Karbon nanotüplerin optik özellikleri - Optical properties of carbon nanotubes

3-15 duvarlı, ortalama iç çap 4 nm, ortalama dış çap 13-16 nm, uzunluk 1-10 + mikrometre olan çok duvarlı karbon nanotüplerin bir örneği.

karbon nanotüplerin optik özellikleri ile son derece alakalı malzeme bilimi. Bu malzemelerin etkileşim şekli Elektromanyetik radyasyon kendine has özelliklerinden de anlaşılacağı üzere birçok açıdan benzersizdir. absorpsiyon, fotolüminesans (floresan ), ve Raman spektrumlar.

Karbon nanotüpler içi boş elyafları (tüpleri) benzersiz ve oldukça düzenli bir atomik ve elektronik yapıya sahip olan ve geniş bir boyut aralığında yapılabilen benzersiz "tek boyutlu" malzemelerdir. Çap tipik olarak 0,4 ila 40 nm arasında değişir (yani, ~ 100 kat aralığı). Bununla birlikte uzunluk 55,5 cm'ye (21,9 inç) ulaşabilir ve bu da 132,000,000: 1 kadar yüksek bir uzunluk-çap oranına işaret eder; Bu, başka herhangi bir malzeme ile eşsizdir.[1] Sonuç olarak, karbon nanotüplerin tüm elektronik, optik, elektrokimyasal ve mekanik özellikleri son derece anizotropik (yöne bağlı) ve ayarlanabilir.[2]

Karbon nanotüplerin uygulamaları optik ve fotonik diğer alanlara göre hala daha az gelişmiştir. Pratik kullanıma yol açabilecek bazı özellikler arasında ayarlanabilirlik ve dalga boyu seçiciliği bulunur. Gösterilmiş olan potansiyel uygulamalar arasında ışık yayan diyotlar (LED'ler )[3], bolometreler[4] ve optoelektronik hafıza.[5]

Doğrudan uygulamaların yanı sıra, karbon nanotüplerin optik özellikleri, imalatlarında ve diğer alanlara uygulanmasında çok faydalı olabilir. Spektroskopik yöntemler, nispeten büyük miktarlarda karbon nanotüplerin hızlı ve tahribatsız karakterizasyon olasılığını sunarak, tübüler olmayan karbon içeriği, tüp tipi ve kiralite, yapısal kusurlar ve bu diğer uygulamalarla ilgili diğer birçok özelliğin ayrıntılı ölçümlerini sağlar.

Geometrik yapı

Ana makale: Karbon nanotüp § Yapısı

Kiral açı

Tek duvarlı bir karbon nanotüpler (SWCNT) bir şerit olarak düşünülebilir. grafen molekül (tek bir yaprak grafit ) haddelenmiş ve dikişsiz bir silindire birleştirilmiştir. Nanotüpün yapısı, bu varsayımsal şeridin genişliği (yani çevresi) ile karakterize edilebilir. c veya çap d borunun) ve açısı α şeridin ana simetri eksenlerine göre altıgen grafen kafes. 0 ile 30 derece arasında değişebilen bu açıya tüpün "kiral açısı" denir.

(n,m) notasyon

Tam molekülün (soluk arka plan) bir diyagramı üzerine yerleştirilmiş bir karbon nanotüpün bir grafen molekülünün bir şeridi olarak "dilimlenmiş ve açılmış" bir temsili. Vektör w (büyük mavi ok) şeridin iki kenarındaki karşılık gelen konumları birleştirir. Dan beri w = 3sen + 1vtüpün (3,1) tipi olduğu söylenir.

Alternatif olarak, yapı iki tamsayı endeksi ile tanımlanabilir (n,m) bu varsayımsal şeridin genişliğini ve yönünü temel bir referans çerçevesi grafen kafesin. Herhangi bir 6 üyeli etrafındaki atomlar yüzük grafenin iki vektörü 1'den 6'ya kadar sırayla numaralandırılmıştır. sen ve v bu çerçevenin, sırasıyla atom 1'den atom 3 ve 5'e yer değiştirmeleridir. Bu iki vektörün uzunluğu aynıdır ve yönleri birbirinden 60 derece uzaktadır. Vektör w = n sen + m v daha sonra grafen kafesi üzerindeki açılmış tüpün çevresi olarak yorumlanır; her noktayı ilişkilendirir A1 şeridin bir kenarında noktaya A2 şerit sarılırken bununla tanımlanacak olan diğer kenarda. Kiral açı α o zaman arasındaki açı sen ve w.[6][7][8]

Çiftler (n,m) farklı tüp yapılarını tanımlayanlar 0 ≤ m ≤ n ve n > 0. Hepsi borunun geometrik özellikleri Çap, kiral açı ve simetriler gibi, bu indekslerden hesaplanabilir.

Tip ayrıca borunun elektronik yapısını da belirler. Spesifik olarak, tüp bir metal eğer |m–n| 3'ün katıdır ve a gibi yarı iletken aksi takdirde.

Zikzak ve koltuk tüpleri

Tüp tipi (n,m) ile n=m (kiral açı = 30 °) "koltuk" olarak adlandırılır ve m= 0 (kiral açı = 0 °) "zikzak". Bu tüpler ayna simetrisine sahiptir ve basit kapalı yol yığınları olarak görülebilir (sırasıyla "zikzak" ve "koltuk" yolları).

