Въглеродни нанотръби: производство, приложение, свойства. Въглеродни нанотръби въглеродни нанотръби

Третото състояние на въглерода (с изключение на диамант и графит) е революционното завладяване на света на новите технологии.
Тук са откъси от няколко статии (с тях).

http://www.nsu.ru/materials/ssl/text/news/physics/135.html.
Много от гледна точка на науката в материалната наука, нанотехнологията, наноелектроника, приложната химия са свързани наскоро с Fullerenes, нанотръби и други подобни структури, които могат да бъдат наречени общи структури за термична въглеродна рамка. Какво е?
Въглеродните рамки са големи (а понякога и гигантски!) Молекули, състоящи се изключително от въглеродни атоми. Можете дори да кажете, че структурите на въглеродните рамки са нова анотропна въглеродна форма (в допълнение към дългогодишния: диамант и графит). Основната характеристика на тези молекули е тяхната скелетна форма: изглеждат като затворени, празни вътре в "обвивката".
И накрая, тя се стреми към различни приложения, които вече са измислени за нанотръби. Първото нещо, което предполага, е използването на нанотръби като много трайни микроскопични пръти и нишки. Тъй като резултатите от експериментите и цифровото симулационно шоу, югият модул на еднослоен нанотеб достига стойностите около 1-5 TPA, който е порядък повече от стомана! Вярно е, че в момента максималната дължина на нанотръбите е десетки и стотици микрона - които, разбира се, са много големи на атомната скала, но твърде малко за ежедневна употреба. Въпреки това, дължината на нанотръбите, получени в лабораторията, постепенно се увеличава - сега учените вече са се доближили до милиметровата линия: виж работата, която описва синтеза на многослойни нанотръби с дължина 2 mm. Ето защо, има основание да се надяваме, че в близко бъдеще учените ще се научат как да растат нанотръби в сантиметри и дори метри! Разбира се, той значително ще повлияе на бъдещите технологии: защото "кабелната" дебелина с човешка коса, способна да държи товар стотици килограми, ще намерите безброй приложения.
Необичайните електрически свойства на нанотръбите ги правят един от основните материали на наноелектроника. Вече създадени опитни проби от полеви транзистори въз основа на едно нанотръб: прилагане на заключващо напрежение от няколко волта, учените са се научили да променят проводимостта на еднослойни нанотръби с 5 поръчки!
Вече има няколко приложения на нанотръби в компютърната индустрия. Например, са създадени и тествани прототипи на тънки плоски дисплеи, работещи върху матрицата нанотръб. Под действието на напрежението, приложено към един от краищата на нанотръбите, електроните, които попадат върху фосфоресциращия екран, започват да се излъчват от другия край и причиняват сияние на пиксела. Полученото зърно изображение ще бъде фантастично малко: Поръчката на Микрон!

http://brd.dorms.spbu.ru/nanotech/print.php?sid\u003d44.
Опит за снимане нанотръби с помощта на обикновен фотоапарат с огнище доведе до факта, че блокът на nanoTube в светлината на светкавицата е направен силен памук и ярко светна, избухна.
Според споделените учени твърдят, че неочаквано откритото явление на тръбите "Експлозионна опасност" могат да намерят нови за този материал, напълно неочаквани приложения - да се използват като детонатори, за да подкопаят заплатата. И също така, очевидно, ще се постави под въпрос или ще затруднят използването им в определени области.

http://www.sciteclibrary.com/rus/catalog/pages/2654.html.
Открива се перспективата за значително разширяване на ресурса на акумулаторни батерии

http://vivovoc.nns.ru/vv/journal/vran/session/nano1.htm.
Въглеродните конструкции са нови материали за емисионната електроника.

http://www.gazetangn.narod.ru/archive/ngn0221/space.html.
Дори през 1996 г., е установено, че отделните въглеродни нанотръби могат спонтанно да се завърнат в каналите от 100-500 влакнести тръби, а силата на тези сладкиши е повече от тази на диаманта. По-точно, те са 10- 12 пъти по-силни и 6 пъти по-лесна стомана. Просто си представите: нишката с диаметър 1 милиметър може да издържи 20 тона товара, стотици милиарди пъти повече от собственото си тегло! Тук са от такива нишки и можете да получите тежкотоварни кабели с дълга дължина. От същата светлина и трайни материали, рамката на асансьора може да бъде изградена и гигантската височина на кулата в три диаметъра на земята. Според него пътническите и товарните кабини ще продължат огромната скорост - поради свръхпроводящите магнити, които отново ще бъдат окачени на въжета от въглеродни нанотръби. Колосалният товарен трафик в пространството ще ви позволи да започнете активното развитие на други планети.
Ако някой се интересува този проект, подробности (на руски), можете да видите, например, на сайта http://private.peterlink.ru/geograd/space/future.htm. Само няма дума за въглеродни тръби.
И на http://www.eunet.lv/library/win/klark/fontany.txt можете да прочетете романа Артър Кларк "Фонтани на рая", който той самият счита за най-добрата му работа.

http://www.inauka.ru/science/28-08-01/article4805.
Според експерти, нанотехнологиите вече са позволили да създават микропроцесори за 2007 г., които ще съдържат около 1 милиард транзистори и ще могат да работят с честота до 20 Gigahertz при захранващо напрежение по-малко от 1 волта.

NanoTube транзистор
Първият транзистор, състоящ се изцяло от въглеродни нанотръби. Това отваря перспективата за замяна на обичайните силициеви чипове с по-бързи, евтини и по-малки компоненти.
Първият транзистор на света нанотръб е нанотръб на Y-образна форма, която се държи като познат транзистор - потенциалът, приложен към един от "краката", ви позволява да контролирате текущото преминаване между две други. В същото време Volt-ампер, характеристика на "транзистора нанотуба" е почти перфектна: ток или потоци, или не.

http://www.pool.kiev.ua/clients/poolhome.nsf/0/A95AD844A57C1236C2256BC6003DFBA8?OPendocument.
Според статия от статия, публикуван на 20 май в научното списание, приложими физически писма, експертите на IBM са подобрили транзисторите върху въглеродните нанотръби. В резултат на експерименти с различни молекулярни структури изследователите успяха да постигнат най-високата проводимост за днешната проводимост за транзистори върху въглеродни нанотръби. Колкото по-висока е проводимостта, толкова по-бързо транзистор и по-мощните интегрални схеми могат да бъдат изградени на нейната основа. Освен това изследователите установиха, че проводимостта на транзисторите върху въглеродни нанотръби повече от два пъти съответния индикатор за най-бързи силиций транзистори със същия размер.

http://kv.by/index2003323401.htm.
Група професор на Калифорнийския университет в Бъркли Алекс Зетл направи още един пробив в областта на нанотехнологиите. Учените са създали първия най-малък наномащабен двигател на базата на мулти-камък нанотръби, както е докладвано в списанието "Природа" на 24 юли. Въглеродът нанотръб изпълнява някаква осенова роля, на която е монтиран роторът. Максималните размери на наноторчик около 500 nm, роторът има дължина от 100 до 300 nm, но нанотръбната ос има размер в диаметър само в няколко атома, т.е. Приблизително 5-10 nm.

http://www.computerra.ru/hitech/tech/26393/
Накрая, Бостънската компания Нантеро направи изявление за развитието на карти с памет на фундаментално нова извадка, създадена въз основа на нанотехнологията. Nantero Inc. Активно участва в разработването на нови технологии, по-специално, обръща голямо внимание на търсенето на методи за създаване на нелетлив RAM (RAM) на базата на въглеродни нанотръби. В речта си представителят на компанията обяви, че те са в стъпка от създаването на 10 GB памет. Поради факта, че основата на структурата на устройството е нанотръби, се предлага новата памет да се обади на NRAM (нелетил (нелетилен) RAM).

http://www.ixs.nm.ru/nan0.htm.
Един от резултатите от изследването е практическото използване на изключителните свойства на нанотръбите за измерване на масата на частиците на изключително малки размери. При поставяне на претеглената частица в края на нанотръбите, резонансната честота намалява. Ако нанотръбът е калибриран (т.е., еластичността му е известна), възможно е да се определи масата на частиците чрез компенсиране на резонансната честота.

http://www.mediacenter.ru/a74.phtml.
Сред първите търговски приложения ще бъдат добавянето на нанотръби в боя или пластмаса, за да се получат тези материали от електрически проводимост. Това ще замени металните части с полимерни в някои продукти.
Въглеродни нанотръби - скъпи материал. Сега CNI го продава на цена от $ 500 на грам. В допълнение, технологията за пречистване на въглеродните нанотръби е отделянето на добри тръби от лошото и методът за въвеждане на нанотръби към други продукти изискват подобрение. За да се решат някои задачи, може да се изисква откриването на нобелово ниво, одобрява, управляващ партньор на фирмата Lux Capital, специализирана в нанотехнологиите.

Изследователите се интересуват от въглеродни нанотръби поради своята електрическа проводимост, която се оказа по-висока от всички известни проводници. Те също имат отлична топлопроводимост, са стабилни химически, се различават в аварийната механична якост (стомана 1000 пъти) и, което е най-невероятно, придобиват полупроводникови свойства при усукване или огъване. За работа те дават формата на пръстена. Електронните свойства на въглеродните нанотръби могат да бъдат както в метали, така и като в полупроводници (в зависимост от ориентацията на въглеродните полигони спрямо оста на тръбата), т.е. зависи от техния размер и форма.

http://www.ci.ru/inform09_01/p04predel.htm.
Метални нанотръби проводници могат да издържат на плътността на тока 102-103 пъти по-висока от конвенционалните метали, а полупроводникови нанотръби могат да се включат и изключват с помощта на поле, генерирано от електрода, което ви позволява да създавате терен транзистори.
Учените от IBM разработиха метод за т.нар. "Конструктивно унищожение", което им позволи да унищожат всички метални нанотръби и в същото време остават непокътнати полупроводници.

http://www.pr.kg/articles/n0111/19-sci.htm.
Въглеродните нанотръби откриха друга употреба в борбата за човешкото здраве - този път китайските учени използват нанотръби за почистване на питейна вода от олово.

http://www.scientic.ru/journal/news/n030102.html.
Редовно пишем за въглеродни нанотръби, но всъщност има и други видове нанотръби, получени от различни полупроводникови материали. Учените знаят как да растат нанотръби с точна дебелина на стената, диаметър и дължина.
Нанотръбите могат да се използват като Nanotrub тръбопроводи за транспортиране на течност, те също могат да играят ролята на съвети за спринцовки с прецизно проверен нанокапел. Нанотръбите могат да се прилагат като фабрика, нанопинтца, остров за сканиране на тунелни микроскопи. Нанотръбите с достатъчно дебели стени и малък диаметър могат да служат като поддържащи опори за нанообзаж и нанотръби с голям диаметър и тънки стени са ролята на наноконтаиньорите и нанокапсулите. Нанотръбите от силициеви съединения, включително силициев карбид, са особено добри за производството на механични продукти, тъй като тези материали са трайни и еластични. Също така нанотръбите на твърдо състояние могат да се използват в електрониката.

