RU2729244C1 - Method for modification of multilayer carbon nanotubes - Google Patents

Method for modification of multilayer carbon nanotubes Download PDF

Info

Publication number
RU2729244C1
RU2729244C1 RU2019141023A RU2019141023A RU2729244C1 RU 2729244 C1 RU2729244 C1 RU 2729244C1 RU 2019141023 A RU2019141023 A RU 2019141023A RU 2019141023 A RU2019141023 A RU 2019141023A RU 2729244 C1 RU2729244 C1 RU 2729244C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon nanotubes
nanotubes
electrical conductivity
multilayer
modification
Prior art date
Application number
RU2019141023A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Алексеевич Столяров
Игорь Николаевич Бурмистров
Александр Николаевич Блохин
Дмитрий Евгеньевич Кобзев
Татьяна Владимировна Пасько
Алексей Григорьевич Ткачев
Николай Андреевич Чепаксов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Priority to RU2019141023A priority Critical patent/RU2729244C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2729244C1 publication Critical patent/RU2729244C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/009Characterizing nanostructures, i.e. measuring and identifying electrical or mechanical constants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/168After-treatment
    • C01B32/174Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon

Abstract

FIELD: nanotechnology; electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to nanotechnology, electrical engineering and electronics and can be used in making conductive fillers for functional composites or components of electronic circuits. Multilayer carbon nanotubes obtained by pyrolysis of hydrocarbons using catalysts are placed in 6 % solution of potassium iodine or iodide in isopropanol and continuously mixed in 0.5–1.0 h. Then mixture is dried and heated in furnace in argon atmosphere at temperature of 600–650 °C for 2 hours.EFFECT: invention enables to obtain multilayer nanotubes with a modified surface, having high electrical conductivity, simplifying the method of obtaining said nanotubes and using only available reagents.1 cl, 12 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к материалам для электрической техники и электроники, в частности к способам повышения электропроводности углеродных нанотрубок, которые могут быть использованы как проводящие наполнители для функциональных композитов или компонентов электронных схем.The invention relates to materials for electrical engineering and electronics, in particular to methods for increasing the electrical conductivity of carbon nanotubes, which can be used as conductive fillers for functional composites or components of electronic circuits.

Предшествующий уровень техники.Prior art.

Направления использования многослойных углеродных нанотрубок в электронике разнообразны. Такие свойства нанотрубок, как малые размеры и высокая удельная поверхность, меняющиеся в значительных пределах в зависимости от условий синтеза, высокая удельная электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность позволяют рассматривать УНТ как перспективную основу для элементов наноэлектроники.The directions of using multiwalled carbon nanotubes in electronics are diverse. Such properties of nanotubes as small size and high specific surface area varying within significant limits depending on the synthesis conditions, high electrical conductivity, mechanical strength, and chemical stability make it possible to consider CNTs as a promising basis for nanoelectronic elements.

В настоящее время существует несколько подходов к повышению электропроводности материалов на основе углеродных нанотрубок (УНТ): сепарация электропроводящей фракции, модифицирование исходных углеродных нанотрубок посредством химической или физической адсорбции на них другого вещества, выращивание УНТ на подложках с последующим модифицированием поверхности, химический дизайн УНТ путем их заполнения подходящими электропроводящими материалами в процессе роста нанотрубок (in-situ) и внедрение из газовой или жидкой фазы после синтеза углеродных нанотрубок (ex-situ). В свою очередь, ex-situ методы в зависимости от пути внедрения вещества внутрь канала могут быть подразделены на методы заполнения из газовой и жидкой фазы (растворов, сверхкритических растворов или расплавов).Currently, there are several approaches to increasing the electrical conductivity of materials based on carbon nanotubes (CNTs): separation of the electrically conductive fraction, modification of the original carbon nanotubes by chemical or physical adsorption of another substance on them, growing CNTs on substrates with subsequent surface modification, chemical design of CNTs by filling with suitable electrically conductive materials during the growth of nanotubes (in-situ) and insertion from the gas or liquid phase after the synthesis of carbon nanotubes (ex-situ). In turn, ex-situ methods, depending on the way of introducing a substance into the channel, can be subdivided into methods of filling from a gas and liquid phase (solutions, supercritical solutions or melts).

