Көміртекті нанобуд - Carbon nanobud - Wikipedia

Бірнеше тұрақты нанобуд құрылымдарының компьютерлік модельдері
Орнында көміртекті нанобудты бақылау электронды микроскопия[1]
Қосымша фуллерен молекуласын нанобудпен ұстау[1]
Фуллерен молекулаларының генерациясы (көміртекті пепод ) нанобудтың ішінде[1]

Жылы нанотехнология, а көміртегі нанобуд біріктіретін материал болып табылады көміртекті нанотүтікшелер және сфероидты фуллерендер, екеуі де көміртектің аллотроптары, сол құрылымда »бүршіктер «түтіктерге бекітілген. Көміртекті нанобудтар 2006 жылы табылды және синтезделді.

Бұл материалда фуллерендер бар ковалентті байланысқан астындағы нанотүтікшенің сыртқы қабырғаларына. Демек, нанобудтер көміртекті нанотүтікшелердің де, фуллерендердің де қасиеттерін көрсетеді. Мысалы, механикалық қасиеттері және электр өткізгіштігі нанобудтары сәйкес көміртекті нанотүтікшелерге ұқсас. Алайда, бекітілген фуллерен молекулаларының реактивтілігі жоғары болғандықтан, гибридті материалды белгілі фуллерен химиясы арқылы одан әрі функционалдауға болады. Сонымен қатар, бекітілген фуллерен молекулаларын әртүрлі композициялық материалдардағы нанотүтікшелердің сырғып кетуіне жол бермеу үшін молекулалық якорь ретінде пайдалануға болады, осылайша композиттің механикалық қасиеттері өзгереді.[2][3]

Өткізгіш көміртекті нанотүтікшелерде электрондардың шығуы орындарының рөлін атқаратын жоғары қисық фуллерен беттерінің көптігінің арқасында нанобудтар тиімді болып табылады өрістің электронды эмиссиясы сипаттамалары. Кездейсоқ бағдарланған нанобудтар өте төмен екендігі қазірдің өзінде дәлелденді жұмыс функциясы өрістің электронды эмиссиясы үшін. Есепке алынған сынақ өлшемдері өрістің шекті мәндерін көрсетеді (макроскопиялық) шамамен 0,65 В / мкм, (жұмыс істемейтін) бір қабырғалы көміртекті нанотүтікшелер өрістің электрондарының шығарылуының макроскопиялық шегі ~ 2 В / мкм) және сәйкесінше бір қабатты көміртекті нанотүтікшелермен салыстырғанда ток тығыздығы едәуір жоғары.[2] Кейбір нанобуд кластарының электронды тасымалдау қасиеттері теориялық тұрғыдан қарастырылды.[4] Зерттеу көрсеткендей, электрондар шынымен де нанобуд жүйесінің мойны мен бүршігі аймағына өтеді.

Canatu Oy, финдік компания, дейді зияткерлік меншік нанобуд материалына құқықтар, оның синтез процестері және бірнеше қосымшалар.[5]

Қасиеттері

Көміртекті нанобудтардың (CNB) кейбір қасиеттері бар көміртекті нанотүтікшелер мысалы, бір өлшемді электрөткізгіштік, икемділік және өндіріске бейімделу, сонымен қатар кейбір химиялық қасиеттері бар фуллерендер. Бұл қасиеттердің мысалдары циклодрессия реакцияларына қатысуды қамтиды және күрделі құрылымдары бар басқа молекулаларға қосылуға қабілетті химиялық байланыстарды оңай құра алады. CNB-ге қарағанда химиялық белсенділігі әлдеқайда жоғары бір қабырғалы көміртекті нанотүтікшелер (SWCNT).[6]

Электрлік қасиеттер

Бұл жаңа құрылымның фуллерендер мен көміртекті нанотүтікшелерден (CNT) ерекшеленетін электрондық қасиеттері бар екендігі дәлелденді. CNBs өрістің төменгі шектерін және жоғары ток тығыздығын көрсетеді электр өрісі SWCNT-ге қарағанда эмиссия.[7] Нанотүтік қабырғасы мен бетіндегі фуллерендер арасындағы химиялық байланыстар беттер арасындағы зарядтың ауысуына әкелуі мүмкін.[7] CNB-де фуллерендердің болуы десте түзілуіне және химиялық реактивтіліктің жоғарылауына әкеледі.[7] СНБ циклоддитон реакцияларына түсіп, молекулаларды күрделі құрылымдармен байланыстыра алатын химиялық байланыстарды оңай құра алады. мұны CNB бетіндегі реактивтердің бар болуымен түсіндіруге болады π-конъюгацияланған құрылымдар және пиримидтену энергиясы артық 5 атомды сақиналары бар.[8] Қалыптасу энергиясы CNB-ді дайындаудың эндотермиялық екендігін, яғни оны жасауға қолайлы еместігін көрсетті.[9]

