Web design by Aleksey D. Zolotarenko | Contact Us




предыдущая страница                                              следующая страница

Заключение

Очевидно, что в настоящей книге, достаточно небольшой по объему, невозможно было осветить все многогранные материаловедческие проблемы, связанные с фуллеренами и углеродными нанотрубками. В заключение хотелось бы указать на те возможные направления использования углеродных наноматериалов, которые лежат вне уже затронутых проблем, но являются чрезвычайно многообещающими и в настоящее время довольно интенсивно изучаются. Особенно интересны водорастворимые производные фуллеренов, применение которых в биологии и медицине может привести, по образному выражению академика РАН Ю.А. Осипьяна, к “революционным последствиям” [1]. Большое будущее ожидает фуллерены и в качестве нового класса полупроводниковых материалов. Работы в этом направлении уже позволили создать сверхпроводящие (Тс=52 К), дырочно-легированные структуры, напоминающие полевой транзистор [2]. Как считают специалисты фирмы "Приморье" из Санкт-Петербурга, возможных областей применения фуллеренов может быть множество. Их прогнозы помещены в таблице 1.
В последнее время несколько повысилась активность в области исследований свойств нанотрубок, которые являются материалом с огромным потенциалом в прикладном смысле. Во-первых, необходимо упомянуть многочисленные работы, в которых делаются попытки создания плоских экранов (дисплеев) с холодными катодами. В качестве рабочего тела катодов рассматриваются углеродные нанотрубки или другие углеродные наноматериалы, обладающие высокими эмиссионными свойствами при незначительных электрических полях. Результаты, полученные для одиночных нанотрубок, стимулируют проведение широкомасштабных поисковых работ в этом направлении. Создание плоских экранов сделает их еще более доступными и, следовательно, обеспечит значительный прогресс в области информационных компьютерных технологий. По габаритам и уровню потребляемой мощности мониторы на углеродных нанотрубках будут существенно превосходить традиционные высоковольтные кинескопы, а по яркости свечения и углу зрения  дорогие дисплеи на жидких кристаллах. Главными проблемами на пути к реальности создания экрана на нанотрубках являются: 1) высокая стоимость нанотрубок; 2) технические трудности при получении значительных поверх-ностей, заполненных одинаково ориентированными нанотрубками с однородными характеристиками.

Таблица 1. Возможные области применения фуллеренов.

Для достижения конечной цели необходимо научиться селективно выращивать нанотрубки на отдельных участках плоской поверхности будущего катода. Эмиссия с каждого такого участка должна управляться отдельными токопроводами. Число таких участков на поверхности может достигать сотен тысяч или даже нескольких миллионов.
Другие возможные области применения нанотрубок вытекают из их свойств, благодаря которым они выгодно отличаются от других углеродных материалов (табл. 2).
Пока еще нет данных о влиянии нанотрубок на механические свойства композиционных материалов, полученных на их основе. В то же время теоретические расчеты позволяют говорить о таких механических свойствах нанотрубок, как значительная прочность на разрыв и высокое значение модуля Юнга. Работы по упрочнению композиционных материалов при их армировании нанотрубками несомненно будут проводиться более широким фронтом, если будет налажено производство дешевых бездефектных нанотрубок.
Благодаря высокому коэффициенту теплопроводности целесообразно использовать нанотрубки в качестве материала для радиаторов охлаждения корпусов мощных электронных приборов.
Из углеродных нанотрубок предполагается изготавливать наконечники достаточно большой длины и малого диаметра для сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ). Эти наконечники превосходят по своим рабочим параметрам все остальные при исследовании структуры наношероховатостей на поверхности микросхем. Незаменимы такие наконечники и при изучении биологических и полимерных структур, поскольку благодаря высокой прочности нанотрубки на изгиб исчезает опасность повреждения СЗМ при большом усилии.
Смотреть в будущее углеродных наноматериалов с оптимизмом позволяют результаты работ по исследованию возможностей их крупномасштабного производства. Используя хорошо отработанный метод электродугового распыления графитовых стержней с Co-Ni–катализатором, при условии оптимизации процесса можно получать материал, который состоит более чем на 40 объемных процентов из одностенных нанотрубок [3]. Разработанная технология очистки позволяет довести содержание нанотрубок в этом материале до 90 %. Имеются хорошие перспективы для масштабирования производства такого материала.
Известно, что концентрация многостенных нанотрубок в катодном депозите, формирующемся при электродуговом процессе получения фуллеренов (без катализатора), может достигать 50 %. Поскольку основной примесью в таких образцах является аморфный углерод, концентрацию МНТ в материале, выделенном из катодного депозита, можно легко повысить путем избирательного окисления.

Таблица 2. Некоторые свойства углеродных наноматериалов.

