Специалисты из Научно-исследовательского института компании Honda, Университета Пердью и Луисвиллского университета (все — США) научились настраивать параметры процесса выращивания нанотрубок таким образом, чтобы подавляющее большинство полученных структур обладало либо металлическими, либо полупроводящими свойствами.

Kак известно, параметры однослойных нанотрубок во многом определяются тем, каким именно образом «сворачиваются» в ходе их формирования углеродные плоскости. Процесс выращивания нанотрубок проходит в вакуумной камере: расположенные внутри нее на подложке частицы железа нагревают приблизительно до 800 ˚C и пускают газ — метан. Со временем железо оказывается перенасыщено углеродом, высвобожденным из газа, и начинается формирование нанотрубок.

Авторы обнаружили, что незначительное модифицирование этой методики (перед началом синтеза в камеру нагнетались пары воды и гелий или аргон) позволяет получать наноструктуры с заданными проводящими свойствами.

Команда ученых Университета Пурду под руководством Эрика Стача (Eric Stach) занималась разработкой новой технологии формирования и изготовления углеродных нанотрубок, используя специализированное оборудование, включая трансмиссионный электронный микроскоп. Затем, используя разработанную технологию, Луисвилльские исследователи изготовили большие количества нанотрубок и провели высокоточные измерения удельной электропроводности. В экспериментах было продемонстрировано контролируемое изменение доли нанотрубок, которые обнаруживают металлические свойства, от 33 до 91 процента.

При использовании аргона и гелия частицы железа, как нетрудно заметить, принимают разные формы (иллюстрация авторов работы)

Доктор Аветик Харитьюньян (Avetik Harutyunyan), ученый Научно-Исследовательского института компании Хонда в США, рассказал:

Проведенные эксперименты показали, что можно заставить углерод нанотрубок приблизиться к металлическому состоянию. Здесь играют важную роль размеры и форма металлических нанокатализаторов, на которых выращиваются нанотрубки, форма и кристаллографическая структура нанотрубок. И мы научились всем этим эффективно управлять».

Для того чтобы объяснить эти результаты, ученые зафиксировали процесс синтеза с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Как оказалось, свойства нанотрубок сильно зависят от характеристик наночастиц-катализаторов: при использовании гелия последние принимают своеобразную форму с четкими гранями, а в атмосфере аргона грани «стираются», и размер частиц железа изменяется. Роль воды осталась невыясненной; по предположению авторов, она каким-то образом способствует формированию граней.