44327681-NANOMATERIALE

15
NANOMATERIALE 1. TERMINOLOGIE. GENERALITĂŢI Nanomaterialul este un material cu proprietăţi particulare datorate structurii sale nanometrice. Proprietăţile deosebite se datorează caracterului unidimensional al structurii. Un asemenea tip de material se obţine, de regulă, printr-o nanotehnologie. Aplicaţii : miniaturizări ; asamblări de atomi în sisteme complexe. Fizicianul Richard Feynman, premiul NOBEL pentru fizică în 1965, este considerat fondatorul acestei discipline. El a afirmat în faţa Societăţii Americane de fizică la 29 decembrie 1959 că există destul spaţiu în jos « There is Plenty of Room at the Bottom ». Nanotehnologia este ansamblul de tehnici care vizează producerea, manipularea şi utilizarea obiectelor şi materialelor la scară nanometrică (10 -9 m) mai precis cu dimensiuni situate între 1 şi 100 nanometri. Este vorba de manipulare directă a moleculelor şi atomilor Unele din principalele instrumente de manipulare directă a acestor particule sunt microscopul cu efect tunnel şi cel cu fortă atomică cu care se pot deplasa atomi unul câte unul. Microscoapele STM/AFM (Scanning Tunneling et Atomic Force Microscopy), au denumirea generală de microscoape cu sondă locală. Această denumire este legată de faptul că dimensiunile sondei (punctul de măsură) şi distanţa sa în raport cu eşantionul sunt foarte mici. De aceea, cu aceste microscoape trebuie scanat obiectul de studiat cu ajutorul sondei pentru a realiza imaginea unui obiect. Microscopul STM sondează densitatea de stări electronice din vecinătatea nivelului Fermi, în timp ce AFM sesizează interacţiile interatomice în condiţii de vid. De exemplu, microscopul STM realizat de Gerd Binning şi Heinrich Rohrer de la IBM Zurich are rezoluţie pe orizontală 0,1 Å şi 2 Å pe verticală (premiul Nobel pentru fizică). Microscopul cu effect tunnel (1981) are următorul principiu de funcţionare: -un ac foarte fin (din W sau Pt) constituie sonda care se apropie la 0,1 nm de suprafaţă care este baleiată; -un potenţial continuu este aplicat între punct şi suprafaţă -se măsoară curentului care trece între suprafaţă şi electrod fără barieră de potenţial (curent tunnel).

Transcript of 44327681-NANOMATERIALE

1

NANOMATERIALE

1. TERMINOLOGIE. GENERALITI

Nanomaterialul este un material cu proprieti particulare datorate structurii sale nanometrice. Proprietile deosebite se datoreaz caracterului unidimensional al structurii. Un asemenea tip de material se obine, de regul, printr-o nanotehnologie.

Aplicaii :

miniaturizri;

asamblri de atomi n sisteme complexe.

Fizicianul Richard Feynman, premiul NOBEL pentru fizic n 1965, este considerat fondatorul acestei discipline. El a afirmat n faa Societii Americane de fizic la 29 decembrie 1959 c exist destul spaiu n jos There is Plenty of Room at the Bottom.

Nanotehnologia este ansamblul de tehnici care vizeaz producerea, manipularea i utilizarea obiectelor i materialelor la scar nanometric (10-9 m) mai precis cu dimensiuni situate ntre 1 i 100 nanometri. Este vorba de manipulare direct a moleculelor i atomilor Unele din principalele instrumente de manipulare direct a acestor particule sunt microscopul cu efect tunnel i cel cu fort atomic cu care se pot deplasa atomi unul cte unul.

Microscoapele STM/AFM (Scanning Tunneling et Atomic Force Microscopy), au denumirea general de microscoape cu sond local. Aceast denumire este legat de faptul c dimensiunile sondei (punctul de msur) i distana sa n raport cu eantionul sunt foarte mici. De aceea, cu aceste microscoape trebuie scanat obiectul de studiat cu ajutorul sondei pentru a realiza imaginea unui obiect. Microscopul STM sondeaz densitatea de stri electronice din vecintatea nivelului Fermi, n timp ce AFM sesizeaz interaciile interatomice n condiii de vid. De exemplu, microscopul STM realizat de Gerd Binning i Heinrich Rohrer de la IBM Zurich are rezoluie pe orizontal 0,1 i 2 pe vertical (premiul Nobel pentru fizic).

