Углеродные нанотрубки

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 июня 2012; проверки требуют 7 правок.

У этого термина существуют и другие значения, см. Нанотрубки.

Схематическое изображение нанотрубки

Углеродные нанотрубки — это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров^[1], состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовыхплоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена^[2].

Типы нанотрубок

Содержание   [убрать]  1 Структура нанотрубок 1.1 Одностенные нанотрубки 1.2 Многостенные нанотрубки 2 История открытия 3 Структурные свойства 4 Электронные свойства нанотрубок 4.1 Электронные свойства графитовой плоскости 4.2 Преобразование спектра при сворачивании плоскости в трубку 4.3 Учёт взаимодействия электронов 4.4 Сверхпроводимость в нанотрубках 5 Экситоны и биэкситоны в нанотрубках 6 Оптические свойства нанотрубок 7 Свойства интеркалированных нанотрубок 8 Возможные применения нанотрубок 9 Получение углеродных нанотрубок 10 Токсичность нанотрубок 11 Примечания 12 См. также 13 Литература 14 Ссылки

[Править]Структура нанотрубок

Для получения нанотрубки (n, m), графитовую плоскость надо разрезать по направлениям пунктирных линий и свернуть вдоль направления вектора R.

Идеальная нанотрубка представляет собой свёрнутую в цилиндр графитовуюплоскость, то есть поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Результат такой операции зависит от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки. Угол ориентации, в свою очередь, задаёт хиральность нанотрубки, которая определяет, в частности, её электрические характеристики^[3].

Хиральность нанотрубок обозначается набором символов (m, n), указывающих координаты шестиугольника, который в результате сворачивания плоскости должен совпадать с шестиугольником, находящимся в начале координат.

Другой способ обозначения хиральности состоит в указании угла α между направлением сворачивания нанотрубки и направлением, в котором соседние шестиугольники имеют общую сторону. Однако в этом случае для полного описания геометрии нанотрубки необходимо указать её диаметр^[4]. Индексы хиральности однослойной нанотрубки (m, n) однозначным образом определяют её диаметр D. Указанная связь имеет следующий вид:

,

где   = 0,142 нм — расстояние между соседними атомами углерода в графитовой плоскости. Связь между индексами хиральности (m, n) и углом α даётся соотношением:

.

Среди различных возможных направлений сворачивания нанотрубок выделяются те, для которых совмещение шестиугольника (m, n) с началом координат не требует искажения его структуры. Этим направлениям соответствуют, в частности, углы α = 0 (armchair конфигурация) и α = 30° (zigzag конфигурация). Указанные конфигурации отвечают хиральностям (m, 0) и (2m, n) соответственно.