Вуглецеві нанотрубки - це матеріал, яким мріють багато вчених. Високий коефіцієнт міцності, чудова тепло- та електропровідність, вогнестійкість і ваговий коефіцієнт набагато вище, ніж у більшості відомих матеріалів. Вуглецеві нанотрубки представляють згорнутий трубку лист графена. Російські вчені Костянтин Новосьолов, а також Андрій Гейм за його відкриття отримали Нобелівську преміюв 2010 році.

Вперше ж спостерігати за вуглецевими трубками на поверхні залізного каталізатора могли радянські вчені ще 1952 року. Однак знадобилося п'ятдесят років, щоб вчені змогли побачити у нанотрубках перспективний та корисний матеріал. Однією з разючих властивостей цих нанотрубок і те, що й властивості визначаються геометрією. Так від кута скручування залежать їх електричні властивості - нанотрубки можуть демонструвати напівпровідникову та металеву провідність.

Багато перспективних напрямів у нанотехнологіях сьогодні пов'язують саме з вуглецевими нанотрубками. Якщо просто, то вуглецеві нанотрубки є гігантськими молекулами або каркасними структурами, які складаються лише з атомів вуглецю. Легко уявити таку нанотрубку, якщо уявити, що відбувається згортання в трубку графену - це один із молекулярних шарів графіту. Метод згортання нанотрубок багато в чому визначає кінцеві властивості цього матеріалу.

Звичайно, ніхто не створює нанотрубки, спеціально згортаючи їх з аркуша графіту. Утворюються нанотрубки самі, наприклад, лежить на поверхні вугільних електродів чи з-поміж них при дуговому розряді. Атоми вуглецю при розряді випаровуються з поверхні та з'єднуються між собою. В результаті утворюються нанотрубки різного виду - багатошарові, одношарові та з різними кутами закручування.

Основна класифікація нанотрубок йде за кількістю складових їх шарів:

  • Одношарові нанотрубки - найпростіший вид нанотрубок. Більша частина з них мають діаметр близько 1 нм при довжині, яка може вийти в тисячі разів більше;
  • багатошарові нанотрубки, що складаються з декількох шарів графену, складаються у формі трубки. Між шарами утворюється відстань 0,34 нм, тобто ідентична відстані між шарами кристалі графіту.
Пристрій

Нанотрубки являють собою протяжні циліндричні структури вуглецю, які можуть мати довжину до декількох сантиметрів і діаметр від одного до декількох десятків нанометрів. У той же час сьогодні є технології, які дозволяють сплітати їх у нитки необмеженої довжини. Вони можуть складатися з однієї або кількох графенових площин, згорнутих у трубку, які зазвичай закінчуються напівсферичною головкою.

Діаметр нанотрубок становить кілька нанометрів, тобто кілька мільярдних часток метра. Стінки вуглецевих нанотрубок виконані із шестикутників, у вершинах яких знаходяться атоми вуглецю. Трубки можуть мати різний тип будови, саме він впливає на їх механічні, електронні та Хімічні властивості. Одношарові трубки мають менше дефектів, у той же час після відпалу при високій температурі в інертній атмосфері вдається отримати бездефектні варіанти трубок. Багатошарові нанотрубки відрізняються від стандартних одношарових значно ширшим розмаїттям конфігурацій та форм.

Синтезувати вуглецеві нанотрубки можна різними способами, але найпоширенішими є:
  • Дуговий розряд. Метод забезпечує одержання нанотрубок на технологічних установках для вироблення фулеренів у плазмі дугового розряду, що горить в атмосфері гелію. Але тут застосовуються інші режими горіння дуги: більш високий тиск гелію та низькі щільності струму, а також катоди більшого діаметра. У катодному осаді знаходяться нанотрубки довжиною до 40 мкм, вони ростуть перпендикулярно від катода і поєднуються в циліндричні пучки.
  • Метод лазерної абляції . Метод базується на випаровуванні мішені з графіту у спеціальному високотемпературному реакторі. Нанотрубки утворюються на охолодженій поверхні реактора як конденсату випаровування графіту. Цей методдозволяє переважно отримувати одношарові нанотрубки з контролем необхідного діаметра за допомогою температури. Але вказаний метод суттєво дорожчий за інших.
  • Хімічне осадження з газової фази . Даний метод передбачає підготовку підкладки із шаром каталізатора – це можуть бути частинки заліза, кобальту, нікелю або їх комбінацій. Діаметр нанотрубок, вирощених вказаним способом, залежатиме від розміру часток, що використовуються. Підкладка нагрівається до 700 градусів. Для ініціації зростання нанотрубок вводяться в реактор вуглецевмісний газ і технологічний газ (водень, азот або аміак). Нанотрубки ростуть на ділянках каталізаторів із металу.
Застосування та особливості
  • Застосування у фотоніці та оптиці . Підбираючи діаметр нанотрубок, можна забезпечити оптичне поглинання у великому спектральному діапазоні. Одношарові вуглецеві нанотрубки виявляють сильну нелінійність поглинання, що насичується, тобто при досить інтенсивному світлі вони стають прозорими. Тому вони можуть застосовуватися для різних додатків в області фотоніки, наприклад, маршрутизаторах і комутаторах, для створення ультракоротких лазерних імпульсів і регенерації оптичних сигналів.
  • Застосування в електроніці . На даний момент заявлено безліч способів використання нанотрубок в електроніці, проте реалізувати вдається лише невелику її частину. Найбільший інтерес викликає застосування нанотрубок у прозорих провідниках як термостійкий міжфазний матеріал.

Актуальність спроб впровадження нанотрубок в електроніці викликана необхідністю заміни індію в тепловідведеннях, які застосовуються в транзисторах великої потужності, графічних процесорах та центральних процесорах, адже запаси цього матеріалу зменшуються, а ціна на нього зростає.

