Многие перспективные направления в нанотехнологии связываются с углеродными нанотрубками. Это большие (а иногда и
гигантские!) молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода. Углеродные
нанотрубки – это протяжённые структуры, состоящие из свёрнутых гексагональных
сеток с атомами углерода в узлах Главная особенность этих молекул - это их
каркасная форма: они выглядят как замкнутые, пустые внутри трубки (рис. 11а).
Нанотрубки могут быть большие и маленькие, однослойные и многослойные, прямые и
спиральные. В настоящее время наиболее распространённым методом получения
нанотрубок является метод термического распыления графитовых электродов в
плазме дугового разряда. При горении плазмы происходит интенсивное термическое
испарение анода, и на торцевой поверхности катода образуется слой из углеродных нанотрубок. Образующиеся многочисленные
нанотрубки имеют длину около 40 мкм. Они нарастают на катоде перпендикулярно плоской
поверхности его торца. Происходит так называемая
самосборка углеродных нанотрубок из атомов углерода.
Углеродные нанотрубки прочнее графита, хотя сделаны из таких же атомов углерода, потому, что в графите атомы углерода находятся в листах (рис. 11б). А каждому известно, что свёрнутый в трубочку лист бумаги гораздо труднее согнуть и разорвать, чем обычный лист. Поэтому-то углеродные нанотрубки такие прочные. Нанотрубки можно применять в качестве очень прочных микроскопических стержней и нитей, ведь модуль Юнга однослойной нанотрубки достигает величин порядка 1-5 ТПа, что на порядок больше, чем у стали! Поэтому нить, сделанная из нанотрубок, толщиной с человеческий волос способна удерживать груз в сотни килограмм.
Правда, в настоящее время максимальная длина нанотрубок обычно составляет
около сотни микронов - что, конечно, слишком мало для повседневного
использования. Однако длина нанотрубок, получаемых в
лаборатории, постепенно увеличивается - сейчас ученые уже вплотную подошли к
миллиметровому рубежу. Поэтому есть все основания надеяться, что в скором
будущем ученые научатся выращивать нанотрубки длиной в сантиметры и даже метры!
Ориентировать и собирать нанотрубки в упорядоченные структуры очень сложно. Для этого используют самые необычные технологии. Например, короткие нанотрубки растворяют в эпоксидной смоле, и пока она не затвердела, выдувают из неё огромный пузырь (25´50 см), придерживая его с боков плоскими пластинками из пластика. Как показали исследования, в затвердевших участках тонкой эпоксидной плёнки, прилипших к удерживающим пластинам, нанотрубки ориентированы параллельно друг другу в вертикальном направлении (см. рис. 11в)
Несмотря на то, что приручение нанотрубок только начинается, уже и сейчас в продаже есть ракетки для тенниса, армированные углеродными нанотрубками для ограничения скручивания и обеспечения большей мощности удара. Применяют нанотрубки и в некоторых деталях спортивных велосипедов.
Необычные электрические свойства нанотрубок могут сделать их одним из основных материалов наноэлектроники. Уже сейчас созданы опытные образцы транзисторов, состоящие из одной нанотрубки, ведь прикладывая напряжение в несколько вольт, можно изменять проводимость однослойных нанотрубок на 5 порядков.