http://www.compulenta.ru/2003/5/12/39363/
Изследователската дивизия на IBM съобщава за важно постижение в нанотехнологиите. Изследователските специалисти на IBM успяха да принудят въглеродните нанотръби - изключително обещаващ материал, основан на много нанотехнологични разработки по света.
Светлината, излъчваща нанотбай, има диаметър само 1,4 nm, т.е. 50 хиляди пъти по-тънък от човешката коса. Това е най-миниатюрата в историята на устройство за излъчване на твърдо състояние. Създаването му е резултат от програма за изучаване на електрическите свойства на въглеродните нанотръби, проведени в IBM през последните няколко години.

http://bunburyodo.narod.ru/chem/solom.htm.
В допълнение към горепосоченото по-горе, е много далеч от прилагането на създаването на метални нановявания, развитието на така наречените студени емитери на нанотръбите е популярно. Студените емитери са ключов елемент от плоска телевизия на бъдещето, освен това заменят горещите излъчватели на съвременните електронни тръби, освен това ви позволяват да се отървете от гигантски и опасни приемани напрежения от 20-30 квадратни метра. При стайна температура, нанотръбите са в състояние да излъчват електрони, произвеждащи ток от същата плътност като стандартния анод в почти хиляда градуса, и дори 500 V. напрежение (и десетки килова и 1500 градуса са необходими (NAN)

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/742.html.
Високите стойности на модула на еластичността на въглеродните нанотръби правят възможно създаването на композитни материали, които осигуряват висока якост при ултрахед еластични деформации. От такъв материал ще бъде възможно да се направят ултрамерни и тежки тъкани за дрехите на пожарникарите и астронавтите.
За много технологични приложения, висока специфична повърхност на материала нанотуби е привлекателна. В процеса на растеж се образуват произволно ориентирани спирални нанотръбни нанотръби, което води до образуване на значително количество кухини и кухини на размера на нанометъра. В резултат на това специфичната повърхност на нанотръбен материал достига стойностите около 600 m2 / g. Такава висока повърхностна площ отваря възможността тяхното използване във филтри и други химически технологии.

http://www.1september.ru/ru/him/2001/09/no09_1.htm.
Нанокабел от земята до луната от една тръба може да се изкачи върху намотка с макови зърна.
В своята сила, нанотръбите са по-добри от стоманата 50-100 пъти (въпреки че нанотръбите имат шест пъти по-малка плътност). Младият модул е \u200b\u200bхарактеристика на съпротивлението на материала с аксиално разтягане и компресия - нанотръбите са средно два пъти по-високи от въглеродните влакна. Тръбите са не само трайни, но и гъвкави, напомнят за поведението си, а не чупливи сламки, но тежки гумени тръби.
Нишка с диаметър 1 mm, състояща се от нанотръби, може да издържи натоварването от 20 тона, което е няколкостотин милиарда пъти собствените си маси.
Международна група от учените показа, че нанотръбите могат да се използват за създаване на изкуствени мускули, които със същата сума могат да бъдат три пъти повече биологични, не се страхуват от високи температури, вакуум и много химически реактиви.
Нанотръбите са идеалният материал за безопасно съхраняване на газове във вътрешните кухини. На първо място, това се отнася за водород, което отдавна би било използвано като гориво за автомобили, ако са обемисти, дебели, тежки и опасни с цилиндрите за съхранение на водород, не лишават водорода на основното си предимство - голямо количество енергия и разделени от единица маса (за 500 км автомобил работи, само около 3 kg h2 се изисква). Напълнете "бензобак" с нанотръби може да бъде неподвижен под налягане и да се извличат гориво - малко отопление на "резервоар за газ". Да надвишават обичайните газови цилиндри върху масата и обемната плътност на съхранението на енергията и (теглото на водорода, наричан масата заедно с обвивката или до обема си заедно с обвивката), ние се нуждаем от нанотръби с кухини по отношение на голям диаметър - Повече от 2-3 nm.
Биолозите успяха да въведат малки протеини и ДНК молекули в кухината на нанотръбите. Това е методът за получаване на нови катализатори тип и в бъдеще, метода за осигуряване на биологично активни молекули и лекарства на един или друг органи.

Въведение

Преди 15-20 години много дори не мислеха за възможната подмяна на силиций. Малцина могат да приемат, че вече в началото на двадесет и първи век е истинско "раса на нанометър" ще започне между полупроводникови компании. Постепенното сближаване с наномир те кара да мислиш и какво ще се случи след това? Ще продължи ли известният закон на Мура? В крайна сметка, с прехода към по-фини производствени норми, повече и по-сложни задачи се появяват преди разработчиците. Много експерти обикновено са склонни да вярват, че в десетина или други години силиций ще се доближи до физически непреодолима граница, когато ще бъде невъзможно да се създадат по-фини силициеви структури.

Съдейки по най-новите изследвания, един от най-вероятните (но далеч от единствения) кандидати за положението на "заместители на силициев диоксид" са въглеродни материали - въглеродни нанотръби и графен - които вероятно могат да се превърнат в основата на бъдещето наноелектроника. Искахме да говорим за тях за тях в тази статия. По-скоро ще бъде повече за нанотръбите, защото те са получени по-рано и по-добре проучени. Развитието, свързано с графината, все още е много по-малко, но не намалява достойнството си. Част от изследователите смятат, че графенът е по-обещаващ материал от въглеродните нанотръби, така че ще ми кажем и няколко думи за това. Освен това някои постижения на изследователи, които са настъпили съвсем наскоро дават малко оптимизъм.

Всъщност, обхващайки всички постижения в тези активно развиващи се области в рамките на една статия, е много трудно, така че ще живеем само на ключови събития от последните месеци. Целта на статията е да се въведат накратко читателите с най-интересните и най-интересни последни постижения в областта на "въглеродна" наноелектроника и обещаващите области на нейното използване. За тези, които се интересуват, намират много по-подробна информация по тази тема не трябва да бъде трудно (особено с владеене на английски език).

Въглеродни нанотръби

След друг (графит, диамант и карбини) все още има един (пълнолетен диамант и карбин), в продължение на няколко години (Fullerenes), за няколко следващи години, доклади за откриването и изучаването на различни структури, основани на въглерод с интересни имоти, \\ t като нанотръби, наноколти, ултрафинови материали и др.

На първо място, ние се интересуваме от въглеродни нанотръби - кухи цилиндрични структури с диаметър на поръчката до десетки нанометри (дължината на традиционните нанотръби се изчислява с микрона, въпреки че лабораториите вече получават дължина на дължината на милиметри и дори сантиметри). Тези наностратури могат да бъдат представени както следва: просто вземете лентата от графит равнина и я превръщайте в цилиндъра. Разбира се, това е само фигуративна производителност. Всъщност, директно получават графит равнина и го завърта "в тръбата" не е възможно. Методите за получаване на въглеродни нанотръби са доста сложен и обемният технически проблем и тяхното възнаграждение е извън обхвата на тази статия.

Въглеродните нанотръби се характеризират с голямо разнообразие от форми. Например, те могат да бъдат еднослойни или многолестни (еднослойни или многослойни), права или спирала, дълга и къса и т.н. Какво е важно, нанотръбите се оказаха необичайно издръжливи за разтягане и огъване. Под действието на големи механични напрежения, нанотръбите не се счупват, те не са нарушени, а просто възстановяват структурата си. Между другото, тъй като става дума за силата на нанотръбите, интересно е да се отбележи една от последните проучвания на естеството на този имот.

Изследователите от Университета в ориз (оризовския университет) под ръководството на Борис Джейкъбсън откриха, че въглеродните нанотръби се държат като "интелигентни самолетящи структури" (проучването е публикувано на 16 февруари 2007 г. в писмата за физически преглед на списанието). По този начин, с критична механична експозиция и деформации, причинени от температурни промени или радиоактивни лъчения, нанотръбите са в състояние да "ремонт". Оказва се, че освен 6-въглеродните клетки в нанотръбите има и пет и полуномни клъстери. Тези 5/7-атомни клетки проявяват необичайно поведение, циклично движещи се по повърхността на въглеродния нанотръб, като параходни по море. Ако на мястото на дефекта се появи щети, тези клетки участват в "заздравяването на рани", преразпределяща енергия.

В допълнение, нанотръбите демонстрират много неочаквани електрически, магнитни, оптични свойства, които вече са станали обекти на редица проучвания. Характеристика на въглеродните нанотръби е тяхната електрическа проводимост, която се оказа по-висока от всички известни проводници. Те също имат отлична топлопроводимост, химически стабилни и най-интересни, могат да придобият полупроводникови свойства. Съгласно електронните свойства въглеродните нанотръби могат да се държат като метали, или като полупроводници, което се определя от ориентацията на въглеродните полигони спрямо оста на тръбата.

Нанотръбите са склонни да се придържат заедно помежду си, образувайки комплекти, състоящи се от метални и полупроводникови нанотръби. Досега трудна задача е синтеза на масив от само полупроводникови нанотръби или разделяне (разделяне) на полупроводници от метал. С най-новите начини за решаване на този проблем, ще се запознаем по-нататък.

Графен

Графен, в сравнение с въглеродните нанотръби, се получава много по-късно. Възможно е това да се обясни с факта, че чуваме за графене в новините досега толкова по-рядко от въглеродните нанотръби, тъй като е по-слаб. Но това не намалява заслугите му. Между другото, преди няколко седмици Графен беше в центъра на вниманието в научните среди, благодарение на новото развитие на изследователите. Но това е малко по-късно, а сега една малка история.

През октомври 2004 г. информационният ресурс на BBC News съобщава, че играта на професор Андре (Андре Гейм) с колегите си от Университета на Манчестър (Обединеното кралство), заедно с групата на доктор Новоселов (Черноголова, Русия), успя да получи дебелина на материала на един въглероден атом. Наречен графен, той е двуизмерна плоска въглеродна молекула с дебелина на един атом. За първи път в света е възможно да се отдели атомният слой от графитния кристал.

В същото време играта и нейният екип бяха предложени така наречените балистичен транзистор въз основа на графен. Графен ще ви позволи да създавате транзистори и други полупроводникови устройства с много малки размери (около няколко нанометра). Намаляването на дължината на транзистор канал води до промяна в нейните свойства. Наномирът укрепва ролята на квантовите ефекти. Електроните се движат през канала като вълна de Broil и това намалява броя на сблъсъците и съответно увеличава енергийната ефективност на транзистора.

Графен може да бъде представен като "разгърнат" въглероден нанотръб. Повишената подвижност на електроните го превръща в категорията на най-обещаващите материали за наноелектрониката. Тъй като откакто получаването на графен не е преминало и три години, неговите свойства все още не са проучени не много добре. Но първите интересни резултати от експериментите вече имат.

Последни постижения "въглеродни"

Тъй като първо се запознахме с въглеродните нанотръби (хронологично, те бяха получени първо), след това в тази част на статията ще започне и с тях. Вероятно може да имате въпроса за следното съдържание: Ако въглеродните нанотръби са толкова добри и обещаващи, така че защо все още не се прилагат в масово производство?

Един от основните проблеми вече е споменат в началото на статията. Методът за синтезиране на масив, състоящ се само от нанотръби с определени свойства, форма и размери, които могат да бъдат реализирани в масовото производство, все още не е създаден. По-голямо внимание се отделя на сортирането на "смесен" масив, състоящ се от нанотръби с полупроводникови и метални свойства (не по-малко важно е сортирането и диаметъра). Целесъобразно е да се помни едно от първото развитие в тази област, което принадлежи към IBM, след което пристъпваме към последните постижения.

