Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века
Подождите немного. Документ загружается.
~~З04
~
Глава
8.
Углеродные
л
у
к
о
в
и
ц
ы
и
шаровидный
углерод
~
перестройке
и
образованию
спиральных
волокон,
описанных
дх.
Что
же
касается
экспериментальных
работ
по
исследованию
возмож
ной
роли
фуллеренов
в
росте
юг,
то
к
настоящему
моменту
их
слишком
мало.
Даубл
и
Хеллэуэл
искали
свидетельства
о
фуллеренах
в
графитовых
остатках
после
химического
и
электролитического
разложения
чугуна
с
шг,
но
без
успеха.
У
гол
конусного
пика
"
-0
"
. ,
ПИК
1400
Рис.
8.19.
Образование
конуса
из
графитового
листа
(8.56).
8.З.
Чугун
с
шаровидным
графитом
зд
8.3.3.
Процесс
осаждения
Будут
ли
графитовые
кристаллы
образовываться
в
форме
сферолитов
или
нет
-
ответ
на
этот
вопрос
зависит
от
множества
факторов.
Наиболее
важ
ным
здесь
является
точный
характер
процесса
осаждения.
В
немодифици
рованном
до
эвтектическом
чугуне
(т.
е
.
в
наиболее
общей
форме
серого
уг
лерода)
первой
фазой,
кристаллизующейся
при
охлаждении
из
жидкого
со
стояния,
является
аустенит,
причем
углерод
выделяется
из раствора
и
фор
мирует
графитовые
хлопья
при
эвтектической
температуре.
Эти
хлопья,
очевидно,
являются
блокированной
полунепрерывной
фазой,
так
что
во
время
роста
они
будут
все
время
в
контакте
с
жидкой
фазой
и
могут
все
вре
мя
пополняться
углеродом
непосредственно
из
нее
(поэтому
хлопья
в
зна
чительной
степени
свободны
от
напряжения).
В
противоположность
этому,
на
самых
ранних
стадиях
образования
сфе
ролитов
в
модифицированном
доэвтектическом
сплаве,
ядра
и
их
приросты
будyr
окружены
оболочкой
из
твердого
аустенита
,
и
непрерывный
рост
может
происходить
только
путем
диффузии
углерода
через
аустенит
.
Конечно,
в
про
цессе
роста
графит
будет
занимать
простр
анство
,
до сих
пор
занятое
атомами
железа
,
поэтому
обеспечение
необходимого
пространства
может
быть
затруд
нено
,
что
приведет
к
большой
гидростатической
сжимающей
силе
.
Такая
си
ла
эквивалентна
большому
межфазному
напряжению
и
будет
вызывать
шаро
образный
рост.
Едва
ли
стоить
упоминать,
что
это
достаточно
сложная
об
ласть,
и
поэтому
дальнейшее
ее
обсуждение
выходит
за
рамки
этой
книги.
8.4.
Сфероидальные
структуры
в
мезофазной
смоле
Обсуждение
шарообразных
структур
углерода
не
было
бы
полным
без
упо
минания
о
мезофазных
смолах
.
Однако
следует
с
самого
начала
подчеркнуть,
'ПО
в
настоящее
время
нет
доказательства
тому,
что
сферические
структуры,
наблюдаемые
в
этих
материалах,
являются
фуллереноподобными.
Смолы
-
это
твердые
углеродистые
материалы
,
получаемые
из
таких
про
дуктов
как
угольный
деготь
и
нефть
путем
тепловой
обработки
или
перегонки
и
содержащие
широкий,
как
по
структуре,
так
и по
размерам,
диапазон
моле
кул
(8.63, 8.64).
Они
имеют
огромное
промышленное
значение,
т.
к.
при
на
гревании
в
инертной
атмосфере
до
температур
порядка
2500-3000
0С
они
мо
гут
превращаться
в
монокристаллический
графит.
Полученный
таким
обра
зом
синтетический
графит
используется
для
таких
разнообразных
примене
НИЙ,
как
электроды,
ядерные
замедлители
и
углеродные
волокна.
~
Глава
8.
Углеродные
луковицы
и
шаровидный
углерод
8.5.
Оюсуждение
3~
Рис.
8.20.
Схематическая
иллюстрация
структуры
частиц
мезофазной
смо
лы
(8.63).
(а)
Обычная
структура
«
Б
рук
с
а
и
Тейлора
»
(8.64)
с
эква
ториально
упакованными
ламеялами
.
(б)
Менее
привычная
луко
вичноподобная
структура.
Преврашение
смолы
в
кристаллический
графит
ВКЛючает
несколько
различных
стадий
.
При
нагревании
большинство
смол
плавится,
образуя
изотропную
жидкость.
При
температура
х
выше
375
0
с
происходит
упоря
дочение
слоистых
молекул,
которое
ПРИводит
к
образованию
мезофазной
или
ЖИДко-кристаллической
системы
,
содержащей
шарообразные
струк
туры.
ПО
мере
роста
изотропная
фаза
исгощаегся
,
и
сферолиты
сливают
ся
.
Эти
сферолиты
обычно
имеют
Структуру,
в
которой
малые
слоистые
фрагменты
экваториально
упакованы
как
показано
на
рис.
8.20(а),
хотя
иногда
наблюдаются
и
концентрические
структуры
,
как
на
рис.
8.20(б).
Дальнейшая
тепловая
обработка
смолы
ПРИводит
к
образованию
кокса
_
твердого
материала
с
высоким
содержанием
углерода,
состоящего
из
ма
лых
графитоподобны
х
слоев,
но
бе
з
дальнего
порядка.
Затем
получают
кристаллический
графит
путем
обработки
кокса
в
диапазоне
температур
2500-3000
0
с
.
Крото
и
его
Коллеги
рассмотрели
возможность
того,
что
частицы
ме
зофазной
смолы
могут
Иметь
фуллереноподобную
структуру
(8.БО,
8.бl),
отмечая
схожесть
концентрической
структуры
этих
частиц
.
Однако
тот
факт,
что
кокс,
получаемый
из
смолы,
в
ПРОТИВОположность
углеродной
саже,
образует
монокристаллический
графит
при
высокотемпературной
обработке
,
вероятно
,
ЯВляется
аргументом
против
фуллереноподобной
Структуры.
а
б
8.5.
Обсуждение
Опубликованная
в
1992
г.
Угартэ
работа
,
в
которой
он
описал
синтез
уг
леродных
луковиц
,
вызвала
не
меньший
бум,
чем
опубликованная
годом
ранее
работа
Ииджимы
по
углеродным
нанотрубам
.
Однако
этот
восторг
значительно
уменьшился,
когда
было
обнаружено
,
что
,
по-видимому
,
эти
луковицы
не
являются
стабильными
и
разрушаются
вне
сильно
спе
цифичных
условий
электронного
микроскопа.