Microscopul cu effect tunnel (1981) are urmtorul principiu de funcionare:

-un ac foarte fin (din W sau Pt) constituie sonda care se apropie la 0,1 nm de suprafa care este baleiat;

-un potenial continuu este aplicat ntre punct i suprafa

-se msoar curentului care trece ntre suprafa i electrod fr barier de potenial (curent tunnel).

Microscopul cu for atomic posed o extremitate metalic cu raza de 10 nanometri care parcurge eantionul monitorizndu-se printr-o raz laser poziia sa.

Istoric

1959: Richard Feynman ine un discurs la CalTech i declar There is Plenty of Room at the Bottom

1969: Prima utilizarea a termenului de nanotehnologie de ctre Eric Drexler, student al lui Feynman

1981: Inventarea microscopului cu efect tunnel

1985: Descoperirea fulerenelor

1986: Inventarea microscopului cu for atomic

1990: Cercettori de la IBM scriu numele societii lor cu 35 atomi de xenon cu ajutorul microscopului cu efect tunnel pe o placa de nichel

1991: Descoperirea nanotuburilor

2001: Primul tranzistor realizat cu un nanotub

2003: Millipede este un prototip de sistem de stocare de daterealizat de IBM, utiliznd perfotaii nanometrice

2004: Primele procesoare gravate cu fineea de 90 nm, de INTEL i AMD

2005: Intel realizeaz tranzistoare de 65 nm

Exemple de nanomateriale studiate sau utilizate in prezent

Nanotuburide carbon sau de nitrur de bor

Nanopudre ceramice (silicai sau oxid de titan) : obinute prin vaporizarea unor precursori metalici i sau organici n flacr la foarte nalt temperatur. Acestea sunt utilizate n tratarea suprafeelor la durificare, la realizarea materialelor biocompatibile pentru implanturi osoase i a polimerilor buni conductori electrici

Nanofibre, n special de carbon : au proprieti conductive electric i rezisten mecanic mare

Nanofoi de sticl : n domeniul discurilor optice. Obinere de densitate mult mai mare de informaie stocat de 4 ori valorificndu-se depunerea de oxid de cobalt pe suprafa discului

Nanofilme de ADN : aceste filme au proprieti filtrante cu utilitate n domeniul proteciei mediului

Nanocristale : cristale de diamant artificial sau alte cristale naturale cu propriei electrice pentru realizarea microprocesoaarelor

Nanocomposite : materiale composite cu duritate mare sau transparente

Riscurile eventuale ale nanotehnologiilor

Utilizarea nanotehnologiilor ca o jonciune ntre informatic i biologie creeaz posibiliti inedite ale cror consecine pe termen lung sau mediu nu sunt cunoscute (principiul precauiei) trebuind s fie evaluate.

1. STRUCTURI NANOMETRICE

Formele cristalizate clasice ale carbonului n stare natural (strile alotropice), cunoscute pn n anul 1985, erau diamantul i grafitul.

Diamantul este un mineral transparent, cel mai dur posibil. El a fost identificat la sfritul secolului 18 ca fiind o form cristalin a carbonului de ctre Lavoisier i Tennant. n aceast structur cristalin, fiecare atom este legat de 4 atomi vecini dispui n vrfurile unui tetraedru regulat distana minim dintre atomi fiind de 0,136 nm.. Astfel se stabilesc ntre atomi legturi foarte puternic n cadrul unei simetrii tetraedrice caracterizate prin densitate ridicat i anizotropie.

Structura damantului

Grafitul este un mineral negru friabil utilizat din vechime la scris (de la cuvntul grecesc graphein= a scrie).

Structura grafitului Structura sa este compus dintr-o succesiune de planuri, fiecare alctuit din hexagoane (n form de fagure). n plan, fiecare atom de carbon este legat de trei atomi vecini, legturile realizndu-se sub un unghi de 120, iar distana minim ntre doi atomi este de 0,142 nm. Aceste legturi sunt puternice, spre deosebire de cele dintre atomi din planuri vecine care sunt mult mai slabe. Distana dintre aceste planuri este de 0,34 nm.

