Главной особенностью углеродных нанотрубок, делающей эти структуры чрезвычайно интересными для исследователей и учёных, является их уникальная электронная проводимость. Эту особенность можно использовать в целом ряде приложений: вычислительных системах, электродах для суперконденсаторов, батарей, солнечных батарей, топливных элементов, применять в качестве основы для композитных материалов в автомобильной и аэрокосмической отраслях, системах хранения энергии. Углеродные нанотрубки обещают серьёзно изменить современную микро- и наноэлектронику, но главной проблемой этих уникальных микроструктур являются сложности в изготовлении массива углеродных нанотрубок со строго определёнными электрическими свойствами.
Очередного успеха в создании углеродных нанотрубок со строго определёнными свойствами добились исследователи компании Honda, работающие совместно с сотрудниками двух крупных университетов: университета Пюрдью (Purdue University) и университета Луисвилля (University of Louisville). Исследователям удалось разработать технологию получения углеродных нанотрубок, которые обладают свойствами металлов или полупроводников. Причём учёные теперь могут заранее знать, какой именно тип наноструктур – металлический или полупроводниковый – они получат в результате. Согласно заявлениям специалистов, разработанный ими метод позволяет в 91% случаев получать углеродные нанотрубки с металлической проводимостью.
К этому моменту исследователи уже умели выращивать массивы углеродных нанотрубок, однако их свойства были случайно распределены между конкретными экземплярами полученных наноструктур. И до этого момента учёные слабо представляли механизм, который приводит к получению того или иного типа нанотрубок. Теперь же появились первые успехи в развитии технологии выращивания наноструктур с конкретными свойствами, и не за счёт отбора нужных экземпляров из массива разнообразных нанотрубок, а благодаря непосредственному управлению процессом их выращивания в реакторе.
Метод выращивания углеродных нанотрубок выглядит следующим образом. В вакуумную камеру подаётся метан в газообразном состоянии, где он разлагается на атомы углерода и водорода под действием частиц железа, выступающих в роли катализатора процесса. Этот метод не является секретом – исследователи его использовали в своих целях и ранее. Удивительным оказывается влияние на свойства нанотрубок компонента, который на ход реакции, казалось бы, не оказывает никакого воздействия. Оказывается, главную роль в формировании углеродных нанотрубок играет инертный газ-носитель, с которым в реактор подается метан и с которым из реактора удаляются ненужные продукты реакции. Если в качестве газа-носителя используется аргон, то в результате формируется массив нанотрубок с металлическими свойствами, если вместо аргона использовать гелий – нанотрубки обладают полупроводниковыми свойствами. Оказывается, выбор того или иного газа влияет на форму частиц железа, которые, в свою очередь, влияют на свойства получаемых углеродных нанотрубок.
Другими словами, в первую очередь при выращивании углеродных нанотрубок инженерам-технологам нужно с особым вниманием следить за свойствами частиц материала – катализатора всего процесса. А вот как именно управлять процессом – за счёт выбора конкретного газа-носителя или при помощи иных методов – не столь важно. Таким образом, учёные впервые показали непосредственную связь между физическими параметрами катализаторов и конечными свойствами углеродных нанотрубок.
Комментарии