Russische Physiker Haben Gelernt, Nanoröhren "nach Gehör" Zu Messen

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Anonim
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Eine Gruppe von Forschern des Moskauer Instituts für Physik und Technologie hat ein Gerät entwickelt, das mit Ultraschall die Größe und den Adhäsionsgrad von Nanoobjekten in kolloidalen Lösungen misst. Die Forschung wird in der Zeitschrift Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects veröffentlicht.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben eine Reihe von Eigenschaften, die sie von anderen Materialien unterscheiden: extrem hohe Festigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit. In vielen Industrien werden Kohlenstoffnanoröhren in Form kolloidaler Lösungen verwendet, beispielsweise zur Erhöhung der elektrischen Kapazität in Elektrolytbatterien oder als Zwischenelement des technologischen Prozesses, beispielsweise zur Abscheidung von Nanoröhren auf einem Substrat. Die Qualität der Lösung und ihre endgültigen Eigenschaften hängen direkt davon ab, wie gleichmäßig die Nanoröhren in der Lösung verteilt sind, sowie von ihrer Größe. Mikroskopische Methoden werden normalerweise verwendet, um die Größe und den Adhäsionsgrad von Nanoobjekten zu kontrollieren. Dazu muss jedoch die Lösung hergestellt werden: auf die gewünschte Konzentration verdünnt oder getrocknet, was für die Express-Diagnostik in der Produktion nicht geeignet ist.

Um die Größe der Nanoröhren zu messen, entschieden sich die Forscher für die Ultraschallspektrometrie. Ultraschallwellen unterschiedlicher Frequenzen wurden durch die Lösung geleitet und an Schwebeteilchen gestreut. So erhielten die Wissenschaftler ein Dämpfungsspektrum - die Abhängigkeit des Dämpfungskoeffizienten von der Frequenz. Früher lernten sie, mithilfe der Dämpfung von Ultraschall die Größe kugelförmiger Partikel zu bestimmen. In dieser Arbeit beschäftigten sich die Forscher jedoch mit Objekten mit Längen-zu-Durchmesser-Verhältnissen in der Größenordnung von mehreren Hundert. Um Durchmesser und Länge von Nanoröhren separat zu berechnen, wurden die Zerfallsspektren in zwei verschiedenen Zuständen aufgenommen: gewöhnlich (chaotisch) und geordnet.

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Versuchsaufbaudiagramm

Dieser prinzipielle Ansatz wurde in einer Installation implementiert, bei der es sich um einen Kreislauf handelt, durch den die untersuchte Lösung zirkuliert. An einer Stelle verengt sich der Durchmesser der Röhre, wodurch die Nanoröhren in der Lösung beschleunigt und auf die Verengung ausgerichtet werden. Da die Röhre aus Gummi besteht, wurde durch Veränderung ihres Durchmessers die Verengungsbreite gewählt, um eine maximale Parallelität der Nanoröhren zu gewährleisten. An der Verengungsstelle auf der Rohrrückseite wurden ein Ultraschallsender und ein akustischer Sensor installiert.

Im orientierten Zustand hängt das Schwächungsspektrum nur vom Partikeldurchmesser ab. Nach der Berechnung des Durchmessers und dem Vergleich der Zerfallsspektren von chaotischen und orientierten Teilchen berechneten die Wissenschaftler auch die Länge der Nanoröhren. Die erhaltenen Daten wurden mit den unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops und eines Rasterkraftmikroskops erhaltenen Daten verglichen. Bei zwei von drei Lösungen unterschieden sich die Daten des Aufbaus kaum von denen, die mit Mikroskopie gewonnen wurden.

Der Leiter der Forschungsgruppe, Viktor Ivanov, ist der Ansicht, dass die vorgestellte Methode auch für andere Nanopartikel mit einem großen Verhältnis von Länge und Durchmesser, zum Beispiel Graphen-Nanoscheiben, verwendet werden kann.

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