Ученые из подмосковного Зеленограда разработали установку, с помощью которой можно получать самые разнообразные углеродные нанотрубки. Свою установку авторы позиционируют как учебно-исследовательскую.
Совсем недавно структуры из атомов углерода, похожие на длинные и тонкие полые трубки диаметром в несколько нанометров (то есть в несколько миллионных долей миллиметра) и длиной иногда в десятки микрон были невероятной экзотикой. Теперь их смогут выращивать студенты на практикуме. Конечно, не на любом. Но там, где будет установка роста нанотрубок, разработанная коллективом ученых из подмосковного Зеленограда – нашей отечественной «силиконовой долины». Эту установку авторы продемонстрировали недавно на выставке «Высокие технологии XXI века», прошедшей в апреле этого года в выставочном центре Олимпийский.
Надо сказать, что сама по себе установка довольно компактна и, как уверяют разработчики, проста в эксплуатации - пользоваться ею нетрудно. Собственно, это реакторная печь, внутри которой очень жарко (максимальная температура нагрева 1200 ?С) и низкое давление, почти вакуум – в тысячные доли атомосферного. А из парогазовой смеси как раз и вырастают углеродные нанотрубки. Характерая особенность установки в том, что источником углерода служат пары этилового спирта . То есть, легкодоступный нетоксичный материал. Так что, нанотрубки получаются из «национального русского продукта». Растут они на подложках, как вырастают из водяного пара зимой ледяные цветы на оконном стекле.
Между прочим, как рисунок ледяного узора зависит в основном от температуры за окном, давления водяного пара в воздухе комнаты и от структуры поверхности стекла, так и параметры нанотрубок зависят от давления пара внутри камеры и от структуры более холодной подложки, на которой конденсируются атомы углерода, собираясь в причудливые трубки. Кстати, поэтому эти подложки, как правило – металлические, называют катализаторами – в составе углеродных нанотрубок атомов этих металлов нет, в синтезе они не расходуются, но и без них никаких трубок не вырастет – скорее всего, получится просто бесформенная структурно аморфная (неупорядоченная) сажа.
Ну, и кроме реакторной печи в состав устройства входят обслуживающие системы. Электронный блок управления руководит работой печки, насос создает вакуум в камере, давление контролирует манометр, а парогазовую смесь в печь подает специальная система.
Как выяснили авторы, чтобы получить длинные, похожие на спутанные нитки нанотрубки (длиной от 1 до 30 микрон при толщине от двух до сорока нанометров), в качестве катализатора надо использовать тонкую пленку из никеля (5-10 нм). Захочешь синтезировать трубки с внешним диамером около 30 нанометров и внутренним примерно раз в 10 меньшим – надо брать раствор легко разлагающегося соединения никеля в этаноле и получать из него наночастицы никелевого катализатора. Только тогда получится затравка нужной структуры, на которой вырастет нанотрубка с нужными парамерами. Наконец, планарные нанотрубки, то есть распластанные на поверхности, можно получить, если в качестве катализатора взять трехслойную пленку ванадий-никель-ванадий.
Короче говоря, новая установка открывает огромные возможности. В некотором смысле, конечно, очень грубо говоря, как какой-нибудь умный кухонный прибор – недаром говорят, что работы химика-синтетика и повара во многом похожи. Используй одну из программ, заложенных в памяти процессора (в этом устройстве их больше ста), меняй параметры синтеза – и можно получать самые разные по структуре нанотрубки, как с помощью хорошей микроволновки и набора продуктов можно приготовить бесконечное разнообразие блюд. Только, в отличие от кулинаров, работающих в одной области, ученые могут получать материалы, применять которые можно для самых разных целей – от производства нанокомпозитов до электроники и микросистемной техники. Студенты будут учиться, а уже сложившиеся исследователи – изучать процессы роста нанотрубок на каталитических поверхностях. И все вместе - разгадывать загадки природы и создавать новые материалы.
Источник: Информнаука
