Структура нанотрубок

Фуллерены, как и коллоидные кластеры, проявляют ярко выраженные свойства организации и самоорганизации. Это связано с возможностью их получения монодисперсного размера, сферической формы и возможностью варьирования различного рода взаимодействий для организации фуллеренов. Организация и самоорганизация возможна в жидкой и твердой фазах, при этом получаются структуры, обладающие трехмерной организацией. Двумерные структуры менее подвержены организации, зато одномерные организованные структуры на основе углерода — углеродные нанотрубки (УНТ) — хорошо известны и активно исследуются как уникальные объекты, обладающие, например, одномерной проводимостью, или как объекты наноматериалов и нанотехнологии. Данная глава включает два вида углеродных высокоорганизованных структур — трехмерных фуллеритов и одномерных — УНТ. [c.367]

В еще большей степени это замечание справедливо в отношении более высоких уровней организации углеродных структур. Когда человечество стоит на пороге XXI века и наука ежедневно вносит конструктивные изменения, давая жизнь новейшим открытиям (коаксиальные углеродные нанотрубки, линейные аналоги фуллеренов и пр.), структурная химия до сих пор оставляет невыясненным, хотя бы с принципиальной точки зрения, строение разнообразных пространственно сшитых полимеров углерода, открытых более четверти века назад. И признается лишь тот факт, что различные его формы -поликристаллические фафиты, сажи, углеродные пленки, дендриты, ламелярные и надмолекулярные образования, коксы, стеклоуглерод, пироуглерод, карбин, алмаз и алмазные пленки, шунгит, антрацит, углеродные и фафитовые волокна, микропористые адсорбенты, композиционные материалы и пр. - существуют. [c.3]

Наименьший диаметр внутреннего цилиндра, найденный в одной из трубок, равен 2,2 нм, что соответствует кольцу из 30 шестиугольников, при этом углы между плоскостями шестиугольников составляют 6°. Коаксиальные нанотрубки имеют спиральные ступени роста. Впервые спиралевидные структуры были выявлены в неорганических веществах, хотя подобные структуры уже наблюдали в биохимических соединениях, в том числе и в молекулах ДНК. [c.50]

Расчеты показали , что нанотрубки будут значительно жестче, чем все известные сейчас материалы. Кроме того, они не содержат дефектов и примесей, а значит, могут выдерживать большие механические напряжения. Микротвердость полученных структур (4000 кг/мм ) гораздо выше, чем у твердых сплавов (2500 кг/мм ), и приближается к твердости алмаза. [c.99]

Геометрическая характеристика структур, позволяющая представить пространственное расположение частиц, осуществляется на основе теории симметрии. Симметрия - есть свойство геометрических фигур в различных положениях приходить а совмещение с первоначальным положением. Так, шар (фуллерен Сбо) имеет бесконечно большое число поворотных осей, в том числе бесконечного порядка (т.е. приходит в совмещение с исходным положением при повороте на любой, в том числе и бесконечно малый, угол). Цилиндр (углеродная нанотрубка) имеет одну ось бесконечного порядка и бесконечно большое число осей 2-го порядка. Правильные многоугольники с количеством сторон п имеют оси того же порядка, что и количество сторон. [c.127]

Однослойные нанотрубки типа кресло и типа зигзаг обладают различными физическими свойствами. В нанотрубки типа кресло с хиральностью (10,10) две из С—С-связей ориентированы параллельно продольной оси нанотрубки и они обладают металлической проводимостью. Подобные трубки получаются обычно свернутыми в жгуты с диаметром 5 -f 20 мкм, которые еще свернуты в клубки и запутаны. Нанотрубки со структурой типа зигзаг обладают полупроводниковыми свойствами. [c.374]

Для всех структур расстояние между соседними нанотрубками составляет 0,34 нм, подобно расстоянию между а) 6) в) [c.379]

