Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7269

Modification of the Electronic Properties of Carbon Nanotubes by Bundling, Temperature, B- and N-doping: a Resonance Raman Study

Tetyana Skipa

Abstract
This work focuses on study of the electronic properties of carbon nanotubes (CNTs) and their composites. Most attention is paid to factors related to the application of CNTs that can influence their electronic properties, i.e. the tube-tube interaction (by bundling), temperature effects, and doping with Boron and Nitrogen. These effects were studied with Resonance Raman scattering (RRS).

The tube-tube interaction was investigated by combined methods of RRS and High Resolution Transmission Electron Microscopy. With this study it was possible to establish a functional dependence between the relative Raman intensities and the nanotube bundle sizes.

A large part of this work was devoted to the synthesis of new nano-materials. BNC-NTs with various element compositions were synthesized and studied with Energy Dispersive X-ray Analysis giving the B and N content.

For the description of tube-tube interaction a phenomenological model was developed that can be used for the characterization of samples with unknown tube distribution. This model also allows revealing the electronic energy changes induced by temperature.

Modifikation der elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren durch Bündelung, Temperatur und Dotierung mit Bor und Stickstoff: Eine Untersuchung mit resonanter Ramanstreuung

Zusammenfassung
In dieser Arbeit werden die elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und von hieraus abgeleiteten Materialien untersucht. Von einer besonderen Interesse waren dabei die anwendungsrelevante Faktoren, die die elektronischen Eigenschaften von Nanoröhren beeinflussen können. Zu solchen Faktoren zählen u. a. die Wechselwirkung von CNTs (bei Bündelung), thermische Effekte sowie der Einfluss von Dotierung mit Bor und Stickstoff. Diese Effekte wurden durch resonante Ramanstreuung (RRS) untersucht.

Zur Untersuchung von Bündelungseffekten wurde die RRS mit der hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopie kombiniert. Mit Hilfe dieser Untersuchungen gelang es erstmals, einen funktionalen Zusammenhang zwischen Raman-Intensität und Bündelgröße zu finden.

Ein großer Teil der Arbeit war der Herstellung neuer Nanomaterialien gewidmet. Insbesondere wurden BNC-Nanoröhren mit verschiedener elementaren Zusammensetzung synthetisiert und untersucht. Zur Bestimmung ihrer Zusammensetzung wurde die Methode der energiedispersiven Röntgenspektroskopie herangezogen.

Zur Beschreibung von Wechselwirkungseffekten zwischen CNTs in Bündeln wurde ein phänomenologisches Modell entwickelt, das zur Charakterisierung von Proben mit unbekannten CNT-Bündelungen eingesetzt werden kann. Das Modell beschreibt auch die Änderungen der elektronischen Übergangsenergien, die durch thermische Effekte hervorgerufen werden.

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