Известен способ получения структур из химически связанных углеродных нанотрубок, обладающих повышенной электрической проводимостью [1]. Способ включает в себя пропитку исходных УНТ мономером с последующим превращением мономера в проводящий полимер и химическим связыванием проводящего полимера с частью углеродных нанотрубок. Полимер может быть легирован йодом для повышения проводимости. Растворитель из раствора мономера может быть испарен до помещения УНТ в полимеризатор.A known method of producing structures from chemically bonded carbon nanotubes with increased electrical conductivity [1]. The method includes impregnation of the initial CNTs with a monomer, followed by the conversion of the monomer into a conductive polymer and chemical bonding of the conductive polymer with a part of the carbon nanotubes. The polymer can be doped with iodine to increase conductivity. The solvent from the monomer solution can be evaporated before placing the CNTs in the polymerizer.

Недостатками данного способа являются использование в качестве мономера ацетилена или фенилацетилена, относящихся к вредным веществам, и сложный многостадийный процесс получения проводящих структур, требующий специализированного оборудования.The disadvantages of this method are the use of acetylene or phenylacetylene, which are harmful substances, as a monomer, and a complex multistage process for obtaining conducting structures that requires specialized equipment.

Известен способ [2] получения модифицированного углеродного продукта, включающий следующие стадии: подготовку углеродного носителя, модифицирование его функциональной группой, присоединение к ней металлической группы. Согласно способу [2] стадию присоединения можно проводить в жидкой среде, в паровой или газовой фазе. Модифицированный углеродный продукт включает функциональную группу, ковалентно присоединенную к поверхности углерода, и металлическую группу, присоединенную к функциональной группе.The known method [2] of obtaining a modified carbon product, including the following stages: preparation of a carbon carrier, modifying it with a functional group, attaching a metal group to it. According to the method [2], the addition step can be carried out in a liquid medium, in a vapor or gas phase. The modified carbon product includes a functional group covalently attached to the carbon surface and a metal group attached to the functional group.

Недостаток данного способа заключается в том, что при ковалентном модифицировании функциональными группами с высокой электроотрицательностью наблюдается снижение собственной электропроводности УНТ.The disadvantage of this method is that during covalent modification with functional groups with high electronegativity, a decrease in the intrinsic electrical conductivity of the CNT is observed.

Для создания сложной структуры из углеродных нанотрубок, обладающей превосходной электропроводностью, теплопроводностью и механической прочностью авторами [3] предложен способ, позволяющий получить две сетчатые структуры из углеродных нанотрубок взаимно химически связанных функциональными группами, и объединить их между собой функциональными группами посредством химического связывания функциональных групп.To create a complex structure of carbon nanotubes with excellent electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical strength, the authors of [3] proposed a method that allows one to obtain two network structures of carbon nanotubes mutually chemically linked by functional groups, and combine them with each other by functional groups through chemical bonding of functional groups.

Недостатки данного способа заключаются в использовании в качестве исходных уже функционализированных углеродных нанотрубок, причем средний диаметр углеродных нанотрубок в первом растворе, способ изготовления композитной структуры углеродных нанотрубок и средний диаметр углеродных нанотрубок второго раствора различны, вторая структура углеродных нанотрубок образована из однослойных углеродных нанотрубок, процесс получения структуры по данному патенту осуществляется на подложке.The disadvantages of this method lie in the use of already functionalized carbon nanotubes as the initial, and the average diameter of carbon nanotubes in the first solution, the method of manufacturing the composite structure of carbon nanotubes and the average diameter of carbon nanotubes of the second solution are different, the second structure of carbon nanotubes is formed from single-walled carbon nanotubes, the production process The structure of this patent is implemented on a substrate.