Использование так называемых плавающих (floating) катализаторов при пиролизе углеводородов позволяет получать МНТ практически без углеродных загрязнений [4]. Для получения материала, на 100 % состоящего из чистых нанотрубок, необходимо только удалить частицы катализатора. Длина нанотрубок, синтезируемых этим методом, может превышать длину нанотрубок, получаемых при электродуговом распылении, на два порядка и достигать 0.5 мм. При этом диаметр трубок (20 нм) для сравниваемых методов практически одинаков.
Ученые многих стран, интенсивно исследуют свойства наноструктур, состоящих из атомов одного сорта – углерода. Среди их большого многообразия существуют такие, благодаря свойствам которых они уже используются или будут широко использоваться в будущем. Мы надеемся, что таких структур будет достаточно много. По крайней мере, мы думаем, что любого ученого, который начнет поиск “своей” углеродной наноструктуры сегодня, ждет масса открытий в будущем, как ждали они европейцев при открытии Америки.

Литература

  1. Осипьян Ю.А. Фуллерены. От открытия до технического применения. / 7-я Международная конференция "Водородное материаловедение и химия гидридов металлов" (ICHMS'2001), Алушта, Украина, 2001.

  2. Schon J.H., Kloc C.H., Batlogg B. // Nature. - 2000. - Vol. 408. - P. 549.

  3. Loutfy R.O., Lowe T.P., Hutchison J.L., Kiselev N.A., Zakharov D.N., Krinichnaya E.P., Muradyan V.E., Tarasov B.P. and Moravsky A.P. A dissolution-precipitation model for single-walled carbon nanotubes formation in the Arc. / IWFAC’99, 1999.

  4. Andrews R., Jacques D., Rao A.M., Derbishire F., Qian D., Fan X., Dickey E.C., Chen J. Continuous production of aligned carbon nanotubes: a step closer to commercial realization // Chem. Phys. Lett. 1999. - Vol. 303. - P. 467-474.

предыдущая страница                                              следующая страница




От авторов


Издание настоящей книги стало возможным благодаря реализации договора о творческом сотрудничестве между Институтом проблем материаловедения Национальной академии наук Украины и Институтом проблем химической физики Российской академии наук в рамках выполнения совместной программы “Фуллерены и атомные кластеры”.
За последние 10 лет наблюдается бурный рост потока информации в области знаний фуллереноподобных материалов, открытых в 1985 году. Задача, которую поставили авторы перед собой, состояла в том, чтобы обобщить эту информацию и в сжатой форме изложить основные представления о новом классе углеродных материалов. Из огромного информационного потока по фуллеренам, нанотрубкам и кластерам, а это десятки тысяч источников: книг, патентов, научных и популярных статей, был взят тот минимум, который позволил бы неискушенному читателю войти в мир углеродных наноструктур с его специфическими особенностями. Большой интерес среди ученых вызывает особенность строения фуллеренов, обусловленная их сферичностью. Завершенность элементарной структурной единицы, по сравнению с бесконечными кластерами атомов в карбине, графите и алмазе, обусловливает уникальную способность фуллеренов растворяться в растворителях. Это единственная растворимая форма углерода.
Фуллерены - интересный объект исследований во многих областях науки - физике, химии, геологии, биологии, медицине, материаловедении и других. Благодаря наличию у молекулы фуллерена большого количества атомов углерода открываются неограниченные возможности синтеза миллиардов новых соединений с новыми свойствами, а значит и новыми возможностями. Разработка и использование материалов, обладающих сложным комплексом физико-химических свойств, являются одной из основополагающих предпосылок создания техники XXI века. И фуллереноподобные материалы обладают всеми качествами, необходимыми для того, чтобы стать основой материалов будущих разработок. В настоящее время мы стоим только на стартовой черте изучения фуллереноподобных материалов и материалов, получаемых на их основе. Перспективы использования их безграничны.
Данные, представленные в четвертой главе этой книги, демонстрируют одну из блестящих возможностей использования этих материалов. Благодаря компактному и безопасному хранению водорода в фуллереноподобных материалах и материалах, полученных на их основе, становится экономически обоснованным и реальным переход человечества от эры использования запасавшейся миллионами лет солнечной энергии в виде ископаемых топлив к эре солнечно-водородного будущего: непосредственного преобразования солнечной энергии и применения водорода в качестве экологически чистого топлива и энергоносителя. Это будущее видится еще более оптимистичным, если учесть, что источником водорода является вода, которой достаточно на всех континентах и во всех странах. То есть снимается вопрос о странах, богатых топливом и бедных с энергетической точки зрения. Солнечной энергии хватит всем.
Надеемся, что эта книга станет для многих первой ступенькой в познании области науки о фуллеренах, пробудит интерес и желание узнать больше, шагнуть вперед и изучить неведомое.
Заранее приносим свои извинения за возможные опечатки. Мы с удовольствием и благодарностью примем все критические замечания и комментарии. Авторы благодарят В.Б. Черногоренко, А.П. Помыткина, Н.Ф. Гольдшлегер и А.П. Моравского за помощь в написании некоторых глав, а также благодарят О.И. Билык, Д.М. Мильто, Е.А. Лысенко за помощь в наборе и редактировании текста и иллюстраций.