Но эта обстановка имела возможность измениться в следствии изучения в Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) американского Министерства энергетики (DOE), где ученые создали диагностические инструменты, каковые употребляются, дабы продвинуть улучшенное и интегрированное познание основанного на плазме синтеза – обширно применяемый, но не хорошо осознанный инструмент для наноструктур. Ученые PPPL и сотрудники обрисовывают в общем в нескольких напечатанных работах, недавнее изучение, которое имело возможность оказать помощь развивать управляемую и отборную фальсификацию наноматериалов с предписанными структурами. Такое фундаментальное изучение имело возможность проложить путь к производству достижений во множестве индустрии.Неповторимые наблюдения
Бумаги информируют об неповторимых наблюдениях за синтезом в углеродной плазме, произведенной электрической дугой на месте, либо потому, что процесс разворачивается. Исследователи создают плазменную дугу между двумя углеродными электродами, создавая тёплый углеродный пар, складывавшийся из молекул и атомных ядер, каковые охлаждают и синтезируют – либо уплотняют – в частицы, каковые преобразовываются в наноструктуры, связывая совместно.Яркое наблюдение произвело «громадной ход вперед в понимании, как углеродные наночастицы растут в плазме, произведенной дугой», сообщил физик Евгений Раитсес, глава Лаборатории для Плазменного Наносинтеза в PPPL. «Мысль сейчас пребывает в том, дабы объединить результаты опыта с компьютером, моделирующим для улучшенного контроля процесса и использовать то, что мы изучаем вторым типам наноматериалов и синтеза наноматериала».Следующее – взор на три бумаги, каковые привносят что-то новое в распутывание не хорошо осознанного процесса синтеза дуги.
Помощь данной работы приходит из Офиса САМКИ Науки).Определение предшественников, каковые становятся нанотрубками.
Отсутствие от сегодняшнего знания – подробное познание предшественников нанотрубок, каковые организованы из пара на протяжении синтеза. Это ставит главную проблему перед предсказанием механизма для наносинтеза с углеродной дугой плазмы. Проливание света на данный процесс есть новыми открытиями в PPPL.
Изучение во главе с физиком Владиславом Вексельманом и сказало на шоу издания Plasma Sources Science and Technology, что, что руководит синтезом углеродных нанотрубок в легко, углеродная электрическая дуга – молекулярные предшественники, каковые включают «dimers» – молекулы, организованные двумя атомами углерода.Это открытие открывает дверь в улучшенное прогнозирующее моделирование наносинтеза в угольных дугах. «Это – первый раз, в то время, когда позванная лазером диагностическая техника была применена к этому типу синтеза», сообщил Векселмен. «Мы сейчас знаем, где и как предшественник организован в материале угольной дуги».
Помощь этих результатов есть моделированиями синтеза угольной дуги, проводимого физиком PPPL Александром Хрэбри. «Отечественные модели основаны на главной физике испарения, формирования и уплотнения наноструктур», сообщил физик Игорь Каганович, помощник главы Отдела Теории PPPL. «Мы используем это к экспериментальным результатам на месте развивать предсказания, каковые смогут быть проверены с предстоящими опытами».Такие прогнозирующие модели начали делать удачи. «Наличие на месте измерений, тогда как синтез происходит, есть весьма полезной помощью моделированию и пониманию», сообщил Брент Стрэттон, глава подразделения диагностики PPPL и помощник директора Плазменной Науки и техники (PS&T) Отдел что строения лаборатория наносинтеза. «Что данный проект шоу есть неспециализированной ценой опытов и моделирующий для углубления понимания плазменного синтеза дуги».Обнаружение роста наночастицы.
К потом такому пониманию исследователи должны осуществлять контроль производство частиц в размерах в пределах от миллимикронов всецело вниз к уровню атомов. Изучение PPPL сейчас выстроило и показало неповторимый настольный способ лазера для обнаружения на месте роста наночастицы. «Это изготовленное на заказ диагностический оказывает помощь соединить тайную плазменного наносинтеза дуги», сообщил физик Алексэндрос Джеракис PPPL, что проектировал технику и есть ведущим автором ее описания в издании Physical Review Applied. «Ранее не было никакого хорошего метода осуществлять контроль процесс».
Новый способ, полученный из предсказания Михаилом Шнейдером из Принстонского университета, обнаруживает частицы, каковые текут в и от электрической дуги. Техника замечает частицы примерно пять миллимикронов в размере и имела возможность употребляться, дабы измерить материалы, созданные вторыми формами наносинтеза кроме этого. Такое измерение на месте наночастиц на протяжении большого синтеза имело возможность продвинуть познание механизмов сзади роста наночастицы.Из-за чего некий синтез идет не так, как нужно.
Среди самых многообещающих типов наноматериалов углеродные нанотрубки единственной стенки, каковые выбросы угольной дуги смогут произвести в промышленных масштабах. Но главный недочёт к этому способу – примесь громадной части синтезируемого наноматериала, что включает соединение нанотрубок, углеродной сажи и случайных углеродных частиц. Основной источник этих недочётов – нестабильное поведение угольных дуг, PPPL отыскал. Такое поведение формирует два метода производства, которое лаборатория именует «синтезом – на», для чистой фальсификации нанотрубки, и «синтеза – прочь», для нечистых результатов. «Синтез в плазменных дугах образовывает 20 процентов на и 80 процентов прочь», сообщил физик Шурик Ятом, ведущий создатель результатов, изданных в издании Carbon.
В этих опытах Ятом применял простой способ синтеза дуги и заполнился, один из этих двух электродов – назвал «анод» – с катализатором и порошком графита и отыскал, что синтез был неустойчив, переключившись между главным синтезом – от метода и значительно менее неспециализированным синтезом – на методе. Изображения стремительной камеры, спектры эмиссии и электрические особенности продемонстрировали, что дуга затронула содержание анода конкретно в синтезе – на методе, но колебалась около полого анода в синтезе – от метода и была неспособна взаимодействовать с катализатором и порошкообразным графитом в.Команда кроме этого выстроила устройство изучения, дабы выборочно собрать синтезируемый продукт между этими двумя методами.
Оценкой синтезируемых наноматериалов была Рашель Селински из Принстонского университета, которая отыскала, что большинство нанотрубок было собрано на протяжении «синтеза – на» методе.Результаты продемонстрировали потребность в стабилизации дуги так, дабы это всегда затрагивало катализатор и графит для постоянного производства углеродных нанотрубок единственной стенки. Работа воображает пара дорог продвижение, в пределах от применения с более узкими стенками к жёстким сложным анодам для производства нанотрубок постоянным методом с меньшим числом нежелательных побочных продуктов.
Наконец, познание обстоятельства таких примесей очень принципиально важно для будущего изучения в PPPL и в другом месте. Тогда как ученые разрабатывают способы характеристики на месте для наноструктур, они должны осуществлять контроль поведение дуги и различать результаты, полученные в синтезе – на и синтезе – от способов.