  • Створення сенсорів . Вуглецеві нанотрубки для сенсорів – одне з найцікавіших рішень. Ультратонкі плівки з одностінних нанотрубок на даний момент можуть стати найкращою основою для електронних сенсорів. Виробляти їх можна із застосуванням різних методів.
  • Створення біочіпів, біосенсорів , контролю адресної доставки та дії ліків у біотехнологічній галузі. Роботи в цьому напрямку сьогодні ведуться. Високопродуктивний аналіз, що виконується з використанням нанотехнологій, дозволить суттєво зменшити час, який потрібний для виведення технології на ринок.
  • Сьогодні різко зростає виробництво нанокомпозитів , В основному полімерних. При введенні в них навіть не великої кількостівуглецевих нанотрубок забезпечується істотна зміна властивостей полімерів. Так у них підвищується термічна та хімічна стійкість, теплопровідність, електропровідність, покращуються механічні характеристики. Удосконалено десятки матеріалів за допомогою додавання до них вуглецевих нанотрубок;

- Композитні волокна на основі полімерів з нанотрубками;
- Керамічні композити з добавками. Збільшується тріщиностійкість кераміки, з'являється захист електромагнітного випромінювання, збільшується електро- та теплопровідність;
- Бетон з нанотрубками - підвищується марка, міцність, тріщиностійкість, зменшується усадка;
- Металеві композити. Особливо мідні композити, у яких механічні властивостіу кілька разів вищий, ніж у звичайної міді;
- гібридні композити, в яких містяться відразу три компоненти: неорганічні або полімерні волокна (тканини), сполучна речовина та нанотрубки.

Гідності й недоліки
Серед переваг вуглецевих нанотрубок можна відзначити:
  • Безліч унікальних і по-справжньому корисних властивостей, які можна застосовувати в галузі впровадження енергоефективних рішень, фотоніки, електроніки та інших додатків.
  • Це наноматеріал, який має високий коефіцієнт міцності, чудову тепло- та електропровідність, вогнестійкість.
  • Поліпшення властивостей інших матеріалів при впровадженні невеликої кількості вуглецевих нанотрубок.
  • Вуглецеві нанотрубки з відкритим кінцем виявляють капілярний ефект, тобто можуть втягувати в себе розплавлені метали та інші рідкі речовини;
  • Нанотрубки поєднують у собі властивості твердого тіла та молекул, що відкриває значні перспективи.
Серед недоліків вуглецевих нанотрубок можна відзначити:
  • Вуглецеві нанотрубки на даний момент не виробляються в промислових масштабах, тому їхнє серійне застосування обмежене.
  • Вартість виробництва вуглецевих нанотрубок висока, що також обмежує їхнє застосування. Проте вчені посилено працюють над зниженням собівартості їх виробництва.
  • Необхідність удосконалення технологій виробництва для створення вуглецевих нанотрубок із точно заданими властивостями.
Перспективи
В найближчому майбутньому вуглецеві нанотрубки будуть застосовуватися повсюдно, з них будуть створюватися:
  • Нановаги, композитні матеріали, надміцні нитки.
  • Паливні елементи, прозорі провідні поверхні, нанопроводи, транзистори.
  • Нові нейрокомп'ютерні розробки.
  • Дисплеї, світлодіоди.
  • Пристрої для зберігання металів та газів, капсули для активних молекул, нанопіпетки.
  • Медичні нанороботи для доставки ліків та проведення операцій.
  • Мініатюрні датчики із ультрависокою чутливістю. Такі нанодатчики можуть знайти застосування у біотехнологічних, медичних та військових застосуваннях.
  • Трос для космічного ліфта.
  • Плоскі прозорі гучномовці.
  • Штучні м'язи. У майбутньому з'являться кіборги, роботи, інваліди повертатимуться до повноцінного життя.
  • Двигуни та генератори енергії.
  • Розумний, легкий і комфортний одяг, який захищатиме від будь-яких негараздів.
  • Безпечні суперконденсатори із швидкою зарядкою.

Все це в майбутньому, адже промислові технології створення та використання вуглецевих нанотрубок знаходяться на початковому етапі розвитку, а ціна їхня вкрай дорога. Але російські вчені вже заявили, що вони знайшли спосіб знизити вартість створення цього матеріалу у двісті разів. Ця унікальна технологія виробництва вуглецевих нанотрубок зараз тримається в секреті, але вона повинна зробити революцію в промисловості та в багатьох інших областях.

Фулерени та вуглецеві нанотрубки. Властивості та застосування

1985 року Роберт Керл, Гарольд Кротоі Річард Смолліабсолютно несподівано відкрили принципово нову вуглецеву сполуку – фуллерен , унікальні властивостіякого викликали цілий шквал досліджень. 1996 року першовідкривачам фулеренів присуджено Нобелівську премію.

Основою молекули фулерену є вуглець- цей унікальний хімічний елемент, що відрізняється здатністю з'єднуватися з більшістю елементів і утворювати молекули різного складу та будови. З шкільного курсухімії вам, звичайно ж, відомо, що вуглець має два основні алотропні стани-графіт та алмаз. Так ось, з відкриттям фулерену, можна сказати, вуглець придбав ще один алотропний стан.

Для початку розглянемо структури молекул графіту, алмазу та фулерену.

Графітмає шаруватою структурою (Рис.8). Кожен його шар складається з атомів вуглецю, ковалентно пов'язаних один з одним у правильні шестикутники.

Мал. 8. Структура графіту

Сусідні шари утримуються разом слабкими ван-дер-ваальсовими силами. Тому вони легко ковзають один по одному. Прикладом цього може бути простий олівець - коли ви проводите графітовим стрижнем по паперу, шари поступово відшаровуються один від одного, залишаючи на ній слід.

Алмазмає тривимірну тетраедричну структуру (Рис.9). Кожен атом вуглецю ковалентно пов'язаний із чотирма іншими. Всі атоми в кристалічних ґратах розташовані на однаковій відстані (154 нм) один від одного. Кожен з них пов'язаний з іншими прямим ковалентним зв'язком і утворює в кристалі, яких би розмірів він не був, одну гігантську макромолекулу

Мал. 9. Структура алмазу

Завдяки високій енергії ковалентних зв'язків С-С, алмаз має найвищу міцність і використовується не тільки як дорогоцінний камінь, але і як сировина для виготовлення металорізального та шліфувального інструменту (можливо, читачам доводилося чути про алмазну обробку різних металів)

Фулерениотримали свою назву на честь архітектора Бакмінстера Фуллера, який вигадав подібні структури для використання їх в архітектурному будівництві (тому їх також називають бакіболами). Фуллерен має каркасну структуру, що дуже нагадує футбольний м'яч, що складається з “латок” 5-ти та 6-тикутної форми. Якщо уявити, що у вершинах цього багатогранника знаходяться атоми вуглецю, ми отримаємо найстабільніший фуллерен С60. (Мал. 10)

Мал. 10. Структура фулерену C 60

У молекулі С60, яка є найбільш відомим, а також найбільш симетричним представником сімейства фулеренів, число шестикутників дорівнює 20. При цьому кожен п'ятикутник межує тільки з шестикутниками, а кожен шестикутник має три спільні сторони з шестикутниками і три з п'ятикутниками.