В работата, от април 2001 г., "инженеринг въглеродни нанотръби и схеми на нанотръб, използващи електрически разбивка", се съобщава, че изследователите на IBM компанията първо са изградили транзистор на базата на въглеродни нанотръби с диаметър 1 нанометър и дължината на реда на 1 нанометър и дължината на микроните. Вниманието беше насочено към факта, че те успяха да намерят начин да направят такова производство в перспектива.

Учените от IBM разработиха метод, който им позволи да унищожат всички метални нанотръби и в същото време остават непокътнати полупроводници. На първия етап масивът от нанотръби се поставя върху субстрат на силициев диоксид. След това електродите се образуват върху нанотръбите. Силиконовият субстрат играе ролята на долния електрод и допринася за заключването на полупроводникови нанотръби. Приложено е следващото напрежение. В резултат на това "незащитените" нанотръби с метални свойства се унищожават и полупроводникът остава цяло число и невредим.

Но това е само с думи и в действителност самият процес изглежда много по-трудно. Съобщава се за плановете за развитие на ум след 3-4 години (т.е. до 2004/2005 г.), но както виждаме, докладите за прилагането на тази технология все още не са получени.

Сега се обръщаме към нашето време, а именно - края на есента миналата година. След това мястото на преглед на технологиите съобщава за нов метод за сортиране на въглеродни нанотръби, който разработи изследователи на Северозападния университет (Северозападен университет). В допълнение към разделянето въз основа на проводими свойства, този метод също ви позволява да сортирате нанотръбите по техния диаметър.

Любопитно е, че първоначално е било настроено да се сортира само в диаметър, а способността да се сортира и за електрическата проводимост се оказа изненада за самите изследователи. Професор по химия на Университета в Монреал (Монреал, Канада) Ричард Мартел (Ричард Мартел) отбеляза, че нов метод за сортиране може да се нарече голям пробив в тази област.

Новият метод за сортиране се основава на ултрацентрофугиране (ултрацентрофугиране), което осигурява въртене на материала с огромни скорости до 64 хил. Революции в минута. Преди това се прилага повърхностноактивно вещество към масив от нанотръби, който след ултрацентрофугиране се разпределя неравномерно в съответствие с диаметъра и електрическата проводимост на нанотръбите. Един от онези, които са станали тясно запознати с новия метод, професор на Флорида, Андрю Ринслер, съобщи, че предложеният метод за сортиране ще получи масив с концентрация на полупроводникови тръби 99% и по-висока.

Новата технология вече е участвала в експериментални цели. С помощта на сортирани полупроводникови нанотръби са създадени транзистори с относително проста структура, която може да се използва за контрол на пикселите в монитори и телевизионни панели.

Между другото, за разлика от метода на IBM, когато металните нанотръби са просто унищожени, изследователите на северозападния университет с ултрацентрофугиране могат също да получават метални нанотръби, които могат да се използват и в електронни устройства. Например, те могат да бъдат използвани като прозрачни електроди в някои видове дисплеи и органични слънчеви клетки.

Няма да се ровим в други проблеми, които предотвратяват въвеждането на нанотръби, като технологични трудности при интеграцията в серийни електронни устройства, както и значителна загуба на енергия в местата на метално съединение с нанотръби, поради високата контактна устойчивост. Най-вероятно разкриването на тези сериозни теми ще изглежда като малко интересно и твърде сложно за обикновения читател, освен това, той може да има няколко страници.

Що се отнася до графене, разглеждане на постиженията в тази област, може би, нека започнем с пролетта на миналата година. През април 2006 г. Journal of Science Express Налице е публикуване на фундаментално проучване на графенни имоти, проведени от група учени от Грузия Институт по технологични (GIT), САЩ и Националния център за научни изследвания на Франция (Център National de la Rechertifique ).

Първата важна характеристика на работа: електронните схеми, базирани на графене, могат да бъдат направени от традиционното оборудване, което се използва в полупроводниковата индустрия. Професор по Института на GIT Walt de Hir (Walt de Heer) стартира успеха на изследването: "Показахме, че можем да създадем графелен материал," \u200b\u200bнарязани "графрени структури, както и факта, че графенът има отлични електрически свойства. Този материал се характеризира с висока електронна мобилност. "

Много учени и изследователи сами казват, че са положили основата (базата) на графенената електроника. Отбелязва се, че въглеродните нанотръби са само първата стъпка към света на наноелектроника. В бъдещата електроника Уолт де Хир и неговите колеги виждат точно графен. Трябва да се отбележи, че изследването се подкрепя от Intel и тя не хвърля пари на вятъра.

Сега накратко опишете метода за получаване на графен и графен чипс, предложен от Walt de домовете и неговите колеги. Нагряване на силициев карбиден субстрат във висок вакуум, учените сочат силиконови атоми да напуснат субстрата, в резултат на което остава само тънък слой от въглеродни атоми (графен). На следващия етап те прилагат фоторезистен материал (фоторезист) и прилагат традиционната електронно-лъч литография, за да се използват необходимите "модели", т.е. използваните промишлени технологии се използват сега. Това е значително предимство на графен пред нанотръбите.

В резултат на това учените успяха да оформят 80 nm наноструктурата. По този начин е създаден транзистор на графенното поле. Сериозен недостатък може да се нарече големи течения на изтичане на създаденото устройство, въпреки че учените изобщо не обитават. Те вярваха, че на началния етап това е напълно нормален феномен. Освен това е създаден добре работещо квантово смущение, което може да се използва за управление на електронните вълни.

От пролетта на миналата година нямаше високопоставени постижения като април развитие. Най-малкото те не се появиха на страниците на интернет сайтовете. Но февруари на тази година отбеляза веднага няколко събития и отново направи да помисли за "перспективите за графиране".

В началото на миналия месец AMO представи своето развитие (Amo NanoeConcronics Group) като част от проекта ALEGRA. Инженерите AMO успяха да създадат графелен транзистор с горната врата (Top-Gator Transistor), което прави тяхната структура с подобна на съвременните силициеви транзистори (MOSFET). Какво е интересно, графът е създаден с помощта на традиционно производство на технологии CMOS.

За разлика от Transistors (MOP - Metal-Oxide-Semiconductor), графен транзистори, създадени от amo инженери, се характеризират с по-висока електронна мобилност и скорост на превключване. За съжаление в момента детайлите на развитието не са разкрити. Първите детайли ще бъдат публикувани през април тази година в списанието за писма за електронно устройство IEEE.

Сега се обръщаме към друго "свежо" развитие - графен транзистор, работещ като еднолектронно полупроводниково устройство. Интересното е, че създателите на това устройство вече са ни известни от професор игра, руски учен Константин Новоселов и др.

Този транзистор има области, в които електрическият заряд става квалифициран. В същото време се наблюдава ефектът на куломската блокада (има напрежение, което предотвратява движението на следните частици, когато електронните преходи отблъскват колегите. Това явление се нарича блокада на кулона. Благодарение на блокадата, Следващият електрон ще бъде преминал само когато предишният ще бъде премахнат от прехода. Така частиците ще могат да "скочат" само след определени интервали). В резултат на това само един електрон може да премине през транзисторния канал, който има ширина само с различни нанометри. Това означава, че изглежда способността да се управляват полупроводникови устройства само с един електрон.

Възможността за контрол на отделно приетите електрони отваря нови функции пред създателите на електронни схеми. В резултат на това напрежението на затвора може да бъде значително намалено. Устройствата, базирани на транзистори с един електронен графейн, ще се различават с висока чувствителност и отлични индикатори за високоскоростни знаци. Разбира се, размерите ще бъдат намалени. Това, което е важно, се преодолява сериозен проблем, характерен за прототип на графенния транзистор на битката де Хира, е големи течове.

Бих искал да отбележа, че едно електронните устройства вече са създадени с традиционен силиций. Но проблемът е, че повечето от тях могат да работят само при много ниски температури (въпреки че вече има проби и при стайна температура, но те са много по-големи от графенните транзистори). Мозъчната пътека на играта и колегите му могат безопасно да работят при стайна температура.

Перспективи за използване на въглеродни наноматериали

Най-вероятно тази част от статията ще бъде най-интересните читатели. В края на краищата, теорията е едно, но въплъщение на постиженията на науката в реални полезни хора на устройства, дори ако прототипите трябва да се интересуват от потребителя. Най-общо казано, възможната сфера на нанасяне на въглеродни нанотръби и графен е доста разнообразна, но ние се интересуваме предимно от света на електрониката. Веднага бих искал да отбележа, че графенът е по-голям "млад" въглероден материал и все още е само в началото на изследователския път, така че в тази част на статията фокусът ще бъде върху устройства и технологии, базирани на въглеродни нанотръби.

Показва се

Използването на въглеродни нанотръби в дисплеите е тясно свързано с технологията на ФЕД, която е разработена от френската компания LETI и първо представена в далечната 1991 година. За разлика от ELT, който използва до три така наречените "горещи" катоди, матрицата от множество "студени" катоди първоначално се използва при хранене. Както се оказа, твърде високият процент на брака, направен, се показва неконкурентна. Освен това през 1997-1998 г. се наблюдава тенденция към значително намаляване на панелите с течности, които, както изглежда, не остави никакви шансове за хранене технология.

В края на миналия век изглеждаше "втори дъх" до края на миналия век, когато се появиха първите проучвания на хранените дисплеи, при които масивите на въглеродни нанотръби се появяват като катоди. Редица големи производители са показали интерес към дисплеите на базата на въглеродни нанотръби, сред които са добре известни на всеки Samsung, Motorola, Fujitsu, Canon, Toshiba, Philips, LG, Hitachi, Pioneer и др. На илюстрацията виждате едно от изпълненията на хранените дисплеи на въглеродни нанотръби SDNT (малък диаметър въглероден нанотръби, въглеродни нанотръби с малък диаметър).

Отбелязва се, че хранене на въглеродни нанотръби може да се конкурира с модерни панели с голям диагонал и в бъдеще ще направи сериозна конкуренция предимно от плазмени панели (сега са доминиращи в сектора със супер високи диагонали). Най-важното е, че въглеродните нанотръби значително ще намалят производството на хранени дисплеи.

От последните новини от света на NanoTube Fed-Displays, заслужава да си спомняте скорошното послание на Motorola, че нейното развитие е почти готово да напусне стените на изследователски лаборатории и да отиде на етапа на масовото производство. Интересното е, че Motorola не планира да изгради собствени инсталации за производството на дисплеи на NanoTube и в момента води лицензирани преговори с няколко производители. Ръководителят на научните изследвания и опитни разделения на Motorola James Jaskie отбеляза, че две азиатски компании вече изграждат заводи за производство на дисплеи, базирани на въглеродни нанотръби. Така че NanoTube дисплеи не са толкова далечно бъдеще, и те са време да възприемат сериозно.

