Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Фуллерены и нанотрубки Презентацию подготовила Магистр 1 года обучения, Серебрякова Таисия

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Известные аллотропные формы углерода. Аллотропия – существование одного и того же элемента в виде различных по свойствам и строению структур. Раньше считалось, что углерод образует три аллотропных формы: алмаз, графит и карбин. Однако в настоящее время известна четвертая аллотропная форма углерода, так называемый фуллерен. 2

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами – фуллерит – это кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы 0,357 нм. Длина связи СС в пятиугольнике составляет 0,143 нм, а в шестиугольнике – 0,139 нм. Молекула фуллерена С 60 Геометрия молекулы фуллерена и кристаллическая решетка фуллерита. 3

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела 4 Создание фотоприемников и оптоэлектронных устройств, алмазных пленок, сверхпроводящих материалов. Синтез металлов и сплавов с новыми свойствами. Основа для аккумуляторных батарей. Основа оптических затворов – ограничителей интенсивности лазерного излучения. Создание противораковых медицинских препаратов на основе соединений фуллеренов с радиоактивными изотопами. Применение фуллеренов сдерживается их высокой стоимостью. Применение фуллеренов.

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Наряду с фуллеренами, могут образовываться протяженные цилиндрические структуры, которые называются нанотрубками. На рисунке представлена идеализированная модель однослойной нанотрубки. Такая трубка заканчивается полусферическими вершинами, содержащими наряду с правильными шестиугольниками, также по шесть правильных пятиугольников. Однослойные нанотрубки. 5

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Модели поперечных структур многослойных нанотрубок: а – «русская матрёшка», б – шестигранная призма, в – свиток. Идеализированная структура нанотрубок на практике искажается из- за возмущающего действия соседних нанотрубок. Многослойные нанотрубки. 6

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Пористый материал в фильтрах. Покрытие, способствующее образованию алмазной пленки. Основа будущих элементов микроэлектроники. Применений нанотрубок в компьютерной индустрии. Применение нанотрубок в медицине. Применение нанотрубок. 7

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Графен & графан Проще всего графен представить в качестве плоского, двухмерного фрагмента кристаллической решетки обычного графита По сути, это один слой атомов углерода – он обладает высокой жесткостью и хорошей тепло- и электропроводностью, считается перспективной заменой современных металлических проводов в «нано компьютерах» будущего и для использования в других приложениях. Графен превосходит все другие известные структуры («Самый прочный материал в мире)Самый прочный материал в мире 8

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Проводимость фрагмента графена зависит от его геометрии («Графеновая наноэлектроника»): в результате добавления атомов водорода к графену (вверху) образуется графан (внизу).Графеновая наноэлектроника Ученые исследовали возможность преодоления этого эффекта с помощью разделения графеновых листов на полосы шириной в несколько нанометров, но этот подход не позволил контролировать протекание тока в графене. Ученые пришли к выводу, что невозможно остановить перетекание электронов в графене, поскольку оно является следствием особенности самой электронной структуры материала – отсутствием запрещенной зоны. Графен & графан 9

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Графан получается из графена присоединением к атомам углерода (синие) по одному атому водорода (красные). При определенных условиях графен способен взаимодействовать с другими веществами, образуя ранее неизвестные материалы с еще более интересными свойствами. В частности, при обработке водородом проводящий ток графен превращается в новую непроводящую форму, которую ученые назвали графан (graphane). При этом каждый атом углерода в плоской решетке соединяется с одним атомом водорода, и вся структура остается такой же «сетью», в которой каждый углерод связан с тремя другими. Графен & графан 10

Государственныи ̆ Петрозаводскии ̆ университет | 2010 | Физика твердого тела Главным моментом в этом открытии ученые считают тот факт, что с использованием не слишком сложных химических реакций, графен можно модифицировать, а значит – создавать на его основе новые производные материалы с новыми полезными свойствами. Графен – отличный проводник и найдет применение во множестве электронных устройств. Однако было бы интересно научиться лучше контролировать его проводящие свойства, используя чистую химию. Размышления о применении графена, с другой стороны, наталкивают на мысль о новых топливных технологиях. Огромная плотность атомов водорода в графене привлекает внимание ученых с целью разработки графеновых хранилищ водорода Графен & графан 11