Структура молекули фулерену цікава тим, що всередині такого вуглецевого "м'яка" утворюється порожнина, в яку завдяки капілярним властивостямможна ввести атоми та молекули інших речовин, що дає, наприклад, можливість їхнього безпечного транспортування.

У міру дослідження фулеренів були синтезовані та вивчені їх молекули, що містять різне число атомів вуглецю - від 36 до 540. (Рис. 11)


а Б В)

Мал. 11. Структура фулеренів а) 36, б) 96, в) 540

Однак різноманітність каркасних вуглецевих структур на цьому не закінчується. У 1991 році японський професор Суміо Іізімавиявив довгі вуглецеві циліндри, що отримали назви нанотрубок .

Нанотрубка – це молекула з понад мільйона атомів вуглецю, що є трубкою з діаметром близько нанометра і довжиною кілька десятків мікрон . У стінках трубки атоми вуглецю розташовані у вершинах правильних шестикутників.



Мал. 13 Структура вуглецевої нанотрубки.

а) загальний вигляднанотрубки

б) нанотрубка розірвана з одного кінця

Структуру нанотрубок можна уявити так: беремо графітову площину, вирізаємо з неї смужку і "склейуємо" її в циліндр (насправді, звичайно, нанотрубки ростуть зовсім по-іншому). Здавалося б, що може бути простіше – береш графітову площину і повертаєш у циліндр! - проте до експериментального відкриття нанотрубок ніхто з теоретиків їх не передбачав. Так що вченим залишалося лише вивчати їх та дивуватися.

А дивуватися було чому – ці дивовижні нанотрубки в 100 тис.

раз тонше людського волосся виявилися на диво міцним матеріалом. Нанотрубки в 50-100 разів міцніші за сталі і мають у шість разів меншу щільність! Модуль Юнгарівень опору матеріалу деформації – у нанотрубок удвічі вищий, ніж у звичайних вуглецевих волокон. Тобто трубки не тільки міцні, а й гнучкі, і нагадують за своєю поведінкою не ламкі соломинки, а жорсткі гумові трубки. Під дією механічних напруг, що перевищують критичні, нанотрубки поводяться досить екстравагантно: вони не "рвуться", не "ламаються", а просто перебудовуються!

В даний час максимальна довжина нанотрубок становить десятки і сотні мікрон - що, звичайно, дуже велике за атомними масштабами, але замало для повсякденного використання. Однак довжина одержуваних нанотрубок поступово збільшується - зараз вчені вже впритул підійшли до сантиметрового рубежу. Отримано багатошарові нанотрубки завдовжки 4 мм.

Нанотрубки бувають різної форми: одношарові та багатошарові, прямі та спіральні. Крім того, вони демонструють цілий спектр найнесподіваніших електричних, магнітних, оптичних властивостей.

Наприклад, залежно від конкретної схеми згортання графітової площини ( хіральності), нанотрубки можуть бути як провідниками, і напівпровідниками електрики. Електронні властивості нанотрубок можна цілеспрямовано змінювати шляхом введення трубок всередину атомів інших речовин.

Пустоти всередині фулеренів і нанотрубок давно привертали увагу

вчених. Експерименти показали, що якщо всередину фулерену впровадити атом якоїсь речовини (цей процес зветься "інтеркаляція", тобто "впровадження"), то це може змінити його електричні властивості і навіть перетворити ізолятор на надпровідник!

А чи можна так само змінити властивості нанотрубок? Виявляється, так. Вчені змогли помістити всередину нанотрубки цілий ланцюжок з фулеренів із уже впровадженими в них атомами гадолінію. Електричні властивості такої незвичайної структури сильно відрізнялися як від властивостей простої порожнистої нанотрубки, так і від властивостей нанотрубки з порожніми фулеренами всередині. Цікаво відзначити, що з таких сполук розроблені спеціальні хімічні позначення. Описана структура записується як Gd@C60@SWNT, що означає "Gd всередині C60 всередині одношарової нанотрубки (Single Wall NanoTube)".

Провід для макроприладів на основі нанотрубок можуть пропускати струм практично без виділення тепла і струм може досягати величезного значення - 10 7 А/см 2 . Класичний провідник за таких значень миттєво випарувався.

Розроблено також кілька застосувань нанотрубок у комп'ютерній промисловості. Вже 2006 року з'являться емісійні монітори з плоским екраном, які працюють на матриці з нанотрубок. Під дією напруги, що прикладається до одного з кінців нанотрубки, інший кінець починає випромінюватись електрони, які потрапляють на фосфоресційний екран і викликають свічення пікселя. Зображення, що виходить при цьому, буде фантастично малим: порядку мікрону!(Дані монітори вивчаються в курсі периферійних пристроїв).

Інший приклад - використання нанотрубки як голка скануючого мікроскопа. Зазвичай таке вістря є гостро заточеною вольфрамовою голкою, але за атомними мірками така заточка все одно досить груба. Нанотрубка ж є ідеальною голкою діаметром порядку декількох атомів. Прикладаючи певну напругу, можна підхоплювати атоми та цілі молекули, що знаходяться на підкладці безпосередньо під голкою, та переносити їх з місця на місце.

Незвичайні електричні властивості нанотрубок зроблять їх одним із основних матеріалів наноелектроніки. На основі виготовлені прототипи нових елементів для комп'ютерів. Ці елементи забезпечують зменшення пристроїв порівняно з кремнієвими на кілька порядків. Наразі активно обговорюється питання про те, в який бік піде розвиток електроніки після того, як можливості подальшої мініатюризації електронних схем на основі традиційних напівпровідників будуть повністю вичерпані (це може статися у найближчі 5-6 років). І нанотрубкам відводиться безперечно лідируюче становище серед перспективних претендентів на місце кремнію.

Ще одне застосування нанотрубок у наноелектроніці – створення напівпровідникових гетероструктур, тобто. структур типу "метал/напівпровідник" або стик двох різних напівпровідників (нанотранзистори)

Тепер для виготовлення такої структури не треба буде вирощувати окремо два матеріали і потім зварювати їх один з одним. Все, що потрібно, це в процесі зростання нанотрубки створити в ній структурний дефект (а саме замінити один з вуглецевих шестикутників п'ятикутником) просто надломивши його посередині особливим чином. Тоді одна частина нанотрубки матиме металеві властивості, а інша - властивості напівпровідників!

