Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
Я I
X о Глава 2. Общий обзор развития нанопгехнологии
Поскольку именно электронные уровни энергии определяют оптические свойства вещества, изменение размера микрочастиц дает возможность регулировать поглощение и испускание света, т.е. изменять, например, флюоресценцию полупроводниковых квантовых точек в широком диапазоне длин волн: от видимого спектра до ближнего инфракрасного9. Еще одним важным аспектом рассматриваемой проблемы выступает существование коллективных возбужденных состояний поверхностных электронов (так называемых поверхностных плазмонов). Стоит упомянуть, что именно плазменный резонанс в наночастицах золота придает знаменитую золотистую окраску прекрасным стеклянным витражам Средневековья.
Проявлений новых физических свойств манометрических молекулярных структур оченьмного, и их список легко расширить. Особенно сильно такие эффекты проявляются в биохимических структурах при преобразовании химической энергии в кинетическую (например, механизм действия молекул кинезина, миозина и т.п.). Они играют, по-видимому, также важнейшую роль в поглощении и распределении энергии фотонов внутри биологических структур разных типов для процессов передачи нервных сигналов (например, в механизме действия родопсина в бактериях или в клетках воспринимающей системы органов зрения).
2.1.5. Разнообразные применения углеродных нанотрубок
Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году и очень быстро стали одним из самых интересных и популярных объектов изучения. Исследования самих трубок, методов их получения и применения уже стали одним из важнейших направлений научных и прикладных разработок [Goronkin el al„ 1999; Busbee, 2002:, 9-11; Moriarty, 2001; SaIvetat-DeImotte and Rubio, 2002; Lau and Hui, 2002; Meyappan and Srivastava, 2002]. Обычно они имеют толщину от одного до нескольких нанометров и длину в несколько микрометров, и могут образовывать однослойные или многослойные структуры (иногда их называют одностенными или многостенными). В своей простейшей, одностенной форме такие трубки можно рассматривать в качестве мо-нослойного (двухмерного) кристалла графита, «завернутого» в виде цилиндра с двумя фуллереновыми полусферами на концах (рис.2.2). В зависимости от диаметра и хиральности строения одностенные углеродные нанотрубки могут обладать как металлическими, так и полупроводниковыми свойствами. Электрическим свойствам много- 2.1. Общие сведения
стенных нанотрубок (с большим числом слоев и сложной структурой) вообще очень трудно подобрать адекватные и достаточно точные формальные определения.
Теоретические расчеты и экспериментальные исследования выявили, что прочность на разрыв (максимальная нагрузка в пересчете на единичное поперечное сечение, не приводящая еще к разрыву образца) для таких образований составляет от 50 до более чем 100 ГПа, что примерно в 100 раз превышает соответствующий коэффициент для стали (0,3—1,8 ГПа). Принимая во внимание, что их плотность равна 1,3 Мг/м3 (~ 1/6 плотности стали, равной 7,9 Мг/м'), можно смело считать углеродные нанотрубки наиболее прочным веществом из всех известных на сегодняшний день. Иными словами, они обладают максимальным отношением прочность/плотность, т.е. обеспечивают максимальную прочность при заданном весе. Поэтому дальнейшие перспективы их практического применения зависят лишь от нашей способности получать более длинные углеродные нановолок-на, сплетать или перекручивать их для изготовления канатов и создавать композитные материалы на этой основе. В последнем случае основная проблема сводится к обеспечению максимально большей передачи нагрузок на границах раздела армирующего материала (нанотрубок) и наполнителя (матрицы), что может быть обеспечено, например, введением функциональных групп в состав адгезивных агентов композита. Техническая сложность задачи заключается в том, что такие группы могут снижать прочность самих нанотрубок, однако ее решение обещает (по крайней мере, в принципе) возможность осуществления фантастических проектов. Именное материалами такого типа связаны известные проекты создания космической башни или лифта с канатом протяженностью около 100 тысяч километров, Лифт планируется смонтировать на экваторе планете, а его натяжение должна обеспечивать центробежная сила вращения Земли при воздействии на «хвост» каната, простирающийся за фа ницу геостационарной орбиты ( > 36 тысяч километров). Такой лифт позволит не только выводить на орбиту требуемые грузы или геостационарные и другие спутники, но и выбрасывать в космос с орбиты (подобно гигантской «праще») автоматические станции к другим планетам или даже иным звездным системам (например, см. IEdwards, 2000, 2000а]).
Углеродные нанотрубки могут использоваться в молекулярной электронике прежде всего в качестве соединительных элементов схемы с ничтожным электрическим сопротивлением (благодаря упомя- ff 66 Глива 2. Общий обзор развития
нанотехпологии
Novel Data Storage System
Рис. 2.2. Запись «текста» с использованием углеродной нанотрубки
на острие зонда сканирующего микроскопа при кодировании битов информации атомами углерода и фтора на поверхности кремниевого кристалла по концепции, разрабатываемой HACA (рисунок воспроизводится с разрешения HACA из источника !NASA. 2002aj, оригинальное изображение — цветное)