Koltuk nanotüp
Zikzak nanotüp

Elektronik yapı

Karbon nanotüplerin optik özellikleri, büyük ölçüde benzersiz elektronik yapıları tarafından belirlenir. Grafen kafesinin yuvarlanması, bu yapıyı geometrik yapı tipine (n,m).

Van Hove tekillikleri

SSPN41.PNG
Toplu bir 3B malzeme (mavi) sürekli DOS'a sahiptir, ancak 1D kabloda (yeşil) Van Hove tekillikleri vardır.

Tek boyutlu kristallerin karakteristik bir özelliği, durumların yoğunluğu (DOS) sürekli bir enerji işlevi değildir, ancak kademeli olarak alçalır ve ardından sürekli olmayan bir artışla artar. Bu keskin zirvelere denir Van Hove tekillikleri. Buna karşılık, üç boyutlu malzemeler sürekli DOS'a sahiptir.

Van Hove tekillikleri, karbon nanotüplerin aşağıdaki olağanüstü optik özelliklerine neden olur:

  • Optik geçişler v1 − c1, v2 − c2vb., yarı iletken veya metalik nanotüplerin durumları ve geleneksel olarak şu şekilde etiketlenir: S11, S22, M11, vb. veya tüpün "iletkenliği" bilinmiyorsa veya önemsizse E11, E22, vb. Çapraz geçişler c1 − v2, c2 − v1vb. çift ​​kutuplu yasak ve bu nedenle son derece zayıftır, ancak muhtemelen çapraz polarize optik geometri kullanılarak gözlemlenmiştir.[9]
  • Van Hove tekillikleri arasındaki enerjiler nanotüp yapısına bağlıdır. Böylece, bu yapıyı değiştirerek, karbon nanotüpün optoelektronik özellikleri ayarlanabilir. Bu tür ince ayar, polimer dağınık CNT'lerin UV aydınlatması kullanılarak deneysel olarak gösterilmiştir.[10]
  • Optik geçişler oldukça keskin (~ 10 meV) ve güçlüdür. Sonuç olarak, nanotüpleri seçici olarak uyarmak nispeten kolaydır (n, m) endeksler ve tek tek nanotüplerden optik sinyalleri tespit etmek.

Kataura arsa

Bu Kataura grafiğinde, nanotüpün çapı arttıkça elektronik bir geçişin enerjisi azalır.

Bazı karbon nanotüplerin bant yapısı (n, m) endeksler kolayca hesaplanabilir.[11] Bu hesaplamalara dayalı teorik bir grafik 1999 yılında Hiromichi Kataura deneysel bulguları rasyonelleştirmek. Bir Kataura grafiği, nanotüp çapını ve bir çap aralığındaki tüm nanotüpler için bant aralığı enerjilerini ilişkilendirir.[12] Kataura grafiğinin her dalının salınımlı şekli, SWNT özelliklerinin (n, m) çapından ziyade indeks. Örneğin, (10, 1) ve (8, 3) tüpleri hemen hemen aynı çapa sahiptir, ancak çok farklı özelliklere sahiptir: ilki bir metaldir, ikincisi ise yarı iletkendir.

Optik özellikler

Optik soğurma

Dağınık tek duvarlı karbon nanotüplerden optik absorpsiyon spektrumu

Optik soğurma Karbon nanotüpler, bir absorpsiyon eşiği yerine keskin zirvelerin (1D nanotüpler) varlığı ve ardından bir absorpsiyon artışı (çoğu 3D katı) ile geleneksel 3D malzemelerdeki absorpsiyondan farklıdır. Nanotüplerdeki absorpsiyon, v2 -e c2 (enerji E22) veya v1 -e c1 (E11) seviyeleri vb.[6][12] Geçişler nispeten keskindir ve nanotüp türlerini tanımlamak için kullanılabilir. Keskinliğin artan enerji ile kötüleştiğini ve birçok nanotüpün çok benzer olduğunu unutmayın. E22 veya E11 enerjiler ve dolayısıyla önemli örtüşme, absorpsiyon spektrumlarında meydana gelir. Fotolüminesans haritalama ölçümlerinde (aşağıya bakınız) bu örtüşmeden kaçınılır, üst üste binen geçişlerin bir kombinasyonu yerine bireyi tanımlar (E22, E11) çiftler.[13][14]

Nanotüpler arasındaki demetleme gibi etkileşimler optik hatları genişletir. Demetleme, fotolüminesansı güçlü bir şekilde etkilerken, optik absorpsiyon ve Raman saçılması üzerinde çok daha zayıf etkiye sahiptir. Sonuç olarak, son iki teknik için numune hazırlama nispeten basittir.

Karbon nanotüp tozlarının kalitesini ölçmek için rutin olarak optik absorpsiyon kullanılır.[15]

Spektrum, nanotüp ile ilgili pikler, arka plan ve pi-karbon pikinin yoğunlukları açısından analiz edilir; son ikisi çoğunlukla kontamine numunelerdeki nanotüp olmayan karbondan kaynaklanır. Bununla birlikte, yakın zamanda, neredeyse tek kiral yarı iletken nanotüplerin, yakından paketlenmiş Van der Waals demetleri halinde toplanmasıyla, absorpsiyon arka planının, tüpler arası yük transferinden kaynaklanan serbest taşıyıcı geçişine atfedilebileceği gösterilmiştir.[16]

Siyah cisim olarak karbon nanotüpler

İdeal siyah vücut sahip olmalı yayma veya emme 1.0, pratikte elde etmesi zor, özellikle geniş Spektral aralık. Tek duvarlı karbon nanotüplerin dikey olarak hizalanmış "ormanları", en az 0,98–0,99 absorbansa sahip olabilir. uzak ultraviyole (200 nm) ile uzak kızılötesi (200 μm) dalga boyları.

