fullerÉnek És szÉn nanocsÖvek
DESCRIPTION
FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK. előadás fizikus és vegyész hallgatóknak ( 2008 tavaszi félév – május 14.) Kürti Jenő ELTE Biológiai Fizika Tanszék e-mail: [email protected]: virag.elte.hu/kurti. „borsó” = C60 @ nanocső. h őkezelés. duplafalú szén nanocső. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/1.jpg)
FULLERÉNEK ÉS
SZÉN NANOCSÖVEK
előadás fizikus és vegyész hallgatóknak
(2008 tavaszi félév – május 14.)
Kürti Jenő
ELTE Biológiai Fizika Tanszék
e-mail: [email protected] www: virag.elte.hu/kurti
![Page 2: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/2.jpg)
![Page 3: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/4.jpg)
„borsó” = C60 @ nanocső
duplafalú szén nanocső
hőkezelés
S.Bandow et al., CPL 337, 48 (2001)
a belső cső átmérője 0.5-0.9 nm
![Page 5: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/5.jpg)
S. Bandow et al, , CPL 337, 48 (2001)
RAMAN
![Page 6: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/6.jpg)
![Page 7: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/7.jpg)
R. Pfeiffer, H. Kuzmany, Ch. Kramberger, Ch. Schaman, T. Pichler, H. Kataura, Y. Achiba, J. Kü rti, and V. Zólyomi: PRL 90, 225501 (2003)
1.83 eV
1.95 eV
2.18 eV
2.40 eV
RBM of DWCNT’s sample – natural carbon
![Page 8: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/8.jpg)
R. Pfeiffer, F. Simon, H. Kuzmany, and V.N. Popov: Phys. Rev. B 72, 161404(R) (2005)
RBM of DWCNT’s sample – natural carbon
![Page 9: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/9.jpg)
DWCNT from 13C enriched C60
150 200 250 300 350
Ram
an s
igna
l (ar
b.u.
)
Raman shift (cm-1)
Nat-Cx10
676 nm, 90 K
25 % 13C
89 % 13C
F. Simon, Ch. Kramberger, R. Pfeiffer, H. Kuzmany, V. Zólyomi, J. Kürti, P. M. Singer, and H. Alloul: Phys. Rev. Lett 95, 017401 (2005)
![Page 10: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/10.jpg)
Raman shift (cm -1)F. Simon, Ch. Kramberger, R. Pfeiffer, H. Kuzmany, V. Zólyomi, J. Kürti, P. M. Singer, and H. Alloul: Phys. Rev. Lett 95, 017401 (2005)
RBM of inner tubes – 13C isotope enriched
676 nm (1.83 eV)
![Page 11: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/11.jpg)
S. Han et al: PRB 70, 113402 (2004)
2C60 C120 pathway involving Stone-Wales transformations
![Page 12: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/12.jpg)
A „legkisebb belső átmérőjű cső” = lineáris szénlánc
• X. Zhao et al, PRL 90, 187401(2003)
• szénlánc@MWCNT szintetizálása
• elektronmikroszkóp (TEM), spektroszkópia (Raman)
![Page 13: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/13.jpg)
X. Zhao, Y. Ando, Y. Liu, M. Jinno, and Z. Suzuki, Phys. Rev. Lett. 90, 187401 (2003)
![Page 14: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/14.jpg)
Z. Wang, X. Ke, Z. Zhu, F. Zhang, M. Ruang, J. Yang, Phys. Rev. B 61, R2472 (2000)
![Page 15: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/15.jpg)
szénlánc@(7,1) sávszerkezetefémes!
félvezető + félvezető
![Page 16: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/16.jpg)
D-sáv , D*-sáv
![Page 17: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/17.jpg)
• graphite single crystal
• stress-annealed pyrolite graphite
• commercial graphite
• activated charcoal
λ = 488 nm
F.Tuinstra and J.L.Koenig, J. of Chem. Phys. 53, 1126 (1970)
G: 1575 cm-
1
D: 1355 cm-1
D band in graphiteG
D
![Page 18: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/18.jpg)
A grafit D-sávjának diszperziója Elaser függvényében
I. Pócsik, M. Hundhausen, M. Koós and L. Ley, J. of Non-Crystalline Solids 227-230B, 1083 (1998)
ωD /Elaser 50 cm-1/eV
![Page 19: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/20.jpg)
D*-sáv, Raman-mérés
Simon, Kuzmany
• 2-falú nanocsövek
• D*-sáv helye a lézerenergiával egyenesen arányosan eltolódik.
• Izotóp technikával a külső és belső csövek járuléka szétválaszható.
Külső
Belső
13C• 1.16 eV-on belső kerül feljebb.
![Page 21: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/21.jpg)
Görbületi effektus:
fonon-diszperzió
DFT-vel ?!