В патенте [4] описан способ очистки многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ), получаемых пиролизом углеводородов с использованием катализаторов, содержащих в качестве активных компонентов Fe, CO, Ni, Mo, Mn и их комбинаций, а также Al2O3, MgO, СаСО3 в качестве носителей, который осуществляют кипячением в растворе соляной кислоты с дальнейшей промывкой водой, после кислотной обработки проводят прогрев в токе высокочистого аргона в печи с градиентом температур, в рабочей зоне температура составляет 2200-2800°С, на краях печи температура составляет 900-1000°С, в результате чего получают многослойные нанотрубки с содержанием металлических примесей менее 1 ppm.The patent [4] describes a method for the purification of multilayer carbon nanotubes (MCNT) obtained by pyrolysis of hydrocarbons using catalysts containing as active components Fe, CO, Ni, Mo, Mn and their combinations, as well as Al 2 O 3 , MgO, CaCO 3 as carriers, which is carried out by boiling in a solution of hydrochloric acid with further washing with water, after acid treatment, heating is carried out in a stream of high-purity argon in a furnace with a temperature gradient, in the working zone the temperature is 2200-2800 ° C, at the edges of the furnace the temperature is 900- 1000 ° C, as a result of which multilayer nanotubes with a metal impurity content of less than 1 ppm are obtained.

Недостатками данного способа являются получение прямолинейных фрагментов многослойных углеродных нанотрубок порядка сотен нанометров путем удаления внутренних и приповерхностых дефектов, что не позволяет получить связанную структуру и высокая температура обработки МУНТ, помещенных в кварцевую ампулу при давлении не менее 10-3 Торр, в потоке высокочистого аргона.The disadvantages of this method are the production of rectilinear fragments of multilayer carbon nanotubes of the order of hundreds of nanometers by removing internal and near-surface defects, which does not allow obtaining a coherent structure and a high processing temperature of MCNTs placed in a quartz ampoule at a pressure of at least 10 -3 Torr in a high-purity argon flow.

Наиболее близких заявляемому изобретению является способ изготовления структуры углеродных нанотрубок [5], включающий стадию нанесения жидкого раствора, содержащего углеродные нанотрубки, которые имеют функциональные группы, на поверхность временной подложки и стадию поперечного сшивания множества углеродных нанотрубок друг с другом, в результате чего функциональные группы образуют между собой химические связи, образуя тем самым сетчатую структуру слоя углеродных нанотрубок, и придания структурному слою углеродных нанотрубок желаемой формы с последующим переносом узорчатого слоя структуры углеродных нанотрубок на базовое тело. Жидкий раствор содержит добавку, которая заставляет функциональные группы образовывать химические связи между собой, и ускоритель окислительной реакции - йод.Closest to the claimed invention is a method for manufacturing a structure of carbon nanotubes [5], including the step of applying a liquid solution containing carbon nanotubes that have functional groups on the surface of a temporary substrate and the step of cross-linking a plurality of carbon nanotubes with each other, as a result of which functional groups form chemical bonds with each other, thereby forming a network structure of the carbon nanotube layer, and giving the structural layer of carbon nanotubes the desired shape, followed by transfer of the patterned layer of the carbon nanotube structure to the base body. The liquid solution contains an additive that makes functional groups form chemical bonds with each other, and an accelerator of the oxidative reaction - iodine.

Общим существенными признаками заявляемого способа и способа-прототипа является технология получения сетчатой структуры слоя углеродных нанотрубок, возможность формирования слоя структуры углеродных нанотрубок заданной формы. Заявляемый способ и способ-прототип совпадают также по наличию жидкофазной технологии внесения модифицирующих добавок и содержание в модифицирующих добавках йода.The common essential features of the proposed method and the prototype method is the technology of obtaining a network structure of a layer of carbon nanotubes, the possibility of forming a layer of the structure of carbon nanotubes of a given shape. The inventive method and the prototype method also coincide in the presence of a liquid-phase technology for introducing modifying additives and the content of iodine in the modifying additives.

Недостатками способа-прототипа являются пропитка базового тела раствором углеродных нанотрубок и обязательное наличие на поверхности углеродных нанотрубок функциональных групп, что требует дополнительных стадий их обработки и существенно усложняет и удорожает технологически процесс.The disadvantages of the prototype method are the impregnation of the base body with a solution of carbon nanotubes and the obligatory presence of functional groups on the surface of carbon nanotubes, which requires additional processing steps and significantly complicates and increases the cost of the process.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача - разработать способ получения модифицированного материала на основе многослойных углеродных нанотрубок с высокой удельной электрической проводимостью.The basis of the claimed invention is the task of developing a method for producing a modified material based on multilayer carbon nanotubes with high electrical conductivity.

