Практическая часть. Задание 1.

Построить структурную модель углеродной нанотрубки с металлическими

и полупроводниковыми свойствами с заданными индексами хиральности (n,m).

Порядок выполнения работы:

1) Рассчитать угол хиральности углеродных нанотрубок.

2) Рассчитать диаметр углеродных нанотрубок.

3) Определить структурный тип углеродных нанотрубок.

4) Рассчитать элементарную ячейку данной нанотрубки

5) Определить какими свойствами обладает данная нанотрубка .

6) На основе полученных результатов изготовить модель углеродной

нанотрубки, используя бумажную модель графенового слоя.

Модель зигзагной нанотрубки

Индексы хиральности нанотрубки (12,0).

1. Угол хиральности рассчитываем по формуле:

cos α=1

α=0

2. Диаметр нанотрубки (8,1) рассчитаем по формуле:

D=0.94нм

3. Данная нанотрубка имеет индексы хиральности (12,0), т.е. m=0,

следовательно, она относится к зигзагным.

4. Для зигзагных нанотрубок ширина ячейки (3)^1/2a =0.246 (3)^1/2 =0.43 нм.

Величина вектора С равна :

C=0.246× =2,95нм

5. Индекс хиральности n=12 кратен 3, следовательно, данная

нанотрубка обладает металлическими свойствами.

Модель хиральной нанотрубки

Индексы хиральности нанотрубки (8,2).

1. Угол хиральности рассчитываем по формуле:

cos α=0.92

α=22^o

2. Диаметр нанотрубки (8,2) рассчитаем по формуле:

D=0.75нм

3. Данная нанотрубка имеет индексы хиральности (8,2),следовательно, она относится к хиральным.

4. Для хиральной нанотрубки (8,2) ширина ячейки определяется следующим образом: n-m=3rd_н, где d_н наибольший делитель для индексов n и m, r – целое число.

В нашем случае8-2=3*2 (наибольший делитель для 8 и 2 будет 2). Ширина ячейки:

Т=(3)^1/2*С/3d_H

T=1.37нм

Величина вектора С равна:

C=0.246 =2.38нм

5. Разность индексов хиральности n-m = 8-2 = 6 кратна 3, следовательно, данная нанотрубка обладает металлическими свойствами.

Вывод: нами были изучены способы расчета параметров и моделирования нанотрубок. Исходя из индексов хиральности определены электрические свойства нанотрубок

Задание 2

Определить морфологию (связки, клубок, единичные углеродные нанотрубки) и характерные размеры единичных углеродных нанотрубок и связок углеродных нанотрубок (длину, диаметр), полученных пиролизом углеродсодержащих газов в присутствии катализатора при следующем соотношении массы катализатора к массе углеродных нанотрубок: 0.31, 0.57, 0.68

Рис.5.Электронномикроскопическое изображение углеродных нанотрубок, отношение массы катализатора к массе углеродных нанотрубок 0.31

Рис. 6.Электронномикроскопическое изображение углеродных нанотрубок, отношение массы катализатора к массе углеродных нанотрубок 0.57.

Рис.7.Электронномикроскопическое изображение углеродных нанотрубок, отношение массы катализатора к массе углеродных нанотрубок 0.68

Рис. 8. Электронномикроскопическое изображение углеродных нанотрубок.

(концентрация катализатора неизвестна)

Результаты анализа электронномикроскопических изображений.

NN	Морфология углеродных нанотрубок	Диаметр углеродных нанотрубок (связок углеродных нанотрубок)	Длина углеродных нанотрубок (связок углеродных нанотрубок)
1	Клубки нанотрубок	~5-10мкм	~15мкм
2	Связки и клубки нанотрубок	~1-1.5 мкм	~1-2 мкм
3	Связки нанотрубок	~0.1мкм(для отдельных нанотрубок) ~1мкм(для связок)	~1мкм
4	Клубки и связки нанотрубок. Прослеживаются отдельные нанотрубки.	~0.1 мкм(для отдельных нанотрубок)	2-3мкм

Вывод: рассмотрена морфология нанотрубок при различных концентрациях катализатора, также было обработано электронномикроскопическое изображение (оценены размеры связок и клубков, а также отдельных нанотрубок), предложенное в качестве самостоятельного задания. Результаты анализа сведены в таблицу

Вывод: в ходе данной лабораторной работы были изучены основные типы углеродных нанотрубок, а также определена морфология и характерные размеры единичных углеродных нанотрубок и связок углеродных нанотрубок с помощью электронно-микроскопического изображения углеродных нанотрубок, полученных при увеличении ×20000. Была построена структурная модель углеродной нанотрубки с металлическимии полупроводниковыми свойствами с индексами хиральности (12,0) и (8,2) соответственно.