Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Фуллерен способен сочетаться с внешними стенками нанотрубки благодаря трансформациям Стоуна-Уэлса
Желание ученых научиться заполнять внутренние пустоты нанотрубок продиктовано не только банальным любопытством, но и возможностью применять подобные нанотрубки в практических целях. В частности, уже достаточно давно известно о так называемых пиподах, представляющих собой молекулы фуллерена, включенные внутрь УНТ. Однако до настоящего момента механизм встраивания одиночных молекул фуллерена в УНТ был мало изучен. В тоже время, было предсказано, что фуллерен способен сочетаться с внешними стенками нанотрубки благодаря трансформациям Стоуна-Уэлса, и в дальнейшем способен проникнуть сквозь стенку УНТ. Эта гипотеза была полностью подтверждена международным коллективом исследователей.
Для этого ученые, исследуя с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, использовали двухслойные УНТ, диаметром 0.69 нм и хиральностью (19,3). Вначале фуллерен прилипает к поверхности нанотрубки, причем природа связывающей их силы до конца неизвестна, поскольку силы Ван-дер-Ваальса и Казимира слишком слабы, а визуальных деформаций стенок нанотрубки на этой стадии не наблюдается. Для диссипации энергии, накопленной в результате облучения электронным пучком, внутренняя трубка УНТ начинает осциллировать вдоль нанотрубки. Когда внутренняя трубка поравняется с фуллереном, то произойдет их взаимная деформация, результатом которой является полное слияние фуллерена со стенкой нанотрубки, образуя при этом своеобразный бугорок. Продолжая облучение в течение нескольких десятков минут бугорок постепенно меняет свою форму – вначале он вытягивается вдоль трубки, а затем уширяется и выравнивается, что понижает суммарную энергию системы.
Кроме того, как упомянуто выше, трансформации Стоуна-Уэлса в конечном итоге могут привести к проникновению фуллерена внутрь УНТ, что и продемонстрировано на рисунке 2 на примере ОУНТ, при этом после проникновения внутрь ОУНТ, стенка нанотрубки становится деформированной, образуя своего рода карман. После проникновения, фуллерен начинает осциллировать внутри этого кармана, пока не совершит скачок вдоль нанотрубки, и не будет захвачен очередным дефектом (рис.3). На основании полученных снимков, авторам статьи удалось подтвердить, что фуллерен на самом деле был введен внутрь ОУНТ.
Результаты исследований опубликованы в статье:
Sandeep Gorantla, Felix Börrnert, Alicja Bachmatiuk, Maria Dimitrakopoulou, Ronny Schönfelder, Franziska Schäffel, Jürgen Thomas, Thomas Gemming, Ewa Borowiak-Palen, Jamie H. Warner, Boris I. Yakobson, Jürgen Eckert, Bernd Büchner and Mark H. Rümmeli **In situ observations of fullerene fusion and ejection in carbon nanotubes ** – Nanoscale. – 2010. – Advance Article DOI: 10.1039/C0NR00426J.
