нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 11

Эта цепочка нс разрывается с отодвиганисм концов нанотрубки, а растет с добавлением углеродных атомов к обоим се концал!. Поведение УНТ при изгибе аналогично поведению резиновой трубки, КРаЯ гексагональной Решетки в области изгиба Расплю„(иваются, межплоскостные расстояния изменяются; в районах , юкду сгибами заметны уширсння. В области изгиба наблюдаются разрушенные слои, но явного разрыва нет. В л!сдельных наследованиях осевого с!кзтия кресельной нзно !рубки с хиральностью (7, 7) установлано.

что зависимость относительной энергии деформации от относительной осевой дсфорл!ацни с!, ис превышающей 0,05, имеет квадратши!Ый характер При увеличении в! до О,! 5 образец тарас! устойчивость, возникают два участка утонения с утолщением между ними. Утонсние сопровождается частичными разрывами с образованием четырех ступенек на упомянутой зависимости, имеющей при и = 0,05.,.0,15 линейный характер [4[.

Такие механических свойства обусловлены отсутствием дефектов в виде дислокаций и грающ зсрси, а такжс способностью шестиугольников менять свою стру!сгуру и пс рваться. Это уникальное следствие того, гго углерод-углсродныс связи л7!! при изгибе могут перегибридизироваться на «7!'. Степень измснею!я и коэффициенты смешиваню! я и уз зависят от того, насколько изогнуты связи [!) [. 2.3.

Электрамехапичсскис свойства Особенностью УНТ является связь между сс электронными характеристиками, в частности проводимостью, и механической дефарыацисй. Поэтому УНТ, облада!ощую способностью преобразования механического дани!опия в электрический сиплал, рассматривают как элсмонт наноэлсктролюханичсских систем. Выявлена связь электронных и механических свойств УНТ и непасредственнога механического воздействия, действия акустол!еханвческаго эффекта, УФ- и оптического облучен!и и действия слабого потока электронов [11[.

Теоретически и экспериментально определено, что с ростом угла изгиба сопротивление У1-!Т возрастает. Например, изгиб на 105'уменьшает проводимость нанотрубки от 1(й) до 1 мкСм ()! = = 1 МОм). Уменьшение температуры в пределах 300 ...60 К при испытании изогнутого участка привело к снижсншо проводимости до !3 = 70 нСм (Л = 14,2 МОм) !4). В исследованиях на двухслой.

иых УНТ с применением СТМ приближение кремниевого накс. печника, покрытого платиной, вызвало упругий изгиб нанотрубкв на 50'. Прн ыалых приложенных напряжениях ток через прямую или изогнутую УНТ меняется пропорционально напряжению, Удельное сопротивление изогнутых УНТ выше, чем прямых. С ростом напряжения ток растет интенсивнее, достигая насыщения в 13 мкА для УНТ диаметром 2 нм при напрюкснии 3,4 В.

При даль. нейшем увеличении напряжения отмечено ступенчатое снижение тока до 9,7 мкА при разрушении наружного слоя. Разрушению УНТ предшествует появление пластической деформации, достк. гающей в рассматриваемом примере 20.„30', При увеличении диаметра УНТ до 6,5 нм критическое значение тока„при котором возникает пластическая деформация, снизилась наполовину. Закручивание УНТ вызывает появление запрещеннои зоны, ширина которой увеличивается с ростом угла закручивания 11Ц. Установлено, что сопротивление в 7...25 кОм однослойных полупроводниковых УНТ, закрепленных на дсформирусмой давлением О,Г47 МПВ мембране, имеет как возраста!Ощую, так и падса!01цую ЗВВИСНМОСТЬ ОТ НВГр>сэкн. ПОЛВГВ10Т, «1ТО ХНРВКТСР ИЗМС. нения сопротивления связан с эффектом изменения ширины запрещенной зоны при деформации 11 Ц, Экспериментальна обнаружена высокая чувствительность электрических характеристик УНТ к присутствию высокочастотного электромагнитного поля (акустоэлсктричсский э11>фскт).

