ნახშირბადის ნანომილები CNT-ები არის თავისებური ცილინდრული მოლეკულები, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით ნახევარი ნანომეტრია და სიგრძე რამდენიმე მიკრომეტრამდეა. ნახშირბადის ნანომილები არის ღრუ წაგრძელებული ცილინდრული სტრუქტურები, რომელთა დიამეტრი რამდენიმე ათეულ ნანომეტრამდეა, ტრადიციული ნანომილების სიგრძე გამოითვლება მიკრონებით, თუმცა სტრუქტურები მილიმეტრებისა და სანტიმეტრების სიგრძით უკვე მიიღება ლაბორატორიებში. . გრაფიტის ექვსკუთხა ბადის და ნანომილის გრძივი ღერძის ორმხრივი ორიენტაცია განსაზღვრავს ძალიან მნიშვნელოვან...

გააზიარეთ სამუშაო სოციალურ ქსელებში

თუ ეს ნამუშევარი არ მოგწონთ, გვერდის ბოლოში არის მსგავსი ნამუშევრების სია. თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ ძებნის ღილაკი

შესავალი

დღეს ტექნოლოგიამ სრულყოფილების ისეთ დონეს მიაღწია, რომ მიკროკომპონენტები სულ უფრო ნაკლებად გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიებში და თანდათან იცვლება ნანოკომპონენტები. ეს ადასტურებს ელექტრონული მოწყობილობების უფრო დიდი მინიატურიზაციის ტენდენციას. გაჩნდა ინტეგრაციის ახალი დონის - ნანო დონის დაუფლების საჭიროება. შედეგად, გაჩნდა ტრანზისტორების მოპოვების საჭიროება, მავთულები ზომით 1-დან 20 ნანომეტრამდე დიაპაზონში. ამ პრობლემის გადაწყვეტა 1985 წელს იყო. ნანომილების აღმოჩენა, მაგრამ მათი შესწავლა დაიწყო მხოლოდ 1990 წლიდან, როდესაც ისწავლეს მათი საკმარისი მოცულობის მოპოვება.

ნახშირბადის ნანომილები (CNT) არის თავისებური ცილინდრული მოლეკულები

დაახლოებით ნახევარი ნანომეტრი დიამეტრით და რამდენიმე მიკრომეტრამდე სიგრძე. ეს პოლიმერული სისტემები პირველად აღმოაჩინეს, როგორც ფულერენის C სინთეზის ქვეპროდუქტები 60 . მიუხედავად ამისა, ნანომეტრის (მოლეკულური) ზომის ელექტრონული მოწყობილობები უკვე იქმნება ნახშირბადის ნანომილების ბაზაზე. მოსალოდნელია, რომ უახლოეს მომავალში ისინი ჩაანაცვლებენ მსგავსი დანიშნულების ელემენტებს სხვადასხვა მოწყობილობების ელექტრონულ სქემებში, მათ შორის თანამედროვე კომპიუტერებში.

1. ნახშირბადის ნანომილების კონცეფცია

1991 წელს იაპონელი მკვლევარი იჯიმა სწავლობდა კათოდზე წარმოქმნილ დეპოზიტს, როდესაც გრაფიტი ელექტრულ რკალში იყო გაფანტული. მისი ყურადღება მიიპყრო ნალექის უჩვეულო სტრუქტურამ, რომელიც შედგება მიკროსკოპული ძაფებისა და ბოჭკოებისგან. ელექტრონული მიკროსკოპის გაზომვებმა აჩვენა, რომ ასეთი ძაფების დიამეტრი არ აღემატება რამდენიმე ნანომეტრს, ხოლო სიგრძე ერთიდან რამდენიმე მიკრონამდე. გრძივი ღერძის გასწვრივ თხელი მილის გაჭრა, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ იგი შედგება ერთი ან მეტი ფენისგან, რომელთაგან თითოეული არის გრაფიტის ექვსკუთხა ბადე, რომელიც დაფუძნებულია ექვსკუთხედებზე ნახშირბადის ატომებით, რომლებიც მდებარეობს კუთხის წვეროებზე. ყველა შემთხვევაში, ფენებს შორის მანძილი არის 0,34 ნმ, ანუ იგივეა, რაც კრისტალურ გრაფიტის ფენებს შორის. როგორც წესი, მილების ზედა ბოლოები დახურულია მრავალშრიანი ნახევარსფერული ქუდებით, რომელთა თითოეული ფენა შედგება ექვსკუთხედებისა და ხუთკუთხედებისგან, რომლებიც წააგავს ნახევრად ფულერენის მოლეკულის სტრუქტურას.

გაფართოებულ სტრუქტურებს, რომლებიც შედგება დაკეცილი ექვსკუთხა ქსელებისგან, ნახშირბადის ატომებით კვანძებში, ეწოდება ნანომილები. ნანომილების აღმოჩენამ დიდი ინტერესი გამოიწვია მკვლევარებში, რომლებიც მონაწილეობდნენ უჩვეულო ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მქონე მასალებისა და სტრუქტურების შექმნაში.

ნახშირბადის ნანომილები არის ღრუ წაგრძელებული ცილინდრული სტრუქტურები, რომელთა დიამეტრი რამდენიმე ათეულ ნანომეტრს აღწევს (ტრადიციული ნანომილების სიგრძე იზომება მიკრონებით, თუმცა სტრუქტურები მილიმეტრებისა და სანტიმეტრების სიგრძით უკვე მიიღება ლაბორატორიებში).

იდეალური ნანომილაკი არის ცილინდრი, რომელიც მიღებულია გრაფიტის ბრტყელი ექვსკუთხა ბადე ნაკერების გარეშე.გრაფიტის ექვსკუთხა ქსელისა და ნანომილის გრძივი ღერძის ორმხრივი ორიენტაცია განსაზღვრავს ნანომილის ძალიან მნიშვნელოვან სტრუქტურულ მახასიათებელს, რომელსაც ქირალობა ეწოდება. ქირალურობას ახასიათებს ორი მთელი რიცხვი (მ, ნ ) რომელიც მიუთითებს ბადის ექვსკუთხედის მდებარეობას, რომელიც დაკეცვის შედეგად უნდა ემთხვეოდეს საწყისში მდებარე ექვსკუთხედს.

ზემოაღნიშნული ილუსტრირებულია ნახ. 1.1-ზე, რომელიც გვიჩვენებს ექვსკუთხა გრაფიტის ქსელის ნაწილს, რომლის ცილინდრში დაკეცვა იწვევს სხვადასხვა ქირალობის მქონე ერთფენიანი ნანომილების წარმოქმნას. ნანომილის ქირალურობა ასევე შეიძლება ცალსახად განისაზღვროს კუთხით, რომელიც წარმოიქმნება ნანომილის დაკეცვის მიმართულებით და მიმართულებით, რომლითაც მიმდებარე ექვსკუთხედებს აქვთ საერთო მხარე. ეს მიმართულებები ასევე ნაჩვენებია სურათზე 1.1. ნანომილების დასაკეცი მრავალი ვარიანტი არსებობს, მაგრამ მათ შორის არის ისეთებიც, რომლებიც არ იწვევს ექვსკუთხა ქსელის სტრუქტურის დამახინჯებას. ეს მიმართულებები შეესაბამება a = 0 და a = 30° კუთხეებს, რაც შეესაბამება ქირალურობას.(m, 0) და (2n, n).

ერთშრიანი მილის ქირალურობის მაჩვენებლები განსაზღვრავს მის დიამეტრსდ :

სადაც d0 = 0,142 ნმ არის მანძილი ნახშირბადის ატომებს შორის გრაფიტის ექვსკუთხა ბადეში. ზემოაღნიშნული გამოთქმა შესაძლებელს ხდის ნანომილის დიამეტრიდან მისი ქირალურობის დადგენას.

ნახ.1.1. მოდელი სხვადასხვა ქირალობის მქონე ნანომილების ფორმირებისთვის, როდესაც გრაფიტის ექვსკუთხა ბადე ცილინდრში შემოვიდა.

ნახშირბადის ნანომილები ხასიათდება მრავალფეროვანი ფორმებით. მაგალითად, ისინი შეიძლება იყოს ერთკედლიანი ან მრავალკედლიანი (ერთფენიანი ან მრავალშრიანი), სწორი ან სპირალური, გრძელი და მოკლე და ა.შ.

ნახ.1.2-ში. და ნახ.1.3 წარმოდგენილია შესაბამისად ნახშირბადის ერთფენიანი და ნახშირბადის მრავალშრიანი ნანომილების მოდელი.

ნახ.1.2 ნახშირბადის ნანომილის ერთფენიანი მოდელი

ნახ.1.3 ნახშირბადის მრავალშრიანი ნანომილის მოდელი

მრავალშრიანი ნახშირბადის ნანომილები განსხვავდება ერთშრიანი ნანომილებისაგან მრავალფეროვანი ფორმებითა და კონფიგურაციებით. მრავალშრიანი ნანომილების განივი სტრუქტურის შესაძლო სახეობები ნაჩვენებია ნახ. 1.4.a და b. ნახაზზე 1.4.ა ნაჩვენები სტრუქტურა, რუსულ მატრიოშკას უწოდეს. ეს არის კოაქსიალურად ბუდებული ერთფენიანი ცილინდრული ნანომილები. სტრუქტურა ნაჩვენებია ნახ. 1.4.b, წააგავს ნაგლინ რულონს ან გრაგნილს. ყველა განხილული სტრუქტურისთვის, საშუალო მანძილი მიმდებარე ფენებს შორის, როგორც გრაფიტში, არის 0.34 ნმ.

სურ.1.4. მრავალშრიანი ნანომილების ჯვრის მონაკვეთის მოდელები: ა - რუსული მატრიოშკა,ბ - გადახვევა.

როგორც ფენების რაოდენობა იზრდება, გადახრები იდეალური ცილინდრული ფორმისგან სულ უფრო აშკარა ხდება. ზოგიერთ შემთხვევაში, გარე გარსი იღებს პოლიედრონის ფორმას. ზოგჯერ ზედაპირის ფენა არის სტრუქტურა ნახშირბადის ატომების უწესრიგო განლაგებით. სხვა შემთხვევაში ნანომილის გარე ფენის იდეალურ ექვსკუთხა ქსელზე წარმოიქმნება დეფექტები ხუთკუთხედების და შვიდკუთხედების სახით, რაც იწვევს ცილინდრული ფორმის დარღვევას. ხუთკუთხედის არსებობა იწვევს ნანომილის ცილინდრული ზედაპირის ამოზნექილ და შვიდკუთხედის ჩაზნექილ ღუნვას. ასეთი დეფექტები იწვევს მოხრილი და ხვეული ნანომილების გაჩენას, რომლებიც ზრდის პროცესში ტრიალდებიან, ტრიალდებიან ერთმანეთთან, ქმნიან მარყუჟებს და რთული ფორმის სხვა გაფართოებულ სტრუქტურებს.

მნიშვნელოვანია, რომ ნანომილები საოცრად ძლიერი აღმოჩნდა დაძაბულობისა და ღუნვის დროს. მაღალი მექანიკური სტრესის გავლენის ქვეშ, ნანომილები არ იშლება და არ იშლება, მაგრამ მათი სტრუქტურა უბრალოდ გადანაწილებულია. სხვათა შორის, ვინაიდან ჩვენ ვსაუბრობთ ნანომილების სიძლიერეზე, საინტერესოა ამ თვისების ბუნების შესახებ ერთ-ერთი უახლესი კვლევა.

რაისის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა ბორის იაკობსონის ხელმძღვანელობით დაადგინეს, რომ ნახშირბადის ნანომილები იქცევიან როგორც „ჭკვიანი თვითგანკურნების სტრუქტურები“ (კვლევა გამოქვეყნდა 2007 წლის 16 თებერვალს ჟურნალში Physical Review Letters). ამრიგად, კრიტიკული მექანიკური სტრესისა და ტემპერატურის ცვლილებებით ან რადიოაქტიური გამოსხივებით გამოწვეული დეფორმაციების პირობებში, ნანომილებს შეუძლიათ საკუთარი თავის „შეკეთება“. ირკვევა, რომ 6-ნახშირბადიანი უჯრედების გარდა, ნანომილები ასევე შეიცავს ხუთ და შვიდატომიან გროვას. ეს 5/7 ატომიანი უჯრედები ავლენენ უჩვეულო ქცევას, მოძრაობენ ნახშირბადის ნანომილის ზედაპირის გასწვრივ, როგორც ორთქლის ნავები ზღვაზე. როდესაც დაზიანება ხდება დეფექტის ადგილზე, ეს უჯრედები მონაწილეობენ "ჭრილობის შეხორცებაში", ენერგიის გადანაწილებაში.

გარდა ამისა, ნანომილები ავლენენ უამრავ მოულოდნელ ელექტრულ, მაგნიტურ და ოპტიკურ თვისებებს, რომლებიც უკვე გახდა მრავალი კვლევის ობიექტი. ნახშირბადის ნანომილების თვისებაა მათი ელექტრული გამტარობა, რომელიც აღმოჩნდა უფრო მაღალი ვიდრე ყველა ცნობილი გამტარი. მათ ასევე აქვთ შესანიშნავი თბოგამტარობა, არიან ქიმიურად სტაბილური და რაც ყველაზე საინტერესოა, შეუძლიათ შეიძინონ ნახევარგამტარი თვისებები. ელექტრონული თვისებების თვალსაზრისით, ნახშირბადის ნანომილები შეიძლება მოიქცნენ როგორც ლითონები ან ნახევარგამტარები, რაც განისაზღვრება ნახშირბადის პოლიგონების ორიენტირებით მილის ღერძთან მიმართებაში.

ნანომილები მჭიდროდ ეკვრის ერთმანეთს, ქმნიან კომპლექტს, რომელიც შედგება ლითონისა და ნახევარგამტარული ნანომილებისაგან. აქამდე რთული ამოცანაა მხოლოდ ნახევარგამტარული ნანომილების მასივის სინთეზი ან ნახევარგამტარული ნანომილების გამოყოფა (გამოყოფა) ლითონისგან.

2. ნახშირბადის ნანომილების თვისებები

კაპილარული ეფექტები

კაპილარული ეფექტების დასაკვირვებლად აუცილებელია ნანომილების გახსნა, ანუ ზედა ნაწილის – ქუდების ამოღება. საბედნიეროდ, ეს ოპერაცია საკმაოდ მარტივია. ქუდების ამოღების ერთ-ერთი გზაა ნანომილების 850°C ტემპერატურაზე ადუღება ნახშირორჟანგის ნაკადში რამდენიმე საათის განმავლობაში. დაჟანგვის შედეგად, ყველა ნანომილის დაახლოებით 10% ღიაა. ნანომილების დახურული ბოლოების განადგურების კიდევ ერთი გზაა კონცენტრირებული აზოტის მჟავას ზემოქმედება 4,5 საათის განმავლობაში 240°C ტემპერატურაზე. ამ დამუშავების შედეგად ნანომილების 80% ღია ხდება.

კაპილარული ფენომენების პირველმა კვლევებმა აჩვენა, რომ არსებობს კავშირი სითხის ზედაპირული დაძაბულობის სიდიდესა და ნანომილის არხში მისი ჩაღების შესაძლებლობას შორის. აღმოჩნდა, რომ სითხე შეაღწევს ნანომილის არხში, თუ მისი ზედაპირული დაძაბულობა არ არის 200 მნ/მ-ზე მეტი. ამიტომ, ნანომილაკებში ნებისმიერი ნივთიერების შესატანად გამოიყენება დაბალი ზედაპირული დაძაბულობის გამხსნელები. მაგალითად, კონცენტრირებული აზოტის მჟავა, რომლის ზედაპირული დაძაბულობა დაბალია (43 მნ/მ), გამოიყენება ნანომილის არხში გარკვეული ლითონების შესატანად. შემდეგ ანეილირება ტარდება 400°C ტემპერატურაზე 4 საათის განმავლობაში წყალბადის ატმოსფეროში, რაც იწვევს ლითონის შემცირებას. ამ გზით მიიღეს ნიკელის, კობალტისა და რკინის შემცველი ნანომილები.

