NANOMATERIALE

1. TERMINOLOGIE. GENERALITĂŢINanomaterialul 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 considat 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 ansemblul 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 paticule 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).

Microscopul cu forţă atomică posedă o extremitate metalică cu raza de 10 nanometri care parcurge eşantionul monitorizându-se printr-o rază laser poziţia sa.

Istoric 1959: Richard Feynman ţien un discurs la CalTech şi declară « There is Plenty of

Room at the Bottom » 1969: Prima utilizarea a termenului de nanotehnologie de către Eric Drexler, student al

lui Feynman 1981 : Inventarea du microscopului cu efect tunnel 1985: Descoperirea fulerenelor

1986 : Inventarea microscopului cu forţă atomică 1990: Cercetători de la IBM scriu numele societăţii lor cu 35 atomes 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 est un prototip de sistem de stocare de daterealizat de IBM, utilizând

perfotaţii nanometrice 2004: Primele procesoare gravate cu fineţea de 90 nm, de INTEL şi AMD 2005: Intel realizează tranzistoare de 65 nm

Exemple de nanomateriale studiate sau utilizate in prezent Nanotuburide carbon sau de nitrură de bor Nanopudre ceramice (silicaţi sau oxid de titan) : obţinute prin vaporizarea unor

precursori metalici şi sau organici în flacără la foarte înaltă temperatură. Acestea sunt utilizate în tratarea suprafeţelor la durificare, la realizarea materialelor biocompatibile pentru implanturi osoase şi a polimerilor buni conductori electrici

Nanofibre, în special de carbon : au proprietăţi conductive electric şi rezistenţă mecanică mare

Nanofoi de sticlă : în domeniul discurilor optice. Obţinere de densitate mult mai mare de informaţie stocată de 4 ori valorificându-se depunerea de oxid de cobalt pe suprafaţă discului

Nanofilme de ADN : aceste filme au proprietăţi filtrante cu utilitate în domeniul protecţiei mediului

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

Nanocomposite : materiale composite cu duritate mare sau transparenteRiscurile eventuale ale nanotehnologiilorUtilizarea nanotehnologiilor ca o joncţiune între informatică şi biologie creează

posibilităţi inedite ale căror consecinţe pe termen lung sau mediu nu sunt cunoscute (principiul precauţiei) trebuind să fie evaluate.

Bibliografie Mark Ratner, Daniel Ratner (2003), Nanotechnologies - La révolution de demain,

ISBN 2-7440-1604-7 Michel Wautelet (2003), Les nanotechnologies, ISBN 2100079549

1. STRUCTURI NANOMETRICEFormele cristalizate clasice ale carbonului în stare naturală (stările alotropice),

cunoscute până în anul 1985, erau diamantul şi grafitul. Diamantul este un mineral transparent, cel mai dur posibil. El a fost identificat la

sfârşitul secolului 18 ca fiind o formă cristalină a carbonului de către Lavoisier şi Tennant. În această structură cristalină, fiecare atom este legat de 4 atomi vecini dispuşi în vârfurile unui tetraedru regulat distanţa minimă dintre atomi fiind de 0,136 nm.. Astfel se stabilesc între atomi legături foarte puternic în cadrul unei simetrii tetraedrice caracterizate prin densitate ridicată şi anizotropie.

Structura damantului

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

Structura grafitului Structura sa este compusă dintr-o succesiune de planuri, fiecare alcătuit din hexagoane

(în formă de fagure). În plan, fiecare atom de carbon este legat de trei atomi vecini, legăturile realizându-se sub un unghi de 120°, iar distanţa minimă între doi atomi este de 0,142 nm. Aceste legături sunt puternice, spre deosebire de cele dintre atomi din planuri vecine care sunt mult mai slabe. Distanţa dintre aceste planuri este de 0,34 nm.

Această structură cvasibidimensională are o densitate mult mai scăzută decât a diamantului şi o puternică anizotropie deoarece planurile slab legate între ele pot aluneca uşor unele faţă de altele.

