3. Нанотрубки

Назви нанотрубок одержали протяжні структури, що складаються зі згорнутих гексагональних сіток з атомами вуглецю у вузлах. До ідеї одержання нанотрубок прийшли у зв'язку одержанням фуллеренів, сильно витягнутих в одному напрямку. Способи одержання нанотрубок можуть бути різними. Наприклад, нанотрубки утворяться при розпиленні графіту в плазмі дугового розряду на поверхні катода, причому вісь їхнього росту спрямована до анода. Крім того, у вакуумній камері утвориться осад, що складається з мікроскопічних ниток і волокон.

Дослідження в напрямку поліпшення способів синтезу нанотрубок тривають, але вже в цей час стабільно одержують досить чисті вуглецеві трубки, хоча й у досить невеликих кількостях. У цей час за рубежем субсидіюється вивчення кореляції «структура-властивість» у нанотрубках, а також математичне моделювання їхніх властивостей, що полегшує експериментаторський пошук нових напрямків досліджень і сприяє швидкому розвитку даної області.

Нанотрубки - це квазіодномірні вуглецеві нитковидні кристали, що володіють досить зробленою трубчастою структурою, властивості яких порівнянні із властивостями ідеального графітового волокна. Діаметр таких трубок, як правило, не перевищує декількох нанометрів, а довжина - від десятих часток мікрона до декількох мікронів. На поздовжньому зрізі виявляється, що кожна нитка складається з одного або декількох шарів, кожний з яких являє собою гексагональну сітку графіту (рис. 6.11). Основу такої сітки становлять шестикутники, у вершинах кутів яких рас покладені атоми вуглецю. У всіх випадках відстань між шарами дорівнює 0,34 нм, тобто таке ж, як і між шарами в кристалічному графіті. Як правило, верхні кінці трубочок закриті одне- або багатошаровими напівсферичними кришечками (рис. 6.12), кожний шар яких склад льон із шестикутників і п'ятикутників, що нагадують структуру половинки молекули фуллерену.

Рис. 6.11. Схематичне подання одношарової вуглецевої нанотрубки

Циліндрична структура побудована на основі гексагональної сотовидної гратка вуглецю з sp² зв'язками при відсутності иенасичених зв'язків. Показано один шар графіту, згорнутого в напрямку кінців, що містять нснасичені зв'язки. Сформований у такий спосіб циліндр є структурним базовим елементом нанотрубки.

Унікальність структури нанотрубки полягає в спіральному розташуванні вуглецевих шестикутників на поверхні шаруючи, що представляє собою ніздрюваті гратка. Спіральна структура, характеризуема симетрією конфігурації й діаметром трубки (кожний із цих параметрів визначає розмір повторюваного структурного елемента), вносить значні зміни в електронну щільність станів, і, отже, обумовлює унікальні електричні властивості нанотрубок. Ще одним фактором є топологія, тобто певним чином орієнтована геометрична конфігурація окремих шарів у кожній трубці, що робить дуже сильний вплив на фізичні властивості. Сполучення розміру, структури й топології наділяє нанотрубки незвичайними механічними властивостями (стійкістю, міцністю, твердістю або гнучкістю при деформаціях), а також особливостями явищ переносу заряду (когерентним переміщенням електронів).

€

Рис. 6.12. На мікрофотографіях показано: (а) закрита багатошарова трубка із внутрішніми кришечками й (б) багатошарова трубка, вибірково відкрита в районі верхнього кінця із кришечками (показано стрілкою).

Очікується безліч успішних застосувань нанотрубок.

Зокрема, багатошарові нанотрубки, можуть знайти застосування:

а) у польових емісійних пристроях у якості нанозондов, що приєднуються до робочих кінців атомного силового мікроскопа (AFM);

б) у якості ефективних опорних елементів при гетерогенному каталізі;

в) для мікроелекгродів при злектрокаталітичних реакціях.

Особливості одношарових нанотрубок дозволяють очікувати їхнє

використання:

г) у якості індивідуальних квантових проводів;

д) як електронні прилади;

е) як середовище, що акумулює водень.

