Вы здесь: Главная -> Образование -> Химия -> Фуллерены, их производные и нанотрубки
Новости науки
2016:
78
2015:
12345678910
2014:
123456789101112
2013:
123456789101112
2012:
123456789101112
2011:
123456789101112
2010:
123456789101112
2009:
123456789101112
2008:
123456789101112
2007:
123456789101112
2006:
123456789101112
Рейтинг@Mail.ru

Фуллерены, их производные и нанотрубки


Составитель Ш.К. Насибуллаев, специально для сайта originweb.info

Углеродные нанотрубки

Наряду с молекулами фуллеренов в виде сфероидальных структур существуют и графитовые образования других типов. В результате термического распыления графитового анода в электрической дуге, углеродные испарения образуют также двумерные протяженные структуры, свернутые в однослойную или многослойную трубку, которые были названы нанотрубками (рис. 6.). Первая публикация по получению нанотрубок относится к 1991 году (S. Iijima), т.е. через пять лет, после обнаружения фуллеренов. Длина нанотрубок достигает десятков микрон и на несколько порядков превышает их диаметр, составляющий обычно от одного до нескольких нанометров. Большинство нанотрубок состоит из нескольких графитовых слоев, либо вложенных один в другой, либо навитых на общую ось. Расстояние между слоями практически всегда составляет 0,34 нм, что соответствует расстоянию между слоями в кристаллическом графите. Нанотрубки обычно заканчиваются полусферической головкой, структура которой включает в себя наряду с шестиугольниками также правильные пятиугольники и напоминает половину молекулы фуллерена.

Углеродные нанострубки сочетают в себе свойства молекул и твердого тела и могут рассматриваться как промежуточное состояние вещества. Эта особенность привлекает к себе постоянное внимание исследователей, изучающих фундаментальные особенности поведения столь экзотического объекта в различных условиях.

Углеродная нанотрубка
Рис. 6. Углеродная нанотрубка

Нанотрубки проявляют свойства, которые имеют как большой научный интерес, так и большое значение для прикладных задач. После открытия нанотрубок, исследователей привлекла возможность их заполнения различными веществами. Нанотрубка, заполненная проводящим, полупроводящим или сверхпроводящим материалом, можно рассматривать как наиболее миниатюрный из всех известных к настоящему времени элементов микроэлектроники. Научный интерес к данной проблеме связан с возможностью получения экспериментально обоснованного ответа на вопрос: при каких минимальных размерах капиллярные явления сохраняют свои особенности, присущие макроскопическим объектам? Было показано, что капиллярные явления, приводящие к втягиванию жидкостей, смачивающих внутреннюю поверхность трубки, внутрь капилляра, сохраняют свою природу при переходе к трубкам нанометрового диаметра. Теоретические расчеты показывают, что электрические свойства индивидуальной нанотрубки в значительной степени определяются ее хиральностью, т.е. углом ориентации графитовой плоскости относительно оси трубки. В зависимости от хиральности одностенная нанотрубка может быть либо, как графит, полуметаллом, не имеющим запрещенной зоны, либо полупроводником, ширина запрещенной зоны которого находится в диапазоне 0,01-0,7 эВ. Безусловно, измерение электропроводности индивидуальных нанотрубок является весьма сложной задачей, в силу микроскопичности объекта измерений, но и весьма важной задачей, т.к. от этого зависит перспектива использования нанотрубок в целях использования их для дальнейшей миниатюризации устройств микроэлектроники. Тем не менее, последние экспериментальные работы показывают, что техника эксперимента весьма успешно развивается, и есть надежда, что в ближайшее будущее появиться возможность надежно измерять необходимые электрофизические параметры на индивидуальных нанотрубках. О перспективных возможностях использования нанотрубок говорят многие теоретические исследования. Соединение двух нанотрубок, имеющих различную хиральность, а, следовательно, и различные электронные характеристики, представляют собой p-n-переход размером в несколько нанометров и также может быть использовано в качестве основы электронных устройств следующего поколения. Теоретически было показано, что нанотрубка с внедренным в него определенным дефектом обладает гетеропереходом металл-полупроводник, это может составить основу полупроводникового элемента рекордно малых размеров. Появились сообщения о создании полевых транзисторов на основе одной углеродной нанотрубки и даже одной молекулы фуллерена C60. В литературе обсуждаются возможности создания на основе нанотрубок высоковольтовых полевых эмиттеров и низкотемпературных термоэмиттеров электронов. На соединениях с нанотрубками наблюдалась сверхпроводимость при температуре ниже 20 К.

Перспективным представляется использование нанотрубок в химической технологии, что связано, с одной стороны, с их высокой удельной поверхностью и химической стабильность, а с другой стороны - с возможностью присоединения к поверхности нанотрубок разнообразных радикалов, которые могут служить в дальнейшем либо каталитическими центрами, либо зародышами для осуществления разнообразных химических превращений.

Указанная выше возможность заполнения нанотрубок создает перспективу использования их как хранилища газообразного водорода и соэданию высокоэффективного экологически безопасного автомобильного транспорта на водородном топливе. Кроме того, обсуждается использование нанотрубок для изоляции и хранения радиоактивных отходов. Преимущества такого способа хранения связаны с тем обстоятельством, что радиоактивный материал, инкапсулированный внутрь нанотрубки, в химическом отношении инертен и тем самым обеспечивается высокая степень безопасности при его хранении.



главная :: наверх :: добавить в избранное :: сделать стартовой :: рекомендовать другу :: карта сайта :: создано: 28.06.2006
Наша кнопка:
Научно-образовательный портал