Marianna Kharlamova, du département des sciences des matériaux de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, a examiné différents types de "bourrage" de nanotubes de carbone et les a classés en fonction de leur influence sur les propriétés des nanotubes. Les travaux du chercheur ont été publiés dans la revue Progrès en science des matériaux .

« Une étude systématique détaillée de 430 ouvrages a été menée, dont la plupart ont été publiés au cours des cinq dernières années, la zone d'étude étant en plein développement, " dit Kharlamova. Outre la systématisation analytique des données existantes, l'auteur a considéré la théorie des bandes des solides, la base théorique de telles études, qui décrit l'interaction des électrons dans un solide.

Les multiples visages du carbone :diamants, des balles, tubes

Le carbone existe sous plusieurs modifications allotropiques, et peuvent être trouvés dans différentes structures. Il forme du charbon et du noir de carbone, diamant, graphite, graphène, fullerènes et autres. La chimie organique est basée sur le carbone, qui forme l'épine dorsale des molécules organiques. En diamants, les atomes de carbone sont alignés dans des positions strictement spécifiées dans un réseau cristallin, ce qui conduit à sa dureté. En graphite, les atomes de carbone sont disposés en couches hexagonales ressemblant à des nids d'abeilles. Chaque couche interagit faiblement avec les couches supérieures et inférieures, ainsi, le matériau est facilement séparé en flocons qui ressemblent à des marques de crayon sur du papier. IUne telle couche d'hexagones enroulée dans un tube est un nanotube de carbone.

Un nanotube monoparoi comprend une seule couche laminée, et un nanotube à parois multiples ressemble à une poupée matriochka russe, constitué de plusieurs tubes concentriques. Le diamètre de chaque tube est de quelques nanomètres, et la longueur peut atteindre plusieurs centimètres. Les extrémités des tubes sont fermées par des « bouchons » hémisphériques – des moitiés de molécules de fullerène – les fullerènes sont une autre forme de carbone élémentaire ressemblant à des ballons de football cousus ensemble à partir d'hexagones et de pentagones. Fabriquer et remplir le nanotube de carbone est beaucoup plus difficile que de bourrer une boucle de plaquette, par exemple. Pour adapter ces structures, les scientifiques utilisent des techniques d'ablation laser, dispersion thermique dans une décharge d'arc ou dépôt en phase vapeur d'hydrocarbures à partir de la phase gazeuse.

SWNT n'est pas un cookie

Qu'est-ce qu'ils ont de si spécial, alors? Les propriétés du graphite, y compris la conductivité électrique, ductilité, et éclat métallique, rappellent les métaux. Mais les propriétés des nanotubes de carbone sont assez différentes. Ils ont des applications en électronique (en tant que composants de futurs dispositifs nanoélectroniques - portes, mémoire et dispositifs de transmission de données, etc.) et la biomédecine (en tant que conteneurs pour l'administration ciblée de médicaments). La conductivité des nanotubes de carbone peut être modifiée en fonction de l'orientation des hexagones de carbone par rapport à l'axe du tube, sur ce qui est inclus dans sa paroi en plus du carbone, sur lesquels des atomes et des molécules sont attachés à la surface extérieure du tube, et de quoi ils sont remplis. En outre, les nanotubes de carbone à paroi unique (ou SWNT) sont étonnamment indéchirables et réfractent la lumière d'une manière particulière.

Kharlamova a été la première à classer les types de "bourrage" de nanotubes en fonction de leur impact sur les propriétés électroniques des SWNT. L'authMarianna ou considère une méthode particulière de remplissage des SWNTs comme la plus prometteuse pour adapter leurs propriétés électroniques.

"Cela est dû à quatre raisons principales, " dit Kharlamova. " Premièrement, la gamme de substances pouvant être encapsulées dans les canaux SWNT est large. Seconde, introduire les substances de différentes natures chimiques dans les canaux SWNT, plusieurs méthodes ont été développées, de la phase liquide (solution, faire fondre), la phase gazeuse, utilisant le plasma, ou par des réactions chimiques. Troisième, à la suite du processus d'encapsulation, un remplissage efficace des canaux SWNT peut être obtenu, ce qui entraîne une modification importante de la structure électronique des nanotubes. Finalement, la transformation chimique des substances encapsulées permet de contrôler le processus d'adaptation des propriétés électroniques des SWNT en sélectionnant un matériau de départ approprié et les conditions de la réaction nanochimique."

L'auteur a elle-même mené des études expérimentales sur le remplissage de nanotubes avec 20 substances simples et composés chimiques, et a révélé l'influence du "bourrage" sur les propriétés électroniques des nanotubes. Elle a trouvé la corrélation entre la température de formation des tubes intérieurs et le diamètre des tubes extérieurs, et expliqué quels facteurs influencent le degré de remplissage des nanotubes.