СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
НАНОТРУБ И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Координатор: д-р хим. наук Федоров В. Е.

Исполнители: ИНХ, ИК, ИФП СО РАН

Синтезированы и изучены физико-химические свойства наноразмерных форм углерода (НФУ) и других материалов (SiGe/Si, InGaAs/Au/Ti, GaAs). Разработаны процедуры очистки нанотрубок углерода от побочных продуктов, базирующиеся на различии реакционной способности и физических свойств продуктов синтеза. Обнаружено формирование многослойных полиэдрических нанотрубок углерода в пленках, полученных химическим напылением углерода в условиях газового разряда в метановодородной смеси при постоянном токе.

Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, рентгеновской эмиссионной спектроскопии в сочетании с квантово-химическими расчетами исследована электронная структура НФУ различного типа — одностенных и многостенных нанотрубок углерода, а также углерода луковичной структуры, представляющих собой ассоциаты вложенных друг в друга фуллереноподобных сфер (рис. 1). Нанотрубки углерода могут быть использованы в качестве холодных катодов для создания плоских панельных дисплеев, в осветительных приборах, для разработки малогабаритных источников рентгеновского излучения. Наличие нелинейной оптической восприимчивости наноразмерных форм углерода открывает возможность их использования для нелинейных оптических затворов, применяемых для защиты оптических устройств от интенсивного оптического излучения. Углерод луковичной структуры представляет интерес для разработки промышленных катализаторов селективного дегидрирования этилбензола в стирол.

Рис. 1. Электронно-микроскопические фотографии:
а - пучка одностенных нанотрубок углерода с диаметром 10-15 A; б - углеродной пленки, содержащей многослойные полиэдрические трубки углерода; в - частиц углерода луковичной структуры.

Fig. 1. Electron micrographs for:
а - a tuft of single-wall carbon nanotubes with diameter of 10-15 A; б - carbon films containing multi-wall polyhedral carbon nanotubes; в - carbon particles with onion-like structure.

Разработан и реализован метод создания вертикальных трубчатых структур нанометровой толщины (система SiGe/Si, толщина стенок 5 нм и система InGaAs/GaAs, толщина стенок 3 нм), стоящих на подложке. Предложен и реализован метод заполнения вертикальных трубчатых структур полимерами, в том числе с суперпарамагнитными частицами, что открывает возможность изготовления магнитных наноструктур, перспективных для спин-электроники.

Предложено и реализовано несколько методов направленного сворачивания напряженных пленок, позволяющие создавать сложные трехмерные микро- и нанообъекты сложной геометрии (рис. 2). С использованием селективной молекулярно-лучевой эпитаксии получены GaAs/InGaAs трубки заданных длины и диаметра (130 и 70 нм соответственно). Предложенный метод может быть использован для практического получения нанотрубок, что открывает возможность изготовления квантовых приборов с прецизионными элементами.

Рис. 2. Схематическая иллюстрация метода формирования нанотрубок.
а - слои InAs и GaAs с разными постоянными решеток в свободном состоянии; б - сопряжение слоев во время эпитаксиального роста; в - изгиб GaAs/InAs пленки при ее освобождении от связи с подложкой; г - самосворачивание GaAs/InAs пленки в трубку-свиток при селективном удалении жертвенного слоя AlAs, дополнительно выращенного между пленкой и подложкой.

Fig. 2. Schematic illustration of the method for a formation of nanotubes.
а - layers of InAs and GaAs with different cell unit parameters in "free" state; б - coupling lagers during rpitaxial growth; в - bending GaAs/InAs film during its liberation from connection with substrate; г - turning GaAs/InAs film into a tube-roll during selective removing a sacrificial layer of AlAs which was grown between film and substrate.

Список основных публикаций

  1. A. V. Okotrub, L. G. Bulusheva, A. I. Romanenko, A. L. Chuvilin, N. A. Rudina, Y. V. Shubin, N. F. Yudanov, A. V. Gusel’nikov, Anisotropic properties of carbonaceous material produced in arc discharge, Appl. Phys. A, 2001, v. 71, pp. 481—486.

  2. V. Ya. Prinz, D. Grützmacher, A. Beyer, C. David, B. Ketterer, E. Deccard, A new technique for fabricating three-dimensional micro- and nanostructures of various shapes superlattices, Nanotechnology, 2001, v. 12, pp. 399—402.

  3. S. V. Golod, V. Ya. Prinz, V. I. Mashanov, A. K. Gutakovsky, Fabrication of conducting GeSi/Si micro-and nanotubes and helical microcoils, Sem. Sci. Techn., 2001, v. 16, pp. 181—185.

  4. V. L. Kuznetsov, Yu. V. Butenko, A. L. Chuvilin, A. I. Romanenko, A. V. Okotrub, Electrical resistivity of graphitized ultra-disperse diamond and onion-like carbon, Chem. Phys. Lett., 2001, v. 336, pp. 397—404.

