RU2225655C2

RU2225655C2 - Nanotube production process

Info

Publication number: RU2225655C2
Application number: RU2001131138/09A
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Ивашов; Б.Г. Львов; С.В. Степанчиков
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2004-03-10

Abstract

FIELD: nanoelectronics; nanotube production. SUBSTANCE: in order to ensure controlled determined production of nanotubes of equal diameters from 2 to 30 nm arc discharge plasma is exposed to perpendicular magnetic field of 0.01 to 0.9 T flux density at helium pressure of (3÷4)•10⁴ Pa, voltage of 20-35 V, current of 20 A, and electrode distance of 3-5 m, whereupon polarity of arc discharge is reversed with period of 0.1 to 2 s. EFFECT: provision for controlled determined shaping of nanotubes of equal diameters of tens of nanometers and smaller still. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области наноэлектроники, а более конкретно к способам получения нанотрубок.The invention relates to the field of nanoelectronics, and more particularly to methods for producing nanotubes.

Известен способ получения нанотрубок, включающий ионное реактивное распыление при высоком, несколько киловольт, напряжении в плазме тлеющего разряда, горящего в атмосфере аргона [Моряков О.С. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. - В 10 кн. Кн. 7: Элионная обработка. Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1990 - 128 с., ил., с. 34].A known method of producing nanotubes, including ion reactive sputtering at high, several kilovolts, the voltage in the plasma of a glow discharge burning in an argon atmosphere [OS Moryakov Technology of semiconductor devices and microelectronics products. - In 10 kn. Prince 7: Elion processing. Tutorial. - M .: Higher school, 1990 - 128 p., Ill., P. 34].

Недостатком аналога является неуправляемое стохастическое образование нанотрубок различных диаметров от нескольких десятков нанометров и более.The disadvantage of this analogue is the uncontrolled stochastic formation of nanotubes of various diameters from several tens of nanometers or more.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения нанотрубок, включающий термическое распыление электрода в плазме дугового разряда, горящего в атмосфере гелия. [Loiseau A., Demoncy N., Stephan О. // Science and Application of Nanotubes / Eds. D. Tomanek and R.J. Enbody. N.Y., 2000, p. 1-16.].The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing nanotubes, including thermal sputtering of an electrode in an arc discharge plasma burning in a helium atmosphere. [Loiseau A., Demoncy N., Stephan O. // Science and Application of Nanotubes / Eds. D. Tomanek and R.J. Enbody. N.Y., 2000, p. 1-16.].

Недостатком прототипа является также неуправляемое стохастическое образование нанотрубок различных диаметров от нескольких десятков нанометров и более.The disadvantage of the prototype is also uncontrolled stochastic formation of nanotubes of various diameters from several tens of nanometers or more.

В основу изобретения положена следующая техническая задача: обеспечить управляемое детерминированное образование нанотрубок одинаковых диаметров от нескольких десятков нанометров и менее.The invention is based on the following technical task: to provide controlled deterministic formation of nanotubes of the same diameter from several tens of nanometers or less.

Поставленная техническая задача решается тем, что на плазму дугового разряда воздействуют перпендикулярным магнитным полем индукцией 0,01÷0,9 Тл, при давлении гелия (3÷4)·10⁴ Па, напряжении 20÷35 В, токе 20÷30 А и межэлектродном расстоянии 3÷5 мм, затем меняют полярность дугового разряда с периодом 0,1÷2 с.The stated technical problem is solved by the fact that the arc discharge plasma is exposed to a perpendicular magnetic field by induction of 0.01 ÷ 0.9 T, at a helium pressure (3 ÷ 4) · 10 ⁴ Pa, voltage 20 ÷ 35 V, current 20 ÷ 30 A and interelectrode distance of 3 ÷ 5 mm, then the polarity of the arc discharge is changed with a period of 0.1 ÷ 2 s.

Введение в способ получения нанотрубок воздействия на переменное электрическое поле магнитным полем, вектор индукции которого перпендикулярен вектору напряженности электрического поля в заданных диапазонах изменения величин магнитных и электрических параметров, обеспечивает управляемое детерминированное образование нанотрубок одинаковых диаметров от нескольких десятков нанометров и менее.Introduction to the method of producing nanotubes of exposure to an alternating electric field by a magnetic field, the induction vector of which is perpendicular to the vector of electric field strength in the given ranges of magnetic and electrical parameters, provides controlled deterministic formation of nanotubes of the same diameter from several tens of nanometers or less.

