Self-assembly and interaction of nanostructures

Date

2011-12-23

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Käesolev uurimistöö on seotud eeskätt süsinik-nanotorude kasvatusmeetodite väljatöötamisega ja nanotorude omaduste uurimisega. Töö peamiseks tulemuseks on mitmete originaalsete katalüsaatorsüsteemide väljatöötamine ja nende rakendatavuse uurimine. Üks väljatöötatud meetod baseerub sool-geel meetodil valmistatud maatriksmaterjalist lisandmetalli diffusiooni tulemusena katalüsaatorosakeste formeerimises maatriksi pinnal, mis võimaldab nanotorusid kasvatada keeruliste 3D mikrostruktuuride sise- ja välispindadele. Töötati välja lihtne ja efektiivne meetod süsinik-nanotorude kasvatamiseks, mis baseerub Al pinnal Co nanoosakeste iseorganiseerumisel Al ja Co soolade lahuse aurustumisel. Meetod on eeskätt suunatud rakandamiseks tööstuslikus tootmises. Töötati välja meetod orienteeritud süsinik-nanotorude kasvatamiseks ning nende funktsionaliseerimiseks lämmastiku ja muude keemiliste rühmadega eesmärgiga rakendada orienteeritud süsinik-nanotorude struktuure erinevates peamiselt enereetikaga seotud rakendustes (näit. kütuseelementide elektroodid jms.) Katsete läbiviimiseks ja metoodikate väljatöötamiseks valmistati mitmed keemilise aursadestuse reaktorid, muuhulgas nii külma- kui ka kuumaseinalist tüüpi ning nende modifikatsioone. Juurutati ja modifitseeriti mitmeid kirjanduses avaldatud süsinik-nanotorude kasvatamise meetodeid eesmärgiga leida sobivaimad lahendused väljatöötatud seadmete jaoks. Osaliselt käesoleva uurimistöö läbiviimiseks töötati välja ja patenteeriti meetod teravikmikroskoopia sensori puhastamiseks.
The research compiled into the present thesis deals with several aspects of experimental investigation of synthesis of carbon nanotubes (CNT) that can lead to development of different industrial technologies. Within the framework of this thesis several original catalytical systems for CNT synthesis were developed, which include a simple and versatile method for potential mass-production of CNTs, a method for growing well-oriented CNTs and a method for growing CNTs on complicated structures based on sol-gel technology. For the bulk growth of CNTs the method is based on the self-assembling of cobalt nanoparticles on aluminium substrate during evaporation of Al and Co salts solution. The developed method for synthesis of aligned CNTs enable growing CNTs up to several millimetres. Their subsequent treatment with nitric acid vapor in the original gas phase functionalization reactor under ambient conditions results in functionalised CNTs without altering their morphology. Uniform functionalization of the densely aligned CNT forests demonstrated the possibility to apply the process in large-scale treatment of the nanotubes. Also, a method for doping aligned CNTs with nitrogen was developed and its potential application was demonstrated in the case of fuel cell technology by synthesizing electrochemically highly active vertically aligned nitrogen doped CNTs on glassy carbon electrodes for oxygen reduction reactions. In addition, several thin film layer catalyst systems described in the literature were further investigated, adopted and modified for utilization in our original reactors. Several CVD reactors were constructed and modified for particular synthesis conditions (cold wall, hot wall and their modifications) that gave possibility to grow and investigate very different CNTs. Additionally, modifications of CNT characterization techniques were performed, namely, an original method for in situ atomic force microscope (AFM) tip cleaning was developed and patented. The method used abrasive properties of carbon dioxide snow and one of its major advantages was cleaning the tip in situ without repositioning of AFM or removing the tip.

Description

Väitekirja elektrooniline versioon ei sisalda publikatsioone.

Keywords

Citation