Тем
не
менее
фундамен
тальные
исследования
луковиц,
без
сомнений
,
будут
продолжаться,
так
как
остается
множество
вопросов
,
касающихся
этих
з
а
г
ад о
ч
н
ы
х
объек
тов,
в
том
числе
относительно
их
точной
структуры.
Одной
из
дальней
ших
причин
для
продолжения
исследований
углеродных
ЛУКовиц
явля
ется
замечательная
работа
Банхарта
и
Аджаяна
по
образованию
алмаза
внутри
углеродных
луковиц.
Нестабильность
углеродных
луковиц
,
воз
можно
,
предполагает,
что
Гарри
Крото,
видимо
,
поспешил
написать
не
кролог
плоскому
графиту
.
Однако
важным
является
то
,
что
открытие
структур,
подобных
фуллеренам
и
углеродным
луковицам
,
заставляет
нас
вновь
задуматься
о
природе
хорошо
известных
форм
графита
.
Без
сомнений,
плоский
графит
существует
и
является,
наско
лько
нам
это
известно,
наиболее
стабильной
формой
объемного
углерода
при
обыч
ных
давлениях
и
температурах.
Но
остается
тот
факт
,
что
большинство
углеродных
материалов
не
могут
превращаться
в
кристаллический
гра
фит
даже
при
температурах
выше
зооо
ос.
Последние
исследования
предполагают
,
что
это
проис
ходит
из-за
того,
что так
называемые
негра
фитизированные
углеродные
материалы
при
тепловой
обработке
обра
зуют
скорее
замкнутые,
фуллереноподобные
частицы,
чем
плоский
гра
фит
(8.51).
Однако
эти
частицы
напоминают
малые
наночастицы
угле
рода
,
а
не
углеродные
луковицы
.
И
все
же,
когда
рассматриваются
шарообразная
сажа
или
частицы
угле
родной
сажи,
идея
о
том
,
что
фуллереноподобные
элементы
могут
присуг
ствовать
в
этих
частицах
,
до
сих
пор
остается
спорной.
В
этой
главе
приво
дились
аргументы
тому,
что
превращение
частиц
углеродной
сажи
в
родст
венные
фуллеренам
наночастицы
после
высокотемпературной
обработки
является
подтверждением
присутствия
фуллереноподобнь~
элементов
в
исходных
частицах,
однако
это
не
может
рассматриваться
как
строгое
дока
зательство.
Прежде
чем
этот
важный
вопрос
можно
будет
решить
,
потребу
ется
огромное
количество
дальнейшего
структурного
исследования
сажи
и
ее
частиц.
~8
Глава
8.
Углеродные
луковицы
и
шаровидный
углерод
Необходима
также
дальнейшая
работа
и
над
другими
материалами,
ко
торые
обсуждались
в
этой
главе,
такие,
как
мезофазная
смола
и
шаровид
ный
графит
в
чугуне.
Хотя,
возможно,
что эти
материалы
и
не
являются
родственными
по
отношению
к
фуллеренам,
но
их
детальная
структура
также
остается
неизвестной.
Литература
(8.1) D. Ugarte. How to
Шl
or
empty
а
graphitic onion.
Спет.
Phys.
Ееп.,
209, 99 (1993).
(8.2)
О
.
Ugarte. Curling and c10sure
of
graphitic networks under electron-beam irradiation. Nature,
359
,707
(1992).
(8.3) S.
Щima.
Direct observation
ofthe
tetrahedral bonding in graphitized carbon bJack byhigh-reso-
1ution e1ectron microscopy.
J.
Cryst.
Growth,
50, 675 (1980).
(8.4) S. lijima. High resolution electron microscopy
of
some carbonaceous materials. J.
Microscopy
,
119,99
(1980).
(8.5)
Н.
W.
Кroto
and
К.
МсКау.
'Пте
formation
of
quasi-icosahedral spiral shell carbon partic1es.
Nature,331, 328, (1988).
(8.6) S.
С
.
Tsang,
Р.
J.
F.
Harris, J.
В.
Claridge and
М.
L.
Н.
Green.
А
microporous
саrboп
produced
Ьу
arc-evaporation.J. Chem. Soc., Chem.
Соттип
.,
1519 (1993).
(8.7)
Р
.
J. F. Harris, S.
С.
Тsang,
J.
В
.
Claridge and
М
.
L.
Н
.
Green.
Нigh-resolution
electron
microscopy studies
of
а
microporous carbon produced
Ьу
arc-evaporation. J. Chem.
Soc.
, Foradoy
Тгаm.
,
90, 2799 (1994).
(8.8)
М.
S. Zwanger, F.
BanhartandA.
Seeger.
Foпnаtiопапddесауоfsрhеriсаl
concentric-shel1car-
Ьоп
c1usters.J. Cryst.
Growth
, 163, 445 (1996).
(8.9) L.-C. Qin and S. Iijima. Onion-Iike graphitic particles produced from diamond.
Chem.
Phys.
Lett.,
262, 252 (1996).
(8.1
О)
Т.
Fuller
and
F.
Ваnhart.
In-situ observation
of
the formation and stability
of
single ful1erene
mo1ecules under electron irradiation.
Chem. Phys. Lett., 254, 372 (1996).
(8.11)
А.
Р
.
Burden
and
J. L. Hutchison. Real-time observation of fullerene generation in
а
modified
e1ectron microscope.
J.
CrysJ
.
Growfh
, 158, 185 (1996).
(8.12)
Н.
W.
Кroto.
Сarboп
onions introduce
а
new f1avour to fullerene studies. Nature, 359, 670
(1992).
(8.13) G.
Е
.
Scuseria.
Тhe
equilibrium structures
of
giant ful1erenes: faceted or spherical shape? An
аЬ
initio Hartree-Fockstudy oficosahedra1
С
2
40
and
С54
0'
Chem.
Phys.
Lett., 243, 193 (1995).
(8.14) Q. Ru,
М
.
Okamoto,
У.
Kondo and
К.
TakayanagL Attraction and orientation
phenomena
of
bucky onions formed in
а
transmission e1ectron microscope. Chem. Phys.Letl.,
259,425
(1996).
(8.15)
М.
S. Zwanger and F. Banhart. The structure
of
concentric-shell
саrboп
onions as deterrnined
Ьу
high-reso1ution electron microscopy.
Philos.
Mog.
В
,
72, 149 (1995).
(8.16)
С
.
J.
ВrзЬес
.
А.
Maiti and J. Bernholc, Structura1 defects
and
the shape
of
large ful1erenes.
Chem.
Phys.Lett., 219, 473 (1994).