Aceast structur cvasibidimensional are o densitate mult mai sczut dect a diamantului i o puternic anizotropie deoarece planurile slab legate ntre ele pot aluneca uor unele fa de altele.

n anul 1985, cercettorii R. Smalley, R. Curl (Rice University, Houston, USA) i H. Kroto (University of Sussex, Grande Bretagne) au descoperit o nou structur cristalin a carbonului sub forma unei molecule (C60) prin vaporizarea grafitului cu laser n atmosfer de heliu. Molecula (C60) este format din 60 de atomi de carbone repartizai n vrfurile unui poliedru regulat de diametru 0.7 nm constituit din 20 suprafee hexagonale i 12 pentagonale. Aceast structur a fost numit fulleren dup numele arhitectului Buckminster Fuller care a construit o cupol cu asemenea structur pentru o expoziie universal n Canada. Fullerena n anul 1990, W. Krtschmer i D.R. Huffman au pus la punct o procedur simpl de sintez a acestei molecule care permite s se produc la nivel de laborator cantitile necesare pentru studiul proprietilor sale.

n 1991, S. Iijima a observat la microscopul electronic un subprodus de sintez, obinut n urma unui arc ntre electrozi de carbon, sub forma unui depozit de filamente dure care coninea structuri tubulare cilindru n cilindru nchise la extremiti.

Nanotub Lungimea nanotuburilor poate fi de pn la civa microni, n timp ce diametrul lor este cuprins ntre 1 i 10 nm (de 100 000 ori mai mic dect diametrul firului de pr, acelai raport dimensional ca ntre un fir de pr i un oleoduct). Un atom are diametrul cuprins ntre 0,1nm i 0,4nm.

Nanotubul de talie molecular posed astfel un caracter unidimensional (una din dimensiuni este mult mai mare dect celelalte dou, respectiv lungimea fa de diametru).

Structura moleculei C60 i a nanotuburilor de carbon i au originea n structura grafitului cu un plus de eviden la nanotuburi.

Structura atomic a unui nanotub rezult din rotirea unui plan format din hexagoane, numit grafen, pentru a se obine un cilindru. Cilindrul respectiv nu poate fi nchis la extremiti fr a deforma un numr de hexagoane.

Cilindru de grafen

nchiderea unui tub necesit introducerea de defecte topologice pentru a curba planul. Defectul de baz este un pentagon care transform planul n con deschis cu unghiul la vrf de 112.

Capt de nanotub

Introducerea succesiv de pentagoane nchide planul progresiv planul i l transform ntr-o cochil. Matematic se poate arta c este suficient s se introduc 12 pentagoane pentru a nchide cochila pentru a ajunge la un poliedru nchis. Cel mai compact poliedru regulat, care respect aceast regul de nchidere numit a lui Euler, este molecula C60 care conine 20 hexagoane i 12 pentagoane.

Extremitate de nanotubFiecare extremitate a unui nanotub se realizeaz prin introducerea a 6 pentagoane n reeaua hexagonal. Topologia extremitii depende de distribuia acestor pentagoane : o distribuie regulat definete o extremitate emisferic, n timp ce n cazul general se obine un vrf de form conic.

Diferitele configuraii de nanotuburi se pot descrie pe baza modului de rsucire a foii de grafen care implic superpoziia a dou hexagoane A i B din reea. Modul de rulare a grafenei definete diametrul i unghiul de rsucire (torsiune) ( care variaz ntre 0 30 datorit reelei hexagonale. Lanurile de hexagoane pot fi paralele sau nu cu axa cilindrului. Toate configuraiile posibile se pot clasifica n trei categorii: armchair ((=30), n zigzag ((=0) sau n spiral ((= 0 30).