Третій стан вуглецю (крім алмазу та графіту) – революційно завойовує світ нових технологій.
Ось витяг з кількох статей (з посиланнями на них).

http://www.nsu.ru/materials/ssl/text/news/Physics/135.html
Багато з перспективних напрямів у матеріалознавстві, нанотехнології, наноелектроніці, прикладній хімії пов'язуються останнім часом з фулеренами, нанотрубками та іншими схожими структурами, які можна назвати загальним терміном каркасні структури вуглецю. Що це таке?
Каркасні вуглецеві структури - це великі (а іноді і гігантські!) молекули, що складаються виключно з атомів вуглецю. Можна навіть говорити, що каркасні структури вуглецю - це нова алотропна форма вуглецю (на додаток до давно відомих: алмазу і графіту). Головна особливість цих молекул - це їхня каркасна форма: вони виглядають як замкнуті, порожні всередині "оболонки".
Зрештою, вражає різноманітність застосувань, які вже вигадані для нанотрубок. Перше, що напрошується само собою, це застосування нанотрубок як дуже міцні мікроскопічні стрижні та нитки. Як показують результати експериментів та чисельного моделювання, модуль Юнга одношарової нанотрубки досягає величин близько 1-5 ТПа, що на порядок більше, ніж у сталі! Правда, в даний час максимальна довжина нанотрубок становить десятки і сотні мікронів - що, звичайно, дуже велике за атомними масштабами, але замало для повсякденного використання. Однак довжина нанотрубок, одержуваних у лабораторії, поступово збільшується - зараз вчені вже впритул підійшли до міліметрового рубежу: див. роботу, де описано синтез багатошарової нанотрубки завдовжки 2 мм. Тому є всі підстави сподіватися, що незабаром вчені навчаться вирощувати нанотрубки завдовжки сантиметри і навіть метри! Безумовно, це сильно вплине на майбутні технології: адже "трос" завтовшки з людське волосся, здатний утримувати вантаж у сотні кілограм, знайде собі безліч застосувань.
Незвичайні електричні властивості нанотрубок зроблять їх одним із основних матеріалів наноелектроніки. Вже зараз створені досвідчені зразки польових транзисторів на основі однієї нанотрубки: прикладаючи напругу кількох вольт, що замикає, вчені навчилися змінювати провідність одношарових нанотрубок на 5 порядків!
Розроблено вже й кілька застосувань нанотрубок у комп'ютерній промисловості. Наприклад, створені та випробувані прототипи тонких плоских дисплеїв, що працюють на матриці з нанотрубок. Під дією напруги, що прикладається до одного з кінців нанотрубки, з іншого кінця починають випускатися електрони, які потрапляють на фосфоресціюючий екран і викликають свічення пікселя. Зображення, що виходить при цьому, буде фантастично малим: порядку мікрону!

http://brd.dorms.spbu.ru/nanotech/print.php?sid=44
Спроба сфотографувати нанотрубки за допомогою звичайного фотоапарата зі спалахом призвела до того, що блок нанотрубок при світлі спалаху видав гучну бавовну і, яскраво спалахнувши, вибухнув.
Приголомшені вчені стверджують, що несподівано відкритий феномен "вибухонебезпечності" трубок може знайти для цього матеріалу нові, абсолютно несподівані застосування - аж до використання як детонатори для підриву боєзарядів. А також, очевидно, поставить під сумнів чи ускладнить їхнє використання в окремих областях.

http://www.sciteclibrary.com/ukr/catalog/pages/2654.html
Відкривається перспектива для значного продовження ресурсу батарейок, що перезаряджаються.

http://vivovoco.nns.ru/VV/JOURNAL/VRAN/SESSION/NANO1.HTM
Вуглецеві нанотрубні структури – новий матеріал для емісійної електроніки.

http://www.gazetangn.narod.ru/archive/ngn0221/space.html
Ще в 1996 р було виявлено, що окремі вуглецеві нанотрубки можуть мимоволі звиватися в канатики з 100-500 волокон-трубочок, причому міцність цих канатиків виявилася більшою, ніж у алмазу. Точніше кажучи, вони в 10-12 разів міцніше і в 6 разів стали легшими. Ви тільки уявіть: нитка діаметром в 1 міліметр могла б витримати 20-тонний вантаж, у сотні мільярдів разів більший за її власну вагу! Ось із таких-то ниточок і можна отримати надміцні троси великої довжини. З так само легких і міцних матеріалів можна будувати і каркас ліфта - гігантську вежу заввишки три діаметра Землі. Нею і підуть на величезній швидкості пасажирські та вантажні кабіни - завдяки надпровідним магнітам, які знову ж таки будуть підвішені на канатах з вуглецевих нанотрубок. Колосальний вантажопотік у космос дозволить розпочати активне освоєння інших планет.
Якщо когось зацікавив цей проект, подробиці (російською мовою), можна переглянути, наприклад, на сайті http://private.peterlink.ru/geogod/space/future.htm. Тільки там немає жодного слова про вуглецеві трубки.
А на http://www.eunet.lv/library/win/KLARK/fontany.txt можна почитати роман Артура Кларка "Фонтани раю", який сам він вважав своїм найкращим твором.

http://www.inauka.ru/science/28-08-01/article4805
За оцінками фахівців, нанотехнології дозволять вже до 2007 року створити мікропроцесори, які будуть містити близько 1 мільярда транзисторів та зможуть працювати на частоті до 20 гігагерц при напрузі живлення менше 1 вольта.

Нанотрубковий транзистор
Створено перший транзистор, що складається цілком із вуглецевих нанотрубок. Тим самим відкривається перспектива заміни звичних кремнієвих чіпів більш швидкими, дешевшими та меншими за розміром компонентами.
Перший у світі нанотрубковий транзистор є нанотрубкою Y-подібної форми, яка веде себе подібно до звичного транзистора - потенціал, прикладений до однієї з «ніжок», дозволяє керувати проходженням струму між двома іншими. При цьому вольт-амперна характеристика нанотрубкового транзистора практично ідеальна: струм або тече, або ні.

http://www.pool.kiev.ua/clients/poolhome.nsf/0/a95ad844a57c1236c2256bc6003dfba8?OpenDocument
Відповідно до матеріалів статті, опублікованої 20 травня в науковому журналі Applied Physics Letters, фахівці IBM удосконалили транзистори на вуглецевих нанотрубках. В результаті експериментів з різними молекулярними структурами дослідники змогли досягти високої на сьогоднішній момент провідності для транзисторів на вуглецевих нанотрубках. Що провідність, то швидше працює транзистор і більше потужні інтегральні схеми можна побудувати з його основі. Крім того, дослідники виявили, що провідність транзисторів на вуглецевих нанотрубках більш ніж удвічі перевершує відповідний показник найшвидших кремнієвих транзисторів того ж розміру.

