ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ ТИПОВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Проблема создания наноструктур с заданными свойствами и контролируемыми размерами входит в число важнейших проблем XXI века. Такие новые структуры необходимы для электроники, материаловедения, физики, химии, биологии и медицины.

Крупным событием в науке стало открытие фуллеренов - новой аллотропной формы углерода, отличной от алмаза или графита. Фуллерены представляют собой замкнутые оболочки из атомов углерода. Наиболее известным и изученным является молекула С₆₀, в которой атомы располагаются в вершинах усеченного икосаэдра. Существование фуллерена С₆₀ предсказали российские ученые Д.А.Бочвар и Е.Г.Гальперн еще в 1974 году гораздо раньше их экспериментального обнаружения. Экспериментально же существование фуллеренов было доказано лишь спустя 10 лет в работах Ролфинга, Кокса и Кэлдора. Впервые получены и экспериментально исследованы углеродные кластеры были в 1985 году американской группой Смолли-Керл и англичанами под руководством Крото. В 1996 году Смолли, Керлу и Крото за открытие фуллеренов была присуждена Нобелевская премия по химии.

Углеродные нанотрубки (CNT-carbon nanotubes) были открыты в 1991 году Сумио Ииджимой, сотрудником японской корпорации NEC. Первые углеродные нанотрубки были обнаружены в саже, которая образуется при распылении графитового электрода в электрической дуге. Измерения, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что диаметр таких нитей не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до нескольких микрон.

В отличие от фуллеренов с их сферической или сфероидальной формой, углеродные нанотрубки представляют собой сильно вытянутые молекулы, которые вначале называли тубулярными фуллеренами или тубеленами. Со временем выяснилось, что класс этих «вытянутых фуллеренов» очень широк, а по уникальности своих свойств и, соответственно, по перспективам использования нанотрубки значительно превосходят фуллерены.

Исследование углеродных нанотрубок представляет значительный фундаментальный и прикладной интерес. Фундаментальный интерес обусловлен необычной структурой нанотрубок и широким изменением их физико-химических свойств. До конца еще не решены вопросы о механизмах роста углеродных нанотрубок в различных экспериментальных условиях, о природе их свойств и др. Решение проблемы прикладного использования углеродных нанотрубок зависит от стоимости их производства. Тем не менее такие свойства нанотрубок, как сверхминиатюрные размеры, полупроводниковые и металлические свойства, хорошая электропроводность, высокие эмиссионные характеристики, капиллярность, высокая химическая стабильность и способность присоединять к себе химические радикалы, позволяют надеяться на эффективное применение нанотрубок в измерительной технике, электронике и наноэлектронике, химической технологии, биологии и медицине.