Что такое углеродные нанотрубки?

Давайте разберёмся, что такое углеродные нанотрубки и с чем их едят. Углеродные нанотрубки - материалы, которые можно представить как один слой графита свёрнутый в цилиндр. Диаметр нанотрубок может варьироваться от долей (порядка нескольких десяткой атомов) до нескольких десятков нанометров. Длина нанотрубок может достигать нескольких сантиметров. Примерная структура показана на Рис 1 [1, 2].

Рис. 1 Схематические модели одностенных углеродных нанотрубок в зависимости от угла наклона стенок: (a) θ = 30◦; (b) θ = 0◦; (с) 0 <θ< 30◦ [2].

Углеродные нанотрубки бывают как многостенными так и одностенными, и для лучшего понимания посмотрите на Рис.2 [3].

Рис. 2 Типы углеродных нанотрубок: а) многостенные нанотрубки (4-х стенные); b) одностенные наотрубки; c) многостенные нанотрубки [3].

Сейчас уже умеют выращивать "лес нанотрубок" Рис. 3:

Рис. 3 "Лес нанотрубок".

История исследований

Впервые углеродные волокна очень маленького диаметра (меньше чем 10 нм) были получены в 70-x, 80-х гг. 20-го века. В настоящее время углеродные волокна синтезируются разложением углеводородов в газовой фазе при высоких температурах на поверхности металлических катализаторов [4]. Однако первое детальное исследование нанотрубок появилось только в 1991 г. в Японии [3], в котором был применён просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения (High-Resolution Transmission Electron Microscopy), также независимо от них российские исследователи сообщили в 1992 г. о пучках нанотрубок [5,6]. Большое внимание к исследованиям нанотрубок привлекла работа, проведённая в университете Райса [7]. В ней была выдвинута мысль, что трубки могут быть похожи на фуллерены. И как говорится, понеслось. Все старались получить нанотрубки как можно меньшего диаметра. При этом многие исследователи придерживались идеи, что тонкие одностенные нанотрубки продемонстрируют уникальные электрофизические свойства. В 1993 г. были впервые получены одностенные углеродные нанотрубки (до этого все нанотрубки были многостенными). Это открытие крайне важно с точки зрения фундаментальной науки, так как одностенные углеродные нанотрубки обладают упорядоченной структурой и их проще изучать.

Вероятные области применения
Применять углеродные нанотрубки можно в качестве: сверхпрочных нитей, композитных материалов, нанопроводов, прозрачных проводящих поверхностей, топливных элементов, капсул для хранения и переноса веществ. Одностенные нанотрубки можно использовать в качестве сенсоров токсичных и парниковых газов.Можно запилить трос для космического лифта: нанотрубки, теоретически, могут держать огромный вес — до тонны на квадратный миллиметр. Отмечаю, что это вероятные области применения!

И пару слов почему мы этого не видим на практике. Это дорого, так как однородные свойства нанотрубок получить сложно. И до настоящего времени никто не получил нанотрубок длиннее пары сантиметров.

Если вам интересно, могу рассказать как получают эти самые "наши нанотрубки". Если есть вопросы - спрашивайте отвечу.

С вами был @boltyn. Не забывайте подписываться, вас ждёт ещё много удивительного.

1. Dresselhaus, Mildred S., Dresselhaus, Gene, Avouris, Phaedon. Carbon Nanotubes - Synthesis, Structure, Properties and Applications. Springer 2001.
2. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. Saito, Carbon 33, 883–891(1995)
3. S. Iijima, Nature (London) 354, 56 (1991)
4. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. C. Eklund, Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes (Academic, San Diego 1996).
   5.Z. Ya. Kosakovskaya, L. A. Chernozatonski˘i, E. A. Fedorov, JETP Lett. (Pis’ma Zh. Eksp. Teor.) 56, 26 (1992)
5. E. G. Gal’pern, I. V. Stankevich, A. L. Christyakov, L. A. Chernozatonski˘i,JETP Lett. (Pis’ma Zh. Eksp. Teor.) 55, 483 (1992)
6. G. G. Tibbetts, J Cryst. Growth 66, 632–638 (1984).