Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Июня 2013 в 16:58, реферат
Углеродные нанотрубки - протяжённые структуры, состоящие из свёрнутых гексагональных сеток с атомами углерода в узлах, открытые в 1991 году японским исследователем Иджимой.
Первая нанотрубка была получена путём распыления графита в электрической дуге. Измерения, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что диаметр таких нитей не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до нескольких микрон.
Рис.3. Полевой транзистор на полупроводниковой нанотрубке. Нанотрубка лежит на непроводящей (кварцевой) подложке в контакте с двумя сверхтонкими проводами, в качестве третьего электрода (затвора) используется кремниевый слой
Компьютерная индустрия.
Разработано уже и несколько применений нанотрубок в компьютерной индустрии. Например, по оценкам специалистов, нанотехнологии позволят уже к 2007 году создать микропроцессоры, которые будут содержать около 1 миллиарда транзисторов и смогут работать на частоте до 20 гигагерц при напряжении питания менее 1 вольта.
Также предполагается разработка плат памяти принципиально нового образца, созданных на основе нанотехнологий. Так, компания Nantero Inc. активно занимается разработкой новых технологий, в частности, уделяет немалое внимание поиску способов создания энергонезависимой оперативной памяти (RAM) на основе углеродных нанотрубок. Было объявлено о том, что в ближайшее время возможно создание плат памяти ёмкостью 10 Гб. В связи с тем, что в основе строения устройства лежат нанотрубки, новую память предлагается называть NRAM (Nonvolatile (энергонезависимая) RAM).
Помимо этого, созданы и опробованы прототипы тонких плоских дисплеев, работающих на матрице из нанотрубок.
Рассмотрим углеродную нанотрубку, закрепленную на катоде и ориентированную в направлении анода. Если на электроды подать напряжение соответствующей полярности, нанотрубка заряжается отрицательно, линии электрического поля вблизи заряженной нанотрубки искривляются и в окрестности острия нанотрубки напряженность поля становится огромной, причем тем больше, чем тоньше нанотрубка. Такое локальное поле может вырывать электроны из нанотрубки. Под действием внешнего поля летящие электроны формируются в пучок. Этот эффект, называемый автоэлектронной эмиссией, кроме дисплеев, используется для создания выпрямителей.
Рис.1. Схема дисплея, в котором используется автоэлектронная эмиссия из нанотрубок
В обоих случаях берут два плоских электрода, один из которых покрывают слоем из углеродных нанотрубок, ориентированных перпендикулярно ко второму. Если на электроды подается такое напряжение, что нанотрубка заряжается отрицательно, из нанотрубки на второй электрод излучается пучок электронов: ток в системе идет. При другой полярности нанотрубка заряжается положительно, электронная эмиссия из нее невозможна и ток в системе не идет.
Чтобы с помощью автоэлектронной
эмиссии получить изображение, на аноде
закрепляют люминофор. Электронный
удар возбуждает молекулы люминофора,
которые затем переходят в
основное состояние, излучая фотоны.
Например, при использовании в
качестве люминофора сульфида цинка
с добавками меди и алюминия наблюдается
зеленое свечение, а при добавлении
серебра - синее. Красный цвет получают
с помощью легированного
Получающееся при этом зерно изображения будет очень малым: порядка микрона.
Медицина.
Углеродные нанотрубки нашли также своё применение в борьбе за здоровье человека: китайские ученые использовали нанотрубки для очистки питьевой воды от свинца.
Основываясь на свойстве углеродных нанотрубок, согласно которому, можно заполнять нанотрубки различными веществами, возможно их использование в медицине. В «запаянном» виде активные атомы или молекулы можно безопасно транспортировать. Попав в место назначения, нанотрубки раскрываются с одного конца (а операции «запаивания» и «распаивания» концов нанотрубок уже вполне под силу современной технологии) и выпускают свое содержимое в строго определенных дозах. Так, больному вводят в кровь заранее приготовленные нанотрубки с очень активными ферментами, эти нанотрубки собираются в определенном месте организма некими микроскопическими механизмами и «вскрываются» в определенный момент времени. Современная технология уже практически готова к реализации такой схемы.