Здійснення деяких із цих застосувань можливо в найближчому або в більше віддаленому майбутньому, але для переважаючої більшості очікуваних приладів відсутні чіткі характеристики зразків і недостатні базові знання, що стосуються організації й маніпулювання такими об'єктами, як нанотрубки, що й гальмує прогрес в організації й розширенні ринку збуту для них.

Оптимізація технології одержання нанотрубок привела до того, що вихід «придатного продукту» тепер становить кілька десятків відсотків від маси осаду, що утворився на катоді. Розвиток технології одержання нанотрубок пов'язане з використанням каталізаторів (головним чином металів), що дозволяють одержувати як одношарові, так і багатошарові нанотрубки, у різних структурних станах.

Уже перші дослідження вуглецевих нанотрубок показали, що в цих матеріалах проявляються незвичайні ефекти. Наприклад, нанотрубки з відкритими кінцями проявляють капілярний ефект і здатні втягувати в себе розплавлені метали й інші рідкі речовини. Це відкриває перспективу створення провідних і понад провідні нитки діаметром декількох нанометрів, які можуть стати основою електронних пристроїв нанометрового масштабу.

Електричні властивості нанотрубки визначаються її спіральною структурою, зокрема, кутом орієнтації графітової площини щодо осі трубки. Залежно від цього одношарова трубка може мати такі ж електричні властивості як графить («напівметал», що не має забороненої зони), або бути підлоги провідником із шириною забороненої зони в межах 0, 01-0,7 еВ. Стикування двох нанотрубок, що мають різну хиральность, тобто особисті електронні характеристики, являє собою р-п-перехід, що має розміри в кілька нанометрів, що може бути використано як основу електронних пристроїв наступного покоління.

Експерименти показали, що нанотрубки мають високі емісійні характеристики: щільність струму автоелектронної емісії при напруженості 500 У досягає при кімнатній температурі 0,1 А/см², що відкриває можливість прикладного використання нанотрубок в електроніці.

Висока механічна міцність вуглецевих нанотрубок у сполученні з гарною електропровідністю дозволяє використовувати їх як зонди в скануючому тунельному мікроскопі, - це дозволяє підвищити розв'язну здатність приладів подібного типу. У засобах масової інформації спливає час від часів; тема «космічного ліфта». З вуглецевих нанотрубок пропонується зробити самий головний компонент всієї конструкції - надміцний кабель в 100 тисяч кілометрів довжиною.

Структура нанотрубок

Ідеальна нанотрубка - це циліндр, отриманий при згортанні плоскої гексагональної сітки графіту без швів, рисунок 6.13. Взаємна орієнтація гексагональної сітки графіту й поздовжньої осі нанотрубки визначає дуже важливу структурну характеристику, які одержала назву «хиральність».

а 6

Рис. 6.13. Моделі поперечного переріза багатошарових нанотрубок: а — «російська мотрійка»; б — сувій

На рисунку 6.14 показано, яким образом можуть бути утворені одношарові нанотрубки шляхом згортання гексггональної сітки графіту. Напрямок вектора згортання визначається відносим місцем розташування двох гексагональних осередків: одна з них беретьсз за початок координат (0, 0), а місце розташування іншого осередку визичається двома цілими числами (т, п) з одиничними векторами а, і а₂ (С -та; + па?). У приводи_ на рис. 6.14 прикладі згортання гексагональної сітки тередбачається здійсненим уздовж напрямку, що з'єднує початок коордиїат (0, 0) і крапку С з координатами (11,7).

Є багато варіантів згортання нанотрубок, ал< серед них виділяються ті, реалізація яких не приводить до перскручуванш структури гексагональної сітки при скручуванні. До трубок такого типу сталяться трубки «armchair» («гофр» або «крісло»), якщо т = п, і трубки типу <zigzag» («зигзаг»), якщо т = 0 (або п = 0). Всі інші типи трубок є спіральнкми (скрученими) і мають кути згортання 0 у межах 0 < 9 < 30°, тобто в межах між напрямком «зиґзаґ» і напрямком «гофр». Ці напрямки відзначені лінія™, що складаються із крапок. Пунктирна лінія, перпендикулярна вектору 3, є напрямком осі трубки (вектор Т).