Бірыңғай қабырғалы CNT а болғанына қарамастан, барлық CNB өткізеді металл немесе жартылай өткізгіш негіз. Көміртекті нанобудтардың диапазондық саңылауы тұрақты емес, ол фуллерен тобының мөлшері бойынша өзгеруі мүмкін.[6] C қосымшасы60 SWCNT креслоларының бағытына қосылған жолақ аралықты ашады. Екінші жағынан, оны SWCNT-ге жартылай өткізгішке қосу жолақ саңылауына қоспа күйін енгізуі мүмкін, бұл жолақ саңылауын азайтады. CNB-дің диапазонды саңылауын С көміртектерінің тығыздығын өзгерту арқылы да өзгертуге болады60 SWCNT бүйіріне бекітілген.[10]

Магниттік қасиеттері

Нанобудтардың магниттік қасиеттерін зерттеу үшін геометриялық факторлар ажырамас болып табылады. CNB-дің негізгі күйінде ферромагниттік, ал магниттік емес екі құрылымы бар.[11] Тіркелген C60 CNTs бетіндегі молекула нанотүтікшелер арасында көбірек орын береді және бір қабатты CNTS арасындағы адгезияны әлсіретіп, тығыз түйіршіктердің түзілуіне жол бермейді.[6] Көміртекті нанобудтарды композициялық материалдардағы матрицаның сырғып кетуіне жол бермеу және олардың механикалық беріктігін арттыру үшін молекулалық тірек ретінде пайдалануға болады.[7]

Құрылымдық қасиеттері

CNB тұрақтылығы циклодрессия реакциясында диссоциацияланған көміртек-көміртекті байланыс түріне байланысты. SWCNT көміртек атомдары фуллеренге жақын екендігі көрсетілген60 молекула фуллерен мен нанотруба арасындағы циклоадридтік реакциямен ковалентті байланыстың арқасында бастапқы қабырға бетінен сыртқа тартылды; Сонымен қатар, олардың байланысы sp-тен өзгерді2 sp3 будандастыру.[7] Раманның шашырау спектроскопиясын қолданған талдау CNB үлгісі CNT-мен салыстырғанда химиялық модификациясы күшті болғанын көрсетеді. Бұл көміртектің сп3 CNBs химиялық қосындысын жасағаннан кейін пайда болатын будандастыру.[6]

Синтез

Бір қабырғалы көміртекті нанотүтікшелер, SWCNT, ковалентті байланысқан фуллерендермен (сфероидты көміртектің белгілі бір түрі) жабуға қабілетті. Бұл реакторға су буы немесе көмірқышқыл газының концентрациясы енгізілген кезде пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыс ағаш бұтақтарындағы бүршіктерге ұқсас материал шығарады. Сондықтан, бұл материал үшін таңдалған нанобуд терминінің негіздемесі.[8]

Судағы будың концентрациясы мен фуллерендердің тығыздығы егжей-тегжейлі қарастырылды. 45 және одан жоғары минуттарда нанобудтар көп мөлшерде қалыптаса бастады. Алайда, қосылған судың концентрациясы шамамен 365 промилле болғанда, басқаша болды. Оның құрамында нанобудтардың көп мөлшері емес, олардың құрамында белсенді емес катализатор бөлшектерінің көп мөлшері болған.[8]

Сипаттама

Бір қабырғалы көміртекті нанотүтік беттеріндегі фуллерендерді табу үшін бірнеше әдістер қолданылды, олардың әрқайсысы қазіргі кезде нанобудалар туралы белгілі нәрсеге өзіндік үлес қосады. Осы әдістердің бірнешеуі ультрафиолет көрінетін спектроскопия (UV-Vis), электронды микроскопия (TEM) және туннельдік сканерлеу микроскопиясы (STM).

CNB-дің функционалдығын және бір қабырғалы көміртекті нанотүтіктердің нанобудтарды шығару үшін фуллерендермен өзара әрекеттесуін одан әрі қарастыру үшін есептеулер жүргізілді. Жүргізілген есептеулер атомистік тығыздықтың функционалдық теориясынан (кванттық механикалық модельдеу әдісі) алынған және байланыстар туралы аздап ақпарат берді. Олар ғалымдарға өзара әрекеттесудің екі мүмкіндігі бар сияқты екенін айтты. Мүмкіндіктердің бірі - фуллерендерді бір қабырғалы көміртекті нанотүтікшелермен тікелей ковалентті байланыстыруға болады. Басқа мүмкіндік - фуллерендер гибридті құрылымдар түзеді.[8]

Бір қабырғалы нанотүтікшелермен қалай байланысатындығына қарамастан, зерттеулер көрсеткендей, фуллерендер қозғалмайтын күйде және нанотүтікшелермен өзара әрекеттесуден қозғалғысы келмейтін сияқты, бұл байланыс өте күшті. Бұл зерттеу трансмиссиялық электронды микроскопияны қолдану арқылы жүргізілді.