Исследования выполнснь! на образцах жгугов из однослойных УНТ диаметрол! 1,2 нм, содержащих 200 и 100 УНТ и имеющих сопротивление соответственно 65 Ом н 1О кОм. Первый из образцов проявил сверхпроводящнс свойства при Т < 1,2 К, второй — свой.

ства полупроводнн«а. У обо~к образце~ зависимость падения напряжения от частоты переменного поля с амплитудой 1 В !Сл>, измеренная у первого образца при токе 2,7 мкА и температуре Т = = 120 мК, нОсит ярко Вырюкснный рсзоиансный характср и прояВ" ляется в пиках напр>шсений при частотах, кратных 330 МГц (у первого образца). Авторами работы сделан вывод о том, что Образец УНТ под действием ВЧ-поля испытывает механические колебания с частотами, кратными собственной частоте. что подтвср>кдснс теоретическими расчетами (!! ~. Механические харакгеристики У1-1Т изменяются не только в результате прохождения электрического тока„ но и пад воздействием УФ-облучения.

Обнаружены изменение электрического сопротивления н увеличение упругих свойств (модулей упругости первого и второго рода) у жгутов диаметром 50 мкм из однослойных УНТ в результате УФ-облучения при длине волны 365 нм и интенсивности в фокусе 3„5 Вт/сл>~. В течение 2 мин удельнос со- ПРОТВВЛСННЕ СНИЗИЛОСЬ На 90 % ОТ Нсасс>саЛЬНОГО Знас>ения„сстствю>СЬ неизменным при продолжении Облучения. Оценка модулей упругости проведена при измерениях резонансной частоты продольных колебаний образцов жгутов длиной до 15 мм, связанных концом с мембраной громкоговорителя, производящего шум случайного характера, Облучение в течение 60 с привсло к двухкратному увеличению резонансной частоты образцов (до 950 Гц) и четырехкратному повышению их модуля Юнга до 20 х 0,5 ГПа без изменения прн дальнейшем часовом облучении.

Видимые в электронный микроскоп изменения структуры образцов не найдены. При облучении жгутов нз нескольких десятков однослойных УЫТ светом галогснной лампы (150 Вт) илн Не-)л)е-лазерсз (10 мВт) в трубках возникает электричсский ток и они начиншст перемещение. Характер перемещения (раствкснис, изгиб, взаимное расталкнваннс УНТ) Определяется интенсивностыа облучения н имеет упругий характер, поскольку образцы УНТ возвращаются в исходнос положение после прекращения облучения. Наряду с УФ-облучением повышение модуля сдвига жгута и его элсктропроводности может быть достигнуто слабым облучением электронами. Эффективность действю1 электронного облучения ниже действия УФ-облучения, В частности, удельнос сопротивление снизилось до 6000 Ом м, что вчетверо превышает значение, которос достигнуто с помощью УФ-облучения (1Ц, Облучение электронами с энергией 200 кэВ и потоком 1,35 1О" 14см> с) через 18 мин привело к разупорядочснию графитовой структуры УНТ.

Облучение УФ-лучами илн слабым электронным пучком вызывает образованис химических связей между отдельными УНТ в составе жгута. Это повышает жесткость жгута как целого и облегчает прохождение сквозь УНТ электрического тока. 57 К насосу Водяное Чс! 3, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В настоящее время в нанотехнологии используют два метода получения нанообъектов: сверху вниз (!Ор-до>оп) и снизу вверх (Ьоцовт-ир). Первый основан на получении наноэлементов из макроскопических частей материала с помощью усовершенствованной электронной, рентгеновской, ионной и штамповой литографии, Второй базируется на самосборке и самоорганизации наноэлементов атоь! за атомом или молекула за молекулой и реализуется в природе.

Углеродные нанотрубки получают синтезом углсродсодер>кащих материалов при повышенной температуре„используя катвлитическне и нскаталитические методы. В данной работе рассмотрены методы синтеза УНТ в макроскопических (граммовых) количествах, включая элекгродуговое, лазерное и солнечное испарение Графита, а также химическое осахсдсние паров Газообразно" го углеводорода (8).

