Войти
Воспроизвести медиа Генерация молекул фуллерена внутри углеродной нанотрубки (CNT) - in situ просвечивающая электронная микроскопия (TEM) 
ПЭМ-изображения M 3 N @ C 80 стручков. Атомы металлов (M = Ho или Sc) видны как темные пятна внутри молекул фуллерена; они дважды инкапсулированы в молекулы C 80 и в нанотрубки. 
ПЭМ-изображение широкой двустенной УНТ, плотно заполненной фуллеренами C 60. Углеродный стручок представляет собой гибридный наноматериал, состоящий из сфероидальных фуллеренов, инкапсулированных в углеродную нанотрубку. Он назван из-за сходства со стручком гороха. Поскольку свойства углеродных стручков отличаются от свойств нанотрубок и фуллеренов, углеродные стручки можно признать новым типом самоорганизующейся графитовой структуры. Возможные применения нанопиподов включают наноразмерные лазеры, одноэлектронные транзисторы, массивы спин-кубитов для квантовых вычислений, нанопипетки и устройства хранения данных благодаря эффектам памяти и сверхпроводимости нанопипеток. peapods.
Одностенные нанотрубки ( ОСНТ) впервые были замечены в 1993 году в виде цилиндров, свернутых из одного листа графена. В 1998 году первых стручков наблюдали Брайан Смит, Марк Монтиу и Дэвид Луцци. Идея стручков возникла из структуры, созданной в просвечивающем электронном микроскопе в 2000 году. Впервые они были обнаружены во фрагментах, полученных с помощью импульсного лазерного испарения, с последующей обработкой кислотой и отжигом.
Стручки углерода могут быть получены естественным образом во время синтеза углеродных нанотрубок с помощью импульсного лазерного испарения. C60 примеси фуллерена образуются во время обработки отжигом и кислотной очистки и попадают в нанотрубки через дефекты или диффузию в паровой фазе. Фуллерены внутри нанотрубки стабилизируются только при разнице диаметров 0,34 нм или меньше, а когда диаметры почти идентичны, энергия взаимодействия возрастает до такой степени (сравнимой с 0,1 ГПа), что фуллерены становятся неспособными извлекаться из ОСНТ. даже в высоком вакууме. Инкапсулированные фуллерены имеют диаметр, близкий к диаметру C 60, и образуют цепочку внутри трубки. Контролируемое производство углеродных стручков допускает большее разнообразие как структуры нанотрубок, так и состава фуллерена. Различные элементы могут быть включены в углеродный стручок посредством легирования и существенно повлияют на получаемые в результате свойства теплопроводности и электропроводности.
Существование углеродных стручков демонстрирует другие свойства углеродных нанотрубок, такие как способность быть строго контролируемой средой для реакций. Молекулы C 60 обычно образуют аморфный углерод при нагревании до 1000–1200 ° C в условиях окружающей среды; при нагревании до такой высокой температуры внутри углеродной нанотрубки они вместо этого упорядоченно сливаются, образуя другую ОСНТ, тем самым создавая углеродную нанотрубку с двойными стенками. Благодаря легкости, с которой фуллерены могут инкапсулироваться или допироваться другими молекулами, а также прозрачностью нанотрубок для электронных лучей, углеродные стручки также могут служить в качестве пробирок нанометрового размера. После того, как фуллерены, содержащие реагенты, диффундируют в ОСНТ, можно использовать пучок электронов высокой энергии для замещения атомов углерода и индукции высокой реакционной способности, таким образом инициируя образование димеров C 60 и слияние их содержимого. Кроме того, из-за того, что заключенные фуллерены ограничены только одномерной степенью подвижности, можно легко изучить такие явления, как диффузия или фазовые превращения.
Диаметр углеродных стручков колеблется от ок. От 1 до 50 нанометров. Различные комбинации размеров фуллерена C 60 и структуры нанотрубок могут приводить к различным свойствам электропроводности углеродных стручков из-за ориентации вращений. Например, C 60 @ (10,10) - хороший сверхпроводник, а C 60 @ (17,0) peapod - полупроводник. Расчетная ширина запрещенной зоны для C 60 @ (17,0) равна 0,1 эВ. Исследования их потенциала как полупроводников все еще продолжаются. Хотя как легированные фуллериды, так и жгуты из ОСНТ являются сверхпроводниками, к сожалению, критические температуры для сверхпроводящего фазового перехода в этих материалах низкие. Есть надежда, что углеродные нано-стручки могут быть сверхпроводящими при комнатной температуре.
С помощью химического легирования электронные характеристики стручков могут быть дополнительно скорректированы. Когда углеродный стручок легирован атомами щелочного металла, такого как калий, легирующие примеси будут реагировать с молекулами C 60 внутри SWNT. Он образует отрицательно заряженную C 60 ковалентно связанную одномерную полимерную цепь с металлической проводимостью. В целом, легирование ОСНТ и пиподов атомами щелочных металлов активно увеличивает проводимость молекулы, поскольку заряд переносится с ионов металла на нанотрубки. Легирование углеродных нанотрубок окисленным металлом - еще один способ регулирования проводимости. Это создает очень интересное высокотемпературное сверхпроводящее состояние, поскольку уровень Ферми значительно снижается. Хорошим применением было бы введение диоксида кремния в углеродные нанотрубки. Он создает эффект памяти, поскольку некоторые исследовательские группы изобрели способы создания запоминающих устройств на основе углеродных стручков, выращенных на поверхностях Si / SiO 2.
 | На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Углеродные стручки. |
