Развитие нанотрубок и фуллеренов, их практическое применение

ВВЕДЕНИЕ

(слайд 2)

Нанотрубки – цилиндрические структуры с диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длинной несколько микрон, состоящие из одного или нескольких свернутых в трубку графитовых слоев с гексагональной организацией углеродных атомов.

Изучение нанотрубок и фуллеренов  играет важную роль в развитии современной науки и техники.

(слайд 3)  

Объектом представленного реферата являются нанотрубки и фуллерены

Предметом – история развития нанотрубок и фуллеренов, их практическое применение.

Цель: Ознакомиться с историей возникновения и развития нанотрубок и фуллеренов. Рассмотреть их практическое применение.

(слайд 4)              Актуальность:

  В настоящее время нанотехнологии являются ведущей отраслью развития, т.к. микрокомпоненты начинают постепенно вытесняться нанокомпонентами, поэтому необходимо более подробное рассмотрение нанотрубок и фуллеренов как одних из основных компонентов нанотехнологий.

(слайд 5)                   Задачи:

1. Ознакомиться с литературой по теме исследования.

2. Описать историю открытия нанотрубок и фуллеренов.

3. Исследовать строение и физические свойства нанотрубок и фуллеренов.

4. Рассмотреть практическое применение нанотехнологий на основе нанотрубок и фуллеренов.

В данном докладе будут рассмотрены история изучения и практическое применение нанотрубок и фуллеренов.

(слайд 6)         История открытия фуллеренов

 Происхождение термина фуллерен связано с именем американского архитектора Букминстера Фуллера, который применял такие структуры при конструировании куполообразных зданий еще в конце XIX и начале XX вв.

В 1985 г. была открыта ранее неизвестная форма углерода – фуллерены.

 Еще в 1970 г. Осава в Японии предложил высокую стабильность молекулы C60 в виде усеченного икосаэдра, а в 1973 г. Советские химики Д. А. Бочвар и Е.Г. Гальперн провели первые квантово-химические расчеты такой гипотетической структуры замкнутого полиэдра C60.  Расчет показал, что подобная структура углерода имеет закрытую электронную оболочку и действительно должна обладать высокой энергетической стабильностью.

(Слайд 7)       Получение нанотрубок

Рассмотрим методы получения нанотрубок.

(слайд 8)             Разрядно-дуговой метод:

Разрядно-дуговой метод остается самым популярным. В этом методе для получения углеродных нанотрубок используют термическое распыление графитового электрода в плазме дугового разряда, горящей в атмосфере гелия. Этот метод позволяет получить нанотрубки в количестве, достаточном для детального исследования их физико-механических свойств.

(слайд 9)            Метод химического осаждения из пара:

Так называемым методом химического осаждения из пара, т.е простым пропусканием углеводорода над кобальт- или никельсодержащим катализатором при температурах 600-800 °C, тоже можно получить углеродные нанотрубки.

(В кварцевую ампулу, помещенную впечь и нагретую до 700-1000°C, подаютсяметан, этилен или ацетилен. Нанотрубки растут в присутствии переходных металлов)

(слайд 10)        Метод лазерной абляции

Метод заключается в обстреле помещенной в вакуумную камеру графитовой мишени  импульсным лазером. Выбитый лазерным импульсом углерод оседает на близко расположенную холодную подложку в виде нанотрубок. Добавляя в мишень разные катализаторы, применяя одновременно несколько лазеров с разной длиной волны излучения, можно добиться получения нанотрубок разных видов.

Источник лазерного излучения является печь нагретая до 1200 °C, графитовая мишень, охлажденный коллектор, на поверхности которого растут нанотрубки.          (рис)

(нет слайда)        Нанотрубки из спирта

Углеродныенанотрубки можно получать даже из спирта. В качестве катализатора при этом используют ацетаты железа и кобальта, растворенные в этиловом спирте и смешанные с мелкодисперсным порошком цеолита. Полученную суспензию в течение 10 мин подвергали ультразвуковой обработки, затем высушивали в течение 24 ч при 80°C .  Полученный порошок (светло-желтого цвета) загружали в ванночку, которую помещали в кварцевую трубку и нагревали в электрической печи в течение 30 мин в потоке аргона до температуры 600-800 °C. Затем в печь в течение 10 мин подавали пары этилового спирта из резервуара, находящегося при комнатной температуре. Давление паров спирта в трубке регулировали изменением температуры резервуара. Положительный результат получили при давлении паров ~ 5 Торр.