Сущность способа поясняется фиг.1, где показана схема устройства, реализующего предложенный способ, которое содержит два электрода 1, 2, электромагнитный узел 3, который расположен таким образом, что его поле перпендикулярно электрическому полю между электродами 1, 2. Устройство содержит также источник питания 4 и узел 5 подачи гелия в межэлектродную область. Электроды 1, 2 изготовлены из любого токопроводящего материала, в том числе графита.The essence of the method is illustrated in figure 1, which shows a diagram of a device that implements the proposed method, which contains two electrodes 1, 2, an electromagnetic unit 3, which is located so that its field is perpendicular to the electric field between the electrodes 1, 2. The device also contains a power source 4 and a node 5 for supplying helium to the interelectrode region. The electrodes 1, 2 are made of any conductive material, including graphite.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В межэлектродное пространство осуществляют подачу гелия из узла 5 для подачи гелия при давлении (3÷4)·10⁴ Па, затем на плазму дугового разряда между электродами 1, 2 воздействуют перпендикулярным магнитным полем с индукцией 0,01÷0,9 Тл, при давлении гелия (3÷4)·10⁴ Па, напряжении порядка 20÷35 В, токе 20÷30 А и межэлектродном расстоянии 3÷5 мм. Затем меняют полярность дугового разряда с периодом 0,1÷2 с и воздействуют на ионы, образовавшиеся в межэлектродном пространстве лоренцевой силой, посредством которой осуществляют “закручивание” отдельных ионов и, в конечном итоге, образование конгломератов в виде нанотрубок диаметром 2÷30 нм и длиной до 100 нм, которые, в частности, могут быть и графитовыми.Helium is fed into the interelectrode space from a node 5 for feeding helium at a pressure of (3 ÷ 4) · 10 ⁴ Pa, then an arc discharge plasma between electrodes 1, 2 is exposed to a perpendicular magnetic field with an induction of 0.01 ÷ 0.9 T, at helium pressure (3 ÷ 4) · 10 ⁴ Pa, voltage of the order of 20 ÷ 35 V, current of 20 ÷ 30 A and interelectrode distance of 3 ÷ 5 mm. Then the polarity of the arc discharge is changed with a period of 0.1 ÷ 2 s and act on the ions formed in the interelectrode space by the Lorentz force, by means of which “twisting” of individual ions and, ultimately, the formation of conglomerates in the form of nanotubes with a diameter of 2 ÷ 30 nm and up to 100 nm long, which, in particular, can be graphite.

Воздействие на переменное электрическое поле магнитным полем, вектор индукции которого перпендикулярен вектору напряженности электрического поля в заданных диапазонах изменения величин магнитных и электрических параметров, позволяет управлять процессом детерминированного образования нанотрубок одинаковых диаметров от нескольких десятков нанометров и менее.Exposure to an alternating electric field by a magnetic field, whose induction vector is perpendicular to the vector of electric field strength in the given ranges of changes in the magnitudes of the magnetic and electrical parameters, makes it possible to control the process of deterministic formation of nanotubes of the same diameter from several tens of nanometers or less.

Таким образом применение предложенного способа получения нанотрубок обеспечивает управляемое детерминированное образование нанотрубок одинаковых диаметров от 2 до 30 нм.Thus, the application of the proposed method for producing nanotubes provides controlled deterministic formation of nanotubes of the same diameter from 2 to 30 nm.

Claims

Способ получения нанотрубок, включающий термическое распыление электрода в плазме дугового разряда, горящего в атмосфере гелия, отличающийся тем, что на плазму дугового разряда воздействуют перпендикулярным магнитным полем индукцией 0,01÷0,9 Тл, при давлении гелия (3÷4)·10⁴ Па, напряжении 20÷35 В, токе 20÷30 А и межэлектродном расстоянии 3÷5 мм, затем меняют полярность дугового разряда с периодом 0,1÷2 с.A method of producing nanotubes, including thermal spraying of an electrode in an arc discharge plasma burning in a helium atmosphere, characterized in that the arc discharge plasma is exposed to a perpendicular magnetic field by induction of 0.01 ÷ 0.9 T, at a helium pressure (3 ÷ 4) · 10 ⁴ Pa, voltage 20 ÷ 35 V, current 20 ÷ 30 A and interelectrode distance 3 ÷ 5 mm, then the polarity of the arc discharge is changed with a period of 0.1 ÷ 2 s.