Една от трудните задачи, която се появява пред инженерите на Motorola, е да се създаде метод с ниска температура за производство на въглеродни нанотръби върху субстрата (така че да не стопяват стъкления субстрат). И тази технологична бариера вече преодолява. Също така се съобщава за успешното завършване на развитието на методите за сортиране на нанотръби, които за много компании, работещи в тази индустрия, се превърна в "непреодолимо препятствие".

Директор на Dipletsearch Steve Yurichich (Стив Юриичич) смята, че преждевременно радването на Motorola е твърде рано. В крайна сметка все още има завладяване на пазара, където производителите на течни кристали и плазмени панели вече са заемали мястото "под слънцето". Не забравяйте за други обещаващи технологии, като OLED (показва на органични светодиоди), QD-LED (QUANTUM-DOT LED, тип дисплеи върху светодиодите, използващи така наречените квантови точки, разработени от American Company QD Vision). В допълнение, в бъдеще твърдата конкуренция на Motorola може да бъде направена от Samsung Electronics и съвместен проект за въвеждане на Canon и Toshiba дисплеи (между другото, те планират да започнат доставките на първия нанотръбски дисплеи до края на тази година) .

Въглеродните нанотръби, намерени не само в дисплеите на хранене. Reprackers на Repusement Quebecois Sur Les Materiaux de Pointe лаборатория (провинция Quebec), предлагани да бъдат използвани като електроди за OLED дисплеи на базата на единични въглеродни нанотръби. Според уебсайта на Nano Technology, новата технология ще позволи създаването на много тънка електронна книга. Благодарение на високата издръжливост на нанотръбите и изключително ниска дебелина на електродната матрица, OLED дисплеите могат да бъдат много гъвкави, както и висока степен на прозрачност.

Памет

Преди да започнете история за най-интересните "въглеродни" разработки в паметта на паметта, бих искал да отбележа, че технологиите за съхранение на изследователски технологии обикновено са една от най-активно развиващите се посоки в момента. Наскоро проведе потребителското електронно шоу (Лас Вегас) и Hannover CeBIT показа, че интересът към различни дискове, системи за съхранение не се провалят с времето, но само се увеличава. И това не е изненадващо. Просто мисля: Според аналитичната организация на IDC през 2006 г. са генерирани около 161 милиарда гигабайта информация (161 изпит), която е десет пъти по-висока от цифрите на последните години!

През изминалата 2006 г. тя остава само за да бъде изненадана в изобретателните идеи на учените. Това, което просто не виждахме: и памет на златни наночастици и памет, базирана на свръхпроводници, и дори памет ... върху вируси и бактерии! Наскоро в новините споменатите се споменават от нелетлични технологии за памет, като MRAM, Fram, PRAM и други, които вече не са само "хартиени" експонати или демонстрационни прототипи, но добре работещи устройства. Така че технологията на паметта, основана на въглеродни нанотръби, е само малка частица от изследвания на съхранението на информация.

Може би, нека да започнем нашата история за паметта "NanoTube" с развитието на Нантеро, което вече е известно в своята област. Всичко започна от далечната 2001 г., когато в младата компания бяха включени големи инвестиции, което позволи активното развитие на нов тип нелетлив NRAM памет на базата на въглеродни нанотръби. Миналата година видяхме няколко сериозна развитие на Нантеро. През април 2006 г. компанията докладва за създаването на превключвател за памет на вида на NRAM, произведен с 22 nm стандарти. В допълнение към развитието на Nantero, съществуващите производствени технологии бяха привлечени от създаването на ново устройство. През май от една и съща година, неговата технология за създаване на устройства, базирана на въглеродни нанотръби, беше успешна. Интегриран. В CMOS-продукцията на оборудването на компанията LSI Logic Corporation (на фабриката за полупроводници).

В края на 2006 г. настъпи значително събитие. Нантеро обяви преодоляване на всички основни технологични бариери пред масовото производство на чипове на базата на въглеродни нанотръби, използвайки традиционно оборудване. 1. Метод за прилагане на нанотръби върху силициев субстрат, използвайки такъв добре познат метод като центрофугиране, след което се използват традиционни литографии и ецване за полупроводникова продукция. Едно от предимствата на NRAM паметта е висока скорост на четене / запис.

Въпреки това, ние няма да се задълбочаваме в технологични тънкости. Ще отбележа само, че този вид постижение дава всички основи на Нантеро да разчитат на успеха. Ако инженерите на компанията успяват да донесат развитието на логическия край и производството на чипове NRAM няма да бъде много скъпо (и възможността за използване на съществуващото оборудване дава право на надежда за това), тогава ще станем свидетели на появата на новостите оръжия в пазара на паметта, които могат сериозно да натиснат съществуващите типове памет, включително sram, dram, nand, нито и т.н.

Както и в много други области на науката и технологиите, не само търговски дружества, като Nantero, и лабораториите на водещи образователни институции в света, са ангажирани в паметта на паметта върху въглеродните нанотръби. Сред интересните произведения, посветени на паметта "въглеродна", бих искал да отбележа развитието на служителите на Хонг Конг Политехнически университет (Хонконг Политехнически университет), публикуван през април миналата година на онлайн страниците за публикуване на приложни физични букви.

За разлика от много подобни развития, работещи само при много ниски температури, устройство, създадено от физиците на Джийън (JIYAN DAI) и LU (X. B. LU), също могат да работят при стайна температура. Нелетната памет, създадена от изследователите на Хонконг, не е толкова бърза, колкото и NRAM Nantero, така че перспективата е да се премести драмето на нейния трон, най-вероятно, няма да успее. Но като потенциална подмяна на традиционната флаш памет, е възможно да го разгледате.

За да се разбере принципът да функционира тази памет като цяло, е достатъчно да се погледне илюстрацията по-долу (б). Въглеродните нанотръби (CNT, въглеродни нанотръби) играят ролята на зареждане на съхранение (запаметяване). Те, сякаш са притиснати между два слоя HFalo (състоящ се от хафния, алуминий и кислород), които играят ролята на контролния затвор и слоя от оксид. Цялата структура се поставя върху силициев субстрат.

Предлага се доста оригинално решение Корейски учени Jeong спечелиха Kang и King Yan (Qing Jiang). Те успяха да развият памет въз основа на така наречените телескопични нанотръби. Принципът въз основа на новото развитие бе открит през 2002 г. и беше описан в работата на многобройни въглеродни нанотръби като осцилатори Gighertz. Неговите автори успяха да установят, че нанотръб с по-малък диаметър, вложен в него, се формира от осцилатор, достигащ честота на трептенията на Gigahertz.

Високата скорост на слайда нанотръби, вградена в други нанотръби, причинява скорост на нов тип памет. Джон фон Кан и Кин Ян твърдят, че тяхното развитие може да се прилага не само като флаш памет, но и в ролята на високоскоростната RAM. Принципът на операцията по памет е лесен за разбиране въз основа на картината.

Както виждате, двойката вложи една в други нанотръби, се поставя между два електрода. Когато зарядът се прилага към един от електродите, вътрешната нанотръба се премества в една или друга посока под действието на силите на WAN DER PAAAS. Един значителен недостатък е присъщ на това развитие: проба от такава памет може да работи само при много ниски температури. Въпреки това, учените са уверени, че тези проблеми са временни и могат да бъдат преодолени в следните етапи на изследванията.

Това е съвсем естествено, много развития ще останат неподвижни следобед. В края на краищата едно нещо е прототип, работещ в лабораторни условия и по пътя към комерсиализацията на технологиите винаги е много трудности, а не само чисто технически, но и материал. Във всеки случай съществуващите творби вдъхновяват определен оптимизъм и доста информативен.

Процесори

Сега ще libeam за това, което въглеродно бъдеще може да изчака процесори. Гигантите на процесорната индустрия активно търсят нови начини за удължаване на закона на Гордън Мур и всяка година става все по-трудно. Намаляване на размера на полупроводникови елементи и огромна плътност на тяхното разположение на кристал всеки път поставя много сложна задача за намаляване на течността. Основните насоки за решаване на такива проблеми са да се търсят нови материали за използване в полупроводникови устройства и да променят структурата си.

Както вероятно знаете, IBM и Intel наскоро съобщават за прилагането на нови материали за създаване на транзистори, които да се използват в процесорите от следващо поколение. Като капачка, вместо силициев диоксид, бяха предложени материали с висок смисъл на диелектричната константа (High-K) въз основа на хафния. При създаването на електрод на затвора, силиций ще бъде заменен с метални сплави.

Както можете да видите, днес има постепенно заместване на силиций и материали, базирани на по-обещаващи съединения. Много компании отдавна мислеха за заместване на силиций. Един от най-големите спонсори на изследователски проекти в областта на въглеродните нанотръби и графен са IBM и Intel.

В края на март миналата година изследователите на IBM и двамата университети на Флорида и Ню Йорк съобщават за създаването на първия завършен електронен интегрален схема въз основа на само един въглероден нанотръб. Тази схема има дебелина пет пъти по-малкия диаметър на човешката коса и може да се наблюдава само чрез мощен електронен микроскоп.

Изследователите на IBM успяха да постигнат скорости, почти милион пъти по-големи от предварително получени на диаграми с множество нанотръби. Въпреки че тези скорости все още са под тези, на които работят съвременните силициеви чипове, учените на IBM са уверени, че новият нанотехнологични процеси в крайна сметка ще позволят да се разкрият колосални потенциални възможности на електрониката на въглеродните нанотръби.

Тъй като професор Джордж Агензеллер отбеляза, основата на пръстена на NanoTube, създаден от изследователите, е отлично да проучи характеристиките на въглеродните електронни елементи. Генераторът на Olsey е диаграма, на която производителите на микроцирци обикновено проверяват възможностите на нови производствени процеси или материали. Тази схема помага да се предскаже как новите технологии ще се държат в готови продукти.

Сравнително отдавна изучава възможното използване на въглеродни нанотръби в процесори и Intel. Не забравяйте, че Intel не е безразличен към нанотръбите, принуждава скорошното събитие на симпозиума за американското вакуумно общество, което активно се обсъжда от последните постижения на компанията в тази област.

Между другото, вече е разработен прототип на чип, където въглеродните нанотръби се използват като взаимно свързване. Както е известно. Преходът към по-точни норми води до увеличаване на електрическите съпротивления на свързващите проводници в края на 90-те години, производителите на микроциркуити преминават към използването на медни проводници вместо алуминий. Но през последните години дори медът престава да задоволи производителите на процесори и постепенно те подготвят замяната си.

Една от обещаващите посоки се наблюдава от използването на въглеродни нанотръби. Между другото, както споменахме в началото на статията, въглеродните нанотръби не са само по-добри в сравнение с проводимостта на металите, но също така могат да играят ролята на полупроводници. Така е реално за възможността в бъдеще да се изместят напълно силиций в процесори и други чипове и да се създадат чипове, направени изцяло от въглеродни нанотръби.

От друга страна, "погребването" силиций също е рано. Първо, пълното отлагане на силициеви въглеродни нанотръби в чиповете е малко вероятно да се случи през следващото десетилетие. И това се отбелязва от авторите на успешното развитие. Второ, перспективите за силиций също са на разположение. В допълнение към въглеродните нанотръби, силиций също има шансове за осигуряване на бъдеще в наноелектроника - под формата на силициеви наноси, нанотръби, нанотрефери и други структури, които също са обект на изследване в много изследователски лаборатории.

