9.Вуглецеві нанотрубки. Структура. Отримання. Хімічна модифікація.Властивості: механічні, електричні, капілярні.

Для вуглецевих нанотрубок встановлено однозначний зв’язок мiж структурою та провiдними властивостями. Це є наслiдком залежностi електронної структури нанотрубки вiд її хiральностi, що являє структуру заповнених електронних станiв. В залежності вiд дiаметру та хiральностi нанотрубки можуть бути металевими або напiвпровiдниковими. При цьому, такi важливi характеристи ки електронних властивостей напiвпровiдникової нанотрубки, як ширина забороненої зони, електроопiр, концентрацiя та рухливiсть носiїв заряду, визначаються її геометричними параметрами – дiаметром та хiральнiстю, тобто кутом орiєнтацiї графiтової поверхнi вiдносно осi трубки. В металевому станi провідність нанотрубки дуже висока. За оцiнками вони можуть пропускати струм густиною 109 A/см2, в той час, як мiдний провiд виходить iз ладу вже за значень густини струму 106 A/см2. Однiєю з причин високої провiдностi вуглецевих нанотрубок є дуже мала кiлькiсть дефектiв, якi викликають розсiювання електронiв, що й забезпечує їх низький електроопiр. Цьому сприяє також висока теплопровiднiсть нанотрубок. На електропровiднiсть нанотрубок можуть спричиняти дiю механiчнi впливи. В результатi деформацiї змiнюється ширина забороненої зони, концентрацiя носiїв,фононний спектр тощо. Це, в свою чергу, вiдбивається на провiдностi нанотрубки. Так, вигин нанотрубки на кут 105◦ призводить до зменшення її провiдностi в 100 разiв. Ця властивiсть нанотрубки може бути покладена в основу нанопристрою – перетворювача механiчного сигналу в електричний та навпаки. За оцiнками опiр вуглецевих нанотрубок приблизно на 2 . . . 3 порядки менше, нiж у мiдi.Електричне поле поблизу нанотрубки в сотнi разiв перевищує середнє за об’ємом значення, що створюється зовнiшнiм джерелом. В результатi автоемiсiя для нанотрубок проявляється забiльш низьких значень напруги порiвняно iз катодами на основi макроскопiчного металевого вiстря. Це, в свою чергу, призводить до аномально високого значення струму емiсiї при порiвняно низькiй напрузi, прикладеної до нанотрубки.Одна з найбiльш цiкавих властивостей вуглецевих нанторуток пов’язана з їх аномально високими механiчними характеристиками. Так, багаточисельнi розрахунковi та експериментальнi дослiдження показують, що величина модуля Юнга одношарової вуглецевої нанотрубки складає порядку 1 ТПа, що є рекордно високим значенням. Для порiвняння вiдмiтимо, що модуль Юнга високомiцних сталей в 5 . . . 10 разiв менше.Поряд з модулем Юнга, важливою характеристикою нанотрубок є гранична мiцнiсть на розрив. Жгути з одношарових нанотрубок показали значення мiцностi на розрив 45 ± 7 ГПа, що приблизно в 20 разiв перевищує вiдповiднi значення для високомiцних сталей. При випробуваннях на розтягання в областi високих температур ( 2000 К) нанотрубки показали аномально високу пластичнiсть (до 280 %). У декiлька разiв нижче значення модуля Юнга та мiцностi на розрив мають багатошаровi нанотрубки, що,очевидно, пов’язано з їх бiльшою дефектнiстю.Слiд вiдмiтити, що деформацiя вуглецевих нанотрубок призводить до змiни їх електронної структури, що сприяє появi но вих властивостей та нових фiзичних ефектiв. Так, наприклад, під впливом механiчних напружень проявляються електромеханічні властивостi, тобто здатнiсть до перетворення механiчної енергiї в електромагнiтний сигнал i навпаки. Високi механiчнi властивості нанотрубок разом з вiдносно низькою питомою вагою змушують вiдноситися до даного об’єкту як до основи майбутнiх матеріалів з унiкальними механiчними властивостями.Ще одна важлива властивiсть вуглецевих нанотрубок зумовлена унiкальними сорбцiйними властивостями. Оскiльки нанотрубка є поверхневою структурою, то вся її маса сконцентрована в поверхнi її шарiв. Значення питомої поверхнi нанотрубок досягає рекордної величини 2600 см2/г. Завдяки цьому, а також у силу наявностi всерединi нанотрубки природної порожнечi, нанотрубка здатна поглинати газоподiбнi та рiдкi речовини. Оскiльки дiаметр внутрiшнього каналу нанотрубки лише в 2–3 рази перевищує характернi розмiри молекули, капiлярнi властивостi нанотрубки проявляються на нанометровому масштабi.