Phasenumwandlung des Füllmaterials in Carbon Nanotubes

Die Herstellung von Carbon Nanotubes wurde erstmals im Jahr 1991 berichtet. Diese "Nanoröhrchen" aus graphitischem Kohlenstoff (single-walled carbon nanotubes SWNTs) können mit einer Vielzahl von verschiedenen Materialien befüllt werden. Diese gefüllten SWNTs stellen eine neue Generation von Materialien dar, die in großem Maßstab hergestellt werden können und die die Grundlage für neuartige Dioden, Transistoren, Speicherelemente und logische Schaltungen bilden könnten. Im Laufe dieses Projekts soll die Methode der Befüllung aus der Schmelze angewandt werden. In allen bisherigen Studien, wurde die chemische Struktur des Füllmaterials erst nach Abkühlen auf Raumtemperatur untersucht und mit dem Ausgangsmaterial verglichen. Ziel dieses Projekts ist es, die Strukturen, die während des Befüllens auftreten und die Strukturen, die sich während des Abkühlen zu Raumtemperatur bilden (Phasenumwandlungen), zu beleuchten. Ein tieferes Verständnis der Dynamiken während des Füllvorganges würde es erlauben, Experimente zu planen, die zu höheren Füllausbeuten führen. Für die möglichen technologischen Anwendungen der gefüllten SWNTs, sollte eine annähernd quantitative Befüllung erreicht werden. Der Charakter einer Phasenumwandlung (z. B. Umwandlungstemperatur, Ordnung der Phasenumwandlung, etc.) zeigt eine ausgeprägte Abhängigkeit von der Größe und Dimensionalität des Systems. Im hohlen Inneren von SWNTs, können die Korrelafionslängen nur entlang der Achse der SWNTs divergieren. Deshalb können sich die Phasenumwandlungen des Füllmaterials im Inneren der SWNTs deutlich vom Ausgangsmaterial unterscheiden. Das Befüllen der SWNTs und die Phasenumwandlungen des Füllmaterials sollen mit Differenzieller Scanning- Kalorimetrie (DSC) in-situ verfolgt werden. So ist es möglich, den Fortschritt des Befüllens zu quantifizieren. Ein zweites Ziel ist, die auftretenden Hochtemperatur-Strukturen "einzufrieren" und sie bei Raumtemperatur zu charakterisieren. Dies soll durch sehr schnelles Abkühlen der Probe (Quenchen) erreicht werden. Die erhaltenen Proben sollen dann mit Hochauflösender Transmission Elektronenmikroskopie, Raman Spektroskopie und DSC charakterisiert werden. Die Universität von Oxford besitzt eines der fortschrittlichsten Elekronenmikroskope Europas, das eine Auflösung < 0.8 A erreicht. Um das Phänomen der Phasenübergänge des Füllmaterials im Inneren der SWNTs umfassend zu beleuchten, sollen verschiedene Arten von Phasenübergängen untersucht werden: (a) flüssig - fest Phasenübergänge, (b) Ubergänge von Unordnung zu Ordnung bezüglich der Orientierung von strukturellen Untereinheiten und (c) Phasenübergänge in Zweikomponentensystemen mit Mischungslücken.