нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 16

ка предполагает наличие фрагмента, отсосдинившсгося от кристап. ла вдоль линии,т(>'-дефекгов !4(. Возникновение фрагментов с обра) зованнем хр -дефектов на )р -ссгкс графита наблюдали при сгибе и разрыве плоскостей графита при дуговом разряде.

В условиях высо. ких радиальных теьшературных градиентов протяжснныс фрагмевты скручива)отея в трубку, сс края соединяются и закаляются. Обрп. зовавшаяся УНТ может иметь цилиндрическую симметршо, так что линия, проходящая вдоль сторон шестиугольников фрагмента я перпендикулярная линии разрыва, после свертывания в трубку мржст быть вписана в окружность.

Возмох<ны различные способы соединения протяженных сторон фрагмента, отличающиеся относи. тельным смещением соединяемых сторон на конечное число шестиугольников. Графитовь)й листок должон ил!Сть форму парадлелограмма с острым углом 30' (! 31. Экспериментально нс обнаружено краев листка, которьш должны присутствовать на поверхности УНТ, имеющей структуру свитка. Установлено, что УНТ могут иметь одновременно слои разной спиральности и нсспиральной струхтуры, которые не могут образоваться при сворачивании одно. го листка графита. Однако такой механизм может реализоваться при формировании однослойных УНТ в присутстшш адсорбированиогс на поверхности металла, атомы которого нс позвол>иот листку графита скручиваться даль)ие (! 21 Согласие дислокациоиному механизму образования УЕГГ, листок графита не сразу закрывается, а продолжает скручиваться при нагреве или под действием вношних напряжений.

В результате слой графита сворачивается в спиралевидный сверток (рис. 22, а), удер>кивасмый ван-дер-ваальсовыми силами. Если упругис напряжения превышают напра>кение, необходимое для движения дислокации, то происходит проскальзывание дислокации — сдвиг плоскостей графитовых слоев в радиальном направлении (по стрелке) спира- псвидиого свитка. Каждое скольжение краевой или винтовой дислокации приводит к формированшо одной УНТ (рис. 22, б). Само мыкаиие листка может Происходить по МСханизму Застсгивания ,,олиии» (рнс, 22, В).

Число скольжений дислокации равно числу яоев в образующейся УНТ. При выходе дислокации на поверх„сть свитка скольжение прекращается. и многослойная УНТ готова (рис. 22. г). Если движение дислокации остановилось, а внутри!ш<й торец свитка продоля<аьт свора и)Ванис, то сколь>)<еиис )слокации возобновляется. В результате дислокация выходит на поверхность свитка В другом месте. По окончании движения дисп<)кпции и сворачиВгцшя сВиткп застройка Оболо )ск прскрпщаегся и образовавшаяся УНТ при Охлаждснш! может «Выпасть» из несвернутои ~)асти сии Гка и Рис. 22, О) адни обри')папаш УНТ; в — ск)>учис<пшс апик« П вЂ” оййп)оппиис о Пмс )пилой и«нотр)Г)м) в — и)пс«оклспис гак»окпп)ш,, — оп йп)оп«лис лпухспойпой У! ГГ В работе ( !2! Оцсисип возможность скольжения дислокаций и образования Уг!Т прп )словии, что упругая эисрпи натяжения свернутого в трубку )рафитового листка превышает энсрпио сопротивления криста)шичсской решен<и движению дислокации.

расчет показал. что радиус св)пкп. При котором начинается скольжсвие и образование У! П'. Составляет 10 им Обрпзовшииаяся по такому механизму многое)юйипя УН'! Пошкип состоять из слоев одной спиральиости. Ио разных хирвльиостсй. Если в процессе скольжения дислокации спм св)пок вьггя)зи)асгся вдоль оси скручивания, то это м<оксг иривсгд и к Обрпзовпишо слоев разной спирпльиости, что подтверждено зкспсримс)ггплы)о При описанном механизме роси У1-!Т ирсдно)ииппшя ипли шс исходных спиралевидных свитков и условий ) исрсшюго ипгрсвп графита, приводя- 79 щих к РазРУшению ван-дсР-ваальсовой свЯзи междУ слоЯми бс> разло>кения на отдельные атомы Предложены две модели роста однослойных уНТ ф, „ ном-зародышем: одна для раста с открытым концом, друпщ закрытым [131. Нал>шис у УНТ открытых канцон объясняют нанн. чнсм связей между слоями.