Поставленная задача решается за счет того, что заявленный способ получения электропроводных многослойных углеродных нанотрубок включает получение суспензии МУНТ в растворе химически чистого йода или йодида калия в изопропаноле; последующую сушку суспензии МУНТ; термообработку пропитанных МУНТ в среде инертного газа с получением связанных углеродных наноструктур.The problem is solved due to the fact that the claimed method of producing electrically conductive multilayer carbon nanotubes includes obtaining a suspension of MWCNTs in a solution of chemically pure iodine or potassium iodide in isopropanol; subsequent drying of the MCNT suspension; heat treatment of impregnated MWCNTs in an inert gas atmosphere to obtain bonded carbon nanostructures.

При приготовлении суспензии используется раствор химически чистого йода в изопропаноле. Затем компоненты механически смешиваются и сушатся в течение 3-4 суток в нормальных условиях. Механическую обработку проводят с помощью лопастной мешалки.When preparing a suspension, a solution of chemically pure iodine in isopropanol is used. Then the components are mechanically mixed and dried for 3-4 days under normal conditions. Mechanical processing is carried out using a paddle mixer.

На следующем этапе сухая смесь, размещенная на подложке, загружается в печь электрическим обогревом. Модифицирование высаженным на УНТ из раствора на предыдущем этапе йодом осуществляется при температуре 600-650°С в атмосфере аргона в течение 2 часов. Скорость нагрева составляет 10°С/мин.At the next stage, the dry mixture, placed on the substrate, is charged into the oven by electric heating. Modification with iodine deposited on CNTs from the solution at the previous stage is carried out at a temperature of 600-650 ° C in an argon atmosphere for 2 hours. The heating rate is 10 ° C / min.

Преимуществами предложенного способа является возможность проведения процесса модифицирования при атмосферном давлении и получения единой электропроводящей структуры практически не содержащей йода в модифицированных МУНТ. Предложенный способ является безопасным и экологичным. Модифицирование происходит целенаправленно и исключает образование побочных продуктов реакции. За счет деформации структуры МУНТ и разрушения их внешних слоев происходит образование вместо них деструктурированной пленки (фиг. 1-4). Также в процессе модифицирования образуются соединения отдельных, близко расположенных нанотрубок посредством деструктурированных внешних слоев. Снижение себестоимости готового продукта достигается за счет простоты технологического процесса, отсутствия термообработки под высоким давлением и использования доступных и дешевых компонентов.The advantages of the proposed method is the possibility of carrying out the modification process at atmospheric pressure and obtaining a single electrically conductive structure practically free of iodine in modified MWCNTs. The proposed method is safe and environmentally friendly. The modification takes place purposefully and eliminates the formation of reaction by-products. Due to the deformation of the structure of MWCNTs and the destruction of their outer layers, a destructed film is formed instead of them (Figs. 1-4). Also, in the process of modification, compounds of separate, closely spaced nanotubes are formed by means of destructured outer layers. Reducing the cost of the finished product is achieved due to the simplicity of the technological process, the absence of heat treatment under high pressure and the use of available and cheap components.

Заявленный способ модифицирования осуществляется следующим образом. В начале производят подготовку многослойных углеродных нанотрубок, заключающуюся в приготовлении суспензии МУНТ в 6%-ом растворе химически чистого йода в изопропаноле при постоянном перемешивании в течение 0,5-1,0 часа. Затем полученную суспензию равномерно распределяют на поддоне и высушивают в вытяжном шкафу при нормальных условиях до постоянного значения массы. Далее сухую смесь помещают на подложку и загружают в печь. Во время нагрева печь заполняется аргоном. Скорость нагрева составляет 10°С/мин. Термообработка многослойных углеродных нанотрубок, пропитанных раствором йода, проводится при атмосферном давлении в диапазоне температур 600…650°С, время модифицирования 2 ч. По окончании процесса печь и полученные структуры охлаждаются в токе аргона.The claimed modification method is carried out as follows. At the beginning, the preparation of multilayer carbon nanotubes is carried out, which consists in preparing a suspension of MWCNTs in a 6% solution of chemically pure iodine in isopropanol with constant stirring for 0.5-1.0 hours. Then the resulting suspension is evenly distributed on a pallet and dried in a fume hood under normal conditions to a constant weight value. Next, the dry mixture is placed on a substrate and loaded into an oven. During heating, the furnace is filled with argon. The heating rate is 10 ° C / min. Thermal treatment of multilayer carbon nanotubes impregnated with iodine solution is carried out at atmospheric pressure in the temperature range 600 ... 650 ° C, modification time is 2 hours. At the end of the process, the furnace and the resulting structures are cooled in an argon flow.

