НАНОТРУБКИ – ПОМОЩНИК В БОРЬБЕ С РАКОМ. ВЫПОЛНИЛ: АРСЛАНБАЕВ РУСЛАН И. 11 КЛАСС. ГБОУ «СИБАЙСКАЯ ГИМНАЗИЯ – ИНТЕРНАТ» ГБОУ «СИБАЙСКАЯ ГИМНАЗИЯ – ИНТЕРНАТ»

ОДНОСЛОЙНАЯ УГЛЕРОДНАЯ НАНОТРУБКА

Углеродные нанотрубки (тубулены) это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.

СХЕМА НАНОТРУБОК.

Идеальная нанотрубка представляет собой свёрнутую в цилиндр графитовую плоскость, то есть поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Результат такой операции зависит от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки. Угол ориентации, в свою очередь, задаёт хиральность нанотрубки, которая определяет, в частности, её электрические характеристики.

Хиральность нанотрубок обозначается набором символов (m, n), указывающих координаты шестиугольника, который в результате сворачивания плоскости должен совпадать с шестиугольником, находящимся в начале координат.

Для получения нанотрубки (n, m), графитовую плоскость надо разрезать по направлениям пунктирных линий и свернуть вдоль направления вектора R.

Многостенные нанотрубки Многостенные (multi-walled) нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Разнообразие структур проявляется как в продольном, так и в поперечном направлении. Структура типа «русской матрёшки» (russian dolls) представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга цилиндрических трубок. Другая разновидность этой структуры представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиальных призм. Наконец, последняя из приведённых структур напоминает свиток (scroll). Для всех структур на рис. характерно значение расстояния между соседними графитовыми слоями, близкое к величине 0,34 нм, присущей расстоянию между соседними плоскостями кристаллического графита.

МНОГОСТЕННАЯ НАНОТРУБКА

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ.

Факт наблюдения структуры многостенных нанотрубок Ииджимой в 1991 г., существуют более ранние свидетельства открытия углеродных нанотрубок. Так, например в гг. Эндо и др. опубликовали ряд работ с описанием тонких трубок с диаметром менее 100 Å, приготовленных методом конденсации из паров, однако более детального исследования структуры не было проведено. Группа ученых Института катализа СО АН СССР в 1977 году при изучении зауглероживания железохромовых катализаторов дегидрирования под микроскопом зарегистрировали образование "пустотелых углеродных дендритов", при этом был предложен механизм образования и описано строение стенок. В 1992 в Nature была опубликована статья, в которой утверждалось, что нанотрубки наблюдали в 1953 г. Годом ранее, в 1952, в статье советских учёных Радушкевича и Лукьяновича сообщалось об электронно-микроскопическом наблюдении волокон с диаметром порядка 100 нм, полученных при термическом разложении окиси углерода на железном катализаторе. Существует множество теоретических работ по предсказанию данной аллотропной формы углерода. В работе химик Джонс (Дедалус) размышлял о свёрнутых трубах графита. В работе Л. А. Чернозатонского и др., вышедшую в тот же год, что и работа Ииджимы, были получены и описаны углеродные нанотрубы, а М. Ю. Корнилов не только предсказал существования одностенных углеродных нанотруб в 1986 г., но и высказал предположение об их большой упругости.

СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА НАНОТРУБОК Упругие свойства; дефекты при превышении критической в большинстве случаев представляют собой разрушенную ячейку- гексагон решётки с образованием пентагона или септагона на её месте. Из специфических особенностей графена следует, что дефектные нанотрубки будут искажаться аналогичным образом, то есть с возникновением выпуклостей (при 5-и) и седловидных поверхностей (при 7-и). Наибольший же интерес в данном случае представляет комбинация данных искажений, особенно расположенных друг напротив друга это уменьшает прочность нанотрубки, но формирует в её структуре устойчивое искажение, меняющее свойства последней: иными словами, в нанотрубке образуется постоянный изгиб.

ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОТРУБОК

Электронные свойства графитовой плоскости Обратная решётка, первая зона Бриллюэна. Все точки K первой зоны Бриллюэна отстоят друг от друга на вектор трансляции обратной решётки, поэтому все они на самом деле эквивалентны. Аналогично, эквивалентны все точки K'. Спектр в приближении сильной связи (См. более подробно Графен) Спектр углеродной плоскости в первой зоне Бриллюэна. Показана только часть E(k)>0, часть E(k) 0, часть E(k)

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ В НАНОТРУБКАХ. Дираковские точки в периодически продолженном за пределы первой зоны Бриллюэна спектре графитовой плоскости

Сверхпроводимость углеродных нанотрубок открыта исследователями из Франции и России (ИПТМ РАН, Черноголовка). Ими были проведены измерения отдельной одностенной нанотрубки диаметром ~1 нм; свёрнутого в жгут большого числа одностенных нанотрубок; свёрнутого в жгут большого числа одностенных нанотрубок; также индивидуальных многостенных нанотрубок. также индивидуальных многостенных нанотрубок. При температуре, близкой к 4 К, между двумя сверхпроводящими металлическими контактами наблюдался ток. В отличие от обычных трёхмерных проводников, перенос заряда в нанотрубке имеет ряд особенностей, которые, судя по всему, объясняются одномерным характером переноса (как, например, квантование сопротивления R:

Нанотрубки - помощник в борьбе с раком.

Использование одного из элементов мира нанотехнологий - однослойных углеродных нанотрубок позволяет заметно повысить эффективность адоптивной иммунотерапии раковых заболеваний – это доказала группа исследователей из Йельского университета (США), пишет портал о нанотехнологиях Наноньюснет. Процедура адоптивной иммунотерапии начинается с отбора крови у пациента. В ней находится некоторое количество Т- лимфоцитов (клеток иммунной системы), но их недостаточно для борьбы с раковой опухолью, поэтому специалисты вынуждены искусственно создавать скопления соответствующих антигенов (веществ, которые могут вызывать иммунный ответ) и доводят концентрацию Т- лимфоцитов до требуемого значения, после чего кровь переливается обратно. В ходе экспериментов выяснилось, что особенно быстро размножаются Т-лимфоциты на поверхности углеродных нанотрубок. Такие свойства нанотрубок объясняются наличием дефектов, вокруг которых и скапливаются антигены. В «обычной» адаптивной иммунотерапии на повышение концентрации Т-лимфоцитов до нужного уровня тратится несколько недель, а использование нанотрубок позволяет сократить этот период втрое. В ходе экспериментов выяснилось, что особенно быстро размножаются Т-лимфоциты на поверхности углеродных нанотрубок. Такие свойства нанотрубок объясняются наличием дефектов, вокруг которых и скапливаются антигены. В «обычной» адаптивной иммунотерапии на повышение концентрации Т-лимфоцитов до нужного уровня тратится несколько недель, а использование нанотрубок позволяет сократить этот период втрое.

Возможные применения нанотрубок

Возможные применения нанотрубок : -Механические применения: сверхпрочные нити, композитные материалы, нановесы. -Применения в микроэлектронике: транзисторы, нанопровода, прозрачные проводящие поверхности, топливные элементы. -Для создания соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в новейших нейрокомпьютерных разработках. -Капиллярные применения: капсулы для активных молекул, хранение металлов и газов, нанопипетки. -Оптические применения: дисплеи, светодиоды. -Медицина (в стадии активной разработки). -Одностенные нанотрубки (индивидуальные, в небольших сборках или в сетях) являются миниатюрными датчиками для обнаружения молекул в газовой среде или в растворах с ультравысокой чувствительностью при адсорбции на поверхности нанотрубки молекул её электросопротивление, а также характеристики нанотранзистора могут изменяться. Такие нанодатчики могут использоваться для мониторинга окружающей среды, в военных, медицинских и биотехнологических применениях. -Трос для космического лифта, так как нанотрубки теоретически, могут держать и больше тонны… но только в теории. Потому как получить достаточно длинные углеродные трубки с толщиной стенок в один атом не удавалось до сих пор. -Листы из углеродных нанотрубок можно использовать в качестве плоских прозрачных громкоговорителей, к такому выводу пришли китайские учёные

ЧИП СДЕЛАННЫЙ ИЗ НАНОТРУБОК.

ГРОМКОГОВОРИТЕЛЬ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ИЗ НАНОТРУБОК.

СХЕМА УСТРОЙСТВА НАНОПИПЕТКИ.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СВЕТОДИОДЫ.

НАНОТЕХНОЛОГИИ – ЭТО НАШЕ БУДУЩЕЕ!!!