При тсмпсратурс 3000 К конфигурацн„ слипшихся связсй непрерывно флуктуируст и создает активннс места для адсорбцни и внсдрснш1 новых атомов, приводя к росту УНТ ]131 Согласно модели Х. Крота, растущие УНТ имеют закрытыс концы. Атомы углерода могут быть вставлсны в закрытую фуллсрснаву!о павсрхнасть в акрастностнх пятиугольников с последующим псрсходом в равновсснос состаянис. В рсзультатс про. изойдет нспрсрывнос вытягнванис псрвоначального фуллсрскк Молскулы Св> и С>о могут произрасти в бальшиа фулларсны прн добавлении малых углеродных фрагментов, Эзо правдападабнас абъяснснис получсннн однослойных У)П нс годится для многослойных по всай длинс УНТ, поскольку предполагает очередность в формировании слоав и прекращение вытягивания внугрсннсга слон, как только второй наружный слой окажстсн закрытым ) 41.

Однослойные УНТ образуются прп дуговом разряда талька в присутствии металла илн при лазерном испарснии смеси гра11Н!та с мсталлами. Структура и механизм роста однослойных УНТ, полу. чснных этими методами, опрсдслнются мсталлами или ых соединениями, примененными в качсствс катализаторов ~13). Исследо. ваниями сажи, собранной на разных расстояниях от дуги, ПОКВЗВНО, к!Та Нй НВНак!ВСТНЦВХ ИЗ СПЛВВВ Лаитаиз! С УГЛСРОДСИ связки однослойные УНТ формиру>отса прп нахождснии частлц в области с температурой 800...1000 К. При умсньшснин температуры выделяется растворенный в наночастицс углерод и рост УНТ происходит са стороны наночастицы. Возможен такжс механизм рсстй УНТ с нйр) я<нага канцй зй счст встйвки йтамав и мм!й>ак>>во.

торов углсрода. При разложении углеводорода, например ацетилена С>Н, ия фронтальной поверхности мсталличсской частицы выдсляются водород н углсрод, который растворнстсн в мсталлс. Далсо растворенный углсрад диффундируст сквозь частицу, а затсм выдслнстся вв движущейся лицевой стороне, формируя нить углеродного волокна (рис. 23, а — г). Полага!ат, что описанный механизм образввния углеродной структуры может быть учтсн при анализе процессов образования УНТ ~ 4).

Сянз Ловко>кко р>к. 23. Модель роста квтвлитпчсских углеродных волокон в калтралирчсмай атмосфере: и — ис>жвв>чссквв >вспокв о — рв пожсипс внеписнв, и — лиффунянроввнис >тлероло через мслплическцо чвс шцу, и — фориоввнио нити Существуют даа подхода для получения протяжснных УНТ: вилрямлснис имсющихсн УНТ и выращивание протяжснных УНТ НВ ПОДЛОНСКВХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВВНИИ Кк1ТВЛИТИк1ССКИХ МСТОДОВ.

Предложено нссколысо мадслсй дсйстВил катализатора при явталитнчсском разложании углсводародов Д. Палагиот, что катализаторами роста УНТ в паровой среде могут являтьсн отдельные атомы мсталла или малые кластсры. Углсродныа кольца а гвзафазныс кластсры тш!а карбида кобальта (возя>а>хна. зарянснныс) >югут быть прсдшсствснниками формирования !1>уллсрснов. Согласно модели, описывающей механизм получения кресельных УНТ, атомы мегвллического катализатора в результате химическсп адсарбции (повышение концентрации вещества вблизи поверхносп! раздела фаз из-за нсскомпснсированности межмолекулярных снл) присоедишпотся к оборванным связнм на открытом конце нанотруб.

кн. Затем, «обегая» ее по кряка, способствуют захвату атомов углеро. да из паровой фазы и встраиванию их в стенку УНТ. Вместе с тси известно, что подложка после удаления блоков УНТ с ес поверхнастп сохраняет способность к росту ориентированных УНТ при осажде нии, в частности, этилена (СН. = СНз). По-видимому, механизм роска вертикально ориентированных УНТ связан с процессами на поверх. ности подложки, а не на вершине нанатрубки 13). 5. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУВОК Уникальные свойства УНТ открывают широкие возможноств для их применения в различных областях деятельности.

В 1992- 1993 гг. Определились основные потенциальные области применения УНТ вЂ” электроника и материаловедение 110). Нанотрубки в микроэлектронике. Предлагаются технические решен)и по использаваниго УНТ в диодах, полевых транзн. сторах, катодах, переключателях, чипах и др, Длн использования в микроэлектронике наиболее подходят УНТ кресельного типа с хнральностью (10, 10) диаметром 1,36 нм. Они обладают металличсским типом проводимости и наиболее стабильны. Диоды. Основой полупроводникового элемента малых размеров может служить однослойная УНТ с дефектам, внедренным в область ее изгиба.