Forskere studerer typerne af kulstofnanorørfyldning

Marianna Kharlamova fra Lomonosov Moscow State University Department of Materials Science undersøgte forskellige typer kulstofnanorør "fyld" og klassificerede dem efter indflydelsen på nanorørenes egenskaber. Forskerens arbejde blev offentliggjort i tidsskriftet Fremskridt i materialevidenskab .

"En detaljeret systematisk undersøgelse af 430 værker blev udført, hvoraf de fleste var blevet offentliggjort i løbet af de sidste fem år, i takt med at det undersøgte område aktivt udvikler sig, " siger Kharlamova. Udover analytisk systematisering af de eksisterende data, forfatteren betragtede båndteorien om faste stoffer, det teoretiske grundlag for sådanne undersøgelser, som beskriver vekselvirkningen mellem elektronerne i et fast stof.

Kulstoffets mange ansigter:diamanter, bolde, rør

Kulstof findes i flere allotrope modifikationer, og kan findes i forskellige strukturer. Det danner kul og kønrøg, diamant, grafit, grafen, fullerener og andre. Organisk kemi er baseret på kulstof, som danner rygraden i organiske molekyler. I diamanter, carbonatomerne er justeret i strengt specificerede positioner i et krystalgitter, hvilket fører til dens hårdhed. I grafit, kulstofatomerne er arrangeret i sekskantede lag, der ligner honningkager. Hvert lag interagerer svagt med lag over og under, så materialet nemt adskilles i flager, der ligner blyantmærker på papir. Et sådant lag af sekskanter rullet ind i et rør er et kulstofnanorør.

Et enkeltvægget nanorør består af et enkelt rullet lag, og et flervægget nanorør ligner en russisk matryoshka-dukke, bestående af flere koncentriske rør. Diameteren af ​​hvert rør er nogle få nanometer, og længden er op til flere centimeter. Enderne af rørene er lukket af halvkugleformede "hætter" - halvdele af fullerenmolekyler - fullerener er en anden form for elementært kulstof, der ligner fodboldbolde syet sammen fra sekskanter og femkanter. At lave og fylde carbon nanorøret er meget mere udfordrende end at fylde en wafer curl, for eksempel. For at skræddersy disse strukturer, forskere bruger laserablationsteknikker, termisk dispersion i en lysbueudledning eller dampaflejring af kulbrinter fra gasfasen.

SWNT er ingen cookie

Hvad er så specielt ved dem, derefter? Grafittens egenskaber, inklusive elektrisk ledningsevne, duktilitet, og metallisk glans, minder om metaller. Men egenskaberne af kulstofnanorør er ret forskellige. De har applikationer inden for elektronik (som komponenter i potentielle nanoelektroniske enheder - porte, hukommelses- og datatransmissionsenheder osv.) og biomedicin (som beholdere til målrettet lægemiddellevering). Kulstofnanorørs ledningsevne kan ændres afhængigt af orienteringen af ​​kulstofsekskanterne i forhold til røraksen, på hvad der er inkluderet i dens væg udover kulstof, på hvilke atomer og molekyler er knyttet til den ydre overflade af røret, og hvad de er fyldt med. Derudover enkeltvæggede kulstof nanorør (eller SWNT'er) er overraskende rivefaste og bryder lys på en bestemt måde.

Kharlamova var den første til at klassificere typer af nanorør "stuffing" efter deres indvirkning på de elektroniske egenskaber af SWNT'er. AuthMarianna eller betragter en bestemt metode til at udfylde SWNT'er som den mest lovende til at skræddersy deres elektroniske egenskaber.

"Dette skyldes fire hovedårsager, " siger Kharlamova. "For det første, rækken af ​​stoffer, der kan indkapsles i SWNT-kanalerne, er bred. Sekund, at indføre stoffer af forskellig kemisk natur i SWNT-kanalerne, der er udviklet flere metoder, fra væskefasen (opløsning, smelte), gasfasen, ved hjælp af plasma, eller ved kemiske reaktioner. Tredje, som et resultat af indkapslingsprocessen, effektiv fyldning af SWNT-kanaler kan opnås, hvilket fører til væsentlige ændringer i nanorørernes elektroniske struktur. Endelig, den kemiske omdannelse af de indkapslede stoffer gør det muligt at kontrollere processen med at skræddersy de elektroniske egenskaber af SWNT'erne ved at vælge et passende udgangsmateriale og betingelser for den nanokemiske reaktion."

Forfatteren har selv udført eksperimentelle undersøgelser af fyldning af nanorør med 20 simple stoffer og kemiske forbindelser, og afslørede indflydelsen af ​​"fyld" på de elektroniske egenskaber af nanorør. Hun fandt sammenhængen mellem temperaturen af ​​dannelsen af ​​indre rør og diameteren af ​​de ydre rør, og forklaret hvilke faktorer der påvirker graden af ​​nanorørenes fyldning.