http://kv.by/index2003323401.htm
Група професора Каліфорнійського університету в Берклі Алекса Зеттла (Alex Zettl) зробила черговий прорив у галузі нанотехнологій. Вчені створили перший найменший моторчик наномасштабний на основі багатостінних нанотрубок, про що повідомляється в журналі "Nature" 24 липня. Вуглецева нанотрубка виконує свого роду роль осі, де монтується ротор. Максимальні розміри наномоторчика близько 500 нм, ротор має довжину від 100 до 300 нм, а ось нанотрубка-вісь має в діаметрі розмір всього кілька атомів, тобто. приблизно 5-10 нм.

http://www.computerra.ru/hitech/tech/26393/
Днями бостонська компанія Nantero виступила із заявою про розробку плат пам'яті принципово нового зразка, створених на основі нанотехнологій. Nantero Inc. активно займається розробкою нових технологій, зокрема, приділяє неабияку увагу пошуку способів створення енергонезалежної оперативної пам'яті (RAM) на основі вуглецевих нанотрубок. У своєму виступі представник компанії оголосив про те, що вони знаходяться за крок від створення плат пам'яті ємністю 10 Гб. У зв'язку з тим, що основу будівлі пристрою лежать нанотрубки, нову пам'ять пропонується називати NRAM (Nonvolatile (енергонезалежна) RAM).

http://www.ixs.nm.ru/nan0.htm
Одним із результатів проведеного дослідження стало практичне використаннявидатних властивостей нанотрубок для вимірювання маси частинок дуже малих розмірів. При розміщенні частинки, що зважується, на кінці нанотрубки резонансна частота зменшується. Якщо нанотрубка калібрована (тобто відома її еластичність), можна по зміщенню резонансної частоти визначити масу частки.

http://www.mediacenter.ru/a74.phtml
Серед перших комерційних застосувань буде додавання нанотрубок у фарби або пластмасу для надання цим матеріалам властивостей електропровідності. Це дозволить замінити у деяких виробах металеві деталі полімерними.
Вуглецеві нанотрубки – дорогий матеріал. Наразі CNI продає його за ціною 500 дол. за грам. До того ж технологія очищення вуглецевих нанотрубок - відокремлення хороших трубок від поганих - та спосіб введення нанотрубок в інші продукти вимагають удосконалення. Для вирішення деяких завдань може знадобитися відкриття нобелівського рівня, стверджує Джошуа Вольф, керуючий партнер венчурної фірми Lux Capital, що спеціалізується на нанотехнології.

Дослідники зацікавилися вуглецевими нанотрубками через їхню електропровідність, яка виявилася вищою, ніж у всіх відомих провідників. Вони також мають прекрасну теплопровідність, стабільні хімічно, відрізняються надзвичайною механічною міцністю (у 1000 разів міцніше сталі) і, що найдивовижніше, набувають напівпровідникових властивостей при скручуванні або згинанні. Для роботи їм надають форму обручки. Електронні властивості вуглецевих нанотрубок можуть бути як у металів або як напівпровідників (залежно від орієнтації вуглецевих багатокутників щодо осі трубки), тобто. залежать від їх розміру та форми.

http://www.ci.ru/inform09_01/p04predel.htm
Металеві провідні струми нанотрубки можуть витримувати щільності струму в 102-103 рази вище, ніж звичайні метали, а напівпровідникові нанотрубки можна електрично включати і вимикати за допомогою поля, що генерується електродом, що дозволяє створювати польові транзистори.
Вчені з IBM розробили метод так званого "конструктивного руйнування", який дозволив їм зруйнувати всі металеві нанотрубки і залишити неушкодженими напівпровідникові.

http://www.pr.kg/articles/n0111/19-sci.htm
Вуглецеві нанотрубки знайшли ще одне застосування у боротьбі за здоров'я людини – цього разу китайські вчені використовували нанотрубки для очищення питної води від свинцю.

http://www.scientific.ru/journal/news/n030102.html
Ми регулярно пишемо про вуглецеві нанотрубки, проте насправді існують і інші типи нанотрубок, що отримуються з різних напівпровідникових матеріалів. Вчені можуть вирощувати нанотрубки з точно заданою товщиною стіни, діаметром і довжиною.
Нанотрубки можуть бути використані як нанотрубопроводи для транспортування рідини, вони зможуть також грати роль наконечників для шприців з точно вивіреною кількістю нанокапель. Нанотрубки можуть застосовуватися як наносверла, нанопінцети, вістря для тунельних скануючих мікроскопів. Нанотрубки з досить товстими стінками і маленьким діаметром можуть служити опорами для нанооб'єктів, що підтримують, а нанотрубки з великим діаметром і тонкими стінками - виконувати роль наноконтейнерів і нанокапсул. Нанотрубки з сполук на основі кремнію, включаючи карбід кремнію, особливо хороші для виготовлення механічних виробів, оскільки ці матеріали міцні та еластичні. Також твердотільні нанотрубки можуть використовуватися в електроніці.

http://www.compulenta.ru/2003/5/12/39363/
Дослідницький підрозділ корпорації IBM повідомив про важливому досягненніу галузі нанотехнологій. Фахівцям IBM Research вдалося змусити світитися вуглецеві нанотрубки - надзвичайно перспективний матеріал, що лежить в основі багатьох нанотехнологічних розробок по всьому світу.
Світловипромінююча нанотрубка має діаметр всього 1,4 нм, тобто в 50 тисяч разів тонше за людське волосся. Це найменший в історії твердотільне світловипромінюючий пристрій. Його створення стало результатом програми вивчення електричних властивостей вуглецевих нанотрубок, що проводиться IBM протягом кількох останніх років.

http://bunburyodo.narod.ru/chem/solom.htm
Крім вже згаданого вище поки що далекого від здійснення створення металевих нанопроводів, популярна розробка так званих холодних емітерів на нанотрубках. Холодні емітери - ключовий елементплоского телевізора майбутнього, вони замінюють гарячі емітери сучасних електронно-променевих трубок, до того ж дозволяють позбутися гігантських і небезпечних розгінних напруг 20-30 кВ. При кімнатній температурі нанотрубки здатні випускати електрони, виробляючи струм такої ж щільності, як і стандартний вольфрамовий анод при майже тисячі градусів, та ще й при напрузі всього 500 В.