ლითონებთან ერთად, ნახშირბადის ნანომილები შეიძლება ივსებოდეს აირისებრი ნივთიერებებით, როგორიცაა მოლეკულური წყალბადი. ამ უნარს დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს, რადგან ხსნის წყალბადის უსაფრთხო შენახვის შესაძლებლობას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ეკოლოგიურად სუფთა საწვავი შიდა წვის ძრავებში.

ნახშირბადის ნანომილების ელექტრული წინაღობა

ნახშირბადის ნანომილების მცირე ზომის გამო, მხოლოდ 1996 წელს იყო შესაძლებელი მათი ელექტრული წინაღობის p პირდაპირ გაზომვა ოთხმხრივი მეთოდით. იმისათვის, რომ შევაფასოთ ამისთვის საჭირო ექსპერიმენტული უნარი, ჩვენ მივცემთ ამ მეთოდის მოკლე აღწერას. ოქროს ზოლები დეპონირებული იყო გაპრიალებულ სილიციუმის ოქსიდის ზედაპირზე ვაკუუმში. მათ შორის იყო 2-3 მკმ სიგრძის ნანომილები. შემდეგ, 80 ნმ სისქის ოთხი ვოლფრამის გამტარი დეპონირებული იყო გაზომვისთვის არჩეულ ერთ-ერთ ნანომილაკზე, რომლის განლაგებაც ნაჩვენებია ნახ.2-ზე. თითოეულ ვოლფრამის გამტარს შეხება ჰქონდა ოქროს ერთ-ერთ ზოლთან. ნანომილაკზე კონტაქტებს შორის მანძილი იყო 0,3-დან 1 მკმ-მდე. პირდაპირი გაზომვების შედეგებმა აჩვენა, რომ ნანომილების წინაღობა შეიძლება განსხვავდებოდეს ფართო დიაპაზონში, 5.1 10-დან.-6 0,8 ომ/სმ-მდე. მინიმალური p მნიშვნელობა არის სიდიდის რიგითობა უფრო დაბალი ვიდრე გრაფიტის. ნანომილების უმეტესობას აქვს მეტალის გამტარობა, ხოლო მცირე ნაწილი ავლენს ნახევარგამტარის თვისებებს ზოლის უფსკრულით 0,1-დან 0,3 ევ-მდე.

ნახ.2. ინდივიდუალური ნანომილის ელექტრული წინააღმდეგობის გაზომვის სქემა ოთხი ზონდის მეთოდით: 1 - სილიციუმის ოქსიდის სუბსტრატი, 2 - ოქროს ბალიშები 3 - ვოლფრამის გამტარი ბილიკები, 4 - ნახშირბადის ნანომილაკი.

3.ნახშირბადის ნანომილების სინთეზის მეთოდები

3.1 ელექტრული რკალის მეთოდი

ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მეთოდი ნანომილების მისაღებად,

პლაზმაში გრაფიტის ელექტროდის თერმული შესხურების გამოყენებით

რკალის გამონადენი იწვის ჰელიუმის ატმოსფეროში.

ანოდსა და კათოდს შორის რკალის გამონადენში 20-25 ვ ძაბვის დროს, სტაბილიზირებული პირდაპირი რკალის დენი 50-100 A, ინტერელექტროდის მანძილი 0,5-2 მმ და წნევა He 100-500 Torr, ინტენსიური. ხდება ანოდური მასალის დაღვრა. გრაფიტის, ჭვარტლისა და ფულერენების შემცველი პროდუქტების ნაწილი დეპონირდება კამერის გაცივებულ კედლებზე, ხოლო ნაწილი, რომელიც შეიცავს გრაფიტს და ნახშირბადის მრავალშრიანი ნანომილებს (MWNT) დეპონირდება კათოდის ზედაპირზე. ბევრი ფაქტორი გავლენას ახდენს ნანომილების გამომუშავებაზე.

ყველაზე მნიშვნელოვანია He-ის წნევა რეაქციის კამერაში, რომელიც ოპტიმალურ პირობებში NT წარმოების თვალსაზრისით არის 500 Torr და არა 100-150 Torr, როგორც ფულერენების შემთხვევაში. კიდევ ერთი თანაბრად მნიშვნელოვანი ფაქტორია რკალის დენი: NT-ის მაქსიმალური გამომავალი შეინიშნება მინიმალური შესაძლო რკალის დენზე, რომელიც აუცილებელია მისი სტაბილური წვისთვის. ასევე მნიშვნელოვანია კამერის კედლებისა და ელექტროდების ეფექტური გაგრილება ანოდის გახეთქვისა და მისი ერთგვაროვანი აორთქლების თავიდან ასაცილებლად, რაც გავლენას ახდენს შინაარსზე.

NT კათოდური საბადოში.

ელექტროდებს შორის მანძილის ფიქსირებულ დონეზე შესანარჩუნებლად ავტომატური მოწყობილობის გამოყენება ზრდის რკალის გამონადენის პარამეტრების სტაბილურობას და ამდიდრებს კათოდის მასალას ნანომილებით.

ანაბარი.

3.2 ლაზერული გაფცქვნა

1995 წელს გამოქვეყნდა მოხსენება ნახშირბადის ნანომილების სინთეზის შესახებ გრაფიტის სამიზნეზე პულსირებული ლაზერული გამოსხივების გავლენის ქვეშ გაჟღენთილი ინერტული (He ან Ar) აირის ატმოსფეროში. გრაფიტის სამიზნე კვარცის მილშია 1200 ტემპერატურაზეშესახებ C, რომლის მეშვეობითაც ბუფერული გაზი მიედინება.

ლინზების სისტემით ფოკუსირებული ლაზერის სხივი სკანირებს ზედაპირს

გრაფიტის სამიზნე სამიზნე მასალის ერთგვაროვანი აორთქლების უზრუნველსაყოფად.

ლაზერული აორთქლების შედეგად მიღებული ორთქლი შემოდის ნაკადში

ინერტული აირი და გაყვანილია მაღალი ტემპერატურის რეგიონიდან დაბალტემპერატურულ რეგიონში, სადაც დეპონირდება წყლით გაცივებულ სპილენძის სუბსტრატზე.

NT შემცველი ჭვარტლი გროვდება სპილენძის სუბსტრატიდან, კვარცის მილის კედლებიდან და სამიზნის უკანა მხრიდან. ისევე როგორც რკალის მეთოდით, გამოდის

ბოლო მასალის რამდენიმე სახეობა:

1) ექსპერიმენტებში, სადაც სუფთა გრაფიტი გამოიყენებოდა სამიზნედ, მიიღეს MWNT, რომელთა სიგრძე 300 ნმ-მდე იყო და შედგებოდა 4-24 გრაფენის ცილინდრისგან. ასეთი NT-ების სტრუქტურა და კონცენტრაცია საწყის მასალაში ძირითადად განისაზღვრა ტემპერატურით. 1200-ზეშესახებ ყველა დაკვირვებით NT არ შეიცავდა დეფექტებს და ჰქონდა ქუდები ბოლოებზე. როდესაც სინთეზის ტემპერატურა 900-მდე დაწევსშესახებ C, NT-ში გამოჩნდა დეფექტები, რომელთა რიცხვი გაიზარდა ტემპერატურის შემდგომი კლებით და 200შესახებ NT ფორმირება არ დაფიქსირებულა.

2) როდესაც მიზანს ემატება გარდამავალი ლითონების მცირე რაოდენობა, SWCNTs შეინიშნება კონდენსაციის პროდუქტებში. თუმცა, აორთქლების დროს, სამიზნე გამდიდრდა ლითონით და შემცირდა SWNT გამოსავლიანობა.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად მათ დაიწყეს ერთდროულად ორი დასხივებული სამიზნის გამოყენება, რომელთაგან ერთი არის სუფთა გრაფიტი, ხოლო მეორე შედგება ლითონის შენადნობებისგან.

NT-ის პროცენტული გამოსავლიანობა მკვეთრად იცვლება კატალიზატორის მიხედვით. მაგალითად, NT-ის მაღალი გამოსავლიანობა მიიღება Ni, Co კატალიზატორებზე, Ni და Co სხვა ელემენტებთან ნარევებზე. მიღებულ SWCNT-ებს ჰქონდათ იგივე დიამეტრი და გაერთიანდნენ 5-20 ნმ დიამეტრის სხივებად. Ni/Pt და Co/Pt ნარევები იძლევა მაღალი NT გამოსავლიანობას, ხოლო სუფთა პლატინის შედეგია დაბალი SWNT გამოსავლიანობა. Co/Cu ნარევი იძლევა SWNT-ების დაბალ გამოსავლიანობას და სუფთა სპილენძის გამოყენება საერთოდ არ იწვევს SWNT-ების წარმოქმნას. სფერული ქუდები დაფიქსირდა SWNT-ების ბოლოებზე კატალიზატორის ნაწილაკებისგან თავისუფალი.

როგორც ვარიაცია, ფართოდ გავრცელდა მეთოდი, სადაც იმპულსური ლაზერული გამოსხივების ნაცვლად გამოიყენებოდა ფოკუსირებული მზის გამოსხივება. ეს მეთოდი გამოიყენებოდა ფულერენების მისაღებად და შემდეგ

გაუმჯობესებები NT-ის მისაღებად. მზის სინათლე, რომელიც ეცემა ბრტყელ სარკეზე და აირეკლება, აყალიბებს სიბრტყის პარალელურ სხივს პარაბოლურ სარკეზე. სარკის ფოკუსში არის გრაფიტის ნავი, რომელიც სავსეა გრაფიტისა და ლითონის ფხვნილების ნარევით. ნავი მდებარეობს გრაფიტის მილში, რომელიც მოქმედებს როგორც სითბოს ფარი. მთელი სისტემა მოთავსებულია ინერტული გაზით სავსე კამერაში.

კატალიზატორად მიიღეს სხვადასხვა ლითონები და მათი ნარევები. სხვადასხვა სტრუქტურები იქნა მიღებული არჩეული კატალიზატორისა და ინერტული აირის წნევის მიხედვით. ნიკელ-კობალტის კატალიზატორის გამოყენებით დაბალი ბუფერული აირის წნევაზე, სინთეზირებული ნიმუში ძირითადად შედგებოდა ბამბუკის მსგავსი MWNT-ებისაგან. წნევის მატებასთან ერთად, გამოჩნდა SWNT-ები 1-2 ნმ დიამეტრით და დაიწყეს დომინირება; SWNT-ები გაერთიანდა 20 ნმ-მდე დიამეტრის სხივებად, ამორფული ნახშირბადისგან თავისუფალი ზედაპირით.

3.3 ნახშირწყალბადების კატალიზური დაშლა

NT-ის წარმოების ფართოდ გამოყენებული მეთოდი ეფუძნება აცეტილენის დაშლის გამოყენებას კატალიზატორების თანდასწრებით. Ni, Co, Cu და Fe ლითონების ნაწილაკები რამდენიმე ნანომეტრის ზომის იყო გამოყენებული კატალიზატორად. კერამიკული ნავი 20-50 მგ კატალიზატორით მოთავსებულია კვარცის მილში 60 სმ სიგრძისა და 4 მმ შიდა დიამეტრის. აცეტილენის C2H2 (2,5-10%) და აზოტის ნარევი ტუმბოს მილში რამდენიმე საათის განმავლობაში 500-1100 ტემპერატურაზე.შესახებ C. შემდეგ სისტემა გაცივდება ოთახის ტემპერატურამდე. კობალტის კატალიზატორის ექსპერიმენტში დაფიქსირდა ოთხი ტიპის სტრუქტურა:

1) ამორფული ნახშირბადის ფენები კატალიზატორის ნაწილაკებზე;

2) ლითონის კატალიზატორის ნაწილაკები, რომლებიც ჩაკეტილია გრაფენის შრეებით;

3) ამორფული ნახშირბადის მიერ წარმოქმნილი ძაფები;

4) MSNT.

ამ MWNT-ების შიდა დიამეტრის ყველაზე მცირე მნიშვნელობა იყო 10 ნმ. ამორფული ნახშირბადისგან თავისუფალი NT-ის გარე დიამეტრი იყო 25-30 ნმ დიაპაზონში, ხოლო ამორფული ნახშირბადით დაფარული NT-სთვის 130 ნმ-მდე. NT სიგრძე განისაზღვრა რეაქციის დროით და მერყეობდა 100 ნმ-დან 10 მკმ-მდე.

NT-ის გამოსავლიანობა და სტრუქტურა დამოკიდებულია კატალიზატორის ტიპზე - Co-ის ჩანაცვლება Fe-ით იძლევა NT-ის უფრო დაბალ კონცენტრაციას და მცირდება დეფექტების გარეშე NT-ის რაოდენობა. ნიკელის კატალიზატორის გამოყენებისას, ძაფების უმეტესობას ჰქონდა ამორფული სტრუქტურა; ზოგჯერ ხვდებოდა NT-ები გრაფიტიზებული, დეფექტებისგან თავისუფალი სტრუქტურით. სპილენძის კატალიზატორზე წარმოიქმნება არარეგულარული ფორმისა და ამორფული სტრუქტურის ძაფები. ნიმუშში შეიმჩნევა გრაფენის შრეებში ჩასმული ლითონის ნაწილაკები. მიღებული NT და ძაფები სხვადასხვა ფორმას იღებს - პირდაპირი; მრუდი, რომელიც შედგება სწორი მონაკვეთებისგან; ზიგზაგი; სპირალი. ზოგიერთ შემთხვევაში, სპირალის სიმაღლეს აქვს ფსევდო მუდმივი მნიშვნელობა.

დღეისათვის საჭირო გახდა ორიენტირებული NT-ების მასივის მოპოვება, რაც ნაკარნახევია ისეთი სტრუქტურების გამოყენებით, როგორიცაა ემიტერები. ორიენტირებული NT-ების მასივების მისაღებად ორი გზა არსებობს: უკვე გაზრდილი NT-ების ორიენტაცია და ორიენტირებული NT-ების ზრდა კატალიზური მეთოდების გამოყენებით.

შემოთავაზებული იყო ფოროვანი სილიციუმის გამოყენება, რომლის ფორები ივსება რკინის ნანონაწილაკებით, როგორც სუბსტრატი NT ზრდისთვის. სუბსტრატი მოთავსებულია ბუფერულ გაზსა და აცეტილენის გარემოში 700 გრადუს ტემპერატურაზეშესახებ C, სადაც რკინა კატალიზებდა აცეტილენის თერმული დაშლის პროცესს. შედეგად, რამდენიმე მმ ფართობზე 2 , სუბსტრატის პერპენდიკულარულად, ჩამოყალიბდა ორიენტირებული მრავალშრიანი NT-ები.

ანალოგიური მეთოდია ანოდირებული ალუმინის გამოყენება სუბსტრატად. ანოდირებული ალუმინის ფორები ივსება კობალტით. სუბსტრატი მოთავსებულია აცეტილენისა და აზოტის ნარევში 800 ტემპერატურაზე.შესახებ C. შედეგად ორიენტირებული NT-ებს აქვთ საშუალო დიამეტრი 50,0±0,7 ნმ, მილებს შორის მანძილი 104,2±2,3 ნმ. საშუალო სიმკვრივე განისაზღვრა 1,1x1010 NT/სმ დონეზე 2 . ნანომილების TEM-მა გამოავლინა კარგად გრაფიტიზებული სტრუქტურა გრაფენის ფენებს შორის მანძილით 0,34 ნმ. ცნობილია, რომ ალუმინის სუბსტრატის პარამეტრების და დამუშავების დროის შეცვლით შესაძლებელია როგორც NT დიამეტრის, ასევე მათ შორის მანძილის შეცვლა.

