Көміртекті нанотүтікшелер: құрылымы, қасиеттері және қолдану салалары

Қазақстан Республикасының Бiлiм және ғылым министрлiгi

Тараз мемлекеттік педагогикалық институты

Пән «нанотехнология негіздері»

КӨМІРТЕКТІ НАНОТҮТІКШЕ

Дәріс 5

1. Нанотүтікше құрылымы және өлшемдері

2. Нанотүтікше қасиеттері

3. Нанотүтікше қолдану облысы

Дәріс сұрақтары

Құрылым, түр және көмiртектi нанотүтікше өлшемдері

Нанотүтікше ортақ құрылымдық ерекшелiктері

Көміртекті нанотүтікшелер - бұл көміртек атомдарымен құралған гексогональды торлардың орамдарынан құралған созылған құрылымдар.

Олар 1991 жылы жапон зерттеушісі Иджима ашқан. Алғашқы нанотүтікшелер графиті электр доғада шашырату арқылы алынған өлшемдер. Мұндай жіптердің диаметрі бірнеше нанометр ал ұзындығы бірнеше микроның аспайтындығын көрсетті.

Нано түтікшелер бір немесе бірнеше қабаттан тұрады және олар алты бұрышты гексогональды торлардан құралған. Барлық жағдайда қабат қалыңдығы 0, 34 нм тең. Және ол кристалл графиттің қабат қалыңдығына тең. Олардың екі жағы жартылай жабылған. Олар үлкен және кіші бір және көп қабатты болуы мүмкін түзу және спиральді болуы мүмкін. Үлкен нанотүтікшелер диаметрі 40-100 мкм дейін болады.

Микроскоппен бақылағандағы нанотүтікше көрінісі

Нанотүтікше түрлері және өлшемдері

Нанотүтікше үлкенді-кiшiлi, бiр қабырғалы және көп қабырғалы, түзу, спиральі бола алады .

Бiрдей 0, 34 нм қабырғалар арасындағы қашықтық. Түтiкшелердi қабырға

торлы. Диаметр және сәйкесiнше 0, 7 - 30 нмдi құрайды және 1 - 8 мкм түтiкшелердi ұзындық.

Ерекшелiк алып нанотүкше

АҚШ-тың екi ұлттық зертханаларының ортақ бiрлескен Нанотехнология экспериментінде - Sandia және (Center for Integrated Nanotechnologies - CINT ) Los Alamos тiрлiктi раста «алып нанотүтікшелер». (Jianyu Huang ) Хуанга Жианью тобы (2008 ) «орасан зор көмiртектi түтiкшелер» - түтiкшенiң микроскоптық көмiртектi бұйымдарын сәттi эксперименттердiң нәтижеде алды.

Фирманың қондырғыларын сипаттама көмiртектi нанотүтікшенің өсiру бойымен «ULVAC»

Жапон фирмасы 1999 жылы «ULVAC» жасады және көмiртектi нанотүтікше өсiру үшiн келесi жүйелердi серияны өндiрдi:

1. CN үлгi - ( 25 мнiң 30 қондырғыдан астам шығарылған төс етектерi диаметр 1999 жылы) 100

2. CN үлгi - (100 мнiң диаметрiмен төс етегi, 2001 жылы шығарылады) 400

3. CN үлгi - (200 ддiң диаметрiмен төс етегi, 2001 жылы шығарылады) 800

4. CN үлгi - (пiшiні А4, 210 мнiң 294 холарының өлшемiмен төс етегi) 300.

көмiртектi нанотүтікше плазмохимиялық газ фазасы анықтау үшiн қоындырғы топтамасы

CN нанотүтікше өсiру бойымен орнату - 100

CN нанотүтікше өсiру бойымен орнату - 100 сирек кездесетiн механикалық, электр, оптикалық, қорғаныстық қасиет ие өлшемдердi түтiкше нанометрлік өлшеммен алуға болады.

Көмiртектi нанотүтікше қасиеттері

Физико - механикалық қасиеттері: болатпен салыстырғанда тығыздығы 6 есе төменде, берiктiк шамамен 50 - 100 жоғары, жүктеуде бүлiнбейдi және талпынбағанында емес, құрылым олардың қарапайым қайта құрулғанында

Электрондардың қозғалысы жоғары(электрон электр қуатының биiк тығыздығы, электрлiк кедергiнiң жаттығу жоқтығы, биiк қозғалыс жылдамдығы) өте жақсы электр қасиеттері

Жоғары жылу өткiзгiштiк

Капилляр, магниттi және оптикалық қасиеттерге ие

Нанотүтікше созылуына байланысты мықты материал болып көрiнедi, сонымен қатар иілгіштігі де бар.

Бiр қабатты нанотүтікше салыстырмалы ұзарудан механикалық кернеудiң тәуелдiлiгi созылуы диаграммада және берiктiгi жоғарылығы да байқалады

нанотүтікшенің жылу және электр қасиеттерінің салыстырмалы көрсеткiштері

Көрсеткіштер

Көміртекті

нанотүтікше

Кремний (транзистор)

Мыс (таралуы)

Токтың тығыздығы (А/см2)

1х109

1х107

Электрондардың жылдамдығы

(см/сек)

2-8 х109

1х107

Меншiктi кедергi (Ом х см)

4х10-4-2х106

1, 67х10-6

Жылу өткiзгiштiк (Вт/мК)

3000-5500

150

398

Нанотүтікше қолдану облысы

1. Жаңа аса мықты, жоғары модулдi материалдар: аса мықты желiлер, композициялық материалдарда.

2. Материалдың жоғары жылулар және электр өткiзгiштiгі: композиттер, наножелілерде

3. Материалдар жартылай өткiзгiштік қасиеттерімен.

Құрылғыларды наноэлектронды жасау.

4. Жаңа материалдар және металдарды кез-келгенi: белсендi молекулалар үшiн капсула нанотүтікше, сақтау тамшы әсерлерiн пайдаланатын процесс, және газдар, нанопипетки.

5. Оптикада қолдану және оптикалық құрылғылар: дисплейлер, жарық диодтар.

6. Дәрiгерлiк тағайындаудың материалдары: инкапсуляцияланған дәрi-дәрмектер.

Нанотүтікше мөлдiр дискі

Түссiз және нанотүтікшені транзисторларының матрицасына 12 сантиметрлерлік диаметрiмен мөлдiр дискте - иiлгiш мөлдiр дисплейлердiң әзiрлеуiнде пайдаланылады, Электрондық қағаз, жұқа мөлдiр компьютерлердi және транзисторлардың 2 жоғары жылдамдықты нанотүтікшелерді қолдану арқылы 2008 жылда жасалған диск. Дискті Ишикава Фумиаки ғалымдар құрды және Хсиях Канг-Чангiнiң университетте Оңтүстiк Калифорния Инженерлiк мектепте (USC ) .