Нанобудтарды әртүрлі еріткіштерде қалай жуу керектігін көру үшін тағы бір зерттеу жүргізілді толуол, декалин және гексан, фуллерендерге және олардың нанотүтікшелермен өзара әрекеттесуіне әсер етуі мүмкін. Сыналған еріткіштердің ешқайсысы фуллерендердің еріткіште еруіне әкелмеген. Бұл екеуінің арасындағы байланыс едәуір күшті екендігі туралы жаңалықты қорғауды жалғастыруда. Жүргізілген тағы бір қосымша зерттеу барысында нанобуд сынамаларының әрқайсысында оттегі бар екендігі анықталды.[2]

Қолданбалар

Икемді және мөлдір электрониканы зерттеу, әзірлеу және жасау жаңа материалдарға немесе механикалық икемді, жеңіл және салыстырмалы түрде арзан материалдарға сүйенеді. Бұл материалдар өткізгіш және оптикалық мөлдір болуы керек. Көміртекті нанотүтіктер отбасыларымен тығыз байланыста болғандықтан, көміртегі NanoBuds осы қасиеттердің барлығын ұсынады, сонымен қатар олардың құрамында фуллерен бар.

Эско Кауппинен, Хельсинки технологиялық университетінің профессоры және зерттеушісі және VTT Biotechnology технологияларды дамыту ұйымы және оның командасы көміртегі NanoBuds көбінесе суық электрон өрісі сәулелендіргішімен байланысты қасиеттерге ие екенін анықтады.[12] Мұндай материалдар электронды бөлме температурасында жоғары қолданылатын электр өрісі кезінде шығарады, бұл қасиет жалпақ панельдік дисплейлер мен электронды микроскоптар сияқты технологияларға қатысты өте маңызды.[12] Көміртекті NanoBuds тегіс беттерге қарағанда олардың электрондарды қаншалықты тиімді шығаратындығына қатысты әлдеқайда тиімді болуы мүмкін. Бұл NanoBud көміртегін құрайтын фуллереннің де, көміртегі нанотрубасының да көптеген қисық беттеріне байланысты.

Фуллерендер мен нанотүтікшелердің қисаюы нәтижесінде кез-келген дерлік бет сенсорлық қабілеті бар бетке айналуы мүмкін. Электрондық көміртекті NanoBud өнімдерін шығаруға мамандандырылған Canatu компаниясы NanoBud синтезі нәтижесінде пайда болатын пленкалар өте берік және икемді деп мәлімдейді. Олар NanoBuds икемді және қисық беттерге оңай жағуға мүмкіндік береді деп сендіреді. NanoBuds өздерінің электронды мүмкіндіктерін 200 пайызға дейін бүгіп отыра алады. Бұл қасиет NanoBuds-тың материалдың электронды құрылымына зиян келтірместен бір-бірінен өтіп кетуіне мүмкіндік беретін дөңгелектелген беттердің нәтижесі болып табылады.[13] Әдетте, сенсорлы экранның беті индий қалайының оксидінің парағын, сонымен қатар мөлдір пленканы дисплей экранына орналастыру арқылы жасалады. Алайда, индий қалайы оксидінің парақтары шыны тәрізді өте сынғыш және оларды құрылымның тұтастығын сақтау үшін тек салыстырмалы тегіс беттерге қолдануға болады.[13]