მეთოდი მიმდინარეობს დაბალ ტემპერატურაზე (666-ზე ქვემოთშესახებ გ) ასევე აღწერილია სტატიებში. სინთეზის დროს დაბალი ტემპერატურა შესაძლებელს ხდის შუშის გამოყენებას დეპონირებული ნიკელის ფირით, როგორც სუბსტრატს. ნიკელის ფილმი ემსახურებოდა როგორც კატალიზატორი NT ზრდისთვის ცხელი ძაფით გააქტიურებული პლაზმის ორთქლის დეპონირების გზით. აცეტილენი გამოიყენებოდა ნახშირბადის წყაროდ. ექსპერიმენტული პირობების შეცვლით შესაძლებელია მილების დიამეტრი 20-დან 400 ნმ-მდე და მათი სიგრძის 0,1-50 მკმ დიაპაზონში შეცვლა. მიღებული დიდი დიამეტრის (>100 ნმ) MWNT-ები სწორია და მათი ღერძები მიმართულია მკაცრად პერპენდიკულარულად სუბსტრატზე. NT-ის დაკვირვებული სიმკვრივე სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის მიხედვით არის 107 NT/მმ 2 . როდესაც NT დიამეტრი 100 ნმ-ზე ნაკლები ხდება, სუბსტრატის სიბრტყის პერპენდიკულარული სასურველი ორიენტაცია ქრება. ორიენტირებული MWNT მასივები შეიძლება შეიქმნას რამდენიმე სმ ფართობზე 2 .

3.4 ელექტროლიტური სინთეზი

ამ მეთოდის მთავარი იდეაა ნახშირბადის NT-ების მიღება ელექტრული დენის გავლის გზით გრაფიტის ელექტროდებს შორის გამდნარ იონურ მარილში. გრაფიტის კათოდი იხარჯება რეაქციის დროს და ემსახურება ნახშირბადის ატომების წყაროს. შედეგად წარმოიქმნება ნანომასალების ფართო სპექტრი. ანოდი არის ნავი, რომელიც დამზადებულია მაღალი სისუფთავის გრაფიტით და სავსეა ლითიუმის ქლორიდით. ნავი თბება ლითიუმის ქლორიდის დნობის წერტილამდე (604შესახებ გ) ჰაერში ან ინერტული აირის (არგონის) ატმოსფეროში. კათოდი ჩაეფლო გამდნარ ლითიუმის ქლორიდში და ერთ წუთში ელექტროდებს შორის გადის 1-30 ა დენი, დენის გავლისას ეროზირდება კათოდის დნობაში ჩაძირული ნაწილი. შემდეგი, ელექტროლიტის დნება, რომელიც შეიცავს ნაწილაკებსნახშირბადი, გაცივდა ოთახის ტემპერატურამდე.

კათოდური ეროზიის შედეგად წარმოქმნილი ნახშირბადის ნაწილაკების იზოლირების მიზნით, მარილს ხსნიდნენ წყალში. ნალექი იზოლირებული იყო, იხსნება ტოლუოლში და იშლება ულტრაბგერითი აბაზანაში. ელექტროლიტური სინთეზის პროდუქტები შესწავლილია TEM-ის გამოყენებით. გაირკვა, რომ მათ

შედგება ენკაფსულირებული ლითონის ნაწილაკებისგან, ხახვისგან და სხვადასხვა მორფოლოგიის ნახშირბადის NT-ებისგან, მათ შორის სპირალური და მკვეთრად მოხრილი. დამოკიდებულია

ექსპერიმენტული პირობებიდან გამომდინარე, ცილინდრული გრაფენის შრეებით წარმოქმნილი ნანომილების დიამეტრი მერყეობდა 2-დან 20 ნმ-მდე. MWNT-ის სიგრძე 5 მკმ-ს აღწევდა.

ნაპოვნია ოპტიმალური მიმდინარე პირობები - 3-5 ა. მაღალი დენის მნიშვნელობისას (10-30 ა) წარმოიქმნება მხოლოდ კაფსულირებული ნაწილაკები და ამორფული ნახშირბადი. ზე

დაბალი დენის მნიშვნელობები (<1А) образуется только аморфный углерод.

3.5 კონდენსაციის მეთოდი

კვაზი თავისუფალი ორთქლის კონდენსაციის მეთოდით ნახშირბადის ორთქლი წარმოიქმნება გრაფიტის ლენტის რეზისტენტული გაცხელების შედეგად და კონდენსირდება უაღრესად მოწესრიგებული პიროლიზური გრაფიტის სუბსტრატზე, გაცივებულ 30 გრადუსამდე ტემპერატურაზე.შესახებ C ვაკუუმში 10-8 Torr. 2-6 ნმ სისქის მიღებული ფილმების TEM კვლევები აჩვენებს, რომ ისინი შეიცავს ნახშირბადის ნანომილებს 1-7 ნმ დიამეტრით და 200 ნმ-მდე სიგრძით, რომელთა უმეტესობა მთავრდება სფერული ბოლოებით. ნალექში NT-ის შემცველობა 50%-ს აღემატება. მრავალშრიანი NT-ებისთვის, მათ ფორმირებულ გრაფენის ფენებს შორის მანძილი არის 0,34 ნმ. მილები განლაგებულია სუბსტრატზე თითქმის ჰორიზონტალურად.

3.6 კონსტრუქციული განადგურების მეთოდი

ეს მეთოდი შეიმუშავეს IBM ლაბორატორიის მკვლევარებმა. Როგორც იყო

ადრე ვთქვით, რომ ნანომილებს აქვთ როგორც მეტალის, ასევე

ნახევარგამტარული თვისებები. ამასთან, მათზე დაფუძნებული რიგი მოწყობილობების, კერძოდ, ტრანზისტორების და, შემდგომში, მათ გამოყენებით პროცესორების წარმოებისთვის, საჭიროა მხოლოდ ნახევარგამტარული ნანომილები. IBM-ის მეცნიერებმა შეიმუშავეს მეთოდი სახელწოდებით „კონსტრუქციული განადგურება“, რომელიც მათ საშუალებას აძლევდა გაენადგურებინათ ყველა მეტალის ნანომილაკი, ხოლო ნახევარგამტარული ნანომილები ხელუხლებლად დარჩენილიყვნენ. ანუ, ისინი ან თანმიმდევრულად ანადგურებენ ერთ გარსს მრავალკედლიან ნანომილაკში, ან შერჩევით ანადგურებენ ლითონის ერთკედლიან ნანომილებს.

აი, როგორ არის ეს პროცესი მოკლედ აღწერილი:

1. ლითონის და ნახევარგამტარი მილების წებოვანი „თოკები“ მოთავსებულია სილიციუმის ოქსიდის სუბსტრატზე.

2. შემდეგ ლითოგრაფიული ნიღაბი დაპროექტებულია სუბსტრატზე, რათა ჩამოყალიბდეს

ელექტროდები (ლითონის შუალედები) ნანომილების თავზე. ეს ელექტროდები

იმუშავეთ როგორც კონცენტრატორები ჩართვის/გამორთვისთვის

ნახევარგამტარული ნანომილები.

3. თავად სილიკონის სუბსტრატის ელექტროდად გამოყენებით, მეცნიერები „გამორბენ“

ნახევარგამტარული ნანომილები, რომლებიც უბრალოდ ბლოკავს მათში ნებისმიერი დენის გავლას.

4. მეტალის ნანომილები დარჩა დაუცველი. ამის შემდეგ სუბსტრატზე გამოიყენება შესაბამისი ძაბვა, რომელიც ანადგურებს ლითონის ნანომილებს, ხოლო ნახევარგამტარული ნანომილები იზოლირებული რჩება. შედეგი არის ხელუხლებელი, სამუშაო ნახევარგამტარული ნანომილების მკვრივი მასივი - ტრანზისტორები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლოგიკური სქემების შესაქმნელად - ანუ პროცესორები. ახლა მოდით შევხედოთ ამ პროცესებს უფრო დეტალურად. სხვადასხვა MWNT ჭურვი შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ელექტრული თვისებები. შედეგად, ელექტრონული სტრუქტურა და ელექტრონის გადაცემის მექანიზმები MWNT-ებში განსხვავებულია. ეს სტრუქტურული სირთულე იძლევა მხოლოდ ერთი MWNT გარსის არჩევისა და გამოყენების საშუალებას: ის, რომელსაც აქვს სასურველი თვისებები. მრავალკედლიანი ნანომილების განადგურება ხდება ჰაერში გარკვეული სიმძლავრის დონეზე, სწრაფი

გარე ნახშირბადის გარსების დაჟანგვა. განადგურების დროს, დენი, რომელიც მიედინება MWNT-ში, იცვლება ნაბიჯ-ნაბიჯ და ეს საფეხურები გასაოცარი რეგულარობით ემთხვევა ინდივიდუალური ჭურვის განადგურებას. გარსის ამოღების პროცესის სათითაოდ კონტროლით შესაძლებელია მილების შექმნა გარე გარსის, მეტალის ან ნახევარგამტარის სასურველი მახასიათებლებით. გარე გარსის დიამეტრის არჩევით, შეგიძლიათ მიიღოთ სასურველი ზოლის უფსკრული.

თუ "თოკები" ერთკედლიანი ნანომილებით გამოიყენება საველე ეფექტის ტრანზისტორის შესაქმნელად, მაშინ მათში ლითონის მილების დატოვება შეუძლებელია, რადგან ისინი დომინირებენ და განსაზღვრავენ მოწყობილობის სატრანსპორტო თვისებებს, ე.ი. არ ექნება საველე ეფექტი. ეს პრობლემა ასევე მოგვარებულია შერჩევითი განადგურებით. MWNT-ისგან განსხვავებით, თხელ "თოკში", თითოეული SWNT შეიძლება ცალკე იყოს დაკავშირებული გარე ელექტროდებთან. ამრიგად, "თოკი" MWNT-ებით შეიძლება იყოს წარმოდგენილი, როგორც დამოუკიდებელი პარალელური გამტარები, საერთო ჯამური გამტარობით გამოთვლილი ფორმულით:

G(Vg) = Gm + Gs(Vg),

სადაც Gm იწარმოება ლითონის ნანომილებით და Gs არის ნახევარგამტარული ნანომილების კარიბჭეზე დამოკიდებული გამტარობა.

გარდა ამისა, ბევრი SWNT "თოკში" ექვემდებარება ჰაერს, პოტენციურად ჟანგვის გარემოს, ამდენი მილის ერთდროულად განადგურება შესაძლებელია, განსხვავებით MWNT-ების შემთხვევისგან. და ბოლოს, ერთკედლიანი ნანომილები პატარა „თოკში“ ელექტროსტატიკურად არ იცავენ ერთმანეთს ისე ეფექტურად, როგორც MWNT-ების კონცენტრული ჭურვები. შედეგად, კარიბჭის ელექტროდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრული დენის მატარებლების ეფექტურად შესამცირებლად (ელექტრონები ან

ხვრელები) ნახევარგამტარულ SWNT-ებში "თოკში". ეს აქცევს ნახევარგამტარ მილებს იზოლატორებად. ამ შემთხვევაში დენით გამოწვეული დაჟანგვა შეიძლება მხოლოდ „თოკში“ ლითონის SWNT-ებზე იყოს მიმართული.

მიმდინარეობს ნახევარგამტარული ნანომილების მასივების წარმოება

მარტივია: SWNT „თოკების“ დაჟანგვით დაჟანგული სილიციუმის სუბსტრატზე,

შემდეგ კი დენის წყაროს, დამიწების და იზოლირებული ელექტროდების ნაკრები მოთავსებულია ლითოგრაფიულად „თოკების“ თავზე. მილების კონცენტრაცია წინასწარ არის შერჩეული ისე, რომ საშუალოდ მხოლოდ ერთი "თოკი" ხურავს წყაროს და მიწას. ამ შემთხვევაში არ არის საჭირო ნანომილების განსაკუთრებული ორიენტაცია. ქვედა კარიბჭე (თავად სილიკონის სუბსტრატი) გამოიყენება ნახევარგამტარული მილების გასაკეტად, შემდეგ კი ჭარბი ძაბვა გამოიყენება ლითონის მილების განადგურების მიზნით "თოკში", რაც ქმნის FET-ს. ამ შერჩევითი განადგურების ტექნოლოგიის გამოყენებით, შესაძლებელია ნახშირბადის ნანომილის ზომის კონტროლი, რაც იძლევა ნანომილების აგების საშუალებას წინასწარ დაყენებული ელექტრული თვისებებით, რომლებიც აკმაყოფილებენ ელექტრონული მოწყობილობების საჭირო მახასიათებლებს. ნანომილები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ნანო ზომის მავთულები ან როგორც აქტიური კომპონენტები ელექტრონულ მოწყობილობებში, როგორიცაა საველე ეფექტის ტრანზისტორები. ნათელია, რომ სილიკონზე დაფუძნებული ნახევარგამტარებისგან განსხვავებით, რომლებიც საჭიროებენ ალუმინის ან სპილენძზე დაფუძნებული დირიჟორების შექმნას ნახევარგამტარული ელემენტების კრისტალში დასაკავშირებლად, ეს ტექნოლოგია შეიძლება მხოლოდ ნახშირბადის გარეშე იყოს.

დღეს პროცესორის მწარმოებლები ცდილობენ შეამცირონ არხების სიგრძე ტრანზისტორებში სიხშირის გაზრდის მიზნით. IBM-ის მიერ შემოთავაზებული ტექნოლოგია შესაძლებელს ხდის ამ პრობლემის წარმატებით გადაჭრას ტრანზისტორებში არხებად ნახშირბადის ნანომილების გამოყენებით.

4.ნახშირბადის ნანომილების პრაქტიკული გამოყენება

4.1 საველე ემისია და დამცავი

როდესაც პატარა ელექტრული ველი გამოიყენება ნანომილის ღერძის გასწვრივ, ელექტრონების ძალიან ინტენსიური გამოსხივება ხდება მისი ბოლოებიდან. ასეთ მოვლენებს ველის ემისია ეწოდება. ეს ეფექტი ადვილად შეიძლება შეინიშნოს ორ პარალელურ მეტალის ელექტროდს შორის მცირე ძაბვის გამოყენებით, რომელთაგან ერთი დაფარულია ნანომილის კომპოზიტური პასტით. საკმარისი რაოდენობის მილები იქნება ელექტროდზე პერპენდიკულარული, რაც საშუალებას გაძლევთ დააკვირდეთ ველის ემისიას. ამ ეფექტის ერთ-ერთი გამოყენება არის ბრტყელი პანელის ჩვენების გაუმჯობესება. ტელევიზიისა და კომპიუტერის მონიტორები იყენებენ კონტროლირებად ელექტრონულ იარაღს ფლუორესცენტური ეკრანის დასხივებისთვის, რომელიც ასხივებს შუქს სასურველ ფერებში. კორეის კორპორაცია Samsung ავითარებს ბრტყელ დისპლეს ნახშირბადის ნანომილების ელექტრონის ემისიის გამოყენებით. ნანომილების თხელი ფილმი მოთავსებულია საკონტროლო ელექტრონიკის ფენაზე და თავზე ფოსფორის ფენით დაფარული შუშის ფირფიტაა. იაპონური კომპანია იყენებს ელექტრონის ემისიის ეფექტს ვაკუუმურ ნათურებში, რომლებიც ისეთივე კაშკაშაა, როგორც ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ნათურები, მაგრამ უფრო ეფექტური და უფრო დიდხანს ძლებენ. სხვა მკვლევარები იყენებენ ეფექტს მიკროტალღური გამოსხივების გენერირების ახალი გზების შესაქმნელად.

