+ All Categories
Home > Documents > SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON NANOTUBE ... · SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON...

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON NANOTUBE ... · SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON...

Date post: 18-May-2020
Category:
Upload: others
View: 8 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
14
Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006, 377-390 SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON NANOTUBE MATERIALS (REVIEW) V . Shanov*, Yeo-Heung Yun**, M. J. Schulz** *Department of Chemical and Materials Engineering University of Cincinnati, Cincinnati (UC), OH 45221-0012 **Department of Mechanical Engineering, Smart Structures Bio-Nanotechnology Laboratory University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45221-0072 E-mail: [email protected] ABSTRACT This paper provides a survey of synthesis, purification, and characterization of carbon nanotubes. Resent results obtained at the University of Cincinnati on growth and study of carbon nanotube arrays are presented and discussed. The reported achievements in this area will open up more applications for carbon nanostructured materials in many areas of emerging nanoscale science and nanotechnology. Keywords: carbon nanotubes, nanostructured materials, nanotechnology. Received 05 September 2006 Accepted 15 November 2006 TECHNIQUES FOR GROWING CARBON NANOTUBES The number of publications and patents on car- bon nanotube (CNT) synthesis is rapidly increasing. Still there are many remaining challenges that need to be addressed. One of them is the production of large scale and low cost single-wall carbon nanotubes (SWCNT) and multi-wall carbon nanotubes (MWCNT). Another field of interest comprises the pursuit of controlled CNT growth in terms of selective deposition, orientation, and pre-selected metallic or semi-conducting properties. Our understanding of the CNT growth mechanism has been rapidly evolving, but more consideration is still required to explain the variety of the observed growth features and experimental results. A significant amount of information covering these aspects of CNT research, along with other related topics can be found in [1-5]. There are three principal techniques to produce high quality SWCNT, laser ablation [6], electric arc discharge [7, 8], and Chemical Vapor Deposition (CVD) [9, 10]. Laser ablation and arc-discharge are modified Physical Vapor Deposition (PVD) techniques and in- volve the condensation of hot gaseous carbon atoms generated from the evaporation of solid carbon. How- ever, the equipment requirements and the large amount of energy consumed by these methods make them mostly suitable for laboratory research [9, 10]. Both the laser ablation and arc discharge techniques are limited in the volume of sample they can produce in comparison to the size of the carbon source. In addition, more impu-
Transcript

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

377

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006, 377-390

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATIONOF CARBON NANOTUBE MATERIALS

(REVIEW)

V. Shanov*, Yeo-Heung Yun**,

M. J. Schulz**

*Department of Chemical and Materials Engineering

University of Cincinnati, Cincinnati (UC),

OH 45221-0012

**Department of Mechanical Engineering,

Smart Structures Bio-Nanotechnology Laboratory

University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45221-0072

E-mail: [email protected]

ABSTRACT

�������������������� ������������������ ��������������������������������������� �������������� ���

��������������������������������������������������� �������������� ���������������������������� ���������

���������������������������������������� ����������������������������� �� ��������������������������

�����������������������������������������

����������������� ���������� �� �������������������������

Received 05 September 2006

Accepted 15 November 2006

TECHNIQUES FOR GROWING CARBONNANOTUBES

��������������� �������������������������

���������������������������������� ����������������

������������������������� ��������������������

�������������������������������������� ������� �

���� ���������� ���� ����������������������

������ ����� ���������������� �������!����

��� ������������������������������������ ������

����������������� ����"����������#���������#����

����� ���������� ��� � ��������������� ��������

��������������������������������������������

��������� ���" "���#������������������� ��� ���

�$��������%� ��������"���������������"�������

�������������%�������� ���� ����!������������������

������������"�������������������������������#

� ������������� ��������������������������&'�()�

�������������������� �������$�����������

����� $�� ���� �����#� ���� �� ����� &*)#� � ������ ��

���������&+#�,)#������������ �-���.����������-.�

&/#�'0)��1������ �������������������������������

2������ �-���.���������2-.��������$�����������

" "�� ������������������������������������

�����������������"���������� ���������3��

�"�#������$���������$����������������� ���������

����������������������������������4���������� �

������ ���� �������������&/#�'0)��5������� ���

�� ���������������������������$������� �������������

" ���������� �����������������������������

������6�������������������7���������#���������

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

378

Fig. 1. Schematic of a CVD reactor for carbon nanotube growth. (Sketch by S. Yarmolenko fromNCA&T State University)