Рис. 6.14. Модель утворення нанотрубок з різноїхиральністю при згортанні в циліндр гексагональної сітки графіту (а) і мікрофотографії атомного дозволу окремих одношарових нанотрубок (б)

Індекси вектора С, що характеризують «хиральність» одношарової нанотрубки, тобто її спіральну симетрію («спіральність»), визначають її діаметр D:

D = (т₂ + п₂ -тп)^ш(S d₀ )/ж (1)

де d₀ = 0,142 нм — відстань між атомами вуглецю в гексагональній сітці графіту. Таким чином, знаючи D, можна визначити спіральність нанотрубки.

Особливе місце серед одношарових нанотрубок займають нанотрубки з вектором С (10,10). У нанотрубках такого типу дві із Іс-С-Зв'язків, що входять до складу кожного шестичленного кільця, ориєнтоєвані паралельно поздовжньої осі трубки. Нанотрубки з подібною структурою повинні мати чисто металеву провідність Теоретичні розрахунки показали, що нанотрубки з подібною структурою мають підвищену стабільність і повинні переважати по цьому параметрі над трубками інший хиральності (все це справедливо при утворенні одношарових нанотрубок). Індексована схема, що демонструс процедуру згортання трубки, наведена на мал. 6.13, а На мал. 6.13, б показані два приклади моделей нанотрубок з різною індексацією — хиральністю або «спіральністю» (обоє ці терміна використовуються в літературі для позначення ступеня скручування трубок).

Рис.6.15. Індексована схема, що демонструє процедуру згортання при утворенні нанотрубочних циліндрів із планарних розграфлених смуг

Будь-який індекс показаний на гратах, може бути співвіднесений з початком координат і привласнений нанотрубці. Наприклад, всі типи нанотрубок (п,п), що ставляться до абстрактних трубок (позначені armchair), і всі (п,0) трубки (позначені zigzag) є зиґзаґоподібними. Розташування й довжина вектора іратка, що зв'язують початок координат із крапкою ґрат, що визначається індексом нанотрубки, визначає спіральність і діаметр трубки а* і а₂ є базисними векторами гексагональних ґрат.

Синтез нанотрубок діаметром 1,36 нм і довжиною кілька сотень нанометрів, що володіють металевою провідністю можна здійснити шляхом опромінення поверхні графіту з нікелевим каталізатором двома лазерними пучками. Такі нанотрубки з «спіральністю» (10,10) можуть утворювати джгути діаметром від 5 до 20 мкм, згорнуті в клубки й заплутані вигадливим образом. Поділ їх і детальний аналіз показали, що 44% нанотрубок мають ступінь спіральності (10,10), 30% - ступінь спіральності (11,9) і 20% - спіральність (12,8), тобто термодинамічні розрахунки підтверджені експериментально.

Багатошарові нанотрубки вуглецю відрізняються від одношарових більше широкою розмаїтістю форм і конфігурацій. Можливі різновиди

поперечної структури багатошарових нанотрубок показані на рисунку 6.15. Структура, представлена на рисунку 6.16, а, одержала назву «російська мотрійка». Вона являє собою коакснально вкладені друг у друга одношарові циліндричні нанотрубки. Іншого типу структура, показана на рисунку 6.16, б, нагадує скачаний рулон або сувій. Для розглянутих структур середня відстань між сусідніми шарам, як і в графіті, дорівнює 0,34 нм.

5

Рнс. 6.16. (а) Модель поводження нанотрубок при поздовжньому вигині, що демонструє дві конфігурації, які нанотрубки приймають у стані вигину, (б) Зображення багатошарової нанотрубки, отримане просвітчастим електронним мікроскопом (ПЭМ). Показано поздовжній вигин тонкої нанотрубки, що виникає через напругу стиску. Більше товста трубка розташована поруч.