Изобретение может быть проиллюстрировано данными, приведенными на фиг. 1-12.The invention can be illustrated by the data shown in FIG. 1-12.

На фиг. 1 приведены изображения микроструктуры исходных многослойных углеродных нанотрубок, полученные на просвечивающем электронном микроскопе.FIG. 1 shows images of the microstructure of the original multilayer carbon nanotubes obtained with a transmission electron microscope.

На фиг. 2-5 приведены изображения микроструктуры многослойных углеродных нанотрубок, модифицированных йодом, полученные на просвечивающем электронном микроскопе.FIG. Figures 2-5 show images of the microstructure of multilayer carbon nanotubes modified with iodine, obtained with a transmission electron microscope.

На фиг. 6 приведен механизм деформации модифицированных йодом.FIG. 6 shows the mechanism of deformation modified with iodine.

На фиг. 7 приведено изображение микроструктуры исходных многослойных углеродных нанотрубок на сканирующем электронном микроскопе.FIG. 7 shows an image of the microstructure of the original multilayer carbon nanotubes on a scanning electron microscope.

На фиг. 8-11 приведены изображения микроструктуры многослойных углеродных нанотрубок, модифицированных йодом, полученные на сканирующем электронном микроскопе.FIG. 8-11 show images of the microstructure of multilayer carbon nanotubes modified with iodine, obtained with a scanning electron microscope.

На фиг. 12 приведена зависимость электропроводности МУНТ от частоты.FIG. 12 shows the frequency dependence of the electrical conductivity of MCNTs.

Далее приводятся данные, доказывающие возможность осуществления заявляемого изобретения и его эффективность.The following are data proving the possibility of implementing the claimed invention and its effectiveness.

Для осуществления заявляемого способа применяли следующие исходные веществаи оборудование:To implement the proposed method, the following raw materials and equipment were used:

- Углеродные нанотрубки марки «Таунит-М» производства ООО «НаноТехЦентр», Тамбов.- Carbon nanotubes of the Taunit-M brand produced by NanoTechCenter LLC, Tambov.

- Йод кристаллический I2 чистый по ГОСТ 4159-79.- Crystalline iodine I 2 pure according to GOST 4159-79.

- Спирт изопропиловый по ГОСТ 9805-84.- Isopropyl alcohol according to GOST 9805-84.

- Мешалка лабораторная Witeg НТ-50АХ верхнеприводная производства DAIHAN (WITEG, Германия).- Laboratory stirrer Witeg НТ-50АХ top-drive produced by DAIHAN (WITEG, Germany).

- Печь.- Oven.

Пример.Example.