Bu SWNT ormanları (Buckypaper ) süper büyüme CVD yöntemiyle yaklaşık 10 μm yüksekliğe kadar büyütüldü. Bu yapılar tarafından güçlü ışık absorpsiyonuna iki faktör katkıda bulunabilir: (i) CNT kiralitelerinin dağılımı, bireysel CNT'ler için çeşitli bant aralıklarıyla sonuçlandı. Böylece geniş bant absorpsiyonlu bir bileşik malzeme oluşturuldu. (ii) Işık, çoklu yansımalar nedeniyle bu ormanlarda hapsolmuş olabilir.[17][18][19]

Yansıtma ölçümleri[20]
UV'ye yakın IROrtaya yakın IROrta-uzak IR
Dalga boyu, μm0.2-22–2025–200
Olay açısı, °8510
YansımaYarım küre yönlüYarım küre yönlüSpeküler
ReferansBeyaz yansıma standardıAltın aynaAlüminyum ayna
Ortalama yansıma0.01600.00970.0017
Standart sapma0.00480.00410.0027

Lüminesans

Tek duvarlı karbon nanotüplerden fotolüminesans haritası. (n, m) indeksler belirli yarı iletken nanotüpleri tanımlar. PL ölçümlerinin nanotüpleri tespit etmediğini unutmayın. n = m veya m = 0.

Fotolüminesans (floresan)

Yarı iletken, tek duvarlı karbon nanotüpler, foto uyarım üzerine yakın kızılötesi ışık yayar; floresan veya fotolüminesans (PL). PL'nin uyarılması genellikle şu şekilde gerçekleşir: Nanotüp içindeki bir elektron, uyarma ışığını S22 geçiş, bir elektron deliği çifti oluşturma (eksiton ). Hem elektron hem de delik hızla gevşer ( fonon destekli süreçler) c2 -e c1 ve den v2 -e v1 sırasıyla devletler. Sonra yeniden birleşirler c1 − v1 ışık yayılmasına neden olan geçiş.

Metalik tüplerde eksitonik ışıma üretilemez. Elektronları uyarılabilir, dolayısıyla optik absorpsiyonla sonuçlanabilir, ancak delikler metalde bulunan birçok elektrondan hemen diğer elektronlarla doldurulur. Bu nedenle eksiton üretilmez.

Göze çarpan özellikler

  • SWNT'den gelen fotolüminesansın yanı sıra optik absorpsiyon ve Raman saçılması, tüp ekseni boyunca doğrusal olarak polarize edilir. Bu, doğrudan mikroskobik gözlem olmaksızın SWNT'lerin oryantasyonunun izlenmesine izin verir.
  • PL hızlıdır: gevşeme tipik olarak 100 içinde gerçekleşir pikosaniye.[21]
  • PL verimliliği ilk önce düşük bulundu (~% 0.01),[21] ancak sonraki çalışmalar çok daha yüksek kuantum verimleri ölçtü. Nanotüplerin yapısal kalitesini ve izolasyonunu iyileştirerek emisyon verimliliği artırıldı. Nanotüplerde gradyan santrifüjleme yoluyla çap ve uzunluğa göre sıralanmış% 1'lik bir kuantum verimi bildirildi,[22] ve çözelti içinde tek tek nanotüpleri izole etme prosedürü optimize edilerek daha da% 20'ye çıkarıldı.[23]
  • PL'nin spektral aralığı oldukça geniştir. Nanotüp yapısına bağlı olarak emisyon dalga boyu 0,8 ile 2,1 mikrometre arasında değişebilir.[13][14]
  • Fotolüminesans spektrumu tüpler arası eksiton tünelleme ile tutarlı bir bölünme gösterdiğinden, eksitonlar görünüşte tek kiralite demetleri içinde birkaç nanotüp üzerinde yer değiştirmiştir.[16]
  • Nanotüpler arasındaki veya bir nanotüp ile başka bir malzeme arasındaki etkileşim, PL'yi söndürebilir veya artırabilir.[24] Çok duvarlı karbon nanotüplerde PL gözlenmez. Çift duvarlı karbon nanotüplerden PL, büyük ölçüde hazırlama yöntemine bağlıdır: CVD büyüyen DWCNT'ler hem iç hem de dış kabuklardan emisyon gösterir.[13][14] Bununla birlikte, kapsülleme ile üretilen DWCNT'ler Fullerenler SWNT'lere ve tavlama, PL'yi yalnızca dış kabuklardan gösterir.[25] Substrat üzerinde yatan izole edilmiş SWNT'ler, yalnızca birkaç çalışmada tespit edilen son derece zayıf PL gösterir.[26] Tüplerin substrattan ayrılması, PL'yi büyük ölçüde artırır.
  • (S22, S11) PL zirveleri nanotüp ortamına (hava, dağıtıcı, vb.) Biraz (% 2 dahilinde) bağlıdır. Bununla birlikte, kayma (n, m) indeks ve dolayısıyla tüm PL haritası sadece değişmekle kalmaz, aynı zamanda CNT ortamının değiştirilmesiyle de eğilir.

