CC BY
18Газоаналитические системы и сенсоры водорода
ТЕРМОЭДС УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР
И. В. Золотухин, И. М. Голев, Д. А. Держнев, Ю. Е. Калинин,
А. В. Ситников
Воронежский государственный технический университет г. Воронеж, 394026, Россия, E-mail: [email protected]
Представлены результаты исследования тер-мо-э.д.с. в структурах, сформированных из связок углеродных нанотрубок (УНТ), полученные авторами и другими исследователями. Транспортные свойства (коэффициент Зеебека и эффективная электрическая проводимость s) изучались на углеродных нанотрубных структурах трех типов: (а) — скомпактированные УНТ диаметром 2-7 нм, длиной несколько мкм и зольностью (частички углерода и катализатора) 11-14 масс. %; (б) — скомпактированные углеродные на-носвязки диаметром 15 нм, состоящие из одно-стеночных углеродных нанотрубок (ОСУНТ) диаметром 1,4 нм. Наносвязки содержали 50-70 об. % ОСУНТ (образцы типа (а) и (б) готовились в виде матов размером 1 х 2 х 0,1мм3 путем легкого компактирования неупорядоченных УНТ и связок, соответственно); (в) — хлопьевидные клубки размером 15-20 мкм, состоящие из каркаса связанных между собой углеродных наносвязок диаметром 50-60 нм и длиной 0,52,0 мкм, покрытых слоем аморфного углерода толщиной 15-20 нм. Хлопьевидные клубки в виде непрерывного слоя толщиной 50-60 мкм получены на торцевой поверхности катода при распылении графитового анода в электрической дуге. При комнатной температуре для трех на-нотрубных структур коэффициент Зеебека ра-
вен: (а) 5 = -33 мкВ/К, (б) 5 = -40-45 мкВ/К и (в) 5 = 58-60 мкВ/К. Полученные результаты показывают, что как в образцах в виде матов, так и хлопьевидных клубках доминирует электронная проводимость, характерная как для полупроводниковых, так и металлических УНТ, из которых формируется перколяционная проводящая система.
Удельная проводимость хлопьевидных структур при комнатной температуре составляет 600 См/ м, т. е. является величиной одного порядка со значениями проводимости для матов, скомпак-тированных из МСУНТ толщиной 5-10 мкм.
Результаты по адсорбции газовых молекул N2, Н2, 02, NH3 и Не на структурах типа (б) показывают, что при адсорбции N2, 02 и Не коэффициент Зеебека 5 уменьшается, тогда как при адсорбции Н2 и №Н3 5 увеличивается. Такое различие обусловлено тем, что молекулы N2, 02 и атомы гелия являются акцепторами, тогда как Н2 и МН3 — донорами электронов. Таким образом, термоэлектрические свойства скомпактиро-ванных УНТ в виде связок очень чувствительны к адсорбированным молекулам 02, №Н3 и Н2 и могут служить в качестве структурного материала для создания датчиков молекулярных газообразных веществ.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 6(38) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 6(38) (2006)
Водородная энергетика и транспорт
THERMO-ELECTROMOTIVE FORCE OF CARBON NANOSTRUCTURES
I. V. Zolotuhin, I. M. Golev, D. A. Derzhnev, Yu. E. Kalinin, A. V. Sitnikov
Voronezh State Technical University Voronezh, 394026, Russia E-mail: [email protected]
Results of investigation of the thermo-elec-tromotive force of structures formed from generated from bundle of carbon nanotubes (CNT), received by authors and other researchers, are presented. Transport properties (Zeebek factor — S and effective electric conductivity — o) were studied in three types of carbon nanotube structures: (a) — compacted CNT in diameter of 2-7 nm, several microns in length and ash content (carbon and catalyst particles) of 11-14 weight %; (b) — compacted carbon bundles of 15 nm in diameter, consisting from monolayer carbon nanotubes (MLC-NT) in diameter of 1,4 nm. The nanobundles contained 50-70 volume % of the MLCNT.
Samples of a-type and b-type were prepared as a matte with the size of 1x2x0,1 mm3 by easy compacting of disorder CNT and the bundles, (c) — flaky clews in the size of 15-20 microns formed from a skeleton from connected among themselves carbon bundlesin diameter of 50-60 nm and length of 0,5-2,0 microns, covered with a layer of amorphous carbon with thickness of 15-20 nm. The flaky clews as a continuous 50-60 microns thickness layer were formed on a face surface of the
cathode at dispersion of the graphite anode in an electric arch. At room temperature for these three nanotube structures Zeebek factors are equal: (a) — S = -33 |V/K, (b) — S = -40-45 |V/K and (c) — S = 58-60 |V/K. The received results show that as in matte as well as in flaky clews the electronic conductivity which is typical for semi-conductor and metal CNT dominates.
Specific conductivity of flaky structures at room temperature is 600 Sm/m which is the same order as the conductivity of the matte compacted from MLCNT with thickness of 5-10 microns.
The experimental results on adsorption of N2, H2, O2, NH3 and He gas molecules on a-type structures show, that Zeebek factor S decreases at adsorption of N2, O2, and He, whereas at adsorption of H2 and NH3 the S value rises. This difference is due to different roles which are played by different molecules: N2, O2 and He atoms are acceptors whereas H2 and NH3 are donors. Thus, thermoelectric properties of compacted CNT as bundle are very sensitive to adsorbed molecules of O2, N2, NH3 and H2 and can be a material for creation of a new sensors of molecular gas substances.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE № 6(38) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 6(38) (2006)
