НАНОТРУ́БКИ

НАНОТРУ́БКИ, раз­но­вид­ность на­но­ма­те­риа­лов и на­но­ча­стиц ни­те­вид­ной фор­мы диа­мет­ром от 0,3 до 100 нм. Мо­гут иметь фор­му од­но- или мно­го­слой­ных бес­шов­ных ци­лин­д­ров, ру­ло­нов или по­лых ог­ра­нён­ных стерж­ней. Не­ко­то­рые Н. род­ст­вен­ны не­ор­га­нич. ве­ще­ст­вам слои­сто­го строе­ния (гра­фит, ди­халь­ко­ге­ни­ды пе­ре­ход­ных ме­тал­лов, гли­ни­стые ми­не­ра­лы и др.) и об­ра­зу­ют­ся пу­тём са­мо­сбор­ки в оп­ре­де­лён­ных ус­ло­ви­ях. Боль­шин­ст­во Н. по­лу­ча­ют ис­кус­ст­вен­но – мат­рич­ны­ми ме­то­да­ми ли­бо с ис­поль­зо­ва­ни­ем эф­фек­та не­пол­но­го струк­тур­но­го со­от­вет­ст­вия на­пы­лён­ных од­на на дру­гую тон­ких мо­но­кри­стал­лич. плёнок ве­ществ раз­но­го со­ста­ва.

Наи­боль­шее зна­че­ние име­ют уг­ле­род­ные Н., ко­то­рые яв­ля­ют­ся по­ли­функ­цио­наль­ным ма­те­риа­лом. При срав­не­нии с из­вест­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми уг­ле­род­ные Н. про­яв­ля­ют бо­лее хо­ро­шие ме­ха­нич. свой­ст­ва и име­ют бо­лее вы­со­кую те­п­ло­про­вод­ность, спо­соб­ны про­во­дить элек­трич. ток вы­со­кой плот­но­сти (за счёт т. н. бал­ли­стич. про­во­ди­мо­сти, не за­ви­ся­щей от дли­ны Н., пло­ща­ди по­пе­реч­но­го се­че­ния и не со­про­во­ж­даю­щей­ся вы­де­ле­ни­ем те­п­ло­ты). Н. бы­ли опи­са­ны в 1952 (рос. хи­ми­ки Л. В. Ра­душ­ке­вич и В. М. Лу­кья­но­вич), од­на­ко при­влек­ли к се­бе вни­ма­ние лишь по­сле их по­втор­но­го «от­кры­тия» в 1991 (япон. фи­зик С. Иид­жи­ма) и впер­вые про­ве­дён­но­го де­таль­но­го ис­сле­до­ва­ния свойств. Уг­ле­род­ные Н. по­строе­ны из гра­фе­нов – се­ток из рас­поло­жен­ных в вер­ши­нах со­чле­нён­ных шес­ти­уголь­ни­ков ато­мов уг­ле­ро­да. Вза­им­ная ори­ен­та­ция этой гек­са­го­наль­ной сет­ки и про­доль­ной оси Н. за­ви­сит от спо­со­ба сво­ра­чи­ва­ния гра­фе­но­вой плос­ко­сти: вы­бран­ная сто­ро­на шес­ти­уголь­ни­ка мо­жет быть па­рал­лель­на или пер­пен­ди­ку­ляр­на оси Н., ли­бо рас­по­ла­гать­ся под уг­лом к этой оси. В за­ви­си­мо­сти от строе­ния уг­ле­род­ные Н. мо­гут иметь ме­тал­ли­че­ские или по­лу­про­вод­ни­ко­вые свой­ст­ва, при­чём для Н. с по­лу­про­вод­ни­ко­вы­ми свой­ст­ва­ми ши­ри­на за­пре­щён­ной зо­ны за­ви­сит от их диа­мет­ра.

Осн. ме­то­ды син­те­за уг­ле­род­ных Н. под­раз­де­ля­ют­ся на две боль­шие груп­пы: воз­гон­ка-де­суб­ли­ма­ция гра­фи­та или пи­ро­лиз уг­ле­во­до­ро­дов и тер­мич. раз­ло­же­ние ок­си­да уг­ле­ро­да. Для воз­гон­ки-де­суб­ли­ма­ции, тре­бую­щей на­гре­ва­ния до 3000–4000 К, при­ме­ня­ют элек­тро­ду­го­вой спо­соб и ла­зер­ную аб­ля­цию, зна­чи­тель­но ре­же – на­грев джо­уле­вым те­п­лом и с по­мо­щью кон­цен­тра­то­ров сол­неч­ных лу­чей. Пи­ро­лиз уг­ле­во­до­ро­дов про­те­кает при 500–1100 °C. В по­дав­ляю­щем боль­шин­ст­ве слу­ча­ев при син­те­зе в ка­че­ст­ве ка­та­ли­за­то­ров ис­поль­зу­ют ме­тал­лы (же­ле­зо, ко­бальт, ни­кель и др.) или спла­вы в ви­де час­тиц на­но­мет­ро­во­го раз­ме­ра. При воз­гон­ке-де­суб­ли­ма­ции ка­та­ли­за­тор вво­дят в гра­фит. Пи­ро­ли­тич. син­тез реа­ли­зо­ван в двух осн. ва­ри­ан­тах: с ка­та­ли­за­то­ром, ло­ка­ли­зо­ван­ным на по­рош­ко­об­раз­ном но­си­те­ле или на под­лож­ке, и с ка­та­ли­за­то­ром, вве­дён­ным в ре­ак­цион­ную га­зо­вую сре­ду в ви­де па­ров или аэ­ро­зо­лей.

Фи­зи­ко­хи­мия Н. вклю­ча­ет при­вив­ку к их внеш­ней по­верх­но­сти разл. функ­цио­наль­ных групп, вве­де­ние ве­ществ во внутр. по­лость и про­ве­де­ние в ней хи­мич. ре­ак­ций, за­ме­ще­ние ато­мов обо­лоч­ки на ато­мы др. хи­мич. эле­мен­тов, мо­ди­фи­ци­ро­ва­ние Н. на­но­ча­сти­ца­ми или сплош­ны­ми по­кры­тия­ми др. ве­ществ, по­лу­че­ние ус­той­чи­вых вод­ных и ор­га­нич. дис­пер­сий на­нот­ру­бок.

Об­лас­ти при­ме­не­ния Н. ох­ва­ты­ва­ют прак­ти­че­ски все сто­ро­ны хо­зяй­ств. дея­тель­но­сти лю­дей, глав­ные из них – про­из-во на­но­ком­по­зи­тов разл. на­зна­че­ния, ли­тий-ион­ных ак­ку­му­ля­то­ров, су­пер­кон­ден­са­то­ров, по­ле­вых эмит­те­ров элек­тро­нов. В пер­спек­ти­ве – ис­поль­зо­ва­ние Н. для соз­да­ния эле­мент­ной ба­зы элек­тро­ни­ки и фо­то­ни­ки. Ми­ро­вое про­из-во уг­ле­род­ных Н. оце­ни­ва­ет­ся в де­сят­ки т/год (2009).

К Н. час­то от­но­сят на­но­во­лок­на – ни­те­вид­ные на­но­ча­сти­цы, не имею­щие про­тя­жён­ной внутр. по­лос­ти (на­по­ми­на­ют вло­жен­ные друг в дру­га ко­ну­сы и мо­гут иметь бо­лее слож­ное строе­ние).