След дума

В заключение бих искал да добавя, че този член успя да покрие само много малка част от това, което се случва в областта на въглеродната наноелектроника. Леките глави продължават да измислят сложни технологии, някои от които могат да станат основи на бъдещата електроника. Някои са склонни да вярват, че нанороботите, прозрачни дисплеи, телевизори, които могат да бъдат усукани в тънка тръба, а други невероятни устройства остават фантастични и да се върнат в реалността само в много далечно бъдеще. Но днес редица поразителни проучвания са принудени да мислят за факта, че всичко това не е толкова далечни перспективи.

Освен това, освен тези, обсъдени в тази статия, въглеродните нанотръби и графени невероятни открития се срещат в молекулярна електроника. Любопитни проучвания се провеждат в областта на комуникацията между биологични и силициеви светове. Много компютърни перспективи за развитие на компютърната индустрия. И да се предскаже какво ще се случи след 10-15 години, вероятно никой няма да вземе. Очевидно едно нещо: пред нас чака много по-вълнуващи открития и поразителни устройства.

Източници на информация, използвани от писането на статия

• [Защитен имейл] ()
• Physorg.com ()))
• IBM Research ()
• К. С. Новоселов, А. К. Гейм, С. В. Морозов, Д. Цзян, Й. Джан, С. В. ДБУНОС, И. ГРИГОРИЕВА, А. А. Филсов. "Електрически полеви ефекти в атомно тънките въглеродни филми"
• K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Гледай, V. В. Хоткевич, С. В. Морозов и А.К. Геим "двуизмерни атомни кристали"
• Quanshui Zheng, Qing Jiang. Многобройни въглеродни нанотръби като осцилатори Gighertz »

Физически факултет

Катедра по полупроводникова физика и оптоелектроника

С. М. Слакина

"Въглеродни нанотръби"

Описание на лабораторната работа по цените

"Материали и методи на нанотехнологии"

Nizhny Novgorod 2006.

Целта на тази работа е: да се запознаете със свойствата, структурата и технологиите за получаване на въглеродни нанотръби и проучете тяхната структура по метода на полупрозрачна електронна микроскопия.

1. Въведение

До 1985 г. е известно, че може да съществува в природата в две алотропни състояния: 3D форма (диамантена структура) и слоеста 2D форма (графитна структура). В графит всеки слой е оформен от решетка от шестоъгълници с разстояние между най-близките съседи d c - c \u003d 0.142 nm. Слоевете са разположени в AVAV ... последователности (фиг. 1), където атомите съм директно над атомите в съседни самолети, а атомите II са върху центровете на шестоъгълниците в съседни региони. Получената кристалографска структура е показана на фигура 1А, където 1 и А2 са единичен вектор в графитна равнина, С е единичен вектор, перпендикулярна шестоъгълна равнина. Разстоянието между самолетите в решетката е 0.337 nm.

Фиг. 1. а) кристалографска структура на графита. Решетката се определя от единични вектори А 1, 2 и С. б) съответната зона на Brillouin.

Благодарение на факта, че разстоянието между слоевете е по-голямо от разстоянието в хексагоните, графитът може да се приближи като 2D материал. Изчисляването на структурата на лентата показва дегенерацията на зоните в точката към зоната на Brillouin (виж фиг. 1В). Това е от особен интерес поради факта, че нивото на Ферми пресича тази точка на дегенерация, която характеризира този материал като полупроводник с изчезващата енергийна прорез при t → 0. Ако изчисленията се вземат предвид междупланерните взаимодействия, тогава в зоната структура има преход от полупроводника до полуметало поради припокриване на енергийните зони.

През 1985 г. Харолд Крото и Ричард Смитс са отворени Fullerenes - 0D форма, състояща се от 60 въглеродни атома. Това откритие бе отличено през 1996 г. от Нобелова награда в химията. През 1991 г. Izhimi намери нова 1D въглеродна форма - продълговати тръбни въглеродни образувания, наречени "нанотръби". Развитието на технологиите Krethmer и Huffman на тяхното производство в макроскопични количества положиха началото на систематични проучвания на повърхностните структури на въглерода. Основният елемент на такива структури е графитният слой - повърхността, изложена от десните пет-шест и седемфония (пентегони, шестоъгълник и хептан) с въглеродни атоми, разположени в върховете. В случай на пълнолетни, такава повърхност има затворена сферична или сфероидална форма (фиг. 2), всеки атом е свързан с 3 съседи и комуникация - SP 2. Най-често срещаната пълнолетно молекула с 60 се състои от 20 шестоъгълника и 12 пентони. Неговият напречен размер е 0.714nm. При определени условия, С 60 молекулата може да подреди и образуват молекулен кристал. При определени условия, при стайна температура, молекулата С 60 може да подрежда и образуват червеникави цветови молекулни кристали с кубична решетка, чийто параметър е 1.41 nm.

Фиг.2. Молекула с 60.

2. структура на въглеродни нанотръби

2.1 Ъгълът на хиралността и диаметъра на нанотръбите

Въглеродните нанотръби са удължени конструкции, състоящи се от сгънат в еднослойни (аснкер) или многослойни (MSNT) тръбни графитни слоеве. Известният най-малък диаметър на нанотръбите е 0.714 nm, който е диаметър на молекулата Fullerene с 60. Разстоянието между слоевете е почти винаги 0.34 nm, което съответства на разстоянието между слоевете в графит. Дължината на такива образувания достига десетки микрона и няколко порядъка надвишават диаметъра им (фиг. 3). Нанотръбите могат да бъдат отворени или да завършат със полуспиращи, наподобяващи половината от молекулата Fullerene.

Свойствата на нанотръбите се определят чрез ъгъла на ориентация на графитната равнина по отношение на оста на тръбата. Фигура 3 показва двете възможни високоскоростни конструкции нанотуба - зигзал (зигзаг) и стол (кресло). Но на практика повечето нанотръби нямат такива силно асиметрични форми, т.е. В тях Hexagons усуква спирала около оста на тръбата. Тези структури се наричат \u200b\u200bхирал.

Фиг.3. Идеализирани модели на еднослойни нанотръби със зигзаг (а) и стол (б) ориентация.

Фиг. 4. Въглеродните нанотръби се образуват при усукване на графитни равнини в цилиндър, свързващ точка ACA ". Ъгълът на хиралност се определя като Q - (а). Тип тръба" Фоглаен ", с H \u003d (4.4) - (б). Стъпка P зависи от ъгъла Q - (c).

Налице е ограничен брой вериги, с които нанотръб може да бъде изграден от графитния слой. Помислете за точки А и А "на фиг. 4а. Векторът, свързващ А и А" се дефинира като С \u003d Na1 + mA 2, където N, m е валиден числа, 1 и 2 - един вектор в графитната равнина. Тръбата се образува, когато графитният слой е сгънат и свързването на точките А и А. след това се определя от вектора СН. На Фиг. 5 е дадена схема за индексиране на решетката Vector C h.

Индексите на хиралността на еднослойна тръба уникално определят неговия диаметър:

къде е постоянната решетка. Връзката между индексите и ъгъл на хиралност се дават от връзката:

Фиг.5. Схема на индексиране на векторна решетка c h.

Зигзаг тип нанотръби се определят от ъгъла Q. =0° който съответства на вектора (n, m) \u003d (n, 0). В тях връзките на С-С са успоредни на оста на тръбата (фиг. 3, а).

Структурата на типа "стол" се характеризира с ъгъл Q. = ± 30 °. съответстващ на вектора (n, m) \u003d (2N, -N) или (n, n). Тази група тръби ще има C-поради комуникация, перпендикулярна на оста на тръбата (Фиг. 3В и 4Ь). Останалите комбинации образуват хирални тръби, с ъгъл от 0 °<<Q. <30 о. Как видно из рис. 4с, шаг спирали Р зависит от угла Q. .

2.2 Структура на многослойни нанотръби

Многослойните нанотръби се различават от еднослойното значително по-широко разнообразие от форми и конфигурации. Разнообразието на структурите се проявява както в надлъжната, така и в напречната посока. Възможни сортове на напречната структура на многослойни нанотръби са представени на фиг. 6. Структурата на "руски гнездящ" тип (фиг. 6а) е комбинация от коаксиално вложени еднослойни цилиндрични нанотръби. Друг вид тази структура, показана на фиг. 6b, представлява комбинация от коаксиални призми, вградени един в друг. Накрая, последната от горните структури (фиг. 6В) прилича на свитък. За всички горепосочени структури разстоянието между съседните графитни слоеве се характеризира, близо до 0.34 nm, присъщо на разстоянието между съседните равнини на кристалния графит. Прилагането на една или друга структура в специфична експериментална ситуация зависи от условията на синтез на нанотръбите.

Проучванията на многослойни нанотръби показват, че разстоянията между слоевете могат да варират от стандартна стойност от 0,34 nm до двойна стойност от 0.68 nm. Това показва наличието на дефекти в нанотръбите, когато един от слоевете е частично отсъстващ.

Значителна част от многослойните нанотръби може да има многокринална форма в напречно сечение, така че секциите на плоската повърхност да са съседни към повърхностите на високата кривина, които съдържат ръбовете с висока степен на SP 3 --хибридизиран въглерод. Тези ръбове ограничават повърхностите, съставени от SP 2-хибридизиран въглерод, и определят много свойства на нанотръбите.

Фиг. 6. Модели на напречни структури на многослойни нанотръби (а) - "руски matryoshka"; б) - шестоъгълна призма; Б) - превъртане.

Друг вид дефекти, често отбелязани върху графитната повърхност на многослойни нанотръби, се свързва с въвеждането на повърхността, състояща се главно от шестоъгълници, няколко петокагони или хептагони. Наличието на такива дефекти в структурата на нанотръбите води до нарушение на тяхната цилиндрична форма, а въвеждането на пентогана води до изпъкнало огъване, докато въвеждането на хептагон допринася за появата на стръмна огъване на лакътя. Така, такива дефекти причиняват появата на извити и спирални нанотръби, наличието на спирали с постоянна стъпка показва повече или по-малко редовно подреждане на дефекти върху повърхността на нанотръбите. Установено е, че тръбите на стола могат да бъдат свързани към зигзагови тръби, като се използва лакътно съединение, съдържащо петоъгълник от външната страна на лакътя и хептагон от вътрешната страна. Като пример на фиг. 7 показва съединението (5.5) на тръбата на стола и (9.0) на зигзагогната тръба.

Фиг. 7. Илюстрация на "лакътно съединение" между (5.5) очарователна и (9.0) зигзагог тръба. а) перспективен модел с петоъгълни и шестоъгълни засенчени пръстени, (б) структура, предназначена за равнината на симетрията на лакътя.

3. Методи за получаване на въглеродни нанотръби

3.1 Получаване на графит в изхвърлянето на дъга

Методът се основава на образуването на въглеродни нанотръби с термично разпръскване на графитния електрод в плазмата на дъгата, изгаряща в хелий атмосфера. Този метод позволява да се получат нанотръби в количество, достатъчно за подробно изследване на техните физикохимични свойства.