(8.17)
Н.
Тепопes
and
М.
Terrones. The transformation
of
polyhedra1 particles into graphitic onions.
J. Phys.Chem. Solids, 58, 1789 (1997).
Литература
3~
(8.18)
К.
R. Bates and G.
Е.
Scuseria. Why are buckyonions round?
Тпео
.
Спет.
Асс
.
99
,29
(1998).
(8.19)
О.
W.
Thompson.
Оп
growth and
fопn.
Cambridge University Press, 1961.
(8.20)
О
.
Ugarte.
Fопnаtiоп
mechanism
of
quasi-spherical
сагооп
particles induced
Ьу
electron
Ьот
bardment. Chem.Phys.
Ееп
.,
207,473
(1993).
(8.21)
О.
Ugarte. Onion-like grapbltic partic1es.
СагЬоn,
33, 989 (1995).
(8.22)
F.Banhart,
Т.
Ful1er,
Р.
Redlich
and
Р
.
М
.
Ajayan.
The
fопnаtiоп
,
annea1ing and se1f-compres-
sion of
сагосп
onions under e1ectron irradiation.
Спет.
Phys.
Ееп.
,
269, 349 (1997).
(8.23) G. Lulli,
А.
Раrisзni
and G. Mattei.
Inflиепсе
of
e1ectron-bearn parameters
оп
the radiation-
induced
fопnаtiоп
ofgraphitic onions.
Ultramicroscopy
, 60, 187 (1995).
(8.24) V. L. Kuznetsov,
А.
L. Chuvilin,
У.
V.
Butenko, 1.
У
.
Mal'kov and V.
М.
1itov. Onion-like
саг
Ьоп
from u1tra-disperse diamond.
Chem.
Phys.
Еен.,
222, 343 (1994).
(8.25)
V.
L. Kuznetsov,
А.
L. Chuvilin,
Е
.
М.
Moroz,
У.
N. Ko10miichuk, S.
К.
Shaikhutdinov,
У.
У.
Вшепко
and 1.
У
.
Ma1
'ko
.
EfТec!
of
exp10siveconditions
оп
the structure
of
detonation soot: u1tra-
disperse
diamond
and onion carbon.
Сатоп,
32,873
(1994).
(8.26)
Т.
Caboic'h,
J.
Р.
Riviere and J. Delafond.
А
new technique for ful1erene
onion
fопnаtiоп
.
J.
Mater.
Sci., 30, 4787 (1995).
(8.27)
т.
Caboic'h
, J.
Р.
Riviere,
М.
Jaouen, J. De1afond and М
.
F.
Denanot
. Ful1erene
onion
fопnа
tion
Ьу
carbon-ion imp1anlation into copper. Synth. Met., 77, 253 (1996).
(8.28)
Т.
Cabioch,
М.
Jaouen and J.
С.
Girard. Thin ftlm
of
spherical
саrboп
onions onto silver.
СагЬоn
,
36,499
(1998).
(8.29) Z.
С.
Кang
and Z. L. Wang. Mixed-va1ent oxide-catalytic carbonization for synthesis of
monodispersed
папа
sized
саrboп
spheres.
Philos.
Mag.
В,
73, 905 (1996).
(8.30)
F.
Banhart and
Р.
М
.
Ajayan.
Саrboп
onions as nanoscopic pressure cel1s for
diamond
forma-
tion.
Nature,382, 433 (1996).
(8.31)
М.
Zaiser and F.Banhart. Radiation-inducedtransformation
ofgraphite
to
diamond
. Phys.
Rev.
Lett., 79, 3680 (1997).
(8.32)
Р
.
~solowski,
У.
Lyutovich, F.
Вanhзrt,
Н.
О.
Carstanjen and
Н
.
Кronmuller.
Formation
of
diamond in
саrboп
onions under
MeVion
irradiation. Appl.
Phys.
Lett., 71, 1948 (1997).
(8.33)
М.
Faraday.
The
chernical history of
а
cand1e.
СоШег
,
New
York
,
1962.
(8.34)
Н.
Р.
Pa1mer and
С.
F.Cul1is.The
fопnаtiоп
of carbon from gases.
Chem.
Phys.
СагЬоn
,
1,265
(1965).
(8.35) S. J.
НаrЛs
and
А
.
М.
~iner
.
Chemical kinetics
ofsoot
partic1e growth. Ann. Rev.
Phys
.Chem.,
36, 31 (J985).
(8.36) J.-B.
Donnet,
R.
С.
Ваnsа1
and
M.-J.
Wang.
Сатоn
bIack, 2nd Ed.,
Магсе'
Dekker.New York,
1993.
(8.37) Q. L. Zhang, S.
С.
OBrien, J. R.
Heath,
У.
Иu,
R. F. Curl,
Н.
W.
Кroto
and R.
Е.
Smal1ey.
Reaetivity
of
1argecarbon c1usters: spheroida1
саrboп
shel1sand their possible
те1еуапсе
to the forma-
tion and morpho10gy
ofsoot
. J.
Pltys.
Chem., 90, 525 (1986).
(8.38)
М.
Frenk1ach and L
В
.
Ebert.
Comment
оп
the proposed
ro1е
ofspheroida1
саrboп
c1usters in
soot formation.
J. Phys.Chem.,
92,561
(1988).
(8.39) L.
В
.
ЕЬеn
.
The
interrelationsblp
ofC60
, soot and
comЬustion
.
СагЬоn.
31,999
(1993).
(8.40) R.
Ваит
.
1deas
оп
soot formation spark controversy. Chem.
Eng.
News, 5 February, 1990,
р.
30.
~
о
Глава
8.
Углеродные
луковицы
и
шаровидный
углерод
(8.41)
Н.
Aldersey-
WilIiams.
1hemost
ЬеаutifШ
molecule.
Aшum
Ргееа,
London, 1995.
(8.42) L.
В.
Ebert. Book review.
Сатоп,
33,1007 (1995).
(8.43)
В. Е.
Waпеп.
Х-rзу
di1fraction
studyofcarbon
black. J.
Спет
.
Phys., 2, 552 (1934).
(8.44)
А.
Е.
Austin.
Ргос
.
3rd Conference
оп
Carbon.
University
о/
BuJfalo,
New York, 1960,
р.
389.
(8.45) R. D. Heidenreich,
W.
М.
Hess
and
L. L. Ban.
А
test object
and
criteria for high resolution
electron microscopy.
J. Appl.
Cryst.,
1, 1 (1968).
(8.46)
А.
В.
Palotas, L.
С.
Rainеу,
С.
J.
Fеldепnаnn,
А.
F.Sarofim
and
J.
В
.
v.шdеr
Sande. Sool
тпог
pho1ogy: An application of image analysis
Ьу
high-resolution transmission electron microscopy.