Raman saçılması

Ana makale: Raman spektroskopisi
Tek duvarlı karbon nanotüplerin Raman spektrumu

Raman spektroskopisi iyi uzamsal çözünürlüğe (~ 0.5 mikrometre) ve duyarlılığa (tek nanotüpler) sahiptir; sadece minimum numune hazırlığı gerektirir ve oldukça bilgilendiricidir. Sonuç olarak, Raman spektroskopisi muhtemelen karbon nanotüp karakterizasyonunun en popüler tekniğidir. SWNT'lerde Raman saçılması rezonanttır, yani sadece heyecan verici lazer enerjisine eşit bant aralıklarından birine sahip olan tüpler problanır.[27][28] Aşağıda tartışıldığı gibi, çeşitli saçılma modları SWNT spektrumuna hakimdir.

Fotolüminesans haritalamasına benzer şekilde, uyarma ışığının enerjisi Raman ölçümlerinde taranabilir, böylece Raman haritaları oluşturulur.[27] Bu haritalar ayrıca benzersiz şekilde tanımlayan oval şekilli özellikler içerir (n, m) endeksler. PL'nin aksine, Raman haritalama yalnızca yarı iletkenliği değil aynı zamanda metalik tüpleri de algılar ve nanotüp demetlemeye PL'ye göre daha az duyarlıdır. Bununla birlikte, ayarlanabilir bir lazer ve özel bir spektrometre gereksinimi güçlü bir teknik engeldir.

Radyal solunum modu

Radyal solunum modu (RBM), nanotüpün radyal genişleme-daralmasına karşılık gelir. Bu nedenle frekansı νRBM (cm cinsinden−1) nanotüp çapına bağlıdır d gibi, νRBM= A /d + B (burada A ve B, nanotüpün mevcut olduğu ortama bağlı sabitlerdir. Örneğin, tek tek nanotüpler için B = 0.) (Nanometre cinsinden) ve tahmin edilebilir[27][28] gibi νRBM = 234/d + 10 SWNT için veya νRBM = 248/d DWNT için, CNT çapının RBM konumundan çıkarılmasında çok yararlıdır. Tipik RBM aralığı 100–350 cm'dir−1. RBM yoğunluğu özellikle güçlüyse, zayıf ikinci aşırı ton çift ​​frekansta gözlemlenebilir.

Paketleme modu

Demetleme modu, bir SWNT demetindeki toplu titreşimden kaynaklandığı varsayılan özel bir RBM biçimidir.[29]

G modu

Çok önemli bir diğer mod ise G modudur (grafitten G). Bu mod, karbon atomlarının düzlemsel titreşimlerine karşılık gelir ve çoğu grafit benzeri malzemede mevcuttur.[8] SWNT'deki G bandı grafite göre daha düşük frekanslara kaydırılır (1580 cm−1) ve birkaç zirveye bölünmüştür. Yarılma modeli ve yoğunluğu, tüp yapısına ve uyarma enerjisine bağlıdır; RBM moduna kıyasla çok daha düşük doğrulukla, tüp çapını ve tüpün metalik mi yoksa yarı iletken mi olduğunu tahmin etmek için kullanılabilirler.

D modu

D mod tüm grafit benzeri karbonlarda mevcuttur ve yapısal kusurlardan kaynaklanır.[8] Bu nedenle, oranı G/D modlar geleneksel olarak karbon nanotüplerin yapısal kalitesini ölçmek için kullanılır. Yüksek kaliteli nanotüpler bu orana 100'den önemli ölçüde daha yüksektir. Nanotüpün daha düşük bir işlevselleştirilmesinde, G/D oran neredeyse değişmeden kalır. Bu oran, bir nanotüpün işlevselleştirilmesi hakkında bir fikir verir.

G 'modu

Bu modun adı yanıltıcıdır: grafitte bu mod genellikle G modundan sonra en güçlü ikinci mod olduğu için verilmiştir. Bununla birlikte, aslında kusur kaynaklı D modunun ikinci aşırı tonudur (ve bu nedenle mantıksal olarak D 'olarak adlandırılmalıdır). Farklı olması nedeniyle yoğunluğu D modundan daha güçlüdür. seçim kuralları.[8] Özellikle, ideal nanotüpte D modu yasaklanmıştır ve indüklenecek belirli açısal momentuma sahip bir fonon sağlayan yapısal bir kusur gerektirir. Aksine, G 'modu "kendi kendini yok eden" bir çift fonon içerir ve bu nedenle kusur gerektirmez. G 'modunun spektral konumu çapa bağlıdır, bu nedenle yaklaşık olarak SWNT çapını tahmin etmek için kullanılabilir.[14] Özellikle G 'modu, çift duvarlı karbon nanotüplerde bir ikilidir, ancak ikili, hat genişlemesi nedeniyle genellikle çözülmez.