ნახშირბადის ნანომილების მაღალი ელექტრული გამტარობა ნიშნავს, რომ ისინი კარგად ვერ გადასცემენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. კომპოზიტური პლასტმასი ნანომილებით შეიძლება იყოს მსუბუქი მასალა, რომელიც იცავს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას. ეს ძალზე მნიშვნელოვანი საკითხია სამხედროებისთვის, რომლებიც ავითარებენ ბრძოლის ველის ციფრული წარმოდგენის იდეებს სამეთაურო, საკონტროლო და საკომუნიკაციო სისტემებში. კომპიუტერები და ელექტრონული მოწყობილობები, რომლებიც ასეთი სისტემის ნაწილია, დაცული უნდა იყოს იარაღისგან, რომელიც წარმოქმნის ელექტრომაგნიტურ იმპულსებს.

4.2 საწვავის უჯრედები

ნახშირბადის ნანომილები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბატარეების წარმოებაში.

ლითიუმი, რომელიც არის დამუხტვის მატარებელი ზოგიერთ ბატარეაში, შეიძლება განთავსდეს

ნანომილების შიგნით. დადგენილია, რომ ლითიუმის ერთი ატომი შეიძლება მოთავსდეს მილში ნახშირბადის ყოველი ექვსი ატომისთვის. ნანომილების სხვა შესაძლო გამოყენებაა მათში წყალბადის შენახვა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავის უჯრედების დიზაინში, როგორც ელექტრო ენერგიის წყარო მომავალ მანქანებში. საწვავის უჯრედი შედგება ორი ელექტროდისა და სპეციალური ელექტროლიტისგან, რომელიც წყალბადის იონებს მათ შორის გავლის საშუალებას აძლევს, მაგრამ ელექტრონებს არ აძლევს. წყალბადი იგზავნება ანოდში, სადაც იონიზირებულია. თავისუფალი ელექტრონები გადადიან კათოდში გარე წრედის გასწვრივ, ხოლო წყალბადის იონები ელექტროლიტის მეშვეობით დიფუზირდება კათოდში, სადაც წყლის მოლეკულები წარმოიქმნება ამ იონების, ელექტრონებისა და ჟანგბადისგან. ასეთ სისტემას სჭირდება წყალბადის წყარო. ერთ-ერთი შესაძლებლობაა წყალბადის შენახვა ნახშირბადის ნანომილაკებში. დადგენილია, რომ ამ სიმძლავრეში ეფექტური რომ იყოს, მილს უნდა შთანთქოს 6,5% წყალბადი წონის მიხედვით. ამჟამად წყალბადის წონის მხოლოდ 4%-მა შეძლო მილში მოთავსება.
ნახშირბადის ნანომილების წყალბადით შევსების ელეგანტური მეთოდია ელექტროქიმიური უჯრედის გამოყენება. ერთკედლიანი ნანომილები ქაღალდის ფურცლის სახით წარმოადგენს უარყოფით ელექტროდს KOH-ის ხსნარში, რომელიც ელექტროლიტია. მეორე ელექტროდი შედგება Ni (OH) 2 . ელექტროლიტური წყალი იშლება წყალბადის დადებითი იონების წარმოქმნით (H+ ) მოძრაობს ნანომილებისაგან დამზადებული უარყოფითი ელექტროდისკენ. მილებში შეკრული წყალბადის არსებობა განისაზღვრება რამანის გაფანტვის ინტენსივობის შემცირებით.

4.3. კატალიზატორები

კატალიზატორი არის ნივთიერება, ჩვეულებრივ მეტალი ან შენადნობი, რომელიც ზრდის ქიმიური რეაქციის სიჩქარეს. ზოგიერთი ქიმიური რეაქციისთვის, ნახშირბადის ნანომილები კატალიზატორია. მაგალითად, მრავალშრიანი ნანომილაკები გარედან შეკრული რუთენიუმის ატომებით ავლენენ ძლიერ კატალიზურ ეფექტს ცინამის ალდეჰიდის ჰიდროგენიზაციის რეაქციაზე (C 6 H 5 CH=CHCHO) თხევად ფაზაში იმავე რუთენიუმის ზემოქმედებასთან შედარებით სხვა ნახშირბადის სუბსტრატებზე. ქიმიური რეაქციები ასევე ჩატარდა ნახშირბადის ნანომილაკებში, მაგალითად, ნიკელის ოქსიდის NiO-ს დაქვეითება მეტალის ნიკელამდე და A-მდე.ლ С1 3 ალუმინისკენ. წყალბადის აირის ნაკადი H 2 475°C-ზე ნაწილობრივ ამცირებს Mo O 3-დან Mo O 2-მდე მრავალშრიანი ნანომილების შიგნით წყლის ორთქლის ერთდროული წარმოქმნით. კადმიუმის სულფიდის CdS კრისტალები წარმოიქმნება ნანომილაკებში კრისტალური კადმიუმის ოქსიდის CdO წყალბადის სულფიდთან რეაქციის შედეგად (H 2 ს) 400°С-ზე.

4.4 ქიმიური სენსორები

დადგენილია, რომ ნახევარგამტარ ქირალურ ნანოტუბზე დამზადებული საველე ეფექტის ტრანზისტორი სხვადასხვა აირების მგრძნობიარე დეტექტორია. საველე ეფექტის ტრანზისტორი მოთავსებული იყო 500 მლ ტევადობის ჭურჭელში, ელექტრომომარაგების მილებით და ტრანზისტორის გასარეცხი გაზის შესასვლელი და გამოსასვლელი ორი სარქველი. გაზის ნაკადი, რომელიც შეიცავს 2-დან 200 ppm N O2 700 მლ/წთ სიჩქარით 10 წუთის განმავლობაში გამოიწვია ნანომილის გამტარობის სამჯერ გაზრდა. ეს ეფექტი განპირობებულია იმით, რომ შებოჭვისას ნ O2 ნანომილით მუხტი გადადის ნანომილაკიდან N ჯგუფში O2 , ნანომილაკში ხვრელების კონცენტრაციის და მისი გამტარობის გაზრდა.

4.5 კვანტური მავთული

ნანომილების ელექტრული და მაგნიტური თვისებების თეორიულმა და ექსპერიმენტულმა კვლევებმა გამოავლინა მთელი რიგი ეფექტები, რომლებიც მიუთითებს მუხტის გადაცემის კვანტურ ბუნებაზე ამ მოლეკულურ სადენებში და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრონულ მოწყობილობებში.

ჩვეულებრივი მავთულის გამტარობა უკუპროპორციულია მის სიგრძეზე და პირდაპირ პროპორციულია კვეთის, ხოლო ნანომილის შემთხვევაში არ არის დამოკიდებული არც მის სიგრძეზე და არც სისქეზე და უდრის გამტარობის კვანტს (12,9 kΩ).-1 ) - გამტარობის შემზღუდველი მნიშვნელობა, რომელიც შეესაბამება დელოკალიზებული ელექტრონების თავისუფალ გადაცემას გამტარის მთელ სიგრძეზე.

ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, დენის სიმკვრივის დაკვირვებული მნიშვნელობა (107 A(სმ–2)) არის მასშტაბის ორი რიგით მეტი ვიდრე ამჟამად მიღწეული დენის სიმკვრივე

ზეგამტარები.

ნანომილაკი, რომელიც კონტაქტშია ორ ზეგამტარ ელექტროდთან დაახლოებით 1 K ტემპერატურაზე, თავად ხდება სუპერგამტარი. ეს ეფექტი განპირობებულია იმით, რომ შეიქმნა კუპერის ელექტრონული წყვილი

ზეგამტარ ელექტროდებში არ იშლება გავლისას

ნანომილაკი.

დაბალ ტემპერატურაზე დენის ეტაპობრივი მატება (გამტარობის კვანტიზაცია) დაფიქსირდა ლითონის ნანომილაკებზე ნანომილაკზე გამოყენებული მიკერძოებული ძაბვის V ზრდით: თითოეული ნახტომი შეესაბამება ნანომილის შემდეგი დელოკალიზებული დონის გამოჩენას შორის უფსკრული. კათოდისა და ანოდის ფერმის დონეები.

ნანომილებს აქვთ გამოხატული მაგნიტორეზისტენტობა: ელექტრული გამტარობა ძლიერ არის დამოკიდებული მაგნიტური ველის ინდუქციაზე. თუ გარე ველი გამოიყენება ნანომილის ღერძის მიმართულებით, შეინიშნება შესამჩნევი რხევები ელექტროგამტარობაში; თუ ველი გამოიყენება NT ღერძის პერპენდიკულურად, მაშინ შეინიშნება მისი ზრდა.

4.6 LED-ები

MWNT-ების კიდევ ერთი გამოყენება არის LED-ების დამზადება ორგანულ მასალებზე დაყრდნობით. ამ შემთხვევაში მათი მომზადებისთვის გამოიყენებოდა შემდეგი მეთოდი: NT ფხვნილი ორგანულ ელემენტებს ურევენ ტოლუოლში და დასხივებენ ულტრაბგერით, შემდეგ ხსნარს აძლევენ 48 საათის განმავლობაში. კომპონენტების საწყისი ოდენობიდან გამომდინარე, მიიღეს NT-ის სხვადასხვა მასობრივი ფრაქციები. LED-ების წარმოებისთვის ხსნარის ზედა ნაწილი ამოიღეს და ცენტრიფუგირებით მოათავსეს შუშის სუბსტრატზე, რის შემდეგაც ალუმინის ელექტროდები შეისხურეს პოლიმერულ ფენებზე. მიღებული მოწყობილობები შეისწავლეს ელექტროლუმინესცენციით, რამაც გამოავლინა მათი გამოსხივების პიკი სპექტრის ინფრაწითელ რეგიონში (600-700 ნმ).

დასკვნა

ამჟამად ნახშირბადის ნანომილები დიდ ყურადღებას იპყრობს მათზე დაფუძნებული ნანომეტრის ზომის მოწყობილობების დამზადების შესაძლებლობის გამო. მიუხედავად მრავალი კვლევისა ამ სფეროში, ასეთი მოწყობილობების მასიური წარმოების საკითხი ღია რჩება, რაც დაკავშირებულია სასურველი პარამეტრებით და თვისებების მქონე ნანომილების წარმოების ზუსტი კონტროლის შეუძლებლობასთან.

თუმცა, უახლოეს მომავალში, ამ სფეროში სწრაფ განვითარებას უნდა ველოდოთ ნანოტრანზისტორებზე დაფუძნებული მიკროპროცესორებისა და ჩიპების წარმოების შესაძლებლობის გამო და, შედეგად, კომპიუტერული ტექნოლოგიების სპეციალიზებული კორპორაციების მიერ ამ სფეროში ინვესტიციების გამო.

ბიბლიოგრაფია

1. ნახშირბადის ნანომილები. მასალები XXI საუკუნის კომპიუტერებისთვის, P.N. დიაჩკოვი. პრიროდა No11, 2000 წ
2. რაკოვი ე.გ. ნახშირბადის ნანომილების მიღების მეთოდები // ქიმიის მიღწევები. -2000. - T. 69. - No 1. - S. 41-59.
3. რაკოვი ე.გ. ნახშირბადის ნანომილების ქიმია და გამოყენება // ქიმიის მიღწევები. -2001წ. - T. 70. - No 11. - S. 934-973.
4. ელეცკი A.V. // ფიზიკური წარმატება. მეცნიერებები. 1997. V. 167, No9. S. 945-972.
5. ზოლოთუხინ I.V. ნახშირბადის ნანომილები. ვორონეჟის სახელმწიფო ტექნიკური ინსტიტუტი.
6. http://skybox.org.ua/

გვერდი 15

სხვა დაკავშირებული სამუშაოები, რომლებიც შეიძლება დაგაინტერესოთ.vshm>
.			732 კბ

ითვლება, რომ ნახშირბადის ნანომილაკების აღმომჩენი იაპონური კორპორაციის NEC Sumio Iijima-ს თანამშრომელია, რომელიც 1991 წელს დააკვირდა მრავალშრიანი ნანომილების სტრუქტურას ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ დეპოზიტების შესწავლისას, რომლებიც წარმოიქმნა სუფთა ნახშირბადის მოლეკულური ფორმების სინთეზის დროს. ფიჭური სტრუქტურა.

კლასიფიკაცია

ნანომილების ძირითადი კლასიფიკაცია ეფუძნება მათი შემადგენელი ფენების რაოდენობას.

ერთკედლიანი ნანომილები(ერთკედლიანი ნანომილები, SNWT) - ნანომილების უმარტივესი ტიპი. მათ უმეტესობას აქვს დიამეტრი დაახლოებით 1 ნმ სიგრძით, რომელიც შეიძლება იყოს ათასობით ჯერ მეტი. ერთკედლიანი ნანომილაკების სტრუქტურა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც გრაფიტის (გრაფინის) ექვსკუთხა ქსელის „შეფუთვა“, რომელიც დაფუძნებულია ექვსკუთხედებზე ნახშირბადის ატომებით, რომლებიც მდებარეობს კუთხის წვეროებზე, უწყვეტ ცილინდრში. მილების ზედა ბოლოები დახურულია ნახევარსფერული ქუდებით, რომელთა თითოეული ფენა შედგება ექვსკუთხედებისა და ხუთკუთხედებისგან, რომლებიც ჰგავს ნახევარი ფულერენის მოლეკულის სტრუქტურას.

სურათი 1. ერთი ფენის ნანომილის გრაფიკული გამოსახულება

მრავალშრიანი ნანომილები(მრავალკედლიანი ნანომილები, MWNT) შედგება გრაფენის რამდენიმე ფენისგან, რომლებიც დაწყობილია მილის სახით. ფენებს შორის მანძილი არის 0,34 ნმ, ანუ იგივეა, რაც კრისტალურ გრაფიტის ფენებს შორის.

არსებობს ორი მოდელი, რომელიც გამოიყენება მათი სტრუქტურის აღსაწერად. მრავალშრიანი ნანომილები შეიძლება იყოს რამდენიმე ერთშრიანი ნანომილაკი, რომლებიც ბუდობენ ერთი მეორეში (ე.წ. "მატრიოშკა"). სხვა შემთხვევაში, გრაფენის ერთი „ფურცელი“ რამდენჯერმე ეხვევა გარშემო, რაც პერგამენტის ან გაზეთის გადახვევის მსგავსია („პერგამენტის“ მოდელი).

სურათი 2. მრავალშრიანი ნანომილის გრაფიკული გამოსახულება (მატრიოშკას მოდელი)

სინთეზის მეთოდები

ნანომილების სინთეზის ყველაზე გავრცელებული მეთოდებია ელექტრული რკალის მეთოდი, ლაზერული აბლაცია და ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD).

რკალის გამონადენი -ამ მეთოდის არსი მდგომარეობს ნახშირბადის ნანომილების წარმოებაში რკალის გამონადენი პლაზმაში, რომელიც იწვის ჰელიუმის ატმოსფეროში ფულერენების წარმოების ტექნოლოგიურ დანადგარებში. ამასთან, აქ გამოიყენება რკალის სხვა რეჟიმები: რკალის გამონადენის დაბალი დენის სიმკვრივე, ჰელიუმის მაღალი წნევა (~ 500 Torr), უფრო დიდი დიამეტრის კათოდები.

ნანომილაკების გამოსავლიანობის გაზრდის მიზნით, გრაფიტის ღეროში შეჰყავთ კატალიზატორი (რკინის ჯგუფის ლითონების ნარევები), იცვლება ინერტული აირის წნევა და დაფქვის რეჟიმი.

