Возможности тонких пленок из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) с полупроводниковыми свойствами чрезвычайно привлекательны для многих приложений в электронике. При этом, однако, важным элементом технологии является селекция ОУНТ по определенным признакам. Существующие методы производства ОУНТ не позволяют выделять один определенный тип углеродных нанотрубок, а присутствие ОУНТ с металлическими свойствами, например, сводит на нет многие электронные приложения.

Углеродные нанотрубки приобрели славу одного из самых перспективных материалов нанотехнологий 21 столетия. Так называют особые многоатомные структуры, которые в 1991 году первым синтезировал из графита японский химик Сумио Иижима. Любая нанотрубка представляет собой цилиндр с сетчатыми однослойными или многослойными стенками, образованными атомами углерода. Диаметр нанотрубок измеряется нанометрами или десятками нанометров, а длина доходит до нескольких миллиметров.

Изображение углеродных нанотрубок до процесса селекции и после него (DuPont Corp.)

Нанотрубки могут обладать как металлическими, так и полупроводниковыми свойствами – какими именно, зависит от их внутренней геометрии. Современные технологии заинтересованы и в тех, и в других, но по-разному. Металлические нанотрубки выдерживают токи очень высокой плотности, что открывает множество интересных применений. Безусловно, важнейшим применением в прогрессирующей электронике является возможность использования тонких пленок из полупроводниковых ОУНТ. Полупроводниковые нанотрубки могут послужить основой новых поколений транзисторов и других электронных устройств.

Сейчас нанотрубки получают многими способами, например, с использованием лазерной технологии, электролиза, разложения углеводородов с помощью катализаторов и т.д. Все эти технологии выдают смеси полупроводниковых и металлических нанатрубок – обычно в пропорции два к одному. Естественно, что нанотрубки разных типов надо отделять друг от друга. Для этого придумано несколько методов, которые совсем неплохо работают в лабораторных условиях. Однако для промышленного производства они не годятся.

Химики из Корнельского университета (Cornell University) из штата Нью Йорк (Ithaca, NY) и корпорации Дюпон (DuPont Corp) разработали новую технику сепарации однослойных нанотрубок, которая, по их утверждению, вполне может быть освоена индустрией. Новый метод описан в статье профессора Корнельского университета Джорджа Маллиараса (George Malliaras) и его коллег, которая 9 января появилась в журнале Science (Suppression of Metallic Conductivity of Single-Walled Carbon Nanotubes by Cycloaddition Reactions. Mandakini Kanungo, Helen Lu, George G. Malliaras, and Graciela B. Blanchet, – Science 9 January 2009 323: 234–237; DOI: 10.1126/science.1166087).

Ученые предлагают обрабатывать смесь нанотрубок тетрафлуороэтиленом, близким родственником всем известного тефлона. Молекула этого газообразного вещества состоит из двух атомов углерода и четырех атомов фтора. При контакте с тетрафлуороэтиленом металлические нанотрубки так реагируют с атомами фтора, что либо приобретают высокое электрическое сопротивление, либо превращаются в нанотрубки полупроводникового типа.

Этот исследовательский проект был профинансирован из гранта ВВС США Корнелльскому Университету.

Евгений Биргер