У міру збільшення числа шарів у нанотрубке все в більшій мірі проявляються відхилення від ідеальної циліндричної форми. У деяких випадках зовнішня оболонка навіть здобуває форму багатогранника. Іноді поверхневий шар являє собою структуру з неупорядкованнм розташуванням атомів вуглецю. В інших випадках на ідеальній гексагональній сітці зовнішнього шару нанотрубки утворяться дефекти у вигляді п'ятикутників і семикутників, що приводять до порушення циліндричної форми. Наявність п'ятикутника викликає опуклий, а семикутника - увігнутий вигии циліндричної поверхні нанотрубки. Подібні дефекти ведуть до формування вигнутих і закручених нанотрубок, які в процесі росту ізвиваються, скручуються між собою, образуя петлі й інші складні за формою протяжні структури.

Основні Фізичні властивості вуглеиевих нанотрубок

Можливість заповнення внутрішнього каналу нанотрубок різними речовинами представляє велике значення для прикладних завдань. Приклади заповнення трубки показані на рисунку 6.17. Нанотрубку, заповнену провідним, напівпровідним або надпровідним матеріалом, можна розглядати як найбільш мініатюрний елемент у мікроелектроніці.

Рис. 6.17. (а) Мікрофотографія й (Ь) схематичне подання спиралевидного росту кристала, спостережуваного для Sn усередині капіляра багатошарової нанотрубки. (с) Мікрофотографія й (d) схематичне подання спиралевидного росту кристала, спостережуваного для UCU усередині капіляра багатошарової нанотрубки

Для того, щоб увести в нанотрубку рідина, необхідно колись «відкрити» її, тобто видалити верхню частину нанотрубки («зняти кришечку»). Ця операція добре відпрацьована. Один зі способів здійснення її полягає в відпалу матеріалу катодного осаду при 850°С у плин декількох годин у потоці вуглекислого газу. У результаті окислювання близько 10% всіх нанотрубок виявляються відкритими. Інший шлях — руйнування закритих кінців нанотрубок: витримка матеріалу, що містить нанотрубки, у концентрованій азотній кислоті протягом 4,5 годин при 240°С. У результаті такої обробки 80% нанотрубок стають відкритими.

Перші дослідження капілярних явищ показали, що є зв'язок між величиною поверхневого натягу й можливістю проникнення рідини усередину каналу нанотрубки. Капілярні властивості вуглецевих нанотрубок проявляються тільки з тими рідинами, ятсі мають поверхневий натяг < 200 мн/м.

Експериментально було встановлено, що більшу роль у капілярних явищах грає кисень. На поверхні рідких металів у присутності кисню утворяться оксиди, поверхневий натяг яких менше, ніж у рідких металів.

Іншим шляхом уведення усередину нанотрубок рідин є використання розчинників, що мають низький поверхневий натяг. При цьому як розчинник можна використовувати концентровану азотну кислоту, поверхневий натяг якої невелико (близько 43 мн/м) (вода має поверхневий натяг 72,75 мн/м).

Розроблені також методи заповнення нанотрубок металами. Наприклад, при заповненні нікелем одна з технологій приводила до утворення 80% відкритих трубок, при цьому 60-70% трубок містили нікелевий матеріал. Цей матеріал являв собою Ni у вигляді кристаликів, які мали діаметр 3-6 нм, довжину до 30 нм і перебували усередині нанотрубок, причому часто далеко від вершини. Аналогічні результати були отримані трубки зі змістом Fe і С. При заповненні нанотрубок використовувався розчин металів або їхніх оксидів в азотній кислоті. Азотна кислота сприяє відкриттю нанотрубок і проникненню металу у внутрішні їхні канали. Розпиленням порошку танталу й графіту в електричній дузі отримані нанотрубки, що містять частки ТаС із поперечним розміром від 2 до 20 нм. По вимірах магнітної восприим чивости визначена температура переходу в надпровідне состо яние (Т_с) часточок ТаС. Вона виявилася рівної 10 ДО. Таким чином, експериментально була показана можливість одержання надпровідних дротиків діаметром у кілька нанометрів.