კათოდური საბადოში ნანომილების შემცველობა 60%-ს აღწევს. შედეგად მიღებული ნანომილები 40 მკმ-მდე სიგრძით იზრდება კათოდიდან მისი ზედაპირის პერპენდიკულარულად და გაერთიანებულია ცილინდრულ სხივებად დაახლოებით 50 კმ დიამეტრის.

ლაზერული აბლაცია

ეს მეთოდი გამოიგონეს რიჩარდ სმელიმ და რაისის უნივერსიტეტმა და დაფუძნებულია მაღალი ტემპერატურის რეაქტორში გრაფიტის სამიზნის აორთქლებაზე. ნანომილები ჩნდება რეაქტორის გაცივებულ ზედაპირზე გრაფიტის აორთქლების კონდენსატის სახით. წყლის გაცივებული ზედაპირი შეიძლება შევიდეს ნანომილების შეგროვების სისტემაში.

პროდუქტის მოსავლიანობა ამ მეთოდით არის დაახლოებით 70%. მისი დახმარებით მიიღება უპირატესად ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილები დიამეტრით, რომელსაც აკონტროლებს რეაქციის ტემპერატურა. თუმცა, ამ მეთოდის ღირებულება ბევრად უფრო ძვირია, ვიდრე სხვები.

ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD)

ნახშირბადის ორთქლის კატალიზური დეპონირების მეთოდი აღმოაჩინეს ჯერ კიდევ 1959 წელს, მაგრამ 1993 წლამდე არავინ ფიქრობდა, რომ ამ პროცესში ნანომილაკების მიღება შეიძლებოდა.

ამ მეთოდის პროცესში ამზადებენ სუბსტრატს კატალიზატორის ფენით - ლითონის ნაწილაკებით (ყველაზე ხშირად ნიკელის, კობალტის, რკინის ან მათი კომბინაციები). ამ გზით გაზრდილი ნანომილების დიამეტრი დამოკიდებულია ლითონის ნაწილაკების ზომაზე.

სუბსტრატი თბება დაახლოებით 700°C-მდე. ნანომილების ზრდის დასაწყებად, რეაქტორში შეჰყავთ ორი ტიპის აირები: დამუშავების გაზი (მაგალითად, ამიაკი, აზოტი, წყალბადი და ა.შ.) და ნახშირბადის შემცველი გაზი (ატილენი, ეთილენი, ეთანოლი, მეთანი და ა.შ.). ნანომილები იწყებენ ზრდას ლითონის კატალიზატორების ადგილებში.

ეს მექანიზმი არის ყველაზე გავრცელებული კომერციული მეთოდი ნახშირბადის ნანომილების წარმოებისთვის. ნანომილების მიღების სხვა მეთოდებს შორის, CVD არის ყველაზე პერსპექტიული სამრეწველო მასშტაბით, ერთეულის ფასის თვალსაზრისით საუკეთესო თანაფარდობის გამო. გარდა ამისა, შესაძლებელს ხდის სასურველ სუბსტრატზე ვერტიკალურად ორიენტირებული ნანომილების მიღებას დამატებითი შეგროვების გარეშე, ასევე კატალიზატორის საშუალებით მათი ზრდის კონტროლი.

გამოყენების სფეროები

ნახშირბადის ნანომილები, ფულერენებთან და მეზოფორიან ნახშირბადის სტრუქტურებთან ერთად, ქმნიან ნახშირბადის ნანომასალების ახალ კლასს, ან ნახშირბადის ჩარჩო სტრუქტურებს, თვისებებით, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება ნახშირბადის სხვა ფორმებისგან, როგორიცაა გრაფიტი და ბრილიანტი. თუმცა, ნანომილები მათ შორის ყველაზე პერსპექტიულია.

გაინტერესებთ ნანომასალების ბიზნესი? მაშინ შეიძლება დაგაინტერესოთ

ნახშირბადის ნანომილები არის ინოვაციური ტექნოლოგიების მომავალი. ნანოტუბულენების წარმოება და დანერგვა გააუმჯობესებს საქონლისა და პროდუქციის ხარისხს, მნიშვნელოვნად შეამცირებს მათ წონას და გაზრდის ძალას, ასევე ახალი მახასიათებლებით ანიჭებს მათ.

ნახშირბადის ნანომილები ან ტუბულარული ნანოსტრუქტურა (ნანოტუბულენი) არის ლაბორატორიაში ხელოვნურად შექმნილი ერთი ან მრავალკედლიანი ღრუ ცილინდრული სტრუქტურები, რომლებიც მიიღება ნახშირბადის ატომებისგან და გააჩნიათ განსაკუთრებული მექანიკური, ელექტრული და ფიზიკური თვისებები.

ნახშირბადის ნანომილები დამზადებულია ნახშირბადის ატომებისგან და აქვთ მილების ან ცილინდრების ფორმა. ისინი ძალიან მცირეა (ნანო მასშტაბით), დიამეტრით ერთიდან რამდენიმე ათეულ ნანომეტრამდე და სიგრძე რამდენიმე სანტიმეტრამდე. ნახშირბადის ნანომილები შედგება გრაფიტისგან, მაგრამ აქვთ სხვა მახასიათებლები, რომლებიც არ არის დამახასიათებელი გრაფიტისთვის. ისინი ბუნებაში არ არსებობენ. მათი წარმოშობა ხელოვნურია. ნანომილების კორპუსი სინთეტიკურია, თავიდან ბოლომდე ადამიანების მიერ დამოუკიდებლად შექმნილი.

თუ მილიონჯერ გადიდებულ ნანომილს დააკვირდებით, შეგიძლიათ იხილოთ წაგრძელებული ცილინდრი, რომელიც შედგება ტოლგვერდა ექვსკუთხედებისგან, მათ წვეროებზე ნახშირბადის ატომებით. ეს არის გრაფიტის თვითმფრინავი, რომელიც შემოვიდა მილში. ნანომილის ქირალურობა განსაზღვრავს მის ფიზიკურ მახასიათებლებსა და თვისებებს.

მილიონჯერ გადიდებული ნანომილაკი არის წაგრძელებული ცილინდრი, რომელიც შედგება ტოლგვერდა ექვსკუთხედებისგან, რომელთა წვეროებზე ნახშირბადის ატომებია. ეს არის გრაფიტის თვითმფრინავი, რომელიც შემოვიდა მილში.

ქირალურობა არის მოლეკულის თვისება, რომ არ ემთხვეოდეს სივრცეში მის სარკის გამოსახულებას.

უფრო ნათლად, ქირალობა არის ის, როდესაც, მაგალითად, ქაღალდის ფურცელს თანაბრად კეცავთ. თუ ირიბად, მაშინ ეს უკვე ახირალობაა. ნანოტუბულენებს შეიძლება ჰქონდეთ ერთფენიანი და მრავალშრიანი სტრუქტურები. მრავალშრიანი სტრუქტურა სხვა არაფერია, თუ არა რამდენიმე ერთფენიანი ნანომილაკი „ჩაცმული“ ერთზე.

აღმოჩენის ისტორია

ნანომილების აღმოჩენის ზუსტი თარიღი და მათი აღმომჩენი უცნობია. ეს თემა დებატებისა და მსჯელობის საკვებია, რადგან ამ სტრუქტურების მრავალი პარალელური აღწერა არსებობს სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერების მიერ. აღმომჩენის იდენტიფიცირების მთავარი სირთულე მდგომარეობს იმაში, რომ ნანომილები და ნანობოჭკოები, რომლებიც მეცნიერთა ხედვის ველში მოხვდნენ, დიდი ხნის განმავლობაში არ იპყრობდნენ მათ ყურადღებას და არ იყო საგულდაგულოდ შესწავლილი. არსებული სამეცნიერო ნაშრომები ადასტურებს, რომ ნახშირბადის შემცველი მასალებისგან ნანომილებისა და ბოჭკოების შექმნის შესაძლებლობა თეორიულად დაშვებული იყო გასული საუკუნის მეორე ნახევარში.

ძირითადი მიზეზი, რის გამოც დიდი ხნის განმავლობაში არ ჩატარდა მიკრონიანი ნახშირბადის ნაერთების სერიოზული კვლევები, არის ის, რომ იმ დროს მეცნიერებს არ ჰქონდათ საკმარისად ძლიერი სამეცნიერო ბაზა კვლევისთვის, კერძოდ, არ არსებობდა მოწყობილობა, რომელსაც შეეძლო კვლევის ობიექტის გაფართოება. საჭირო ზომა და გამჭვირვალე მათი სტრუქტურა.

თუ ნანოკარბონის ნაერთების შესწავლის მოვლენებს ქრონოლოგიური თანმიმდევრობით მოვაწყობთ, მაშინ პირველი მტკიცებულება მოდის 1952 წელს, როდესაც საბჭოთა მეცნიერებმა რადუშკევიჩმა და ლუკიანოვიჩმა ყურადღება გაამახვილეს ნანობოჭკოვანი სტრუქტურაზე, რომელიც წარმოიქმნება ნახშირბადის მონოქსიდის თერმული დაშლის დროს (რუსული სახელია ოქსიდი). ). ელექტრონული მიკროსკოპის აღჭურვილობის გამოყენებით დაკვირვებულ სტრუქტურას ჰქონდა ბოჭკოები დიამეტრით დაახლოებით 100 ნმ. სამწუხაროდ, ყველაფერი უფრო შორს არ წავიდა, ვიდრე უჩვეულო ნანოსტრუქტურის დაფიქსირება და შემდგომი კვლევა არ მოჰყოლია.

25 წლის დავიწყების შემდეგ, 1974 წლიდან, გაზეთებში იწყება ინფორმაცია ნახშირბადისგან დამზადებული მიკრონის მილაკოვანი სტრუქტურების არსებობის შესახებ. ასე რომ, იაპონელ მეცნიერთა ჯგუფი (ტ. კოიამა, მ. ენდო, ა. ობერლინი) კვლევის დროს 1974-1975 წლებში. ფართო საზოგადოებას წარუდგინეს მათი მთელი რიგი კვლევების შედეგები, რომლებიც შეიცავდა 100 Å-ზე ნაკლები დიამეტრის თხელი მილების აღწერას, რომლებიც მიღებულ იქნა ორთქლისგან კონდენსაციის დროს. ასევე, ღრუ სტრუქტურების ფორმირება ნახშირბადის თვისებების შესწავლისას მიღებული სტრუქტურისა და ფორმირების მექანიზმის აღწერით აღწერეს 1977 წელს სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის ციმბირის ფილიალის კატალიზის ინსტიტუტის საბჭოთა მეცნიერებმა.

Å (Agström) - მანძილების საზომი ერთეული, ტოლია 10−10 მ. SI სისტემაში ანგსტრომთან მნიშვნელობით ახლოს მყოფი ერთეული არის ნანომეტრი (1 ნმ = 10 Å).

ფულერენი არის ღრუ, სფერული მოლეკულები ბურთის ან რაგბის ბურთის ფორმის.

ფულერენი არის ნახშირბადის მეოთხე, ადრე უცნობი მოდიფიკაცია, რომელიც აღმოაჩინა ინგლისელმა ქიმიკოსმა და ასტროფიზიკოსმა ჰაროლდ კროტომ.

და მხოლოდ მათ სამეცნიერო კვლევებში უახლესი აღჭურვილობის გამოყენების შემდეგ, რაც მათ საშუალებას აძლევს დეტალურად გამოიკვლიონ და გაბრწყინდნენ ნანომილების ნახშირბადის სტრუქტურაში, იაპონელმა მეცნიერმა სუმიო იჯიმამ ჩაატარა პირველი სერიოზული კვლევა 1991 წელს, რის შედეგადაც ნახშირბადის ნანომილები ექსპერიმენტულად ჩატარდა. მოპოვებული და დეტალურად შესწავლილი..

თავის კვლევაში პროფესორმა იჯიმამ პროტოტიპის მოსაპოვებლად ელექტრული რკალის გამონადენში გამოაშკარავა გრაფიტი. პროტოტიპი საგულდაგულოდ იყო გაზომილი. მისმა ზომებმა აჩვენა, რომ ძაფების (კარკასის) დიამეტრი არ აღემატება რამდენიმე ნანომეტრს, სიგრძით ერთიდან რამდენიმე მიკრონიმდე. ნახშირბადის ნანომილის სტრუქტურის შესწავლისას მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ შესწავლილ ობიექტს შეიძლება ჰქონდეს ერთიდან რამდენიმე ფენამდე, რომელიც შედგება ექვსკუთხედებზე დაფუძნებული გრაფიტის ექვსკუთხა ბადისგან. ამ შემთხვევაში, ნანომილების ბოლოები სტრუქტურულად წააგავს ორად გაჭრილი ფულერენის მოლეკულის ნახევარს.

ზემოაღნიშნული კვლევების დროს უკვე არსებობდა თავიანთ სფეროში ისეთი ცნობილი მეცნიერების ნაშრომები, როგორებიცაა Jones, L.A. ჩერნოზატონსკი, მ.იუ. კორნილოვი, წინასწარმეტყველებს ნახშირბადის ამ ალოტროპული ფორმის წარმოქმნის შესაძლებლობას, აღწერს მის სტრუქტურას, ფიზიკურ, ქიმიურ და სხვა თვისებებს.

ნანომილის მრავალშრიანი სტრუქტურა სხვა არაფერია, თუ არა რამდენიმე ერთფენიანი ნანომილაკი, „ჩაცმული“ ერთი ერთზე რუსული მობუდარი თოჯინების პრინციპით.

ელექტროფიზიკური თვისებები

ნახშირბადის ნანომილების ელექტროფიზიკური თვისებები ყველაზე მჭიდროდ განიხილება სამეცნიერო საზოგადოების მიერ მთელს მსოფლიოში. ნანომილების გარკვეული გეომეტრიული თანაფარდობების დაპროექტებით, შესაძლებელია მათ მივცეთ გამტარი ან ნახევარგამტარული თვისებები. მაგალითად, ბრილიანტი და გრაფიტი ორივე ნახშირბადია, მაგრამ მოლეკულური სტრუქტურის განსხვავებების გამო, მათ აქვთ განსხვავებული და ზოგიერთ შემთხვევაში საპირისპირო თვისებები. ასეთ ნანომილებს მეტალის ან ნახევარგამტარს უწოდებენ.

ნანომილები, რომლებიც ელექტროენერგიას აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზეც კი ატარებენ, მეტალისაა. ელექტრული დენის ნულოვანი გამტარობა აბსოლუტურ ნულზე, რომელიც იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მიუთითებს ნახევარგამტარული ნანოსტრუქტურის ნიშან-თვისებაზე.

ძირითადი კლასიფიკაცია ნაწილდება გრაფიტის სიბრტყის დაკეცვის მეთოდის მიხედვით. დასაკეცი მეთოდი მითითებულია ორი რიცხვით: "m" და "n", რომლებიც ადგენენ დაკეცვის მიმართულებას გრაფიტის გისოსების ვექტორების გასწვრივ. ნანომილების თვისებები დამოკიდებულია გრაფიტის სიბრტყის დაკეცვის გეომეტრიაზე, მაგალითად, გადახვევის კუთხე პირდაპირ გავლენას ახდენს მათ ელექტროფიზიკურ თვისებებზე.

პარამეტრების მიხედვით (n, m) ნანომილები შეიძლება იყოს: სწორი (აკირული), დაკბილული („სავარძელი“), ზიგზაგისებური და ხვეული (ქირული). ელექტრული გამტარობის გაანგარიშებისა და დაგეგმვისთვის გამოიყენება პარამეტრების თანაფარდობის ფორმულა: (n-m) / 3.

