Eсли мы знaeм индeксы xирaльнoсти, тo мoжeм прeдскaзaть мeтaлличeскиe свoйствa углeрoднoй нaнoтрубки. Извeстнo, чтo индий являeтся рeдкoзeмeльным мaтeриaлoм, крoмe тoгo, oксид индия, лeгирoвaнный oлoвoм, дoвoльнo xрупкий мaтeриaл, кoтoрый нe мoжeт испoльзoвaться для гибкoй и прoзрaчнoй элeктрoники, в тo врeмя кaк oднoслoйныe углeрoдныe нaнoтрубки, тoчнee плeнки из ниx, можно сгибать в несколько десятков тысяч раз практически без изменения поверхностного сопротивления. Пленка из углеродных нанотрубок является замечательным лазерным поглотителем, который позволяет получить 200-фемтосекундные импульсы. Электрическая проводимость углеродных нанотрубок гораздо выше, чем у меди и серебра. Что говорить о хиральности — невозможно получить углеродные нанотрубки даже с определенной металличностью. Углеродные нанотрубки являются чемпионами, рекордсменами среди других металлов. За это время должно произойти все: распад прекурсора — катализатора (обычно в таких методах используют либо пентакарбонил железа, либо ферроцен), затем образование каталитических частиц нанометрового размера, от 1 до 5 нанометров, распад или разложение углеродных компонентов на поверхности катализатора и рост углеродных нанотрубок. Приведу несколько примеров. Для этого можно использовать солнечную энергию, индукционное нагревание, лазерную абляцию или электродуговой разряд. Что можно сказать об энергетических применениях: углеродные нанотрубки можно использовать в качестве анода в литиевых батареях, в качестве суперконденсаторов, и, кроме того, они являются эффективными элементами в солнечных батареях — на красителях, а также на гетеропереходах, где кремниевый π-слой был замещен однослойными нанотрубками. Однослойные углеродные нанотрубки обладают замечательными тепловыми свойствами, лучшими, чем те, что у алмаза: тепловая проводимость в трубках примерно в 2 раза выше. С другой стороны, аэрозольный метод не основан на использовании подложки, а все процессы образования углеродных нанотрубок происходят в газовой фазе. Мы замерили характеристики такого фильтра и получили, что добротность фильтров, сделанных из однослойных углеродных нанотрубок, на порядок выше, чем у коммерческих имеющихся аналогов. Мы создали в том числе термоакустический громкоговоритель, используя свободно подвешенные углеродные нанотрубки. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция к исследованию однослойных углеродных нанотрубок — точнее, методов их получения — химическими методами. Кроме того, однослойные углеродные нанотрубки — это эффективный полевой эмиттер холодных электронов. Если материал покрыть слоем углеродных нанотрубок, то можно получить слой, который будет защищать и экранировать материал от электромагнитных волн. Я считаю, что этот метод является наиболее перспективным из всех, так как позволяет получить высококачественные углеродные нанотрубки без неиспользованных каталитических частиц, без аморфного углерода, то есть продукт, который при выходе из реактора готов к повсеместному использованию. В наших работах мы использовали углеродные нанотрубки во многих сферах, начиная с фильтров и кончая электроникой. Я тоже занимаюсь синтезом углеродных нанотрубок именно аэрозольным методом уже около 13 лет. Осаждение происходит при комнатной температуре, эта технология не требует вакуума, она довольно быстрая и дешевая. В свою очередь, химические методы я бы разделил на синтез углеродных нанотрубок на подложках и в газовой фазе. Этот метод основан на разложении углеродных соединений — это могут быть углеводороды, спирты, кетоны, любая органика, монооксид углерода. Это чуть ли не единственный материал, из которого можно было бы создать космический лифт, связав вращающийся на геостационарной орбите спутник с Землей, в виде троса, на котором можно было бы поднимать грузы в космос. На все отводится 12 секунд. Очевидно, что ⅓ углеродных нанотрубок являются металлическими и 2/3 — полупроводниковыми. Об этом мне хотелось бы рассказать немного поподробнее, но позднее. Синтез углеродных нанотрубок на подложках — это наиболее распространенный метод. Альберт Насибулин
доктор физико-математических наук, профессор Сколковского института науки и технологий, профессор университета Аалто, Финляндия Добавки углеродных нанотрубок в полимеры позволяют получить композиты, в которых изменяются механические свойства, получаются очень прочные композиционные материалы, в которых варьируется и электрическая проводимость. Аэрозольные фильтры. Физический метод основан на испарении и сублимации углерода. Кроме того, из углеродных нанотрубок возможно сделать различные газовые и оптические сенсоры довольно широкого спектрального диапазона. С другой стороны, они обладают высокой удельной прочностью — в 25 раз выше, чем у высокопрочной стали. Процесс этот занимает буквально считаные секунды, но позволяет очень быстро получить высококачественные прозрачные электроды. Он позволяет получить углеродные нанотрубки: можете взять инертную подложку, сформировать на ней наночастицы катализатора, поместить такую подложку в реактор на определенное время (обычно это 5, 10, 20 или 30 минут), после чего наслаждаться в электронном микроскопе картинками, полученными на вашей подложке. Аэрозольный метод исследования углеродных нанотрубок впервые был предложен в 1999 году в Уральском университете. С использованием однослойных углеродных нанотрубок можно получить транзисторы, в которых подвижность носителей заряда значительно превышает подвижность в традиционных кремниевых транзисторах. Однослойные углеродные нанотрубки могут использоваться и, скорее всего, будут использоваться в электронике в виде прозрачных электродов. Как я уже говорил, однослойные углеродные нанотрубки являются одновременно и хорошим металлическим проводником, и замечательным полупроводником. Кроме того, из нашего материала можно сделать тонкопленочные полевые транзисторы, которые обладают замечательными характеристиками на уровне традиционных кремниевых технологий, а иногда и превышающими их, с отношением тока включения и выключения 106 и 108 и с подвижностью носителей зарядов порядка 1000 и более квадратных сантиметров на вольт на секунду. Затем их можно перенести на любую другую подложку. Если разность этих индексов равна или кратна 3, мы получаем углеродные нанотрубки, которые обладают металлическими свойствами, в то время как все остальные нанотрубки будут полупроводниковыми. Кроме того, на расстоянии нескольких микрометров наблюдается баллистическая проводимость. Кроме этого, замечательными свойствами обладают прозрачные электроды, которые, я считаю, скоро появятся на рынке, потому что прозрачные электроды, сделанные на основе однослойных углеродных нанотрубок, обладают замечательными характеристиками, сравнимыми с оксидом индия, легированным оловом. Углеродные нанотрубки очень легкий материал. По способам атомизации углерода все методы синтеза углеродных нанотрубок можно разделить на физические и химические. Физик Альберт Насибулин о методах синтезирования углеродных нанотрубок, аэрозольном методе и прозрачной электронике
[embedded content]
Однослойные углеродные нанотрубки были открыты в 1993 году.