Көміртекті нанотүтікшелермен тығыз байланысы нәтижесінде NanoBuds реттелетін электр өткізгіштігіне ие.[14] NanoBud-тың электрлік қасиеттерін жеке-жеке баптауға болатындықтан (әр түрлі электрлік қасиеттері бөлек аймақтары бар жалғыз қабырғадағы нанотүтікшелер NanoBud-тың құрамына кірген жағдайда), Esko Kauppinen және оның командасының пікірінше, NanoBuds-тің бір сәтте болуы әбден мүмкін. жадты сақтау құрылғылары және кванттық нүктелер сияқты қосымшаларда қолданылуы мүмкін. Кауппинен командасы кристалды көміртек құрылымының өткізгіштігі бұл қолдануға мүмкіндік береді деп сендіреді. Шындығында, көміртекті нанотүтікшелер мен көміртегі NanoBuds мөлшерінің аздығы, теория бойынша, энергияны сақтаудың өте жоғары тығыздығына мүмкіндік береді.[15] NanoBuds көміртегімен байланысты ең кең таралған жад технологиясы - Nano жедел жад (NRAM) немесе Nano-RAM. Бұл технология ұшпайтын жедел жадтың бір түрі, бірақ ол көміртегі нанотүтікшелерінің немесе бұл жағдайда субстрат тәрізді чиптегі NanoBuds көміртегінің орналасуына негізделген.[15] Оның дамушы компаниясы Nantero оған жалпы атауы - NRAM береді. Ұшпайтын жедел жадтың басқа түрлерімен салыстырғанда, NanoRAM бірнеше артықшылықтарға ие, бірақ олардың бірі ерекше. NRAM әр түрлі жаңа жад жүйелерінде, көптеген адамдар әмбебап деп санайды. Nantero Nano-RAM (NRAM) жарқылдан DRAM-ға SRAM-ға дейінгі барлық дерлік жад жүйелерін алмастыра алады деп мәлімдейді.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б c Горантла, Сандип; Боррнерт, Феликс; Бахматиук, Аличия; Димитракопулоу, Мария; Шенфелдер, Ронни; Шафель, Франциска; Томас, Юрген; Джемминг, Томас; Буровяк-Пален, Эва; Уорнер, Джейми Х .; Якобсон, Борис I .; Эккерт, Юрген; Бухнер, Бернд; Руммели, Марк Х. (2010). «Фуллереннің синтезделуін және көміртекті нанотүтікшелерден лақтырылуын жер-жерде бақылау». Наноөлшем. 2 (10): 2077. Бибкод:2010 Nanos ... 2.2077G. дои:10.1039 / C0NR00426J. PMID  20714658.
  2. ^ а б c Насибулин, Альберт Г .; т.б. (2007). «Жаңа гибридті көміртекті материал» (PDF). Табиғат нанотехнологиялары. 2 (3): 156–161. Бибкод:2007NatNa ... 2..156N. дои:10.1038 / nnano.2007.37. PMID  18654245. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2012-02-26. Алынған 2009-08-31.
  3. ^ Насибулин, Альберт Г .; т.б. (2007). «NanoBud құрылысын зерттеу» (PDF). Химиялық физика хаттары. 446: 109–114. Бибкод:2007CPL ... 446..109N. дои:10.1016 / j.cplett.2007.08.050. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2011-07-20. Алынған 2009-08-31.
  4. ^ Фюрст, Йоахим А .; т.б. (2009). «Фуллереннің функционалдандырылған көміртегі нанотүтікшелерінің электронды тасымалдау қасиеттері: Ab initio және тығыз байланыстыратын есептеулер» (PDF). Физикалық шолу B. 80 (3): 115117. дои:10.1103 / PhysRevB.80.035427.
  5. ^ «Еуропалық патенттік бюро: іздеу CANATU». Алынған 2010-06-03.
  6. ^ а б c г. Альберт Г.Насибулин Илья В.Аношкин, Прасанта Р.Мудимела, Жанне Раула, Владимир Ермолов, Эско И.Кауппинен, «Көміртекті нанобудтарды таңдамалы химиялық функционалдау» Көміртегі 50, жоқ. 11 (2012).
  7. ^ а б c г. e Ахангари, М.Горбанзаде; Ганджи, М.Д .; Монтазар, Ф. (2015). «Көміртекті нанобудтардың механикалық және электронды қасиеттері: бірінші принциптерді зерттеу». Тұтас күйдегі байланыс. 203: 58–62.
  8. ^ а б c г. Анисимов, Антон. «Көміртекті нанотүтікшелер мен нанобудтардың аэрозольдық синтезі.». (2010).
  9. ^ Сейф, А .; Захеди, Е .; Ахмади, Т.С (2011). «Көміртекті нанобудаларды зерттеу бойынша Dft зерттеуі». Еуропалық физикалық журнал B. 82 (2): 147–52.
  10. ^ Сяодзюнь Ву мен Сяо Ченг Цзэн, «Көміртекті нанобудты зерттеудің алғашқы принциптері» ACS Nano 2, жоқ. 7 (2008)
  11. ^ Мин Ван және Чанг Мин Ли, «Бүкіл-көміртекті графен-фуллеренді нанобудтардың магниттік қасиеттері» Физикалық химия Химиялық физика 13, жоқ. 13 (2011).
  12. ^ а б Кларк, Питер (21 қараша 2014). «Көміртекті нанобудтар» 3D беттерінде сенсорлы сенсорларды пайдалануға мүмкіндік береді «. Eenewsanalog.com.
  13. ^ а б Буллис, Кевин (11 желтоқсан 2014). «Nanobud сенсорлық сенсорларын сынау». MIT Technology шолуы.
  14. ^ Мгрдичиан, Лаура (30 наурыз 2007). «Жаңа наноматериалдар, NanoBuds, фуллерендерді біріктіреді және ...»
  15. ^ а б «Электроника». Nanotechmag.com.