Micros.
Res.
Tech.,
33, 266 (1996).
(8.47) J.-B.
Donnet
and
Е.
Custodero.
Noir
de carbone
е!
fullerenes. Bull. Soc.Chim.
Fr.,
131, 115
(1994).
(8.48) J.-B.
Donnet
and
Е
.
Custodero, in
Carbon
black, 2nd Ed., J.-B. Donnet, R.
С
.
Ваnsa1
and
M.-J.
Woing,
eds, Marcel Dekker, New York, 1993,
р.
221.
(8.49)
РЬ.
Gerhardt
, S. Lofl1er
and
К
.
Н
.
Ногпапп
.
Po1yhedral carbon ions in hydrocarbon flames.
Спет.
Phys.
Ееп
.,
137,306
(1987).
(8.50)
з
.
В
.
Howard, J.
Т.
McКinnon,
У
Makarovsky,
А.
L. Lafleur
and
М
.
Е
.
Johnson. Fullerenes
С60
and
С70
in flames. Natun, 352, 139 (1991).
(8.51)
Р
.
J. F.Harris. Slructure ofnon-grapbltising carbons. Intemational
Materia/$
Reviews
, 42, 206
(1997).
(8.52) D.
Graham
and
W. S.
Кау.
Тhe
morpho10gy oftherrnallygrapbltized
Р-33
сarboп
black in
те1а
tion to absorbent uniformity. J.
Co/loid
Sci., 16, 182 (1961).
(8.53)
Р
.
А.
Marsh,
А.
\bet
,
Т.
J. Mullins
and
L. D. Price. Quantitative micrography of carbon bIack
microstructure.
Carbon,
9, 797 (1971).
(8.54)
Н
.
Morrogh
and
W.J. WJlliarns. Grapblte
юпвапоп
in cast irons
and
in nicke1-carbon
and
cobalt-caroon alloys. J.
Jron
Steellnst., 155,321 (1947) .
(8.55) J.
Е
.
Harris.
Тhe
fопnаtiоп
of graphite in cast
поп
,
Ph.D. thesis.
University
о/
Вirтniпgham,
1956.
(8.56) D. D. DoubIe
and
А.
Hellawell. Cone-helix growth forrns
of
graphite. Acta
Meta/l.,
22, 481
(1974).
(8.57) D. D. DoubIe
and
А
.
Hellawell.
ТЬе
nucleation
and
growth of graphite -
the
modification
of
cast iron. ActaMetall.
Магег.,
43, 2435 (1995).
(8.58)
В.
Miao,
К.
Fang, W. Bian
and
G.
Uu
.
Оп
the microstructure of graphite spherulites in cast
irons
ЬуТЕМ
and
HREM
. ActaMetall. Mater.,
38,2167
(1990).
(8.59)
В.
Miao, D.
О.
Northwood, W.Bian,
К.
Fang
and
М
.
Н
.
Fan. Structure
and
growth of platelets
in graphite spherulites in cast iron.
J.
Mater.
Sci., 29, 255..(1994).
(8.60)
Н.
W.
Кroto,
J.
Р.
Hare,
А
.
5arkar,
К.
Hsu,
М.
Terrenes
and
R. Abeysinghe. New
Ьошоns
in
caroon chemistry
and
materials science.
МЯS
BulJetin,
19(11), 51 (1994).
(8.61) J.
Р.
Hare,
К.
Hsu,
М.
Terrenes,
А.
Sarkar, S. G.
Firth,A
. Lappas, R. Abeysinghe,
Н.
W.
Кroto,
К.
Prassides, R. Tay10r
and
D. R.
М.
Woi1ton.
Fullerene-based
тaterials
science
а!
Sussex.
Molecular
Materia/$,
7,17 (1996).
(8.62)
М.
В.
Haanstra, W. F.
Кnippenberg
and
G. \l:rspui. Proc. 5th European
Соnfетепсе
оп
E1ectron Microscopy.
Manchester,
Iпstitute
о/
Physics
, 1972,
р.
214.
(8.63)
Н.
Marsh (ed.),
Introduction
(о
carbon
science,
Вuttеrwшth,
London, 1989.
(8.64) J. D. Brooks
and
G.
Н.
Tay10r.
Тhe
forrnation
of
some
grзрЫшing
carbons.
Chem.
Phys.
Carbon.
4. 243
(968).
ГЛАВА
9
БУДУЩИЕ
НАПРАВЛЕНИЯ
Итак
последнее
-
пролдг.
JtuЬRN
Шексuр,
Буря
Феноменальный
прогресс
был
проделан
наукой
об
углеродных
нано
трубах
с
момента
публикации поворотной
статьи
Ииджимы
в
1991
г.
Мы
теперь
знаем,
как
изготовить
нанотрубы
в
большом
объеме
и
как
очистить
их;
как
получить
однослойные
и
многослойные
нанотрубы;
как
приготовить
слои
выровненных
труб
на
подложках;
как
удалить
их
концевые
шапки
и
ввести
вовнутрь
инородные
материалы.
Теоре
тики
предсказывали,
что
ванотрубы
должны
обладать
неординарны
ми
электронными
свойствами,
и
многое
из
этих
предсказаний
под
твердилось
экспериментально
.
Как
оказалось
механические
свойства
нан
отруб
являются
в
равной
степени
необычными,
и
теперь
компози
ты,
содержащие
нанотрубы,
возбуждают
огромный
интерес.
Исследо
вание
нанотруб
находится
в
поре
своего
расцвета.
Теперь
статьи
выходят
со
скоростью
более
чем
одна
в
день.
Но
скорее
всего
мы
находимся
в
начале
пути
исследования
этой
огромной
области
углеродной
науки.
Эта
последняя
глава
рассматривает
несколько
возможных
направ
лений,
по
которым
данный
предмет
может
развиться.
Во-первых,
об
суждается
развитие
огранической
химии,
основанной
на
нанотрубах.
Некоторые
пробные
шаги
были
уже
сделаны
в
этом
направлении
с
де
монстрацией
того,
что
нанотрубы
могут
быть
Функционализированы
и
что
функциональные
группы
могут
быть
удалены
при
сотрясении
нанотрубной
структуры
.
Во-вторых,
описываются
некоторые
новые
молекулы
с
нанотрубнообразной
структурой,
состоящие
только
из
уг
лерода.
Эта
область
в
настоящее
время
является
чисто
теоретической,
так
как
пока
техника
для
синтезирования
таких
полностью
углерод
ных
структур
не
развита.
И
наконец,
коротко
обсуждается
идея
о
том,
что
структуры,
основанные
на
нанотрубах
,
могли
бы
быть
компонен
тами
для
наномашин.
