Kolhöna - Carbon peapod
Kolhögen är ett hybridnanomaterial bestående av sfäroidala fullerener inkapslade i ett kolnanorör . Det namnges på grund av deras likhet med ärtplantans utsäde. Eftersom kolpeapodsegenskaper skiljer sig från nanorör och fullereners egenskaper, kan kolpodden kännas igen som en ny typ av en självmonterad grafitstruktur. Möjliga tillämpningar av nano-peapods inkluderar lasrar med nanoskalor , elektrontransistorer , spin-qubit-matriser för kvantberäkning, nanopipetter och datalagringsenheter tack vare nano-peapods minneseffekter och superledningsförmåga.
Historia
Enväggiga nanorör (SWNT) sågs först 1993 som cylindrar rullade från ett enda grafenark . 1998 observerades den första poden från Brian Smith, Marc Monthioux och David Luzzi. Idén med peapods kom från strukturen som producerades i ett transmissionselektronmikroskop år 2000. De kändes först igen i fragment som erhölls genom en pulserad laserförångningssyntes följt av behandling med en syra och glödgning.
Produktion och struktur
Kolhagar kan produceras naturligt under syntes av kolnanorör genom pulserad laserförångning. C 60 fulleren föroreningar bildas under glödgningsbehandlingen och syrarening, och anger nanorören genom defekter eller ångfas diffusion. Fullerener i ett nanorör stabiliseras endast vid en diameterskillnad på 0,34 nm eller mindre, och när diametrarna är nästan identiska höjs den samverkande energin i en sådan grad (jämförbar med 0,1 GPa) att fullerenerna inte kan extraheras från SWNT även under högt vakuum. De inkapslade fullerenerna har diametrar som är nära C 60 och bildar en kedja inuti röret. Kontrollerad produktion av kolhönsar möjliggör större variation i både nanorörsstrukturen och fullerenkompositionen. Varierande element kan införlivas i en kolhöna genom dopning och kommer dramatiskt att påverka de resulterande termiska och elektriska ledningsegenskaperna.
Kemiska egenskaper
Förekomsten av kolhögar visar ytterligare egenskaper hos kolnanorör, såsom potential att vara en strikt kontrollerad miljö för reaktioner. C 60- molekyler bildar normalt amorft kol vid upphettning till 1000–1200 ° C under omgivande förhållanden; när de värms upp till en så hög temperatur i ett kolnanorör, smälter de istället på ett ordnat sätt för att bilda ett annat SWNT, vilket skapar ett dubbelväggigt kolnanorör. På grund av den lätthet med vilken fullerener kan inkapslas eller dopas med andra molekyler och transparensen hos nanorör för elektronstrålar, kan kolhögar också fungera som provrör i nano-skala. Efter fullerener innehållande reaktanter diffundera in en SWNT, kan en hög energi elektronstråle användas för att undantränga kolatomer och inducera hög reaktivitet, vilket således utlöser bildandet av C 60 dimerer och sammanslagning av deras innehåll. Dessutom, på grund av att de bifogade fullerenerna är begränsade till endast en endimensionell grad av rörlighet, kan fenomen såsom diffusion eller fastransformationer lätt studeras.
Elektroniska egenskaper
Diametern på kolkedjor varierar från ca. 1 till 50 nanometer. Olika kombinationer av fulleren C 60- storlekar och nanorörstrukturer kan leda till olika elektriska konduktivitetsegenskaper hos kolhögar på grund av rotationsorientering. Till exempel kan C 60 @ (10,10) är en bra supraledare och den C 60 @ (17,0) peapod är en halvledare. Det beräknade bandgapet på C 60 @ (17,0) är lika med 0,1 eV. Forskning om deras potential som halvledare pågår fortfarande. Även om både de dopade fulleriderna och repen av SWNT är superledare, är tyvärr de kritiska temperaturerna för den superledande fasövergången i dessa material låga. Det finns förhoppningar att kolnano-peapods kan vara superledande vid rumstemperatur.
Med kemisk dopning kan peatods elektroniska egenskaper justeras ytterligare. När kol peapod dopas med alkalimetallatomer som kalium, kommer dopämnena reagera med C 60 -molekyler inuti SWNT. Den bildar en negativt laddad C 60 6- kovalent bunden, endimensionell polymerkedja med metallisk ledningsförmåga. Sammantaget ökar dopningen av SWNT och peapods av alkalimetallatomer aktivt ledningsförmågan hos molekylen eftersom laddningen flyttas från metalljoner till nanorör. Doping av kolnanorör med oxiderad metall är ett annat sätt att justera konduktiviteten. Det skapar ett mycket intressant supraledande tillstånd vid hög temperatur då Fermi-nivån minskas avsevärt. En bra tillämpning skulle vara införandet av kiseldioxid i kolnanorör. Den konstruerar minneseffekt eftersom någon forskargrupp har uppfunnit sätt att skapa minnesenheter baserade på kolhögar odlade på Si / SiO 2- ytor.