Углеродные нанотрубки сворачиваются змейкой

Углеродные наноструктуры, к числу которых относятся фуллерены и нанотрубки, продолжают удивлять многообразием форм. Наряду со сфероидальными фуллеренами и нанотрубками, содержащими один или несколько концентрических цилиндров, наблюдают луковичные структуры (представляют собой вложенные друг в друга сфероиды), бамбукоподобные структуры (многослойные нанотрубки непостоянного радиуса), стручки (однослойные нанотрубки, заполненные молекулами фуллеренов, которые, в свою очередь, могут быть заполнены одним или несколькими атомами). Недавние наблюдения израильских исследователей (Вейцмановский институт, г. Реховот) явления самопроизвольного сворачивания нанотрубки в змейку расширили наши представления о способности углеродных структур к самоорганизации. Однослойные нанотрубки диаметром от 0,8 до 4 нм выращивали методом химического осаждения паров на подложке из аморфной двуокиси кремния. Характер самоорганизации нанотрубок виден из представленных микроизображений, которые получены с помощью сканирующего электронного и атомного силового микроскопов (рис.1).

Рис.1. Рис. 1. Изображения нанотрубки, свернутой в змейку, полученные с помощью сканирующего электронного (слева) и атомного силового (справа) микроскопов.

Анализ микрофотографий показал, что змеевидные структуры обычно отрастают от аморфных полосок SiO₂ в виде прямого отрезка, направление которого соответствует направлению газового потока. Затем после короткого переходного участка, на котором змеевидная структура неупорядочена, она приобретает все более регулярную форму. Ширина змеевидной структуры, ее шаг и плотность зависят от условий роста. Так, длина змейки меняется в диапазоне от 20 до 1000 мкм, а ширина может варьироваться между 3 и 10 мкм. Характерное расстояние между параллельными участками изменяется между 0,5 и 8 мкм, хотя в отдельных случаях наблюдаются змейки с расстоянием порядка 75 – 100 нм. На отдельных фотографиях наблюдается небольшое утолщение и уплотнение змейки в области хвоста. Обычно на конце нанотрубок наблюдаются наночастицы катализатора, что является указанием на вершинный механизм роста нанотрубок.

Наблюдения показали, что форма змейки сильно зависит от скорости и направления потока газа. Так, увеличение скорости подачи газа от 250 до 1000 см³ (при нормальных условиях) приводит к увеличению расстояния между параллельными участками змейки от 0,8 до 4 мкм. Дальнейшее увеличение скорости подачи газа приводит к выпрямлению нанотрубок в направлении потока. Структура змеек также изменяется при изменении направления потока газа относительно полосок оксида кремния. При некоторых углах возникает дополнительная ориентация угла изгиба сегментов змейки относительно общего направления ее роста. Наряду с этим, наблюдается корреляция между шагом змейки (расстояние между параллельными участками) и диаметром образующей нанотрубки.

Источник информации - заметка А.В.Елецкого в бюллетене ПерсТ, выпуск 8 за 2008 г.

Источник: Новости науки на scientific.ru | Прочитать на источнике