Углеродные нанотрубки

Несмотря на наличие в квантовом проводнике сопротивления, джоулево тепло не выделяется при прохождении тока. Такая проводимость называется баллистической. Выпущенные электроны не взаимодействуют со стенками нанотрубки. Потеря энергии происходит только в местах контакта. Этот феномен объясняется корпускулярно-волновым дуализмом. Корпускулярно-волновой дуализм - принцип, согласно которому любой объект может проявлять и волновые и корпускулярные свойства. Длина волны объекта называется волной де Бройля и определяется по формуле 15

, (15)

где h - постоянная Планка (6,6*10-34 Дж*с), p - импульс объекта. При прохождении по нанопроводнику диаметром несколько нанометров, электрон проявляет волновые свойства и проходит по углеродной нанотрубке так же как свет проходит по световоду. Тем самым рассеивание джоулева тепла происходит лишь на месте соединения объектов квантового мира с объектами классической физики. Поэтому плотность тока в проводнике достигает колоссального значения - 107 А/см2. Классический проводник при таких значениях мгновенно бы испарился.

Углеродные нанотрубки можно получить лазерным испарением, углеродной дугой и химическим осаждением паров [24].

1. Лазерное испарение. Кварцевая труба, содержащая газообразный аргон и мишень из графита, нагревается до 1200°С. Внутри трубки, но за пределами печи находится охлаждаемый водой медный коллектор.

Рисунок 27 - Установка для получение нанотрубок лазерным методом.

Графитовая мишень содержит небольшие количества кобальта и никеля, выступающие в качестве каталитических зародышей образования нанотрубок. При попадании высокоинтенсивного лазерного облучения (Nd лазер, длина волны 532 нм, энергия импульса 250 мДж, длительность 10 нс) на мишень графит испаряется. Поток аргона выносит атомы углерода из высокотемпературной зоны к охлаждаемому медному коллектору, на котором и происходит образование нанотрубок. Таким методом можно получить трубки диаметром 10 - 20 нм и длиной 100 микрон. Недостаток этого метода - малая производительность. Усовершенствованная методика позволяет получать до 10 г материала с содержанием до 50%многостенных нанотрубок.

. Наиболее распространенный способ получения нанотрубок - электродуговое испарение графитовых электродов. Чтобы обеспечить стабильность дуги, зазор между электродами поддерживается перемещением одного или сразу двух электродов. Для получения многослойных нанотрубок проводится испарение при 450 мм рт. ст. Не. К электродам из. углерода диаметром 5 - 20 мм, разнесенным на расстояние около 1 мм, в потоке гелия прикладывается напряжение 20 - 25 В. Атомы углерода вылетают из положи тельного электрода и образуют нанотрубки на отрицательном, при этом дли на положительного электрода уменьшается. Для получения однослойных нанотрубок в центральную область положительного электрода добавляют небольшие количества кобальта, никеля или железа в качестве катализаторов. Если не использовать катализаторы, получаются вложенные или многослойные нанотрубки, то есть нанотрубка внутри нано трубки. Дуговым методом можно получить однослойные нанотрубки диаметром 1 - 5 нм и длиной порядка 1 мкм.

. Метод химического осаждения из паровой фазы заключается в разложении газообразного углеводорода, на пример, метана (СН4), при температуре 1100°С. При разложении газа образуются свободные атомы углерода, конденсирующиеся затем на более холодной подложке, которая может содержать разнообразные катализаторы, такие как железо. Этот процесс позволяет получать продукт непрерывно и, возможно, является наиболее предпочтительным для увеличения масштабов при промышленном производстве.

Отличие методов получения нанотрубок одностенных и многогстенных в том, что для первых требуется металлический катализатор. Механизм роста нанотрубок до сих пор неясен. Так как для роста однослойных трубок необходим металличе ский катализатор, механизм должен объяснять роль атомов кобальта или никеля. Одно из предложений, называемое "механизмом скутера", состоит в том, что атомы металлического катализатора присоединяются к оборванным связям на открытом конце трубки и обегая ее по краю, способствуют захвату атомов углерода из паровой фазы и их встраиванию в стенку трубки.

Читайте также

Передаточная функция разомкнутой системы
1. Определить передаточную функцию разомкнутой системы рис.1, представить её в канонической .форме. Построить её логарифмические частотные характеристики. 2. Оценить показатели к ...

Проект организации широкополосного доступа в коттеджном микрорайоне Чистопрудный г. Ижевска
Возможность в любое время в любом месте при любых условиях иметь доступ к неограниченным информационным ресурсам становится для современного человека одним из самых важных аспектов жизни ...

Разработка локальной сети предприятия (на материалах ОАОТ Дабрабыт)
Локальная вычислительная сеть(Local Area Network), именуемая в дальнейшем LAN, - это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, пр ...