розчин (С6Н6) змінив свій колір. Це свідчить про утворення у ньому розчинних органічних сполук. В огляді на основі літературних даних створено таблицю режимів для промислового синтезу одностінних КНС, а також наведено перелік режимів для створення дефектних КНС як методу збільшення площі адсорбції наночастинок. Зафіксовано вирішення важливих проблем методу ЕДС: аґломерації КНС, проблеми формування депозиту, підвищення продуктивности.
Ключові слова: плазмо-хімічний синтез, електродуговий розряд, карбонові наноструктури, карбонові нанокластери, карбонові нанотрубки, кріогенні середовища, рідкі діелектрики.
Citation: Z. A. Matysina, Ol. D. Zolotarenko, M. Ualkhanova, O. P. Rudakova, N. Y. Akhanova, An. D. Zolotarenko, D. V. Shchur, M. T. Gabdullin, N. A. Gavrylyuk, O. D. Zolotarenko, M. V. Chymbai, and I. V. Zagorulko, Electric Arc Methods to Synthesize Carbon Nanostructures, Progress in Physics of Metals, 23, No. 3: 528–559 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.03.528