Синтез углеродных нанотрубок и графенов при конверсии углеводородов в плазменных струях

Исследован синтез углеродных нанотрубок (УНТ) и графена при их образовании в струе плазмы азота, аргона и гелия создаваемой плазмотроном постоянного тока. Прекуросоры углерода в виде углеводородов или спирта вводились в плазмотрон одновременно с плазмообразующим газом. Синтезированные в азотной плазме при использовании метана при 150-350 Торр графеновые материалы представляли собой многослойный графен, содержащий от 2 до 5 слоев графена. Показана возможность легирования графена азотом при его синтезе. Степень легирования графена достигала 8%. УНТ, синтезированные в смеси азота и метана при давлении 710 торр, имеют диаметр до 20 нм, при этом отношение длины к диаметру не превышало 100. При давлении 100 Торр нитевидные УНТ образуются в виде сплетений диаметром от 20 до 50 нм. Проведен расчет газофазного состава вдоль плазменной струи в смесях N2-CH4 и гелия с пропан бутаном. Измерены спектральные характеристики плазменной струи гелия с добавлением ацетилена либо метана. Анализ спектров излучения и рассчитанного в Саха-больцмановском приближении состав смеси позволил выявить характер пространственной неоднородности плазменной струи. Исследован синтез графенов по конверсии этанола в плазменной струе азота или аргона. Показано, что при добавлении спирта в азотную плазму латеральный размер графеновых материалов вырастает до 1000 нм. Впервые получены углеродные нановолокна при конверсии ацетилена и пропанобутановой смеси в струе плазмы гелия и аргона. Установлено, что синтезированные наборы многостенных углеродных нанотрубок и многослойного графена являются мезопористыми. Проведено моделирование процессов в плазменной струе при условиях образования твердой фазы в рамках квазиодномерного подхода к описанию течения в реакторе. Обнаружена корреляция между температурным профилем и содержанием конденсированного углерода. Исследован синтез графена с введением азота в струю гелиевой плазмы. В качестве источника углерода использовалась пропанобутановая смесь. Проведены исследования сравнительного синтеза графена при использовании смеси гелий/пропан-бутан и аргон/пропан-бутан.