Наноалмазы

Структура С142

Наноалмазы

Структура С159

оболочка после оптимизации

ядро из 31 атома

Наноалмазы

Структура С271

Наноалмазы

Структура С397

оболочка после оптимизации

ядро из 133 атомов

Заполнение углеродных нанотрубок

Конденсированные вещества

Капиллярные эффекты

Если УНТ закрыта, то ее концы «открывают» с помощью сильного окислителя (кислород, азотная кислота), в результате чего их внутренняя полость оказывается доступной для проникновения жидких и газообразных веществ. При этом проникновение внутрь нанотрубки с открытым концом легкоплавкого металла происходит за счет эффекта капиллярного втягивания (взаимосвязь между величиной поверхностного натяжения материала и возможностью его капиллярного втягивания внутрь УНТ). Заполнение происходит в вакууме, а капли расплавленного металла получают в результате облучения поверхности металла электронным пучком. Затем, по необходимости, проводят дополнительный отжиг при температуре, превышающей температуру плавления металла.

Заполнение углеродных нанотрубок

Конденсированные вещества

Капиллярные свойства нанотрубок проявляются только в отношении материалов, обладающих достаточно низким (менее 200 мН м-1) значением поверхностного натяжения.

При заполнении нанотрубок Bi и Pb в вакууме нет капиллярного эффекта, в то время как присутствие атмосферного воздуха, приводит к капиллярному эффекту.

Заполнение углеродных нанотрубок

Конденсированные вещества

Еще один способ введения материалов во внутреннюю полость нанотрубки основан на использовании растворителей, имеющих низкое поверхностное натяжение и, следовательно, способных проникать в нанотрубки за счет явления капиллярности. При этом в качестве растворителя эффективно используют концентрированную азотную кислоту, поверхностное натяжение которой относительно невелико (около 43 мН м-1). В растворитель добавляют нитраты никеля, кобальта, железа. В результате, после отжига внутри УНТ появляются кристаллики оксидов металлов. Последующая обработка образцов, содержащих

оксиды Ni, Co и Fe, водородом при Т = 400 °С приводила к полному восстановлению металлов из оксидов. Тем самым продемонстрирована возможность заполнения УНТ металлами, температура плавления которых того же порядка или выше температуры разрушения нанотрубок.

Заполнение углеродных нанотрубок

Конденсированные вещества

Заполнение УНТ парами металлов

УНТ выдерживается в парах металла (K, Li …);

Заполнение УНТ с помощью электрохимических методов

электрохимические методы основаны на пропускании электрического тока через электролит, в котором имеются растворенные атомы металла. В качестве анода используется металлический электрод, а катодом служит образец, содержащий УНТ. Степень заполнения внутренней полости УНТ металлами существенно зависит от длины нанотрубки. Это связано с чрезвычайно низким значением коэффициента диффузии атомов металла внутри нанотрубки, в силу которого заполнение внутренней полости УНТ происходит крайне медленно.

Заполнение углеродных нанотрубок

Конденсированные вещества

Заполнение УНТ с помощью ионного пучка

УНТ заполняется атомами металлов при облучении образца, содержащего нанотрубки, ионным пучком. В качестве мишени выступают однослойные нанотрубки. Затем проводилось облучение ионами металла (Cs) Наблюдения, выполненные с помощью сканирующего туннельного электронного микроскопа, указывают на наличие нанотрубок, частично заполненных атомами цезия. При этом различима граница между заполненной и незаполненной областями трубки. Наличие такой границы подразумевает, что заполнение нанотрубки атомами цезия происходит не через дефекты в ее цилиндрической поверхности, а через открытую торцевую часть.