Rularea

INCLUDEPICTURE "../../CURS/NANO/nano/trans104.jpg" \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE "../../CURS/NANO/nano/trans105.jpg" \* MERGEFORMAT urubul lui Arhimede ( = 30 ( = 0 ( = 0- 30 2 (Primele dou tipuri de tub, hexagoanele din partea superioar a tubului au aceeai orientare fa de ax cu cele in partea inferioar.

n ultimul caz, ntre hexagoanele din partea inferioar i cea superioar apare un unghi de 2 ( i nfurarea lor definete un urub al lui Arhimede.

n ansamblu, caracteristicile care definesc un nanotub sunt urmtoarele : nanotubul are o structur derivat din cea a grafitului n care s-a introdus o curbur simpl prin cteva defecte topologice i care i confer un caracter unidimensional i o dimensiune molecular. Aceste caracteristici fac din nanotub un obiect unic prin proprietile deosebite manifestate.

Nanotuburile se autoorganizeaz n timpul sintezei conform a dou moduri de asamblare posibile.

nanotuburi de carbon multistrat, n englez Multi Wall Carbon Nanotubes (MWNT)

nanotuburi de carbon monostrat, n englez Single Wall Carbon Nanotubes (SWNT)

n primul mod, tuburile se suprapun unele peste altele i se numesc nanotuburi multistrat. Numrul de straturi i diametrul lor sunt variabile.

Nanotub multistart

Exist dou modele de structur multistrat: n cilindri concentrici (a) sau n spiral (b).

ntr-un al doilea mod, nanotuburile rmn monostrat i au diametre foarte uniforme care se asambleaz pentru a forma fascicule.

Fascicul de nanotuburi cu diametrul mediu de 1,3 nmn fiecare fascicul, tuburile se grupeaz compact i formeaz un aranjament periodic de simetrie triunghiular. Numrul lor poate atinge mai multe zeci ntr-un fascicul al crui diametru variaz conform condiiilor de sintez de la 1 la 30 nm. n cele dou tipuri de asamblare, distana dintre dou tuburi adiacente este aproape egal cu distana dintr dou planuri ale grafitului, ceea ce nseamn c ansamblul de tuburi nu modific natura legturilor chimice care rmn identice cu cele manifestate n grafit.

Cele dou moduri de asamblare sunt legate de condiiile de sintez.

3. PROPRIETI ALE STRUCTURILOR NANOMETRICE

Proprietile nanotuburilor

Proprietile specifice nanotuburilor result direct din legtura chimic de tip grafit. Caracterul planar i orientat al legturilor chimice face din grafit un solid foarte stabil chimic i foarte anizotrop n care proprietile importante se manifest n planul format din hexagoane i care constituie structura nanotubului.

La acestea, o contribuie este adus de curbura planului (diametrul tubului) precum i de reducerea dimensiunilor la o dimensiune molecular care i confer un caracter unidimensional. Odat cu scderea dimensiunilor, forele la nivel microscopic devin preponderente, trebuind s se trac de la abordarea clasic la cea cuantic. Are loc, de fapt o cuantificare energetic dependent de dimensiuni. De exemplu, nu mai este respectat legea lui Fourier de transfer a cldurii pentru c are loc o propagare a vibraiei atomilor.

Prin creterea densitii pe suprafa ce devine comparabil cu cea pe volum, crete importana legturilor chimice pe suprafa prin creterea energiei de legtur la suprimarea legturilor n profunzime. Potenialul de interacie la nivel submicroscopic (de tip Van der Waals) este invers proporional cu puterea a 6-a a distanei.

Proprieti electrice

Grafitul este cunoscut ca un material slab conductor a crui conductibilitate electric este perturbat puternic de defecte sau dopaj.

La un nanotub, perturbarea se datoreaz unghiului de nfurare (helicitii). Dup cum s-a stabilit experimental, nanotubul cu lanul de hexagoane a cror latur este perpendicular pe cu axa sa (nanotub armchair - ( = 30) are conductivitate electric ridicat (caracter metalic) datorit benzii interzise Fermi de lime nul (band gap). n cazul nanotubului cu lan n spiral conductivitate electric este similar semiconductorilor, n acest caz mrimea diametrului determinnd limea band gap i implicit modul de trecere a electronilor din banda de valen n banda de conducie. Pe baza conceptelor cuantice, circumferina L trebuie s fie proporional cu lungimea de und a electronului ( pentru ca o und de electroni care strbate tubul pe circumferin s interfereze cu ea nsi, deci :

n ( = L

Dac se mai are n vedere legtura dintre lungimea de und i frecvena f a unei electronice :

( f = c (c fiind viteza luminii)

precum i expresia energiei elementare :

w = h f (h fiind constanta lui Planck)

rezult c:

w = n h c/L

Prin urmare, se constat c unor diametre reduse ale nanotuburilor le corespund valori mari de energie precum i benzi interzise (bariere) de lime mic. Se poate demonstra c nanotuburile cu configuraie armchair sunt metalice pentru c au un diametru mai mic dect alte configuraii obinute prin rsucire.

