Министерство образования и науки Российской Федерации

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физико-технический факультет

Кафедра физики твердого тела

Курсовая работа

по дисциплине: Физическое материаловедение

Тема: Углеродные нанотрубки

Выполнил студентка ТФ-071 О.И. Рублева

Руководитель Ю.Е. Калинин

Нормконтроль Ю.Е. Калинин

Защищена Оценка

Воронеж

2009

Содержание

Задание на курсовую работу 2

_{1. Введение} 4

_{2. Методы получения углеродных нанотрубок} 5

2.1. Термическое распыление графита 5

2.2. Лазерное распыление графита 13

_{3. Структура материала 12}

_{3.1. Однослойные нанотрубки 14}

_{3.2. Многослойные нанотрубки 11}

_{4. Свойства углеродных нанотрубок 11}

_{4.1. Капиллярные эффекты 11}

_4.2. Удельное электрическое сопротивление ₁₃

_{4.3. Эмиссионные свойства нанотрубок 14}

_{4.4. Магнитная восприимчивость нанотрубок 15}

5. Перспективы применения нанотрубок 15

6. Анализ фазовой структуры диаграммы состояния трехкомпонентной системы Bi – Pb – Sn (вариант 2) 18

7. Заключение 23

8. Список литературы 24

1. Введение

В 1991 году японский исследователь Иджима изучал осадок, образующийся на катоде при распылении графита в элект­рической дуге. Его внимание привлекла необычная структура осадка, состоящего из микроскопических нитей и волокон. Диаметр таких нитей не превышал нескольких нанометров, а длина — от десятых долей до нескольких микрон. На продольном разрезе обнаружено, что каждая нить состоит из одного или не­скольких слоев, каждый из которых представляет собой гекса­гональную сетку графита. Основу такой сетки составляют шес­тиугольники, в вершинах углов которых расположены атомы углерода. Во всех случаях расстояние между слоями равно 0,34 нм, т.е. такое же, как и между слоями в кристаллическом графите. Как правило, верхние концы трубочек закрыты одно- или многослойными полусферическими крышечками, каждый слой которых составлен из шестиугольников и пятиугольников, напоминающих структуру половинки молекул фуллерена.

Протяженные структуры, состоящие из свернутых гексаго­нальных сеток с атомами углерода в узлах, получили название нанотрубок. Нанотрубки образуются на поверхности катода с осью роста, направленной к аноду. Оптимизация технологии получения нанотрубок привела к тому, что выход годного продукта составляет несколько десятков процентов от массы осад­ка, образовавшегося на катоде.

Дальнейшее развитие технологии получения нанотрубок свя­зано с использованием катализаторов (главным образом метал­лов), позволяющих получать как однослойные, так и многослойные нанотрубки с различным структурным состоянием. Первые исследования углеродных нанотрубок показали, что в них про­являются необычные эффекты. Так, нанотрубки с открытыми концами проявляют капиллярный эффект и способны втягивать в себя расплавленные металлы и другие жидкие вещества. Реа­лизация этого свойства нанотрубок открывает перспективу со­здания проводящих и сверхпроводящих нитей диаметром поряд­ка нескольких нанометров, которые могут стать основой элект­ронных устройств нанометрового масштаба. Электрические свойства нанотрубки определяются ее хиральностью, т.е. углом ориентации графитовой плоскости относительно оси трубки. В зависимости от хиральности однослойная трубка может быть, как и графит, полуметаллом, не имеющим запрещенной зоны, либо полупроводником, с шириной запрещенной зоны в преде­лах 0,01 — 0,7 эВ. Стыковка двух нанотрубок, имеющих различ­ную хиральность, т.е. различные электронные характеристики, представляет собой p-n переход, размером в несколько наномет­ров, что может быть использовано в качестве основы электрон­ных устройств следующего поколения.

Эксперименты показали, что нанотрубки обладают высокими эмиссионными характеристиками: плотность тока автоэлектрон­ной эмиссии при напряжении 500 В достигает при комнатной температуре 0,1 А/см². Здесь также открывается возможность прикладного использования нанотрубок в электронике.

Высокая механическая прочность углеродных нанотрубок в сочетании с хорошей электропроводностью позволяет использо­вать их в качестве зондов в сканирующем туннельном микро­скопе. Тем самым повышается разрешающая способность при­бора.