~ 1750 cm'de RBM + G modunun bir kombinasyonu gibi diğer armonik sesler−1, CNT Raman spektrumlarında sıklıkla görülmektedir. Ancak, daha az önemlidirler ve burada dikkate alınmazlar.

Anti-Stokes saçılması

Yukarıdaki tüm Raman modları hem şu şekilde gözlemlenebilir: Stokes ve anti-Stokes saçılma. Yukarıda bahsedildiği gibi, CNT'lerden Raman saçılması doğada rezonanttır, yani sadece bant aralığı enerjisi lazer enerjisine benzer olan tüpler uyarılır. Bu iki enerji arasındaki fark ve dolayısıyla ayrı tüplerin bant aralığı, Stokes / anti-Stokes hatlarının yoğunluk oranından tahmin edilebilir.[27][28] Ancak bu tahmin, sıcaklık faktörüne (Boltzmann faktörü ), ki bu genellikle yanlış hesaplanır - ölçümde, incelenen örneğin genel sıcaklığını değiştirmeden nanotüpleri yerel olarak ısıtabilen odaklanmış bir lazer ışını kullanılır.

Rayleigh saçılması

Karbon nanotüpler çok büyük en boy oranı yani uzunlukları çaplarından çok daha büyüktür. Sonuç olarak, beklendiği gibi klasik elektromanyetik teori elastik ışık saçılması (veya Rayleigh saçılması ) düz CNT'ler tarafından anizotropik açısal bağımlılığa sahiptir ve spektrumundan tek tek nanotüplerin bant boşlukları çıkarılabilir.[30][31]

Rayleigh saçılmasının bir başka tezahürü "anten etkisi" dir, bir substrat üzerinde duran bir dizi nanotüp, yansıyan ışığın spesifik açısal ve spektral dağılımlarına sahiptir ve bu dağılımların her ikisi de nanotüp uzunluğuna bağlıdır.[32]

Başvurular

Işık yayan diyotlar (LED'ler )[3][33] ve foto dedektörler[34] laboratuvarda tek bir nanotüp esas alınarak üretilmiştir. Benzersiz özellikleri, henüz nispeten düşük olan verimlilik değil, dalga boyu ışığın emisyonu ve tespiti ve nanotüp yapısı aracılığıyla ince ayar olasılığı. Ek olarak, bolometre[4] ve optoelektronik hafıza[5] cihazlar, tek duvarlı karbon nanotüp toplulukları üzerinde gerçekleştirilmiştir.

  • Fotolüminesans, bir numunedeki yarı iletken nanotüp türlerinin miktarlarını ölçmek için karakterizasyon amacıyla kullanılır. Nanotüpler, tüpler arası söndürmeyi azaltmak için uygun bir kimyasal madde ("dağıtıcı") kullanılarak izole edilir (dağıtılır). Daha sonra PL ölçülür, hem uyarma hem de emisyon enerjileri taranır ve böylece bir PL haritası oluşturulur. Haritadaki ovaller (S22, S11) benzersiz tanımlayan (n, m) bir tüp indeksi. Weisman ve Bachilo'nun verileri geleneksel olarak tanımlama için kullanılır.[35]
  • Nanotüp floresansı, biyomedikal uygulamalarda görüntüleme ve algılama amacıyla incelenmiştir.[36][37][38]

Hassaslaştırma

PL verimliliği de dahil olmak üzere optik özellikler, organik boyaların kapsüllenmesi ile değiştirilebilir (karoten, likopen vb.) tüplerin içinde.[39][40] Kapsüllenmiş boya ve nanotüp arasında verimli enerji transferi gerçekleşir - ışık boya tarafından verimli bir şekilde emilir ve önemli bir kayıp olmaksızın SWNT'ye aktarılır. Bu nedenle, potansiyel olarak, bir karbon nanotüpün optik özellikleri, içindeki belirli molekülü kapsülleyerek kontrol edilebilir. Ayrıca kapsülleme, ortam koşulları altında kararsız olan organik moleküllerin izolasyonuna ve karakterizasyonuna izin verir. Örneğin, güçlü PL'leri (% 100'e yakın verimlilik) nedeniyle Raman spektrumlarının boyalardan ölçülmesi son derece zordur. Bununla birlikte, SWNT'lerin içindeki boya moleküllerinin kapsüllenmesi, boya PL'yi tamamen söndürür, böylece Raman spektrumlarının ölçümüne ve analizine izin verir.[41]

Katotolüminesans

Katotolüminesans (CL) - elektron ışınıyla uyarılan ışık yayımı - genellikle TV ekranlarında görülen bir süreçtir. Bir elektron ışını, incelenen materyal üzerinde ince bir şekilde odaklanabilir ve taranabilir. Bu teknik, yarı iletkenler ve nanoyapılardaki kusurları nanometre ölçekli uzaysal çözünürlükle incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır.[42] Bu tekniği karbon nanotüplere uygulamak faydalı olacaktır. Bununla birlikte, hiçbir güvenilir CL, yani belirli için atanabilir keskin zirveler (n, m) endeksleri, henüz karbon nanotüplerden tespit edildi.