Питомий електричний опір вуглеиевих нанотуубок

Внаслідок малих розмірів вуглецевих нанотрубок тільки порівнянно недавно вдалося виміряти їх питомий електричний опір (ft) безпосередньо четырехзоидовым методом. На поліровану поверхню оксиду кремнію у вакуумі були нанесені золоті смужки. У проміжки між ними містилися нанотрубки довгої 2-3 мікрони. Потім на одну з обраних для виміру нанотрубок наносилися чотири вольфрамових провідники товщиною 80 нм, розташування яких показане на рисунку 6.18. Кожний з вольфрамових провідників мав контакт із однієї із золотих смужок. Відстань між контактами на нанотрубке становило від 0,3 до 1 мікрона. Результати прямого виміру показали, що р нанотрубок може змінюватися в значних межах — від 5,1 10"⁶ до 0,8 Ом-см. Мінімальне значення р на порядок нижче, ніж у графіту. Більша частина нанотрубок має металеву провідність, а менша — проявляє властивості напівпровідника із шириний забороненої зони Eg = 0,1-0,3 еВ.

Дослідження, проведені за допомогою скануючого тунельного мікроскопа (СТМ), дозволили вивчити електронний спектр одношарових нанотрубок. Було встановлено, що електронний спектр залежить від ступеня «спіральності» (т н п) нанотрубок. У напрямку скручування (уздовж напрямку С) періодично реалізуються граничні умови у вигляді СК = 2щ де ДО — хвильовий вектор, q — ціле число. Отримані значення До минулого зіставлені з дисперсійним співвідношенням гексагональної сітки графіту й

Рис. 6.18. Топологія чотирьохзондової схеми виміру електричного опору окремої нанотрубки. Є чотири 80-нм вольфрамові провідні доріжки, сформовані на подложке з оксиду кремнію; вони підводять до нанотрубке за допомогою золотих контактних доріжок.

розраховані для різних одномірних мод. Розрахунки показали, що при п = т в електронному спектрі трубки утвориться зона, що перетинає рівень Ферми. У цьому випадку нанотрубки повинні мати металеві властивості. Для всіх інших типів трубок (у тому числі й типу «зиґзаґ») реалізуються дві можливості: у випадку, коли и - т = ЗІ (гд / — ціле число), трубки мають металеву провідність, а у випадку, коли п - т не дорівнює ЗІ, нанотрубки здобувають напівпровідникові властивості із шириною забороненої зони Е_? = 2уоа_сгУ(1, де т, — енергія перекриття зв'язків с-с, що перебувають на найближчій відстані (0,142 нм).

Вивчення провідності нанотрубок здійснювалося за допомогою СТМ. Більшість вольтамперньтх характеристик показує низьку провідність при негативних напругах, що потім віз стане нелінійно зі збільшенням напруги. Досліджені нанотрубки розділяються на дві групи: у першу групу включені нанотрубки з Е ~ 0,5-0,6 еВ. Величина забороненої зони в першому наближенні погодилася з очікуваної для напівпровідникових трубок. До другої групи ставляться нанотрубки з Е_я = 1,7-2,0 еВ. що погодиться з розрахунковим для трубок (п-т= ЗІ) діаметром 1,4 нм. Таким чином, були підтверджені експериментально теоретичні пророкування про те, що хнральність трубок визначає напівпровідникові або металеві властивості й залежить, в основному, від варіацій кута згортання або діаметра трубки.

