Нанотрубки и их свойства

«В нашем устройстве ток в 3 мкА приводил к излучению 10⁷ фотонов с площади в 1 кв. нм в 1 с, что в 10⁵ раз больше потока фотонов с больших площадей светодиодов», - заявил один из авторов работы Хиа Чен (Jia Chen) из компании IBM.

Ученые отмечают, что  возможность излучения в диапазоне 1 – 2 мкм особенно интересна, поскольку  именно это излучение используется в оптических системах передачи данных. Более того – длина волны определяется геометрическим параметрами нанотрубок – в частности, их диаметром. Это открывает возможность создания устройств, излучающих в разных областях спектра, в том числе и в видимой его области.

 

Применение  нанотрубок в электронике.

 

Хотя технологические  применения нанотрубок, основанные на их высокой удельной поверхности, представляют значительный прикладной интерес, наиболее привлекательными представляются те направления  использования нанотрубок, которые связаны с разработками в различных областях современной электроники. Такие свойства нанотрубок, как малые размеры, меняющиеся в различных пределах, в зависимости от условий синтеза, электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность, позволяют рассматривать нанотрубки в качестве основы будущих элементов микроэлектроники. Было рассчитано, что внедрение в идеальную структуру однослойной нанотрубки в качестве дефекта пары пятиугольник-семиугольник изменяет ее хиральность и, как следствие, ее электронные свойства. Конкретно была рассмотрена структура (8,0)/(7,1). Как следует из расчетов трубка с хиральностью (8,0) представляет собой полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,2 эВ, в то время как трубка с хиральностью (7,1) является полуметаллом для которого ширина запрещенной зоны равна нулю. Аналогичным образом в результате внедрения дефекта могут быть получены гетеропереходы полупроводник-полупроводник с различными значениями ширины запрещенной зоны. Тем самым нанотрубка с внедренным в нее дефектом может рассматриваться как гетеропереход металл-полупроводник, который, в принципе, может составить основу полупроводникового элемента рекордно малых размеров.

Возможности применения нанотрубок в электронике не ограничиваются областью создания на их основе новых типов миниатюрных элементов электронных схем. Наряду с этим нанотрубки могут служить основой тончайшего измерительного инструмента, используемого для контроля неоднородностей поверхностей таких схем. В одной из работ в данном направлении была использована многослойная нанотрубка в качестве зонда для исследования поверхности на нанометровом уровне. Преимущества использования для этой цели нанотрубок связаны с их чрезвычайно высокой механической прочностью, на которую указывают в частности, результаты прямых измерений, согласно которым модуль Юнга нанотрубок в аксиальном направлении составляет порядка 7000 ГПа, в то время как для стали и иридия, традиционно используемых для изготовления таких зондов, значение этого параметра составляет 200 и 500 ГПа соответственно.

 

 

 

Нанотрубки  растут на лугу.

 

 

Китайские ученые разработали  простой и эффективный способ получения так называемых многослойных нанотрубок.

 

Энбо Ван (Enbo Wang) и его  коллеги нагревали обычную луговую  траву при температуре 250°C в течение одного часа. Затем траву нагревали при температуре 600°C около 20 мин. в замкнутом сосуде, содержащем около 15 мл кислорода. После охлаждения сосуд снова нагревали, и эта операция повторялась около 50 раз. В конечном итоге получались нанотрубки с диаметром от 30 до 50 нм и длиной около 1 мкм, причем с высокой эффективностью — средний выход продукта достигал 15%.

 

Новый способ синтеза  нанотрубок был разработан на основе недавно открытого эффекта влияния  воды, которая упрощает синтез и  очистку наноструктурированного углерода. Китайские ученые попробовали в качестве исходного материала использовать непосредственно углеводы, при этом продуктом реакции является углерод и вода (те же продукты образуются при сжигании кусочка сахара). Многие растения, в том числе и трава, содержат своеобразный пучок трубчатых структур из целлюлозы и лигнина, которые служат для доставки жидкости в растениях.

 

Ученые предположили, что на первом этапе реакции (нагрев при 250°C в открытом сосуде) удаляются  белковые и жировые компоненты, а при 600°C происходит дегидратация (потеря воды) в целлюлозе и превращение ее в наноструктурированный углерод. Трубчатая структура исходного материала имеет критически важное значение, потому что получить нанотрубки из куска сахара или других простых углеводов при помощи такой же тепловой обработки не удается (точнее, их выход очень мал). Нанотрубки также можно получить из дерева или конопли. Ученые надеются, что полученные нанотрубки могут быть использованы для разработки новых катализаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

 

Открытие углеродных нанотрубок относится к наиболее значительным достижениям современной  науки. Эта форма углерода по своей  структуре занимает промежуточное  положение между графитом и фуллереном. Однако многие свойства углеродных нанотрубок не имеют ничего общего ни с графитом, ни с фуллереном. Это позволяет рассматривать и исследовать нанотрубки как самостоятельный материал, обладающий уникальными физико-химическими характеристиками.

Исследования углеродных нанотрубок представляют  значительный фундаментальный и прикладной интерес. Фундаментальный интерес к этому объекту обусловлен, в первую очередь, его необычной структурой и широким диапазоном изменения физико-химических свойств в зависимости от хиральности.

К проблеме исследования фундаментальных свойств углеродных нанотрубок вплотную примыкает проблема прикладного использования. Решение  этой проблемы, в свою очередь, от создания способов дешевого получения углеродных нанотрубок в больших количествах. Эта проблема пока исключает возможность крупномасштабного применения этого материала.  Тем не менее такие свойства нанотрубок, как сверхминиатюрные размеры, хорошая электропроводность, высокие эмиссионные характеристики, высокая химическая стабильность при существующей пористости и способность присоединять к себе различные химические радикалы, позволяют надеяться на эффективное применение нанотрубок в таких областях, как измерительная техника, электроника и наноэлектроника, химическая технология и др. В случае успешного решения этих задач мы станем свидетелями еще одного примере эффективного влияния фундаментальных исследований на научно технический прогресс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы.

 

1. Z. Pan et al, "Very long carbon nanotubes", Nature 394 (1998) 631.
2. http://electra.physics.gatech.edu/group/labs/tubelab.html
3. K.Hirahara et al, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 5384
4. http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/ntproperties/ - сайт, посвященный исследованию нанотрубок. Здесь можно найти множество дальнейших ссылок на оригинальные работы, на сайты лабораторий и т.д.
5. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. - Москва: Техносфера, 2003. - 336 с.
6. CNews.ru