![Page 22: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/22.jpg)
(4,3)
helikális szimmetria
(6,0) cső; θ=30°, da=c/2
![Page 23: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/23.jpg)
Dinamikus mátrix helikális rendszerben
1 2
2
1 2, ,
( , )iji q j q
EF q q
X X
erőállandó mátrix
Transzláció esetén: (q az ismétlődő egységeket indexeli)
Helikális szimmetria esetén: (q a forgásokat indexeli)
0
( ) (0,0) (0, ) eq
ikqck q
F F F dinamikus mátrix
0
( ) (0,0) (0 ), ) e(q
ikqck q q
F F F R dinamikus mátrix
A dinamikus mátrix sajátértékei adják a k hullámszámú fonon rezgési frekvenciáit. Sajátvektorok a normál módusokat.
A dinamikus mátrix dimenziójú. 6 gcd , 6 gcd ,n m n m
![Page 24: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/24.jpg)
Erőállandók – Hess-mátrix1 1 11 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2
1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 1 1
2 1 2 1 2 1
2 1 2 1 2 1
N N N
N N N
N N N
x x x y x zx x x y x z x x x y x z
y x y y y z y x y y y z y x y y y z
z x z y z z z x z y z z z x z y z z
x x x y x z
y x y y y z
F F FF F F F F F
F F F F F F F F F
F F F F F F F F F
F F F
F F F
2 2 22 2 2 2 2 2
2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2
1 1 1 2 2
1 1 1
1 1 1
N N N
N N N
N N N
N N N N N N
N N N
N N N
x x x y x zx x x y x z
y x y y y z y x y y y z
z x z y z z z x z y z z z x z y z z
x x x y x z x x x y x
y x y y y z
z x z y z z
F F FF F F
F F F F F F
F F F F F F F F F
F F F F F F
F F F
F F F
2
2 2 2
2 2 2
N N N N N N
N N N N N N N N N
N N N N N N N N N
z x x x y x z
y x y y y z y x y y y z
z x z y z z z x z y z z
F F F
F F F F F F
F F F F F F
mátrix. Helikális szimmetria előnye:3 3N N 6 1 13N (pl. N=500 … )
![Page 25: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/25.jpg)
(9,4)
Bz
A (9,4) nanocső fonon diszperziója helikális Brillouin-zónában. 1596 vonal lenne a tradicionális Brillouin-zónában.
RBM
G+,G-
![Page 26: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/26.jpg)
1D helical Brillouin zones for 4 tube-pairs, on the 2D graphene map(Note the differences in „m” helical quantum numbers for the inner and outer tubes in corresponding pairs.)
![Page 27: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/27.jpg)
(6,4)
Γ
KMGrafén
gcd(6,4) 2
![Page 28: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/28.jpg)
Fémes csövekre probléma:
Kohn-anomália
![Page 29: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/30.jpg)
(7,1) phonon dispersion, 1 cell
76 atoms
![Page 31: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/31.jpg)
152 atoms
(7,1) phonon dispersion, 2 cell
![Page 32: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/32.jpg)
228 atoms
(7,1) phonon dispersion, 3 cell
![Page 33: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/33.jpg)
304 atoms
(7,1) phonon dispersion, 4 cell
![Page 34: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/34.jpg)
380 atoms
(7,1) phonon dispersion, 5 cell
![Page 35: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/35.jpg)
456 atoms
(7,1) phonon dispersion, 6 cell
![Page 36: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/36.jpg)
532 atoms
(7,1) phonon dispersion, 7 cell
![Page 37: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/37.jpg)
684 atoms !
(7,1) phonon dispersion, 9 cell
![Page 38: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/38.jpg)
Nemfémes csövekre:
görbületi effektus DFT számolása
![Page 39: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/39.jpg)
(5,3) vs (10,6)Minden második vonal ugyanazt metszené ki a grafénből.
Eltérés:
Kétféle fonon lágyulás;
Lejjebb csúsznak a sávok és csökken a meredek-ségük is.
![Page 40: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/40.jpg)
Fonon lágyulás mérőszámai
Sorfejtés a minimumokban
Mindkét faktor csökken a csökkenő átmérőkkel, ami fonon lágyulást jelent.
(0) (2) 20 0( ) ( )ph ph phk k k k
![Page 41: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/41.jpg)
Alkalmazási lehetőségek
kémiai szenzorok (funkcionalizálás)
nanoelektronika: n-m osztható 3-mal fémes a többi félvezető nano-IC
különleges mechanikai tulajdonságok: erős, könnyű, stabil, flexibilis
![Page 42: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/42.jpg)
AFM-tű
![Page 43: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/43.jpg)
Field Emission Applications
Displays
Microwave AmplifierE-gun for SEM
X-ray sourceslampsslide from J. Robertson, 2005
![Page 44: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/44.jpg)
CNT bycicle – Tour de France 2006 winner Babolet teniszütő
Nissan-X (lökhárító) NASA siklórepülő (terv)
Mechanikai alkalmazások
![Page 45: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/45.jpg)
Szén nanocső szőnyegből szőtt fonal
Zhang, Baughman, Science 306 1356 (2004)slide from J. Robertson, 2005
![Page 46: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/46.jpg)
Szén nanocső fonalak
csomózása
slide from J. Robertson, 2005
![Page 47: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: FULLERÉNEK ÉS SZÉN NANOCSÖVEK](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062422/56812faf550346895d953789/html5/thumbnails/48.jpg)
„Neuronano” project