Conductivitatea electric ridicat a nanotuburilor se explic prin faptul c micarea electronilor, care poate fi numai nainte i napoi, se desfoar printr-o structur cristalin unidimensional perfect ordonat cu mprtieri numai prin ntoarcere prin ciocniri puternice care sunt cele mai puin probabile (spre deosebire de cazul 3 D unde mprtierile se pot face sub orice unghi). Ca urmare, la temperatura camerei, drumul liber mijlociu este de ordinul micronilor (n timp ce la cupru are valoarea de 40nm). Din acest motiv, ncrcarea unui nanotub poate fi de 100-1000 ori mai mare dect a cuprului.

Controlul limii band gap prin diametru i gradul de rsucire poate suplini rolul semiconductorilor care au fluctuaie de concentraie a impurificrii.

De asemenea, se pot nlocui straturile de semiconductori care devin capcane de electroni la suprafa (datorit unor legturi disponibile) i care trebuie pasivizate prin oxidare mrindu-se astfel grosimea acestora.

O alt consecin a legturii de natur cuantic dintre energie i dimensiuni este posibilitatea obinerii luminii de o anumit frecven la injectarea simultan de goluri electroni pe la capetele unui nanotub, din ciocnire rezultnd i radiaie luminoas i cldur. Se poate genera un anumit tip de lumin prin alegerea diametrului dar poate fi i detectat.

Comportamentul feromagnetic al nanostructurilorMaterialele feromagnetice (fierul, nichelul, cobaltul) se magnetizeaz sub aciune anui cmp magnetic exterior n funcie de intensitatea acestuia pn la valoarea de saturaie (caracteristic fiecrui material). Valoarea induciei de saturaie crete la scderea temperaturii proporional cu T-3/2 , T fiind temperatura absolut (legea lui Bloch).

ntr-un articol recent punlicat de cercettori de la NIST (National Institute of Standards) n Physical Review Letters fac cunoscut faptul c materialele feromagnetice nanostructurate pot s nu mai urmeze legea lui Bloch n domeniul temperaturilor foarte sczute, magnetizarea crescnd mult mai rapid. Autorii consider c aceast anomalie caracterizeaz fenomenului cuantic cunoscut sub numele de condensarea Bose-Einstein. n articole, cercettorii propun extinderea valabilitii legii lui Bloch la nanostructuri prin inroducerea unui termen de energie suplimentar asociat procesului care depinde de temperatur. Este nevoie s se determine n continuare influena dimensiunilor i formei acestor nanosisteme magnetice n starea de condensare Bose-Einstein.

Proprieti mecanice

Datorit anizotropiei structurale, grafitul are un modul de elasticitate foarte mare n planul hexagonal (1 TPa) i mult mai mic n afara planului (4 109 Pa). Nanotubul de carbon benficiaz de rezistena mecanic a grafenei pe care o sporete astfel c modulul de elasticitate devine superior lui 1 TPa dup cum s-a stabilit experimental. Aceast resisten ridicat la deformare se adaug unei mari flexibiliti. Diferite experimente au artat c nanotubul se curbeaz n unghi mare sau se rsucetice cu mare uurin n jurul propriei axe.

Nanotuburile devin interesante prin caracteristicile urmtoare:

-rezilien apreciat (prin simulare) ca fiind de circa 200 ori mai mare ca a oelului la o mas specific de 6 ori mai mic (la seciune echivalent), neputnd fi testat experimental;

-duritate a unor anumite nanotuburi mai ridicat dect a diamantului.

Proprieti chimice

Nanotuburile sunt structuri poroase ce pot fi umplute cu ali compui chimici, devenind astfel nanofire. Este deci posibil ca acestea s se umple chiar cu molecule de fuleren sau cu ali compui cristalini.