Для практичного використання нанотрубок досить перспективними виявилися результати вивчеиия автоемісійних властивостей матеріалу, де нанотрубки були орієнтовані перпендикулярно підложці. Струм емісії із площі 1 мм² при напрузі 6,5 кВ склав 0,5 мА. Було встановлено, що це значення струму відповідала а величині, одержуваної за допомогою вираження Фаулера-Нордгейма:

J= Р Е* ехр(-ДОф^т/Е*),

де С и fC — константи; ф — робота виходу електронів з матеріалу; Е* — напруженість електричного поля в тих місцях, звідки здійснюється вихід електронів. Для досліджуваного матеріалу - це вершини нанотрубок.

Оцінку Е* можна одержати, знаючи, що Е* ~ U/r, де U — напруга між катодом і анодом, В; г — радіус закруглення верхньої частини нанотрубки. Уважаючи, шо г ~ 10-6 см при U = 500 В, одержуємо Е* = 5-Ю⁸ В/см. Цієї напруженості електричного поля виявилося досить для витягування електронів при роботі виходу ф = 5 еВ. Таким чином, автоеміссія в цьому випадку забезпечувалася за рахунок конфігурації поверхні, з якої витягають електрони. Ця поверхня являє собою щітку загострених тонких голок, на вершинах яких реалізується досить висока напруженість електричного поля.

Високі значення емісії можуть бути отримані, якщо робота виходу електронів буде досить низкою. Для визначення роботи виходу електронів досліджувалися нанотрубки діаметром 0,8-1,1 нм, скручені в джгути діаметром 10-30 нм, нанесені на кремнієву підложку. Як анод використовувався молібденовий стрижень діаметром 0,6 мм, що відстоїть від поверхні плівки на відстані 15 мкм. Автоелектронна емісія одношарових нанотрубок подалася при напруженості електричного поля Е* = 16-10⁴ В/см. Щільність струму емісії J = 0,03 А/см². Оцінки, зроблені за допомогою формули Фаулера-Нордгейма, показали, що робота виходу електронів з нанотрубок дорівнює 1 еВ. Отримані дані дозволяють розглядати нанотрубки як кращий матеріал для використання як холодні катоди.

Магнітна сприйнятливість нанотрубок

Однієї з важливих особливостей вуглецевих нанотрубок є високе значення діамагнітної сприйнятливості X- Магнітна сприйнятливість для нанотрубок показана на рисунку 6.19 у порівнянні з іншими формами вуглецю. Із цього малюнка видно, що досліджені нанотрубки мають велику негативну магнітну сприйнятливість. Передбачається, що високий діамагнетизм обумовлений протіканням електронних струмів по окружності нанотрубок. Звичайно діамагнетизм виникає за рахунок прецесії електронних орбиталей атомів, іонів, молекул (механізм Ланжевена). Така прецесія завжди відбувається в зовнішнім магнітному полі як прояв фундаментальних властивостей електронів, що рухаються в атомі по орбіті (теорема Лармора).

Оскільки електронні оболонки атомів і іонів майже не залежать від температурних коливань кристала, те діамагнітна сприйнятливість, обумовлена механізмом Ланжевена, залишаючись негативної, слабко змінюється з температурою.

Як ми вже відзначали, вуглецеві нанотрубки часто проявляють металеві властивості, а в металах проявляється й інший вид діамагнетизму (механізм Ландау). Магнітні властивості електронного газу, поміщеного в магнітне поле, обумовлено наявністю в електронів власного спінового моменту. При цьому виникає як парамагнетизм (Пауді), так і діамагнетизм (Ландау); Останній механізм пов'язаний із квантуванням руху електронів провідності в магнітному полі. Такий діамагнетизм може бути значним і в низькорозмірній структурі зростає зі зниженням температури.

Рис. 6.19. Температурні залежності магнітної сприйнятливості х різних форм вуглецю: 1 — фуллерит С₆<ь 2— алмаз; 3 — активоване вугілля; 4 — багато-орієнтований піролитичний графіт; 5 — нанотрубки провідників.