В литровый стеклянный стакан налили 48,5 мл изопропилового спирта, поместили 3 г порошка кристаллического йода перемешивали до полного растворения. В полученный раствор внесли 3 г многослойных углеродных нанотрубок «Таунит М» (очищенных от минеральных примесей обработкой соляной кислотой) и тщательно перемешали до образования однородной суспензии. Стакан с полученной суспензией закрепили на мешалке и проводили обработку в течение 1 часа. Затем обработанную суспензию выгрузили в стеклянный поддон и поместили в вытяжной шкаф на 4 суток при нормальных условиях. Полученный сухой продукт перенесли на металлическую подложку и загрузили в герметичную печь. Воздух из внутреннего объема печи вытеснили аргоном. Для дальнейшей термообработки продукта печь нагревали со скоростью 10°С/мин. до достижения температуры 620°С. Далее продукт выдерживался при постоянной температуре 2 часа. В реакционный объем печи непрерывно подавался аргон. После печь вместе с готовым продуктом подвергли естественному охлаждению.48.5 ml of isopropyl alcohol was poured into a liter glass beaker, 3 g of crystalline iodine powder was placed and stirred until complete dissolution. The resulting solution was added 3 g of multilayer carbon nanotubes "Taunit M" (purified from mineral impurities by treatment with hydrochloric acid) and thoroughly mixed until a homogeneous suspension was formed. The glass with the resulting suspension was fixed on a stirrer and processed for 1 hour. Then the treated suspension was discharged into a glass tray and placed in a fume hood for 4 days under normal conditions. The resulting dry product was transferred to a metal support and charged into a sealed oven. The air from the inner volume of the furnace was displaced with argon. For further heat treatment of the product, the furnace was heated at a rate of 10 ° C / min. until the temperature reaches 620 ° C. Then the product was kept at a constant temperature for 2 hours. Argon was continuously fed into the reaction volume of the furnace. After that, the oven, together with the finished product, was subjected to natural cooling.

Для проверки наличия соединенных друг с другом углеродных нанотрубок в результате модифицирования полученные образцы исследовали с помощью просвечивающей электронной микроскопии. На полученных ПЭМ-изображениях присутствуют места соединения нанотрубок.To check the presence of carbon nanotubes connected to each other as a result of modification, the obtained samples were examined using transmission electron microscopy. The TEM images show the junctions of the nanotubes.

Кроме этого для определения электропроводности полученных модифицированных нанотрубок из них были изготовлены таблетки диаметром 1.2 см и толщиной 0.2 см, на торцы которых напылялись золотые контакты. Образцы исследовали на импедансметре Novocontrol Alpha-AN (Германия)в частотном диапазоне от 1 МГц до 0.01 Гц с амплитудой переменного сигнала 10 мВ. Комплексный импеданс и электропроводность рассчитаны по формулам:In addition, to determine the electrical conductivity of the obtained modified nanotubes, tablets with a diameter of 1.2 cm and a thickness of 0.2 cm were prepared from them, on the ends of which gold contacts were deposited. The samples were examined on a Novocontrol Alpha-AN impedance meter (Germany) in the frequency range from 1 MHz to 0.01 Hz with an alternating signal amplitude of 10 mV. Complex impedance and conductivity are calculated using the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Z* - комплексный импеданс, Ом; Z' - реальная составляющая импеданса, Ом; Z'' - мнимая составляющая импеданса, Ом; ω = 2πƒ, ƒ - частота переменного сигнала, Гц; σ* -электропроводность, См/см; σ' - реальная составляющая электропроводности, См/см; σ'' - мнимая составляющая электропроводности, См/см; s - площадь электрода, см2;

Figure 00000002
- толщина образца, см.where Z * - complex impedance, Ohm; Z '- real impedance component, Ohm; Z '' - imaginary impedance component, Ohm; ω = 2πƒ, ƒ is the frequency of the alternating signal, Hz; σ * - electrical conductivity, S / cm; σ '- real component of electrical conductivity, S / cm; σ '' - imaginary component of electrical conductivity, S / cm; s - electrode area, cm 2 ;
Figure 00000002
- sample thickness, see

Удельная электропроводностьполученных модифицированных МУНТ составляет 516 См/см.The specific electrical conductivity of the obtained modified MWCNTs is 516 S / cm.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить модифицированные многослойные углеродные нанотрубки, обладающие хорошей электропроводностью, может быть легко масштабирован, обеспечивает экологическую чистоту производства.Thus, the inventive method makes it possible to obtain modified multilayer carbon nanotubes with good electrical conductivity, can be easily scaled up, and provides ecological cleanliness of production.

1. US 9443638 B2 Carbon nanotube (CNT) materials having increased thermal and electrical conductivity / James R. Chow, Kurt S. Ketola, Carl W. Townsend; Raytheon Co.1. US 9443638 B2 Carbon nanotube (CNT) materials having increased thermal and electrical conductivity / James R. Chow, Kurt S. Ketola, Carl W. Townsend; Raytheon Co.

