Благодаря своим уникальным свойствам углеродные нанотрубки нашли множество применений в науке и технике. Новое исследование, выполненное при участии российских ученых использовало закись азота (веселящий газ) для того, чтобы перевести нанотрубки в состояние полупроводника.
Нанотрубки из углерода — это уникальные структуры с рядом ценных свойств. Они представляют собой полый цилиндр из атомов углерода, диаметром от десятых долей до нескольких десятков нанометров. Нанотрубки нашли широкое применение в нанотехнологиях, материаловедении, микроэлектронике и так далее, причем этот список постоянно пополняется.
Ценные свойства углеродных нанотрубок во многом зависят от их структуры: размера, наличия дефектов и хиральности. Напомним: хиральность — это свойство молекулы иметь две разновидности, которые представляют собой как бы "зеркальные отражения " друг друга. Такое небольшое различие тем не менее порой сильно влияет на свойства химических соединений, и нанотрубки здесь — не исключение.
Известно, что в случае одностенных углеродных нанотрубок соотношение двух хиральных форм определяет, имеет ли полученный из них материал свойства металла или полупроводника, то есть материала, проводимости которого зависит от внешних условий.
Как же добиться нужной пропорции хиральных форм нанотрубок и, главное, их нужных физических свойств? Конечно, можно сразу синтезировать наноструктуры с заданной хиральностью — однако из-за технических трудностей такое массовое производство наладить невозможно.
К счастью, можно также изменять хиральность уже имеющегося материала: либо разделяя смесь двух форм, либо переводя одну из форм в другую.
Последнее возможно с помощью особого селективного травления, то есть удаления тонкого слоя на поверхности. В своей новой статье для Carbon исследователи из России, Сингапура и Китая описывают новый способ, с использованием веселящего газа (закись азота или оксид азота (I)).
Технология предполагает, что и сам оксид, и нанотрубки находятся в состоянии аэрозоля — тонкой взвеси в газовой среде. Это позволяет избежать загрязнения поверхности нанотрубок растворителем и другими нежелательными веществами. Аэрозоль, в котором “парят” отдельные нанотрубки можно нанести на необходимую подложку очень тонким слоем, легко и быстро.
В ходе химической реакции веселящий газ проявляет свойства окислителя, а нанотрубки окисляются и переходят в нужную хиральную форму и приобретают свойства полупроводника.
В ходе новой работы исследователи смогли перевести в нужную хиральную форму 97% углеродных нанотрубок — для этого им потребовалось всего 6 секунд при нагреве до 600 градусов.