Periodic carbon structures on the surface of metallic nickel

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Using the example of metallic nickel, the possibility of synthesizing periodic carbon structures by chemical vapor deposition (CVD) without applying an additional catalyst to the surface of metals that are catalytically active in hydrocarbon pyrolysis processes has been experimentally demonstrated. Planar and non-planar structures of sub-millimeter (~500×500 μm2) scale have been obtained on polycrystalline nickel substrates. The surface structuring of nickel substrates was performed by local modification of the surface catalytic properties, as well as by forming the surface relief by the method of plastic surface deformation using a template. For planar structures, the modification of the surface properties was carried out by ion bombardment through a mask. For non-planar structures, the local activation of the passivated surface was carried out by mechanical grinding-polishing. The obtained structures contain two forms of carbon: turbo-substrate graphite and carbon nanotubes. It has been established that both forms of carbon can be produced in a single CVD process.

Sobre autores

E. Kukovitsky

Kazan E.K. Zavoisky Physical-Technical Institute

Email: kuk@kfti.knc.ru
Kazan, 420029 Russia

S. L’vov

Kazan E.K. Zavoisky Physical-Technical Institute

Email: kuk@kfti.knc.ru
Kazan, 420029 Russia

V. Shustov

Kazan E.K. Zavoisky Physical-Technical Institute

Email: kuk@kfti.knc.ru
Kazan, 420029 Russia

I. Faizrakhmanov

Kazan E.K. Zavoisky Physical-Technical Institute

Autor responsável pela correspondência
Email: kuk@kfti.knc.ru
Kazan, 420029 Russia

Bibliografia

  1. Kim Y., Kuljanishvili I. Recent advances in carbon nanotube patterning technologies for device applications // Frontiers in Carbon. 2023. V. 2. P. 1–10.
  2. Yang P.C., Zhu W., Glass J.T. Nucleation of oriented diamond films on nickel substrates // J. Mater. Res. 1993. V. 8. P. 1773–76.
  3. Presland A.E.B., Walker P.L. Growth of single crystal graphite by pyrolysis of acetylene over metals // Carbon. 1969. V. 7. P. 1–8.
  4. Phillips J., Shiina T., Nemer M., Lester K. Graphitic Structures by Design // Langmuir. 2006. V. 22. P. 9694–9703.
  5. Oshima С., Nagashima A. Ultra-thin epitaxial films of graphite and hexagonal boron nitride on solid surfaces // J. Phys.: Condens. Matter. 1997. V. 9. P. 1–20.
  6. Yu Q., Lian J., Siriponglert S., Li H., Chen Y.P., Pei Sh.-Sh. Graphene segregated on Ni surfaces and transferred to insulators // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 93. P. 113103.
  7. Kukovitsky E.F., L’vov S.G., Sainov N.A., Shustov V.A. CVD growth of carbon nanotube films on nickel substrates // Appl. Surface Sci. 2003. V. 215. P. 201–208.
  8. Lei T., Mao J., Liu X., Pathak A.D., Shetty Sh., van Bavel A.P., Xie L., Gao R., Ren P., Luo D., Liu Q., Ma W., Xu Ch., Wen X. Carbon Deposition and Permeation on Nickel Surfaces in Operando Conditions: A Theoretical Study // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. P. 7166–7177.
  9. Kukovitsky E.F., L’vov S.G. Increased Carbon Chemical Vapor Deposition and Carbon Nanotube Growth on Metal Substrates in Confined Spaces // ECS J. Solid State Sci. Techn. 2013. V. 2(1). P. M1–M8.
  10. Свойства элементов. Справочник / Под ред. М.Е. Дрица. Москва: Металлургия, 1985. 671 с.
  11. Kharatyan S.L., Chatilyan H.A., Manukyan K.V. Kinetics and Mechanism of Nickel Oxide Reduction by Methane // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 21513−21521.
  12. Altay M.C., Eroglu S. Use of Waste Polyethylene as a Source of Reducing Agent for Metal Oxide Reduction: A Case Study on NiO // JOM. 2019. V. 71. P. 2338–2344.
  13. Chai S.P., Zein S.H.S., Mohamed A.R. Synthesizing carbon nanotubes and carbon nanofibers over supported-nickel oxide catalysts via catalytic decomposition of methane // Diamond & Related Materials. 2007. V. 16. P. 1656–1664.
  14. Musatov A.L., Kiselev N.A., Zakharov D.N., Kukovitsky E.F., Zhbanov A.I., Izrael’yants K.R., Chirkova E.G. Field electron emission from nanotube carbon layers grown by CVD process // Appl. Surface Sci. 2001. V. 183. P. 111–119.
  15. Kiselev N.A., Sloan J., Zakharov D.N., Kukovitsky E.F., Hutchison J.L., Hammer J., Kotosonov A.S. Carbon nanotubes from polyethylene precursors: structure and structural changes caused by thermal and chemical treatment revealed by HREM // Carbon. 1998. V. 36. P. 1149–1157.
  16. Banerjee B.C., Hirt T.J., Walker P.L. Pyrolytic carbon formation from carbon suboxide // Nature. 1961. V. 192. P. 450–451.
  17. Young D.J. Carburization and Metal Dusting, In: Shreir's Corrosion / Eds T.J.A. Richardson, R. Cottis, R. Lindsay, S. Lyon, D.J.D. Scantlebury, F.H. Stott, M.J. Graham // Elsevier Science. 2010. V. 1. P. 272–303.
  18. Mavrikakis M., Hammer B., Nørskov J.K. Effect of Strain on the Reactivity of Metal Surfaces // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 81. P. 2819–2822.
  19. Gsell M., Jakob P., Menzel D. Effect of Substrate Strain on Adsorption // Science. 1998. V. 280. P. 717–720.
  20. Kukovitsky E.F., Lvov S.G., Shustov V.A., Lyadov N.M. Surface Integrity and Carbon Chemical Vapor Deposition on Nickel Foil: Surface Abrasive Treatment // ECS J. Solid State Sci. Techn. 2015. V. 4. P. M51–M59.
  21. White E., Schlereth C., Lepple M., Hattendorf H., Nowak B., Galetz M.C. Influence of surface treatment on the metal dusting behavior of alloy 699 XA // Mater. Corrosion. 2023. V. 74. P. 190–196.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».