გაანგარიშებით მიღებული მთელი რიცხვი მიუთითებს მეტალის ტიპის ნანომილის გამტარობაზე, ხოლო წილადი - ნახევარგამტარის ტიპზე. მაგალითად, "სკამის" ტიპის ყველა მილი ლითონისაა. მეტალის ტიპის ნახშირბადის ნანომილები ატარებენ ელექტრო დენს აბსოლუტურ ნულზე. ნახევარგამტარული ტიპის ნანოტუბულენებს აქვთ ნულოვანი გამტარობა აბსოლუტურ ნულზე, რაც იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

მეტალის გამტარობის მქონე ნანომილებს შეუძლიათ დაახლოებით მილიარდი ამპერის გადაცემა კვადრატულ სანტიმეტრზე. სპილენძი, როგორც ერთ-ერთი საუკეთესო ლითონის გამტარი, ამ მაჩვენებლებში ათასჯერ ჩამოუვარდება ნანომილებს. გამტარობის ლიმიტის გადაჭარბებისას ხდება გათბობა, რასაც თან ახლავს მასალის დნობა და მოლეკულური გისოსის განადგურება. ეს არ ხდება ნანოტუბულენებთან თანაბარ პირობებში. ეს გამოწვეულია მათი ძალიან მაღალი თბოგამტარობით, რომელიც ორჯერ აღემატება ალმასს.

სიძლიერის თვალსაზრისით, ნანოტუბულენი ასევე ტოვებს სხვა მასალებსაც. ის 5–10–ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე ფოლადის უძლიერესი შენადნობები (1,28–1,8 TPa იანგის მოდულში) და აქვს ელასტიურობა 100 ათასჯერ მეტი ვიდრე რეზინი. თუ შევადარებთ დაჭიმვის სიმტკიცის ინდიკატორებს, მაშინ ისინი 20-22-ჯერ აღემატება მაღალი ხარისხის ფოლადის მსგავსი სიმტკიცის მახასიათებლებს!

როგორ მივიღოთ გაერო

ნანომილები მიიღება მაღალი ტემპერატურის და დაბალი ტემპერატურის მეთოდებით.

მაღალი ტემპერატურის მეთოდებს მიეკუთვნება ლაზერული აბლაცია, მზის ტექნოლოგია ან ელექტრული რკალის გამონადენი. დაბალი ტემპერატურის მეთოდი მოიცავს ქიმიურ ორთქლის დეპონირებას კატალიზური ნახშირწყალბადების დაშლის გამოყენებით, გაზის ფაზის კატალიზური ზრდა ნახშირბადის მონოქსიდიდან, წარმოება ელექტროლიზით, პოლიმერული თერმული დამუშავებით, ადგილობრივი დაბალი ტემპერატურის პიროლიზის ან ადგილობრივი კატალიზის გამოყენებით. ყველა მეთოდი რთული გასაგები, მაღალტექნოლოგიური და ძალიან ძვირია. ნანომილების წარმოებას მხოლოდ ძლიერი სამეცნიერო ბაზის მქონე მსხვილ საწარმოს შეუძლია.

გამარტივებული, ნახშირბადისგან ნანომილების მიღების პროცესი რკალის მეთოდით შემდეგია:

აირისებრ მდგომარეობაში მყოფი პლაზმა შეჰყავთ გარკვეულ ტემპერატურამდე გაცხელებულ რეაქტორში დახურული წრედით ინექციის აპარატის მეშვეობით. რეაქტორში, ზედა და ქვედა ნაწილებში დამონტაჟებულია მაგნიტური კოჭები, რომელთაგან ერთი არის ანოდი, მეორე კი კათოდი. მაგნიტურ ხვეულებს მიეწოდება მუდმივი ელექტრული დენი. რეაქტორში პლაზმაზე გავლენას ახდენს ელექტრული რკალი, რომელიც ასევე ბრუნავს მაგნიტური ველით. ანოდის ზედაპირიდან, რომელიც შედგება ნახშირბადის შემცველი მასალისგან (გრაფიტი) მაღალი ტემპერატურის ელექტროპლაზმური რკალის ზემოქმედებით, ნახშირბადი აორთქლდება ან „გამოდის“ და კონდენსირდება კათოდზე ნახშირბადის ნანომილების სახით, რომელიც შეიცავს ილექება. იმისათვის, რომ ნახშირბადის ატომებმა შეძლონ კათოდზე კონდენსაცია, რეაქტორში ტემპერატურა იკლებს. ამ ტექნოლოგიის მოკლე აღწერაც კი შესაძლებელს ხდის ნანოტუბულენების მიღების სირთულის და ღირებულების შეფასებას. დიდი დრო დაჭირდება, სანამ წარმოების პროცესი და აპლიკაციის პროცესი ხელმისაწვდომი გახდება საწარმოების უმეტესობისთვის.

ფოტო გალერეა: სქემა და მოწყობილობა ნანომილაკების მისაღებად ნახშირბადისგან

ელექტრული რკალის მეთოდით ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების სინთეზის მონტაჟი მცირე სიმძლავრის სამეცნიერო ინსტალაცია მილისებური ნანოსტრუქტურის მისაღებად
დაბალი ტემპერატურის წარმოების მეთოდი

ინსტალაცია გრძელი ნახშირბადის ნანომილების წარმოებისთვის

ისინი ტოქსიკურია?

Რა თქმა უნდა კი.

ლაბორატორიული კვლევის პროცესში მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ნახშირბადის ნანომილები უარყოფითად მოქმედებს ცოცხალ ორგანიზმებზე. ეს, თავის მხრივ, ადასტურებს ნანომილების ტოქსიკურობას და მეცნიერებს სულ უფრო ნაკლებად სჭირდებათ ეჭვი ამ მნიშვნელოვან საკითხში.

კვლევებმა აჩვენა, რომ ნახშირბადის ნანომილების პირდაპირი ურთიერთქმედება ცოცხალ უჯრედებთან იწვევს მათ სიკვდილს. განსაკუთრებით ერთკედლიან ნანომილებს აქვთ ძლიერი ანტიმიკრობული აქტივობა. მეცნიერებმა დაიწყეს ექსპერიმენტების ჩატარება ბაქტერიების სამეფოს (E. coli) E-Coli-ს საერთო კულტურაზე. კვლევის პროცესში გამოყენებული იქნა 0,75-დან 1,2 ნანომეტრამდე დიამეტრის ერთფენიანი ნანომილები. როგორც ექსპერიმენტებმა აჩვენა, ნახშირბადის ნანომილების ცოცხალ უჯრედზე ზემოქმედების შედეგად უჯრედის კედლები (მემბრანები) მექანიკურად ზიანდება.

სხვა მეთოდებით მიღებული ნანომილები შეიცავს დიდი რაოდენობით ლითონებს და სხვა ტოქსიკურ მინარევებს. ბევრი მეცნიერი ვარაუდობს, რომ ნახშირბადის ნანომილაკების ტოქსიკურობა არ არის დამოკიდებული მათ მორფოლოგიაზე, არამედ პირდაპირ კავშირშია მათში შემავალ მინარევებთან (ნანომილები). თუმცა, იელის მეცნიერების მიერ ნანომილების კვლევის სფეროში ჩატარებულმა მუშაობამ აჩვენა მრავალი საზოგადოების მცდარი წარმოდგენა. ამრიგად, Escherichia coli-ს (E-Coli) ბაქტერიები კვლევის პროცესში ჩაუტარდათ დამუშავებას ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილებით ერთი საათის განმავლობაში. შედეგად, E-Coli-ის უმეტესობა გარდაიცვალა. ამ კვლევებმა ნანომასალების სფეროში დაადასტურა მათი ტოქსიკურობა და უარყოფითი გავლენა ცოცხალ ორგანიზმებზე.

მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ერთკედლიანი ნანომილები ყველაზე საშიშია, ეს გამოწვეულია ნახშირბადის ნანომილის სიგრძის პროპორციული თანაფარდობით მის დიამეტრთან.

ადამიანის სხეულზე ნახშირბადის ნანომილების ზემოქმედების სხვადასხვა გამოკვლევებმა მეცნიერები მიიყვანა დასკვნამდე, რომ ეფექტი იდენტურია, როგორც ორგანიზმში აზბესტის ბოჭკოების შეღწევის შემთხვევაში. აზბესტის ბოჭკოების უარყოფითი ზემოქმედების ხარისხი პირდაპირ დამოკიდებულია მათ ზომაზე: რაც უფრო მცირეა, მით უფრო ძლიერია უარყოფითი ზემოქმედება. ნახშირბადის ნანომილების შემთხვევაში კი ეჭვი არ ეპარება მათ უარყოფით გავლენას სხეულზე. სხეულში ჰაერით შესვლისას, ნანომილაკი ჩერდება გულმკერდის პლევრის მეშვეობით, რითაც იწვევს სერიოზულ გართულებებს, კერძოდ, კიბოს სიმსივნეებს. თუ ნანოტუბულენების ორგანიზმში შეღწევა ხდება საკვების საშუალებით, ისინი ჩერდებიან კუჭისა და ნაწლავების კედლებზე, რაც იწვევს სხვადასხვა დაავადებებსა და გართულებებს.

ამჟამად მეცნიერები ატარებენ კვლევას ნანომასალების ბიოლოგიური თავსებადობისა და ნახშირბადის ნანომილების უსაფრთხო წარმოებისთვის ახალი ტექნოლოგიების ძიებაზე.

პერსპექტივები

ნახშირბადის ნანომილები იკავებს გამოყენების ფართო სპექტრს. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მათ აქვთ მოლეკულური სტრუქტურა ჩონჩხის სახით, რაც მათ საშუალებას აძლევს ჰქონდეთ ისეთი თვისებები, რომლებიც განსხვავდება ალმასის ან გრაფიტისგან. სწორედ მათი გამორჩეული თვისებების გამო (სიძლიერე, გამტარობა, მოხრა) ნახშირბადის ნანომილები გამოიყენება უფრო ხშირად, ვიდრე სხვა მასალები.

ნახშირბადის ეს გამოგონება გამოიყენება ელექტრონიკაში, ოპტიკაში, მანქანათმშენებლობაში და ა.შ. ნახშირბადის ნანომილები გამოიყენება დანამატებად სხვადასხვა პოლიმერებსა და კომპოზიტებზე მოლეკულური ნაერთების სიძლიერის გასაძლიერებლად. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველამ იცის, რომ ნახშირბადის ნაერთების მოლეკულურ გისოსს აქვს წარმოუდგენელი ძალა, განსაკუთრებით მისი სუფთა სახით.

ნახშირბადის ნანომილები ასევე გამოიყენება კონდენსატორებისა და სხვადასხვა ტიპის სენსორების, ანოდების წარმოებაში, რომლებიც აუცილებელია ბატარეების წარმოებისთვის, როგორც ელექტრომაგნიტური ტალღების შთამნთქმელი. ამ ნახშირბადის ნაერთმა იპოვა ფართო გამოყენება სატელეკომუნიკაციო ქსელების და თხევადკრისტალური დისპლეების წარმოების სფეროში. ასევე, ნანომილები გამოიყენება როგორც კატალიზური თვისებების გამაძლიერებელი განათების მოწყობილობების წარმოებაში.

კომერციული აპლიკაცია

ბაზარი	განაცხადი	ნახშირბადის ნანომილაკებზე დაფუძნებული კომპოზიციების თვისებები
მანქანები	საწვავის სისტემის ნაწილები და საწვავის ხაზები (კონექტორები, ტუმბოს ნაწილები, ო-რგოლები, მილები), სხეულის გარე ნაწილები ელექტრო შეღებვისთვის (ბამპერები, სარკეების კორპუსები, საწვავის ავზის ხუფები)	თვისებების გაუმჯობესებული ბალანსი ნახშირბადთან შედარებით, დიდი ნაწილების გადამუშავება, დეფორმაციის წინააღმდეგობა
ელექტრონიკა	ტექნოლოგიური ხელსაწყოები და აღჭურვილობა, ვაფლის კასეტები, კონვეიერის ლენტები, საზურგეები, სუფთა ოთახის აღჭურვილობა	ნარევების გაუმჯობესებული სისუფთავე ნახშირბადის ბოჭკოებთან შედარებით, ზედაპირის წინააღმდეგობის კონტროლი, თხელი ნაწილების ჩამოსხმის უნარიანობა, დეფორმაციისადმი წინააღმდეგობა, თვისებების ბალანსი, პლასტიკური ნარევების ალტერნატიული შესაძლებლობები ნახშირბადის ბოჭკოებთან შედარებით.

ნახშირბადის ნანომილები არ შემოიფარგლება გამოყენების გარკვეული სფეროებით სხვადასხვა ინდუსტრიაში. მასალა შედარებით ცოტა ხნის წინ გამოიგონეს და, ამ მხრივ, ის ამჟამად ფართოდ გამოიყენება მეცნიერულ განვითარებასა და კვლევაში მსოფლიოს მრავალ ქვეყანაში. ეს აუცილებელია ნახშირბადის ნანომილების თვისებებისა და მახასიათებლების უფრო დეტალური შესწავლისთვის, ასევე მასალის ფართომასშტაბიანი წარმოების დასამკვიდრებლად, რადგან ის ამჟამად საკმაოდ სუსტ პოზიციას იკავებს ბაზარზე.

ნახშირბადის ნანომილები გამოიყენება მიკროპროცესორების გასაციებლად.

მათი კარგი გამტარი თვისებების გამო, ნახშირბადის ნანომილების გამოყენება მექანიკურ ინჟინერიაში ფართო სპექტრს იკავებს. ეს მასალა გამოიყენება მასიური ზომების მქონე აგრეგატების გაგრილების მოწყობილობებად. ეს უპირველეს ყოვლისა განპირობებულია იმით, რომ ნახშირბადის ნანომილებს აქვთ მაღალი სპეციფიკური თბოგამტარობა.

ნანომილების გამოყენება კომპიუტერული ტექნოლოგიების განვითარებაში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ელექტრონიკის ინდუსტრიაში. ამ მასალის გამოყენების წყალობით შეიქმნა წარმოება საკმაოდ ბრტყელი დისპლეების დასამზადებლად. ეს ხელს უწყობს კომპაქტური კომპიუტერული აღჭურვილობის წარმოებას, მაგრამ ამავე დროს, ელექტრონული კომპიუტერების ტექნიკური მახასიათებლები არ იკარგება, არამედ იზრდება კიდეც. ნახშირბადის ნანომილების გამოყენება კომპიუტერული ტექნოლოგიებისა და ელექტრონიკის ინდუსტრიის განვითარებაში შესაძლებელს გახდის აღჭურვილობის წარმოებას, რომელიც ტექნიკური მახასიათებლებით ბევრჯერ აღემატება მიმდინარე ანალოგებს. ამ კვლევების საფუძველზე უკვე იქმნება მაღალი ძაბვის კინესკოპები.

პირველი ნახშირბადის ნანომილის პროცესორი

გამოყენების საკითხები

ნანომილების გამოყენების ერთ-ერთი პრობლემაა ცოცხალ ორგანიზმებზე უარყოფითი ზემოქმედება, რაც ეჭვქვეშ აყენებს ამ მასალის გამოყენებას მედიცინაში. ზოგიერთი ექსპერტი ვარაუდობს, რომ შეიძლება იყოს დაუფასებელი რისკები ნახშირბადის ნანომილების მასობრივი წარმოების პროცესში. ანუ ნანომილების მოქმედების არეალის გაფართოების შედეგად გაჩნდება მათი ფართომასშტაბიანი წარმოების საჭიროება და, შესაბამისად, საფრთხე ემუქრება გარემოს.

მეცნიერები გვთავაზობენ ამ პრობლემის გადაჭრის გზების ძიებას ნახშირბადის ნანომილების წარმოებისთვის უფრო ეკოლოგიურად სუფთა მეთოდებისა და მეთოდების გამოყენებაში. ასევე ვარაუდობდნენ, რომ ამ მასალის მწარმოებლები სერიოზულად მიუდგნენ CVD პროცესის შედეგების „გაწმენდის“ საკითხს, რამაც, თავის მხრივ, შეიძლება გავლენა მოახდინოს პროდუქციის ღირებულების ზრდაზე.