  5. A. V. Okotrub, L. G. Bulusheva, V. L. Kuznetsov, Yu. V. Butenko, A. L. Chuvilin, M. I. Heggie, X-ray emission studies of valence band of nanodiamonds annealed at different temperatures, J. Phys. Chem., A, 2001, v. 105, pp. 9781—9787.

  6. V. L. Kuznetsov, A. N. Usoltseva, A. L., Chuvilin, E. D. Obraztsova, J.-M. Bonard, Thermodynamic analysis of nucleation of carbon deposits on metal particles and its implications for the growth of single-wall carbon nanotubes, Phys. Rev., B, 2001, v. 64, pp. 235401—235408.

  7. А. И. Ведерников, А. О. Говоров, А. В. Чаплик, Плазменные колебания в нанотрубках и эффект Ааронова—Бома для плазмонов, ЖЭТФ, 2001, т. 120, с. 979—985.

  8. А. И. Ведерников, А. О. Говоров, А. В. Чаплик, Поглощение и рассеяние света плазмонами в нанотрубках (осцилляции Ааронова—Бома), Известия РАН, сер. физич., 2002, т. 66, № 2, c. 211—214.

  9. А. И. Романенко, О. Б. Аникеева, А. В. Окотруб, Л. Г. Булушева, В. Л. Кузнецов, Ю. В. Бутенко, А. Л. Чувилин, C. Dong, Y. Ni, Температурная зависимость электросопротивления и отрицательное магнетосопротивление углеродных наночастиц, ФТТ, 2002, т. 44, вып. 3, с. 468—470.

  10. А. Г. Кудашов, А. В. Окотруб, Н. Ф. Юданов, А. И. Романенко, Л. Г. Булушева, А. Г. Абросимов, А. Л. Чувилин, Е. М. Пажетов, А. И. Боронин, Газофазный синтез азотосодержащих углеродных нанотруб и их электронные свойства, ФТТ, 2002, т. 44, вып. 4, с. 626—629.

  11. А. И. Романенко, О. Б. Аникеева, А. В. Окотруб, Л. Г. Булушева, Н. Ф. Юданов, C. Dong, Y. Ni, Транспортные и магнитные свойства многослойных углеродных нанотруб до и после интеркалирования бромом, ФТТ, 2002, т. 44, вып. 4, с. 634—637.

  12. V. V. Rodatis, V. L. Kuznetsov, Y. V. Butenko, D. S. Su, R. Schloegl, Transformation of diamond nanoparticles into carbon onions under electron irradiation, Phys. Chem. Chem. Phys., 2002, v. 4, N 10, pp. 1964—1967.

  13. N. Keller, N. I. Maksimova, V. V. Roddatis, M. Schur, G. Mestl, V. L. Kuznetsov, Y. V. Butenko, R. Schlogl, The catalytic use of onion-like carbon materials for Styrene Synthesis by oxidative dehydrogenation of ethylbenzene, Angew. Chem. Int. Ed. 2002, v. 41, N 11, pp. 1885—1888.

  14. E. Koudoumas, O. Kokkinaki, M. Konstantaki, S. Couris, S. Korovin, P. Detkov, V. Kuznetsov, S. Pimenov, V. Pustovoi, Onion-like carbon and diamond nanoparticles for optical limiting, Chem. Phys. Lett., 2002, v. 357, N 5—6, pp. 336—340.

  15. A. I. Romanenko, A. V. Okotrub, O. B. Anikeeva, L. G. Bulusheva, N. F. Yudanov, C. Dong, Y. Ni, Electron-electron interaction in multiwall carbon nanotubes, Solid State Comm., 2002, v. 121, N 2/3, pp. 149—153.

  16. A. V. Okotrub, A. I. Romanenko, N. F. Yudanov, L. G. Bulusheva, I. P. Asanov, O. B. Anikeeva, A. L. Chuvilin, A. I. Boronin, J.-M. Bonard, Fluorine Effect on the Structure and Electrical Transport of Arc-Produced Carbon Nanotubes, in: “Structural and Electronic Properties of Molecular Nanostructures”, v. 633, Eds. H. Kuzmany, J. Fink, M. Mehring, S. Roth, AIP Conference Procedings, New York, 2002, pp. 263—266.

  17. А. В. Чаплик, Эффект Ааронова—Бома для составных частиц и коллективных возбуждений, Письма в ЖЭТФ, 2002, т. 75, с. 343—347.

  18. A. B. Vorob'ev, V. Ya. Prinz, Directional rolling of strained heterofilms, Semiconductor Science and Technology, 2002, v. 17, N 6, pp. 614—616.

  19. V. Ya. Prinz, A. V. Chehovskiy, V. V. Preobrazhenskii, B. R. Semyagin, A. K. Gutakovsky, A technique for fabricating InGaAs/GaAs nanotubes of precisely controlled length, Nanotechnology, 2002, v. 13, p. 231.

  Оглавление Далее