مکانیزم رشد کربن نانو تیوب ها در روش CVD
ساعت ٥:٠٧ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٧/۸/٥ 

مکانیزم رشد کربن نانو تیوب ها در روش CVD  . فرض کنیم یک ذره فلز آهن به اندازه  قطر 20 نانومتر داشته باشیم. که گاز استیلن در دمای 1023 درجه کلوین از روی آن می گذرد. گاز استیلن در تماس با آهن تجزیه میشه:

 

C2H2 = H2 + 2C    Fe catalyst

 

در این واکنش دو اتم کربن از یک مولکول استیلن جدا می شن. اتم های کربن به تدرج داخل ذره آهن نفوذ می کنند و آن را اشباع می کنند. پس از آنکه ذره اشباع شد. اتم های کربن از داخل ذره خارج می شوند و کربن نانوتیوب به تدریج تشکیل میشه. حالا چرا کربن اول وارد کاتالیست میشه و بعد تیوب را تشکیل میده؟ این چندان مشخص نیست. اما چون شروع رشد تیوب با تاخیر هستش، گفته میشه که

اول ذره اشباع میشه

ما اینجا میتونیم با استفاده از قانون اول فیک در مورد نفوذ، سرعت نفوذ کربن در ذره آهن را حساب کنیم. واز روی اون سرعت رشد نانوتیوب را به سادگی حساب کنیم:

 

مقدار کربنی که وارد ذره آهن می شود = مقدار کربنی که از ذره خارج می شود

 

حالا اگر فرض کنیم سرعت نفوذ مقدار کربن وارد شونده را محدود میکنه، پس می تونیم رابطه زیر را بنویسیم:

 

سرعت نفوذ(گرم بر ثانیه)×زمان فرایند(ثانیه) = مقدار کربن ورودی(گرم)

 

مقدار کربن خروجی هم که مقدار نانوتیوب هستش:

 

جرم نانوتیوب (سانتیمتر مکعب)×چگالی کربن(گرم بر سانتیمتر مکعب) = مقدار کربن نانوتیوب(گرم)

 

با حل دو معادله بالا زمان فرایند به دست می آد.

پس سرعت رشد نانو تیوب که میشه: (طول نانوتیوب تقسیم بر زمان فرایند ) به دست می آید. البته اینجا فرض شده که سرعت رشد ثابت هست.  من برای دمای 1023 کلوین سرعت رشد نانوتیوب را به دست آوردم که در حدود 0.5 میکرومتر بر ثانیه بود. البته این یک شرایط ایده آله و قابل استناد نیست. اما این مقدار به مقدار تجربی نزدیکه. کربن نانوتیوب ها اغلب در همون لحظات اول واکنش تشکیل میشن و رشد اون ها عقیم می مونه. خیلی ها سعی کردند که رشد آنها بهینه بشه. و این کار هنوز هم ادامه داره. اما هزینه این کارها خیلی بالاست و به صرفه نیست. بزرگترین کربن نانوتیوب های ساخته شده در حد چند میلیمتر هستند که برای آزمایش خواص الکتریکی کربن نانوتیوب ها مورد استفاده اند.

 

 

 


کلمات کلیدی: