Периодические углеродные структуры на поверхности металлического никеля
- Авторы: Куковицкий Е.Ф.1, Львов С.Г.1, Шустов В.А.1, Файзрахманов И.А.1
-
Учреждения:
- Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, Федеральный исследовательский центр
- Выпуск: Том 126, № 6 (2025)
- Страницы: 729-736
- Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
- URL: https://bakhtiniada.ru/0015-3230/article/view/322669
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323025060111
- ID: 322669
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
На примере металлического никеля экспериментально показана возможность синтеза методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) периодических углеродных структур без нанесения дополнительного катализатора на поверхность металлов, каталитически активных в процессах пиролиза углеводородов. Получены планарные и непланарные структуры субмиллиметрового (~500×500 мкм2) масштаба на подложках поликристаллического никеля. Структурирование поверхности никелевых подложек выполнено посредством локальной модификации каталитических свойств поверхности, а также формированием поверхностного рельефа методом пластической поверхностной деформации с помощью шаблона. Для планарных структур модификацию поверхностных свойств осуществляли путем ионной бомбардировки через маску. Для непланарных структур локальная активация пассивированной поверхности проведена посредством механической шлифовки-полировки. Полученные структуры содержат две формы углерода: турбостратный графит и углеродные нанотрубки. Установлено, что обе формы углерода могут быть получены в одном процессе CVD.
Ключевые слова
Об авторах
Е. Ф. Куковицкий
Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, Федеральный исследовательский центр
Email: kuk@kfti.knc.ru
ул. Сибирский тракт, 10/7, Казань, 420029 Россия
С. Г. Львов
Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, Федеральный исследовательский центр
Email: kuk@kfti.knc.ru
ул. Сибирский тракт, 10/7, Казань, 420029 Россия
В. А. Шустов
Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, Федеральный исследовательский центр
Email: kuk@kfti.knc.ru
ул. Сибирский тракт, 10/7, Казань, 420029 Россия
И. А. Файзрахманов
Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского, Федеральный исследовательский центр
Автор, ответственный за переписку.
Email: kuk@kfti.knc.ru
ул. Сибирский тракт, 10/7, Казань, 420029 Россия
Список литературы
- Kim Y., Kuljanishvili I. Recent advances in carbon nanotube patterning technologies for device applications // Frontiers in Carbon. 2023. V. 2. P. 1–10.
- 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.
- 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.
- Phillips J., Shiina T., Nemer M., Lester K. Graphitic Structures by Design // Langmuir. 2006. V. 22. P. 9694–9703.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Свойства элементов. Справочник / Под ред. М.Е. Дрица. Москва: Металлургия, 1985. 671 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Banerjee B.C., Hirt T.J., Walker P.L. Pyrolytic carbon formation from carbon suboxide // Nature. 1961. V. 192. P. 450–451.
- 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.
- 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.
- Gsell M., Jakob P., Menzel D. Effect of Substrate Strain on Adsorption // Science. 1998. V. 280. P. 717–720.
- 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.
- 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.
Дополнительные файлы
