Техника - молодёжи 2006-02, страница 19

НАНОТЕХНОЛОГИИ www.tm-magazin.ru 17

...такой размах ооеспечивают наноструктуры — строительный материал Вселенной

Владимир БЕЛОВ, Станислав ЗИГУНЕНКО

Эксперты предрекают этому материалу прямо-таки фантастическое будущее. Якобы благодаря ему, провода станут пластмассовыми, солнечные батареи — высокоэффективными, а компьютеры уменьшатся до размеров пылинки. Искореженные здания смогут восстанавливать свою форму после землетрясений или ураганов, а в космос мы будем ездить на лифте. Да и вообще, вся Вселенная, судя по некоторым данным, полна наноструктур. Правда ли все это?

ОТ МОЛЕК У Л ДО ГАЛАКТИК

МАЛЕНЬКИЕ ТРУБКИ С БОЛЬШИМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ

В 60-70-х гг XX в. ученые сразу в нескольких лабораториях мира обнаружили, что углерод имеет не три формы, как мы привыкли считать, — графит, уголь и алмаз, а четыре. В некоторых условиях он может образовывать еще фуллерены или бакиболлы — шарики примерно из 60 углеродных молекул, а также нанотрубки — крошечных размеров «макаронины» все из того материала.

Японскому физику Сумио Л иидзима и его коллегам из транснациональной компании NEC в Цукубе — одним из первых удалось получить нано- т-рубки в лаборатории, взрывая угольную пыль в специальной камере при определенных условиях. Когда изучением нанотрубок занялись еще две исследовательские группы из Национальной угольной компании Парма (штат Огайо, США) и из Кентерберий-ского университета (Кристчерч, Новая Зеландия), неожиданно выяснилось, что изобретение не столь уж недавнее. В архивах был обнаружен патент США, который был вьдан еще в 1889 г (!) двум англичанам на способ получения нанотрубок из болотного газа — метана. Они предполагали наладить из них производство «угольных волосков» для электролампочек. Но вскоре нити накаливания стали делать из вольфрама, а об изобретении англичан благополучно забыли. И это несмотря на то, что в патенте прямо указывалось, что, кроме полезных электрических свойств, «волоски» имеют и недюжинные механические способности, поскольку, будучи «изогнуты и закручены в любой форме, возвращаются к первоначальной форме, как только это возможно».

Ныне достоверно известно, что нанотрубки под микроскопом выглядят, как пчелиные соты, ячейки которых составлены из свернутых в крошечные рулончики-шланги. Оттого, как расположен «шов», зависят электрические свойства каждого «шланга». Если — вдоль, как у сигареты, то нанотрубка будет проводить электрический ток. А если углеродный рулон навит наискосок, как бумажная лента на карандаш,

то получится миниатюрный полупроводник. Уже одно это приводит инженеров в восторг. Но на самом деле потенциал нанотрубок гораздо выше. Они пропускают ток с меньшим сопротивлением, чем медь, а как полупроводники — не хуже кремниевых. Тепло же нанотрубки проводят лучше апма-за — самого эффективного проводника тепла. Поэтому, если покрыть микросхему оболочкой из нанотрубок, то можно упаковать миллиарды ее компонентов в крошечный объем с минимальным риском перегрева.

Механические свойства полых углеродных нитей тоже впечатляют. Нано-

Самый маленький в мире магнит: в нанотрубочку удалось вставить кристалл никеля

трубки в 50 раз прочнее стальной проволоки, но вчетверо легче. На основе нановолокон уже начали создавать пуленепробиваемые жилеты, которые легче шелковых рубашек, а также бензопроводы, которые, благодаря своей высокой электропроводности, нейтрализуют статические заряды, обеспечивая пожарную безопасность.

Повсеместному распространению нанотрубок пока мешает лишь их высокая цена — один грамм стоит $750, что обусловлено высокой стоимостью производства. Ныне их получают, продувая газообразные углеводороды над раскаленным металлическим катализатором. В итоге, в большинство нанотрубок попадают сажа или частицы металла. Удалить их — проблема, решение которой резко удорожает стоимость материала.

Непросто и реализовать уникальные механические свойства полых углеродных нитей. Пока самая длинная из всех созданных нанотрубок — всего около 20 см. Согласитесь, плести из такого сырья канаты в сотни километров длиной — например для космического лифта — замучаешься... Тем не менее положение понемногу исправляется.

В 2002 г. Федон Авурис с коллегами из исследовательского центра IBM имени Ватсона в Нью-Йорке изготовили дешевые нанотрубки, пропуская углеводородный газ над кристаллом карбида кремния, а не над металлическим катализатором. Они сразу получились чистыми. Удалось даже изолировать необходимые полупроводниковые нанотрубки от проводника, пропуская через них сильный импульс тока. Металл просто сгорал подобно плавкому предохранителю, оставляя полупроводниковую нанотрубку нетронутой. А группа Кайли Цзян из университета Цинхуа в Пекине создала трубку длиной 30 см. Она состоит из 3000 отрезков, каждый длиной 100 мкм. Силы сцепления между нано-трубками настолько велики, что конец одной вытягивает за собой следующую. «Так можно создать непрерывную нить длиной до 10 м», — рассчитывает Цзян.

Еще одно усовершенствование предлагают Дэвид Керрол и его коллеги из университета Кпемсона, Юж