~
2
Глава
9.
Будущие
направления
9. 1.
На
пути
к
химии
уrлеродных
нанотруб
Макросинтез
С
60
1991
r.
быстро
привел
к
развитию
НОВЫХ
ветвей
органичес
кой
и
неорганической
химии,
основанной
на
фуллеренах.
Химия
нанотруб
расскручивалась
медленнее
главным
образом
из-за
того,
что
трубы
имеют
гораздо
менее
определенные
структуры
,
чем
фуллерены
.
Тем
не
менее
сего
дня
над
химической
модификацией
нанотруб
работают
несколько
групп,
и
сейчас
начинают
публиковаться
некоторые
обещающие
результаты.
С
первых
дней работы
над
этой
темой
установился
один
из
важнейших
аспектов
химии
нанотруб:
они
наиболее
реактивны
на
остриях.
Это
было
продемонстрировано
во
время
экспериментов
группы
Ииджимы
из
Япо
нии
и
Тзенга,
Грина
и
их
коллег
в
Оксфорде,
связанных
с
раскрыванием
и
заполнением
труб
(см
.
Главу
5).
Было
обнаружено,
что
воздействие
на
на
нотрубы
мягкими
окисляющими
агентами
приводило
к
коррозии
или
пол
ному
удалению
шапок,
НО
их
цилиндрические
части оставались
нетронуты
ми
.
Такая
усиленная
химическая
реактивность
есть
следствие
присутствия
пентагональных
колец
и
других
негексагональных
колец
на
ШаПКаХ
.
Эксперименты
по
раскрытию
МНОГОСЛОЙНЫХ
нанотруб
кислотами
и
дру
гими
реагентами
также
показали,
что
подобные
воздействия
могли
давать
образование
поверхностного
карбоксилата
и
других
групп
на
нанотрубных
поверхностях
,
Не
так
давно
были
сделаны
попытки
функционализовать
од
нослойные
нанотрубы.
Например,
в
конце
1998-
го
группа
ученых
из
Универ
ситета
Кентакки
описали
метод
расстворения
одностенных
нанотруб
в
орга
нических
растворах
при
дериватизации
(программируемом
процесс
е
с
изме
нением
температуры)
с
ТИОНИЛХЛОрИДОМ
и
октадециламином
(9.1).
Эта
по
ПЫТКа
открывает
путь
для
химии
фаз
растворов,
выполняемой
над
однослой
ными
нанотрубами.
Примерно
в
то
же
время
ученые
из
Райс
Университета
описали
эксперименты
по
фторированию
и дефторированию
однослойных
нанотруб
(9.2).
Измерения,
использующие
электронную
микроскопию
и
Ра
ман
спектроскопию,
обнаружили,
что
во
многих
случаях
трубы
восстанавли
вались
до их
первоначалъных
структур
после
дефторирования,
демонстрируя
тем
самым
то,
что
на
нан
отрубах
ВОЗМОЖНа
реверсивная
химия.
Другая
веха
-
демонстрация
учеными
из
Райс Университета
того,
что
од
нослойные
трубы
могут
быть
разломаны
на
части
с
короткими
длинами
(ефуллереновые
ДУДКИ»)
И
что эти
открытые
трубы
можно
рассортировать
на
фракции
разной
длины
(Глава
2).
Хотя
и
ожидалось,
что
получающиеся
тру
бы должны
иметь
целый
диапазон
различных
атомных
структур,
можнобудет
разработать
методы
отсеивания
по
их
структурным
тирам
(может
бытъ,
9.2.
Новые
чисто
углеродные
структуры
3
~
используя
их
разные
электронные
свойства).
Если
так,
то
тогда
путь
для
ор
ганической
химии,
реально
основанной
на
нанотрубах,
должен
быть
открыт.
9.2..
Новые
чисто
уrлероДные
структуры
Как
было
отмечено
в
начале
книги
,
воображаемые
кристалы
и молекулы
из
полностью
углеродных
атомов
обсуждались
теоретиками
десятилетия
ми.
Со
времени
открытия
С
60
предлагалось
много
новых
полностью
угле
родных
систем
с
фуллерен-подобными
структурами,
особенно
шварцитов
(9.3).
Целый
ряд
авторов
также
рассматривали
теоретические
структуры
на
основе
нанотруб
(например,
9.4-9.6).
Эти
структуры
обычно
включали
со
единения,
содержащие
негексагональные
кольца.
Например,
Маду
Менон
из
Университета
Кентукки
и
Дипак
Сривастава
из
Военно-
Исследователь
ского
Центра
NASA
рассмотрели
свойства
нанотрубных
«Тчтереходов
(9.6).
Одно
такое
соединение
между
(5,5)
кресельной
трубой
и
(10,0)
зиг
загной
трубой
показано
на
Рис
.
9.1.
Этот
переход
состоит
из
шести
гекса
гонов,
объединенных
вдве
группы
по
три
.
Различные
объединения
негек
сагональных
колец
могут
давать
«у-
соединения».
Переходы
,
довольно
по
хожие
на
эти
(хотя
И
с
менее
совершенными
структурами),
наблюдались
экспериментально
(cтp
.125)
.
---
~
~
.-.
-
---
-
---
-
--~
-'
f'1
.
.,
.,
"
.,
,
.,
,
n
"
r
.,
.,
.J IL
.J
..J~
~
~
IL
..
•
,
.,
..,
,., ,.,
~
to-
...
I1
III~
.....
~
....
~~
--
--
-
-
-
...
lt
.,
"
~
~
..,
,.
~
'
~
In
......
~~
Рис.
9.1.
Модель
Т-соединеия
Между
(5,5)
и
(10,0)
трубами
(9.6).
C:J4
Глава
9.
Будущи
е
направления
Наибольшие
системы,
связанные
с
нанотрубами
обсуждал
Н
ха
v 9 '
ись
оваки
мадои
( .5),
которые
рассмотрел
2О
и
зо
структуры
из
очень
тонких
труб.
Часть
одной
из
его
2О
решеток
показана
на
Рис
9 2
С
.
..
труктуры
тако-
го
типа
могли
бы
служить базисом
для
v
наномасштабных
электронных
уст-
роиств,
но
прежде
нам
необходимо
найти
пути
их
синтезирования.
9.3.
Нанотрубы
в
нанотехноnогии
В
последние
годы
нанотехнология
стала
объектом
мн
огих
научных
и
псев-
до-научных
размышлений
(9.7, 9.8).
такое
было
частично
инспирировано
развитием
приборов.
таких,
как
сканирующий
туннельный
микроскоп
ко
торые
кажется,
имеют
способность
к
конструированию
наномашин
агом
за-атомом
.
