Углеродные нанотрубки

В настоящее время наиболее распространённым является метод термического испарения графитовых электродов в плазме дугового разряда. Процесс синтеза осуществляется в камере, заполненной гелием под давлением около 500 Торр. При горении плазмы происходит интенсивное термическое испарение анода, при этом на торцевой поверхности катода образуется осадок (deposit), в котором формируются нанотрубки углерода. Наибольшее количество нанотрубок образуется тогда, когда ток плазмы минимален и его плотность составляет около 100 А/см2. В экспериментальных установках напряжение между электродами обычно составляет около 22-25 В, ток разряда несколько десятков ампер, межэлектродное расстояние 1-2 мм. В процессе синтеза 50-90 % массы анода переосаждается на катоде.

Образующиеся многочисленные нанотрубки имеют длину порядка 10-20 мкм. Они нарастают на катоде перпендикулярно плоской поверхности его торца и собраны в цилиндрические пучки диаметром около 50 мкм. Пучки нанотрубок регулярно покрывают поверхность катода, образуя сотовую структуру. Её можно обнаружить, рассматривая осадок на катоде невооружённым глазом. Пространство между пучками нанотрубок заполнено смесью неупорядоченных наночастиц и одиночных нанотрубок. Содержание нанотрубок в углеродном осадке (депозите) может приближаться к 60 %.

Для разделения компонентов полученного углеродного материала используется ультразвуковое диспергирование. Катодный депозит помещают в метанол и обрабатывают ультразвуком. В результате получается суспензия, которая (после добавления воды) подвергается разделению на центрифуге. Крупные частицы сажи прилипают к стенкам центрифужной пробирки, а нанотрубки остаются диспергированными в суспензии. Затем нанотрубки промывают азотной кислотой, водой и окисляют в потоке воздуха и паров воды при температуре 700-750 °C в течение 5-30 мин. В результате такой обработки получается достаточно лёгкий и пористый материал, состоящий из многостенных нанотрубок со средним диаметром 20 нм и длиной около 10 мкм. Технология описанного электродугового получения многостенных нанотрубок довольно сложна, поэтому в настоящее время нанотрубки — дорогой материал: один грамм многостенных нанотрубок стоит 10-20 долларов США.

Согласно публикации в журнале Nano Letters, физикам из нескольких китайских исследовательских центров удалось доработать технологию, которой пользовались учёные по всему миру — технологию химического осаждения атомов углерода из газовой среды. Им удалось синтезировать углеродные нанотрубки длиной до 18,5 сантиметров.

Цуньшень Ванг (Xueshen Wang) и его коллеги использовали смесь веществ, которые многим известны отнюдь не в качестве химреактивов: свои рекордные нанотрубки китайцы вырастили в атмосфере паров спирта и воды. Правда, эти вещества находились в несколько нестандартных по алкогольным меркам пропорциях: 4 части спирта на 1 часть воды.

Кроме того, китайские учёные использовали водород, продуваемый через специальный реактор, а также сверхтонкий порошок железа и молибдена — это были зерна для затравки реакции. Также им пригодилась плёнка из обычных, меньшей длины, нанотрубок, — для эффективного удаления «мусора» в виде растущих в неправильных направлениях углеродных цилиндров вкупе с аморфным и потому неинтересным углеродом.

Токсичность нанотрубок:

Результаты экспериментов, проведённых в последние годы, показали, что длинные многостенные углеродные нанотрубки (МНТ) могут вызвать отклик, аналогичный асбестовым волокнам. У людей, занятых на добыче и переработке асбеста, вероятность возникновения опухолей и рака лёгких в несколько раз больше, чем у основного населения. Канцерогенность волокон разных видов асбеста весьма различна и зависит от диаметра и типа волокон. Благодаря своему малому весу и размерам, углеродные нанотрубки проникают в дыхательные пути вместе с воздухом. В итоге они концентрируются в плевре. Мелкие частицы и короткие нанотрубки выходят через поры в грудной стенке (диаметр 3-8 мкм), а длинные нанотрубки могут задерживаться и со временем вызвать патологические изменения.

Сравнительные эксперименты по добавке одностенных углеродных нанотрубок (ОНТ) в пищу мышей показали отсутствие заметной реакции последних в случае нанотрубок с длиной порядка микрон. Тогда как использование укороченных ОНТ с длиной 200-500 нм приводило к «впиванию» нанотрубок-игл в стенки желудка.