2. Модифицированные углеродные продукты и их применение: пат. 2402584 Poc. Федерация: МПК C09C 1/44, C09C 3/08/ Хэмпден-Смит Марк Дж., Карусо Джеймс, Атанассова Паолина, Кирлидис Агатагеклос; заявитель и патентообладатель Кабот Корпорейшн. - №2006136378/05; заявл. 15.03.2005; опубл. 27.10.2010, Бюл. №30. - 46 с.: ил.2. Modified carbon products and their application: US Pat. 2402584 Poc. Federation: IPC C09C 1/44, C09C 3/08 / Hampden-Smith Mark J., Caruso James, Paolina Atanassova, Kirlidis Agatageklos; applicant and patentee Cabot Corporation. - No. 2006136378/05; declared March 15, 2005; publ. 10/27/2010, Bul. No. 30. - 46 p .: ill.

3. JP 4380282 B2 Carbon nanotube complex structure and its manufacturing method / Kazunori Anazawa, Masaki Hirakata, Takashi Isozakiet al.3. JP 4380282 B2 Carbon nanotube complex structure and its manufacturing method / Kazunori Anazawa, Masaki Hirakata, Takashi Isozakiet al.

4. Способ очистки многослойных углеродных трубок: пат. 2430879 Рос. Федерация: МПК С01В 31/00, В82В 3/00/ Кузнецов В.Л., Елумеева К.В., Мосеенков С.И., Бейлина Н.Ю., Степашкин А.А.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН, Учреждение Российской академии наук Институт проблем Бюл. №28. - 14 с.: ил.4. Method for cleaning multilayer carbon tubes: US Pat. 2430879 Rus. Federation: IPC С01В 31/00, В82В 3/00 / Kuznetsov V.L., Elumeeva K.V., Moseenkov S.I., Beilina N.Yu., Stepashkin A.A .; applicant and patentee Institution of the Russian Academy of Sciences Institute of Catalysis. G.K. Boreskov Institute of Problems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Institution of the Russian Academy of Sciences Institute of Problems Bul. No. 28. - 14 p .: ill.

5. ЕР 1506938 В1 Method for manufacturing a carbon nanotube structure and carbon nanotube transfer body / Miho Watanabe, Kazunori Anazawa, Chicara Manabe et al.5. EP 1506938 B1 Method for manufacturing a carbon nanotube structure and carbon nanotube transfer body / Miho Watanabe, Kazunori Anazawa, Chicara Manabe et al.

Claims (1)

Способ получения модифицированного материала на основе многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) с высокой удельной электрической проводимостью, включающий стадию получения суспензии многослойных углеродных нанотрубок, высушивание суспензии и термообработку пропитанных МУНТ в среде инертного газа с получением связанных углеродных наноструктур, отличающийся тем, что для приготовления суспензии многослойные углеродные нанотрубки помещают в 6%-ный раствор йода или йодида калия в изопропаноле, непрерывно перемешивают в течение 0,5-1,0 ч, после чего смесь высушивают и прогревают в печи в атмосфере аргона при температуре 600-650°С в течение 2 ч.A method for producing a modified material based on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with high electrical conductivity, including the stage of obtaining a suspension of multi-walled carbon nanotubes, drying the suspension and heat treatment of the impregnated MWCNTs in an inert gas atmosphere to obtain bonded carbon nanostructures, characterized in that multilayer carbon nanotubes are placed in a 6% solution of iodine or potassium iodide in isopropanol, stirred continuously for 0.5-1.0 h, after which the mixture is dried and heated in an oven in an argon atmosphere at a temperature of 600-650 ° C for 2 h.
RU2019141023A 2019-12-12 2019-12-12 Method for modification of multilayer carbon nanotubes RU2729244C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141023A RU2729244C1 (en) 2019-12-12 2019-12-12 Method for modification of multilayer carbon nanotubes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019141023A RU2729244C1 (en) 2019-12-12 2019-12-12 Method for modification of multilayer carbon nanotubes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2729244C1 true RU2729244C1 (en) 2020-08-05

Family

ID=72085860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019141023A RU2729244C1 (en) 2019-12-12 2019-12-12 Method for modification of multilayer carbon nanotubes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2729244C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790222C1 (en) * 2022-04-27 2023-02-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) Method for producing carbon matrix nanostructured composite