În anul 1985, cercetătorii R. Smalley, R. Curl (Rice University, Houston, USA) şi H. Kroto (University of Sussex, Grande Bretagne) au descoperit o nouă structură cristalină a carbonului sub forma unei molecule (C60) prin vaporizarea grafitului cu laser în atmosferă de heliu. Molecula (C60) este formată din 60 de atomi de carbone repartizaţi în vârfurile unui poliedru regulat de diametru 0.7 nm constituit din 20 suprafeţe hexagonale şi 12 pentagonale. Această structură a fost numită fullerenă după numele arhitectului Buckminster Fuller care a construit o cupolă cu asemenea structură pentru o expoziţie universală în Canada.

Fullerena

În anul 1990, W. Krätschmer şi D.R. Huffman au pus la punct o procedură simplă de sinteză a acestei molecule care permite să se producă la nivel de laborator cantităţile necesare pentru studiul proprietăţilor sale.

În 1991, S. Iijima a observat la microscopul electronic un subprodus de sinteză, obţinut în urma unui arc între electrozi de carbon, sub forma unui depozit de filamente dure care conţinea structuri tubulare cilindru în cilindru închise la extremităţi.

Nanotub

Lungimea nanotuburilor poate fi de până la câţiva microni, în timp ce diametrul lor este cuprins între 1 şi 10 nm (de 100 000 ori mai mic decât diametrul firului de păr, acelaşi raport dimensional ca între un fir de păr şi un oleoduct). Un atom are diametrul cuprins între 0,1nm şi 0,4nm.

Nanotubul de talie moleculară posedă astfel un caracter unidimensional (una din dimensiuni este mult mai mare decât celelalte două, respectiv lungimea faţă de diametru).

Structura moleculei C60 şi a nanotuburilor de carbon îşi au originea în structura grafitului cu un plus de evidenţă la nanotuburi.

Structura atomică a unui nanotub rezultă din rotirea unui plan format din hexagoane, numit grafenă, pentru a se obţine un cilindru. Cilindrul respectiv nu poate fi închis la extremităţi fără a deforma un număr de hexagoane.

Cilindru de grafenă

Închiderea unui tub necesită introducerea de defecte topologice pentru a curba planul. Defectul de bază este un pentagon care transformă planul în con deschis cu unghiul la vârf de 112°.

Capăt de nanotub

Introducerea succesivă de pentagoane închide planul progresiv planul şi îl transformă într-o cochilă. Matematic se poate arăta că este suficient să se introducă 12 pentagoane pentru a închide cochila pentru a ajunge la un poliedru închis. Cel mai compact poliedru regulat, care respectă această regulă de închidere numită a lui Euler, este molecula C60 care conţine 20 hexagoane şi 12 pentagoane.

Extremitate de nanotub

Fiecare extremitate a unui nanotub se realizează prin introducerea a 6 pentagoane în reţeaua hexagonală. Topologia extremităţii depende de distribuţia acestor pentagoane : o distribuţie regulată defineşte o extremitate emisferică, în timp ce în cazul general se obţine un vârf de formă conică.

Diferitele configuraţii de nanotuburi se pot descrie pe baza modului de răsucire a foii de grafenă care implică superpoziţia a două hexagoane A şi B din reţea. Modul de rulare a grafenei defineşte diametrul şi unghiul de răsucire (torsiune) care variază între 0 à 30° datorită reţelei hexagonale. Lanţurile de hexagoane pot fi paralele sau nu cu axa cilindrului. Toate configuraţiile posibile se pot clasifica în trei categorii : armchair (=30°), în zigzag (=0°) sau în spirală (= 0 – 30°).

Rularea

Şurubul lui Arhimede = 30° = 0° = 0°- 30° 2

Primele două tipuri de tub, hexagoanele din partea superioară a tubului au aceeaşi orientare faţă de axă cu cele in partea inferioară.

În ultimul caz, între hexagoanele din partea inferioară şi cea superioară apare un unghi de 2 şi înfăşurarea lor defineşte un şurub al lui Arhimede.

În ansamblu, caracteristicile care definesc un nanotub sunt următoarele : nanotubul are o structură derivată din cea a grafitului în care s-a introdus o curbură simplă prin câteva defecte topologice şi care îi conferă un caracter unidimensional şi o dimensiune moleculară. Aceste caracteristici fac din nanotub un obiect unic prin proprietăţile deosebite manifestate.

