Как известно, углеродные нанотрубки (УНТ) можно заполнять молекулами фуллеренов. Образующиеся при этом структуры, получившие название «стручки», обладают интересными физико-химическими свойствами, привлекающими интерес со стороны исследователей.

Молекулы фуллеренов, находящиеся внутри УНТ, составляют одномерную цепочку, которую невозможно реализовать ни в каких других условиях. Особенности поведения подобных цепочек имеют большое значение не только с фундаментальной, но также и с прикладной точки зрения, поскольку стручки, содержащие молекулы фуллеренов, с атомом азота внутри каждой из них, рассматриваются в качестве элемента квантового компьютера, разработка которого составляет одно из наиболее актуальных направлений современной нанотехнологии.

Интересные особенности были обнаружены в результате исследования, выполненного группой ученых из нескольких японских университетов, которые обнаружили эффект полимеризации фуллеренов, находящихся внутри УНТ в результате воздействия внешнего давления. Образцы однослойных УНТ диаметром 1,4 – 1,5 нм получали стандартным методом лазерной абляции. Молекулы фуллерена С₆₀ вводили внутрь раскрытых нанотрубок в результате длительного нагрева в отпаянной кварцевой ячейке. Наблюдения, выполненные с помощью просвечивающего электронного микроскопа, показли, что степень заполнения УНТ молекулами фуллерена С₆₀ превышает 80%.

Рис. 1. Фуллерены внутри нанотрубки (гороховый стручек)

Полученные стручки вводили в смесь метилового и этилового спирта (отношение 4:1) и подвергали обработке давлением с помощью алмазной наковальни. При этом проводили рентгеновские дифрактометрические измерения, позволившие определить внутреннюю структуру стручка. Результаты измерений указывают на эффект резкого уменьшения среднего расстояния между молекулами фуллерена С60 внутри стручка от 1 до 0,85 нм при достижении давления около 2 ГПа.

Это соответствует расстоянию между поверхностями соседних молекул фуллеренов около 0,145 нм, которое примерно в 2,4 раза меньше соответствующей величины для кристаллического фуллерита и сопоставимо с расстоянием между соседними атомами углерода в молекуле фуллерена. Подобная внутренняя структура стручка частично сохраняется после снятия нагрузки. Это указывает на эффект полимеризации молекул фуллеренов в стручке, которые образуют тем самым одномерный полимер.

А.В.Елецкий