Углеродные нанотрубки: их свойства и применения

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

 

 

 

Токсичность нанотрубок

Результаты  экспериментов, проведённых в последние  годы, показали, что длинные многостенные углеродные нанотрубки (МНТ) могут вызвать отклик, аналогичный асбестовым волокнам. У людей, занятых на добыче и переработке асбеста, вероятность возникновения опухолей и рака лёгких в несколько раз больше, чем у основного населения. Канцерогенность волокон разных видов асбеста весьма различна и зависит от диаметра и типа волокон. Благодаря своему малому весу и размерам, углеродные нанотрубки проникают в дыхательные пути вместе с воздухом. В итоге они концентрируются в плевре. Мелкие частицы и короткие нанотрубки выходят через поры в грудной стенке (диаметр 3-8 мкм), а длинные нанотрубки могут задерживаться и со временем вызвать патологические изменения.

Сравнительные эксперименты по добавке одностенных углеродных нанотрубок (ОНТ) в пищу мышей показали отсутствие заметной реакции последних в случае нанотрубок с длиной порядка микрон. Тогда как использование укороченных ОНТ с длиной 200-500 нм приводило к «впиванию» нанотрубок-игл в стенки желудка.

 

Нанотрубки  растут на лугу.

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

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

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

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

 

Заключение

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

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

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

 

Приложение

Рис. 1

Рис.2

Рис. 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы.

1. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки: строения, свойства, применения. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 293 с.
2. Кац Е. А.Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры. Родословная форм и идей. – Москва: Либроком, 2009. -  296 с.
3. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века. - Москва: Техносфера, 2003. - 336 с.

 

Оглавление

История открытия 1

Углеродные нанотрубки: их свойства и применения. 2

Нанотрубки излучают чрезвычайно яркий свет. 6

Применение нанотрубок в электронике. 7

Токсичность нанотрубок 8

Нанотрубки растут на лугу. 9

Заключение 10

Приложение 11