Существует ещё одно применение нанотрубок в медицине. Международная группа ученых показала, что нанотрубки можно использовать для создания искусственных мускулов, которые при одинаковом объеме могут быть втрое сильнее биологических, не боятся высоких температур, вакуума и многих химических реагентов.
Рис.1. Мышца на нанотрубках
В 1999 году исследовательская группа во главе с Рэем Баухманом выступила с докладом о применении нанотрубок для создания искусственных мышц, опубликованном в журнале "Сайенс" (Science, 1999. v. 284, N. 5418, p. 1340-1344, May 21). Углеродные нанотрубки можно получать в виде листочков нанобумаги, в которых трубки перепутаны, переплетены друг с другом. Такую нанобумагу можно брать в руки, разрезать на полосы. Первые эксперименты были на удивление просты.
Исследователи приклеили две полоски нанобумаги к противоположным сторонам липкой ленты, присоединили к концам электроды и опустили в солевой раствор, обеспечивающий электропроводность. При включении электрической батареи, дающей напряжение в несколько вольт, обе полоски нанобумаги слегка удлинились, но связанная с отрицательным полюсом батареи удлинилась больше, и они изогнулись. Искусственный мускул (актюатор) действовал. Конечно, такое устройство слишком примитивно, чтобы уже сегодня использовать его вместо бицепсов и трицепсов. Но уже ясно, что эта конструкция гораздо более перспективна, чем любая другая. Вместо солевого раствора предполагается применять проводящий полимер, создав легкий и прочный композитный материал.
Уже показано, что искусственные мускулы будут по меньшей мере втрое "сильнее" обычных, то есть смогут выдерживать гораздо большие нагрузки при тех же размерах. А используемые для их работы напряжение и сила тока невелики.
Искусственные мускулы со временем можно будет использовать для протезирования органов и отдельных мышц (скажем, сердечной). На их основе легко удастся сконструировать "руки" и "пальцы" роботов, работающих в космическом холоде или в 1000-градусную жару, в вакууме и в среде агрессивных газов.
Военная промышленность.
Совершенно случайно учёными было найдено другое необычное применение нанотрубок. Во время изучения нанотрубки, при попытке сфотографировать её с помощью обычного фотоаппарата со вспышкой, блок нанотрубок при свете вспышки издал громкий хлопок и, ярко вспыхнув, взорвался. Следовательно, возможно использование их в качестве детонаторов для подрыва боезарядов.
Высказывается предположение, что черные углеродные нанотрубки взрываются при свете вспышки, поскольку поглощают свет чрезвычайно эффективно. Световая энергия превращается в тепловую, которая не может быстро диссипироваться вдоль сборки нанотрубок. Но взрываются только одностеночные нанотрубки. Первоначальный хлопок происходит вследствие нагрева кислорода внутри нанотрубок и между ними, что приводит к возникновению ударной волны. Как только температура углерода в стенках трубок достигает 600-700o C, он мгновенно сгорает.
Использованная литература
Государственное Образовательное Учреждение
Высшего Профессионального Образования
Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики
Реферат по дисциплине: " Основы нанотехнологий"
Тема: " Углеродные нанотрубки и их применение"
Выполнил:
Студент 5 курса заочного отделения
Группа ТИ-1 (шифр 220301)
Дьяченко С. А.
Проверил:
Рассадина Т. В.
Москва 2012
План
Определение.
Структура.
Получение.
Свойства.
Механические.
Электрические.
Капиллярные.
Применение.
Приборостроение.
Наноэлектроника.
Компьютерная индустрия.
Медицина.
Военная промышленность.
Использованная литература.