Недавно семейство новых углеродных материалов пополнилось новым представителем. Это гибкие цилиндрические структуры диаметром от 40 до 100 мкм и длиной до 1 см, синтезированные группой исследователей из нескольких американских лабораторий совместно с Шанхайским университетом (Китай) методом химического осаждения паров (CVD)

В качестве прекурсора использовали смесь этилена с парафиновым маслом. Пары этой смеси вместе с потоком Ar + H₂ (94:6) подавались в камеру синтеза, поддерживаемую при температуре между 750 и 850^о С. В типичных условиях синтеза, проводимого без использования катализаторов, поток этилена составлял 80 см³мин (в пересчете на нормальные условия), а поток носителя поддерживали на уровне 120 см³/мин.

На микрофотографиях продуктов синтеза видны трубки диаметром около 50 мкм с толщиной стенок примерно 1,4 мкм. Внешняя поверхность трубок покрыта частицами аморфного углерода, количество которых возрастает по мере увеличения длительности синтеза. Как показывают наблюдения, выполненные с помощью сканирующего электронного микроскопа, стенки трубок содержат поры в виде столбиков прямоугольной формы высотой 1,2 мкм и поперечником от 0,5 до 2 мкм. Поры отделены друг от друга стенками толщиной около 100 нм. Эти стенки имеют многослойную графитовую структуру с расстоянием между слоями 0,34 нм, как у кристаллического графита и многослойных нанотрубок.

Выполненная на основании структурных измерений оценка плотности материала, составленного из таких трубок, равна 11 мг/см³, что соответствует плотности углеродной нанопены. Плотность стенок таких трубок оценена величиной 116 мг/см³. Исследования механических свойств синтезированных трубок, выполненные стандартным методом, показали, что прочность на растяжение этих нитей около 6,9 ГПа. Учитывая крайне низкую плотность материала, можно заключить, что синтезированные трубки обладают рекордной удельной прочностью, которая более чем на два порядка превышает прочность хлопковых нитей.

Результаты измерения температурной зависимости электропроводности синтезированных трубок приведены на рис. 1. Абсолютная проводимость синтезированных трубок примерно на порядок превышает величины, измеренные для нановолокон. Возрастающий характер зависимости указывает на полупроводниковую природу проводимости трубок.

Рис. 1. Температурная зависимость коэффициента электропроводности углеродной трубки большого диаметра

Сочетание высоких механических и электрических свойств с чрезвычайно низким удельным весом делает новый материал весьма привлекательным для широкого круга приложений в качестве элемента микроэлектромеханических систем, в медицине, в текстильной промышленности и т. п.

А. Елецкий

• H.Peng et al., Phys. Rev. Lett. 101, 145501 (2008)