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/742.html
Високі значення модуля пружності вуглецевих нанотрубок дозволяють створити композиційні матеріалищо забезпечують високу міцність при надвисоких пружних деформаціях З такого матеріалу можна буде зробити надлегкі та надміцні тканини для одягу пожежників та космонавтів.
Для багатьох технологічних застосувань приваблива висока питома поверхня матеріалу нанотрубок. У процесі зростання утворюються випадковим чином орієнтовані спіралеподібні нанотрубки, що призводить до утворення значної кількості порожнин та порожнин нанометрового розміру. В результаті питома поверхня матеріалу нанотрубок досягає значень близько 600 м2/г. Настільки висока питома поверхня відкриває можливість їх використання у фільтрах та інших апаратах хімічних технологій.

http://www.1september.ru/ru/him/2001/09/no09_1.htm
Нанокабель від Землі до Місяця з одиночної трубки можна було б намотати на котушку розміром із макове зернятко.
За своєю міцністю нанотрубки перевершують сталь у 50-100 разів (хоча нанотрубки мають у шість разів меншу щільність). Модуль Юнга – характеристика опору матеріалу осьовому розтягуванню та стиску – у нанотрубок у середньому вдвічі вища, ніж у вуглецевих волокон. Трубки не тільки міцні, а й гнучкі, нагадують за своєю поведінкою не ламкі соломинки, а жорсткі гумові трубки.
Нитка діаметром 1 мм, що складається з нанотрубок, могла б витримати вантаж у 20 т, що у кілька сотень мільярдів разів більше за її власну масу.
Міжнародна група вчених показала, що нанотрубки можна використовувати для створення штучних м'язів, які при однаковому обсязі можуть бути втричі сильнішими за біологічні, не бояться високих температур, вакууму і багатьох хімічних реагентів.
Нанотрубки – ідеальний матеріал для безпечного зберігання газів у внутрішніх порожнинах. В першу чергу це відноситься до водню, який давно стали б використовувати як паливо для автомобілів, якби громіздкі, товстостінні, важкі і небезпечні при поштовхах балони для зберігання водню не позбавляли водень його головної переваги - великої кількості енергії, що виділяється на одиницю маси ( на 500 км пробігу автомобіля потрібно лише близько 3 кг Н2). Заповнювати "бензобак" із нанотрубками можна було б стаціонарно під тиском, а вилучати паливо - невеликим підігрівом "бензобака". Щоб перевершити звичайні газові балони за масовою та об'ємною щільністю запасеної енергії (маса водню, віднесена до його маси разом з оболонкою або до його об'єму разом з оболонкою), потрібні нанотрубки з порожнинами щодо великого діаметру - більше 2-3 нм.
Біологи зуміли ввести в порожнину нанотрубок невеликі протеїни та молекули ДНК. Це і метод отримання каталізаторів нового типу, і в перспективі спосіб доставки біологічно активних молекул і ліків до тих чи інших органів.

Інші форми вуглецю: графен, посилений – арматурний графен , карбін, алмаз, фулерен, вуглецеві нанотрубки, "віскерси".


Опис вуглецевих нанотрубок:

Вуглецеві нанотрубки – це вуглецева модифікація вуглецю, що є порожнистими циліндричними структурами діаметром від десятих до кількох десятків нанометрів і довжиною від одного мікрометра до кількох сантиметрів, що складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку графенових площин.

Вуглецеві нанотрубки є однією з алотропних форм вуглецю поряд з алмазом, графітом, графеном, фулереном, карбіном та ін.

Якщо дивитися на вуглецеву нанотрубку в мікроскоп із збільшенням у мільйон разів, то можна спостерігати порожнистий циліндр, поверхня якого формується безліччю шестикутних багатокутників. На вершині рівностороннього багатокутника розташовується атом вуглецю. Вуглецева нанотрубка візуально нагадує аркуш паперу згорнутий у трубку, тільки замість паперової поверхні слід розглядати графітову (точніше – графенову) площину. У науковому середовищі циліндричну площину трубки прийнято називати графеновою. Товщина графенової площини не перевищує один атом вуглецю.

Довжина вуглецевої нанотрубки може досягати кількох сантиметрів. Деяким ученим вдалося синтезувати вуглецеві нанотрубки довжиною 20 см. Для отримання довших структур їх можна сплести в нитки необмеженої довжини.

Фізичні властивостінанотрубок перебувають у прямій залежності від хіральності (особливість найдрібніших частинок речовини не накладатися повністю на своє дзеркальне відображення). Ступінь хіральності визначається залежністю, що існує між спеціальними індексами хіральності (n, m) та деяким кутом згортання трубки (α).

Індекси хіральності (n, m) при цьому є координатами радіус-вектора R заданої на графеновій площині косоугольной системі координат, що визначає орієнтацію осі трубки щодо графенової площини та її діаметр. Індекси (n, m) вказують місцезнаходження того шестикутника сітки, який у результаті згортання трубки повинен збігтися з шестикутником на початку координат.


Види та класифікація вуглецевих нанотрубок:

Залежно від індексів хіральності розрізняють: прямі, зубчасті, зигзагоподібні та спіральні вуглецеві нанотрубки.

За кількістю графенових шарів вуглецеві нанотрубки діляться на одношарові (одностінні) і багатошарові (багатостінні).

Найпростіший вид нанотрубок містить один шар. Діаметр одношарових нанотрубок може становити один нанометр, довжина – перевищувати попередній варіант у тисячі разів. Одношарову нанотрубку нерідко ототожнюють з «викрійкою» графена, що має сіточну структуру і складається з незліченної множини правильних багатокутників.

Багатошарові нанотрубки містять кілька шарів графену. Вони характеризуються широким розмаїттям форм і. Причому різноманітність структур проявляється як у поздовжньому, і у поперечному напрямі. Тут виділяються такі типи:

– нанотрубки як сукупності коаксіально вкладених друг в друга циліндричних трубок, т.зв. тип «російська матрьошка» (russian dolls),

- Нанотрубки у вигляді сукупності вкладених один в одного коаксіальних (шестигранних) призм,

- Нанотрубки у вигляді сувоя (scroll).

Відстань між сусідніми графеновими шарами становить 0,34 нм, як у звичайному графіті.

За типом торців вуглецеві нанотрубки бувають:

- Відкриті,

- Закриті (що закінчуються напівсферою, яка може розглядатися як половина молекули фулерену).

За електронними властивостями вуглецеві нанотрубки поділяються на:

– металеві. Різниця індексів хіральності (n - m) ділиться на 3 або індекси рівні між собою,

- Напівпровідникові. Інші значення індексів хіральності (n та m).