ნანომილების უჯრედებზე ნეგატიური ზემოქმედების ფოტო ა) Escherichia coli-ს უჯრედები ნანომილაკების ზემოქმედებამდე; ბ) უჯრედები ნანომილაკების ზემოქმედების შემდეგ

თანამედროვე სამყაროში ნახშირბადის ნანომილები მნიშვნელოვანი წვლილი შეაქვს ინოვაციური ტექნოლოგიების განვითარებაში. ექსპერტები პროგნოზებს აძლევენ ნანომილების წარმოების ზრდას უახლოეს წლებში და ამ პროდუქტებზე ფასების შემცირებას. ეს, თავის მხრივ, გააფართოვებს ნანომილების ფარგლებს და გაზრდის მომხმარებელთა მოთხოვნას ბაზარზე.

ნახშირბადის ნანომილები არის მასალა, რომელზეც ბევრი მეცნიერი ოცნებობს. მაღალი სიმტკიცის კოეფიციენტი, შესანიშნავი თერმული და ელექტრული გამტარობა, ხანძარსაწინააღმდეგო და წონის კოეფიციენტი არის სიდიდის რიგითობა, ვიდრე ყველაზე ცნობილი მასალები. ნახშირბადის ნანომილები არის გრაფენის ფურცელი, რომელიც შემოვიდა მილში. რუსმა მეცნიერებმა კონსტანტინე ნოვოსელოვმა და ანდრეი გეიმმა 2010 წელს მიიღეს ნობელის პრემია მისი აღმოჩენისთვის.

პირველად საბჭოთა მეცნიერებმა რკინის კატალიზატორის ზედაპირზე ნახშირბადის მილების დაკვირვება ჯერ კიდევ 1952 წელს შეძლეს. თუმცა, ორმოცდაათი წელი დასჭირდა მეცნიერებს ნანომილების, როგორც პერსპექტიული და სასარგებლო მასალის დასანახად. ამ ნანომილების ერთ-ერთი გასაოცარი თვისება ის არის, რომ მათი თვისებები განისაზღვრება გეომეტრიით. ასე რომ, მათი ელექტრული თვისებები დამოკიდებულია გადახვევის კუთხეზე - ნანომილებს შეუძლიათ აჩვენონ ნახევარგამტარული და მეტალის გამტარობა.

Რა არის ეს

ნანოტექნოლოგიის მრავალი პერსპექტიული სფერო დღეს დაკავშირებულია ნახშირბადის ნანომილაკებთან. მარტივად რომ ვთქვათ, ნახშირბადის ნანომილები არის გიგანტური მოლეკულები ან ჩარჩო სტრუქტურები, რომლებიც შედგება მხოლოდ ნახშირბადის ატომებისგან. ადვილი წარმოსადგენია ასეთი ნანომილაკი, თუ წარმოვიდგენთ, რომ გრაფენს ახვევენ მილში - ეს არის გრაფიტის ერთ-ერთი მოლეკულური ფენა. ნანომილის დაკეცვის მეთოდი დიდწილად განსაზღვრავს მოცემული მასალის საბოლოო თვისებებს.

ბუნებრივია, არავინ ქმნის ნანომილებს გრაფიტის ფურცლიდან სპეციალურად გადაგორებით. ნანომილები წარმოიქმნება თავად, მაგალითად, ნახშირბადის ელექტროდების ზედაპირზე ან მათ შორის რკალის გამონადენის დროს. ნახშირბადის ატომები გამონადენის დროს აორთქლდება ზედაპირიდან და ერწყმის ერთმანეთს. შედეგად, წარმოიქმნება სხვადასხვა ტიპის ნანომილები - მრავალშრიანი, ერთფენიანი და სხვადასხვა გადახვევის კუთხით.

ნანომილების ძირითადი კლასიფიკაცია ეფუძნება მათი შემადგენელი ფენების რაოდენობას:

• ერთკედლიანი ნანომილები ნანომილების უმარტივესი სახეობაა. მათ უმეტესობას აქვს 1 ნმ რიგის დიამეტრი, სიგრძით, რომელიც შეიძლება იყოს ათასჯერ მეტი;
• მრავალშრიანი ნანომილები, რომლებიც შედგება გრაფენის რამდენიმე ფენისგან, ისინი იკეცება მილის ფორმაში. ფენებს შორის იქმნება 0,34 ნმ მანძილი, ანუ გრაფიტის კრისტალში ფენებს შორის მანძილის იდენტურია.

მოწყობილობა

ნანომილები არის ნახშირბადის გაფართოებული ცილინდრული სტრუქტურები, რომელთა სიგრძე შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე სანტიმეტრს და დიამეტრის ერთიდან რამდენიმე ათეულ ნანომეტრამდე. ამავდროულად, დღეს არის ტექნოლოგიები, რომლებიც საშუალებას აძლევს მათ შეუზღუდავი სიგრძის ძაფებად იქსოვონ. ისინი შეიძლება შედგებოდეს ერთი ან მეტი გრაფენის სიბრტყისგან, რომელიც შემოვიდა მილში, რომელიც ჩვეულებრივ მთავრდება ნახევარსფერული თავით.

ნანომილების დიამეტრი რამდენიმე ნანომეტრია, ანუ მეტრის რამდენიმე მილიარდი. ნახშირბადის ნანომილების კედლები დამზადებულია ექვსკუთხედებისგან, რომელთა წვეროებზე ნახშირბადის ატომებია. მილებს შეიძლება ჰქონდეთ განსხვავებული ტიპის სტრუქტურა, ეს არის ის, ვინც გავლენას ახდენს მათ მექანიკურ, ელექტრონულ და ქიმიურ თვისებებზე. ერთ ფენიან მილებს აქვთ ნაკლები დეფექტები; ამავდროულად, ინერტულ ატმოსფეროში მაღალ ტემპერატურაზე ადუღების შემდეგ, ასევე შესაძლებელია დეფექტების გარეშე მილების მიღება. მრავალკედლიანი ნანომილები განსხვავდება სტანდარტული ერთკედლიანი ნანომილებისაგან, კონფიგურაციებისა და ფორმების ბევრად ფართო სპექტრით.

ნახშირბადის ნანომილები შეიძლება სინთეზირებული იყოს მრავალი გზით, მაგრამ ყველაზე გავრცელებულია:

• რკალის გამონადენი. მეთოდი უზრუნველყოფს ნანომილების წარმოებას ტექნოლოგიურ დანადგარებზე ფულერენების წარმოებისთვის რკალის გამონადენის პლაზმაში, რომელიც იწვის ჰელიუმის ატმოსფეროში. მაგრამ აქ გამოიყენება რკალის სხვა რეჟიმები: უფრო მაღალი ჰელიუმის წნევა და დაბალი დენის სიმკვრივე, ასევე დიდი დიამეტრის კათოდები. კათოდური საბადო შეიცავს 40 მკმ-მდე სიგრძის ნანომილებს; ისინი იზრდება კათოდიდან პერპენდიკულარულად და გაერთიანებულია ცილინდრულ ჩალიჩებად.
• ლაზერული აბლაციის მეთოდი . მეთოდი ეფუძნება გრაფიტის სამიზნის აორთქლებას სპეციალურ მაღალტემპერატურ რეაქტორში. ნანომილები წარმოიქმნება რეაქტორის გაციებულ ზედაპირზე გრაფიტის აორთქლების კონდენსატის სახით. ეს მეთოდი საშუალებას იძლევა უპირატესად მივიღოთ ერთკედლიანი ნანომილები, რომელთა დიამეტრი კონტროლდება ტემპერატურის საშუალებით. მაგრამ ეს მეთოდი ბევრად უფრო ძვირია, ვიდრე სხვები.
• ქიმიური ორთქლის დეპონირება . ეს მეთოდი მოიცავს კატალიზატორის ფენით სუბსტრატის მომზადებას, რომელიც შეიძლება იყოს რკინის, კობალტის, ნიკელის ან მათი კომბინაციების ნაწილაკები. ამ გზით გაზრდილი ნანომილების დიამეტრი დამოკიდებული იქნება გამოყენებული ნაწილაკების ზომაზე. სუბსტრატი თბება 700 გრადუსამდე. ნანომილების ზრდის დასაწყებად რეაქტორში შეჰყავთ ნახშირბადის შემცველი გაზი და პროცესის გაზი (წყალბადი, აზოტი ან ამიაკი). ნანომილები იზრდება ლითონის კატალიზატორის უბნებზე.

აპლიკაციები და მახასიათებლები

• აპლიკაციები ფოტონიკასა და ოპტიკაში . ნანომილების დიამეტრის შერჩევით, შესაძლებელია ოპტიკური შთანთქმის უზრუნველყოფა დიდი სპექტრული დიაპაზონში. ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილები აჩვენებენ გაჯერებული შთანთქმის ძლიერ არაწრფივობას, ანუ ისინი გამჭვირვალე ხდებიან საკმარისად ინტენსიურ შუქზე. აქედან გამომდინარე, მათი გამოყენება შესაძლებელია ფოტონიკის სფეროში სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის, მაგალითად, მარშრუტიზატორებისა და კონცენტრატორების შესაქმნელად, ულტრამოკლე ლაზერული იმპულსების შესაქმნელად და ოპტიკური სიგნალების რეგენერაციისთვის.
• განაცხადი ელექტრონიკაში . ამ დროისთვის, ელექტრონიკაში ნანომილების გამოყენების მრავალი გზაა გამოცხადებული, მაგრამ მათი მხოლოდ მცირე ნაწილის განხორციელებაა შესაძლებელი. ყველაზე საინტერესოა ნანომილების გამოყენება გამჭვირვალე გამტარებლებში, როგორც სითბოს მდგრადი ინტერფეისის მასალა.

ელექტრონიკაში ნანომილების დანერგვის მცდელობების აქტუალობა გამოწვეულია ინდიუმის ჩანაცვლების აუცილებლობით სითბოს ნიჟარებში, რომლებიც გამოიყენება მაღალი სიმძლავრის ტრანზისტორებში, გრაფიკულ პროცესორებში და ცენტრალურ პროცესორებში, რადგან ამ მასალის მარაგი მცირდება და მისი ფასი იზრდება. .

• სენსორების შექმნა . ნახშირბადის ნანომილები სენსორებისთვის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო გამოსავალია. ერთკედლიანი ნანომილებისაგან დამზადებული ულტრათხელი ფირები ამჟამად შეიძლება გახდეს საუკეთესო საფუძველი ელექტრონული სენსორებისთვის. მათი წარმოება შესაძლებელია სხვადასხვა მეთოდის გამოყენებით.
• ბიოჩიპების, ბიოსენსორების შექმნა , ბიოტექნოლოგიურ ინდუსტრიაში წამლების მიზანმიმართული მიწოდებისა და მოქმედების კონტროლი. ამ მიმართულებით მუშაობა ამჟამად ძლიერად და ძირითადში მიმდინარეობს. ნანოტექნოლოგიის გამოყენებით ჩატარებული მაღალი გამტარუნარიანობის ანალიზი საგრძნობლად შეამცირებს ტექნოლოგიის ბაზარზე შემოტანის დროს.
• დღეს სწრაფად იზრდება ნანოკომპოზიტების წარმოება ძირითადად პოლიმერული. როდესაც მათში ნახშირბადის ნანომილების მცირე რაოდენობაც კი შეჰყავთ, უზრუნველყოფილია პოლიმერების თვისებების მნიშვნელოვანი ცვლილება. ასე რომ, ისინი ზრდიან თერმული და ქიმიურ წინააღმდეგობას, თბოგამტარობას, ელექტროგამტარობას, აუმჯობესებენ მექანიკურ მახასიათებლებს. ათობით მასალა გაუმჯობესდა მათში ნახშირბადის ნანომილების დამატებით;

ნანომილაკებით პოლიმერებზე დაფუძნებული კომპოზიტური ბოჭკოები;
კერამიკული კომპოზიტები დანამატებით. იზრდება კერამიკის ბზარის წინააღმდეგობა, ჩნდება ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისგან დაცვა, იზრდება ელექტრო და თბოგამტარობა;
ბეტონი ნანომილებით - ხარისხი, სიმტკიცე, ბზარის წინააღმდეგობა იზრდება, შეკუმშვა მცირდება;
ლითონის კომპოზიტები. განსაკუთრებით სპილენძის კომპოზიტები, რომელთა მექანიკური თვისებები რამდენჯერმე აღემატება ჩვეულებრივ სპილენძს;
ჰიბრიდული კომპოზიტები, რომლებიც შეიცავს ერთდროულად სამ კომპონენტს: არაორგანულ ან პოლიმერულ ბოჭკოებს (ქსოვილებს), შემკვრელს და ნანომილებს.

Დადებითი და უარყოფითი მხარეები

ნახშირბადის ნანომილების უპირატესობებს შორისაა:

• მრავალი უნიკალური და მართლაც სასარგებლო თვისება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგოეფექტურობის გადაწყვეტილებების, ფოტონიკის, ელექტრონიკის და სხვა აპლიკაციების სფეროში.
• ეს არის ნანომასალა, რომელსაც აქვს მაღალი სიმტკიცის ფაქტორი, შესანიშნავი თერმული და ელექტრული გამტარობა და ცეცხლგამძლეობა.
• სხვა მასალების თვისებების გაუმჯობესება მათში ნახშირბადის ნანომილების მცირე რაოდენობით შეყვანით.
• ღია ბოლოიანი ნახშირბადის ნანომილები ავლენენ კაპილარულ ეფექტს, რაც იმას ნიშნავს, რომ მათ შეუძლიათ გამდნარი ლითონები და სხვა სითხეები;
• ნანომილები აერთიანებს მყარი და მოლეკულების თვისებებს, რაც ხსნის მნიშვნელოვან პერსპექტივებს.

ნახშირბადის ნანომილების ნაკლოვანებებს შორისაა:

• ნახშირბადის ნანომილები ამჟამად არ იწარმოება სამრეწველო მასშტაბით, ამიტომ მათი კომერციული გამოყენება შეზღუდულია.
• ნახშირბადის ნანომილების წარმოების ღირებულება მაღალია, რაც ასევე ზღუდავს მათ გამოყენებას. თუმცა, მეცნიერები ბევრს მუშაობენ მათი წარმოების ღირებულების შესამცირებლად.
• წარმოების ტექნოლოგიების გაუმჯობესების აუცილებლობა ზუსტად განსაზღვრული თვისებების მქონე ნახშირბადის ნანომილების შესაქმნელად.

პერსპექტივები

უახლოეს მომავალში ყველგან გამოყენებული იქნება ნახშირბადის ნანომილები, რომლებიც გამოიყენებენ შექმნას:

• ნანობალანსები, კომპოზიტური მასალები, მძიმე ძაფები.
• საწვავის უჯრედები, გამჭვირვალე გამტარ ზედაპირები, ნანომავთულები, ტრანზისტორები.
• ნეიროკომპიუტერის უახლესი განვითარება.
• დისპლეები, LED-ები.
• ლითონებისა და გაზების შესანახი მოწყობილობები, აქტიური მოლეკულების კაფსულები, ნანოპიპეტები.
• სამედიცინო ნანორობოტები წამლების მიწოდებისა და ოპერაციებისთვის.
• მინიატურული სენსორები ულტრა მაღალი მგრძნობელობით. ასეთ ნანოსენსორებს შეუძლიათ იპოვონ გამოყენება ბიოტექნოლოგიურ, სამედიცინო და სამხედრო პროგრამებში.
• კაბელი კოსმოსური ლიფტისთვის.
• ბრტყელი გამჭვირვალე დინამიკები.
• ხელოვნური კუნთები. მომავალში გამოჩნდებიან კიბორგები, რობოტები, ინვალიდები სრულ ცხოვრებას დაუბრუნდებიან.
• ძრავები და დენის გენერატორები.
• ჭკვიანი, მსუბუქი და კომფორტული ტანსაცმელი, რომელიც დაიცავს ყოველგვარი უბედურებისგან.
• უსაფრთხო სუპერკონდენსატორები სწრაფი დატენვით.