Elektrominesans

Bir nano tüpe uygun elektrik kontakları bağlanırsa, elektronlar ve kontaklardan delikler enjekte edilerek elektron deliği çiftleri (eksitonlar) oluşturulabilir. Sonraki eksiton rekombinasyonu, Elektrolüminesans (EL). Elektrominesans cihazlar tekli nanotüplerden üretilmiştir[3][33][43] ve bunların makroskopik düzenleri.[44] Rekombinasyon üçlü-üçlü imha yoluyla ilerliyor gibi görünüyor[45] E'ye karşılık gelen farklı tepeler veren11 ve E22 geçişler.[44]

Çok duvarlı karbon nanotüpler

Çok duvarlı karbon nanotüpler (MWNT), birkaç iç içe geçmiş tek duvarlı tüpten veya birden çok kez sarılmış tek bir grafen şeridinden oluşabilir. kaydırma. Çalışmaları zordur çünkü özellikleri, farklı yapılara sahip tüm münferit kabukların katkıları ve etkileşimleri tarafından belirlenir. Dahası, bunları sentezlemek için kullanılan yöntemler zayıf bir şekilde seçicidir ve daha yüksek kusur vakalarına neden olur.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Xueshen Wang; et al. (2009). "Temiz Yüzeylerde Ultra Uzun ve Elektriksel Olarak Tek Duvarlı Karbon Nanotüp Üretimi". Nano Harfler. 9 (9): 3137–41. Bibcode:2009 NanoL ... 9.3137W. doi:10.1021 / nl901260b. PMID  19650638.
  2. ^ Zhang, R .; Zhang, Y .; Zhang, Q .; Xie, H .; Qian, W .; Wei, F. (2013). "Schulz-Flory Dağılımına Dayalı Yarım Metre Uzun Karbon Nanotüplerin Büyümesi". ACS Nano. 7 (7): 6156–61. doi:10.1021 / nn401995z. PMID  23806050.
  3. ^ a b c J. A. Misewich; et al. (2003). "Karbon Nanotüp FET'ten Elektrikle Kaynaklı Optik Emisyon". Bilim. 300 (5620): 783–786. Bibcode:2003Sci ... 300..783M. doi:10.1126 / science.1081294. PMID  12730598.
  4. ^ a b M. E. Itkis; et al. (2006). "Asılı Tek Cidarlı Karbon Nanotüp Filmlerin Bolometrik Kızılötesi Işık Yanıtı". Bilim. 312 (5772): 413–416. Bibcode:2006Sci ... 312..413I. doi:10.1126 / science.1125695. PMID  16627739.
  5. ^ a b Bir yıldız; et al. (2004). "Nanotüp Optoelektronik Bellek Aygıtları". Nano Harfler. 4 (9): 1587–1591. Bibcode:2004 NanoL ... 4.1587S. doi:10.1021 / nl049337f.
  6. ^ a b S. B. Sinnott ve R. Andreys (2001). "Karbon Nanotüpler: Sentez, Özellikler ve Uygulamalar". Katı Hal ve Malzeme Bilimlerinde Eleştirel İncelemeler. 26 (3): 145–249. Bibcode:2001CRSSM..26..145S. doi:10.1080/20014091104189.
  7. ^ M. S. Dresselhaus; et al. (1995). "Karbon Nanotüplerin Fiziği". Karbon. 33 (7): 883–891. doi:10.1016/0008-6223(95)00017-8.
  8. ^ a b c d P. C. Eklund; et al. (1995). "Karbon Nanotüplerin Titreşim Modları; Spektroskopi ve Teori". Karbon. 33 (7): 959–972. doi:10.1016 / 0008-6223 (95) 00035-C.
  9. ^ Y. Miyauchi; et al. (2006). "Polarize Fotolüminesans Uyarma Spektroskopisi ile İncelenen Tek Duvarlı Nanotüplerin Çapraz Polarize Optik Absorpsiyonu". Fiziksel İnceleme B. 74 (20): 205440. arXiv:cond-mat / 0608073. Bibcode:2006PhRvB..74t5440M. doi:10.1103 / PhysRevB.74.205440.
  10. ^ K. Iakoubovskii; et al. (2006). "Ultraviyole Aydınlatma ile Oluşturulan Tek Cidarlı Karbon Nanotüplerde Midgap Lüminesans Merkezleri" (PDF). Uygulamalı Fizik Mektupları. 89 (17): 173108. Bibcode:2006ApPhL..89q3108I. doi:10.1063/1.2364157.
  11. ^ S. Maruyama. "Shigeo Maruyama'nın Fullerene ve Karbon Nanotüp Sahası". Arşivlenen orijinal 2012-12-20 tarihinde. Alındı 2008-12-08.
  12. ^ a b H. Kataura; et al. (1999). "Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin Optik Özellikleri" (PDF). Sentetik Metaller. 103 (1–3): 2555–2558. doi:10.1016 / S0379-6779 (98) 00278-1.
  13. ^ a b c K. Iakoubovskii; et al. (2006). "Tek Duvarlı ve Çift Duvarlı Karbon Nanotüplerin IR Genişletilmiş Fotolüminesans Haritalaması" (PDF). Fiziksel Kimya B Dergisi. 110 (35): 17420–17424. doi:10.1021 / jp062653t. PMID  16942079.
  14. ^ a b c d K. Iakoubovskii; et al. (2008). "Çift Duvarlı Karbon Nanotüplerin Optik Karakterizasyonu: İç Tüp Korumasının Kanıtı" (PDF). Fiziksel Kimya C Dergisi. 112 (30): 11194–11198. doi:10.1021 / jp8018414.
