Marianna Kharlamova van de Lomonosov Moscow State University Department of Materials Science onderzocht verschillende soorten koolstof nanobuisjes "vulling" en classificeerde ze volgens de invloed op de eigenschappen van de nanobuisjes. Het werk van de onderzoeker is gepubliceerd in het tijdschrift Vooruitgang in materiaalkunde .

"Een gedetailleerde systematische studie van 430 werken werd uitgevoerd, waarvan de meeste in de afgelopen vijf jaar zijn gepubliceerd, aangezien het bestudeerde gebied zich actief ontwikkelt, " zegt Kharlamova. Afgezien van analytische systematisering van de bestaande gegevens, de auteur beschouwde de bandentheorie van vaste stoffen, de theoretische basis van dergelijke studies, die de interactie van de elektronen in een vaste stof beschrijft.

De vele gezichten van koolstof:diamanten, ballen, buizen

Koolstof bestaat in verschillende allotrope modificaties, en is te vinden in verschillende structuren. Het vormt steenkool en roet, diamant, grafiet, grafeen, fullerenen en anderen. Organische chemie is gebaseerd op koolstof, die de ruggengraat vormt van organische moleculen. in diamanten, de koolstofatomen zijn uitgelijnd op strikt gespecificeerde posities in een kristalrooster, wat leidt tot zijn hardheid. in grafiet, de koolstofatomen zijn gerangschikt in zeshoekige lagen die lijken op honingraten. Elke laag heeft een zwakke wisselwerking met de lagen erboven en eronder, zodat het materiaal gemakkelijk wordt gescheiden in vlokken die eruitzien als potloodstrepen op papier. IEen dergelijke laag van zeshoeken die in een buis is gerold, is een koolstofnanobuis.

Een enkelwandige nanobuis bestaat uit een enkele opgerolde laag, en een meerwandige nanobuis lijkt op een Russische matroesjka-pop, bestaande uit meerdere concentrische buizen. De diameter van elke buis is enkele nanometers, en de lengte is tot enkele centimeters. De uiteinden van de buizen zijn gesloten door halfronde "doppen" - helften van fullereenmoleculen - fullerenen zijn een andere vorm van elementair koolstof dat lijkt op voetballen die aan elkaar zijn genaaid uit zeshoeken en vijfhoeken. Het maken en vullen van de koolstofnanobuis is veel uitdagender dan het vullen van een wafelkrul, bijvoorbeeld. Om deze structuren op maat te maken, wetenschappers gebruiken laserablatietechnieken, thermische dispersie in een boogontlading of dampafzetting van koolwaterstoffen uit de gasfase.

SWNT is geen cookie

Wat is er zo speciaal aan hen, dan? De eigenschappen van het grafiet, inclusief elektrische geleidbaarheid, ductiliteit, en metaalglans, doen denken aan metalen. Maar de eigenschappen van koolstofnanobuisjes zijn heel anders. Ze hebben toepassingen in de elektronica (als componenten van toekomstige nano-elektronische apparaten - poorten, geheugen- en datatransmissieapparatuur enz.) en biogeneeskunde (als containers voor gerichte medicijnafgifte). De geleidbaarheid van koolstofnanobuizen kan worden gewijzigd afhankelijk van de oriëntatie van de koolstofzeshoeken ten opzichte van de buisas, op wat er behalve koolstof in de muur zit, waarop atomen en moleculen zijn bevestigd aan het buitenoppervlak van de buis, en waar ze mee gevuld zijn. Aanvullend, enkelwandige koolstofnanobuizen (of SWNT's) zijn verrassend scheurvast en breken licht op een bepaalde manier.

Kharlamova was de eerste die soorten nanobuisjes "vulling" classificeerde op basis van hun impact op de elektronische eigenschappen van SWNT's. De authMarianna of beschouwt een bepaalde methode voor het vullen van SWNT's als de meest veelbelovende voor het afstemmen van hun elektronische eigenschappen.

"Dit is te wijten aan vier hoofdredenen, " zegt Kharlamova. "Ten eerste, het scala aan stoffen dat kan worden ingekapseld in de SWNT-kanalen is breed. Tweede, om de stoffen van verschillende chemische aard in de SWNT-kanalen te introduceren, er zijn verschillende methoden ontwikkeld, uit de vloeibare fase (oplossing, smelten), de gasfase, plasma gebruiken, of door chemische reacties. Derde, als resultaat van het inkapselingsproces, efficiënte vulling van SWNT-kanalen kan worden bereikt, wat leidt tot een aanzienlijke verandering in de elektronische structuur van de nanobuisjes. Eindelijk, de chemische transformatie van de ingekapselde stoffen maakt het mogelijk om het proces van het afstemmen van de elektronische eigenschappen van de SWNT's te regelen door een geschikt uitgangsmateriaal en de voorwaarden van de nanochemische reactie te selecteren."

De auteur voerde zelf experimentele studies uit naar het vullen van nanobuisjes met 20 eenvoudige stoffen en chemische verbindingen, en onthulde de invloed van "vulling" op de elektronische eigenschappen van nanobuisjes. Ze vond de correlatie tussen de temperatuur van de vorming van binnenbanden en de diameter van de buitenbuizen, en legde uit welke factoren de vullingsgraad van de nanobuisjes beïnvloeden.