загрузка...
загрузка...
На головну

вуглецеві нанотрубки

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Вуглецеві нанотрубки (Тубуль) - це протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох сантиметрів, що складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональних графітових площин.

Мал. Типи нанотрубок і їх схематичне зображення.

Ідеальна нанотрубка являє собою згорнуту в циліндр графітову площину, тобто поверхню, викладену правильними шестикутниками, в вершинах яких розташовані атоми вуглецю. Результат такої операції залежить від кута орієнтації графітової площині щодо осі нанотрубки. Кут орієнтації визначає, зокрема, її електричні характеристики.

Структура одношарових нанотрубок, що спостерігаються експериментально, у багатьох відношеннях відрізняється від представленої вище ідеалізованої картини. Багатошарові нанотрубки відрізняються від одношарових значно більш широким розмаїттям форм і конфігурацій. Різноманітність структур проявляється як в подовжньому, так і в поперечному напрямку.

Структура типу «російської матрьошки» (russian dolls) являє собою сукупність коаксіально вкладених один в одного одношарових циліндричних нанотрубок. Інший різновид цієї структури являє собою сукупність вкладених один в одного коаксіальних призм.

Історія відкриття фулерену

Як відомо, фулерен (C60) був відкритий групою Смоли, Крото і Кёрла в 1985 р, за що в 1996 р ці дослідники були удостоєні Нобелівської премії з хімії. Що стосується вуглецевих нанотрубок, то тут не можна назвати точну дату їх відкриття.

Хоча загальновідомим є факт спостереження структури багатошарових нанотрубок Ііджімой в 1991 р, існують більш ранні свідчення відкриття вуглецевих нанотрубок. Так, наприклад в 1974-1975 рр. Ендо і ін. Опублікували ряд робіт з описом тонких трубок з діаметром менше 100 A, приготованих методом конденсації з пари, однак більш детального дослідження структури не було проведено. У 1992 в Nature була опублікована стаття, в якій стверджувалося, що нанотрубки спостерігали в 1953 р Роком раніше, в 1952, в статті радянських вчених Радушкевіча і Лук'яновича повідомлялося про електронно-мікроскопічному спостереженні волокон з діаметром близько 100 нм, отриманих при термічному розкладанні окису вуглецю на залізному каталізаторі. Ці дослідження також не були продовжені.

Механічні, електричні та оптичні властивості нанотрубок

Механічні застосування: надміцні нитки, композитні матеріали, нановеси.

Наприклад, було запропоновано використовувати нанотрубки для створення троса для космічного ліфта, так як нанотрубки теоретично, можуть тримати і більше тонни. Але це тільки в теорії, так як отримати достатньо довгі вуглецеві трубки з товщиною стінок в один атом до сих пір не вдалося.

Дослідниками з Франції та Росії (ІПТМ РАН, Чорноголовка) відкрито явище надпровідності вуглецевих нанотрубок. Були проведені вимірювання вольт-амперних характеристик:

· Окремої одношарової нанотрубки діаметром ~ 1нм;

· Згорнутого в джгут великого числа одношарових нанотрубок;

· Також індивідуальних багатошарових нанотрубок.

При температурі, близькій до 4К, між двома надпровідними металевими контактами спостерігався струм. На відміну від звичайних тривимірних провідників, перенесення заряду в нанотрубке має ряд особливостей, які, судячи з усього, пояснюються одновимірним характером перенесення (як, наприклад, квантування опору R).

Напівпровідникові модифікації вуглецевих нанотрубок є прямозонних напівпровідниками. Це означає, що в них може відбуватися безпосередня рекомбінація електрон-діркових пар, що приводить до випускання фотона. Прямозонних автоматично включає вуглецеві нанотрубки в число матеріалів оптоелектроніки.

Застосування в мікроелектроніці: транзистори, нанопроводи, прозорі провідні поверхні, паливні елементи.

Для створення з'єднань між біологічними нейронами і електронними пристроями в новітніх нейрокомп'ютерних розробках.

Оптичні застосування: дисплеї, світлодіоди.

Одностінні нанотрубки (індивідуальні, в невеликих збірках або в мережах) є мініатюрними датчиками для виявлення молекул в газовому середовищі або в розчинах з ультрависокої чутливістю - при адсорбції на поверхні нанотрубки молекул її електроопір, а також характеристики нанотранзистори можуть змінюватися. такі нанодатчікі можуть використовуватися для моніторингу навколишнього середовища, у військових, медичних і біотехнологічних цілях.

Отримання вуглецевих нанотрубок

В даний час найбільш поширеним є метод термічного розпилення графітових електродів в плазмі дугового розряду. Процес синтезу здійснюється в камері, заповненій гелієм під тиском близько 500 торр. При горінні плазми відбувається інтенсивне термічне випаровування анода, при цьому на торцевій поверхні катода утворюється осад, в якому формуються нанотрубки вуглецю.

Утворені численні нанотрубки мають довжину близько 40 мкм. Вони наростають на катоді перпендикулярно плоскій поверхні його торця і зібрані в циліндричні пучки діаметром близько 50 мкм. Пучки нанотрубок регулярно покривають поверхню катода, утворюючи стільникову структуру. Її можна виявити, розглядаючи осад на катоді неозброєним оком. Простір між пучками нанотрубок заповнене сумішшю невпорядкованих наночастинок і одиночних нанотрубок. Зміст нанотрубок в вуглецевому осаді може наближатися до 60%.

Для поділу компонентів отриманого осаду використовується ультразвукове диспергування. В результаті виходить суспензія, яка (після додавання води) піддається поділу на центрифузі. Великі частинки сажі прилипають до стінок центрифуги, а нанотрубки залишаються плаваючими в суспензії. Потім нанотрубки промивають в азотній кислоті і просушують в газоподібному потоці кисню і водню. В результаті такої обробки виходить досить легкий і пористий матеріал, що складається з багатошарових нанотрубок із середнім діаметром 20 нм і довжиною близько 10 мкм. Технологія отримання нанотрубок досить складна, тому в даний час нанотрубки - дорогий матеріал: один грам коштує кілька сотень доларів США.

Відповідно до публікації в журналі NanoLetters, фізикам з декількох китайських дослідницьких центрів вдалося доопрацювати технологію. Їм вдалося синтезувати вуглецеві нанотрубки довжиною до 18,5 сантиметрів.

«== Попередня стаття | наступна стаття ==>

Читайте також:

магнітооптичні явища

Плівки Ленгмюра-Блоджет (ЛБ - плівки) добре видно в атомно-силовий мікроскоп

Загальна фізіологія сенсорних систем. Класифікації рецепторів. Адекватні рецептори. Механорецептори. Хеморецептори. Фоторецептори. Терморецептори. Загальна фізіологія сенсорних систем

Обробка інформації в перемикальних ядрах і провідних шляхах сенсорної системи. Латеральне гальмування.

Стаціонарний і нестаціонарний ефекти Джозефсона і застосування їх в вимірювальної техніки

механорецептори

Сенсорні сигнали від пропріоцепторів

ОСНОВНІ ТИПИ акустоелектронні ПРИСТРОЇВ Лінії затримки

Принцип роботи скануючого тунельного мікроскопа

Приклади використання наноматеріалів в електроніці та вимірювальної техніки

Основи взаємодії електромагнітних хвиль і пучків частинок з речовиною

ефект Зеемана

Електронний парамагнітний резонанс (ЕПР)

розгортається пристрої

Повернутися в зміст: фізичні явища

Всі підручники

© om.net.ua