Самым значительным научно-техническим достижением 2001 года стало создание нанопроводов для молекулярных компьютеров будущего, полагает известный научный журнал Science. Десяти "самым-самым" достижениям года посвящен специальный предновогодний выпуск журнала от 21 декабря, тема которого так и называется: Breakthrough of the Year ("Прорыв года"). 
В этом году произошло довольно много событий, приближающих нас к молекулярным компьютерам. Это и первые вычислительные элементы на одной молекуле в виде углеродной нанотрубки, и биокомпьютеры на основе ДНК. Однако очевидно, что вообще любую химическую реакцию можно назвать "молекулярным вычислением" - но от нее не будет толку, если вычислительные элементы не связаны друг с другом и с устройствами ввода-вывода. 
Это и определило выбор редакторов журнала Science. По их мнению, возможности молекулярных компьютеров становятся реальностью именно с появлением нанопроводов, в тысячи раз более тонких, чем проводники, используемые в современных микросхемах. 
Нанопровода, о которых идет речь, созданы в Гарвардском университете и предствляют собой сверхтонкие кристаллы из кремния в смеси с другими полупроводниками. Они имеют форму стержня толщиной в несколько нанометров и длиной несколько миллиметров. Разводка нанопроводников производится химическим способом, при этом каждое пересечение проводников работает как транзистор. Правда, практическое использование нанопроводов в вычислительных устройствах, по всей видимости, станет возможным только лет через 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение:

нельзя назвать точную дату открытия нанотрубок. Хотя общеизвестным является факт наблюдения структуры многостенных нанотрубок Ииджимой в 1991 г. , существуют более ранние свидетельства открытия углеродных нанотрубок. В настоящее время наиболее распространённым получением нанотрубок является метод термического испарения графитовых электродов в плазме дугового разряда. Процесс синтеза осуществляется в камере, заполненной гелием под давлением около 500 Торр. При горении плазмы происходит интенсивное термическое испарение анода, при этом на торцевой поверхности катода образуется осадок (deposit), в котором формируются нанотрубки углерода. Наибольшее количество нанотрубок образуется тогда, когда ток плазмы минимален и его плотность составляет около 100 А/см2. В экспериментальных установках напряжение между электродами обычно составляет около 22-25 В, ток разряда несколько десятков ампер, межэлектродное расстояние 1-2 мм. В процессе синтеза 50-90 % массы анода переосаждается на катоде.

Идеальная нанотрубка представляет собой свёрнутую в цилиндр графитовую плоскость, то есть поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Структура одностенных (single-walled) нанотрубок, наблюдаемых экспериментально, во многих отношениях отличается от представленной выше идеализированной картины. Прежде всего это касается вершин нанотрубки, форма которых, как следует из наблюдений, далека от идеальной полусферы. Многостенные (multi-walled) нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Разнообразие структур проявляется как в продольном, так и в поперечном направлении. в большинстве случаев нанотрубки представляют собой разрушенную ячейку-гексагон решётки — с образованием пентагона или септагона на её месте. Из специфических особенностей графена следует, что дефектные нанотрубки будут искажаться аналогичным образом, то есть с возникновением выпуклостей (при 5-и) и седловидных поверхностей (при 7-и). Наибольший же интерес в данном случае представляет комбинация данных искажений, особенно расположенных друг напротив друга — это уменьшает прочность нанотрубки, но формирует в её структуре устойчивое искажение, меняющее свойства последней: иными словами, в нанотрубке образуется постоянный изгиб. Сверхпроводимость углеродных нанотрубок открыта исследователями из Франции и России (ИПТМ РАН, Черноголовка). Ими были проведены измерения вольт-амперных характеристик:

— отдельной одностенной нанотрубки диаметром ~1 нм;

— свёрнутого в жгут большого числа одностенных нанотрубок;

— также индивидуальных многостенных нанотрубок.

Результаты экспериментов, проведённых в последние годы, показали, что длинные многостенные углеродные нанотрубки (МНТ) могут вызвать отклик, аналогичный асбестовым волокнам. У людей, занятых на добыче и переработке асбеста, вероятность возникновения опухолей и рака лёгких в несколько раз больше, чем у основного населения. Канцерогенность волокон разных видов асбеста весьма различна и зависит от диаметра и типа волокон. Благодаря своему малому весу и размерам, углеродные нанотрубки проникают в дыхательные пути вместе с воздухом. В итоге они концентрируются в плевре. Мелкие частицы и короткие нанотрубки выходят через поры в грудной стенке (диаметр 3-8 мкм), а длинные нанотрубки могут задерживаться и со временем вызвать патологические изменения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

Химические энциклопедии

Сайт - http://ru.wikipedia.org/wiki/ Углеродные_нанотрубки

http://balancer.ru/tech/forum/2001/12/t16441--sverkhprovodimost-v-nanotrubkakh.6920.html

http://referat.yabotanik.ru/himiya/vse-o-nanotrubkah/35016/34958/page4.html

http://revolution.allbest.ru/chemistry/00253796_0.html