Свойства углеродных нано-рубок

Капиллярные эффекты.

Чтобы наблюдать капиллярные эффекты, необходимо открыть нано-трубки, то есть удалить верхнюю часть — крышечки. К счастью, эта операция достаточно проста. Один из способов удаления крышечек заключается в отжиге нано-трубок при температуре 850° С в течение нескольких часов в потоке углекислого газа. В результате окисления около 10% всех нано-трубок оказываются открытыми. Другой путь разрушения закрытых концов нано-трубок — выдержка в концентрированной азотной кислоте в течение 4,5 ч при температуре 240° С. В результате такой обработки 80% нано-трубок становятся открытыми.

Первые исследования капиллярных явлений показали, что имеется связь между величиной поверхностного натяжения жидкости и возможностью ее втягивания внутрь канала нано-трубки. Оказалось, что жидкость проникает внутрь канала нано-трубки, если ее поверхностное натяжение не выше 200 мН/м. Поэтому для ввода каких-либо веществ внутрь нано-трубок используют растворители, имеющие низкое поверхностное натяжение. Так, например, для ввода в канал нано-трубки некоторых металлов используют концентрированную азотную кислоту, поверхностное натяжение которой невелико (43 мН/м). Затем проводят отжиг при 400° С в течение 4 ч в атмосфере водорода, что приводит к восстановлению металла. Таким образом, были получены нано-трубки, содержащие никель, кобальт и железо. Наряду с металлами углеродные нано-трубки могут заполняться газообразными веществами, на пример водородом в молекулярном виде. Эта способность имеет большое практическое значение, ибо открывает возможность безопасного хранения водорода, который можно использовать в качестве экологически чистого топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Удельное электрическое сопротивление углеродных нано-трубок. Вследствие малых размеров углеродных нано-трубок только в 1996 году удалось непосредственно измерить их удельное электрическое сопротивление р четырехконтактным способом. Чтобы оценить экспериментальное мастерство, потребовавшееся для этого, дадим краткое описание этого способа. На полированную поверхность оксида кремния в вакууме наносили золотые полоски. В промежуток между ними напыляли нано-трубки длиной 2—3 мкм. Затем на одну из выбранных для измерения нано-трубок наносили четыре вольфрамовых проводника толщиной 80 нм, расположение которых показано на рис. 5. Каждый из вольфрамовых проводников имел контакт с одной из золотых полосок. Расстояние между контактами на нано-трубке составляло от 0,3 до 1 мкм. Результаты прямого измерения показали, что удельное сопротивление нано-трубок может изменяться в значительных пределах — от 5,1· 10^-6 до 0,8 Ом/см. Минимальное значение р на по рядок ниже, чем у графита. Большая часть нано-тру бок обладает металлической проводимостью, а меньшая проявляет свойства полупроводника с шириной запрещенной зоны от 0,1 до 0,3 эВ.

Рис. 5. Схема измерения электрического сопротивления индивидуальной нано-трубки четырех-зондовым методом: 1 — подложка из оксида кремния, 2 — золотые контактные площадки, 3 — вольфрамовые проводящие дорожки, 4 — углеродная нано-трубка