Линейно-цепочечный углерод. Синтез и анализ
В настоящее время хорошо известно, что в природе и в лабораториях мира давно изучается метастабильная аллотропная фаза углерода, так называемый линейно-цепочечный углерод. Впервые он был открыт в России в 1960 г. учеными из Института элементоорганических соединений Сладковым A.M. и Кудрявцевым Ю.П. После длительного отжига в вакууме при температуре 1000 °С в продукте, содержавшем 99,9% углерода, было обнаружено наличие кристаллической фазы со средними размерами кристаллов порядка 100 нм. Этот материал обнаруживал наличие линейных цепочек углеродных атомов, и был назван карбином. Полученный результат долго подвергался сомнению в среде химиков, поскольку линейная цепочка углеродных атомов неустойчива до 6...8 атомов, после чего она должна замыкаться на близлежащие цепочки с образованием графитовых связей - сшивок цепочек. С использованием физических методов анализа электронной структуры карбина (Оже-спектроскопия) было доказано, что он представляет собой достаточно протяженные отрезки линейных цепочек углерода (ЛЦУ), стабилизированных в районе развития неустойчивости сшивания изгибами цепочек, либо присутствием постороннего атома. Тем не менее, для этой структуры характерным оказалось наличие упомянутых выше сшивок. Этот материал мог синтезироваться в виде ниток (волокон), ваты, войлока, порошка. В 1992г. был синтезирован пленочный кристалл, образованный цепочками углеродных атомов, ориентированных нормально к подложке, так называемый двумерно-упорядоченный углерод (ДУЛЦУ). ДУЛЦУ представляет собой плотно упакованную гексагональную решетку из линейных цепочек углерода, которые стабилизированы чередующимися произвольно ориентированными изгибами, образующими слои, расположенные на расстоянии от 2-х до 8 атомов углерода (самосборка). Технология позволяет выращивать сплошные пленки, не имеющие островковой структуры и полностью покрывающие подложку, повторяя ее исходную топографию, начиная с толщин « 5 А. При этом пленка по данным атомно-силовой микроскопии имеет атомно-гладкую поверхность. Важной особенностью структуры ДУ ЛЦУ является ее сильная анизотропия, из которой вытекает и анизотропия ее физико-химических свойств. На разрыв цепочки ЛЦУ имеют очень высокую механическую прочность (выше, чем у нанотрубок), в противоположном направлении пленка очень эластична и допускает расстояние более, чем в 3 раза, без нарушения сплошности. Наличие оборванных связей на концах цепочек приводит к ее необыкновенно сильной адгезии к подложке, которая оказывается выше ее объемной прочности. Это позволяет снижать коэффициент трения за счет покрытия трущихся поверхностей пленками ДУ ЛЦУ. Анизотропны и электрофизические свойства пленки, проводимость которой вдоль цепочек и в поперечном направлении отличается на шесть порядков. Вдоль цепочки движение электронов носит баллистический характер, т.е. подобно движению электронов в вакууме; в поперечном направлении пленка проявляет свойства диэлектрика, а проводимость носит прыжковый характер. Это открывает принципиально новые возможности в создании наноэлектронных систем. В силу слабой связи цепочек ЛЦУ, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, пленки ДУ ЛЦУ прозрачны для электронных пучков, более того, они коллимируют и усиливают электронные пучки (из-за взаимодействия с плазмонами). Материалы, содержащие линейно-цепочечный углерод, в силу отмеченных выше уникальных физико-химических свойств находят самое широкое применение в различных областях практического применения от наноэлектроники до медицины.
|
|
Физическая природа туннельного эффекта Физические основы электронной микроскопии Электронный микроскоп Вернуться в оглавление: Физические явления |
8765
8354