SBIR Phase I: Enabling Low-Temperature Synthesis of Vertically Aligned Carbon-Nanotubes by Selective Heating of Catalyst
SBIR Phase I: Enabling Low-Temperature Synthesis of Vertically Aligned Carbon-Nanotubes by Selective Heating of Catalyst
批准号:
0611099
负责人:
Alexsey Vasenkov
金额:
$9.95万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2006
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2006-07-01 至 2006-12-31
中文摘要
该小型企业创新研究(SBIR)第一阶段项目将开发一种低温合成定向碳纳米管(CNT)和纳米纤维(CNF)的新工艺。 CNT/CNF被广泛研究用于制造新型纳米材料和纳米器件。 这种制造的前景目前受到CNT/CNF合成过程中高(高于500摄氏度)表面温度的限制,这通常会导致纳米材料或器件损坏。我们提出开发一种新的处理系统,其中CNT/CNF将在低温下生长,这是由于(i)使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在低温下在纳米颗粒的表面上递送烃供应,和(ii)使用催化放热反应和射频(RF)选择性加热催化纳米颗粒由RF源产生的电磁场,除了用于维持PECVD反应器中的放电的电磁场之外。这一目标将通过CFDRC的理论努力和田纳西大学诺克斯维尔分校(UTK)的实验研究相结合来实现。理论工作将致力于CNT/CNF合成的分析和多尺度计算设计,使用气体/等离子体相过程的反应器尺度模拟,CNT生长的动力学Monte Carlo分析,以及原子自组装成CNT的分子动力学建模。第一阶段将展示所提出的概念的可行性,使用现有的PECVD反应器在UTK的CNT/CNF生长。第二阶段将致力于建立一个原型的制造反应器的开发过程。目前,碳纳米管的生产量非常小,每克成本超过黄金。 相结合的第一阶段和第二阶段的努力将导致一种新的处理系统,用于在温度敏感材料表面的选择性位置直接合成垂直排列的CNT结构。直接的应用包括制造基于CNT的场发射显示器、药物微反应器、生物和化学传感器、原子力显微镜的探针尖端和X射线设备中的冷阴极。
英文摘要
This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project will develop a new process of low-temperature synthesis of aligned carbon nanotubes (CNTs) and nanofibers (CNFs). CNTs/CNFs are widely studied for manufacturing of novel nanomaterials and nanodevices. The prospects of this manufacturing are currently limited by the high (above 500 deg C) surface temperature during CNT/CNF synthesis, which often results in nanomaterial or device damage. We propose to develop a novel processing system where CNTs/CNFs will be grown at low temperature due to (i) delivering a supply of hydrocarbons on the surfaces of nanoparticles at low temperature using a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, and (ii) selective heating of catalytic nanoparticles using catalytic exothermic reactions and radio-frequency (RF) electromagnetic fields generated by an RF source additional to that used to sustain discharge in PECVD reactor. This goal will be achieved by a combination of theoretical efforts at CFDRC and experimental research at the University of Tennessee at Knoxville (UTK). Theoretical efforts will be devoted to the analysis and multi-scale computational design of CNT/CNF synthesis using a reactor-scalesimulation of gas/plasma-phase processes, a Kinetic Monte Carlo analysis of the growth of CNTs, and a Molecular Dynamic modeling of self-assembly of atoms into CNTs. Phase I will show the feasibility of the proposed concepts using existing PECVD reactors for CNT/CNF growth at UTK. Phase II will be devoted to building a prototype of manufacturing reactor for the developed processes.Currently, CNTs are produced in very small quantities and cost more per gram than gold. The combined Phase I and Phase II efforts will result in a novel processing system for a direct synthesis of vertically aligned CNT structures at selective locations on the surfaces of temperature-sensitive materials. Immediate applications include manufacturing of CNT-based field emitters displays, pharmaceutical micro-reactors, bio and chemical sensors, probe tips for atomic force microscopes, and cold cathodes in X-ray devices.
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会议论文
SBIR Phase II: Enabling Low-Temperature Synthesis of Vertically Aligned Carbon-Nanotubes by Selective Heating of Catalyst
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批准号:0724878
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$0.0万
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财政年份:2007
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负责人:Alexsey Vasenkov
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SBIR Phase I: Multi-Scale Computational Environment for Combinatorial Technologies: Bridging Disparate Length and Time Scales
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负责人:Alexsey Vasenkov
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依托单位:
国内基金
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