4. FABRICAIA STRUCTURILOR NANOMETRICE

Nanotuburile au fost descoperite n 1991 de ctre SUMIO Iijima. Ele s-au obinut prin evaporarea grafitului cu un arc electric n atmosfer de heliu. Aceste structuri pot exista propbabil, dar pentru moment au fost observate numai cele de sintez.

La nceput, temperatura ridicat (aproape de 6000C) necesar procedurii nu permitea obinerea de cantiti mari pentru diferite utilizri, nanotuburile avnd tendina de a se topi parial i a se lipi.

Dup 1992 a fost pus la punct noi proceduri, cum ar fi evaporarea cu laser i adugarea de metale cu rol catalitic care au permis reducerea temperaturii de reacie la 1200C.

Dup descoperirea iniial a lui Iijima, au fost ncercate diferite proceduri de sintez cu scopul de a produce noi structuri i de a pune la punct metode care s permit producerea pe scar larg de nanotuburi ntr-omanier controlat.

Se disting dou tipuri de ci de sintez ce se deosebesc ntre ele prin nivelul de temperatur utilizat.

Sinteza la nalt temperatur

La premire cale const n a evapora grafitul (ce sublimeaz la 3200C) i de a-l condensa ntr-o incint umplut cu heliu sau argon unde domin un puternic gradient de temperatur. Pe aceast cale, obinerea de facsicole de monotuburi necesit utilizarea unor catalizatori metalici (metale de tranziie, Ni, Co, Pd, Pt sau pmnturi rare, Y ) amestecai n proporie de cteva procente n pudra de grafit.

Nanotuburile multistrat se formeaz direct n faza de vapori la o temperatur de aproape 3000C.

Diferitele metode ce uitlizeaz acest principiu se disting ntre ele prin procedeul de vaporizare a grafitului.

n procedul lui Krtschmer i Huffmann, utilizat de Iijima, este stabilit un arc ntre doi electrozi de grafit, caz n care electrodul anod se consum pentru a forma plasma care poate atinge temperatura de 6000C. Aceast plasm se condenseaz pe catod sub forma unui depuneri filamentoase sub forma unei pnze de pianjen foarte dens ce conine nanotuburile. Acest procedeu este simplu i puin costisitor i se preteaz la modificri pentru a obine diferite tipuri de nanotuburi. Singurul ezavantaj este durata sintezei ct i controlul pretenios.

Al doilea procedeu de vaporizare dezvoltat degrupul condus de R. Smalley la Universitatea din Houston (USA) const n sublima local o int de grafit cu radiaia unui laser de mare putere pulsatoriu sau continuu. Grafitul este fie vaporizat fie expulzat n fragmente de civa atomi. Este opus primului procedeu prin costul ridicat i printr-un numr restrns de parametri de control.

O metod original de vaporizare a grafirului este aceea de a utiliza energua solar prin concentrarea radiaiei solare asupra intei astfel nct s se ating temperatura de vaporizare.

Toate aceste procedee permit producerea la nivel de laborator a ctorva sute de miligrame de nanotuburi brute, dar se ncearc extinderea la o scar mai mare.

Sinteza la medie temperatur

A doua cale de sintez utilizeaz temperaturi medii i este o adaptare a metodelor catalitice sau pirolitice tradiionale utilizate la sinteza fibrelor de carbon. Principiul acestor metode const n a descompune un gaz carbonic la surprafaa particulelor unui catalizator metalic ntr-un cuptor la o temperatur cuprins ntre 500C i 1100C conform naturii gazului. Carbonul eliberat din descompunerea gazului precipit pe suprafaa particulei i aceast condensare duce la creterea structurilor tubulare. Nanotuburile monostrat se formeaz n domeniul de temperaturi cuprins ntre 800 et 1400C.

In asemenea proceduri, natura asamblrii este controlat prin temperatura i dimensiunile particulelor de catalizator. Dac aceste condiii de sintez sunt acum bine stabilite, rmne ca mecanismele care contrleaz formarea i creterea tuburilor sunt nc foarte puien cunoscute i c multe rmn de fcut n acest domeniu pentru a controla sinteza unui tub de o configuraie dat.