Итак, можно сделать вывод, что для роста как нанотрубки (6, 0), так и нанотрубки (6, 6) предпочтительнее (с энергетической точки зрения) последовательная абсорбция димеров 2, являющихся наиболее выгодной простейшей углеродной структурой. [c.91]

Фуллеренам родственны нанотрубки (папоШЬез) - еще одна новая модификация углерода. Нанотрубка представляет собой структуру, образованную свернутым углеродным листом . Этот углеродный лист необычен по своей структуре. Он соткан из бензольных колец в некоторой мере подобно тому, что мы видели в структуре фуллерена. Нанотрубки имеют, однако, цилиндрическую форму. Вследствие высокой упорядоченности атомов углерода в структуре нанотрубки этот материал оказывается по крайней мере в 100 раз прочнее стали. [c.409]

Кроме возможности применения в новых конструкционных материалах нанотрубки могут выступать в качестве электрических проводников и полупроводников. К стенкам нанотрубки могут быть иммобилизованы ( пришиты ) самые различные молекулы, так или иначе модифицирующие ее свойства электрическую проводимость, растворимость, способность выступать в роли хемосенсоров. Эта пришивка не затрагивает л-структуру нанотрубки, а следовательно и ее электронные характеристики, и осуществляется за счет нековалентного связывания. В частности, установлено, что пиренильные фрагменты, содержащие самые различные функциональные группы в качестве заместителей, способны необратимо адсорбироваться на поверхности нанотрубки и модифицировать таким образом ее свойства. [c.409]

Углеродные нанотрубки (УНТ) были обнаружены в 1991 г. Иджи-мой и представляют собой цилиндрические организованные структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон. Таким образом, нанотрубки представляют собой квази-одномерные структуры. Нанотрубки встречаются в природном материале — шунгите — однако в настоящее время они получаются искусственно несколькими способами. [c.37]

Для УНТ установлена однозначная связь между структурой и проводящими свойствами. Это зависимость электронной структуры нанотрубки от ее хиральности, которая представляет собой структуру заполненных электронных состояний. Подобные состояния формируются в результате делокализации 2з- и 2р-электронов атома углерода, причем 25-электроны при гибридизации заполняют области энергии ниже и выше уровня Ферми, а 2р-электроны — области вблизи уровня Ферми. Изменение хиральности, а также радиуса УНТ приводит к изменению ширины запрещенной зоны, которая, как это следует из расчетов, представляет собой монотонно спадающую функцию радиуса. В качестве характеристики хиральности для проводящих свойств иногда удобно ввести индекс к = т — 2п (тп > 2п), тогда fe = О дает металлическую проводимость, к = 3 д+ 1) характеризует ускозонный полупроводник, к = Зд+1,п к — Зд+ 2 — полупроводники с со средним значение запрещенной зоны. Результаты расчетов показаны на рис. 12.14а [16] для различных значений индекса к. [c.382]

Одной из важнейших задач современной физики твердого тела является поиск новых конструкционных и специальных функциональных материалов, к каковым относятся различные углеродные матфиалы, широко используемые в технике и промышленности. Эффективным методом получения новых структур различных материалов с требуемыми свойствами является обработка их высоким статическим давлением и температурой в сочетании с большими сдвиговыми деформациями, а также методы динамических давлений. Углеродные системы отличаются очень большим разнообразием структур благодаря возможности различных типов межатомных связей. Помимо традиционных структур типа графита и алмаза в последние десять лет активно исследуются новые аллотропные формы углерода - фуллерены, нанотрубки, онионы и т.п. Они обладают рядом уникальных свойств, в том числе способностью к формированию новых кристаллических и аморфных структур с уникальными механическими характеристиками. [c.20]

Исследована структура и предложены механизмы роста углерод-азотных ианотрубок в аппарате высокого газового давления. Показано, что содержание азота в таких нанотрубках достигает 33 ат.%. [c.20]

