A szén nanocsövek - tanulmány, nanotechnológia popnano ru

Megvitatása fullerén és nanocsövek nem lehetséges, ha nem érti a természet e jelenségeket. Először is, úgy a szerkezet fullerén és nanocsövek.
Carbon - kémiai elem, C szimbólum, atomszáma 6, a atomsúlya 12.011. Hagyományos formájú szén létezik a szabad állapotú egy gyémánt és a grafit, a természetben megtalálható. A fő különbség a grafit szerkezetét és gyémánt - kristályrács.

Diamond. kristályrács szerkezetben ábrán látható. 1.

Az elemi cella a gyémánt kristály egy tetraéder a központban, és négy csúcsa amelyben szénatomok. Atomok található a csúcsai a tetraéder, hogy egy új központ a tetraéder, és így, továbbá minden egyes körül négy más atomok, stb A koordinációs száma szén a gyémánt rács, tehát négy. Minden a szénatomok a kristályrácsban vannak elrendezve egyenlő távolságra (154 pm) egymástól. Mindegyik kapcsolódik más nem-poláris kovalens kötést képez a kristály, nem számít, hogy mekkora is az, egy hatalmas molekula.

Graphite. grafit rácsszerkezet ábrán látható. 2. A kristályokat grafit vannak kialakítva, egymással párhuzamos síkokban, amelyekben a szénatomok találhatók a sarkokban szabályos hatszögek. A távolság a szomszédos szénatom (mindkét oldalán a hatszög) 143 nM között 335 nM szomszédos síkok. Mindegyik közbenső síkban kissé eltolva a szomszédos síkok, amint az ábrán látható. Mindegyik szénatom kötődik három szomszédos szénatomot síkokban apoláros kovalens kötés. Minden szénatom a atomrácshibák grafit társított három szomszédos szénatommal, három sp 2 -SP 2 megosztott elektronpár, szerint elrendezett, SP 2 - hibridizáció -os szögben 120 fokos, azaz, minden négy összekapcsolt szénatomok .. grafit vannak elrendezve a központ és egy egyenlő oldalú háromszög. Negyedik vegyérték elektronok minden egyes atom között található a síkok és úgy viselkednek, mint a fém elektronokat, ezáltal az elektromos vezetőképesség az irányt a grafit síkok. Bond a szénatomok között található a szomszédos síkok nagyon gyenge (intermolekuláris vagy van der Waals), bár részben a jelenléte vezetési elektronok, hasonló a fém. Ezzel kapcsolatban olyan funkciók grafitkristály könnyen osztani egyedi pelyhek még alacsony terhelésnél.

Az egyedülálló képessége, a szénatomok egymáshoz, hogy egy erős és hosszú láncok és ciklusok kialakulásához vezetett egy hatalmas számos különböző szén-ny csatlakoztatva tanulmányozott szerves kémia.
A hővezető a grafit mérve az irányt a sík a rétegek, ötször nagyobb hővezető, hogy a változás-rennoy keresztirányban; elektriches-kai vezetőképesség a síkban irány tízezerszer nagyobb, mint a vezetőképesség keresztirányban.
E konfi-guration szénatom: 1s 2 2s 2 2p 2. Ezért, a négy külső elektronok nem azonos -, hogy megfelelnek a különböző pályák; két elektron nem párosítható. A kötött állapotban (vegyérték) az egyik 2s elektronok abból a p-orbitális (ehhez arra lenne szükség, mintegy 96 kcal / mol), úgy, hogy az állam az atom lehet kifejezni: 1s 2s 2p 2 3. Ennek eredményeként megkapjuk atom egy és három 2p 2s-elektron: 2s2px2py2pz.

Számos faj hibridizáció: SP, SP 2 és SP 3

Amikor hibridizáció SP vegyes típusú atomi s és p. Ugyanakkor orbitális például Py és pz nem változnak, és az orbitális Px és s egy hibrid formában. Mivel a hibrid funkció lehet formájában s + p és s-p, a két orbitális kapott lennye-irányában átmérőjű-eral protivopo-hamis egymást (ábra. 3a).
Ha proish-dit hibridizáció s és két p-funkciókat, mint például a Px és Py (pz változatlan marad), az előállított három-WIDE trigonális atom típusú pályák sp 2. Ezek a pályák reakcióvázlaton egy lóhere típusú (ábra. 3b). Ez a fajta hibrid pályára-lei nagyon fontos volt, hogy leírja a kettős kötést tartalmaznak.
Amikor hibridizáció sp3 típusú vegyes összes atomi s és p. Ebben az esetben az összes pálya ad egy hibrid formában. Hibrid pályák határozott orientációjú: orbitáijaihoz szénatom csúcsai felé egy tetraéder, amely bekerül a közepén egy szénatom. Vázlatosan szert orientáció - a tájékozódás az elektron felhő - ábrán látható a 3c. Nyilvánvaló, hogy ez annak a következménye, egy gyengített része az atomi pályák különböző jeleket, és a megnövekedett rész atomi pályák azonos jeleket.