ეს ყველაფერი სამომავლოდ, რადგან ნახშირბადის ნანომილების შექმნისა და გამოყენების ინდუსტრიული ტექნოლოგიები განვითარების საწყის ეტაპზეა და მათი ფასი უკიდურესად ძვირია. მაგრამ რუსმა მეცნიერებმა უკვე განაცხადეს, რომ იპოვეს გზა ამ მასალის შექმნის ღირებულების ორასჯერ შეამცირონ. ნახშირბადის ნანომილების წარმოების ეს უნიკალური ტექნოლოგია ამჟამად გასაიდუმლოებულია, მაგრამ მან უნდა მოახდინოს რევოლუცია ინდუსტრიაში და ბევრ სხვა სფეროში.

ნანომილების სტრუქტურა და კლასიფიკაცია

ნახშირბადის ნანომილები

ნახშირბადის ნანომილები(ნახშირბადის ნანომილები, CNTs) - მოლეკულური ნაერთები, რომლებიც მიეკუთვნებიან ნახშირბადის ალოტროპული მოდიფიკაციების კლასს. ისინი გაფართოებული ცილინდრული სტრუქტურებია ერთიდან რამდენიმე ათეულ ნანომეტრამდე დიამეტრით და ერთიდან რამდენიმე მიკრომამდე სიგრძით.

სურათი 8. ნახშირბადის ნანომილაკი

ნანომილები შედგება ერთი ან მეტი ფენისგან, რომელიც შემოვიდა მილში, რომელთაგან თითოეული წარმოადგენს გრაფიტის (გრაფენის) ექვსკუთხა ქსელს, რომელიც დაფუძნებულია ექვსკუთხედებზე, ნახშირბადის ატომებით, რომლებიც მდებარეობს კუთხის წვეროებზე. ყველა შემთხვევაში, ფენებს შორის მანძილი არის 0,34 ნმ, ანუ იგივეა, რაც კრისტალურ გრაფიტის ფენებს შორის.

მილების ზედა ბოლოები დახურულია ნახევარსფერული ქუდებით, რომელთა თითოეული ფენა შედგება ექვსკუთხედებისა და ხუთკუთხედებისგან, რომლებიც ჰგავს ნახევარი ფულერენის მოლეკულის სტრუქტურას.

ითვლება, რომ ნახშირბადის ნანომილაკების აღმომჩენი იაპონური კორპორაციის NEC Sumio Iijima-ს თანამშრომელია, რომელიც 1991 წელს დააკვირდა მრავალშრიანი ნანომილების სტრუქტურას ელექტრონული მიკროსკოპის ქვეშ დეპოზიტების შესწავლისას, რომლებიც წარმოიქმნა სუფთა ნახშირბადის მოლეკულური ფორმების სინთეზის დროს. ფიჭური სტრუქტურა.

იდეალური ნანომილაკი არის გრაფიტის სიბრტყე, რომელიც შემოვიდა ცილინდრში, ე.ი. რეგულარული ექვსკუთხედებით გაფორმებული ზედაპირი, რომლის წვეროებზე არის ნახშირბადის ატომები.

პარამეტრს, რომელიც მიუთითებს ექვსკუთხედის კოორდინატებზე, რომელიც სიბრტყის დაკეცვის შედეგად უნდა ემთხვეოდეს კოორდინატების სათავეში მდებარე ექვსკუთხედს, ეწოდება ნანომილის ქირალობა. ნანომილის ქირალურობა განსაზღვრავს მის ელექტრულ მახასიათებლებს.

ელექტრონული მიკროსკოპის დაკვირვებამ აჩვენა, რომ ნანომილაკების უმეტესობა შედგება რამდენიმე გრაფიტის ფენისგან, რომლებიც ან ბუდობენ ერთმანეთის შიგნით, ან ახვევენ საერთო ღერძის გარშემო.

ერთკედლიანი ნანომილები(ერთკედლიანი ნანომილები, SWNT) - ნანომილების უმარტივესი ტიპი. მათ უმეტესობას აქვს დიამეტრი დაახლოებით 1 ნმ სიგრძით, რომელიც შეიძლება იყოს ათასობით ჯერ მეტი.

სურათი 9. ერთკედლიანი ნანომილის მოდელი.

ასეთი მილი მთავრდება ნახევარსფერული წვეროებით, რომლებიც შეიცავს, რეგულარულ ექვსკუთხედებთან ერთად, ასევე ექვს რეგულარულ ხუთკუთხედს.

ექსპერიმენტულად დაკვირვებული ერთკედლიანი ნანომილების სტრუქტურა მრავალი თვალსაზრისით განსხვავდება ზემოთ წარმოდგენილი იდეალიზებული სურათისგან. უპირველეს ყოვლისა, ეს ეხება ნანომილის ზედა ნაწილებს, რომელთა ფორმა, როგორც დაკვირვებებიდან ჩანს, შორს არის იდეალური ნახევარსფეროსგან.

სურათი 10. მრავალკედლიანი ნანომილების ჯვარედინი კვეთის მოდელები

მრავალშრიანი ნანომილები განსხვავდებიან ერთფენიანი ნანომილებისაგან ბევრად უფრო მრავალფეროვანი ფორმებითა და კონფიგურაციით, როგორც გრძივი, ისე განივი მიმართულებით. მრავალშრიანი ნანომილების განივი სტრუქტურის შესაძლო სახეობები ნაჩვენებია სურათზე 10.

რუსული თოჯინების სტრუქტურა არის კოაქსიალურად ჩადგმული ერთფენიანი ნანომილების კოლექცია (სურათი 10 ა). ზემოაღნიშნული სტრუქტურებიდან ბოლო (სურათი 10 ბ) წააგავს გრაგნილს. მოცემული სტრუქტურებისთვის მანძილი მიმდებარე გრაფიტის ფენებს შორის უახლოვდება 0,34 ნმ, ე.ი. მანძილი კრისტალური გრაფიტის მიმდებარე სიბრტყეებს შორის. ამა თუ იმ სტრუქტურის რეალიზაცია კონკრეტულ ექსპერიმენტულ სიტუაციაში დამოკიდებულია ნანომილების სინთეზის პირობებზე. 2.2 ნახშირბადის ნანომილების მიღება

ნანომილების სინთეზის ყველაზე გავრცელებული მეთოდებია ელექტრული რკალის მეთოდი, ლაზერული აბლაცია და ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD).

რკალის გამონადენი - ამ მეთოდის არსი მდგომარეობს ნახშირბადის ნანომილების წარმოებაში რკალის გამონადენი პლაზმაში, რომელიც იწვის ჰელიუმის ატმოსფეროში ფულერენების წარმოების ტექნოლოგიურ დანადგარებში. ამასთან, აქ გამოიყენება რკალის სხვა რეჟიმები: რკალის გამონადენის დაბალი დენის სიმკვრივე, ჰელიუმის მაღალი წნევა (~ 500 Torr), უფრო დიდი დიამეტრის კათოდები. ნანომილების მაქსიმალური რაოდენობის მისაღებად, რკალის დენი უნდა იყოს 65-75 A, ძაბვა - 20-22 V, ელექტრონის პლაზმის ტემპერატურა - დაახლოებით 4000 K. ამ პირობებში გრაფიტის ანოდი ინტენსიურად აორთქლდება, ამარაგებს ცალკეულ ატომებს ან წყვილებს. ნახშირბადის ატომები, რომელთაგან კათოდზე ან კამერის წყლით გაცივებულ კედლებზე წარმოიქმნება ნახშირბადის ნანომილები.

ნანომილაკების გამოსავლიანობის გაზრდის მიზნით, გრაფიტის ღეროში შეჰყავთ კატალიზატორი (რკინის ჯგუფის ლითონების ნარევები), იცვლება ინერტული აირის წნევა და დაფქვის რეჟიმი.

კათოდური საბადოში ნანომილების შემცველობა 60%-ს აღწევს. 40 მკმ-მდე სიგრძის ნანომილები იზრდება კათოდიდან მისი ზედაპირის პერპენდიკულარულად და გაერთიანებულია ცილინდრულ სხივებად, დაახლოებით 50 ნმ დიამეტრის.

ელექტრული რკალის ინსტალაციის ტიპიური სქემა ნანომილებისა და ფულერენების შემცველი მასალის, აგრეთვე ნახშირბადის სხვა წარმონაქმნების დასამზადებლად ნაჩვენებია სურათზე 11.

ნახაზი 11. ელექტრული რკალის მეთოდით ნანომილების მიღების ინსტალაციის სქემა.

ლაზერული აბლაციის მეთოდი გამოიგონეს რიჩარდ სმელიმ და რაისის უნივერსიტეტმა და დაფუძნებულია მაღალი ტემპერატურის რეაქტორში გრაფიტის სამიზნის აორთქლებაზე. ნანომილები ჩნდება რეაქტორის გაცივებულ ზედაპირზე გრაფიტის აორთქლების კონდენსატის სახით. წყლის გაცივებული ზედაპირი შეიძლება შევიდეს ნანომილების შეგროვების სისტემაში. პროდუქტის მოსავლიანობა ამ მეთოდით არის დაახლოებით 70%. მისი დახმარებით მიიღება უპირატესად ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილები დიამეტრით, რომელსაც აკონტროლებს რეაქციის ტემპერატურა. თუმცა, ამ მეთოდის ღირებულება ბევრად უფრო ძვირია, ვიდრე სხვები.

ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD) - კატალიზური ნახშირბადის ორთქლის დეპონირების მეთოდი აღმოაჩინეს ჯერ კიდევ 1959 წელს, მაგრამ 1993 წლამდე არავინ ფიქრობდა, რომ ამ პროცესში ნანომილების მიღება შეიძლებოდა.

სურათი 12. ინსტალაციის სქემა ქიმიური დეპონირების გზით ნანომილების მისაღებად.

წვრილად გაფანტული ლითონის ფხვნილი (ყველაზე ხშირად ნიკელი, კობალტი, რკინა ან მათი კომბინაციები) გამოიყენება კატალიზატორად, რომელსაც ასხამენ კვარცის მილში მდებარე კერამიკულ ჭურჭელში. ეს უკანასკნელი, თავის მხრივ, მოთავსებულია გამათბობელ მოწყობილობაში, რომელიც საშუალებას გაძლევთ შეინარჩუნოთ კონტროლირებადი ტემპერატურა 700-დან 1000°C-მდე. აირისებრი ნახშირწყალბადისა და ბუფერული აირის ნაზავი იფეთქება კვარცის მილში. C 2 H 2: N 2 ნარევის ტიპიური შემადგენლობა 1:10 თანაფარდობით. პროცესი შეიძლება გაგრძელდეს რამდენიმე წუთიდან რამდენიმე საათამდე. კატალიზატორის ზედაპირზე იზრდება ნახშირბადის გრძელი ძაფები, რამდენიმე ათეულ მიკრომეტრამდე სიგრძის მრავალშრიანი ნანომილები 10 ნმ შიდა დიამეტრით და 100 ნმ გარე დიამეტრით. ამ გზით გაზრდილი ნანომილების დიამეტრი დამოკიდებულია ლითონის ნაწილაკების ზომაზე.

ეს მექანიზმი არის ყველაზე გავრცელებული კომერციული მეთოდი ნახშირბადის ნანომილების წარმოებისთვის. ნანომილების მიღების სხვა მეთოდებს შორის, CVD არის ყველაზე პერსპექტიული სამრეწველო მასშტაბით, ერთეულის ფასის თვალსაზრისით საუკეთესო თანაფარდობის გამო. გარდა ამისა, ის საშუალებას იძლევა მიიღოთ ვერტიკალურად ორიენტირებული ნანომილები სასურველ სუბსტრატზე დამატებითი შეგროვების გარეშე, ასევე გააკონტროლოთ მათი ზრდა კატალიზატორის საშუალებით.

მასალების მეცნიერებაში ნანომილების გამოყენების ფართო პერსპექტივები იხსნება, როდესაც სუპერგამტარი კრისტალები (მაგ., TaC) ნახშირბადის ნანომილაკებშია ჩასმული. ნანომილაკებში ჩასმული სუპერგამტარი კრისტალების მიღების შესაძლებლობა შესაძლებელს ხდის მათ იზოლირებას გარე გარემოს მავნე ზემოქმედებისგან, მაგალითად, დაჟანგვისგან, რითაც გზას გაუხსნის შესაბამისი ნანოტექნოლოგიების უფრო ეფექტური განვითარებისკენ.

ნანომილების დიდი უარყოფითი მაგნიტური მგრძნობელობა მიუთითებს მათ დიამაგნიტურ თვისებებზე. ვარაუდობენ, რომ ნანომილაკების დიამაგნიტურობა განპირობებულია ელექტრონების დინებით მათი წრეწირის გასწვრივ. მაგნიტური მგრძნობელობის მნიშვნელობა არ არის დამოკიდებული ნიმუშის ორიენტაციაზე, რომელიც დაკავშირებულია მის არეულ სტრუქტურასთან.

ნანომილების მრავალი ტექნოლოგიური გამოყენება ეფუძნება მათ მაღალ სპეციფიკურ ზედაპირის ფართობს (ერთფენიანი ნანომილის შემთხვევაში, დაახლოებით 600 კვადრატული მეტრი 1/გ-ზე), რაც ხსნის მათი, როგორც ფოროვანი მასალის გამოყენების შესაძლებლობას ფილტრებში და ა.შ. .

ნანომილების მასალა წარმატებით შეიძლება გამოვიყენოთ, როგორც გადამზიდავი სუბსტრატი ჰეტეროგენული კატალიზისთვის, ხოლო ღია ნანომილების კატალიზური აქტივობა მნიშვნელოვნად აღემატება დახურული ნანომილების შესაბამის პარამეტრს.

შესაძლებელია მაღალი სპეციფიური ზედაპირის მქონე ნანომილების გამოყენება ელექტროდებად მაღალი სპეციფიური სიმძლავრის ელექტროლიტური კონდენსატორებისთვის. ნახშირბადის ნანომილაკებმა კარგად დაამტკიცა თავი ექსპერიმენტებში მათი გამოყენებისას, როგორც საფარი, რომელიც ხელს უწყობს ალმასის ფირის წარმოქმნას.

ნანომილის ისეთი თვისებები, როგორიცაა მისი მცირე ზომა, რომელიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება სინთეზის პირობების, ელექტრული გამტარობის, მექანიკური სიძლიერისა და ქიმიური სტაბილურობის მიხედვით, შესაძლებელს ხდის ნანომილის განხილვას მომავალი მიკროელექტრონული ელემენტების საფუძვლად.

ნანომილები შეიძლება გახდეს ყველაზე თხელი საზომი ხელსაწყოს საფუძველი, რომელიც გამოიყენება ელექტრონული სქემების ზედაპირული არაერთგვაროვნების გასაკონტროლებლად.

საინტერესო აპლიკაციების მიღება შესაძლებელია ნანომილების სხვადასხვა მასალებით შევსებით. ამ შემთხვევაში, ნანომილაკი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მასალის მატარებლად, რომელიც მას ავსებს, ასევე როგორც საიზოლაციო გარსი, რომელიც იცავს ამ მასალას ელექტრული კონტაქტისგან ან მიმდებარე ობიექტებთან ქიმიური ურთიერთქმედებისგან.