Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

Благодаря высокой удельной поверхности нанотрубки можно использовать как подложку для гетерогенных катализаторов. Создан миниатюрный водородно- кислородный источник тока нового поколения для переносных устройств, в котором нанотрубки в виде агрегатов размером около 100 нм входят в состав электродов, где выполняют роль подложки для катализатора.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

Нанотрубки обладают преимуществами по сравнению с обычными электродами в источниках тока: во-первых, реагирующие газы (водород и кислород) легко проникают внутрь электрода, а во-вторых, на поверхность трубок можно нанести катализатор (мелкодисперсная платина). В качестве проводящей среды используется полиэлектролит. Энергоемкость источника в 10 раз превышает емкость литиевых батарей – несколько дней беспрерывной работы ноутбука. Новые источники тока миниатюрны, дают большую емкость, значительно быстрее перезаряжаются в аккумуляторах. Однако из-за высокой реакционной способности наночастиц они могут необратимо реагировать с электролитом и ухудшать свою структуру.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

Уникальные электронные свойства нанотрубок находят применение в диодах, транзисторах, электронных пушках и зондовых микроскопах. Механическая прочность нанотрубок используется в композитных материалах, из которых можно изготавливать сверхлегкие и сверхпрочные ткани. Нанотрубки - это один из важных компонентов электромеханических наноустройств ...

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

В радиальном направлении трубки с моноатомной толщиной стенки на подвижные носители заряда действует квантовое ограничение. Одностенные нанотрубки ведут себя, как одномерные структуры. Электроны могут перемещаться вдоль трубки на значительные расстояния без «рассеяния». В баллистическом режиме переноса электронов вдоль одностенной нанотрубки ее теоретически достижимая проводимость определяется произведением проводимости одного баллистического

канала 2e2/h на количество таких каналов. В металлических нанотрубках их два, так как уровень Ферми в пересекает две π орбитали. Проводимость реальных структур ниже из- за дефектов, приводящих к рассеянию электронов и нарушающих баллистический характер их переноса.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

Условия баллистического переноса электронов вдоль бездефектной нанотрубки реализуются только в трубках, длинна которых меньше средней длины свободного пробега электронов, определяемой их рассеянием на фононах. Короткие углеродные нанотрубки с металлической проводимостью ведут себя подобно квантовым точкам.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

Легирование материала полупроводниковых нанотрубок, как и в обычных полупроводниках, определяет тип основных носителей заряда в них. Замещая атомы углерода, бор выступает как акцепторная примесь, а азот – как донорная примесь.

Углеродные нанотрубки, также как и графен, обладают перечнем впечатляющих свойств. Они могут вести себя подобно металлам или полупроводникам, могут проводить электрический ток лучше, чем медь, могут проводить тепло лучше, чем алмаз. По механическим свойствам они составляют конкуренцию многим известным твердым материалам.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Свойства

Многостенные нанотрубки состоят из нескольких концентрически расположенных, вставленных одна в другую одностенных нанотрубок. Как правило, в диаметре они составляют 10 40 нм. Межтрубочная связь внутри

многостенной нанотрубки оказывает относительно слабое влияние на ее электронную зонную структуру. Как следствие, полупроводниковые и проводниковые трубки сохраняют свой характер, если они являются частью многостенной нанотрубки. Согласно статистической вероятности большинство многостенных углеродных нанотрубок демонстрирует полностью металлическое поведение так как одной проводниковой трубки уже достаточно для закорачивания всех трубок с полупроводниковым характером проводимости.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Методы получения

Химическое осаждение из газовой фазы позволяет контролируемо формировать углеродные нанотрубки в определенных местах на подложке. Газообразное углеводородное соединение пропускают над нагретым катализатором, на котором происходит его разложение на углерод и водород с последующей конденсацией атомов углерода и образованием нанотрубок. Ключевыми параметрами, контролирующими этот процесс, являются тип используемого углеводородного соединения,

катализатора (Cu, Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Mo, Mn, Au, Pb, In, Te, Cr, Ru, Sn, Mg, Al, Dy, наночастицы SiO2, Mg2B2O5, In2O3, MgO,

PbO2, Fe2O3, MoO3, Al2O3,TiO2, все оксиды лантаноидов за исключением оксидов прометия, Si-Au, Fe3C) и температура разложения.

Углеродные нанотрубки (carbon nanotubes)

Методы получения

Многостенные трубки формируют каталитическим разложением этилена или ацетилена на железе, никеле или кобальте при 500 – 700 C. При этих температурах атомы

углерода сначала насыщают металл, а затем, преципитируя на его поверхности, выстраиваются в нанотрубки. Относительно низкие температуры катализа создают проблемы с совершенством структуры нанотрубок. Используется метан при 900 – 1000 C для формирования

бездефектных нанотрубок. Метан наиболее устойчив к разложению, что важно для предотвращения образования аморфного углерода и загрязнения им катализатора.