Тръбата може да бъде получена от удължени графитни фрагменти, които допълнително се усукват в цилиндъра. За образуването на удължени фрагменти са необходими специални условия за нагряване на графит. Оптималните условия за получаване на нанотръби се осъществяват в дъгов разряд при използване на електролизен графит като електроди. На фиг. 8 показва опростена инсталационна схема за получаване на фулерени и нанотръби.

Разпръскването на графита се извършва чрез преминаване през електродите на тока с честота от 60 Hz, текущата стойност от 100 до 200 А, напрежението е 10-20 V. Регулиране на напрежението на пружината може да се постигне че основната част от входната мощност се откроява в дъгата, а не в графитния прът. Камерата е пълна с хелий с налягане от 100 до 500 torr. Скоростта на изпаряване на графит в тази настройка може да достигне 10 g / w. В същото време повърхността на медния корпус, охладена с вода, е покрита с продукта на изпаряване на графит, т.е. Soat на графит. Ако полученият прах се изстъргва и издържа на няколко часа в кипящ толуен, той се оказва тъмнокафява течност. Когато се изпари в въртящ се изпарител, се получава фин прах, неговото тегло не е повече от 10% от теглото на оригиналната графитна сажди, тя съдържа до 10% fullerenes и нанотръби.

В описания метод за получаване на нанотръби хелий играе ролята на буферния газ. Хелий атомите извършват енергия, подчертана при комбиниране на въглеродни фрагменти. Опитът показва, че оптималното налягане на хелий за получаване на фулерени е в диапазона от 100 Torr, за да се получат нанотръби - в диапазона от 500 Torr.

Фиг. 8. Схема за монтаж на Fullerenes и нанотръби. 1 - графитни електроди; 2 - охладена медна гума; 3 - меден корпус, 4 - пружини.

Сред различните продукти на термично пръскане на графит (Fullerenes, наночастици, сажди), малка част (няколко процента) сметки за многопластови нанотръби, които са частично прикрепени към повърхностите на студените повърхности, частично отлагани на повърхността заедно с Сажди.

Еднослойни нанотръби се образуват при Fe, Co, Ni, CD (т.е. добавяне на катализатори се добавя към анода. В допълнение, ASTN се получава чрез окисляване на многослойни нанотръби. За да се окислява, многослойни нанотръби се третират с кислород с умерено нагряване или кипяща азотна киселина, а в последния случай, петчленни графитни пръстени премахва, което води до отваряне на краищата на тръбите. Окисляването ви позволява да отстранявате горните слоеве от многослойна тръба и да отворите краищата му. Тъй като реактивността на наночастиците е по-висока от тази на нанотръбите, със значително разрушаване на въглеродния продукт в резултат на окисление, делът на нанотръбите в останалата част се увеличава.

3.2 Метод на лазерно изпаряване

Алтернатива на отглеждането на нанотръби в изхвърлянето на дъгата е методът на лазерно изпаряване. В този метод той се синтезира главно от леля по време на изпаряване на смес от въглерод и преходен метал с лазерен лъч от мишена, състояща се от метална сплав с графит. В сравнение с метода на изхвърляне на дъговете, директното изпарение позволява да се осигури по-подробно управление на условията на растежа, да се извършват дългосрочни операции и да произвеждат нанотръби с голям добив на подходящо и по-добро качество. Основните принципи, подлежащи на производството на OSND по метода на лазерно изпаряване, са същите като в метода на изхвърляне на дъги: въглеродните атоми започват да се натрупват и образуват съединение на мястото на металните катализаторни частици. В инсталацията (фиг. 9), сканиращият лазерен лъч се фокусира върху 3-7 mm място за метален графит. Целта се поставя в напълнен (при повишено налягане) аргон и се загрява до 1200 ° С. Сажди, оформени по време на лазерно изпаряване, се извършва чрез потока на аргон от високата температура и се отлага на водохранения меден колектор, разположен на изхода на тръбата.

Фиг. 9. Схема за инсталиране на лазерна аблация.

3.3 Химически валежи от газовата фаза

Методът за отлагане на плазменото химическо отлагане от газовата фаза (Pho) се основава на факта, че газът на газта на въглерод (най-често метан, ацетилен или въглероден оксид) е изложен на всеки високоенергиен източник (плазма или резистивна нагряване) в да се раздели молекулата на реактивния активен атомния въглерод. След това се появява пръскането му върху нагрята субстрат, покрита с катализатор (обикновено тези преходни метали на първия период Fe, Co, Ni и т.н.), който се депозира чрез въглерод. Нанотръбите се формират само със строго последвани параметри. Точното възпроизвеждане на посоката на растежа на нанотръбите и тяхното позициониране на нивото на нанометър може да бъде постигнато само при получаване по метода на каталитичен PHO. Възможен контрол над диаметъра на нанотръбите и техния темп на растеж. В зависимост от диаметъра на катализаторните частици, един изключително ASNT или MSNT може да расте. На практика този имот се използва широко в технологията за създаване на сонди за сканиране на сонда микроскопия. Задаването на положението на катализатора в края на конзолата силиконова игла, можете да отглеждате нанотръба, която значително ще подобри възпроизводимостта на характеристиките и разделителната способност на микроскопа, както при сканиране, така и по време на литографски операции.

Обикновено синтезът на нанотръби съгласно метода на PHO се осъществява на два етапа: приготвянето на катализатора и действителния растеж на нанотръбите. Прилагането на катализатора се извършва чрез напръскване на преходния метал към повърхността на субстрата, а след това се използва химичествено ецване или отгряване, инициализиране на образуването на катализаторните частици, върху които растежът на нанотръба се увеличава (фиг. 10). Температурата в синтеза на нанотръбите варира от 600 до 900 ° С.

Сред множествените методи на ПО, трябва да се забележи методът на каталитична пиролиза на въглеводороди (фиг. 10), в който е възможно да се реализира гъвкаво и отделно управление на образуването на нанотръби.

Като катализатор обикновено се използва желязо, което се образува в редуцираща среда от различни железни съединения (желязо (III) хлорид, желязо (III) салицилат или пентаровален желязо). Смес от железни соли с въглеводород (бензен) се напръсква в реакционната камера или насочен поток на аргон, или използване на ултразвукова пръскачка. Полученият аерозол с потока на аргон влиза в кварцов реактор. В зоната на пещта преди нагряване, аерозолният поток се загрява до температура от ~ 250 ° С, настъпва въглеводородното изпаряване и започва процесът на разлагане на металосъдържащата сол. След това аерозолът попада в зоната на пиролизната пещ, температурата, в която е 900 ° С. При тази температура, процесът на образуване на микро- и наноразмерни катализатор частици, пиролиза на въглеводород, образуване върху металните частици и стените на реактора на различни въглеродни структури, включително нанотръби. След това газовият поток се движи по реакционната тръба, влиза в охлаждащата зона. Продуктите на пиролизата се отлагат в края на пиролизната зона на охладената вода с меден прът.

Фиг. 10. Схема на инсталиране на каталитична пиролиза на въглеводороди.

4. свойства на въглеродни нанотръби

Въглеродните нанотръби се комбинират свойствата на молекулите и твърдите и се разглеждат от някои изследователи като междинно състояние на веществото. Резултатите от първите проучвания на въглеродни нанотръби показват техните необичайни свойства. Някои свойства на еднослойни нанотръби са показани в таблица. един.

Електрическите свойства на ASNT се определят до голяма степен от тяхната хиралност. Много теоретични изчисления дават общо правило за определяне на вида на проводимостта ASNT:

тръбите с (n, n) са винаги металични;

тръби с n - m \u003d 3J, където j не е нулево цяло число, са полупроводници с малка ширина на забранената зона; И всички останали са полупроводници с голяма ширина на забранената зона.

Всъщност теорията на зоната за N - M \u003d 3J тръби дава метален вид проводимост, но когато равнината е извита, в случая на не-нула J. Нанотръбите на инвалидната количка (N, N) в едноелектронното представяне остават метални, независимо от кривината на повърхността, поради тяхната симетрия. С увеличаване на радиуса на тръбата R ширина на забранената зона за полупроводници с голяма и ниска ширина намалява със закона 1 / R и 1 / R2, съответно. Така, за повечето експериментално наблюдавани нанотръби, слот с малка ширина, която се определя от ефекта на кривината, той ще бъде толкова малък, че в условия на практическа употреба всички тръби с N-m \u003d 3J се считат за металик при стайна температура.

маса 1

Имоти	Еднослойни нанотръби	Сравнение с известни данни
Характеристика	Диаметър от 0.6 до 1.8 nm	Ограничение на електронната литография 7 nm
Плътност	1.33-1.4 g / cm 3	Алуминиева плътност
Силна сила		Най-трайната сплав започна да се почиства в 2 GPA
Еластичност	Еластично се наведе под всеки ъгъл	Металите и въглеродните влакна прекъсват границите на зърното
Плътност на конуса	Оценките се отказват до 1G A / cm 2	Медните кабели изгарят кога
Автоматични емисии	Активиран при 1-3 в разстоянието от 1 микрона	Иглите Molybenum изискват 50 - 100 V и краткотрайни
Топлопроводимост	Предскажете до 6000 w / mk	Чистият диамант има 3320 w / mk
Температурна стабилност	До 2800 ° C във вакуум и 750 ° С във въздуха	Менилизацията в схемите се топи на 600 - 1000 ° C
		Злато 10 $ / g

Високата механична якост на въглеродните нанотръби в комбинация с тяхната електрическа проводимост дава възможност да ги използвате като сонда в сканираща сонда микроскопи, която увеличава разделителната способност на устройствата от този вид и ги поставя в един ред с такова уникално устройство като микроскоп от поле.

Нанотръбите имат високи характеристики на емисиите; Авто-електронната плътност на емисиите при напрежение от около 500 V достига стойността от 0.1 А. cm -2 при стайна температура. Това отваря възможността за създаване на нови производствени дисплеи въз основа на тях.

Нанотръбите с отворен край проявяват капилярния ефект и са в състояние да нарисуват стопени метали и други течни вещества. Изпълнението на този нанотръби свойства отваря перспективата за създаване на проводими нишки с диаметър близо до нанометъра.

Използването на нанотръби в химическата технология е много обещаващо, което се дължи, от една страна, с висока специфична повърхност и химическа стабилност, а от друга страна, с възможност за прикрепване към повърхността на нанотръби от различни радикали, \\ t което може да служи като в бъдеще или от каталитични центрове или микроби за прилагане на различни химически трансформации. Образуването на нанотръби е многократно усуквано със случайно ориентирани спирални структури с произволен начин, води до нанотръбен материал на значително количество нанометрови кухини, наложени, за да проникнат във външната страна на течности или газове. В резултат на това специфичната повърхност на материала, съставена от нанотръби, е близка до подходящата стойност за отделните нанотръби. Тази стойност в случай на еднослойна нанотръбна е около 600 m 2. m -1. Такава висока стойност на специфичната повърхност на нанотръбите отваря възможността да ги използва като порест материал във филтри, в устройствата на химическата технология и др.

Понастоящем се предлагат различни варианти за използване на въглеродни нанотръби в газовите сензори, които активно се използват в екологията, енергетиката, медицината и селското стопанство. Газовите сензори въз основа на промяната в термооперацията или съпротивлението се създават по време на адсорбцията на молекулите на различни газове на повърхността на нанотръбите.

