Department of General Physics 1
St. Petersburg State University Department of Physics

rosanov

Тепловые свойства углеродных нанотрубок

20 апреля в 18.00 в конференц-зале НИИФ, лекция Али Энверовича Алиева, научного сотрудника, Института Нанотехнологий Университет Техаса в Далласе

язык лекции - русский

Очень высокая теплопроводность индивидуальных углеродных нанотрубок (\lambda > 3000 W/mK) пока не нашла практического применения. При обьединении отдельных трубок в обьемные проводники их индивидуальные свойства во многом теряются. В этой лекции будут обсужденны тепловые свойства углеродных нанотрубок на основе анализа фононного спектра и экспериментального исследования трубок различных типов, выращенных различными методами в различных лабораториях мира. Будут представлены прототипы практического применения уникальных тепловых свойств пленок и жгутов из углеродных нанотрубок.

 
Loading the player...

  Али Энверович отвечает на вопросы, заданные по электронной почте:

  1. Mожно ли каким-либо образом контролировать дефекты структуры в отдельных нанотрубках, т.к., на сколько я понял, именно они отвечают за теплопроводность

  • Да, дефекты контролируемы:

a). Дефекты типа вакансий, либо связанные пяти- и семи-угольники, вместо шестиугольников, образуются из за плохих условий роста (низкая температура, недостаточная концентрация углерода в газовой среде, и т.д. В одностенных нанотрубках их можно отжигать при высоких температурах (>2000oС) в высоком вакууме (10-8 atm.). Сложнее с многостенными – к внутренним слоям нет доступа.

б) Так как одиночные дефекты рассеивают в основном высокочастотные фононы, которые по некоторым оценкам определяют только 30-50% теплопроводности, то остальная часть низкочастотных фононов мало чувствительна к этим дефектам. Низкочастотные фононы подавляются аморфной массой на поверхности трубок (можно чистить химически, электрохимически и отжигом в вакууме) и, как я рассказывал, взаимодействием между трубками.

в) Вот замечательная статья о дефектах в CNT: C. Sevik, H. Sevinçli, G. Cuniberti, andT. Çağın, Phonon Engineeringin Carbon Nanotubes by Controlling Defect Concentration, NanoLett., 2011, 11 (11), pp 4971–4977.

2. Обладают ли пленки, которые Вы получаете, анизотропными оптическими свойствами?

- Хорошо ориентированные нанотрубки в пленках, которые мы умеем тянуть прямо из леса нанотрубок, нагретые электрическим током излучают сильно поляризованный свет. Соответственно, они поглащают свет только поляризованный вдоль нанотрубок. Анализ степени поляризации можно найти в нашей небольшой работе: A.E. Aliev, A.A. Kuznetsov. The origin of polarized blackbody radiation from resistively heated multiwalled carbon nanotubes. Physics Letters A 372/29 (2008) 4938-4942.

3. Могут ли быть применены бесконтактные методы для вытягивания трубок,
в частности поведение полупроводниковой структуры и металлической будет вести себя по разному в оптическом пинцете.

- Каждая индивидуадьная трубка в лесе, выращенном CVD методом, соединена к каталитической (Fe) наночастице на подложке. Она растет из этой металической капельки и присоединена к ней довольно сильно. Именно эта сила, плюс ван дер Ваальсовы контактные силы с другими нанотрубками определяют натяжение пленки при вытягивании. Это натяжение, пересчитанное на одну нанотрубку указывает на силы примерно 0.1 N, оказываемую на одну трубку, что на три-четыре порядка выше чем силы доступные в оптическом пинцете (10-10-10-12 N).

4. Mожно ли получать отдельные трубки из графена,
заворачивая их контролируемым образом, что бы получить например однозначно полупроводниковую структуру?

- Насколько мне известно, пока контролируемо никто не умеет заворачивать графин в нанотрубки. В методе лазерного распыления графита в присутствии каталитических наночастиц (Fe, Ni) графеновые пластинки выбитые лазерным лучем сворачиваются бесшовно в углеродные нанотрубки, но опять же неконтролируемо. Разрезать химическим или электрохимическим путем нанотрубки на полоски графина (unzipping) умеют уже многие. Но, несмотря на некоторые утверждения, что им удается разрезать вдоль линии киральности, это очень сомнительно. Мы этим занимаемся уже два года и пока ничего хорошего не получили. Обратный процесс расчленения нанотрубки на полоски графина тоже мало контролируем.

5. Трубки, получаемые Вами, состоят из чистого углерода (то есть из атомов одного сорта), в то же время Вы оперируете такими понятиями как акустическая и оптическая ветвь. Обычно оптическая ветвь возникает в кристалле, состоящем как минимум из двух сортов атомов. Как можно совместить эти два утверждения?

 

Вы абсолютно правы в том, что оптическая ветвь появляется в кристалле состоящем из двух и более сортов атомов. В квази-двумерном графите (и далее соответственно в графине и углеродных нанотрубках) элементарная ячейка состоит из двух атомов углерода находящихся в двух неэквивалентнах позициях А и Б. Отсюда и 3N (N=2) фононных ветвей в графите (3 акустических и 3 оптических).