Тип провідності нанотрубок залежить від своїх хиральности, тобто. від групи симетрії, яких належить конкретна нанотрубка, причому він підпорядковується простому правилу: якщо індекси нанотрубки рівні між собою або їх різниця ділиться на три, нанотрубка є напівметалом, в будь-якому іншому випадку вони виявляють напівпровідникові властивості.

Властивості та переваги вуглецевих нанотрубок:

– мають адсорбційні властивості.Можуть зберігати різні гази, наприклад, водень . Потрапивши всередину атоми і молекули не можуть вийти назовні, т.к. кінці трубки запаюються, а пройти через графенові площини циліндра вони можуть, т.к. вуглецеві решітки занадто вузькі для більшості атомів,

– мають капілярний ефект. Вуглецеві нанотрубки відкритим кінцем втягують рідкі речовини і розплавлені метали,

– покращення експлуатаційних характеристик інших матеріалів при додаванні до їх структури,

- Висока міцність. Вуглецеві нанотрубки міцніші за кращі марки стали в 50-100 разів,

– мають у шість разів меншу щільність, ніж звичайна сталь.Це означає, що матеріали на основі вуглецевих нанотрубок при однаковому обсязі будуть у десятки разів міцніші. Нанокабель довжиною від Землі до Місяця, що складається з однієї вуглецевої нанотрубки, можна намотати на котушку розміром з макове зернятко,

– модуль Юнга у вуглецевихнанотрубок вдвічі вищий, ніж у звичайних вуглецевих волокон,

- невелика нитка з вуглецевих нанотрубок діаметром 1 мм витримує вантаж вагою 20 тонн, що в сотні мільярдів разів більше за її власну масу,

- Висока вогнестійкість,

– рекордно висока питома поверхня – до 2 600 м 2 /г,

- Висока гнучкість. Їх можна розтягувати, стискати, скручувати та ін., не побоюючись при цьому пошкодити їх якимось чином. Вони нагадують жорсткі гумові трубки, які рвуться і ламаються при різних механічних навантаженнях. Однак під дією механічних напруг, що перевищують критичні, нанотрубки не тільки не рвуться і не ламаються, а просто перебудовуються, зберігаючи при цьому високу міцність, гнучкість, інші механічні та електричні властивості,

- Висока стійкість до зношування.Багаторазова деформація (тисячі та десятки тисяч циклів скручування/розкручування, стиснення/розтягування за хвилину) нанотрубок жодним чином не впливає на їхню міцність, на їхню електро- та теплопровідність. Якісь ознаки деформації або зносу при цьому відсутні,

- Підвищена електро-і теплопровідність. Провідність міді як кращого металевого провідника таблиці Д.І. Менделєєва, у 1000 разів гірше, ніж у вуглецевих нанотрубок. При цьому електропровідність трубок залежить від індексу хіральності. В одних випадках нанотрубки можуть бути напівпровідниками, в інших виявляти властивості практично ідеальних провідників. В останньому випадку через нанотрубки можна пропускати електричний струм величиною 10 7 А/см 2 і при цьому вони не виділятимуть тепло (у той час як звичайний провідник з міді відразу випарувався),

– взаємний зв'язок між електричними та механічними властивостями,

– токсичність та канцерогенність, аналогічна азбестовим волокнам. Разом з тим, токчичність і канцерогенність нанотрубок (як і волокон азбесту) дуже різна і залежить від діаметра і типу волокон. На сьогоднішній день продовжуються дослідження з питання біологічної сумісності нанотрубок з живими організмами. У всякому разі при роботі з нанотрубками слід дотримуватись заходів безпеки, і в першу чергу забезпечити захисту органів дихання та органів травлення,

– виявляють мемристорний ефект,

– займають проміжне положення між кристалами та окремими атомами. Тому застосування вуглецевихнанотрубок сприятиме мініатюризації пристроїв,

– за допомогою вуглецевих нанотрубок можна створювати напівпровідникові гетероструктури, тобто. структури типу «метал/напівпровідник» або стик двох різних напівпровідників,

– володіючи підвищеною теплопровідністю, ефективно розсіюють тепло,

- ловлять радіохвилі частотою від 40 до 400 МГц (звичайні АМ і FМ хвилі), а потім підсилюють і передають їх,

- Гідрофобні. Відштовхують воду.

Фізичні властивості вуглецевих нанотрубок:

Отримання вуглецевих нанотрубок:

До найефективніших методів синтезу нанотрубок відносяться:

- лазерна абляція,

- Хімічний осадження підкладки з газового середовища під дією каталізатора при температурі 700°С (CVD).

- Термічне розпилення графітового електрода в плазмі дугового розряду в атмосфері гелію.

Однак в результаті даних методів виходить суміш різних вуглецевих нанотрубок: багатостінних і одностінних, з різними діаметрами, з різними індексами хіральності і відповідно з різними властивостями. Тому виникає серйозна технічна проблемавиділення нанотрубок із заданими параметрами.

Застосування вуглецевих нанотрубок:

- Мікроелектроніка,

- Іоністори (ультраконденсатори, суперконденсатори),

- Технічний текстиль,

- радіопоглинаючі покриття,

- автомобільні деталі,

- зонди для атомно-силового мікроскопа,

- Елементи живлення тривалого терміну експлуатації,

– структурні композитні матеріали з покращеними експлуатаційними характеристиками,

- протиобертальні фарби (для захисту підводних частин суден),

– провідні пластмаси,

- Плоскі дисплеї,

- Штучні м'язи. Штучний м'яз із скручених ниток вуглецевих нанотрубок з додаванням парафіну в 85 разів сильніший за людську,


отримання реакції заміщення виробники типи відкриття механічні властивості та застосування щільність вивчення властивостей розміри функціоналізація виробництво структура методи способи отримання вуглецевих нанотрубок
багатошарові багатостінні вуглецеві нанотрубки
як зробити вуглецеву нанотрубку

Коефіцієнт затребуваності 2 374

Ще одним класом кластерів були подовжені циліндричні вуглецеві утворення, які пізніше, після з'ясування їхньої структури, назвали " вуглецевими нанотрубками(УНТ). УНТ є великими, іноді навіть надвеликими (понад 10 6 атомів) молекулами, побудованими з атомів вуглецю.

Типова структурна схемаодношаровий УНТ та результат комп'ютерного розрахунку її молекулярних орбіталей показано на рис. 3.1. У вершинах всіх шестикутників і п'ятикутників, зображених білими лініями, розташовані атоми вуглецю в стані sp 2 -гібридизації. Для того, щоб структура каркасу УНТ була добре помітна, атоми вуглецю тут не показані. Але їх не важко собі уявити. Сірим тоном показаний вид молекулярних орбіталей бічної поверхні УНТ.