Полагают,
что
эти
машины
смогут
революционизировать
обра
батывающую
промышлен
К
ность,
медицину
и
другие
области
нашей
жи
зни
огда
смотрели,
какие
бы
материалы
могли
быть
использованы
при
конст
руировании
таких
приборов
,
многие
нанотехнологи
предпочитали
алм
они
показали,
что
такие
компоненты
,
как
подшипники
должны
делать:;~:
SРз
углеродных
атомов.
Кажется,
однако
,
SP2
углерод
должен
иметь
равную
возможность
в
этой
области,
и
несколько
групп
учены
х
рассмотрели
идею
того,
что
нанотрубы
могли
быть
применены
в
наномеханических
приборах.
Рис
.
9.2.
Квадратная
решетка
из
фуллеренных
и
нанотрубных
элементов
(9.5).
9.3.
Нанотруби
в
наноmехнологии
з!D
Простой
«подшипник»
ИЗ
углеродных
нанотруб,
показанный
на
Рис.
9.3,
был
рассмотрен
РобертоМ
Тузиным
с
коллегами
из
Ouk Ridge Nationa1
Laboгatory
(9.9).
Этот
подшипник
состоит
из
очень
тонкого
BнyrpeHHeгo
цилиндра
(стержня)
и
более
короткОГО
внешнего
цилиндра
(муфты)
,
разде
ленных,
расстоянием,
немнОГО
большим,
чем
межплоскОСТНОЙ
промежу
ток
в
графите
.
Моделирование
показало,
что
такой
ансамбль
может
впол
не
выполнить
функциЮ
подшипника,
но
такое
действие
может
ограничи-
ваться
вибрациОННЫМИ
эффектами
.
Исследователи
из
Военно-Морской
Лаборатории
(NRL)
в
Вашингтоне
рассмотрели
более
сложные
нанокомпоненты,
основанные
на
фуллереновых
и
нанотрубных
структурах
(9.1
О).
одна
из
таких
сборок
-
шестизубная
звездоч
ка
со
стержнем
из
(6,6)
кресельно
й
нанотрубы
показана
на
Рис.
9.4.
Вычисле
ния
подгверДИЛИ
,
что
такие
структуры
должны
быть
достаточно
стабильными,
а
моделирование
обнаружилО
,
что эти
шестерни
могли
БЫ
вращаться,
зацеп
ляясь
одна
за
другую
,
с
высокимИ
угловыми
скоростями
без
разрушения.
Альтернативный
тип
нанотрубной
шестерни
обсуждался
учеными
из
NASA (9.11).
В
этом
случае
шестерни
«
п
р
и
г
о
т
о
влял
и
с
ь»
из
функционали
зированных
нанотруб
с
«зубами»
из
бензола
,
как
показано
на
Рис
.
9.5.
По
добные
структуры
могли
бы
быть
более
простыIии
при
изготовлении,
чем
NRL
звездочки
,
и
снова
моделирование
подтвердило,
что
они
могли
бы
ра
ботать
н
а
высокой
скорости
без
значительных
деформациЙ.
Тем
не
менее
однако
идея
о
том,
что
такие
наномашины
могут
стать
реальностьЮ
,
оста-
ется
довольно
сомнительной
.
Рис.
9.3.
Мо
ле ку
лярный
подшипНИК
,
основанный
на
двух
нанотрубных
цилиндрах
(9.9).
~
6
ГЛQеQ
9.
Будущие
НQnРQе
ленuя
а
9.4.
Финальные
мысли
3
~
9.4.
Финальные
мысли
Если
и
есть
одна
вещь,
которая
характеризуется
наукой
о
фуллеренах
и
на
нотрубах,
то это
интуитивная
ПРОЗОрЛИВОСТЬ.
Само
открытие
букминстер
фуллерена
было
замечательным
собы
тием,
а
нанотрубы
ЯВИЛИСЬ
неожидан
ным
свехпродуктом
объемного
синтеза
е
60
.
Другие
плоды
прОЗОРЛИБОсти
включают
однослойные
нанотрубы,
неорганические
фуллерены
И
углерод
ные
ЛУКОВИЦЫ
.
Каждая
из
этих
разработок
открывает
новую
область
вопро
сов
и
часто
приводит
к
дальнейшим
неожиданным
открытиям
.
Разумеется,
поэтому
попытка
предсказать
будущие
направления
в
нанотрубной
науке
выглядит,
вероятно
,
несерьезной
.
Все
же
мы
еще
находимся
на
ранних
ступенях этой
деятельности
,
И
многие
сюрпри
зы,
несомненно,
ждут
нас
впереди.
6
Рис
.
9.4.
(а),
(б)
Вид
сбоку
и
вид
сверху
шесruзубой
ше
ным
стержнем
(9.10).
стерни
с
нанorpуб_
Рис.
9.5.
(а)
Углеродные
основанные
на
нанотруб
ах
шестерни
с
бензоль
ными
зубцами,
(б
)
шестерня
и
приводной
вал
(9.11).
~
8
Глава
9.
Будущие
направления
Литература
(9.1)J.
~hen
,
~
.
А
Натоп
,
Н
.
Ни
,
У.
S. Chen,
А
М
.
Rзо
,
Р.
С.
Eklund and R.
С.
Haddon Solution
ргорегцез
of
single-waJ1еd
сагосп
nanotubes. Science, 282, 95 (1998). .
(9.2)
Е.
Т.
Mickelson,
С.
В.
Huffman,
А
G. Rinzler R
Е
S alJ R
Н
Н
F1
. t'
f'
' . .
т
е
у
,
. . auge and J. L.
Мзrgrауе
uопnа
юп
о
slngle-walJ
сагосп
nanotubes.
Спет
.
Phys. Lett., 296, 188(1998). .
(9.3)
Н.
Тепепes
М
Теп
епеs
and W
К Н
ве
d
С
.
(' R 24 3 ' . . . su. yon 60- grapblte structures for the future Chem
оес,
еу
. ,
, 41 (1995). . .
(9.4)
L.
А
Chemozatonskti
Сапю
шое
. n
папо
connectors and
р/
апаr
jungle
gyтs
Phys Lett
А
172
173(/992). . .
.,
,
(9.5) N.
Натаdз
.
E]ectronic band-structure ofcarbon
папоtuЬеs:
toward the three-d' . aJ
tem.
Mater. Sci. Eng.
В
,
19, ]81 (1993).
цпепвюп
sys-
(9.6)
М
.
Мепоп
and D. Srivastava.
Сзrbоп
nanotube
"
Г ш
п
с
п
о
пв
"
aJ
ta1
.
1
. . nanosc
е
те
-semlconductor-
rnеtз
соптаст
devlces. Phys.
Ве»
.
Ееп
.
,
79, 4453 (/997).
i~;~.
