Marianna Kharlamova del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell'Università Statale di Mosca Lomonosov ha esaminato diversi tipi di "ripieni" di nanotubi di carbonio e li ha classificati in base all'influenza sulle proprietà dei nanotubi. Il lavoro del ricercatore è stato pubblicato sulla rivista Progressi nella scienza dei materiali .

"È stato condotto uno studio sistematico dettagliato di 430 opere, la maggior parte dei quali è stata pubblicata negli ultimi cinque anni, poiché l'area oggetto di studio si sta attivamente sviluppando, " dice Kharlamova. Oltre alla sistematizzazione analitica dei dati esistenti, l'autore ha considerato la teoria delle bande dei solidi, le basi teoriche di tali studi, che descrive l'interazione degli elettroni in un solido.

Le mille facce del carbonio:diamanti, palle, tubi

Il carbonio esiste in diverse modificazioni allotropiche, e può essere trovato in diverse strutture. Forma carbone e nerofumo, diamante, grafite, grafene, fullereni e altri. La chimica organica è basata sul carbonio, che costituisce la spina dorsale delle molecole organiche. Nei diamanti, gli atomi di carbonio sono allineati in posizioni rigorosamente specificate in un reticolo cristallino, che porta alla sua durezza. In grafite, gli atomi di carbonio sono disposti in strati esagonali simili a favi. Ogni strato interagisce debolmente con i livelli sopra e sotto, quindi il materiale si separa facilmente in scaglie che sembrano segni di matita su carta. Uno di questi strati di esagoni arrotolati in un tubo è un nanotubo di carbonio.

Un nanotubo a parete singola comprende un singolo strato arrotolato, e un nanotubo a più pareti ricorda una matrioska russa, costituito da più tubi concentrici. Il diametro di ogni tubo è di pochi nanometri, e la lunghezza è fino a diversi centimetri. Le estremità dei tubi sono chiuse da "tappi" emisferici - metà delle molecole di fullerene - i fullereni sono un'altra forma di carbonio elementare simile a palloni da calcio cuciti insieme da esagoni e pentagoni. Fare e riempire il nanotubo di carbonio è molto più impegnativo che farcire un ricciolo di wafer, ad esempio. Per personalizzare queste strutture, gli scienziati utilizzano tecniche di ablazione laser, dispersione termica in una scarica ad arco o deposizione di vapore di idrocarburi dalla fase gassosa.

SWNT non è un cookie

Cosa c'è di così speciale in loro, poi? Le proprietà della grafite, compresa la conduttività elettrica, duttilità, e lucentezza metallica, ricordano i metalli. Ma le proprietà dei nanotubi di carbonio sono molto diverse. Hanno applicazioni in elettronica (come componenti di potenziali dispositivi nanoelettronici:porte, dispositivi di memoria e trasmissione dati, ecc.) e biomedicina (come contenitori per la somministrazione mirata di farmaci). La conduttività dei nanotubi di carbonio può essere modificata a seconda dell'orientamento degli esagoni di carbonio rispetto all'asse del tubo, su ciò che è incluso nella sua parete oltre al carbonio, su cui atomi e molecole sono attaccati alla superficie esterna del tubo, e di cosa sono pieni. Inoltre, i nanotubi di carbonio a parete singola (o SWNT) sono sorprendentemente a prova di strappo e rifrangono la luce in un modo particolare.

Kharlamova è stata la prima a classificare i tipi di "ripieni" di nanotubi in base al loro impatto sulle proprietà elettroniche degli SWNT. L'authMarianna o considera un metodo particolare per riempire gli SWNT come il più promettente per adattare le loro proprietà elettroniche.

"Ciò è dovuto a quattro ragioni principali, " dice Kharlamova. "In primo luogo, la gamma di sostanze che possono essere incapsulate nei canali SWNT è ampia. Secondo, introdurre le sostanze di diversa natura chimica nei canali SWNT, sono stati sviluppati diversi metodi, dalla fase liquida (soluzione, sciolto), la fase gassosa, usando il plasma, o da reazioni chimiche. Terzo, come risultato del processo di incapsulamento, è possibile ottenere un riempimento efficiente dei canali SWNT, che porta a cambiamenti significativi nella struttura elettronica dei nanotubi. Finalmente, la trasformazione chimica delle sostanze incapsulate consente di controllare il processo di personalizzazione delle proprietà elettroniche degli SWNT selezionando un materiale di partenza appropriato e le condizioni della reazione nanochimica."

La stessa autrice ha condotto studi sperimentali sul riempimento di nanotubi con 20 sostanze semplici e composti chimici, e ha rivelato l'influenza del "ripieno" sulle proprietà elettroniche dei nanotubi. Ha trovato la correlazione tra la temperatura di formazione dei tubi interni e il diametro dei tubi esterni, e spiegato quali fattori influenzano il grado di riempimento dei nanotubi.