Электрические свойства нанотрубок
Углеродные нанотрубки заинтересовали физиков прежде всего своими необычными электрическими свойствами и возможностью их использования в нанозлектронике, в устройствах совершенно нового типа с улучшенными характеристиками.
Одним из первых применений было использование нанотрубок, благодаря их высокой жесткости и нанометровому радиусу закругления на конце, в качестве зондов для сканирующей зондовой микроскопии. Первые эксперименты в этом направлении оказались весьма успешными. Кроме того, если к концу такого зонда «привить» определенные химические функциональные группы, как это делают в биосенсорах, то открывается возможность создания противораковых медицинских препаратов на основе водорастворимых эндоэдральных соединений фуллеренов с радиоактивными изотопами. Уже найдены условия синтеза противовирусных и противораковых препаратов на основе таких фуллеренов. Одна из трудностей при решении этих задач - создание водорастворимых нетоксичных соединений фуллеренов, которые могли бы вводиться в организм человека и доставляться кровью в орган, подлежащий терапевтическому воздействию.
Исследователи буквально «играют» с нанотрубками и их разнообразными возможностями. Если заставить углеродную нанотрубку колебаться в электрическом поле, можно ее использовать как точные весы для измерения массы предельно малых объектов, типа вирусов. Взвешиваемая частица располагается на конце нанотрубки, при этом собственная частота колебаний трубки уменьшается. По изменению частоты можно судить о массе частицы. Например, в одном эксперименте резонансная частота упала с 3,28 МГц до 968 кГц, что соответствует массе частицы 22 фг = 2210-15 г.
Нанотрубки проводят тепло лучше, чем алмаз, который раньше считался самым эффективным проводником тепла. Их используют как «теплосмазку» для отвода тепла от компьютеров.
В ближайшие 10 лет могут появиться автомобильные шины, усеянные углеродными нанотрубками и позволяющие остановить машину, ехавшую со скоростью 80 км/ч, на тормозном пути всего в 5 м. Изобретатели смоделировали природное приспособление на лапках ящерицы геккона: в зависимости от угла соприкосновения нановолосков на его лапках с поверхностью связь лапок с поверхностью или очень сильная, или практически исчезает, поэтому геккон может быстро ползать даже по потолку.
Электрические свойства нанотрубок
Углеродные нанотрубки заинтересовали физиков прежде всего своими необычными электрическими свойствами и возможностью их использования в наноэлектронике, в устройствах совершенно нового типа с улучшенными характеристиками.
Одним из первых применений было использование нанотрубок, благодаря их высокой жесткости и нанометровому радиусу закругления на конце, в качестве зондов для сканирующей зондовой микроскопии. Первые эксперименты в этом направлении оказались весьма успешными. Кроме того, если к концу такого зонда «привить» определенные химические функциональные группы, как это делают в биосенсорах, это позволит при сканировании распознавать химические и биологические объекты.
Ширина запрещенной зоны и соответственно электрические свойства нанотрубок зависят от их хиральности, т. е. от относительной ориентации оси трубки и составляющих ее гексагонов. Электрическое сопротивление некоторых нанотрубок меньше, чем даже у меди. Поэтому предлагается использовать их как нанопровода в интегральных схемах. Отдельными углеродными нанотрубками можно манипулировать с помощью метода АСМ, что перспективно для формирования наноэлектронных цепей.
Нанотрубки с другой структурой являются полупроводниками и могут использоваться в схемах в роли полупроводниковых приборов.
О
собенностью
современных полупроводниковых приборов
является использование гетероперехода
- перехода от металла к полупроводнику
или от одного полупроводника к другому.
Для получения такого перехода надо
отдельно вырастить каждую из двух
составляющих и затем их очень точно
соединить, «сварить». В углеродной
нанотрубке такой переход просто
получается, если создать в ней дефект
структуры (например, два гексагона
превратить в Пентагон и семиугольник
при изгибе нанотрубки). Возникает
нанодиод (рис. 4.6).
Всего один электрон может изменить проводимость нанотрубки от состояния проводника к диэлектрику и наоборот. И мы получаем транзистор на одном управляющем электроне.
Электропроводность нанотрубок, кроме того, зависит от величины приложенной механической нагрузки. Это свойство лежит в основе создания нанодатчиков давления.
Многослойные нанотрубки под действием электрического напряжения активно испускают электроны, что позволяет применить их как низкотемпературные катоды, или эмиттеры. Горячие эмиттеры современных электронно-лучевых трубок требуют опасных напряжений 20-30 кВ. Нанотрубки при комнатной температуре и напряжении всего 500 В создают ток такой же плотности, как стандартный вольфрамовый катод при 1000 °С. К тому же они не содержат экологически вредных металлов. Холодные эмиттеры на нанотрубках - основной элемент плоских телевизоров будущего, портативных источников СВЧ-, рентгеновского излучения и пр. Их разработкой занимаются многие известные фирмы, они находятся уже в полупромышленной стадии. На рисунке 5 цветной вклейки приведена фотография плоского дисплея на нанотрубках фирмы «Samsung». Зерно изображения на таких дисплеях очень мало - порядка 1 мкм.
Подавая на углеродную нанотрубку низкое напряжение, можно заставить ее светиться в инфракрасной области с технически важной длиной волны λ = 1,5 мкм. Именно волны с этой длиной волны используются в телекоммуникационной технике. Варьируя диаметр трубки, можно менять значение длины волны излучения.
Появились сообщения, что некоторые металлофуллерены являются высокотемпературными сверхпроводниками.