Деформация нанотрубок меняет их электроводимость

Ученые доказали, что структурные и проводящие свойства нанотрубок можно изменять, растягивая их. За счет этого можно расширить область их применения в электронике и высокоточной сенсорике, например, микропроцессорах и высокоточных датчиках. Статья о проведенном исследовании опубликована в журнале Ultramicroscopy.

Углеродная нанотрубка может быть представлена в виде свёрнутого особым образом листа графена. Существуют различные способы «сворачивания», благодаря которым края графена соединяются между собой под разными углами, образуя в итоге кресельные, зигзагообразные или хиральные нанотрубки. Благодаря высокой электропроводности нанотрубки можно использовать, например, в микропроцессорах и высокоточных датчиках. Однако на этапе производства углеродных нанотрубок очень трудно контролировать их проводимость. В одном массиве могут вырасти нанотрубки и с металлическими, и с полупроводниковыми свойствами.

Ученые предложили способ, позволяющий модифицировать структуру уже готовых нанотрубок и изменять таким образом их проводящие свойства. «Основа нанотрубки – свёрнутый слой графена – представляет собой сетку из правильных шестиугольников, в вершинах которых расположены атомы углерода. Если одну из углеродных связей в нанотрубке повернуть на 90°, вместо шестиугольников на этом месте сформируются пятиугольник и семиугольник, и получится так называемый дефект Стоуна-Уэйлса. Такой дефект может возникнуть в структуре, при определённых условиях, – рассказывает один из авторов работы, доцент МИСиС Павел Сорокин. – Еще в конце 90-х было предсказано, что миграция этого дефекта по стенкам сильно нагретой нанотрубки при приложении к ней механического напряжения может привести к изменению её структуры – последовательной смене хиральности нанотрубки, что ведёт к изменению её электронных свойств. Ранее не было получено экспериментальных подтверждений этой гипотезы».

Ученые смоделировали эксперимент на атомном уровне. Сначала нанотрубки удлинялись до образования первого структурного дефекта, состоящего из двух пятиугольников и двух семиугольников. Если трубку продолжать удлинять, этот дефект начинал «расползаться» в стороны, перестраивая другие углеродные связи. Именно на этом этапе изменялась структура нанотрубок. При дальнейшем удлинении начинали формироваться все новые и новые дефекты, приводя в конечном итоге, к изменению проводимости нанотрубок.

Предложенная учеными технология способна помочь в преобразовании структуры «металлических» нанотрубок для их последующего применения в полупроводниковой электронике и сенсорике – например, для микропроцессоров и сверхчувствительных датчиков.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.