  15. ^ M. E. Itkis; et al. (2005). "Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin Saflık Değerlendirmesi için Analitik Tekniklerin Karşılaştırması". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 127 (10): 3439–48. doi:10.1021 / ja043061w. PMID  15755163.
  16. ^ a b Jared J. Crochet; et al. (2011). "Yarıiletken Karbon Nanotüp Agregalarında Elektrodinamik ve Eksitonik Etkileşimler". ACS Nano. 5 (4): 2611–2618. doi:10.1021 / nn200427r. PMID  21391554.
  17. ^ Zu-Po Yang; et al. (2008). "Düşük Yoğunluklu Nanotüp Dizisiyle Yapılan Son Derece Koyu Malzemenin Deneysel Gözlemi". Nano Harfler. 8 (2): 446–451. Bibcode:2008 NanoL ... 8..446Y. doi:10.1021 / nl072369t. PMID  18181658.
  18. ^ K. Mizuno; et al. (2009). "Dikey olarak hizalanmış tek duvarlı karbon nanotüplerden siyah gövde emici". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 106 (15): 6044–6077. Bibcode:2009PNAS..106.6044M. doi:10.1073 / pnas.0900155106. PMC  2669394. PMID  19339498.
  19. ^ K. Hata; et al. (2004). "Safsızlık İçermeyen Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin Su Destekli Yüksek Verimli Sentezi" (PDF). Bilim. 306 (5700): 1362–1364. Bibcode:2004Sci ... 306.1362H. doi:10.1126 / science.1104962. PMID  15550668.
  20. ^ L. Mizuno; et al. (2009). "Destek Bilgisi". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 106 (15): 6044–7. Bibcode:2009PNAS..106.6044M. doi:10.1073 / pnas.0900155106. PMC  2669394. PMID  19339498.
  21. ^ a b F. Wang; et al. (2004). "Karbon Nanotüplerin Zamana Bağlı Floresansı ve Radyatif Yaşam Süreleri için Etkisi". Fiziksel İnceleme Mektupları. 92 (17): 177401. Bibcode:2004PhRvL..92q7401W. doi:10.1103 / PhysRevLett.92.177401. PMID  15169189.
  22. ^ Jared Crochet; et al. (2007). "Sulu Tek Duvarlı Karbon Nanotüp Süspansiyonlarının Kuantum Verim Heterojeniteleri". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 129 (26): 8058–805. doi:10.1021 / ja071553d. PMID  17552526.
  23. ^ S-Y Ju; et al. (2009). "Oksijen Hariç Tutan bir Yüzey Aktif Madde Organizasyonu Yoluyla Parlak Floresan Tek Duvarlı Karbon Nanotüpler". Bilim. 323 (5919): 1319–1323. Bibcode:2009Sci ... 323.1319J. doi:10.1126 / science.1166265. PMID  19265015.
  24. ^ B. C. Satishkumar; et al. (2007). "Biyomoleküler algılama için karbon nanotüplerde tersinir floresan söndürme". Doğa Nanoteknolojisi. 2 (9): 560–564. Bibcode:2007NatNa ... 2..560S. doi:10.1038 / nnano.2007.261. PMID  18654368.
  25. ^ T. Okazaki; et al. (2006). "Bezelye Kabuğundan Türetilmiş Çift Duvarlı Karbon Nanotüplerde Fotolüminesans Söndürme" (PDF). Fiziksel İnceleme B. 74 (15): 153404. Bibcode:2006PhRvB..74o3404O. doi:10.1103 / PhysRevB.74.153404.
  26. ^ N. Ishigami; et al. (2008). "Safir Üzerinde Hizalanmış Tek Cidarlı Karbon Nanotüplerin Kristal Düzleme Bağlı Büyümesi". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 130 (30): 9918–9924. doi:10.1021 / ja8024752. PMID  18597459.
  27. ^ a b c d C. Fantini; et al. (2004). "Rezonant Raman Spektroskopisinden Karbon Nanotüpler için Optik Geçiş Enerjileri: Çevre ve Sıcaklık Etkileri". Fiziksel İnceleme Mektupları. 93 (14): 147406. Bibcode:2004PhRvL..93n7406F. doi:10.1103 / PhysRevLett.93.147406. PMID  15524844.
  28. ^ a b c A. G. Souza Filho; et al. (2004). "Küçük Çaplı İzole Karbon Nanotüplerin Stokes ve Anti-Stokes Raman Spektrumları". Fiziksel İnceleme B. 69 (11): 115428. Bibcode:2004PhRvB..69k5428S. doi:10.1103 / PhysRevB.69.115428.
  29. ^ H. Kataura; et al. (2000). "Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin Paket Etkileri" (PDF). AIP Konferansı Bildirileri. 544. s. 262.
  30. ^ M. Y. Sfeir; et al. (2004). "Bireysel Karbon Nanotüplerdeki Elektronik Geçişlerin Rayleigh Saçılmasıyla İncelenmesi". Bilim. 306 (5701): 1540–1543. Bibcode:2004Sci ... 306.1540S. doi:10.1126 / science.1103294. PMID  15514117.
