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Aunque la espectroscopia Raman es un análisis químico potente y no destructivo, su aplicación para caracterizar los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) es un desafío debido a su falta de homogeneidad, complejidad estructural e interacciones complejas de van der Waals (vdW) entre las capas.
![Conocimientos más profundos de la estructura de los nanotubos de carbono de pared múltiple](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39666_16630073859317211.jpg)
Estudio: papel del acoplamiento mecánico de van der Waals en la división de la banda G de nanotubos de carbono de paredes múltiples individuales. Crédito: lucadp/Shutterstock.com
No obstante, la falta de homogeneidad y las interacciones vdW en nanotubos de carbono de paredes múltiples individuales pueden estudiarse mediante técnicas analíticas combinadas que incluyen microscopía de fuerza atómica (AFM), imágenes polarizadas Raman y espectroscopía al preparar una purificación en chip de descarga de arco (AD) multi Polvo de nanotubos de carbono con paredes.
Un artículo publicado en el Journal of Physical Chemistry C discutió la falta de homogeneidad en los nanotubos de carbono de paredes múltiples AD individuales determinados por la señal Raman al extraer las capas internas de los nanotubos de carbono de paredes múltiples durante la fase de sonicación del método de dispersión.
Se observó una división en la banda G activa de Raman y se describió en términos del acoplamiento vdW variable de la capa intermedia en función de la distancia y el diámetro de la capa intermedia en los nanotubos de carbono AD multipared probados.
Además, el mapeo Raman y el ajuste de datos avanzado se utilizaron para estudiar el comportamiento de polarización de los nanotubos de carbono de paredes múltiples que dieron como resultado una respuesta Raman no uniforme. Por lo tanto, el presente trabajo proporcionó información sobre los nanotubos de carbono de pared múltiple no homogéneos y distinguió entre los cristales Moiré unidimensionales (1D) y los nanotubos de carbono de pared múltiple basados en nanotubos de carbono de pared simple desintegrados (SWCNT) o mediante el estudio de heteroestructuras 1D vdW mediante espectroscopia Raman.
Investigación de nanotubos de carbono de pared múltiple mediante espectroscopia Raman
Los nanotubos de carbono de pared múltiple son una forma especial de nanotubos de carbono en los que se anidan varios nanotubos de carbono de pared simple uno dentro del otro. Son mecánicamente fuertes debido a la sp2 Tipo de enlace carbono-carbono. Caracterizados por una gran superficie en el exterior y una amplia cavidad en el interior, son ampliamente utilizados para la encapsulación y el injerto molecular.
Las propiedades ópticas y electrónicas de los nanotubos de carbono multipared están determinadas por la naturaleza metálica y semiconductora de las paredes individuales, dependiendo de la banda prohibida variable dada por el diámetro y el ángulo de bobinado (quiral). Además, la estructura de la banda electrónica de los nanotubos de carbono de paredes múltiples exhibe bandas planas o pseudobrechas debido al acoplamiento electrónico vdW sintonizable y la interferencia del muaré.
La espectroscopia Raman es una técnica de análisis que utiliza luz dispersa para medir los modos de energía vibracional de una muestra. El efecto Raman surge de la dispersión inelástica de la luz y puede sondear directamente los modos de vibración/rotación en las muestras.
La espectroscopia Raman proporciona información sobre la pureza, los defectos y la orientación del tubo, y ayuda a distinguir la presencia de nanotubos de carbono de pared múltiple en relación con otros alótropos de carbono. La espectroscopia Raman ha tenido un éxito notable en la descripción de las características estructurales de los SWCNT. Desafortunadamente, la interpretación de los espectros de los nanotubos de carbono de pared múltiple suele ser muy complicada y aún no ha producido un rango de salida similar al logrado por la espectroscopia Raman para los SWCNT.
Caracterización de nanotubos de carbono multipared
La caracterización de nanotubos de carbono de pared múltiple es un requisito previo para muchos estudios fundamentales. En este contexto, la espectroscopia Raman resonante (RRS) podría servir como una técnica robusta que anteriormente proporcionaba información esencial para los SWCNT. Sin embargo, la falta de homogeneidad, la complejidad estructural y las intrincadas interacciones vdW entre capas en los nanotubos de carbono de paredes múltiples limitan la aplicación de la técnica RRS y no producen un rendimiento similar.
En el presente trabajo, se investigó el papel de la falta de homogeneidad estructural y el acoplamiento mecánico de vdW para caracterizar nanotubos de carbono de paredes múltiples utilizando medidas combinadas de AFM, RRS e imágenes polarizadas Raman.
Los nanotubos de carbono de paredes múltiples simples puros se obtuvieron a partir de sus versiones sintetizadas AD a través del proceso de purificación en el chip. Los resultados mostraron que la no uniformidad de la señal Raman de los nanotubos de carbono AD de pared múltiple se debió a la extracción o daño de las capas internas por el paso de sonicación del método de dispersión.
Los nanotubos de carbono de paredes múltiples individuales aislados se caracterizaron con división de banda G activa de Raman, que se describió en términos de acoplamiento mecánico diferencial vdW entre capas y en función del espacio y el diámetro entre capas. Por lo tanto, el presente trabajo ha agregado información sobre los nanotubos de carbono de paredes múltiples estructuralmente no homogéneos, lo que permite la distinción entre los nanotubos de carbono de paredes múltiples y los cristales de muaré 1D.
Conclusión
En conclusión, la falta de homogeneidad de la señal Raman obtenida a partir de nanotubos de carbono de pared múltiple AD se ha atribuido a la extracción o daño de las capas internas durante el proceso de dispersión. Además, la división de la banda G activa de Raman en nanotubos de carbono de paredes múltiples individuales se interpretó en términos del efecto del acoplamiento mecánico vdW entre las capas.
Finalmente, el presente trabajo mostró un enfoque práctico para determinar el comportamiento de polarización de nanotubos de carbono multipared a través de una respuesta Raman no uniforme a través de mapeo Raman y ajuste de datos avanzado, lo que también ayudó a identificar el efecto antena. Por lo tanto, el presente trabajo proporcionó información sobre la estructura de los nanotubos de carbono de paredes múltiples y distinguió entre nanotubos de carbono de paredes múltiples y cristales de muaré 1D.
Relación
Avramenko MV, Hokkanen MJ, Slabodyan Y, Ahlskog M, Levshov DI (2022). Papel del embrague mecánico Van der Waals en el G–División de bandas de nanotubos de carbono de paredes múltiples individuales. El Diario de Química Física C. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.2c03590
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