Marianna Kharlamova vid Lomonosov Moskva statsuniversitet Institutionen för materialvetenskap undersökte olika typer av kol -nanorör "fyllning" och klassificerade dem efter påverkan på nanorörens egenskaper. Forskarens arbete publicerades i tidskriften Framsteg inom materialvetenskap .

"En detaljerad systematisk studie av 430 verk genomfördes, varav de flesta hade publicerats under de senaste fem åren, eftersom området som studeras aktivt utvecklas, "säger Kharlamova. Förutom analytisk systematisering av befintliga data, författaren övervägde bandteorin om fasta ämnen, den teoretiska grunden för sådana studier, som beskriver elektronernas interaktion i ett fast ämne.

Kolets många ansikten:diamanter, bollar, rör

Kol finns i flera allotropa modifieringar, och kan hittas i olika strukturer. Det bildar kol och kolsvart, diamant, grafit, grafen, fullerener och andra. Organisk kemi är baserad på kol, som utgör ryggraden i organiska molekyler. I diamanter, kolatomerna är inriktade i strikt specificerade positioner i ett kristallgitter, vilket leder till dess hårdhet. I grafit, kolatomerna är ordnade i hexagonala lager som liknar bikakor. Varje lager interagerar svagt med lager ovanför och under, så att materialet lätt separeras i flingor som ser ut som pennmärken på papper. Ett sådant lager av hexagoner som rullas in i ett rör är ett kolnanorör.

En enkelväggig nanorör består av ett enda rullat lager, och ett flerväggigt nanorör liknar en rysk matrjosjka-docka, bestående av flera koncentriska rör. Diametern på varje rör är några nanometer, och längden är upp till flera centimeter. Ändarna på rören är stängda av halvklotformade "lock" - halvor av fullerenmolekyler - fullerener är en annan form av elementärt kol som liknar fotbollsbollar som sys ihop från hexagoner och femhörningar. Att göra och fylla kol -nanoröret är mycket mer utmanande än att stoppa en wafer curl, till exempel. För att skräddarsy dessa strukturer, forskare använder laserablationstekniker, termisk dispersion i en ljusbågsurladdning eller ångavsättning av kolväten från gasfasen.

SWNT är ingen cookie

Vad är så speciellt med dem, sedan? Egenskaperna hos grafiten, inklusive elektrisk ledningsförmåga, duktilitet, och metallisk glans, påminner om metaller. Men egenskaperna hos kolnanorör är helt olika. De har applikationer inom elektronik (som komponenter i potentiella nanoelektroniska enheter - grindar, minne och dataöverföringsenheter etc.) och biomedicin (som behållare för riktad läkemedelsleverans). Konduktiviteten hos kolnanorör kan ändras beroende på orienteringen av kolhexagonerna i förhållande till röraxeln, på vad som ingår i dess vägg förutom kol, på vilka atomer och molekyler är fästa på rörets yttre yta, och vad de är fyllda med. Dessutom, Enväggiga kolnanorör (eller SWNT) är överraskande rivsäkra och bryter ljus på ett särskilt sätt.

Kharlamova var den första som klassificerade typer av nanorörs "fyllning" efter deras inverkan på de elektroniska egenskaperna hos SWNT. AuthMarianna eller anser en viss metod för att fylla SWNTs som den mest lovande för att skräddarsy deras elektroniska egenskaper.

"Detta beror på fyra huvudskäl, " säger Kharlamova. "För det första, utbudet av ämnen som kan kapslas in i SWNT-kanalerna är brett. Andra, att introducera ämnen av olika kemiska natur i SWNT -kanalerna, flera metoder har utvecklats, från vätskefasen (lösning, smälta), gasfasen, använder plasma, eller genom kemiska reaktioner. Tredje, som ett resultat av inkapslingsprocessen, effektiv fyllning av SWNT-kanaler kan uppnås, vilket leder till betydande förändring i nanorörens elektroniska struktur. Till sist, den kemiska omvandlingen av de inkapslade ämnena gör det möjligt att styra processen för att skräddarsy SWNT:s elektroniska egenskaper genom att välja lämpligt utgångsmaterial och förhållanden för den nanokemiska reaktionen. "

Författaren har själv genomfört experimentella studier av fyllning av nanorör med 20 enkla ämnen och kemiska föreningar, och avslöjade påverkan av "stoppning" på de elektroniska egenskaperna hos nanorör. Hon fann korrelationen mellan temperaturen för bildandet av innerrör och diametern på de yttre rören, och förklarade vilka faktorer som påverkar graden av nanorörens fyllnadsgrad.