5. Прилагане на нанотръби в електрониката

Въпреки че технологичните употреби на нанотръби, базирани на тяхната висока специфична повърхност, са значителен приложен интерес, най-атрактивните са указанията на употребата на нанотръби, които са свързани с развитието в различни области на съвременната електроника. Такива свойства на нанотръбите, като малки размери, се променят при значителни граници, в зависимост от условията на синтеза, електрическата проводимост, механичната якост и химическата стабилност, ни позволяват да разгледаме нанотръба като основа на бъдещите елементи на микроелектрониката.

Въвеждането в идеалната структура на еднослойна нанотюба като дефект на двойка петоъгълник - седемново (както на фиг. 7) променя своята хиралност и в резултат на това е електронните му свойства. Ако разгледаме структурата (8.0) / (7,1), тогава от изчисленията следва, че тръбата на хиралността (8.0) е полупроводник с ширина на забранената зона 1.2 eV, докато тръбата с хиралност (7, 1, 1 ) е полумит. Така, този извит нанотръб трябва да бъде молекулен преход на метален полупроводник и може да се използва за създаване на изправящ диод - един от основните елементи на електронните схеми.

По същия начин, в резултат на прилагането на дефекта, може да се получи полупроводник - полупроводник с различни стойности на ширината на забранената зона. По този начин, нанотръбите с дефекти, прилагани в тях, могат да бъдат в основата на полупроводников елемент на рекордни малки размери. Задачата за прилагане на дефект в идеалната структура на еднослойна нанотиба представлява определени технически трудности, но може да се очаква, че в резултат на развитието на създадената технология технология за получаване на еднослойни нанотръби с определена хиралност ще намери успешно решение.

Въз основа на въглеродни нанотръби е възможно да се създаде транзистор, според неговите свойства, надвишаващи подобни схеми от силиций, който понастоящем е основният компонент при производството на полупроводникови чипове. На повърхността на силициев субстрат на р-или N-тип, слой от Si02 е предварително покрит с 120 nm, платинови електроди на произхода и канализацията и разтворът се утаяват с еднослойни нанотреб ( Фиг. 11).

Фиг. Терен транзистор на полупроводникова нанотръба. Нанотуба се намира на непроводим (кварцов) субстрат в контакт с два ултра-тънки проводника, като трети електрод (затвор) се използва силиконов слой (а); Зависимостта на проводимостта във веригата от потенциала на затвора (б) 3.

Задачата

1. Запознайте се със свойствата, структурата и технологията на въглеродните нанотръби.

2. Подгответе материал за изследване на въглеродните нанотръби от прозрачна електронна микроскопия.

3. Получете фокусиран образ на нанотръбите с различни мащаби. С най-високата възможна резолюция, оценете размера (дължината и диаметъра) на предложените нанотръби. Направете заключение за естеството на нанотръбите (еднослойни или многослойни) и наблюдавани дефекти.

Контролни въпроси

1. Електронна структура на въглеродни материали. Структурата на еднослойни нанотръби. Структура на многослойни нанотръби.

2. свойствата на въглеродните нанотръби.

3. Основни параметри, които определят електрическите свойства на нанотръбите. Общо правило за определяне на вида на проводимостта на еднослоен нанотръб.

5. Области за прилагане на въглеродни нанотръби.

6. Методи за получаване на нанотръби: Метод на термично разлагане на графит в изхвърлянето на дъговете, метода на лазерно изпаряване на графита, метода на химично утаяване от газовата фаза.

Литература

1. Harris, P. Carbon Nanotruba и свързани структури. Нови материали на XXI век. /P.Charris- m: Technosphere, 2003.-336 p.

2. YELETSKY, A.V. Въглеродни нанотръби / A. V. YELETSKY // Успехи на физически науки. - 1997.- т 167, № 9 - стр. 945 - 972

3. Berobiansky, I. I. Формиране и процедурата за електрофизичните свойства на равнинните структури, основани на въглеродни нанотръби. Теза за степента на кандидати на технически науки // i.i. Kobinsky. - Москва, 2004.-145 стр.

Bernaerts D. et al./ във физика и деривати (EDS H.KUSMANY et al.) - Сингапур, Световно Сътната фирма. - 1995. - стр.551

THES A. et al. / Наука. - 1996. - 273 - стр. 483

Вятър, S. J. Вертикално мащабиране на въглеродни нанотръбни транзистори с помощта на горни порта електроди / S. J.Wind, Appenzeler J., Martel R., Derycke и Avouris P. // Appl. Фис. Lett. - 2002.- 80. стр.3817.

Tans S.j., Devoret M.H., DAI H. // Nature.1997. V.386. Стр.474-477.

Въглеродни нанотръби - утре иновативни технологии. Производството и въвеждането на наноболенс ще подобрят качеството на стоките и продуктите, което значително намаляване на теглото им и увеличаване на силата, както и защитени нови характеристики.

Какви са въглеродните нанотръби

Въглеродните нанотръби или тръбна наноструктура (нанотубула) са изкуствено създадени в лабораторни условия, една или многостранна кухи цилиндрични структури, получени от въглеродни атоми и с изключителни механични, електрофизични и физични свойства.

Въглеродните нанотръби се получават от въглеродни атоми и имат формата на тръби или цилиндри. Те са много малки (на нано-ниво), с диаметър от един до няколко десетки нанометра и дължина до няколко сантиметра. Въглеродните нанотръби се състоят от графит, но притежават други характеристики, които нямат графит. Те не съществуват в природата. Техният произход има изкуствена фондация. Тялото на нанотръбите синтетични, създадени от хора независимо от началото до края.

Ако погледнете повишен с един милион пъти нанотиба, тогава можете да видите удължен цилиндър, състоящ се от равностранен шестоъгълници с въглеродни атоми в нейните върхове. Това е самолет на графит. Хиралността на нанотръбите зависи от нейните физически характеристики и свойства.

Повишена нанотръба веднъж удължен цилиндър, състоящ се от равностранен шестоъгълници с въглеродни атоми върху неговите върхове. Това е усукана графитна равнина

Chirality (ENG. Chirality) - Имотът на молекулата не се комбинира в пространството с огледалното отражение.

Ако интерпрент, тогава chirality е, когато се обръщаме, например, лист хартия гладко. Ако сте постоянни, това е ахиралност. Нано-силфонът може да има еднослойна и многослойна структура. Многослойната структура не е нищо повече от няколко еднослойни нанотръби, "облечени" един по един.

Откриване на историята

Точната дата на отваряне на нанотръбите и техният откривател са неизвестни. Тази тема е храна за спорове и разсъждение, тъй като има много паралелни описания на тези структури от страна на учените от различни страни. Основната трудност при идентифицирането на откривателя е, че нанотръбите и нанофибърните, попадащи в полето на оглед на учените, не привличаха вниманието им за дълго време и не бяха внимателно проучени. Съществуващите научни произведения доказват, че възможността за създаване на нанотръби и влакна от съдържащи въглеродни материали е теоретично разрешена през втората половина на миналия век.

Основната причина, поради която дълго време не е било взето сериозно проучване на микрони въглеродните съединения, това е, че по това време учените не са имали доста мощна научна основа за изследвания, а именно нямаше оборудване, което може да подобри обекта на изследване и да се схити. тяхната структура.

Ако има събития за изследване на наночерборожните съединения в хронологичен ред, тогава първото свидетелство попада през 1952 г., когато съветските учени от Радушкович и Лукянович се обръщат към структура на нанофибър, формирана по време на разлагане чрез термичния метод на въглероден оксид (руски \\ t Име - оксид). Структурата, наблюдавана чрез електронно микроскопско оборудване, имаше фибри с диаметър около 100 nm. За съжаление фиксирането на необичайната наноструктура не следва и продължаваше по-нататъшни изследвания.

След 25 години забрава от 1974 г., информацията за съществуването на микрона тръбни структури от въглерод започва да попада във вестника. Така че, група японски учени (Т. Кояма, М. Ендо, А. Оберлин) по време на проучванията през 1974-1975 година. Резултатите от редица проучвания са представени на широката общественост, която съдържа описание на тънки тръби с диаметър по-малък от 100 Å, които са получени от пара по време на кондензацията. Също така, образуването на кухи структури с описание на структурата и механизма на образование, получени в изследването на въглеродните свойства, е описано от съветските учени от Института за катализиране от Академията на науките в СССР през 1977 година.

Å (agshstrom) - единица за измерване на разстоянията, равни на 10-10 m. В системата на системата, в близост до анимацията е нанометър (1 пМ \u003d 10 Å).

Fullerenes са кухи, сферични молекули във формата на топка или ръгби топка.

Fullerenes - четвърта, неизвестна преди това въглеродна модификация, отворена от английския химик и астрофисик Харолд Мриел

И само след употреба в техните научни изследвания на най-новото оборудване, което позволява да се разгледа подробно и да освети въглеродната структура на нанотръбите, японския учен Sumio-Idima (Sumio IIJIMA) през 1991 г. са проведени първите сериозни проучвания, като в резултат на това са проведени първите сериозни проучвания. от които успяха да получат въглеродни нанотръби, опитни и подробно.,

В обучението си професорът IDNes за получаване на експериментална проба е повлиян от разпръснат графит чрез електрически дъгов разряд. Прототипът беше внимателно измерен. Размерите му показват, че диаметърът на нишките (рамката) не надвишава няколко нанометра, с дължина от един до няколко микрона. Изучавайки структурата на въглеродните нанотръби, учените са открили, че изучаването на обекта може да има от един до няколко слоя, състоящ се от графитна шестоъгълна мрежа, базирана на шестоъгълници. В същото време краищата на нанотръбите се структурно приличат на разрязаната половина половина от пълнолетен молекула.

По време на горепосочените проучвания вече има вече произведения на учените, известни в тяхната област като Джоунс, Л.А. ЧЕРНОЗАТОНСКИ, М.Ю. Корнилов предсказва възможността за формиране на тази анотропна въглеродна форма, описваща нейната структура, физически, химически и други свойства.

Многослойната структура на нанотръб е нищо повече от няколко еднослойни нанотубулени, "облечени" един върху принципа на руския мач

Електрофизични свойства

Електрофизичните свойства на въглеродните нанотръби са в етапа на най-близкото проучване от учените от целия свят. Проектиране на нанотръби в определени геометрични съотношения можете да им дадете проводимост или полупроводникови свойства. Например, диамант и графит са въглерод, но поради различията в молекулната структура те имат различни и в някои случаи противоположни свойства. Такива нанотръби се наричат \u200b\u200bметален или полупродуктив.

Нанотръбите, които извършват електрически ток, дори и с абсолютни нулеви температури, са метални. Нулевата проводимост на електрическия ток при абсолютна нула, която се увеличава с увеличаване на температурата, показва признак на полупроводникова нанострактура.

Основната класификация се разпределя по метода на сгъване на графитната равнина. Методът на сгъване се обозначава с две числа: "m" и "n", което поставя посоката на сгъване в векторите на графитната решетка. От геометрията на сгъваема графитна равнина свойствата на нанотръбите са зависими, например, ъгълът на усукване пряко засяга техните електрофизични свойства.

