нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 23

Полагают, что природа >ффекта упрачнсшщ дамасской стали |юдобпа явлснша людифинации металлов (в данном случае Гс>С) в результате введения фуллеренов с послсду|ощси обработкой давлением ] ! ! ]. Специфическим применением композптов было еееделле УНТ р>лсм|л|есйеллп|ы|| на>>>>>е)>. Это позволило увеличить элсктричс- |!5 скую проводимость композита на восемь порядков без деградации оптических свойств. По-видимому, это связано с воздействием УНТ как стоков теплоты, предохраняющих от появления больши тепловых эффектов, разрушающих сопрюкенные системы, Опн.

санный композит может быть использован как излучающий слой в органическом светодиоде при применении сто в оптоэлектронике а введение УНТ в сверхпроводящий оксид приводит к улучшению сверхпроводящих свойств 14). Введение токопроводящих УНТ в конструкционные материалы (бетон нли пластмассы) позволит создать непрерывно действующую телеметрическую систему контроля качества н целостности конструкций 114).

Нанотрубки используют как щайьчзлы при изготовлении УНТ из неорганических материалов ! !4! или гибридов„содержащих углерод — бор — азот !41 В частности, получены полые нанотрубки из оксида циркония. а также из оксида цнркония, стабилизированного оксидом иттрия, из покрытых соединенном циркония УНТ путем выжигания углеродной основы. Тот же подход использован при получении нанотрубки из пентаоксида ванадия. Предварительно покрытую слоем Ч,О, УНТ удаляли оксидированисм при температуре них<с температуры плавления наружного слоя (б90 'С). Для получения тонкослойной керамической наноструктуры толщиной в несколько сотен нанометров смесь из измельченных УНТ с порошком Ч.О, нагревали до 750 'С и выдерживали до заполнения УНТ и пространства между ними окспдом ванадия. В УНТ диаметром менее 3 нм заполнение имеет аморфную структуру и высокую пористость.

Нанотрубки большего диаметра заполнены монокристаллом оксида ванадия. Покрытие УНТ снаружи в виде пленки однородно по толщине. Дальнейшее окисление приводит к полному удалению графитовых слоев !2!. Углсродныс напотрубки превращали в ьаунблгдлые лилпе>ларлглл путем их взаимодействия с лстучимн оксидами и/или галогснидными частицами при температуре 1000 1500 'С. Исходным материалом случкили УНТ, полученные каталптичсски, а нс дуговым испарением и поэтому свободныс аг н шочастиц. 1.1аностсржни приготовлены пз ХЬС.

ГсХ, Б!С, ВС,. ТаС и др. !4!. о ° В С Х О е В С Х Рис. 41. Структура двух кресельных ВС.Х-нанотрубок с хиральностью (4. 41 На основе УНТ изготовляют ткш~ь. Нити для ткани получают по технологии. близкой к технологии прядильного производства. Водную суспснзию однослойных УНТ диаметром 1...2 нм, соб- ( Синтез В„СтХ=нанотрубок длиной до 100 мкм выполнен дуговым испарением и пиролитически, При дуговом испарении смесь барного и графитового порошка помещали в полый графитовый анод с последующим дуговым испарением в атмосфере азота. Пиролизу подвергали соединение СНзСХВС1э при 900...1000 'С на порошке кобальта-катализатора.

Были получены УНТ, состоящие яз слоев. содержащих все три элемента, или слоев, полностью углеродных и полностью борннтридных. Крышечки трсхслойных УНТ плохо сформированы по сравнению с крышечками чисто углеродных нанотрубок, предположительно из-за сложности образования пятичленного кольца в ВСХ-сетках. В показанных на рис. 41 кресельных УНТ одна струклура имеет непрерывные цепочки углеродных атомов, расположенных по спирали вокруг поверхности, а другая нет. Предполагают, что ВС„.Х-нанотрубки должны быть полупроводящими, с модулем Юнга 900 ГПа 14), !(б раиных в жгуты диаметром ) 0..

50 нм, смешивают в потоке с вод. ным раствором поливинилового спирта в присутствии поверхностно-активных веществ. Это приводит к ориентации УНТ в иа. правлении потока и образованию лент, которые вытягившот и вначале скручивают в плотные жгуты волосоподобных нитей диа метром 0,2...20 мкм, а затем — в волокна высокой плотности диа. метром 10...50 ыкм.

Степень ориентации УНТ в волокне убывает от периферии к оси с 75 до 35 % !4, 11!. Для создания >>/>я.яг>< используют многослойные УНТ, полу. чснные методом СУ!). В результате синтеза на подложке ферми. руют матрицу вертикально ориентированных УНТ диаметром 10 нм и высотой 100 мкм. Затем их скручивают в пряжу длиной 30 см и шириной 200 мкм. Отдельные нити пряжи имеют диаметр порядка нескольких сотен нанометров. Известны примеры получения более толстых нитей порядка 1 мкм, из которых скручивают пр>гя<у диаметром 20...50 мкм с плотностью 0,8 г/см'. Оценочно нить диаметром 5 им содержит до 100 000 индивидуальных УНТ, что иа 3 — 4 порядка превышает количество нитей в шерстяной или хлопковой пряже.

Прочность на растяя<сние нитей составляет 150„.300 МПВ, смачивание поливиниловым спиртом повышает прочность нитей в 3 — 4 раза и придает им высокие электрические свойства. Размер пор нс превышает 8 нм. Нити из УНТ сохраняют угол скручивания после снятия нагрузки или разрезания, что объясняют действием сил трения между нанотрубками. Завязывание нитей в узлы не снижает их прочности. Описанная пряжа обладает способностью поляризовать оптическое излучение, пропуская только фотоны, направление поляризации которых параллельно оси УНТ. В этом случае степень поляризации излучения с длиной волны 325 нм достигает 0.92, а материал из нитей диаметром 10 мкм можно использовать для поляризации дальнего У<!>-излучения !11 !.

Пряжа из УНТ и текстильные изделия из нес могут найти применение как элсктропроводящис ткани, для питания искусственных мышц, изготовления пуленепробиваемых жилетов, блокирования электромагнитных волн и др. !4, 1 Ц. Помимо пряжи из однослойных и многослойных УНТ изготовляют двухмерный материал в виде широкого прочного прозрачного лодел>><а. Например, из массива УНТ диаметром 10 нм и высо- 118 той 245 мкм, напоминающего тРавУ, с помощью клейкой ленты вытягивают в лист площадью 500 см с массовой плотностью > ! 5 кг/и., Для получения полотна длиной 3 м„шириной 5 см и толщиной 18 мкм достаточно 1 сл! массива УНТ высотой 245 мкм, Возможно изготовление полотна посредством взаиь>ного нале>кения под углом несколы<их слоев ткани из УНТ. Плотность полотна повьцпак>т погружением, например. в этанол. Испарение жидкости приводит к с>катив полотна под действием спл поверхностного натяжения до толщины 50 нм, что соответствует массовой плотности 0,5 г/см', Уплотнснноо полотно УНТ обладает высокой прозрачностью к видимому и инфракрасному излучению, возрастающей с увеличением длины волны излучоиия до 90 % при !< > 1 мкм, и приобретает поляризацию.

степень которой составляет 0,71 (7 = = 500 нм) и 0,74 (Х = 780 им). Уплотнение полотна, приводящее к снижению упорядочения УНТ, способствует сии>кепи>о анизотропии его элсктропроводиости. Полотно из УНТ имеет очень высокие механические свойства, Например, удельная прочность Ва растяжение 18-слойного полотна достигает 465 МПа/(г/см').

Для высокопрочной пали это значение составляет 125 МПа/(г/см>), для алюминиевых сплавов — 250 МПВ/(г/см>), Двухмерное полотно из УНТ считается псрспактивиым материалом для использования в мониторах, видеомаг>>ито<1>оная, солнечных батареях, твердотельных источниках света. космических лифтах и др. К настоящему Времени из УНТ со:>дана ткань длиной !ми шириной 5 сы Одним из ВарнантоВ и!>терпела из УНТ яВляется нзалео, В которой УНТ вь>стросны в определенном направлении под действием магнитного поля иа стадии образования однородной суспензии.

Степень выстраивании контролировали с памощюо поляризованного лазерного луча, который пропускали через суспензию при различных значениях напра>ксниости мапштного поля и под разными углами поляризации. Известно, что УНТ с металлической проводимостью, оудучи параыагнстиками, имеют тенденцию к выстраиванию в направлении действия магнитного поля. Остальные УНТ, буду ш диамагистиками с отрицательной магнитной восприимчивостью, сйюмятся выстроиться в направлении действия магнитного гюля.