Перспективы применения фуллеренов и нанотрубок

Коммерческое применение фуллеренов пока сдерживается их высокой стоимостью, которая складывается из трудоемкости получения фуллереновой смеси и трудности выделения из нее отдельных компонентов с одинаковой структурой и свойствами. Скорее всего, в первую очередь будут развиваться те направления, в которых можно использовать массивы нанотрубок (композиционные материалы, сенсоры, защитные покрытия и пр.).

По данным на апрель 2007 г., в мире выпускаются уже четыре косметических крема, содержащих фуллерены (японская, английская, американская фирмы). Публиковались отдельные данные о токсичности нанотрубок и фуллеренов, что заставило осторожно относиться к ним как к контейнерам для лекарств. Однако выяснилась недостоверность этих данных, связанная с недостаточной чистотой эксперимента. Другие эксперименты показали, что сам фуллерен не только не токсичен, но в ряде случаев проявляет в организме защитные свойства в качестве антиоксиданта.

Кроме углеродных, созданы и исследуются фуллереноподобные наночастицы и нанотрубки нитрида бора (рис. 6 на цветной вклейке), карбида кремния, карбида бора и других соединений, содержащих бор, молибден, ниобий, азот, углерод, и обладающие своеобразными свойствами и перспективами использования. Нитрид бора, подобно углероду, имеет гексагональную электронную структуру, похожую на графит. Так как в природе существует огромное количество слоистых неорганических кристаллов, можно предсказать синтез разнообразных фуллереноподобных наноструктур и нанотрубок.

Как всегда в науке, сработал «спусковой механизм», вызванный в данном случае открытием углеродных каркасных структур. Недавно появилось сообщение о получении нового наноматериала - графена (рис. 4.9). Он имеет структуру, аналогичную графиту, в виде пленок атомарной толщины. Получившие его английские и российские ученые сравнивают графен с «развернутой» углеродной нанотрубкой или единичным слоем графита. Высокая проводимость и особенности структуры графена делают его соперником крем

С каждым днём появляются новые публикации о возможностях применения удивительных каркасных наноструктур. Из экзотических объектов фуллерены и нанотрубки быстро превращаются в коммерческие продукты, что подтверждается резким ростом патентов в этой области. Об интересах промышленности в разных областях применения углеродных нанотрубок можно судить по диаграмме (рис. 4.10).

Лекция: Фотонные кристаллы - оптические сверхрешетки

Сверхрешетки

В современной физике и технике успешно используются сверхрешетки. Сверхрешетки(crystal super-lattic) - это твердые тела с периодическим чередованием областей, в которых какая-либо физическая величина, характеризующая свойства тела(магнитные, электрические, упругие и т, д.), имеет разные значения.

При этом размеры таких областей и расстояния между ними на несколько порядков больше межатомных расстояний. Еще в 1962 г. академик Л. В. Келдыш рассмотрел теоретически сверхрешетку и особенности ее зонной структуры.

Периодическая по одной оси, слоистая структура называется одномерной сверхрешеткой (1D - от англ. dimension - размерность). Так, слоистая структура на рисунке 3.6 представляет собой ID-магнитную сверхрешетку: чередующиеся слои отличаются магнитными свойствами. Пример двумерной (2D) полупроводниковой сверхрешетки - это система квантовых ям, разделенных барьерными слоями с туннельным типом проводимости на поверхности полупроводника. В этих поверхностных структурах периодически, по двум направлениям, изменяются электрические свойства. В трехмерной (3D) сверхрешетке по трем направлениям периодически повторяются одинаковые по размеру области с различными физическими свойствами.