Gazul carbonic poate fi monoxidul de carbon CO, sau hidrocarburi (acetilen, metan). Catalizatorul metallic este un metal de tranziie (fier, nichel cobalt). Un aspect delicat al acestei tehnici este prepararea i controlul dimnsiunilor particulelor de catalizator, talia trebuind s fie de ordinul a ctorva nm pentru sinteza nanotuburilor.

Procedurile pe baz de temperaturi medii pot fi dimensionate pentru a obine mijloace de producie la scar larg a fibrelor de carbon, ceea ce este mai dificil de prevzut la metodele pe baz de nalt temperatur. Universitatea din Houston a dezvoltat deja un dispozitiv ce uitlizeaz monoxidul de carbon care produce 10g de nanotuburi brute pe zi i care este pe cale de a fi estins industrial la Societatea CNI.

n continuare se pun la punct noi metode de sintez performante. De exemplu, n 2005echipa condus de Ray Baughman de la Universitea Dallas a fcut public o metod care permite producerea pn la 10 m de nano-foi pe minut.

n iunie 2005, cercettori de la Nanotech Institute al Universitii din Dallas (Texas, tats-Unis d'Amrique) et de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (Csiro, Australie) au publicat un articol n revista Science prin care anun c au pus la punct o metod ce permite producerea a 7 m pe minut de nanotuburi de de civa centimetri lungime i cteva zeci de nanometri grosime. Aceast tehnologie va permite s se depeasc principala barier n dezvoltarea de aplicaii sau produse finite.

5. VIZUALIZAREA STRUCTURILOR NANOMETRICE

Instrumentul cheie pentru a observa i identifica structura nanotuburilor este microscopul electronic care situat observaiile la scar nanometric i a permis descoperirea nanotuburilor .

n principiu, se trimite o radiaie asupra obiectului i se construiete imaginea acestuia cu ajutorul unui sistem de lentile (microscop) ce focalizeaz radiaia utilizat.

Nivelul informaiei depinde n primul rnd de natura radiaiei uitlizate. Rezoluia sa, adic dimensiunea minim a detaliilor observabile pe imagine este de acelai ordine de mrime cu lungimea sa de und.

Cum distana ntre atomi este de ordinul a 0,1-1 nm, iar lungimea de und a luminii vizibile este ( =0,4-0,8 (m, cu lumin vizibil nu se pot detecta dimensiuni mai mici de =0,5 (m, deci nici aranjamentele atomilor.

Prin urmare, pentru a studia structurile nanometrice, este necesar o radiaie cu (( 0,1 nm. Este exclus utilizarea radieiei X datorit slabei reflectiviti necesare n sistemul optic. Soluia a fost gsit n 1937 (studentul E. Ruska) prin conceperea primului microscop care uitiliza electroni de energie ridicat cu ( =0,001 nm. Electronii, produi prin emisie termoelectric, sunt accelerai puternic la o tensiune de sute de kV i focalizai n cmp electric i magnetic.

6. APLICAII TEHNICE I REALIZRI

Nanotuburile de carbon permit realizare de tranzistoare cu nivel ridicat de miniaturizare (realizare a cercettorilor de la IBM)

Nanotuburile de carbon pot permite realizarea de emitoare de cmpuri sau lumin la nivel nanometric

Nanotuburile de carbon modificate (cu adaus de K) pot deveni supraconductoare la joas temperatur

Nanotuburile de carbon cu proprieti semiconductoare sau izolante de dimensiuni reduse

Nano-foi de 50 nm grosime transparente i bune conductoare de electricitate pentru dejivrare

Cuplare unui tranzistor cu celula nervoas

Tratamentul celulei vii prin injectarea e medicamente

Nanoordinator pe baz de ADN cu 1 miliard de operaii/s

Micromotor cu diametrul de 2000 de ori mai mic dect al firului de pr

Microrobot de 250 (m lungime i 60 (m lime dotat cu elemente de locomoie, surs de energie i sistem de direcie controlat BIBLIOGRAFIE

http://www.onera.fr/conferences/nanotubes

http://fr.wikipedia.org/wiki/Nanomatriauhttp://www.crpp.u-bordeaux.fr/nanotfr.html

http://www.ulb.ac.be/inforsciences/openscience/naimo

Banescu VladMelinte George Cosmin