В высокотемпературной зоне росли в основном многослойные нанотрубки. Трубки с конической укладкой слоев (направление укладки графеновых слоев не параллельно оси нанотрубки) наблюдали в углеродном осадке, снятом в низкотемпературной зоне. Эти трубки имели диаметр 80-100 нм. Такие структуры росли при использовании смеси аргон-азот. Наблюдали трубки с открытыми концами, но присутствовали также трубки с шапкой из аморфного углерода и многослойные ианотрубки с внутренними перегородками. [c.57]

В случае использования в качестве газовой среды аргона во всех температурных зонах наблюдались только нанотрубки с укладкой слоев параллельной продольной оси ианотрубки. Это позволяет с высокой долей достоверности полагать, что азот стабилизирует подобные структуры, хемсорбируясь иа концах графеиового слоя. [c.57]

В связи с открытием в последнее десятилетие новых форм углерода, таких как фуллерены и нанотрубки, спрос на рафинированные углеграфитовые материалы может возрасти. На выход и структуру фуллеренов и нанотрубок влияет много факторов, в том числе и чистота используемых углефафитовых электродов, о чем свидельтельствует предварительные результаты исследований в этом направлении. [c.104]

При получении углеродных нанотрубок вместе с ними образуется много других углеродных частиц, что подтверждается данными электронной микроскопии высокого разрешения. Стандартные методы разделения веществ, например, фильтрация или хроматография, не позволяют выделить трубки в чистом виде, что затрудняет их исследование. Японскце исследователи предположили" , что частицы неправильной формы содержат больше углеродных пятиугольников, то есть имеют менее регулярную структуру, чем стенки нанотрубок, состоящие только из шестиугольников. А значит, такие частицы будут легче окисляться. Эта гипотеза подтвердилась после выдерживания образца при 750 С на воздухе или кислороде в течение 30 минут нанотрубки удалось отделить. Все они оказались открытыми, так как закрывающие их шапочки разрушились (они тоже содержат пятиугольники). [c.92]

Фуллерены. нанотрубки и другие похожие модификации полу шли общее название - углеродные каркасные структуры. Они представляют собой большие (а иногда и гигантские ). юлеку лы, состоящие исключительно из ато юв углерода. Главная особенность этих юлекул - это их каркасная ( юрма они вьюлядят как замкнутые, пустые внутри "оболочки". [c.174]

Исследования последних лет продемонстрировали важную роль наноструктур в различных областях науки и техники (физике, химии, материаловедении, биологии, медицине и Т.Д.). Например, было продемонстрировано, что углеродные нанотрубки на порядок прочнее стали (имея при этом в шесть раз меньшую плотность), наночастицы способны избирательно проникать в раковые клетки и поражать их, некоторые наноструктуры могут в миллионы раз повышать быстродействие ЭВМ и т.д. Следует отметить, что в связи с углублением знаний о строении и функционировании природных объектов и живых организмов на молекулярном уровне исследователи пытаются разработать общий подход к получению и использованию искусственных материалов с наноразмерной структурой. [c.7]

Двенадцатая глава посвящена структуре и свойствам новых нанообъектов — фуллеритам и углеродным нанотрубкам. Фуллерены используются как строительный материал для создания различного рода наноструктур, например фуллеритов — полимерных фуллеренов. Фуллериты обладают рядом перспективных электропроводящих и магнитных свойств. Углеродные нанотрубки представляют собой нанообъект типа нанопроволоки, который, собственно, нано только в двух измерения, а в третьем — представляет собой микро объект. Размер и вид однослойных и многослойных нанотрубок может варьироваться, например, за счет состава катализатора и связан с типом проводимости нанотрубок — металлической или полупроводниковой. [c.13]