���������������������������

����������������������

��� ���� ���� ���� ����� ��� ���

������ �� ��������� ���������

����������������������������

������������������� ������� #

�������� ������������������ �

�� ���������� �� � ����

�����

������� �-���.�����

�������� ������ �������� ���

������������� ��������������������������

��������������-.����4���������"���� ��������

��������� �����������������%�����������������

�������������������� �����������������������4��

� ��������������������������� �����������#������������

������ ���������������������#� ��������������

���������� ��������������������������������4��

���������-.���������������������$��������������

������� ����������� �#����� �������������������

���������������������&''#�'8#�'9)�������������������

���� ����� ���������������� �����������-.���������

���������������������� ��������������4���������

��$������������� �#����� �������������������

��������������������������7�����������������

��� ����������������$�� ������������������������

�� �����������" "����7���������#��-.��������������

�� ��������� �������6�#������������ �������������

���������������������� ����������������������

�������� �������������������:���������&'0)���-.������

�������������������������������������#����� ���#

����� ���#����6���#��������%���������� �����

���������� ����" "��������������������������

���� �� ��������� ��� ������� "�� ���� ���� ���#

���������������������������� ������������

�!������� ������������ ������������-.�����

�����������������������;����'���������������

������������������ ���������������������� ����

"����������"���������������������������������

����� ��"���������%���6������������ ����� �� ��"�

������������������������������������ �������

��� ���7���������#������������������������������

������%��������������� ��������������������

����������������������!����� ��� �������������

������������������������������� ����������������������

������������������������������������������������������

����������"�����$����� �����������������

������������� ����������;�#��#��������������

$���� �������������� ������7���������������������� ����#

�������� ���������<���#���#�-#��#� �#�=#�>#���#� #

3�#���#��#�?�������������������������� �����

� ����������������� �������� ��������������������

���� ����� �����������������������������������

������� ��������������&'@)��7�����������#����������

���������������������#����������������������

������������ ���&'()��������������������

���� ����� ����������������������������������

��������������������� ������������� ����� ����

������������������������������������������������

������-���1�$����� ����-1�������������&'*)�����

�� ������������������������������������������ ���

�������������������������������������������� �#����

������� ��������������������������������������

�����-.��������������������������"��������

�����A�����<��� 4�������������������������������

��� �������������&'0)��;�$���� ������������������

�� 4�������������������������� ��������������������

%���� � ���#� � �������%���� �! 8�8�#� ���� ��� ���

��������%�����������8������������������ ������ 4

����������&'+�8')���������������������������$����

� ��� ���������� ����� ���� ����������� ��������#

������������������ ����� ��������"����� ���������

������$����&88�8+)��B ���#������������� ���������

� ����� ������������������������!����"��������

�����������$������������������� ������������������

� �������������������������� 4������������7�������

���#�����������������������"�������������� ������

����������������� ���������������������������#

��������4��� ��� �������"�� ����"���� ��������������

��6��������������������������� ����� ������ ����������

������������������������������������#��������

���������������� ����"��������;����8���������� ���

��������������������������������;������� ��#������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

379

�������� ���������������������������:����������C���

���� ����� �������������@0���������������������

������������ ���� ��������������������������

80�����!��!; ���������C��������8���������������

���������������������������������������

������������������ 4�������������������

������������� ���������������������6��������

���������� ������� ��������������������������������

�������������� �����������;����9��������������D����

������E������������������6����� �������� �������

� ���������������������������������

��������������;������ �����������������

;�����8��

������������������������������

��������6���������������� �-���.���

������������������#������"��� ����������#

��" "������ ������� ���������������������

��������������� ������������������������

"�������������������6��������������

���� ��� 4���� ��� ���� � ������ ���� ���� ���

����#��������"����������6������� ����

�������� ����� ����&8,�9')��!������� �� �����

���� ����������#�����������������������

�%�����"� �#�������������������������4��

� ������������'#'00F�����������������������

�� ������������������

CVD FACILITY FOR GROWING CNT ATTHE UNIVERSITY OF CINCINNATI

!��C�������� ����������#�����

���;����@����������������G��"���������������

����� �������������������������������

&98)���������������� �6���������� ����"����-.���

��������������������������������<�������� �����#

����������������������������������������������� �

�������������;����@����������������������$���6�����

������������ ����������� ��������;����@�����!����

�������� ����� �����������������������������

�������� � ������������������� ���� ����������

������"�����������1!5-7C�����������������

���������������������������������������<��������#

���� ���#�������#��������#������������" "�����

Fig. 2. Substrate design: (a) Substrate design for growing of CNT arrays; (b) AFMimages of iron clusters on Si/SiO

2/Al

2O

3 multi-layered substrate prepared for CVD

of CNT arrays.

Fig. 3. SEM images of CNT grown on ceramic particles and or Si substrates: (a) bulk synthesis of “spaghetti” type CNT on powdered MgOsubstrate coated with Fe catalyst; (b) 50 mm CNT array grown on patterned with Fe nanoclusters Si; (c) 0.5 cm long CNT array grown on Siin collaboration with CVD Equip. Inc. by an UC optimized process.

(a) (b) (c)

(b)

Si wafer

SiO2 layer

Fe catalyst islands

Al2O3 layer

(a)

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

380

�����������������������������

��������������������������

��������������"� "�������������

������ ��������������� ������

����������������������3��

���������������������������

������� ������������������

����� ������������ !��

���������������������������

�������������������� ������

����� ������� ������� ��� �� �����

���������������C�������� �����

���� ���� �������� �� ������� 7�

�������#� ��4����������������������������

������������ ��������������������������� �� ������

�������� �� ������������������

�!��� �H����� �� ���������������H �����

��"�������� �������$������������������������� ��

�����-.�����#���������� ��������������������"�

����$�� ��������������������������$���������������� �

�������������� ������-.��������� ������ ���

��������� ���&99)������"�������������������������"��

������������������������#�����C�������� �����

�������������������������������H����� �� ���

���������#�-7�7���'000�2� ��900�����#��������

I��7������������������������������ ���������

�����������������������#������"�����$���4������

���4�����������������������������������������6���

�������������� ����������6������������"���� ��

����������$�� ��������������

PURIFICATION OF AS-GROWN CNTAND ANALYSIS OF THE PURITY

!��������������������$���� �������������

��������� ����� ����#������������� ��#�����������

��#���������������������� ����2�������������������

���������������� �%������������������������

�������������� �������"� ������� ����������������

������� �%��������!������������������ ����������

��������������$���� ���������������������!�������

��������� �������������#����������������� �����#�� �

�����������������������6���������B����"��������

%������� ��� � ������� �������� �����������;��� �#

���� ������������������ �������������� ������������

�� �����4������� �������������������������������

��� ��$���� ���������� �������"�������������

��"�������������������������������� ��

�������������������������������������D����

������� E����������&'/#�80)������������������� ���

��� ������������������" "�������������������������

�� ��������������������������������������������

����� ���������������������������� �����������������

��� �� ���������� ��

!��������� �����������D��E�����������

������������������������� �������������������

%������� �98(�@8(J��� ��� ��� &9@)�� 7�� ��� �������� �

�������������������������������$����������� ����� ���

��� �������"���������������%������������ ��������

����$����#������������������������%�������������

����� ������� �6�� ������������%����������������#

���������������������� ���������� ��

G������ ���%� ����D��E�� ���������������E�

��������������� ���#����������#��������������� ������

������������������������� ����������������������

Fig. 4. CVD system for CNT growth: (a) controller and furnace, (b) quartz tube in furnace.

Fig. 5. UC plasma system for CNT purification

(a) (b)

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

381

2 �����������������"� �������������������

�������������� ���������������������������������

��������������������������������� ����������������

����������� ��������&9()��3��"�#�� ������ ����

����������������������������������������������

��������������������"�� �������������������

����������� �������������������������������

��� ��<���"����������������#�� ����6���������������

�������������������������������G���.�����C ���

����#�27��� �� ����� ��������� ������ ����� �����

�����������;����(���!������� ��������������������

���������� ��������6���������������������� ��� ��

"�� ������&9*�9/)�

����������������������������������������

�������"���������� �������B!���5�������������

���� �������������'000J����"���� ��������������

������ ������������� ����� ����������������� ����� �

��"�����%������2������"� �����������������������

���� ������������������ ����� ��������������������

�������������� ��90�K������������� ���� ���������

������������B�"������� ��� ����� ��B!�� ��� ���

$���� ���������������������� �������� �������������

������������������������������������ ������"����

���������� ��������������������#�����%�������

������� ����������������� ������������ �����������B!

����������������������������������6�������������

���������������!��������������������������

���������������������������������������#���

���������������������������������� �������

������������#��������� ��������� ������ �����

�� ��@00���!��������������� �������� ��#���������������

���������� ���������������������������

���������������������� ��%���6������

��"���� ����8��;���� *�� ����� �����B!

��"����������������������6����������

���������G������������������������������

���� ���� �� ��������� ��� ��� ��� �� �

@00������������������ ��������

����������

���������������������������

�������������������� ���������� ��

�� ���� $�� �����"�� ����$���������"�� �����

��$������"�������������������������

�������� �������$������������������������

������ ��������� ���� ������� ����

�������������������!�"��������������

���������������� ������������������

����� ��7?�� ���������� &9@)�� 7�� �������#� ���

?������������������� ����������������� ��� �������

�������������������������� ���������������������

���������������������������������������������

��� � ����������������

CHARACTERIZATION OF CNT

����������������������� ����"����� �������

������������ �������'00���������#���������4��

�������������6�������� ������������$�����������

�������������������

������������� ������ �� ��

������� ��������#���������������#����

�������������������� ���"�� ������������������C ���

��� �������������������� ����� &*#�'0#�'+#�',#

89�8*)��!������������������������C�"������� ��C

�C�C �#�������������������������������������� ��

���������������"����������!�����������������C�C

����������������������������"����� ���!�;C7�L1�

90�C�C �;CB���������2�� ���������������� �����

������������� ��������������!�����4�������� �

������������������ ����������� �����������������

���� ��������� �������'�8�'�(����!� ������������

�������������� �����6��� ����������� ��� ������

��.�������� ������"���������� �� ����������

����������4�� �� ����"���� ��������� ������������

����#�����C�C ���������������������������������

��'���80����B���������������������������������

���������������� ����2���� ����6�����������������

Fig. 6. TGA of a CNT array synthesized and purified at UC. Starting mass of the CNTis 3.371g.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperature (���

Per

cen

t o

f S

tart

ing

Mas

s (%

)

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

382

���������������������� �6���������������� ��������#

��������������� ������������������������ ��������

���������������������������������������������

������ ���� "�� � ������ ��� ��� ���"��� ������ �

���� ������� �������������������������� ���

������������ �������������� ���������

���G��������������������C�C �������������������

�������� 4������������������������������������

���#����� ���������� ��� �����������������������6��

����� ����������������C�C �������������������$����

�"�� � ��������������� �������������������������

������������D���������E����������� ���������������

7���������#����������������������������� ����������

������� ��������������������������� ��

�������� ����������� �������������������

����� ���������%������������� ����������������

����"�������������������� ���������������� ��

6����������������#�� ��������������������������

����� ��� ���������� � ������������� � ����� �����

�������������������������������� �������������

���<��4���������������������,�'0���#����� ������

" �������'0�90�I-#����������������������������

0�/�'�9������������������;����*������4������������

C�C ����� � �������������������������������

� ����������� ������������������;�� ����� ��������

��������������������������� ��������"�� ��������

���������������'�M�� �������8�9������������

�������#��������������������������������������������

��������������������������������������������������

�����"������������;����+�������� ���� ������ ���

�� ������������������ �������������������

���� ����� ����C%�����"�� ���� ���� ��� ������� �� �� ���

��������#����������������"���������������������

�������;����+�����������������������������������

��������� ��������� ������������#��������������������

�� �������������6������������������ ��������� ����7����

���"�������� ���������������������������

������ �������������������������������������������

�����������"��������4��� �������������

����������������� �� �����������������

�����;������ ���������������;����,��;����,�����"�� �

���������������������������� ���� �����������������

����������������������������� �����������������

�������������;����,����������� ����"������������

������������������������������������

!�������"������������� ����� ����

���"������ �� ������������������� �� ���!����

;��� ��������!; �#��������"��������������

�������������������������������������������������

�"�� �� �����������������$����&'0)�������� ������

�����������������!�����;��� ���������!; �

����������� �����"���������� ������"����������

"�� ���� �������������������������������� �

���������� ������ ������ �� ��

3����?�� ����������������C ����� ����

�����3?�C ������������������ ���������������

�"�� ������������������������� ���� ������� �����

���#��������������� �#�������������������������

������ ��&,#�/#�'(#�'+#�',#�80#�@0�@8)��7���������#����

� ��������������������������C ��� �������������

����������������������������������#��������������

� ������������������� ����� ����&'@#�89#�8@)�

7�������������C ����� ������#��������� ��

����������≤ �800��������4����������������"���������������� ��������#�������������������� ������

Fig. 7. SEM images of “as grown” SWCNT on alumina particles supported Fe-Mo catalyst patterned on Sisubstrate: (a) SWCNT at magnification of x 130,000, (b) SWCNT grown between catalyst particles atmagnification of x 50,000.

(b) (a)

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

383

Fig. 8. ESEM Images of CNT arrays grown at UC by CVD on a multilayered Si substrate usingFe catalyst: (a) CNT array on non-patterned substrate; (b) Selectively grown 0.5 mm towersof MWCNT on patterned with catalyst substrate. Growth conditions: 200 SCCM of H

2 flow,

200 SCCM of C2H

4 flow, 100 SCCM Ar flow through a bubbler with water, 750 C growth

temperature, 30 minutes growth time.

Fig. 9. High Resolution TEM images of CNT synthesized at UC: (a) MWCNT with 15-20nm outer diameter and 7 nm inner diameter; (b) Double wall CNT found with about 5 nmdiameter.

Fig. 10. Internal structure of the CNT by TEM: (a) Multi-Wall CNTs with encapsulatedcatalyst particle; (b) Lattice structure of the catalyst particle is visible.

2 nm scale bar

(b)

5 nm scale bar

(a)

20 walls

10 nm scale bar 5 nm scale bar

2 walls

(a) (b)

��������������������������������

����������������������������!

��������� ������������ ����������

���������� ����� ������������ ����

����� ��.���������� �����������

��"��� ��� ��������������������

���������������������������������

�������������������������������

�������������������������� ���

���� ���� �������������� � �����

���������������� ��������

�������� ��������������������#����

����"�� �������������������������

������������� ����������� �������

� �������������������������������

���������� ���!�� ���������������

����� ��������������� ���������

������������������������������

�������������������������������� �

���� ���� ��� ������������������

0�8���������������������&@')�

���������� ��������������

������������6������G�������%���

����� ��� ��3?�C #� NC�1� NC �

80'0#�����������800�I-��;��C

�����#�������������������������

"���������������������#���������

���������������� �������������

���� � �������������� ���� ���� ��

��������������� ���������� ��

���������������������"����#����

�����������������������������;���

/�������� ������3?�C ����������

80� �� � ����#� ���� ;���� /���

���������� ���� �����

���������� ��������������

������������������������������

� �� ���"�� ������;����'0#���������

������� ��������� ��������� �������

"�� �������������� �����

����������� �� ��

���?��������������

�����$���� ����� ���������������

$�� ������������������������&80#

8'#�8+#�@9)���������������������#

��� ������������������#�����������

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

384

"������������������ ������������������$���&,)��7��� ����

"������������������������������������� �#����

������������������� ����������������#� ���

� �������������������������������?�����������$��

�����������$�� �����"������$���������"����� ����������

��������������������������� �������"������������

���#� ���������� ���� ������ ������� � ������#��

��� �������������� ���������������������������

������������������������������ ������������������

����������������������"� �������3��"�#������ ����

������"� ��������������������������������������� ����#

������������������������ ��������?����������������

�������������?����������������������������������

������ ��� ��� ���������������������������������

����� �������������������������� ��� ���������

����������� ������?�����������4������ �����"�����

�����������#����������� �6���������������������

���� ��������������������������������������������

��"�����������������?�����������$�������������� ��

���������������������&@@�@*)�

���?�������������������������������

���6������������������������ ��%����������"� �����

�� *98�,� ��� �3�O��� ����� � �� ('@�(� ��� �!� ��

���������������������������������������������

�C P�C ������������������������� ��"���������

���?����������������������������������������

���������%�����������������6������� ���'00O8(0

���'�#��������������900O'900����'�#�����������'(00O

'*00����'����$��������&,#�80)�����������������������

������ ��� ���� �������� �� ���� ����� ���� �4�

������������������&80#�8+)�����������

������ ���������������������������&@+)�

�����������$���������������������������

��������������4������'(,0����'#����������� ��

�����'(@0����'���������� �������������������

��������������������������������������#�������

�����������4�����������"���&80#�8+)��7������������

������ �#� ������ �� �������� ����� ��� ���4�� ��

�������������������.����4#����"��������'900����'

����%�������������3����� ���������'9(0����'�����

���������!���� ���������.����4����� ���������������

��������������� &8')������������� ��� ����B����4���

�����'(,0����'#��������������������������������� ���

"����������������������������&@9#@,)��7�����������

����$!� ���#���������������������������4���������'(@0

���'����������������%�������������� ���� ��������������

������������������&8+#�@/)��?�����������.����4������

B����4���"���������������������������������������

����������������������&8'#�(0)��!���� �7.P7B����#

������ ����������������0�'��0�8#�����������������������

����� �"� ������������������������������ �#������

��������������� ������� ����$�� ����&@9)�

����������� ���������������������������� ��

��$�������������������"�� ��������������������

�������'00O8(0����'�&80#�8')��2������� �������

���4�������'/'�����8'*����'���������������������

�����������"��������� ����������� ���������&@/)#

������������ �� ���"�� �����������3����� ����&8+)�

������������������� ����$�������������� ��������

����������������������������������"� ���������7�

����� #�������$����������������������������������

��������������������������������������!���������

�����������$������%�����������������4��������

��"��� �������� ���������������������������

5������� �����$������%� ����'��Q�889�+(P�� ����#� ���

�������������������������������������&(')�����

�� �� ���������"� ������ �����������������������������

�����������������������4������������@00���'000

���'�������� �����"���������� ���� ���������������

��������������%����������"� ��������*98�,���������� �

���� ������������������ �������������������������

&8+#� (8)�

7������������� ��������������������%�������

�������3����� ���#�����$� �����"�� ������� ��������

��������������������������'*80����'�����������������

������������� ����� ����������7���������#���������

����� ��� ����������� �� ����������� &8+)������?����

������������������������������� ��-.�����

�������������������� �� �����������$� �������4���

'(,+� ���'� &8+)�� ���� ���"��� �������4����� '99+

���'����������������%�����������������"����������� ����

�������� �������������������� ���"� �� ������

�����������2����������4�������� �������������

������������"����&8+)��!������������ �������"�����

�������� ����$����������������� ����� ������

&(9)��1����$�������������������''(�����880����'

����������������������������������������������

�����%������������������ ���� ������*+*���������

����� ���� �� ('@����������� ���� ��������������

�����������������"���� ��� ��������������������

�����6��������� ����� �������������%�����������

������ ���� ���� ������ ������������ �� �%� �� ���

��������������������'@00�'+00�����'�����������"����

���������������� ������������������������������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

385

���������������7������ ������%���

�����������������������'�+����

'�/��-#�������������������"��

�������'@00�'+00����'���"������

��� ����#� ��� ������ �����������

���� ��� ���������� 7�� ���� ����

�%�������������������"��8�8�-

� �� �� '�(�-#� ���� �������

���4��������"����������'@00�

'+00����'���"������������#���

�������"��������� ���� ��������

������������������������&(@)�

!�� ��-���?���������

������������ ������������

���������������������������6��

���G�������?���������������

���������8(0������� � ����������

�����;�����('@�(���� �����%�

�������#�',00� P�������������

(0������� ��������#�����������

�� �������������(�(����'������

���������� ��� ��� �������� �

?������ �������������

� �����.�������#������������

� ��������������������7������

����� ������ � ���� �� ���

��������+0J�������������������

�%�����"����������� ������7��

����������������� ����������

����� ���������������������

���� ��� ����������� ����4

�������!�?���������������

0� �� 900� ����'�� �������� ��

���� �������D���������E�������

������ ��������6��� ���G�� ��

��������;����''��!�����������

�� ��#������ ����������������

�������� ���� �������� ��"�

��������<�%�����'��Q�889�+(P�

������ � ;�� ����� �$������ ��

����� �� �� �� ���� �����������

������ ������ ��� ����� �� ��

�����'�8����

! ������������������

��������G������� ����������

�6������?��������������������

���� ���������������������"��

Fig. 11. Raman spectrum of CNT grown at UC from alumina supported Fe-Mo catalyst on apatterned silicon substrate.

Fig. 12. Raman spectra of aligned CNT arrays.

���

���

���

���

���

���

���

��

��

����

� �� ��� ��� ��� ��� ��� ���

���������

�� �

���

������

��

� �

����

����� �������������� ��������� ���

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

Inte

nsity

(arb

. uni

t)

Raman Shift (cm-1)

Irregular sample Square Sample

MCNT - samples-08/12/2005

1350

1586

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

386

������� ��#������������� ���������������$���������#

������� �6������������ ������������������������

������� �%�������������������������"���������� ����

������� �����������?����� ��������� ���� � �����

���������������������;����'8��5�������'9(0����'

�.�����������'(,*����'��B����������4�����"�������

������������������������ ����7���������#������4�����

�����'*'(����'��.P�������� ����������������� ��

������B������

�����%�������������������.���������4������

�� ���������������������������"�� ������������

����������&((#�(*)��������������������������������

�������������������������������������� �����

���������������������������������� ���"� �� ������

�� �6����� ������ �� ���� ���� ����� � ��� ����

��������������������������������������������7�

���� ������������������������� ��������� ���������

�����"������ ������������� ���������������������

Fig. 13. CNT array: (a) 1.4 mm CNT array with (b) alignment shown schematically.

Fig. 14. Large area CNT arrays grown at UC with a novel substrate preparation approach andCVD process: (a) The UC logo made by selectively grown CNT array on a Si substrate; (b) and(c) Large area CNT arrays grown on a Si substrate.

Carbon Nanotube Array

Carbon Nanotube Array

Substrate

(b) (a)

(c)

(b) (a) �

����������

�����������.����4��7������������

���������.����4��������������

���� �����������������������

�� ��� ��� ��� ������ ��� &((�

(+)����������������� �������

�������������������������

�����#� ���� ���� ��������

�������������"������������

������������.�������!�������

�������"�� (0�*0������������

���������������������� �������

���������������������� ������

�� ���������������������

�%� �����������?����� �����

����������������.�������

���� ��� ���� ���� ����� 90

���������2�������� ���������

���"�������� ����������������

.����4� &(,)������ ����.����4

����������������������������

���������������� ��������������

���#�����������������������

������

GROWTH OF MILLIMETERLONG MWCNT ARRAYS

�������� �����������

���� ����� �� ��� �4� ��������� ����� ��� ��������

B������������������ ������ ������������

�����"� �� ��"���������� ���� &((�(+#� (/�*()�� 5� ����

�������������������� ��� ������ ��������������

�� ������ �������;����'9���%���6�����������#���������

��������������C���������������������� ��������

�� ���! � ���#����������� �����$���� ��%���6����;��

�� �#������� ���������� ������� �������4��������

��������������������������4������������! 8�9�

������������������� ����� ��-.�������38�

�83@�3

80�!�������%�������+(0��������C��������

�������&*()������������������������������6��

����������������H ��&*@)��!������� ������������

����#���� ��������������������������������#�� �

�����������������6���������������� ��������"��(

��������������;����'@�

5�����������"� �������������������������

�����-.���������������� ������� ������� �����

������������������#������������;����'@���#������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

387

�������� ����������"�� �������������������������

���;�����'@��������'@����

CONCLUSIONS

�����-.�������$������������� ���������

������������������������ ���������������� �����

���������������������������������� ���������"���

��������������������������"��������"�����������

��������#����� ��������������������������������

������������ ����������������6������������������

"����� ��� ������ ����������"��(������� �����

�����������������������4������������������������

���� ������������������ ��������������������

��� �������������������������������"� �������

��"������������ �#������#���������"����"�����

Acknowledgments

��������������&�������������������������

'������� (�������) ������� ������#(!*+,*-./0�'�

12��(����������������� �������3'�0����� ����� ����

'��������(����������������������� ���������������

����������0���������4�� 5!3��������'�����������������

� ��������� ������&��������6��� ���)����'��� ���

������������������������ ������������0�4��#���

�������$��������������������7��8 ���������7���������

1)�"9#"#��:����!5�������1)8�����������������!

���������'��

REFERENCES

'���!��������������������������#� ?������

������2��������#����#���� �"��#�N�#�?�����#

N�#�>��#���#�! ��#���#������ #�5�#��2����� "����#

8000�

8����������������?� ����� ����� �#� ?����������

2��������#����#�?�#�!�#�2����� "����#��800'�

9����������#�;� �����#�����������������.���

����� ����#� ?�� ��������� 2��������#

?�����#�N�#�;�������#��#�B�������.�#�1�66�#

.������?���#��?�#����#�2����� "����#��800'�

@����������5�����.�"����#� ?�����������2�����

����#�5����#�2�#�?��#���#��� #�.�#

I��#�B���#�- �����#�2����� "����#�8009�

(��!�"������ ����������������#� ?��5� ����#

.���� ����#� �#���#�@#�800@#�89+�

*�������#�!�#�1��#�?�#���4 ��"#�2�#�.��#�3�#�2����#�2�#

?���#�N�#�L�#���#�1��#�=�3�#�I��#���B�#��?��6 �#

!�B�#��� ���#�.���#��������#�B�C�#���R��4#�.�#

;�����#�N�C�#�������� ��#?�C�#������ ����?���

�� ��� ����������������#��������#�8+9#�@,9#

'//*�

+��5������#�.�#�I����#���#�.�-���#� �#�B���#�B�#

��"�#�?�#�����5����#�?�#���� ������ �����B���

��������������������� ���� ��!������1���

�� �#������#�9*9#�*0(#�'//9�

,��N����#���#� ���#���I�#�5����#�2�#�1�����#�!�#

����� �#� �#�1�����#���#�.�����#�2�#�1��#�?�#����

;�����#� N�C�#� 1������� �� 2������� �� ���� �

�� ������������������������C ������!�������

��$��#������#�9,,#�+(*#�'//+�

/������� #�!�#�?����4��#�N�#�I��#�N������.��#�3�#�1���

��� ������������������ ���� ����������������#

N��2�����������5�#�'09#�*@,@#�'///�

'0��1��#�N�#�;��#��������.��#�3�#�?������!�"������ ��

��������;������������������#� ?��5� �

����#�-��8/#�@#�88@#�800@�

''�� �����#�.�#������;� ��.�������<�2����� ��� ���

2������#�'������#� ��B���3� �7���#�����=4#�'//(�

'8��3�������#� ������N�����#�I�#�������� �-���.���

�����<�2����� �������!�� �������#�!��������2���#

'//+�

'9��������#�!�#�������� �-���.���������� ��

�� �������<�2����� ��#������ �������!�� ��

������#������2�� �������#�'//,�

'@��I����#� �#�����#�>�#�5��#�L�#�B�#�N�#���������#�C�#

���� ����� ��!���"�����4� �S''0T������������B���

����������� ����������#�!�� ����2�������1���

���#�-����#�'0#�'8((#�8000�

'(��1��#���#�����2�4#�N�#�B���� �� ���5����

����������������������������� ��������

-���.�������#�!�� ����2�������1�����#���#�8'#

99/+#� 8000

'*������#���#�.���#�L�#�3����#�L#��B��#�>�#�H�#���#�1��#

��#�����;��#���#�C������"��B������5��������

��������#�������2�����1����#�9(*#�8(@#�8008�

'+��1�#���#����#�N�#�����?��#�>�#�C�������������������

B�����������������������������������������

�� �-���.�������#�!�� ��2�����!#���#�9/+#�8008�

',��1�#���#����#�N�#���#�=�#�����?��#�>�#�C��������B��

2������ ��B���� ���� �������� �� ����

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

388

������������������� �-���.�������#�!�� �

2�����!#���#�8(/#�800'�

'/��1�#���#����#� N�#� �������#� #� ����?��#�>�#�� ���

.�� ���� �������������������������6�����

�-.#�������� �2�������1�����#�9*,#�8//#�8009�

80��� ��#�N�#��������#���#�1�����#���#������ #�B�#

�� ���#�7�#�I���#�>�#�;�����#�!�#�1�����#���#����

����#�N�#�1������� ������������������ ���� ������

������������������� ������������ �-���.���

���������-.�� ����#�������� �2�������1�����#

9'+#� ,9#� 8000�

8'��B���#� N�#� �����#���#� �������#�.�#� ������#� �#

N����#�5�#��������� �#�!�#�������������3����2��

�������� ���� ��������������������3����=�� �#

������������#�8***#�8008�

88����#�=�#�1��#�=�#�����?��#�>�#����� ������!���

5����� �� 1�� ����� .������� ! ������ ����

��������#�����1�����#��#�'#�'0+#�8009�

89�����#�N�#�3����#�>�#�����#�.�#�����#�N�#�=���#���#�?��#

>�#�����#� N�#��� "��#�1�#�I ����#� N�#� ����?���#� �#

B���� ������������6�������! ����������

������������2�����������4� ������������G���

��������;� ��#�N�� �����?���#���#�''#�98@*#�800'�

8@��5��#���#�>��#���#�>��#���#�����#�.�#�����N��#

�#���� ����������B����������������������

����"��2 ������������ �-���.�������#

!�� ��2�����1����#���#�'8#�8+*+#�8000�

8(��;��#� ��#����� ��#�B�#� ;��4 ��#���#���� �#���#

����� #�!�#�����.��#�3�#��� �����������?��� ��!�

�����������������������������;�� ��C����

����2������#��������#�8,9#�('8#�'///�

8*��I��#�N�#���#�3�#������ #�!�#�H����#���#�����.��#�3�#

���������� �� 7���"���� � ���� ���� ��� ����

��������� ��2�������� �� ���������#������#

9/(#,+,#� '//,�

8+��1��#���#�I��#�.�#�1��#���#����#�=����#�2�4#�=�#

I��#���#��1��#�=�#����#���#�1��#���#�I��#�N�#����#

=��B�#�����I��#�N�#�������������G�����.������

�����������������������1����!������������

������� �������� �������� �-���.�������#

!�� ��2�����1�����#���#�'8#'+8'#�'///�

8,�����4�����#���#�����#� ��#����#�5�#�!A����#�2�#

��� �!�#������I���#�?�#������� �;�����������

�� ������� �.������� ���2 ����������������

���������#�N�� ���#�?���#���#�'0#�8('(#�8009�

8/��>��#�3�#�L�#���#���#�.�#����#�5�#�-�A���#�?�#����

!A����#�2�#�.�����������������1������� ���� ��

�������������������#��������#�8/*#��,,@#�8008�

90����#�1�#�1�#�=�#����#�5�#�1����#�N�#�L�#���#�������#�.�#

2�������������������������������; �����

���� ���� ����#�����#�9,#�'/99#�8000�

9'�������#���#�H������#���#�5����#���#������#�2�#

I�� ��#�7�#�I���� #�!�#��������� �#�!�#����������

������������6����������������������2�

������ ��� ����; ���������� ���� ����#� N�� 2����

������5#�'0*#�'0/'(#�8008�

98��;������#�7���#�C��������G���� ���� #�2� ����

����-�����'0P'*P08#�((+'�C4�� ����#�������5��

���#��!#�/9'''#�8008�

99������"#�-�#�?�������#�?�#����������#�?����#�C�����

��2� ���� �������; ����������������.���

���� ;� ��� ��������6��� ��� ����"�� 2 ����

�-.#�����������������'0(����!���� � ����������

C%�������������!��������������������#�7���

"���"��2�������������������������������#�B �����

�������������-77#�!�� �8+�90#�����"� �#�����

������#�8009#�����������#��'(@#�8,9#�8009�

9@�� 3����#� ?�#� ����� #� N�#� ?��6 �#� !�#� ���

2���������4�� �#�;�#�2��������������������

�������������������#� ?��5� ����#���#�@#�8(8#

800@�

9(��3����#���#����.��#�1�#�2 �����C���������2�������

���� ������� ����������� ��! ����������

��������#�N��2�����������5#�'0*#�9(@9#�8008�

9*��3�#�2�#�5��#���#�=���#�H�#�1��#���#����������#�3�#

� ��������2�������������������������#����

��#���#�,'#�800'�

9+��>����#�5�#�1�#�=�#�����1��#�N�#��-.��������������

2���������������� ���� ������������������

!��� ������������� ���#��!�� ��2�����!#���#�9@(#

8008�

9,��3�����#�I�#�;�����#�!�#�����#�N�#�5������#�.�#

?���#�N�#�����1����#�!�#����� �������������������2��

������������������������#����������� ��� �#

++#�9'#�'//*�

9/��.� �#�!�#�B������#���#�N���#�I�#�! ����#�N�#�2�� �#

2�#�����3����#� �#�!����� ��������� ����2�����

������������ ���� ���������������� �����

� �#�!�"������� ����� �#�''#�'*#�'9(@#�'///�

@0��� ��#�N�#�1�66�#�.�#�I�4 ���#�!�#�3�������#�N�#����

B���#� �#�7�������������������6������� �

��� �����������.�������� ������ ��;����������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

389

�������������#� ?��5� ����#�8/#�@#�8*(#�800@�

@'�� ��������6����� �� �������#� 1�����#� ?�#

5��������3��������#�����'*#��8,@#�'//9�

@8��N��#�N�#�C������#�C�#����� �#�.�#�1"�#�1�#�2���N�#����

���#�B�#�3����O=�� ��������������������� ���

����������������������������5���"���������2������

�����C ������;�� �#�N�� �����?���#���#�''#�8(,0#�8009�

@9�������#���#�������#� �#�I6� #�I�#�I�� ��#�7�#����

��� �#�!�#�����������2���������1������� �

! �������������������#�������� �2�������1���

���#�9+8#�,*0#�8009�

@@��3����4���?��������������<�;������?��

������1������������2�����1���#�1����#�7�#����

C�����#�3�#�� ��� �.�44�#����=4�#�800'�

@(���6�����4�#�3�#�?��������������<���������

2������#�2 �����2���#�����=4#�'/*+�+0�

@*��?��������������� ��������� �!�� ����#� �

����#�?�#�N����� ���U����#�����=4#�8000�

@+��5�������#�I�#������������#�.��G�#���������6��

��������2���������!������� ��B���.�����E#

���.����������.������ �4��;� ��������������#

� ������#�?�#�3��#�1�#�!����#�N�#�����I�� #�2�#

2 �����2���#�����=4#�*++#�'//'�

@,��C4 ���#���#�3 ���#� �#�����N����#�!�#�-�������

���� ���������������V� ���������� ���

����#�����#���#�+#�/(/#�'//(�

@/��?�#�!�#�?�����#�C�#�5����#���#������#�5�#�C4 ���#

2�#��� ����#�I�#�;���#���#��������������#�I�#� ���#

�#������#�!�#� ��� ��#�?�#�.���� ����#�B�#� ���

.���� ����� ����#�.��������� ����"��?����������

���������-������� � ��������������������#

�������#� 8+(�(8/+�#� ',+#� '//+�

(0�����#���#�>����#�2�#�=��#�I�#�3����#�;�#����#�>�#�>��#

L�#� ����B�#� >�#� �������"�� ������ �� ����

���������?�����2���������.����!��.�������

�������� ����� �����#�N��?��������������#�8,#

9*/#� '//+�

('��5����#���#�!��4�#���#����#�=�#�B�����#�1�#�?����

��#�C�#�����C�4 ���#�2�#�C������������B��������

�������������.�������.������������������ ���

������ ���� ��������������#�2�����?�"��1����#

��#�'+#�9++/#�'//,�

(8������#�?�#���4���#���#�����I����#���#�.���� ����#

B�#� �.���� ����#� ����#�;��������6��C�������� ���

?���������������������������#�2������ �?��

"����5#���#�9'#�89,,#�'///�

(9��5����#�N�#�5�����#�N�#�����"��#���#�B��#���#����

1�����#� ��#� 1��;�$������?����� �������� �

� ���� ����������������<�C%������������

����#�2������ �?�"����5#�0+9@'+P'#�8008�

(@��! "��6#�1�#�?����#�!�#�? �#���#�!�� ���#�C�#����"�A #

N�1�#�C%��������C�����.����������������?����

�������� �� ���� ���� ����������������#

������� �2�������1�����#�980#�@@'#�!�� �8000�

((��L����������#�1�����>�#�2���>����#�������5��3�#����

����1��;��#�D�������������!���E#�����C��

������2������ ��N�#�.#�/#�,(#�'///�

(*��1����#�>�����3�#��������#�>�����=�#�L��1�#����

>���I�#�D?�������������6�������! ���������

������������2�������������� �.�������

������3�������-��E#�!�� ��2�����1����#����#

80#� 8*,@#� '//+�

(+���������=�#�3��4��3�#�����=������ �#�D-��

���� ��! �������������������� 2������ ��

?����;�$������2 �����C��������������� �-��

��.�������� ��� 1������������ ��������

B���� ��������E#� ��������������2����#���#�9'#

800@�

(,��3�������#������=�#�1��B�#���������;�#�D//�/K

2����� � ����� ��������������������-�����

3��������������!���� ���:#�����#���#� 8(,(#

8009�

(/����������3�� �#�2���64��!��!�#�����3�#�5� ���I�#

; ������2��3�#�B�������.��5�#�����1������.��3�#

D?�����B������1��#�-����� ��! ����������

���������������C������������� ����������6����

G����� ��� �;� ��B�������E#�����1�����#����'0#

'/9/#� 800@�

*0��2���64��!��!�#�B�������.��5�#�N�������#�7"��"�7�

��#�����C���B�#�D7������� ������������������ �

���� ���������������!���B����I�������

.������������ �-���.�������E#�!�� ����2����

����!#� ����� ����������U�2�������#�,'#�889#�800(�

*'��3����I�#�;������.����#� �6���I�#���������#�=����

�#�����1�A������#�D�����!��������3��� ��C��������

���������� �� 7����������� ���� ���� �������

��������E#��������#�90*#�'9*8#�800@��

*8��C���C�#�2���64��!��!�#�B�������.��5�#��������

3�#� D7���������� ��� �������� ����C���������� ��

������� �-���.����������-����� ��! �����

����������������2����������� ��� ����� ���

;� ��E#�!�� ����2�������1�����#�����'0#�'+(/#�800@�

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

390

*9������"�-�#� ��4���!�#�N������#�3��2�#��������� 6� �

N�#��������(#�D!�"���������������� �-���.���

���������������������#E���#��������������

��������� #�;������� #���������� ����� �#�����

������� 6� ��N�#�I� 4��!�#��������������� �#

5���?���#�; �#��?��2���#�'8(#�800*�

*@��=��#�=�#�����"#�-#����� 6#� ��N�#�.��#�>�#�N�6���#

!�#�3�������#����?�#�3� �� #�3��5�#����#�.��I�=�#

5����#�!�#���#�=�#���������������#���#�D3��������

����"���������������������C ������E#�����

�������!�������5�'80#�8/,#�800*�

*(��=��#�=�#�����"�-�#���#�=�#��������������#����

���� 6� ��N�#�DB���� �����������1���! �����

� ���� ��������������!������������!��

�������������� �-���.�������E#�N��2����������

5#�''0#�89/80#�800*


Recommended