Рис 3.1

Теорія показує, що структуру бічної поверхні одношарової УНТ можна уявити як згорнутий в трубку один шар графіту. Зрозуміло, що згортати цей шар можна лише в тих напрямках, при яких досягається поєднання гексагональної решітки самої із собою при замиканні циліндричної поверхні. Тому УНТ мають лише певний набір діаметрів та класифікуються. повекторів, що вказують напрямок згортання гексагональних ґрат. Від цього залежить як зовнішній вигляд, і варіації властивостей УНТ. Три типові варіанти показані на рис.3.2.

Набір можливих діаметрів УНТ перекриває діапазонвід дещо менше 1 нм до багатьох десятків нанометрів. А довжинаУНТ може сягати десятків мікрометрів. Рекордні поДовжина УНТ вже перевершила кордон в 1 мм.

Досить довгі УНТ (коли їх довжинанабагато більше діаметра) можна розглядати як одновимірний кристал. На них можна виділити "елементарну комірку", яка багаторазово повторюється вздовж осі трубки. І це відбивається на деяких властивостях довгих вуглецевих нанотрубок.

Залежно від вектора згортання графітового шару (фахівці кажуть: хіральностіНанотрубки можуть бути як провідниками, так і напівпровідниками. УНТ так званої "сідлової" структури завжди мають досить високу, "металеву" електропровідність.


Мал. 3.2

Різними можуть бути і кришки, що замикають УНТ на торцях. Вони мають форму "половинок" різних фулеренів. Основні їх варіанти показано на рис. 3.3.

Мал. 3.3 Основні варіанти "кришок" одношарової УНТ

Існують також і багатошарові УНТ. Деякі з них схожі на графітовий шар, згорнутий у сувій. Але більшість складається із вставлених одна в одну одношарових трубок, пов'язаних між собою силами ван дер Ваальса. Якщо одношарові УНТпрактично завжди закриті кришками, то багатошарові УНТбувають і частково відкритими. На них зазвичай спостерігається набагато більше дрібних дефектів структури, ніж на одношарових УНТ. Тому для застосування в електроніці перевагу поки що віддають останнім.

УНТ виростають як прямолінійними, а й криволінійними, зігнутими з утворенням " коліна " , і навіть повністю згорнутими як подоби тора. Нерідко кілька УНТ міцно з'єднані між собою та утворюють "джгути".

Матеріали, що використовуються для нанотрубок

Розвиток методів синтезу вуглецевих нанотрубок (УНТ) йшло шляхом зниження температур синтезу. Після створення технології отримання фулеренів було виявлено, що при електродуговому випаровуванні графітових електродів поряд з утворенням фулеренів утворюються протяжні циліндричні структури. Мікроскопіст Суміо Ііджіма, використовуючи електронний мікроскоп (ПЕМ), що просвічує, першим ідентифікував ці структури як нанотрубки. До високотемпературних методів одержання УНТ належать електродуговий метод. Якщо випарувати графітовий стрижень (анод) в електричній дузі, то на протилежному електроді (катоді) утворюється жорсткий вуглецевий наріст (депозит) в м'якій серцевині якого містяться багатостінні УНТ з діаметром 15-20 нм і довжиною понад 1 мкм.

Формування УНТ із фулеренової сажі при високотемпературному тепловому впливі на сажу вперше спостерігали Оксфордська та Швейцарська групи. Установка для електродугового синтезу металомістка, енерговитратна, але універсальна для одержання різних типів вуглецевих наноматеріалів. Істотною проблемою є нерівноважність процесу при горінні дуги. Електродуговий метод свого часу прийшов зміну методу лазерного випаровування (абляції) променем лазера. Установка для абляції є звичайною піч з резистивним нагріванням, що дає температуру 1200°С. Щоб отримати в ній більш високі температури, достатньо помістити в піч мішень з вуглецю і направити на неї лазерний промінь, поперемінно скануючи всю поверхню мішені. Так група Смоллі, використовуючи дорогі установки з короткоімпульсним лазером, отримала в 1995 р. нанотрубки, значно спростивши технологію їх синтезу.

Проте вихід УНТ залишався низьким. Введення в графіт невеликих добавок нікелю та кобальту (по 0.5 ат.%) дозволило збільшити вихід УНТ до 70-90%. З цього моменту розпочався новий етап уявлення про механізм утворення нанотрубок. Стало очевидним, що метал є каталізатором зростання. Так з'явилися перші роботи з отримання нанотрубок низькотемпературним методом - методом каталітичного піролізу вуглеводнів (CVD), де як каталізатор використовувалися частинки металу групи заліза. Один з варіантів установки з отримання нанотрубок і нановолокон CVD методом являє собою реактор, який подається інертний газ-носій, каталізатор і вуглеводень, що відносить, в зону високих температур.

Спрощено механізм зростання УНТ ось у чому. Вуглець, що утворюється при термічному розкладанні вуглеводню, розчиняється у наночастинці металу. При досягненні високої концентрації вуглецю в частинці на одній із граней частинки-каталізатора відбувається енергетично вигідне "виділення" надлишкового вуглецю у вигляді перекрученої напівфулеренової шапочки. Так зароджується нанотрубка. Вуглець, що розклався, продовжує надходити в частинку каталізатора, і для скидання надлишку його концентрації в розплаві потрібно постійно позбавлятися від нього. Півсфера, що піднімається (напівфулерен) з поверхні розплаву, захоплює за собою розчинений надлишковий вуглець, атоми якого поза розплавом утворюють зв'язок С-С, Що являє собою циліндричний каркас-нанотрубку

Температура плавлення частки у нанорозмірному стані залежить від її радіусу. Чим менший радіус, тим нижча температура плавлення, внаслідок ефекту Гіббса-Томпсона. Тому наночастинки заліза з розміром близько 10 нм знаходяться в розплавленому стані нижче 600°С. На даний момент здійснено низькотемпературний синтез УНТ методом каталітичного піролізу ацетилену у присутності частинок Fe при 550°С. Зниження температури синтезу має негативні наслідки. При нижчих температурах виходять УНТ з більшим діаметром (близько 100 нм) та сильно дефектною структурою типу «бамбук» або «вкладені наноконуси». Отримані матеріали складаються тільки з вуглецю, але до екстраординарних характеристик (наприклад, модуль Юнга), що спостерігаються у одностінних вуглецевих нанотрубок, одержуваних методом лазерної абляції або електродуговим синтезом, вони навіть близько не наближаються.