Első nanocsövek. A legelterjedtebb módszer előállítására szén nanocsövek alkalmazásával termikus permetezéssel grafitelektróda plazma ívkisülés égő Ő légkörben. Ez a módszer, amely szintén az alapja a leghatékonyabb technológiák termelési fullerének, lehetővé teszi, hogy szerezzen nanocsövek olyan mennyiségben, hogy a részletes vizsgálata fizikai-mechanikai tulajdonságait. A ívkisülés Egyenáramú grafitelektródával feszültségen, 15 - 20 V, a jelenlegi több tíz ben kifejezve távolsággal néhány milliméter és Ő nyomás több száz Torr intenzív termikus fémszóró az anód anyaga. spray-termékek tartalmaznak, együtt a grafit részecskék, még néhány fullerének lerakódnak a lehűlt falak a nyomókamra és a katód felületét, a hűvösebb képest az anód. Figyelembe véve ezt a katód pellet elektronmikroszkóppal kimutatható, hogy tartalmaz hosszúkás hengeres cső, néhány nanométer hosszabb, mint egy mikron átmérőjű, amelyeknek felületei vannak kialakítva grafit rétegek. A csövek kupolás sapkák tartalmazó molekulák, mint a fullerének, hat- és pentagon.
Amint azt a fentiekben megjegyeztük, a szerkezetileg grafit, amelyekből ezek származnak, az csak hatszög. Nézzük a kérdésre, hogy hol a készítmény ezen nanoszerkezetek jelennek ötszög. Ehhez kérjük, olvassa el az egyik tételei topológia, amely választ ad arra a kérdésre: mi a számok akkor „terjed” körét, lezárjuk, és nem zárt csőben. Következő, adunk egy bizonyíték erre tétel és néhány következményét.
Tegyük fel, hogy a területen (vagy felületaktív homeomorf s) készített összefüggő gráf G, B rendelkező csúcsok és az élek, és R T hatálya törés területek (arcokat); ha a egyenlőség B + P T = 2 (1). Ez az Euler-tétel.
Mielőtt ennek bizonyítására tétel, érdemes felidézni néhány definíciót.
A végső G gráf mondják alakja, amely véges számú ívek. Ez egy véges csúcsok száma, ezek közül néhány pontot is csatlakozik különálló ívek (élek a grafikont). Connected gráf egy gráf, amelynek csúcsai a két tetszőleges görbe lehet csatlakozott áthaladva a széleit a grafikon.
Hurok a grafikonon egy zárt láncot élek, az uniója, amely egy vonal homeomorf kerülete.
A fa egy gráf, amely nem tartalmaz egyetlen áramkörben.
a lényeg az index az ívek száma konvergálnak ezen a ponton.

Azt is meg kell bizonyítani a következő tétel:
Minden fa, amelynek csúcsa B és P élek, a kapcsolatban

Annak bizonyítására, indukcióval a élek számát P. P = 1 (egy fa van egy éle, és két csúcsot), (2) összefüggés teljesül. Tegyük fel, hogy minden egyes fát, amelynek szélei n, a (2) összefüggés bebizonyosodott, és tegyük fel, hogy a G - fa, amelynek n + 1 bordák. Mivel a G gráf csatlakoztatva van, úgy ez előállítható a csatlakoztatott gráf G` hozzátéve egy bordát r.
Valójában minden gráf lehet beszerezni a következő: veszünk egy éle, akkor csatlakozik hozzá egy másik szélét úgy, hogy újra csatlakozik gráf, akkor csatlakozik egy másik szélén (úgy, hogy újra csatlakozik a grafikont), stb Ez akkor lehetséges, ha sikerül a cselekmény az „egy löket”. És ez viszont lehetővé teheti, ha a „pass” minden él pontosan kétszer.