Original: http://www.pa.msu.edu/people/tomanek/NT-morph-growth-destruction.html

нанотрубка
CNL
Морфология, рост и разрушение
углеродных нанотрубок
Дэвид Томанек

Исследование углеродных нанотрубок в моей группе фокусирует на моделировании самосборки и электронные свойства этих систем. Последние достижения в области синтеза идентичных углеродных нанотрубок с диаметром 1,4 нм, тем не менее сотен микрон в длину, несут высокую перспективность применения этих передовых материалов в следующего поколения электронных наноустройств. Расширенные вычислительные методы, в том числе крупномасштабных параллельные потоки молекулярной динамики моделирования механизма роста и первых принципов расчетов электронной структуры, применяются для моделирования самосборки и электронные свойства этих структур. Результаты будут выяснить способы прямого и оптимизации условий роста, механической и термической стабильностью, а также полезность нанотрубок в качестве совершенных наноразмерных проводников.

В качестве важной вехи в истории углерода (C), открытие фуллеренов был удостоен в 1996 году Нобелевской премии Роберта Ф. Керл, Гарольд В. Крото и Ричард Е. Смолли . Поскольку идентификация "шаровую" C 60 в 1985 году, поле фуллерены пережила беспрецедентный рост.

Может быть , самое интригующее новое развитие является удачный синтез нового материала , который состоит из 100% углерода. Последние результаты исследований из исследовательской группы Смолли в Университете Райса [1] показывают, что этот материал состоит из одинаковых полых "нанотрубками", которые только 1,4 нано-метров (два раза размер "шаровую") в диаметре, но до 0,1 милли- метров в длину. Сотни таких нанотрубок расслоение к сильным nanoropes.

Некоторые из уникальных свойств нанотрубок являются их высокая прочность на разрыв, что около 100 раз , что стали той же размерности, по существу , меньший вес. Их высокая жесткость по отношению к изгибу превышает известных материалов. Нанотрубки также очень хорошие электрические проводники. Индивидуальные нанотрубки могут быть тончайшие искусственных сооружений, которые являются достаточно жесткими, чтобы быть самоокупаемой и химически инертны в атмосфере.

Синтез этого нового материала с помощью лазерного испарения графита , обогащенного никель-кобальтового сплава , является относительно несложным при измерении по сегодняшним меркам технологии. Исключительно высокая эффективность 80-90% производства nanorope из сырья интригует, так как она предполагает каталитически Assisted самосборки на атомном уровне. Тем не менее, значительно больше исследований будут необходимы прежде, чем основная часть производства можно ожидать. Значительный прогресс в этом направлении , как сообщается из исследовательской группы Ричард Э. Смолли в Райс Центр наноразмерной науки и техники .

Рассуждения о наиболее важных будущего применения нанотрубок имеют лишь ограниченную ценность; безусловно, никто не подозревал, открытие лазера, чтобы повлиять на нашу повседневную жизнь большинство сканеров на кассовых в супермаркетах. Возможные применения углеродных нанотрубок могут быть связаны с их чрезвычайно хорошими механическими свойствами, такими как прочность и жесткость. Они бы предложить нанотрубки находят применение в новых композиционных материалов и микро-машины, чрезвычайно жесткие и нетоксичных волокон / тканей для медицинских применений, даже легких бронежилетов. Легкие композиты металлических сплавов , содержащих углеродные нанотрубки может оказаться весьма интересным для аэрокосмической и технологии Stealth , которая требует высокой прочности, низкого веса материалов, которые трудно обнаружить в электронном виде . Новый атомно-силовой микроскопии зонды используются для исследования наноструктуры с трещинах, которые являются узкими на атомном уровне. Но есть и другие уникальные аспекты: нанотрубки являются квазиодномерных совершенные нанопровода для применения в электронике. Эти полые и химически инертные трубки могут также найти применение в качестве "нано-трубопроводов" для транспортировки молекул на отдельные клетки (как миниатюрные иглы для подкожных инъекций).

Какой будет оказаться наиболее значимым в будущем применение нанотрубок и фуллеренов, это будет плод долгосрочной финансовой поддержки фундаментальных исследований американскими федеральными агентствами финансирования , такие как Национальный научный фонд, Управление военно - морских исследований и Управление военно-воздушных сил научных исследований.


Отдельные вопросы, связанные с нанотрубках был дан ответ расчетами и компьютерного моделирования:

  • При каких условиях атомы углерода конденсируются полые графитовые цилиндры удивительной силы, нанотрубок , а не образуя фуллерены, графит или алмаз?
  • Почему малые количества Ni или Co в исходном материале графита приводит к образованию упорядоченных пучков одинаковых одностенных нанотрубок, которые растут до тех пор сантиметров, но только 1,4 нано-метров в диаметре? [1,2]
  • Какие условия приводят к преимущественному образованию одно- и мульти-стеновых конструкций (трубы, "лук")?
  • Растут многослойные нанотрубки, стабилизированные против закрытия сильными ковалентными связями, что преодолеть разрыв между соседними стенками на растущий край?
  • Насколько стабильны углеродные нанотрубки во внешних электрических полях, и они предпочтительно распадаются на "разгадке" атомарно тонкие углеродные цепи (например, рукава пуловер)? [3]

[1] Андреас Фессалоникийцам, Роланд Ли, Павел Николаев, Hongjie Dai, Пьер Пети, Джером Роберт, Chunhui Сюй, Янг Хи Ли, Ким Сонг Гон, Дэниел Т. Колберт, Густаво Scuseria, Дэвид Томанек, Джон Э. Фишер и Ричард Е. Смолли, Кристаллическая канаты металлических углеродных нанотрубок, Science 273, 483 (1996).
[ [PDF-файл] PDF - файл] [BibTeX ссылка]

[2] Молодой Хи Ли, Ким Сонг Гон, и Дэвид Томанек, Каталитический рост одностенных нанотрубок: исследование из первых принципов аб, Phys. Rev. Lett. 78, 2393 (1997).
[ [PDF-файл] PDF - файл] [BibTeX ссылка]

[3] Молодые Хи Ли, Ким Сонг Гон, и Дэвид Томанек, индуцированное полем распутывание углеродных нанотрубок, Chem. Phys. Lett. 265, 667 (1997).
[ [PDF-файл] PDF - файл] [BibTeX ссылка]

Все вышеперечисленные рукописи несут авторское право соответствующего издателя и могут быть загружены только для личного использования. Любое другое использование требует предварительного разрешения автора и соответствующего издателя.


Нанотрубки публикации

Виртуальный тур по анимированный мир нанотрубок


Перевод этой страницы на румынский язык была предоставлена Delia Настасе.