Fullerének és szén nanocsövek
Fullerének és a szén nanocsövek. Tulajdonságok és alkalmazások
Az alapot a fullerén molekula szén - Ez az egyedülálló kémiai elem, ahol a képesség, hogy kommunikálni a legtöbb elemek alkotnak egy molekula más összetételű és szerkezetű. Az iskolai kémia persze akkor, természetesen, azt tudjuk, hogy a szén két fő allotropic állami grafikonok és gyémánt. Most, hogy a felfedezés Fullerének, azt mondhatjuk, szén allotropes vásárolt egy másik állam.
Kezdeni, úgy a grafit szerkezetét molekulák, gyémánt és fullerén.
Grafit réteges szerkezetű (8. ábra). Mindegyik szál áll szénatomok kovalensen kapcsolódik egymáshoz szabályos hatszögek.
Ábra. 8. Graphite struktúra
A szomszédos rétegek tartják össze a gyenge van der Waals-erők. Ezért azok könnyen csússzanak egymásra. Egy példa erre szolgálhat egy egyszerű ceruza, ha kiad grafit rúd a papír réteg fokozatosan „kibújt” egymástól, nyomot hagyva.
Diamond van egy három-dimenziós tetraéderes szerkezet (9. ábra). Mindegyik szénatom kovalensen kötődik négy másik. Minden atom a kristályrácsban vannak elrendezve egyenlő távolságra (154 nm) egymástól. Mindegyikük társul egyéb közvetlen kovalens kötést képez a kristály, nem számít, hogy mekkora ez az egyik óriás makromolekula
Ábra. 9. gyémántrácsához
Mivel a magas energia-kovalens C-C kötések, gyémánt van a legnagyobb ereje, és nem csupán a drágakő, hanem mint nyersanyagok előállítására vágó és csiszoló szerszámok (esetleg olvasó hallott gyémántfeldolgozó különböző fémek)
A fullerén kaptak a nevét tiszteletére az építész Buckminster Fuller, aki feltalálta az ilyen szerkezetek használata az építészeti, épületgépészeti (ezért is nevezik gömbök). Fullerén egy szövetváz szerkezetet, nagyon emlékeztet futball labda álló „tapaszok” 5-és 6-ötszögletű alakja. Ha képzelni, hogy a szénatomok találhatók a csúcsai a poliéder, megkapjuk a legstabilabb fullerén C60. (Ábra. 10)
Ábra. 10. A szerkezet a C 60 fullerén
A C60 molekula, amely a legismertebb és a leginkább szimmetrikus reprezentatív családi Fullerén száma hatszög: 20. Ezen kívül minden ötszög határok csak hatszög és minden hatszög három közös oldalán hatszög és három ötszög c.
A szerkezet a fullerén-molekulák érdekes, hogy belsejében az ilyen karbon „labda” üreg képződött, amelybe beléphet az atomok és más anyagok molekuláit a kapilláris tulajdonságokkal, amely, például, a lehetőségét, biztonságos szállítás.
Mivel a vizsgálatok a fullerének szintetizálták és vizsgálták ezek tartalmazó molekulák különböző számú szénatomot-36-tól 540 (ábra. 11)
Ábra. 11. a fullerén szerkezet) 36, b) a 96, c) 540
Nanotrubka- egy molekula több, mint egy millió szénatomos alkilcsoport, amely egy cső, melynek átmérője körülbelül néhány nanométer, és hossza több tíz mikron. A cső falak szénatomok található a csúcsai szabályos hatszögek.
Ábra. 13, egy szén nanocső szerkezetet.
a) Az általános nézet a nanocső
b) nanocső szakadt egyik végén
A szerkezet a nanocsövek láthatóvá tehető a következő: hogy a grafit sík, vágott egy csíkot ki belőle, és „ragasztó” ez egy henger (sőt, természetesen, a nanocsövek nőnek nagyon eltérő). Úgy tűnik, hogy egyszerűbb nem is lehetne -, hogy egy grafit sík és kapcsolja be a henger! - de még mielőtt a kísérleti felfedezése nanocsövek egyik teoretikusa nem jelzett. Annak érdekében, hogy a tudósok nem tudták tanulmányozni őket, és csoda.
