Углеродные нанотрубки

Содержание

Введение        3

1 Типы углеродных нанотрубок        4

1.1        Одностенные нанотрубки        4

1.2        Многостенные нанотрубки        5

2 Свойства нанотрубок        8

3 Области применения        9

4 Достоинства и недостатки нанотрубок        10

5 Методы получения нанотрубок        10

6 Применение углеродных нанотрубок в полимерных композиционных материалах        14

Заключение        16

Список использованных источников        17

Введение

В настоящее время развитие технологий достигло критической точки, когда применение микрообъектов уже невозможно. Нужно переходить на новый - наноуровень. В связи с этим возникла необходимость получения транзисторов, проволок с размерами примерно от 1 до 20 нанометров. Так, в 1959 году Роджер Бэкон создал изображения углеродных нанотрубок. В 1980-х Ховард Теннант подал заявку на патент на способ их производства. В 1990 году Ричард Смолли постулировал идею, что, если углеродные нанотрубки становятся достаточно большими, они превращаются в угольные цилиндры. Но только в 1991 году Сумио Иидзима, исследователь из лаборатории фундаментальных исследований NEC, не только сфотографировал нанотрубки, но и объяснил, что они на самом деле из себя представляют. Он поместил образец углеродной сажи, содержащей углерод, в электронный микроскоп, чтобы сделать несколько фотографий, и его внимание привлекли некоторые странные игольчатые структуры. Оказалось, что эти формы игл на самом деле были цилиндрами из атомов углерода, которые образовались одновременно с формированием нанотрубок. Они представляли собой решетку из атомов углерода, каждый из которых ковалентно связан с тремя другими атомами углерода. Новая молекулярная форма углерода открыла целую серию новых физических, механических и химических свойств. Эти уникальные свойства сделали нанотрубки ключевым элементом нанотехнологий. УНТ протяженные цилиндрические структуры диаметром от 1 до несколько десятков нм длиной до нескольких сантиметров. Состоят из одной или несколько свернутых в трубку иксогональных графитовых плоскостей и заканчиваются полусферической головкой. УНГ могут проявлять металлическую и полупроводниковую проводимость.

Существует множество свойств и областей применения углеродных нанотрубок, с различной механической прочностью, электро- и теплопроводностью.

1 Типы углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки — это искусственно созданные в лабораторных условиях одно или многостенные полые цилиндрические структуры, получаемые из атомов углерода и обладающие исключительными механическими, электрофизическими и физическими свойствами.

Углеродная нанотрубка – это аллотропная форма углерода в виде цилиндра, полученная при свертывании плоской гексагональной сетки графита без швов. Взаимная ориентация гексагональной сетки графита и продольной оси нанотрубки определяет очень важную структурную характеристику нанотрубки – хиральность.

Хиральность – это стереохимическое свойство молекул, когда они не могут быть наложены на свое зеркальное отражение любой комбинацией вращений и сдвигов. Она характеризуется двумя числами (m, n), которые указывают местонахождение того шестиугольника сетки, который в результате свертывания должен совпасть с шестиугольником, находящимся в начале координат.

Нанотрубки бывают нескольких разновидностей. Они могут быть либо однослойными углеродными нанотрубками (ОСУНТ), либо многослойными углеродными нанотрубками (MСУНТ) [1].

1. Одностенные нанотрубки

Одностенная углеродная нанотрубка (ОСУНТ; SWCNT) представляет собой цилиндр, состоящий только из одного слоя (стенки) молекул углерода. Обычно их изготавливают диаметром от 0,4 до 2 мм. Диаметр одностенной углеродной нанотрубки определяется диапазоном температур, при котором они синтезируются. Повышение температуры приводит к увеличению размера ОУНТ. Прежде всего это касается вершин нанотрубки, форма которых, как следует из наблюдений, далека от идеальной полусферы. Особое место среди одностенных нанотрубок занимают так называемые armchair-нанотрубки или нанотрубки с хиральностью (10, 10). В нанотрубках такого типа две из С-С-связей, входящих в состав каждого шестичленного кольца, ориентированы параллельно продольной оси трубки.