Возникают новые механические, сорбционные, оптические, электрические и другие свойства. Кроме фундаментальных исследований УНТ оказались перспективными материалами для получения новых наноматериалов и наноустройств. Это прежде всего возможность регулировать проводимость нанотрубки путем изменения ее структуры. Второе важное свойство — это высокая напряженность электронного поля, порождаемая малым нанометровым диаметром нанотрубки по отношению к среднему приложенному напряжению. Это приводит к аномально высокому току эмиссии при относительно малых напряжениях и лежит в основе создания холодных катодов и эмиттеров на основе УНТ. Поскольку УНТ представляют собой полости, они могут использоваться не только как адсорбенты, но и как хранилища газообразных или жидких веществ, в частности для хранения водорода. [c.372]

Распределение сосредоточено в области между 1,01 и 1,42 нм и по мере увеличения температуры синтеза и уменьшения доли никеля в катализаторе смешается в сторону увеличения диаметра УНТ. Из этих данных читатель легко сделает вывод о возможности управления диаметром синтезируемых однослойных нанотрубок с помошью изменения температуры и состава катализатора. Кроме распределения по диаметрам, оптические данные позволяют сделать заключения о характере структуры УНТ. Действительно, тонкая структура оптических спектров поглощения должна содержать эквидистантно расположенные пики, соответствующие изменению диаметра нанотрубки на А<1 и 0,07 нм согласно (12.1) при п (а 30°). Представленные данные позволяют сделать вывод о преобладании в образце нанотрубок со структурой кресло. [c.377]

Другой важной проблемой многослойных УНТ является структура интеркалированных нанотрубок. Интеркаляция металлов или солей должна зависеть от их структуры и определяться способом синтеза УНТ. Так, нанотрубки, синтезированные в дуговом разряде или с помощью химического осаждения паров с применением катализаторов на основе железа или никеля, демонстрировали разные свойства по отношению к интеркаляции К и молекул РеС1з [16]. [c.381]

Интеркаляция осуществлялась только для УНТ, полученных элек-тродуговым способом. По данным рентгеновской дифракции интеркаляция приводит к увеличению расстояния между плоскостями нанотрубок от 0,344 до 0,53 нм в случае атомов К и до 0,95 нм в случае РеСЬ. Это свидетельствует о том, что интеркаляция затрагивает каждую нанотрубку, а не промежуток между ними. Интеркалированные нанотрубки принимают характерную форму стручков или бамбука, в которых имеются сжатые и выпуклые участки. В результате УНТ, полученные электродуговым способом, имеют структуру свитка, интеркалирование которого проходит не с торца, а через шов в боковой стенке. Что же касается нанотрубок, полученных методом VD, которые не подвержены интеркаляции, то для них предполагается структура русской матрешки. [c.381]

Дефектность структуры УНТ может ифать определяющую роль в регулировании ее свойств. Значительная часть многослойных нанотрубок имеет в сечении форму многоугольника, так что участки плоской поверхности соседствуют с участками поверхности с большой кривизной, содержащей края с высокой степенью -гибридизации углерода [8]. Эти края ограничивают поверхность, составленную из sp -гибридизованного углерода. Наличие sp дефектов приводит к искажению прямолинейной формы трубки и придает ей фору гармошки. Вообще, с ростом числа слоев происходит все большее отклонение формы нанотрубки от идеального цилиндра и в ряде случаев наблюдается многогранная форма внешней оболочки. Иногда поверхность УНТ покрыта тонким слоем аморфного углерода. Далее, для многослойных УНТ, полученных в дуговом разряде, характерно изменение расстояний между слоями от 0,34 до 0,68 нм. Это указывает на присутствие дефектов в нанотрубках, состоящих в отсутствии одного или нескольких слоев. [c.381]

Итак, вьшолненные молекулярные MNDO-расчеты моделей роста нанотубуленов на основаниях разной высоты (полиеновых кольцах и четырехслойных нанотрубках) доказали, что чем выше основание, на которое абсорбируются димеры углерода, тем эффективнее идет процесс их присоединения (в наших случаях АЕ = 14-15 эВ), т.е. многослойная структура будет сильнее притягивать к себе соединения-абсорбаты по сравнению с полиеновым кольцом. [c.91]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология