НАНОТРУБКИ

НАНОТРУБКИ — це циліндричні структури, порожнисті всередині, що містять близько 1 млн атомів вуглецю та мають діаметр від одного до кількох десятків нанометрів і завд. до кількох мікрон. Вони складаються з одного або кількох згорнутих у трубку графітових шарів із гексагональною організацією вуглецевих атомів. Кінцівки Н. закінчуються напівсферичною головкою, утвореною з половинки фулерену. Н. — лист товщиною в один атом вуглецю, згорнутий у безшовний циліндр. Діаметр такого циліндра вимірюється в нанометрах і має більшу довжину порівняно з діаметром. Відкрив їх у 1991 р. Суміо Ііджімой (Sumio Iijima, Японія).

Н. можуть бути як одно-, так і багатошаровими (рисунок). Різноманітними і дивовижними виявилися їх властивості. Одношарові Н. мають діаметр ≈1 нм і на багато порядків більшу довжину. Вони мають термічну, механічну, хімічну стабільну структуру. Зокрема, це одні з найбільш міцних і жорстких матеріалів (міцність на розрив досягає 63 ГПа (1 ГПа = 109 Па), тоді як для високовуглецевої сталі вона становить ≈1–2 Гпа). Така висока міцність визначається бездефектною структурою Н. та дислокацією часток, що їх відрізняє від звичайних матеріалів. Тому навантаження в них рівномірно розподіляється по всіх хімічних зв’язках, які при руйнуванні мають бути розірвані практично одночасно. Н. можуть виконувати роль армуючого наповнювача металів і сплавів, у кілька разів збільшуючи їх міцність. Добавка 5% вуглецевих Н. до алюмінію у 2 рази підвищує його міцність на розрив. Аналогічне відзначають при армуванні заліза — основного компонента сталей. Однак незважаючи на те що технологія отримання Н. складна, трудомістка, а отриманий матеріал має високу вартість, пошук нових (нетрадиційних) методів отримання цього матеріалу є актуальним.

nano.tif

Рисунок. Моделі вуглецевих Н.: а) одношарові, б) багатошарові

Н. мають унікальні електронні властивості та мініатюрні розміри, що дає змогу розглядати їх як потенційний елемент наноелектроніки майбутнього. Однак для реалізації цих можливостей необхідно навчитися отримувати їх із заданими електронними характеристиками. Ученим з Австралійського національного університету Канберра на основі вуглецевих Н. вдалося створити нанопіну, яка має магнітні властивості. При введенні нанопіни в кровообіг з’являється можливість її відстеження (за допомогою магнітно-резонансної томографії) при лікуванні уражених ділянок хворих тканин, не травмуючи сусідні здорові клітини. Дослідники Стенфордського університету довели, що вуглецеві Н., покриті полімером для біосумісності, здатні транспортувати протиракові та флуоресцентні речовини для діагностики. Одним із найбільш цікавих застосувань міцних і легких Н. може стати виготовлення на їх основі штучних м’язів, з’являється можливість формування структури більш міцної, ніж сталь, дуже легкої та більш еластичної, ніж гума.

 Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, применение. — М., 2006; Словарь нанотехнологических и связанных с нанотехнологиями терминов / Под ред. С.В. Калюжного. — М., 2010; Bodwell G.J. Carbon nanotubes: growth potential // Nat. Nanotechnol. — 2010.