Газетные листы из бумаги, обработанной каолином, можно использовать в качестве подложки для синтеза однослойных углеродных нанотрубок. Обработанные газеты можно складывать в стопки и использовать сразу несколько листов за один синтез, рассказывают ученые в статье с описанием метода в журнале C — Journal of Carbon Research.
Существуют разные методы получения углеродных нанотрубок, в том числе среди них популярен метод химического осаждения из газовой фазы (CVD). Для этого метода используют подложки с нанесенными металлическими частицами, выступающими в качестве катализатора. В изолированную камеру помещают подложку и подают смесь газов, один из которых содержит в своем составе углерод, например, углеводород. Из-за высокой температуры углеродосодержащий газ распадается на поверхности металлический каталитических частиц и на них начинается рост нанотрубок.
Этот метод достаточно широко распространен благодаря своему относительному удобству и гибкости, но также имеет несколько проблем. В частности, обычно для него используют дорогие подложки, которые, к тому же, нельзя складывать вместе, из-за чего за один цикл синтеза получается не так много нанотрубок, как потенциально могло бы.
Ученые под руководством Эндрю Баррона (Andrew Barron) из Университета Райса показали, что синтез однослойных нанотрубок можно сделать более экономичным и экологичным, используя в качестве подложки газетную бумагу. В качестве основного материала они взяли пустые фрагменты газет без чернил, предоставленные американскими газетами Voice of Asia, Pasadena Citizen и Rice Thresher. Листы этих газет при изготовлении подвергаются шлихтовке, при которой бумага пропитывается дополнительными веществами, которые, как правило, не позволяют чернилам впитываться слишком глубоко в лист.
Перед синтезом исследователи пропитывали небольшие фрагменты газеты (полтора сантиметра в ширину и восемь в длину) оксидом алюминия и нитратом железа, которые служат прекурсорами для частиц оксида железа. Затем листы прокаливали в печи, и после этого уже помещали в камеру для химического осаждения из газовой фазы, куда также прокачивалась смесь из водорода, ацетилена и водяного пара. В результате на бумаге образовывался углеродный сажевидный слой.
Исследователи изучили образцы сажи с помощью флуоресцентной спектроскопии и по спектру обнаружили присутствие однослойных углеродных нанотрубок. Затем вывод подтвердили с помощью рамановской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Анализ данных с микроскопии показал, что на графике распределения толщины нанотрубок есть два пика на уровне одного и четырех нанометров. Пик на четырех нанометрах, скорее всего, вызван агрегацией однослойных нанотрубок, а не образованием многослойных.
Интересно, что нанотрубки образовались только на фрагментах газеты Voice of Asia. Анализ показал, что в бумаге этой газеты в качестве шлихтового вещества в основном используется каолин, а у двух остальных газет он выступает в качестве дополнительного вещества. Исследователи считают, что это связано с тем, что каолин способствует образованию железных частиц, выступающих в качестве основы для синтеза нанотрубок.
Ранее ученые из университета Райса неоднократно занимались созданием графена из необычных материалов с помощью лазера. Например, они разработали методы создания графена из сахара, древесины, а также тостов, кокоса и картофеля.
Григорий Копиев