  31. ^ Y. Wu; et al. (2007). "Raman Saçılmasıyla Gözlemlenen İzole Metalik Karbon Nanotüplerde Değişken Elektron-Fonon Bağlantısı". Fiziksel İnceleme Mektupları. 99 (2): 027402. arXiv:0705.3986. Bibcode:2007PhRvL..99b7402W. doi:10.1103 / PhysRevLett.99.027402. PMID  17678258.
  32. ^ Y. Wang; et al. (2004). "Işığa Benzeyen Radyo Dalgalarını Alma ve Gönderme: Hizalanmış Karbon Nanotüp Dizilerinde Anten Etkisi". Uygulamalı Fizik Mektupları. 85 (13): 2607–2609. Bibcode:2004ApPhL..85.2607W. doi:10.1063/1.1797559.
  33. ^ a b J. Chen; et al. (2005). "Karbon Nanotüplerde Elektriksel Kaynaklı Eksitonlardan Parlak Kızılötesi Emisyon". Bilim. 310 (5751): 1171–1174. Bibcode:2005Sci ... 310.1171C. doi:10.1126 / science.1119177. PMID  16293757.
  34. ^ M. Freitag; et al. (2003). "Tek Karbon Nanotüplerin Fotoiletkenliği". Nano Harfler. 3 (8): 1067–1071. Bibcode:2003 NanoL ... 3.1067F. doi:10.1021 / nl034313e.
  35. ^ R. B. Weisman ve S. M. Bachilo (2003). "Sulu Süspansiyondaki Tek Cidarlı Karbon Nanotüpler için Optik Geçiş Enerjilerinin Yapıya Bağımlılığı: Ampirik Bir Kataura Grafiği". Nano Harfler. 3 (9): 1235–1238. Bibcode:2003 NanoL ... 3.1235W. doi:10.1021 / nl034428i.
  36. ^ Paul Cherukuri; Sergei M. Bachilo; Silvio H. Litovsky ve R. Bruce Weisman (2004). "Fagositik Hücrelerde Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin Yakın Kızılötesi Floresans Mikroskopisi". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 126 (48): 15638–15639. doi:10.1021 / ja0466311. PMID  15571374.
  37. ^ Kevin Welsher; Sarah P. Sherlock ve Hongjie Dai (2011). "İkinci yakın kızılötesi pencerede karbon nanotüp floroforlar kullanılarak farelerin derin doku anatomik görüntülemesi". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 108 (22): 8943–8948. arXiv:1105.3536. Bibcode:2011PNAS..108.8943W. doi:10.1073 / pnas.1014501108. PMC  3107273. PMID  21576494.
  38. ^ Paul W. Barone; Seunghyun Baik; Daniel A. Heller ve Michael S. Strano (2005). "Tek duvarlı karbon nanotüplere dayalı yakın kızılötesi optik sensörler". Doğa Malzemeleri. 4 (1): 86–92. Bibcode:2005 NatMa ... 4 ... 86B. doi:10.1038 / nmat1276. PMID  15592477.
  39. ^ K. Yanagi; et al. (2006). "Β-Karoten İçerisindeki Karbon Nanotüplerin Hafif Hasat Fonksiyonu" (PDF). Fiziksel İnceleme B. 74 (15): 155420. Bibcode:2006PhRvB..74o5420Y. doi:10.1103 / PhysRevB.74.155420.
  40. ^ K. Yanagi; et al. (2007). "Karbon Nanotüplerde Kapsüllenmiş Boyanın Işığa Duyarlı İşlevi" (PDF). Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 129 (16): 4992–4997. doi:10.1021 / ja067351j. PMID  17402730.
  41. ^ Y. Saito; et al. (2006). "Karbon Nanotüpler içinde Enkapsüle Edilmiş Organik Moleküllerin Ucu Geliştirilmiş Raman Spektroskopisi ile Titreşimsel Analizi". Japon Uygulamalı Fizik Dergisi. 45 (12): 9286–9289. Bibcode:2006JaJAP..45.9286S. doi:10.1143 / JJAP.45.9286.
  42. ^ S. J. Pennycook; et al. (1980). "STEM ile Tek Çıkıklarda Katodolüminesansın Gözlenmesi". Philosophical Magazine A. 41 (4): 589–600. Bibcode:1980PMagA..41..589P. doi:10.1080/01418618008239335.
  43. ^ M. Freitag; et al. (2004). "Tek Karbon Nanotüpten Sıcak Taşıyıcı Elektrolüminesans". Nano Harfler. 4 (6): 1063–1066. Bibcode:2004 NanoL ... 4.1063F. doi:10.1021 / nl049607u.
  44. ^ a b D. Janas; et al. (2013). "Dirençli olarak havada ısıtılan karbon nanotüp filmlerinden elde edilen elektrominesans". Uygulamalı Fizik Mektupları. 102 (18): 181104. Bibcode:2013ApPhL.102r1104J. doi:10.1063/1.4804296.
  45. ^ D. Janas; et al. (2014). "Makro ölçekte karbon nanotüplerden kaynaklanan gecikmiş elektrolüminesansın doğrudan kanıtı". Uygulamalı Fizik Mektupları. 104 (26): 261107. Bibcode:2014ApPhL.104z1107J. doi:10.1063/1.4886800.
  46. ^ Jennifer Chu. "MIT mühendisleri bugüne kadarki en siyah siyah" malzemeyi geliştirdi. Alındı 2019-12-04.

Dış bağlantılar