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1506938A2 (en) * 2003-07-24 2005-02-16 Fuji Xerox Co., Ltd. Carbon nanotube structure, method and liquid solution for manufacturing the same and carbon nanotube transfer body
JP4380282B2 (en) * 2003-09-26 2009-12-09 富士ゼロックス株式会社 Method for producing carbon nanotube composite structure
RU2402584C2 (en) * 2004-03-15 2010-10-27 Кабот Корпорейшн Modified carbon products and use thereof
RU2430879C2 (en) * 2009-12-16 2011-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им.Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (ИК СО РАН) Method of cleaning multilayer carbon tubes
WO2012033494A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Yazaki Corporation Cohesive assembly of carbon and its application
US9443638B2 (en) * 2013-03-11 2016-09-13 Raytheon Company Carbon nanotube (CNT) materials having increased thermal and electrical conductivity

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1506938A2 (en) * 2003-07-24 2005-02-16 Fuji Xerox Co., Ltd. Carbon nanotube structure, method and liquid solution for manufacturing the same and carbon nanotube transfer body
JP4380282B2 (en) * 2003-09-26 2009-12-09 富士ゼロックス株式会社 Method for producing carbon nanotube composite structure
RU2402584C2 (en) * 2004-03-15 2010-10-27 Кабот Корпорейшн Modified carbon products and use thereof
RU2430879C2 (en) * 2009-12-16 2011-10-10 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им.Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (ИК СО РАН) Method of cleaning multilayer carbon tubes
WO2012033494A1 (en) * 2010-09-09 2012-03-15 Yazaki Corporation Cohesive assembly of carbon and its application
US9443638B2 (en) * 2013-03-11 2016-09-13 Raytheon Company Carbon nanotube (CNT) materials having increased thermal and electrical conductivity

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790222C1 (en) * 2022-04-27 2023-02-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) Method for producing carbon matrix nanostructured composite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Janas et al. Carbon nanotube fibers and films: synthesis, applications and perspectives of the direct-spinning method
JP5613230B2 (en) Graphene nanoribbons produced from carbon nanotubes by alkali metal exposure
Yan et al. Chemistry and physics of a single atomic layer: strategies and challenges for functionalization of graphene and graphene-based materials
Ferreira et al. Carbon nanotube functionalized with dodecylamine for the effective dispersion in solvents
Wu et al. Synthesis, characterization, and electrical properties of polypyrrole/multiwalled carbon nanotube composites
KR101413366B1 (en) Carbon nanotube assembly and electrically conductive film
US6641792B2 (en) Hollow carbon fiber and production method
WO2009139331A9 (en) Carbon wire, nanostructure composed of carbon film, method for producing the carbon wire, and method for producing nanostructure
KR101337867B1 (en) Carbon nano material-polymer composite and method for producing the same
Jin et al. Functionalization of multi-walled carbon nanotubes by epoxide ring-opening polymerization
KR101436594B1 (en) Film heater and manufacturing method of thereof
KR20190127709A (en) Method for producing surface treated carbon nanostructures
Tran et al. Electroconductive performance of polypyrrole/reduced graphene oxide/carbon nanotube composites synthesized via in situ oxidative polymerization
JP4273364B2 (en) Method for modifying carbon nanotubes and aggregates of carbon nanotubes
Muhl et al. Transparent conductive carbon nanotube films
Tony et al. Synthesis of silicon carbide nanomaterials by microwave heating: Effect of types of carbon nanotubes
RU2729244C1 (en) Method for modification of multilayer carbon nanotubes
Sun et al. Recent development of the synthesis and engineering applications of one-dimensional boron nitride nanomaterials
KR102379594B1 (en) Entangled carbon nano tube and method for preparing the same
KR100769992B1 (en) Purification solution for carbon nano tube and method for purifying carbon nano tube thereby
KR20190071293A (en) Method of manufacturing graphene using microwave
TWI379908B (en) Method for continuously fabricating silver nanowire
KR102379595B1 (en) Carbon nano tube composition and method for preparing the same
Aslam et al. Chemically Modified Carbon Nanotubes for Commercial Applications
JP7276625B2 (en) Method for producing boron nitride nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20210427