К.
Е
.
Drex1e
r. Engines
о/
creation - 1he coming
е
т
o/nanotechn%gy.
DoubIeday,
New York,
(9.8)
Е.
Regis. Nano/ - Remakingthe
wor/d
ают
byatom. Bantam, London, ]995.
~
.9)
R
h
·
Е/
.
Tuzun. D.
W.
Noid and
В
.
G. Sumpter. The dynamics of mo]ecu]ar bearings
н
ап
о
к
с
по
ogy, 6, 64 (1995). .
~.~~)
D.
Н
.
Robertson,
В
.
1. Dunlap,
п
W.
Brenner, J. W Mintmire and
С.
т.
WЫte,
In Novel
fопns
rbon
Н
,
Бds.
С
.
L. Renscbler et al. Mat. Res. Soc. Symp.
Рюс.
\Ь]
349 ]994 283
, . ,
,
р.
.
(9.]1) J.
Нап
,
А
G]obus, R. Jaffe and G. Deardorff. Mo1eculardynarnics sirnu1ationofcarbon
пап
otube basedgears. Nanotechn%gy, 8, 95 (1997).
Главаl
О
НОВЫЕ
ВОЗМОЖНОСТИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
НАНОТРУБНЫХ
СТРУКТУР
10.1.
Общее
состояние
в
мировом
процессе
УНТ
техноnоrий
К
настоящему
времени
появилось
уже
несколько
сотен
различных
предло
жений
по
применению
углеродных
нанотруб
(УНТ)
в
различных
областях
науки
и
техники.
Ряд
обзоров
(10.1-10
.5)
дают
достаточно
полную
их
карти
ну.
Как
видно
из
рис
.
10.lA,
экспоненциальный
рост
научных
публикаций
по
УНТ
сопровождается
таким
же
ростом
патентных
заявок
и
патентов,
под
тверждающих
интерес
промышленности
наравне
с
научным
.
Так
в
Японии
было
подано
53%
заявок от
общего
числа
(рис.
10.
Ш).
Однако
90%
из
них
так
и
не
стали
известны
в
других
стран
ах.
И
если
заявки
с
международным
участием
могут
служить
подтверждением
ощущаемой
важности
таких
изоб
ретений
,
то здесь
Япония
и
Корея
идут
наравне
.
В
то
же
время
США
пред
ставляют
заявки
с
международным
участием
в
4
раза
больше
,
чем
каждая
из
этих
стран.
Как
видно
из
рис
.
10.
н
;
50%
заявок
,
прямо
связанных
с
коммерческим
использованием
нанотруб
в
композитах
,
относятся
к
УНТ
синтезу,
обработ
ке
и
собственно
композитам
.
25%
заявок
по
приборам
полевой
эмиссии
эле
ктронов
отражает
передовое
место
использования
УНТ
в
экранах.
Однако
только
6%
от
общего
числа
занимают
заявки
на
УНТ
электронные
устройст
ва,
которые
имеют
громадный
потенциал
в
деле
перестройки
всей
области
электроники
(см
.
,
например,
ниже
о
последних
достижениях по
УНТ
поле
вым
транзисторам).
Независимо
от исхода состязаний
с
др
у
г
и
м
и
материала
ми
УНТ
в
различных
применениях
,
углеродные
нанотрубы
уже
обеспечили
себе
место
в
нанотехнологии,
которой
еще
не
было
внедалеком
прошлом.
Рассмотрим
ниже
несколько
наиболее
ярких
примеров
применений
УНТ
.
~o
Глава
10.
Новые
возможности
использования
нанотрубных
структур
10.3.
Газовые
датчики
3~
II%
Я
пои
ия
Gар(пар)
+
3СО(пар)
=
2Gа(жидкий)
+
С(твердый)
=
2СО.z(пар)
.
Нанотермомеmр.
Термометр
из
нанотрубы,
заполненной
жидким
галли
ем,
изготовили
Йи
Гао
и
Йо
Бандо
из
Национального
Институга
исследова
ний
(Япония)
неорганических
материалов
в
Цукубе
(10.8).
Закрытые
с
гали
ем
внугри
нанотрубы
диаметром
- 70
нм
и
длиной
-10
мкм
отбирались
из ма
териала
,
образующегося
на
внугренней
поверхности
графитового
цилиндра
вверху
индукционно
й
вертикальной
печи,
где
при
температуре
-800
0С
про
текала
реакция
GаР
з(твердый)
+
2С(тверды
й)
=
Gар(пар)+2СО(пар)
,
в
самом
печном
тигеле
,
где
протекала
реакция
помещали
смесь
GаР
з
и
графита
(в
весовом
отношении
7.8:1)
и
создавали
поток
азота
при
1360
0С
.
Исследователи
провели
прецизионные
сэм
изме
рения
зависимости
высоты
столбика
галлия
от
температуры
,
которая
была
строго
линейна
в
исследуемом
диапазоне
50-500
0
с.
(г)
(Б)
5%
_
др
yrи
е
3%
Се
н
эо
р
ы
и
зонды
(А)
91
92 93 94 95 96 97 98 99
о
2500
2000;
6%
Германия
1500 1
I
1000 :
500
J
i
о
(В)
13%
Др
угие
Ве
ликобритания
10.3.
Газовые
датчики
Рис.lО
.2
Схема
газового
датчика,
в
котором
адсорбция
атомов
газа
на
на
нотрубах
приводит
к
изменению
частоты
колебаний
резонатора.
в
настоящее
время
предложены
различные
варианты
применения
УНТ
в газо
вых
датчиках
,
которые
активно
используются
в
экологии
,
энергетике,
медици
не
и
сельском
хозяйстве.
В
ранних
работах
1999
r.
были
созданы
газовые
датчи
ки
,
основанные
на
изменении
термо-эдс
или
сопротивления
при
адсорбции
молекул
различны
х
газов
на
поверхности
нанотруб
(см
.
ссылки
в
(10.9).
Оба
эти
варианта
требовали
электрического
питания
датчика
,
что
затрудняет
их
ис
пользование
в
фармакологии
и при
экспресс-контроле
пищевых
продуктов.
подложка
углеродные
нанотру6ы
~
Си
резонатор
8
-/
с
покрытием
_ . "
из
углеродных
"
нанотруб
'О~Щ."
линия
i
подложка
6,4
мм
10.2.
Наножидкостные
устройства
Нанопоглотители.
Заполнение
водой
углеродных
однослойных
нанотруб
,
проведенное
учеными
из
Индии
(10.6),
показало
,
что
ОСНТ
могут
работать
как
жидкостные
сенсоры.
С.
Суппл
и
Н.
