Однослойные и многослойные коаксиальные нанотрубки образуются в результате свёртывания полос плоских атомных сеток графита в бесшовные цилиндры.
Внутренний диаметр углеродистых нанотрубок может измениться от 0,4 до нескольких нанометров, а в объём внутренней полости могут входить другие вещества.
Однослойные трубки содержат меньше дефектов, а после высокотемпературного отжига в инертной атмосфере можно получить и бездефектные трубки. Тип строения трубки влияет на её химические, электронные и механические свойства. Индивидуальные трубки агрегируют с образованием различных типов сростков, в которых имеется щель.
Основным методом динамики синтеза углеродных нанотрубок было испарение графита в горящей электрической дуге в потоке инертного газа. Он продолжает активно использоваться и настоящее время. Подобным методом в присутствии СеО2 наноразмерного никеля получены однослойные углеродистые нанотрубки диаметром 0,79 нм.
Дугу изменило испарение графитовой мишени в нагретой печи сканирующим лучом лазера. В настоящее время всё более распространённым становится каталитический пиролиз метана, ацетилена и оксида углерода. Нанотрубки диаметром 20-60 нм получены при горении метана на проволоке Ni-Cr. Многослойные нанотрубки длиной 30-130 мкм с внутренним диаметром 10-200 нм синтезированы с высоким выходом методом пиролиза аэрозоля, приготовленного из растворабензола с ферроценом при температуре 800-950˚С.
Предлагаемый метод основан на использовании растворов углеводородов и катализаторов. Получение нанотрубок- трудноконтролируемый процесс, обычно он сопровождается образованием других форм углерода, от которых необходимо освобождаться путём очистки.
Использование одностеночных углеродных нанотрубок определяется равномерностью их распределения по размерам, а для некоторых применений необходимо иметь трубки длиной 20-100 нм.
Для укорачивания и очистки свежеполученных трубок используют различные процессы окисления с участием азотной кислоты и её смесей с другими окислителями (Н2SO4, KMnO4). При химическом окислении концы трубок, а часто и боковые стенки покрываются группами, содержащими кислород.
При проведении укорачивания трубок химическим окислением важно контролировать возникновение различных дефектов и уменьшение массы обрабатываемого материала.
Нанотрубки получают при высоких давлениях СО в присутствии пентакарбонила железа в качестве катализатора. Наиболее широко для удаления примесей используют окисление сильными кислотами.
В настоящее время под термином «Химия нанотрубок» понимается синтез, очистка и различные формы химического модифицирования внутренней и внешней поверхностей трубок.
К химии нанотрубок можно также отнести внедрение других частиц в межтрубное пространство сростков, использование нанотрубок как матриц для получения различных материалов, включая адсорбенты, сенсоры и катализаторы.
Особенности строения углеродистых нанотрубок приводит к тому, что их химия отличается от химии фуллеренов и графита.
Фуллерены имеют небольшой объём внутренней полости, в котором может поместиться лишь несколько атомов других элементов, углеродистые нанотрубки – больший объём.
Фуллерен может обрабатывать молекулярные кристаллы, графит- это слоистый полимерный кристалл. Нанотрубки представляют промежуточное состояние. Однослойные трубки ближе к молекулам, многослойные – к углеродным волокнам. Отдельную трубку принято рассматривать как одномерный, а сросток трубок как двумерный кристалл.
При копировании текста будьте любезны указывать источник:
[ По материалам сайта NeoTechProduct.ru ]