В зависимост от параметрите (N, M), нанотръбите са: права (Ahiral), предавка ("фотьойл"), зигзаг и спирала (хирал). За да се изчисли и планира електрическа проводимост, се използва коефициент на формула на параметрите: (N-M) / 3.

Целочистът, получен в изчислението, показва проводимостта на нанотръбите на металния тип и фракционния - полупроводник. Например, металите са всички тръби като "стол". Въглеродните нанотръби от метален тип се извършват с електрически ток с абсолютна нула. Нано-мехурните полупроводници имат нулева проводимост при абсолютна нула, която се увеличава с нарастваща температура.

Нанотръбите с метален вид проводимост могат да пропуснат милиарда амп на квадратен сантиметър. Мед, като един от най-добрите метални проводници, е по-нисък от нанотръбите за тези показатели повече от хиляда пъти. Когато границата на проводимостта бъде превишена, нагрява се, което е придружено от топене на материала и унищожаването на молекулярната решетка. С нано-прекъсва при равни условия, това не се случва. Това се обяснява с тяхната много висока топлопроводимост, която надвишава два пъти диамантите.

По отношение на силата, наноболен също оставя други материали далеч назад. Той е по-силен от най-издръжливите сплави от стомана 5-10 пъти (1.28-1.8 TPA според JUNG модула) и има еластичност от 100 хиляди пъти по-висока от гума. Ако сравните индикаторите за ограничаване на силата, тогава те надвишават подобни ясни характеристики на висококачествена стомана при 20-22 пъти!

Как да получите ООН

Нанотръбите се получават чрез високотемпературни и ниски температурни методи.

Високата температура може да включва методи за лазерна аблация, слънчева технология или електрически дъгове. Методът с ниска температура абсорбира химически утаявания от фазата на пара, използвайки каталитичното разлагане на въглеводороди, газозазователна каталитична култура на въглероден оксид, производство чрез електролиза, термична обработка на полимера, локална пиролиза или локалната катализа. Всички начини са сложни за разбиране, високотехнологични и много скъпи. Производството на нанотръби може да си позволи само голямо предприятие с мощна научна основа.

Опростен, процесът на получаване на въглеродни нанотръби с дъга, както следва:

Реакторът се нагрява до определена температура със затворена верига чрез инжекционен блок, в газообразно състояние се въвежда плазма. В реактора, в горната и долната част, са монтирани магнитните намотки, един от които е анод, а другият катод. Постоянният електрически ток се сервира на магнитни намотки. Плазмата се влияе от плазмата в реактора, която се завърта и магнитното поле. Под действието на високотемпературна електронна проточна дъга от повърхността на анод, който се състои от материал, съдържащ въглерод (графит), изпарява или "напускане" въглерод и кондензи върху катод под формата на въглеродни нанотръби, съдържащи се в седимента. За да може въглеродните атоми да могат да кондензират катода, температурата в реактора се намалява. Дори кратко описание на тази технология ви позволява да оцените сложността и разходите за получаване на наноболенс. Това ще отнеме дори много време преди производствения процес и приложението да бъдат достъпни за повечето предприятия.

Фотогалерия: Схема и оборудване за получаване на въглеродни нанотръби

Инсталиране на синтеза на единични въглеродни нанотръби чрез метод на електрически дъга Научна инсталация на малка мощност за получаване на тръбна наноструктура
Нискокален метод за получаване

Инсталация за получаване на дълги въглеродни нанотръби

Вие сте токсичен?

Определено да.

В процеса на лабораторни изследвания учените стигнаха до заключението, че въглеродните нанотръби влияят негативно на живите организми. Това от своя страна потвърждава токсичността на нанотръбите и е по-малко и по-малко учен, който се съмнява в този важен въпрос.

Тъй като изследванията са показали, пряко взаимодействие на въглеродните нанотръби с живи клетки води до тяхната смърт. Особено еднослойни нанотръби имат силна антимикробна активност. Експерименти, учените започват да извършват общата култура на царството на бактериите (чревна пръчица) e-soli. В процеса на изследване се прилагат еднослойни нанотръби с диаметър от 0,75 до 1.2 нанометри. Тъй като експериментите бяха показани, в резултат на въздействието на въглеродните нанотръби върху жива клетка се появява увреждане на механичния метод на клетъчни стени (мембрани).

Нанотръбите, получени чрез други методи, съдържат голямо количество метали и други токсични примеси. Много учени предполагат, че токсичността на самата въглеродни нанотръби не зависи от тяхната морфология, но е свързана директно с примеси, съдържащи се в тях (нанотръби). Въпреки това, работата на учени от Йейл в областта на изследването на нанотръбите показа погрешното представяне на много общности. Така, бактериите на чревните пръчки (E-SLI) в процеса на изследвания се третират с еднослойни въглеродни нанотръби за един час. В резултат на това повечето e-soli умряха. Тези проучвания в областта на наноматериали потвърдиха тяхната токсичност и отрицателно въздействие върху живите организми.

Учените заключават, че еднослойните нанотръби са най-опасните, това се дължи на пропорционалното съотношение на дължината на въглеродния нанотръб към неговия диаметър.

Различни проучвания по отношение на влиянието на въглеродните нанотръби върху човешкото тяло доведоха учените към заключението за идентични ефекти, както в случая на азбестови влакна в организма. Степента на отрицателни ефекти на азбестовите влакна директно зависи от техния размер: колкото по-малко, отрицателното въздействие е по-силно. И в случай на въглеродни нанотръби и съмнение, че не е в тяхното отрицателно въздействие върху тялото. Намирането в тялото заедно с въздуха, нанотич през плеврата се поставя в гърдите, като по този начин причинява тежки усложнения, по-специално, ракови тумори. Ако проникването в тялото на нано зърна се случва чрез храна, тогава те се заселват по стените на стомаха и червата, причинявайки различни заболявания и усложнения.

Понастоящем учените провеждат изследвания на биологичната съвместимост на наноматериалите и търсенето на нови технологии за безопасно производство на въглеродни нанотръби.

Перспективи

Въглеродните нанотръби заемат широк обхват на приложение. Това се дължи на факта, че те имат молекулярна структура под формата на рамка, която го прави по този начин свойства, които се различават от диаманта или графита. Това се дължи на своите отличителни характеристики (якост, проводимост, огъване) въглеродните нанотръби се прилагат по-често, в сравнение с други материали.

Това въглеродно изобретение се използва в електрониката, оптиката, в машиностроенето и др. Въглеродните нанотръби се използват като добавки към различни полимери и композити за повишаване на якостта на молекулните съединения. В крайна сметка, всеки знае, че молекулярната решетка от въглеродни съединения има невероятна сила, особено в чистата му форма.

Въглеродните нанотръби се използват и в производството на кондензатори и различни видове сензори, аноди, които са необходими за производството на батерии, като електромагнитна вълна. Широка употреба Това въглеродно съединение е открило при производството на телекомуникационни мрежи и дисплеи за течни кристали. Също така нанотръбите се използват като усилвател на каталитични свойства при производството на осветителни устройства.

Търговско приложение

Пазар	Приложение	Свойства на въглеродни нанотръби
Коли	Детайли за горивната система и зареждането (съединители, части за помпа, уплътнителни пръстени, тръби), външни части на тялото за електрическа верига (брони, огледални корпус, капачки за гориво)	Подобряване на баланса на собствеността в сравнение с технически въглерод, способност за рециклиране на големи части, деформационна устойчивост
Електроника	Технологични инструменти и оборудване, касети за полупроводникови плочи, конвейерни ленти, разстройство, оборудване за чисти стаи	Повишена чистота на смесите в сравнение с въглеродните влакна, контролиране на специфичната повърхностна резистивност, способността да се обработват тънките части, стабилност към деформация, баланс на свойствата, алтернативни пластмасови смеси в сравнение с въглеродните влакна

Въглеродните нанотръби не се ограничават до определена рамка за използване в различни индустрии. Материалът е измислял сравнително наскоро и във връзка с това в момента се използва широко в научното развитие и изследване на много страни по света. Това е необходимо за по-подробно проучване на свойствата и характеристиките на въглеродните нанотръби, както и създаването на мащабно материално производство, тъй като в момента заемат доста слаби позиции на пазара.

Въглеродните нанотръби се използват за охлаждане на микропроцесори

Благодарение на добрите провеждащи свойства, използването на въглеродни нанотръби в машиностроенето заема широк диапазон. Този материал се използва като устройства за охлаждащи устройства с масивни размери. На първо място, това се дължи на факта, че въглеродните нанотръби имат висок коефициент на топлопроводимост.

Използването на нанотръби в развитието на компютърната технология заема важна роля в електронната индустрия. Благодарение на използването на този материал е създаден производството за производство на сравнително плоски дисплеи. Това допринася за освобождаването на компактни компактни размери, но в същото време не се губят, а дори и техническите характеристики на електронните изчислителни машини се увеличават. Използването на въглеродни нанотръби в развитието на компютърните технологии и електронната индустрия ще постигне производството на оборудване, което понякога ще бъде превишено от настоящите аналози. Въз основа на тези проучвания вече са създадени кинекопи с високо напрежение.

Първият въглероден процесор нанотръб

Използване на проблеми

Един от проблемите на прилагането на нанотръби е отрицателно въздействие върху живите организми, което се съмнява в използването на този материал в медицината. Някои от експертите предполагат, че в процеса на масово производство на въглеродни нанотръби могат да възникнат неприятни рискове. Това е в резултат на разширяване на приложенията на нанотръби, ще възникнат необходимостта от тяхното производство в широк мащаб и съответно ще има заплаха за околната среда.

Учените предлагат да търсят начини за решаване на този проблем при използването на по-екологосъобразни методи и методи за производство на въглеродни нанотръби. Предлага се и на производителите на този материал сериозно да се подходи към въпроса за "почистване" на последствията от процеса на СССД, който от своя страна може да повлияе на увеличаването на цената на продуктите.

Снимки на отрицателното въздействие на нанотръбите върху клетките а) на клетките на чревните пръчки до излагане на нанотръби; б) клетки след излагане на нанотръби

В съвременния свят въглеродните нанотръби оказват значителен принос за развитието на иновативни технологии. Експертите дават прогнози за увеличаване на производството на нанотръби през следващите години и за намаляване на цените на този продукт. Това от своя страна ще разшири сферите на нанотръбите и ще увеличи търсенето на потребителите на пазара.

Въглеродни нанотръби (CNT) - обещаващ материал, който се планира да бъде използван в широк спектър от индустрии - от производството на велосипеди до микроелектроника. Въпреки това, дори минималните нарушени от атомната структура на ЦНТ води до спад в тяхната сила с 50%. Това се съмнява в възможността за изграждане на космически асансьор от материала на базата на въглеродни нанотръби.

10/16/2015, Андрей Барабаш 29

Екипът на изследователите от Университета Станфорд може да е реализирал научен пробив, който може да промени живота на амбитанти. Учените са разработили изкуствен заместител на кожата, който може да се чувства докосването и предаването на тази информация в нервната система. Такава технология може да се използва при създаване на футуристични протези, които ще бъдат вградени в човешката нервна система. В допълнение, тази технология ще позволи на хората не само да се чувстват докосване, но и определят тяхната сила.