Питання 10. Вуглецеві нанотрубки ( внт) загальна інформація.
Вуглецеві нанотрубки – це протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і довжиною до декелькох мікрометрів. Вони складаються з однієї або декількох згорнутих у трубку гексагональних графітових шарів (графенів) і закінчуються напівсферичною головкою. Розрізняють металеві й напівпровідникові вуглецеві нанотрубки. Металеві нанотрубки добре проводять електричний струм навіть поблизу абсолютного нуля температур, у той час, як електропровідність напівпровідникових нанотрубок за температури абсолютного нуля 119 дорівнює нулю і зростає у разі підвищення температури. Напівпровідникові властивості нанотрубок зумовлені щілиною на рівні Фермі. У реальних умовах трубки нерідко виходять багатошаровими, тобто являють собою одношарові нанотрубки, вкладені одна в одну.
Трубки мають дуже малий діаметр і являють собою мікрокапіляри.
Широко застосовуються нанотрубки у мікроелектроніці: транзистори, нанопровідники, прозорі електропровідні поверхні, мініатюрні датчики з ультрависокою чутливістю для виявлення молекул у газовому середовищі або в розчинах, оптичні дисплеї і світлодіоди.
Питання 11. Методи одержання вуглецевих нанотрубок
Основними методами синтезу нанотрубок (як вуглецевих, так і з інших матеріалів) є методи електричного дугового розряду, лазерного ви- паровування або абляції у вакуумі та хімічного осадження з парової фази. Метод дугового розряду тривалий час був найбільш простим і поширеним методом створення нанотрубок - синтез за допомогою дугового розряду між графітовими анодом і катодом. Анод випаровується, а на поверхні катода наростають багатошарові нанотрубки. Побічними продуктами є аморфний вуглець і кулясті молекули фулерену.
Додавання у графітові електроди металу (кобальту, нікелю, заліза, ітрію або молібдену) як каталізатора дозволяє синтезувати одношарові нанотрубки, істотно зменшуючи утворення побічних продуктів.
Методом хімічного осадження зазвичай використовують газ, молекули якого містять вуглець, наприклад, метан СН4 (рис. 2.17). Газ, нагрітий до високих температур (400–700 °С для метану), пропускають через шар наночастинок різних металів, наприклад, заліза, нікелю або кобальту. Металеві наночастинки є каталізатором реакції розпаду метану на вуглець і водень. Атоми вуглецю осідають на металеві нано-частинки, поступово формуючи нанотрубки.
Рис. 2.17. Тристадійне вирощування вуглецевих нанотрубок методом хімічного осадження з парової фази: а – каталізатор на підкладці; б – реструктуризовані наночастинки каталізатора після відпалу; в – вирощені нанотрубки.
Лазерна абляція дозволяє формувати переважно одношарові нанотрубки, тоді як інші методи – створювати суміш багатошарових і одно- шарових нанотрубок. Довжина, діаметр і кіральність нанотрубок, синте- зованих методом лазерної абляції, порівня́ нні з нанотрубками, одержаними методом дугового розряду. Одностінні нанотрубки, синте- зовані методом лазерної абляції, мають високу якість.
Електроліз – менш поширений метод виготовлення вуглецевих нанотрубок. Натепер це єдиний метод формування нанотрубок з конден-сованої фази. Синтезований матеріал містить багатошарові вуглецеві нанотрубки, інкапсульовані у вуглець металеві частинки іонів, аморфний вуглець і його волокна.
Технологія виготовлення нанотрубок з використанням каталі-заторів (головним чином металів) дозволяє одержувати як одношарові, так і багатошарові нанотрубки у різних структурних станах.
Питання 12. Застосування вуглецевих нанотрубок
Можливі застосування нанотрубок
механічні застосування: надміцні нитки, композитні матеріали, нановеси
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
капілярні застосування: капсули для активних молекул, зберігання металів і газів, нанопіпеткі
оптичні застосування: дисплеї, світлодіоди
медицина (у стадії активної розробки)
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 застосуваннях.
трос для космічного ліфта, так як нанотрубки теоретично, можуть тримати і більше тонни ... але тільки в теорії.Тому як отримати досить довгі вуглецеві трубки з товщиною стінок в один атом не вдавалося досі.
листи з вуглецевих нанотрубок можна використовувати як плоских прозорих гучномовців, до такого висновку дійшли китайські вчені.
Питання 13. Невуглецеві нанотрубки. Загальна інформація, застосуванн.
Можливості використання хімічно модифікованих нанотрубок. Наприклад, завдяки наявності порожнини всередину вуглецевих нанотрубок вдається впровадити різні елементи, включаючи важкі метали : аддендів (атоми фтору) на зовнішню поверхню трубки.
Окрім вуглецевих трубок, зараз одержують і бор- азотні нанотрубки. Усі бор-азотні нанотрубки, на відміну від вуглецевих, незалежно від їх гео-метрії повинні бути широко-зонними н/п. Упровадження ж у них перехідних Ме повинно приводити до формування металевої зонної структури у системі.
Якщо одну половину н/п нанотрубки заповнити металом, а другу залишити пустою, ми знову отримаємо молекулярний гетероперехід метал-н/п. У разі бор-азотної нанотрубки це буде широкозонний гетероперехід н/п-метал, на основі якого можна конструювати нанодіоди й інші елементи, здатні функціонувати при високих температурах.