Квирке
из
Лондонского
Империал
Колледжа
(10.7)
теоретически
исследовали
нанотрубы
в
качестве
потенци
альных
блоков
для
наножидкостных
приборов
,
Они
показали,
что
в
пучке
из
труб
диаметром
1.6
нм
происходит
очень
быстрое
впитывание
таких
жидко
стей
,
как
нефть
(со
Скоростью
~445
м/с
при
комнатной
температуре)
,
из-за
сложной
динамики
такого
процесса
впитывания,
Линейный
рост
впитыва
ния
со
временем
является
особенностью
наноканального
процесса
и
не
опи
сывается
в
рамках
маКРОСКопической
теории.
Этот
эффект
показывает,
что
ОСНТ
могуг
успешно
применяться
в
измерителях
скорости
смачиваемой
жидкости
.
Рис.lО.l
А
-
Сравнение
ежегодного
числа
научных
Публикаций
с
ЧИСЛОм
патентных
з
ая
в
о к и
патентов
в
области
углеродных
нанотруб.
Б
_
Процентное
распределение п
атентных
заявок
и
патентов
в
стране
или
регионе
,
сделанных
в
том
же
месте
(1)
или
принятого
из
цру
гого
(2).
В
-
Процентное
распределение
международных
патент
ных
заявок
и
патентов.
Г
-
П
а
т
е
н
тн
ы
е
заявки
и
патенты
,
рапреде
ленные
по
различным
областям
изобретений
-
данные
из
(10.5).
~2
Глава
10.
Новые
возможности
испо
льзования
нанотрубных
структур
в
датчике
группы
С.
Хопра
из
Клемсон
Университета
в
США
(10.9)
в
ка
честве
основного
элемента
датчика
служил
резонансный
контур
-
покры
тый
УНТ
проводящий
диск
из
меди
(Рис.
10.2).
Были
использованы
слои
как
ОСНТ
(толщина
слоя
- 10
мкм),
так
и
МСНТ
(тощина
слоя
-100
мкм).
Датчик
испытывался
в
вакуумной
камере
при
напуске
паров
аммиака
различной
кон
центрации,
которые
своей
адсорбцией
на
нанотрубы
изменяли
резонансную
частоту
контура.
Важно
то,
что
время
восстановления
прежней
резонансной
частоты
после
откачки
аммиака
из
камеры
для
таких
датчиков
(-
10
мин.)
на
много
меньше,
чем
для
друтих
УНТ
датчиков
:
для
датчика
(10.7)
зафиксиро
ваны
времена
восстановления
стационарного
значения
термо-эдс
- 50
мин
после
начала
откачки
исследуемого
газа
гелия
,
а
для
другого
датчика
первона
чальное
сопротивление
восстанавливалось
после
слабого
воздействия
окиси
азота
примерно
за
10
часов.
Новый
вариант
газовогодатчика
позволяет
также
создать
прибор
с
дистанционным
управлением,
что
важно
для
сенсорики
фи
зических
экспериментов
и
для
систем
неразрушающего
контроля.
10. 4.
Работают
острия
нанотруб
10.4.1.
Новый
миниатюрный
рентгеновский
аппарат
Исследователи
из
университета
Северной
Каролины
(10.10)
разработали
сверхмалый
и
недорогой
рентгеновский
аппарат
.
Его
рентгеновская
трубка
содержит
унт,
расположенные
одним
концом
на
поверхности
диска
,
кото
рый
заряжается
отрицательно.
Положительно
заряженная
сетка
располо
жена
напротив.
Пролетая
сквозь
нее
,
электроны
бомбардируют
медный
анод,
расположенный
в
нескольких
миллиметрах
за
сеткой
,
и «выбивают»
из
него
рентгеновские
лучи.
Их
эмиссия
происходит
при
комнатной
температу
ре,
что
значительно
сокращает
расход
энергии
по
сравнению
с
громоздкими
рентгеновскими
аппаратами
обычного
типа
,
где
катод
трубки
работает
при
-
1000°С.
Новая
миниатюрная
рентгеновская
трубка
,
где
используется
узкий
пучок
рентгеновского
излучения,
позволяет
прлучать
изображения
высокого
разрешения,
что
важно
как
для
медицинских
целей
(снижается
риск
облуче
ния
соседних
тканей
и
органов),
так
и
в
материаловедении.
10.4.2.
Микроскоп
ближнего
оптического
поля
Интернациональная
группа
Р.
Хилленбранда
из
Германии
,
Швеции
и
США
(10.11)
использовала
углеродную
нан
отрубу
в
качестве
зонда
В
микроскопе
оп
тического
ближнего
поля
для
визуали
зации
плазмонных
полей
металлических
10.4.
Работают
острия
нанотруб
3~
наноструктур
как
фазы,
так
и
амплитуды
с
разрешением
30
нм.
В
этом
мик
роскопе
на
дисках
91
нм
из
золота
наблюдались
дипольные
осцилляции
в хо
рошем
согласии
с
их
теоретическим
описанием.
Этим
экспериментом
от
крывается
возможность
фазово-чувствительного
картографирования
опти
ческих
полей
в
фотонных
кристаллах
и
нанооптических
резонаторах,
в
част
ности
для
когерентного
контроля
плазмонными
поляритонами.
10.4.3.
Нанавибратор
Исследователи
из
лаборатории
эмиссионной
техники
Университета
Ли
она
(Франция)
показали,
что
эффект
полевой
эмиссии
позволяет
контроли
ровать нагрев
индивидуальных
МСНТ
до
температур
2000
К
при
джоулевом
нагреве
трубы
эмиссионным
током
(10.12).
Схема
эксперимента
показана
на
рис
.
10.3.
Переменное
напряжение,
прикладываемое
к
одному
из анодов,
вызывало
резонансные
колебания
труб
.
По
движению
светово
го
пятна
на
экране
исследователи
смогли
измерять
изменение
упругости
и
теплопровод
ности
индивидуальной
трубы
в
процессе
нагрева.
Подобный
простой
метод
наблюдения
механического
резонанса
нанот
руб
позволит
создать
на
его
основе
приборы
,
чувствительные к
изменениям
на
поверхности
нанотрубы
(адсорбции
атомов
различных
элементов)
,
а
так
же
к
влиянию
малых
доз
радиации
.
Рис.
10.3.
Схема
эксперимента
по
наблюдению
резонансного
возбуждения
многослойных
нанотру6,
прикрепленных
к
Ni-острию
при
прило
жении
осциллирующего
напряжения
на
двух
анодах.
Расстояние
от
острия
до
ано
да
равно
2
мм
,
а
от
острия
до
экрана
- 3
см.
Электро
ны
эммитируются
С
окончания
нанетрубы
и
«записывают»
ее
дви
жение, колебание
когорой
происходит
на
резонансной
частоте.