Роль нанотрубок в нанотехнологической индустрии

Роль нанотрубок в нанотехнологической индустрии
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Гусев Алексей Алексеевич
Ткаченко Ирина Михайловна, к.т.н., доцент
Кожанова Евгения Романовна, к.т.н., доцент
Role of nanotubes in nanitechnilogy industry
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Gusev Aleksey
Tkachenko Irina, candidate of technical Sciences, associate Professor
Kozhanova Eugenia , candidate of technical Sciences, associate Professor
Nowadays, nanometer-scale objects are becoming more and more popular. Many
sources, especially English, associate the first mention of the methods, which would
be called nanotechnology later, with the well- known performance of Richard
Feynman «There's Plenty of Room at the Bottom», which was organized by him in
1959. As for this scale, then it includes fullerenes, nanocomposites, carbon nanotube,
nanocrystal, ferromagnetic alloys, etc. New physical phenomena start to operate in
such kind of systems. Nanostructured solids are attractive for both studying the
fundamental properties and using new technologies, for example, in the process of
the development of information media with high recording density. This allows us to
speak about the birth of a new industry - nanotechnology.
Объекты нанометрового масштаба становятся всё более популярными в
последнее время. Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое
упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией,
связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана «There’s Plenty of
Room at the Bottom», сделанным им в 1959 году. Что касается данного
масштаба, то к ним относятся фуллерены, нанокомпозиты, углеродные
нанотрубки, нанокристаллические ферромагнитные сплавы и т.д. В подобных
системах
начинают
работать
новые
физические
явления.
Наноструктурированные твёрдые тела привлекательны как для изучения
фундаментальных свойств, так и для использования в новых технологиях,
например, при разработке информационных сред с большой плотностью
записи. Это позволяет говорить о рождении новой отрасли — нанотехнологии.
Рост спроса на нанотрубки в мировом масштабе обусловлен их уникальными
физико-химическими свойствами. Углеродные нанотрубки могут найти
применение в огромном количестве областей: добавки в полимеры, поглощение
и экранирование электромагнитных волн, катализаторы (автоэлектронная
эмиссия для катодных лучей осветительных элементов, плоские панели
дисплеев,
газоразрядные
трубки
в
телекоммуникационных
сетях),преобразование энергии и многое другое.
Нанотрубки демонстрируют целый спектр самых неожиданных электрических,
магнитных, оптических свойств. Например, в зависимости от конкретной схемы
сворачивания графитовой плоскости (хиральности), нанотрубки могут быть как
проводниками, так и полупроводниками электричества. Электронные свойства
нанотрубок можно целенаправленно менять путем введения внутрь трубок
атомов других веществ.
Пустоты внутри фуллеренов и нанотрубок давно привлекали внимание ученых.
Эксперименты показали, что если внутрь фуллерена внедрить атом какогонибудь вещества (этот процесс носит название "интеркаляция", т.е.
"внедрение"), то это может изменить его электрические свойства и даже
превратить изолятор в сверхпроводник [1].
А можно ли таким же образом изменить свойства нанотрубок? Оказывается, да.
Ученые смогли поместить внутрь нанотрубки целую цепочку из фуллеренов с
уже внедренными в них атомами гадолиния. Электрические свойства такой
необычной структуры сильно отличались как от свойств простой, полой
нанотрубки, так и от свойств нанотрубки с пустыми фуллеренами внутри.
Интересно отметить, что для таких соединений разработаны специальные
химические обозначения. Описанная выше структура записывается как
Gd@C60@SWNT, что означает "Gd внутри C60 внутри однослойной
нанотрубки (Single Wall NanoTube)".
Провода для макроприборов на основе нанотрубок могут пропускать ток
практически без выделения тепла и ток может достигать громадного значения –
107 А/см2 . Классический проводник при таких значениях мгновенно бы
испарился.
Разработано также несколько применений нанотрубок в компьютерной
индустрии. Уже в 2006 году появятся эмиссионные мониторы с плоским
экраном, работающие на матрице из нанотрубок. Под действием напряжения,
прикладываемого к одному из концов нанотрубки, другой конец начинает
испускаться электроны, которые попадают на фосфоресцирующий экран и
вызывают свечение пикселя. Получающееся при этом зерно изображения будет
фантастически малым: порядка микрона. Экранирующие свойства нанотрубок
обеспечиваются их хорошей проводимостью. А низкий удельный вес и
возможность получения на нано-основе тонких прозрачных пленок, не
меняющих внешний вид экранируемого объекта, обеспечивают удобство их
использования в качестве защитного покрытия [2].
Другой пример – использование нанотрубок, как подходящий материал для
защитных покрытий от СВЧ излучения. В защите от СВЧ излучений
нуждаются и живые организмы, и электронные устройства.
Необычные электрические свойства нанотрубок сделают их одним из основных
материалов наноэлектроники. На их основе изготовлены прототипы новых
элементов для компьютеров. Эти элементы обеспечивают уменьшение
устройств по сравнению с кремниевыми на несколько порядков. Сейчас
активно обсуждается вопрос о том, в какую сторону пойдет развитие
электроники после того, как возможности дальнейшей миниатюризации
электронных схем на основе традиционных полупроводников будут полностью
исчерпаны (это может произойти в ближайшие 5-6 лет). Нанотрубкам
отводится бесспорно лидирующее положение среди перспективных
претендентов на место кремния [3].
Нанотрубки сегодня выступают в качестве наиболее перспективного
наноматериала. Об этом свидетельствуют присущие рынку темпы роста: в 2010
году прирост по отношению к предыдущему году превысил 40%, в результате
чего рынок достиг 668 млн. долл.
Таким образом, нанотрубки играют значительную роль в зарождающейся
нанотехнологической индустрии. По прогнозам аналитиков, рынок нанотрубок,
который характеризовался умеренным ростом до 2004-2005 годов, будет
значительными темпами расширяться в ближайшие годы.
Список литературы
1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. — М.: Физматлит, 2007. — 332-342 с.
2. Сухно И.В. Бузько В.Ю. Углеродные нанотрубки. — Краснодар: 2008г. — 31с.
3. Елецкий А. В. Углеродные нанотрубки. М.: УФН, сентябрь 1997г, т. 167, № 9, ст. 961-966