VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Ведение

В 1985 году Роберт Керл, Гарольд Крото и Ричард Смолли открыли новое углеродное соединение – фуллерен. Основой молекулы фуллерена является углерод - химический элемент, имеющий способность соединяться с большинством элементов и образовывать молекулы различного состава и строения. углерод имеет два основных аллотропных состояния -графит и алмаз,но с открытие фуллерена было открыто еще одно аллотропное состояние. Позже,в 1991 году японский профессор Сумио Иидзима обнаружил длинные углеродные цилиндры, получившие названия нанотрубок [1,2,3,4].

Углеродные нанотрубки, это цилиндрические структуры длинной до нескольки сантиметров и диаметром от 1 до 10 нанометров, состоящие из графеновых плоскостей. Структуру нанотрубок можно представить себе так: берем графитовую плоскость, вырезаем из нее полоску и "склеиваем" ее в цилиндр .

В стенках трубки атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников. Для увеличения длинны нанотрубок, существуют специальные технологии, позволяющие сплетать их. Модуль Юнга – уровень сопротивления материала деформации – у нанотрубок вдвое выше, чем у обычных углеродных волокон. Поэтому одним из самых уникальных свойств углеродных нанотрубок(УНТ) и углеродных нановолокон является их высокая удельная прочность и электропроводность. В настоящее время максимальная длина нанотрубок составляет десятки и сотни микрон ,однако длина получаемых нанотрубок постепенно увеличивается -сейчас ученые уже вплотную подошли к сантиметровому рубежу. Получены многослойные нанотрубки длиной 4 мм. Нанотрубки бывают самой разной формы: однослойные и многослойные, прямые и спиральные. Кроме того, они демонстрируют целый спектр самых неожиданных электрических, магнитных, оптических свойств.

Самым распостраненным методом производства, является термическое распыление графитовых электродов в плазме, заполненой гелием под далением. Во время горения плазмы, анод термически испаряется, а на поверхности катода появляется осадок. В этом осадке и формируются УНТ. При плотности тока плазмы равном 100А/см2,образуется наибольшее количество нанотрубок. Содержание одиночных нанотрубок в осадке на катоде около 60% .Остальным осадком являются беспорядочные наночастицы.

Для отделения нанотрубок от наночастиц, осадок помещают в метанол и под действием ультразвуковых колебаний происходит появления суспензии,которую после этого помещают в центрифугу. Частицы сажи остаются на стенках центрифуги, а нанотрубки, остающиеся в жидксти, промывают азотной кислотой. Далее их просушивают при температуре 750˚С потоком кислорода и водорода.

Углеродные нанотрубки имеют уникальные свойства. Например под действием механического напряжения их структура перестраивается, а не рвется или ломается.Благодаря этому свойству можно создавать защитные костюмы.Так же их можно использовать в качетсве контейнеров для биологических вещетсв,ведь их структура обладает капилярными свойствами и слишком мала для прохождения многих атомов.

В зависимости от схемы сворачивания рафитовой плоскости,их можно использовать как проводники или полупроводники. Листы из углеродных нанотрубок можно использовать в качестве плоских прозрачных громкоговорителей. Одностенные нанотрубки (индивидуальные, в небольших сборках или в сетях) являются миниатюрными датчиками для обнаружения молекул в газовой среде или в растворах с ультравысокой чувствительностью — при адсорбции на поверхности нанотрубки молекул её электросопротивление, а также характеристики нанотранзистора могут изменяться. Такие нанодатчики могут использоваться для мониторинга окружающей среды, в военных, медицинских и биотехнологических применениях [5,6,7,8,9]. Несмотря на то, что приручение нанотрубок только начинается, уже и сейчас в продаже есть ракетки для тенниса, армированные углеродными нанотрубками для ограничения скручивания и обеспечения большей мощности удара. Применяют нанотрубки и в некоторых деталях спортивных велосипедов.Необычные электрические свойства нанотрубок могут сделать их одним из основных материалов наноэлектроники. Уже сейчас созданы опытные образцы транзисторов, состоящие из одной нанотрубки, ведь прикладывая напряжение в несколько вольт, можно изменять проводимость однослойных нанотрубок на 5 порядков.

Но самым интересным свойством является их высокая емкость и применимость в качестве конденсаторов. Учеными из Университета Райса был создан твердотелый конденсатор с использованием нанотрубок. Массив из этих нанотрубок был помещен на медный электрод и обработан серной кислотой для повышения проводящий свойств. Далее нанотрубки покрываются диэлектриком противоэлектродом. Конечным является полоска серебряной краски.

Заключение.

Нанотрубки являются новым и не изученным до конца материалом. Но их значимость и области применения дают большой повод углубиться в их изучение. Несмотря на факт,что сейчас они растут с небольшой скоростью,в дальнейшем будующем мы сможем создавать гораздо большее количество и применять в новых отраслях. Возможно именно этот материал позволит нам открыть новые возможности в области космоса,изучения подводных глубин и электроники. Несмотря на то, что приручение нанотрубок только начинается, уже и сейчас в продаже есть ракетки для тенниса, армированные углеродными нанотрубками для ограничения скручивания и обеспечения большей мощности удара. Применяют нанотрубки и в некоторых деталях спортивных велосипедов. Необычные электрические свойства нанотрубок могут сделать их одним из основных материалов наноэлектроники. Уже сейчас созданы опытные образцы транзисторов, состоящие из одной нанотрубки, ведь прикладывая напряжение в несколько вольт, можно изменять проводимость однослойных нанотрубок на 5 порядков.

Список используемой литературы:

1. Валетов В.А., Кузьмин Ю.П., Орлова А.А., Третьяков С.Д., Технология приборостроения. Учебное пособие, – СПб: СПбГУ ИТМО, 2008 – 336 с.

2. http://zoom.cnews.ru/rnd/news/line/kondensatory_iz_nanotrubok_skoro_zamenyat_vse_akkumulyatory

3. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/742.html

4. http://nature.web.ru:8001/db/msg.html?mid=1159181&uri=index.html

5. http://www.sgu.ru/sites/default/files/method_info/2013/elektronnye_i_mehanicheskie_svoystva_uglerodnyh_nanotrubok_slozhnoy_formy.pdf

6. http://www.abercade.ru/research/industrynews/3826.html

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/

8. http://labs.vt.tpu.ru/nano/nanotubes.htm

9. http://www.portalnano.ru/read/prop/pro/part2/c-nanotubes

Код для цитирования: Скопировать