Для получения УНТ также применяют химическое осаждение паров из плазмы, содер>кащей углеводороды: электролнтический метод с использованием графитовых электродов; метод х>ьмического превращении твердого полимера в материал, содержащий УНТ; твердотельный пнролнз (разложение или другие превращения химических соединений при нагрсвании) тугоплавких соединений углерода;пиролиз бензола (СеНе) в присутствии водорода; прямое каталитическое превращение композитных порошков; сгорание углеводородов в пламени (например, свечи) и др. (4, 8). Технология получения УНТ включает их формообразование и очистку.

3.1, Получение нанструбок в макроскопическнх количествах Электродуговое распыление графита (дуговой разряд постоянного то!та) в атмосфере буферного (поддерживающсго постоянство среды) газа (гелия, аргона или азота) приводит к образованию сажи (в виде хлопьев или порошка), содсржащсй фуллерены, одно- и многослойные УНТ и ыногоутольныс графитовые частицы нйномстровых размеров. НепрерыВный поток Газа прн 311данном дав" ленин является более предпочтительным, чем сохранение статической среды. В установке при дуговом разряде (Хд = 100 А, )сд = 25... 35 В) возникает интенсивное испарение поверхности анода (рис. 17, а).

Ширину окруженного плазмой промакутка между графитовыми катодом и анодом поддерисивают постоянной и равной 1 мм. Темпереатура плазмы достигает 4000 К, давление газа у поверхности анода равно 0,067 МПЙ. Катод и анод помещают в медные водоохлаждасмые вставки (2). Атомы )тлерода переыеща>отея из горячей в холодную часть плазмы, где происходит их сублимация (переход из газообразного состояния в кристаллическое, минуя плавление).

При нормальном давлении углерод сублимируется при температуре 3780 К. Часть сублимированного материала, осаждюссь на обращенной к аноду торцевой и боковых поверхностях катода или водоохлаждасмой поверхности разрядной камеры, принимает форму свернутых в трубку графитовых элементов, перпендикулярных поверхности осаждения. фуллсрсны Осаждаются Вмссте с сажей тОлы(0 нВ стсн11ВХ Газораз" рядной камеры 181. Максимальный выход УНТ получен при минимально вазмох<ном токе дуги, необходимом для ее стабильного горянин. Случайное повышение тока на насколько минут превращает сажу в твердый кусок спекшегося графита 121, Расходуемый трафитоаыя анод Подача жид а>от Отбор наиотрубок Генератор и аэота сс б Рне. 17. Схемы установок для получения УНТ элскгродуговым расиылсш!см графита: и — схема Кре >чакра.

б — схема с исиодьтоиаиием жидкого азота Считается, что форма и содерхшние осадка, образующегося на катоде вследствие дугового испарения, сильно зависят от условий охлаждения. Недостаточное охлах.денис приводит к росту слоистого осадка (рис. !8, а), а УНТ находятся в отдельных слоях и ориентированы случайным образом, Эффективное охлаждение электродов способствует образованюо цилиндрического и однородного ободка, состоящего из твердой внешней оболочки сплавленного материала и более мягкой волокнистой сердцевины (рис. 18, б).

Сердцевина состоит из микроволокон, образованных связками УНТ, отдельными нанотрубками и ианочастицами с соотношением последних 2:1 141, Рпс. 1Я. Схемы образования осадка на кятодс при дуговом лспарснпи; а — осад»к со слоист»я струк(Р роя, б — (>салах с пучками >вп<роволокои Образец с мйлык! '!ислом УНТ Визуально имсст порошкообразну>о структуру. Материал с большим числом УНТ можно «размазать», получив слоеподобныс хлопья с серым металлическим блсскол(, тускнеющим при соприкосновении с руками человека, Давление гелия 0,067 МПа считают оптимальным прп получении УНТ методом дугового испарения. (Для сравнения; при получении фуллеренов С«> тем хи методом оптимальным считают давление них<с 0,013 МПа (4!). Применение катода диаметром свыше 10 мы способствует увеличению выхода УНТ !81.