De mi volt meglepő - elvégre ezeket a csodálatos nanocsövek 100.000.
szor vékonyabb, mint egy emberi hajszál jelentek meg rendkívül tartós anyag. A nanocsövek 50-100-szor erősebb, mint az acél, és hatszor kevésbé sűrű! A Young-modulus - a szint az alakváltozás lényegében az anyag ellenállásának - a nanocsövek kétszer magasabb, mint a hagyományos szénszálak. Azaz, a cső nem csak erős, de rugalmas is, és hasonlítanak a viselkedés nem törékeny szalma, és a kemény gumicsövet. Hatása alatt a mechanikai feszültség meghaladja a kritikus nanocsövek viselkednek elég extravagáns: nem „rush”, nem „hibás”, hanem egyszerűen átrendeződött!
Jelenleg a maximális hossza a nanocsövek a tíz és több száz mikron - ami természetesen nagyon nagy atomi szinten, de túl kicsi a mindennapi használatra. Hossza azonban az előállított nanocsövek fokozatosan nőtt, most tudósok jöttek közel centiméter mérföldkő. Kaptunk többrétegű nanocsövek 4 mm.
Nanocsövek jönnek különböző formában: egyrétegű és többrétegű, egyenes és spirál. Továbbá, mutatnak egy sor váratlan elektromos, mágneses, és optikai tulajdonságait.
Például, attól függően, hogy az adott hajtogatási áramkör grafit síkban (kiralitás), nanocsövek lehetnek vezetékek, félvezetők és a villamos energia. Az elektronikus tulajdonságait nanocsövek lehet szelektíven változtatható a bevezetése a csövek más anyagok atomok.
Az üresség belsejében fullerén és nanocsövek már régóta felkeltette
tudósok. A kísérletek azt mutatták, hogy ha az atom belsejében fullerén be semmilyen anyagot (ezt a folyamatot nevezik „beiktatás”, azaz a „végrehajtás”), ez megváltoztathatja az elektromos tulajdonságok és még be a szigetelő egy szupravezető!
És ha igen, akkor is változtatni a tulajdonságait nanocsövek? Kiderült, igen. A tudósok képesek voltak, hogy ültessék át az egész láncot a nanocsövek fullerénekkel már beléjük ágyazott gadolínium tartalmaz. Az elektromos tulajdonságai az ilyen szokatlan szerkezet nagymértékben különbözött a tulajdonságait egy egyszerű, üreges nanocső és a nanocső tulajdonságok belül az üres fullerének. Érdekes megjegyezni, hogy a konkrét kémiai megnevezése tervezett ilyen vegyületek. A fent ismertetett szerkezet van írva, mint a Gd @ C60 @ SWNT, ami azt jelenti, „Gd C60 belül belül egyetlen falú nanocső (egyfalú nanocső)”.
Vezetékek macrodevices alapú nanocsövek Átadhat aktuális lényegében izolálása nélkül a hő és a jelenlegi elérheti a túlnyomó fontos - July 10 A / cm 2. Klasszikus vezetőben ilyen értékek lesznek azonnal elpárolgott.
Egy másik példa - használni nanocső csúcsa pásztázó mikroszkóppal. Tipikusan ilyen csúcs van egy kihegyezett volfrám tű, hanem atomi szabványok, például élesítés mindig elég durva. Nanotube a tűt jelent ideális átmérője nagyságrendileg néhány atom. Alkalmazásával egy bizonyos feszültség, lehetőség van, hogy vegye fel a teljes atomok és molekulák a szubsztrát közvetlenül a tűt, és át őket egyik helyről a másikra.
Szokatlan elektromos tulajdonságait nanocsövek teszik számukra az egyik legfontosabb anyag a nanoelektronika. Ezek alapján készült prototípus az új elemek a számítógépek. Ezek az elemek csökkentő eszközökkel összehasonlítva a szilícium több nagyságrenddel. A kérdés most tárgyalt aktívan kb, milyen irányba fog az elektronika fejlődésével után a lehetőséget a további miniatürizálás elektronikai áramkörök alapja a hagyományos félvezetőket teljesen kimerültek (ezt történni a következő 5-6 év). És a nanocső adott tagadhatatlan vezetője között a potenciális pályázók számára egy helyet a szilícium.
Egy másik használata nanocsövek nanoelektronika - létrehozása félvezető heterostructures, azaz struktúrák, mint a „fém / félvezető” vagy találkozásánál két különböző félvezető (nanotransistors).
Most, a gyártás ilyen szerkezetek nem kell nőni két anyag külön-külön, majd a „varrat” őket. Minden, ami szükséges a folyamat nanocső növekedést hozzon létre benne egy szerkezeti hiba (azaz, cserélje ki az egyik szénatom hatszög ötszög) csak tört le a közepén a különleges módon. Aztán az egyik nanocsövek fémes tulajdonságokkal, és egyéb félvezetők -properties!