Углеродные нанотрубки (CNT) образованы одним или несколькими слоями графена. Они считаются исключительно перспективным материалом и уже находят применение в промышленности, строительстве и технике. CNT исключительно прочны и легки, демонстрируют полезные оптические и электрические свойства. Однако их синтез — сложная задача, особенно если речь идет о получении нанотрубок большой длины.

Рекордно длинные CNT были получены китайскими физиками еще в 2013 году, достигая целого полуметра. Однако такая технология дает лишь отдельные нанотрубки, а вовсе не «лес» выстроенных вертикально CNT. Подобную структуру до сих пор удавалось вырастить лишь до высоты порядка пары сантиметров, но вот новый метод, найденный учеными японского Университета Васэда, обещает увеличить этот показатель в несколько раз.

В статье, опубликованной в журнале Carbon, сообщается о получении «леса» CNT высотой целых 14 сантиметров.

Схема технологии для выращивания леса сверхдлинных нанотрубок / ©Waseda University, Sugime et al., 2020

Обычно лес нанотрубок выращивают на кремниевой подложке с катализатором — железом, покрытым слоем оксида алюминия, — на который углерод при особых условиях осаждается из газовой фазы. Однако в процессе катализатор быстро деградирует, что и ограничивает высоту получающихся CNT.

Поэтому Хисаси Сугимэ (Hisashi Sugime) и его коллеги нашли способ продлить жизнь катализатору, дополнив его слоем гадолиния. Кроме того, небольшие (порядка долей на миллион) количества железа и алюминия добавляли в газ, заполняющий камеру для осаждения.

Все это позволило сохранить рабочее состояние катализатора на срок до 26 часов — время, за которое в лаборатории вырастили рекордно «высокий» лес из 14-сантиметровых CNT. Тесты показали, что чистота и структурная целостность у полученных нанотрубок были не ниже, чем у синтезированных традиционными способами.