Углеродная нанотрубка: история из первых уст Йошинори Андо

Abstract

Углеродные нанотрубки (CNTs) были удивительным образом получены как побочный продукт фуллеренов в дуговом разряде при постоянном токе (DC), а сегодня они являются наиболее востребованным материалом в нанотехнологии. Этот краткий обзор я начну с истории открытия CNTs и остановлюсь на углеродных нанотрубках, полученных методом дугового испарения в во- дороде, малоизученных вне стен моей лаборатории. Испарение графитовых электродов в дуговом разряде при DC в среде водорода приводит к получению хорошо упорядоченных многостенных углеродных нанотрубок (MWCNTs), находящихся в осадке на катоде. Полученные MWCNTs имеют очень маленький внутренний диаметр. Спектр комбинационного рассеяния MWCNTs показыва- ет высокую интенсивность в диапазоне G, необычную высокочастотную радиальную "дышащую" моду <nobr>570 см⁻¹</nobr> и новый характерный пик около <nobr>1850 см⁻¹</nobr>. Также в центре MWCNT были получены интересные углеродные нанопровода (CNWs), состоящие из линейной углеродной цепочки. Дуговое испарение графита, содержащего металлический катализатор, приводит к получению сетей одностенных углеродных нанотрубок (SWCNTs) макроскопического размера, находящих- ся во всей камере. Два вида дуговых методов были разработаны для получения SWCNTs: дуга из плазменного факела (APJ) и железно-водородная дуга (FH). Обсуждены некоторые новые методы очищения полученных SWCNTs. В конце обзора также описаны двухстенные углеродные нанотрубки (DWCNTs).

Carbon nanotubes (CNTs) were serendipitously discovered as a byproduct of fullerenes by direct current (DC) arc discharge; and today this is the most-wanted material in the nanotechnology research. In this brief review, I begin with the history of the discovery of CNTs and focus on CNTs produced by arc discharge in hydrogen atmosphere, which is little explored outside my laboratory. DC arc discharge evaporation of pure graphite rod in pure hydrogen gas results in multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) of high crystallinity in the cathode deposit. As-grown MWCNTs have very narrow inner diameter. Raman spectra of these MWCNTs show high-intensity G-band, unusual high-frequency radial breathing mode at <nobr>570 cm⁻¹</nobr>, and a new characteristic peak near <nobr>1850 cm⁻¹</nobr>. Exciting carbon nanowires (CNWs), consist- ing of a linear carbon-chain in the center of MWCNTs are also produced. Arc evaporation of graphite rod containing metal catalysts results in single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) in the whole chamber like macroscopic webs. Two kinds of arc method have been developed to produce SWCNTs: Arc plasma jet (APJ) and Ferrum-Hydrogen (FH) arc methods. Some new purification methods for as-produced SWCNTs are reviewed. Finally, double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) are also described.