Так, наприклад, значним діамагнетизмом, що зростає при охолодженні, володіє квазідвумірна (2D) структура графіту. Очевидно, діамагнетизм у квазіодномірній (1D) структурі вуглецевих трубок має подібний же характер. При цьому слід зазначити, що низькорозмірні струмопровідні структури часто схильні до появи надпровідності (коли діамагнетизм стає «гігантським»). Вивчення магнітних властивостей нанотрубок триває.

Практичне використання нанотрубок

Малі розміри, можливість при синтезі одержувати необхідну Електропровідність, механічна міцність і хімічна стабільність роблять нанотрубки перспективним матеріалом для виробництва робочих елементів у мікроелектроніці. Теоретичні розрахунки показали, що якщо в бездефектної одношарової нанотруки з «спіральністю» (8,0) створити дефект у вигляді пари п'ятикутник-семиугольнник, те «спіральність» трубки в області існування дефекту стає рівною (7,1). Нанотрубка з «спіральністю» (8,0) є напівпровідником із шириною забороненої зони 1,2 еВ, тоді як нанотрубка з «сніральністю» (7,1) є вже напівметалом, для якого ширина забороненої зони дорівнює нулю. Таким чином, мікрообласть нанотрубки із впровадженим дефектом може розглядатися як гетероперехід метал-напівпровідник, що міг би скласти основу напівпровідникового елемента рекордно малих розмірів.

Одиничні нанотрубки можуть використовуватися як найтонші зонди для дослідження поверхні з малою шорсткістю (на нанометровом рівні). У цьому випадку використовується надзвичайно висока механічна міцність нанотрубки. Модуль пружності Е уздовж, поздовжньої осі нанотрубки дорівнює приблизно 7000 ГПа, тоді як зонди, зроблені з іридієвої сталі, досягають значення 520 ГПа.

Крім того, одношарові нанотрубки можуть пружно подовжуватися на 16%. Щоб наочно представити така властивість матеріалу в макроскопічному масштабі, наприклад, у залізної спиці довжиною в 30 см, її можна було б подовжити під навантаженням на 4,5 см, причому після зняття навантаження вона б знову повернулася до вихідної довжини. Така «сверхеластичність» також становить інтерес для практичних застосувань. Наприклад, мікрозонд із нанотрубки зі сверхупругими властивостями при перевищенні деякого зусилля буде прогибатися пружно й тим самим забезпечувати контакт із поверхнею.

Високі значення модуля пружності вуглецевих нанотрубок дозволяють створити композиційні матеріали, що забезпечують високу міцність при надвисоких пружних деформаціях. З такого матеріалу можна в принципі одержати надм’яку й надміцну тканину. Для багатьох технологічних застосувань приваблива висока питома поверхня матеріалу нанотрубок. Нанотрубки в процесі росту утворять випадковим образом орієнтовані спіралевидні структури, що приводить до утворення значної кількості порожнин нанометрового розміру. У результаті питома поверхня матеріалу з нанотрубок досягає значення 600 м²/см. Настільки висока питома поверхня матеріалу нанотрубок відкриває можливість використання такого пористого матеріалу у фільтрах і апаратах хімічної технології.

Є пропозиції по використанню матеріалу нанотрубок як електроди для високоємних електрохімічних конденсаторів великої питомої потужності. Матеріалом для електродів, наприклад, можуть бути нанотрубки довжиною 20 мкм, що входять до складу пучків діаметром 2 мкм.

Існуючі методи одержання нанотрубок - це емпіричні, часто дуже вдалі знахідки. Однак вони обмежені в можливостях одержання нанотрубок заданого діаметра й довжини. Систематичні дослідження дозволяють удосконалювати розробку механізмів формування й керованого росту нанотрубок. Рішення цієї проблеми дозволить знизити вартість 1 г нанотрубок, що становить у цей час кілька сотень доларів США.

Для практичного використання в ианоелектроніці потрібно вирішити ряд проблем, пов'язаних із квантуванням електричного й магнітного поля в таких одномірних структурах, якими є нанотрубки. В одношарової нанотрубке очікується втілення в реальність ідеї створення гетероструктур у вигляді дефекту п'ятикутник-семикутник.