Синтез нанотрубок

Наиболее распространен метод получения углеродных нанотрубок в плазме дугового разряда, горящей в атмосфере гелия, на технологических установках для получения фуллеренов [12, 16, 17]. Однако для получения нанотрубок используются другие режимы горения дуги: низкие плотности тока дугового разряда, более высокое давление гелия (~500 торр), катоды большего диаметра. Увеличения выхода нанотрубок в продуктах распыления можно достичь введением катализатора в графитовый стержень, а также изменением давления инертного газа и режима распыления. Эффективными катализаторами являются смеси металлов группы железа [18]. В катодном осадке содержание нанотрубок достигает 60 %. Образующиеся нанотрубки длиной до 40 мкм растут от катода перпендикулярно его поверхности и объединяются в цилиндрические пучки диаметром около 50 мкм.

Получение металл-фуллереновых плёнок в вакууме

Металл-фуллереновые плёнки обычно получают методом термического распыления в вакууме [19]. Поскольку фуллерены начинают сублимировать при температурах ниже 700 К, а температура испарения металлов значительно выше, то для получения плёнок используют два испарителя.

Концентрация фуллеренов в плёнках определяется скоростями поступления компонентов (атомов и молекул), которые регулируются температурой испарителей и их расположения относительно подложки. Температуры испарителей выбираются по экспериментальным зависимостям скорости испарения от температуры.

Электрохимическое осаждение металл-фуллереновых плёнок

Для получения толстых металлических плёнок с небольшим (менее 1 %) содержанием фуллеренов может использоваться метод электрохимического осаждения, при котором порошок фуллерита или раствор фуллеренов смешивается с электролитом [20, 21]. Для повышения однородности электролита используется ультразвуковой вибратор. Технологическими параметрами являются состав электролита, плотность и режим тока, мощность, длительность импульсов и частота сопутствующего лазерного излучения.

Получение полимер-фуллереновых материалов

Полимер-фуллереновые материалы получают следующими способами:

1) совместное распыление и осаждение компонентов;

2) смешиванием порошка фуллерита с расплавом полимера и последующим охлаждением полученной смеси;

3) смешиванием раствора фуллеренов с раствором полимеров и последующей сушкой [22, 23].

В зависимости от температуры, типа растворителя, соотношения количеств полимера, фуллерена, растворителя, степени перемешивания могут образовываться материалы разного типа. От режима сушки зависят пористость, внутренние механические напряжения, адгезия, размер фуллереновых ассоциатов и места их закрепления в полимерных цепочках.

Получение эндофуллеренов

Образование эндофуллеренов возможно несколькими способами:

1) внедрение ионов чужеродных атомов при ионной имплантации;

2) проникновение внутрь фуллеренов мелких частиц (протонов, дейтронов) с последующим присоединением электронов;

3) захват фуллеренами чужеродных ионов или атомов при больших амплитудах колебаний атомов молекулы фуллерена.

Метод ионной имплантации эффективен при получении эндофуллеренов N@C₆₀, Li@C₆₀, K@C₆₀, Rb@C₆₀, Na@C₆₀, La@C₆₀ [24, 25, 26]. Для получения ионов обычно используют стандартный ионный источник либо тлеющий разряд. Зависимости отношения количества эндофуллеренов к количеству полых фуллеренов от энергии ионного пучка приведены на рис. 5 и имеют явно выраженный максимум при некоторой энергии ионов, что указывает на существование «энергетического окна» для образования эндофуллеренов. Наличие максимума легко объяснить, исходя из простых физических соображений. При малых энергиях ионам не удается преодолеть энергетический барьер, препятствующий их проникновению внутрь фуллерена. При очень больших энергиях столкновение иона с молекулой фуллерена приводит к ее разрушению. Для ионов большего радиуса энергия, необходимая для проникновения внутрь молекулы, больше, поэтому энергия, соответствующая максимуму выхода фуллеренов, больше.

Рис. 5. Зависимости отношения количества эндофуллеренов к количеству полых фуллеренов от энергии ионов, используемых для бомбардировки фуллереновой плёнки: 1 — Li@C₆₀; 2 — K@C₆₀; 3 — Rb@C₆₀. E, эВ