Углеродная
нанотрубка – это одна длинная молекула в виде цилиндра, и прочность
нити, которая изготовлена из такой молекулы, определяется уже
не межмолекулярным, а куда более сильным межатомным взаимодействием.
Разница между ними – примерно как между прочностью лески и такой же
по диаметру разлохмаченной шерстяной нитки. Теоретически, нанотрубки
могут стать основой для материалов в десятки раз прочней стали.
Нецелевое использование спирта
Согласно публикации в журнале NanoLetters, физикам из нескольких
китайских исследовательских центров удалось доработать технологию,
которой пользовались ученые по всему миру – технологию химического
осаждения атомов углерода из газовой среды.
Цуньшень Ванг
(Xueshen Wang) и его коллеги использовали смесь веществ, которые многим
известны отнюдь не в качестве химреактивов: свои рекордные нанотрубки
китайцы вырастили в атмосфере паров спирта и воды. Правда, эти вещества
находились в несколько нестандартных по алкогольным меркам пропорциях:
4 части спирта на 1 часть воды.
Кроме того, китайские ученые
использовали водород, продуваемый через специальный реактор, а также
сверхтонкий порошок железа и молибдена – это были зерна для затравки
реакции. Также пригодилась им пленка из обычных, меньшей длины,
нанотрубок, – для эффективного удаления «мусора» в виде растущих
в неправильных направлениях углеродных цилиндров вкупе с аморфным
и потому неинтересным углеродом.
Новые возможности для микроэлектроники
Электрические свойства новых нанотрубок уже обратили на себя внимание:
рекордные трубки проводят ток одинаково хорошо по всей длине. Причем,
как и полагается углеродным нанотрубкам, они обладают
полупроводниковыми свойствами, из одного экспериментального образца
даже удалось сделать сразу сотню транзисторов. С одинаковыми, как и
ожидалось, параметрами – и здесь, возможно, кроется основа
для переворота в микроэлектронике.
Что же касается свойств
механических, то о них ученые ничего даже не говорят: пока длинные
нанотрубки получены не в том количестве, чтобы думать о возможности их
использования в качестве, например, тросов для создания орбитального
лифта, который мог бы вместо ракет поднимать грузы и людей в космос.
Кстати, на нанотрубках (небольшой длины) уже придумана и компьютерная
память. Причем с очень высокой стабильностью хранения, с ее внедрением,
возможно, про «битые» файлы можно будет забыть.
Лифт на орбиту остается мечтой
Идея орбитального лифта проста: если взять трос, прикрепить его
к Земле, привязать груз и выбросить его на высоту в 36 тысяч
километров, то трос не упадет обратно, а повиснет. На привязанный груз
будет действовать достаточная для компенсации силы гравитации
центробежная сила: точно так же можно раскрутить вокруг пальца веревку
с привязанной гайкой. Главное – хватило бы прочности троса… и вот тут
у космического лифта начинаются проблемы.
Расчеты показывают,
что для лифта необходима прочность не менее 65 гигапаскалей – то есть
нить сечением 1 квадратный миллиметр должна держать хотя бы 650 кг.
Тонкая леска из такого материала должна поднимать взрослого человека,
а веревка толщиной с бельевую – тянуть товарный состав. Пока таких
материалов попросту нет.
Кварцевое волокно выдерживает 200 кг
на квадратный миллиметр, но это, увы, пока предел. Другое дело
нанотрубки, они, теоретически, могут держать и больше тонны… но только
в теории. Потому как получить достаточно длинные углеродные трубки
с толщиной стенок в один атом не удавалось до сих пор.
Многоликий углерод
Из всего множества разнообразных форм углерода вплоть до середины XX
века во всех учебниках фигурировали главным образом графит и алмаз –
один из самых мягких и самый твердый минералы имели в точности
одинаковый химический состав. Естественно, кроме графита и алмаза была
еще известна и сажа – аморфная форма, в которой нет определенной
кристаллической решетки. На этих трех все знание о многообразии форм
углерода и заканчивалось.
Но потом начались открытия. В начале
1960-х химиками из СССР был синтезирован карбин – уложенные параллельно
цепочки из атомов. Затем, в 1966 году, появился лонсдейлит –
нестандартная форма алмаза, а значительно позже – посрамление алмаза,
лонсдейлит, оказавшийся в полтора раза тверже.
Фуллерен –
полые сферы – открыт в 1985 году. Нанотрубки – примерно тогда же, их
появление принесло в научную среду споры о том, кто же именно увидел их
первым. Графен – лист толщиной в один атом – появился в 2004-м… и это
еще не все.
В 2008 году появились «гигантские» нанотрубки
диаметром (но не длиной!) в тысячи раз больше обычных. И, судя
по всему, физика и химия углерода на этом останавливаться не собирается.
