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.

Методы исследования наноматериалов и наноструктур

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АКУСТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Линии задержки

Закон Вебера

Вернуться в оглавление: Физические явления