Nanotuburile se autoorganizează în timpul sintezei conform a două moduri de asamblare posibile.

nanotuburi de carbon multistrat, în engleză Multi Wall Carbon Nanotubes (MWNT) nanotuburi de carbon monostrat, în engleză Single Wall Carbon Nanotubes (SWNT)

În primul mod, tuburile se suprapun unele peste altele şi se numesc nanotuburi multistrat. Numărul de straturi şi diametrul lor sunt variabile.

Nanotub multistartExistă două modele de structură multistrat : în cilindri concentrici (a) sau în spirală

(b).

Într-un al doilea mod, nanotuburile rămân monostrat şi au diametre foarte uniforme care se asamblează pentru a forma fascicule.

Fascicul de nanotuburi cu diametrul mediu de 1,3 nmÎn fiecare fascicul, tuburile se grupează compact şi formează un aranjament periodic de simetrie triunghiulară. Numărul lor poate atinge mai multe zeci într-un fascicul al cărui diametru variază conform condiţiilor de sinteză de la 1 la 30 nm.

În cele două tipuri de asamblare, distanţa dintre două tuburi adiacente este aproape egală cu distanţa dintr două planuri ale grafitului, ceea ce înseamnă că ansamblul de tuburi nu modifică natura legăturilor chimice care rămân identice cu cele manifestate în grafit.Cele două moduri de asamblare sunt legate de condiţiile de sinteză.

3. PROPRIETĂŢI ALE STRUCTURILOR NANOMETRICEProprietăţile nanotuburilorProprietăţile specifice nanotuburilor resultă direct din legătura chimică de tip grafit.

Caracterul planar şi orientat al legăturilor chimice face din grafit un solid foarte stabil chimic şi foarte anizotrop în care proprietăţile importante se manifestă în planul format din hexagoane şi care constituie structura nanotubului.

La acestea, o contribuţie este adusă de curbura planului (diametrul tubului) precum şi de reducerea dimensiunilor la o dimensiune moleculară care îi conferă un caracter unidimensional. Odată cu scăderea dimensiunilor, forţele la nivel microscopic devin preponderente, trebuind să se tracă de la abordarea clasică la cea cuantică. Are loc, de fapt o cuantificare energetică dependentă de dimensiuni. De exemplu, nu mai este respectată legea lui Fourier de transfer a căldurii pentru că are loc o propagare a vibraţiei atomilor.

Prin creşterea densităţii pe suprafaţă ce devine comparabilă cu cea pe volum, creşte importanţa legăturilor chimice pe suprafaţă prin creşterea energiei de legătură la suprimarea legăturilor în profunzime. Potenţialul de interacţie la nivel submicroscopic (de tip Van der Waals) este invers proporţional cu puterea a 6-a a distanţei.

Proprietăţi electrice Grafitul este cunoscut ca un material slab conducător a cărui conductibilitate electrică

este perturbată puternic de defecte sau dopaj. La un nanotub, perturbarea se datorează unghiului de înfăşurare (helicităţii). După

cum s-a stabilit experimental, nanotubul cu lanţul de hexagoane a căror latură este perpendiculară pe cu axa sa (nanotub armchair - = 30°) are conductivitate electrică ridicată (caracter metalic) datorită benzii interzise Fermi de lăţime nulă (band gap). În cazul nanotubului cu lanţ în spirală conductivitate electrică este similară semiconductorilor, în acest caz mărimea diametrului determinând lăţimea band gap şi implicit modul de trecere a electronilor din banda de valenţă în banda de conducţie. Pe baza conceptelor cuantice, circumferinţa L trebuie să fie proporţională cu lungimea de undă a electronului pentru ca o undă de electroni care străbate tubul pe circumferinţă să interfereze cu ea însăşi, deci :

n · = L

Dacă se mai are în vedere legătura dintre lungimea de undă şi frecvenţa f a unei electronice :

· f = c (c fiind viteza luminii)

precum şi expresia energiei elementare :

w = h · f (h fiind constanta lui Planck)

rezultă că :

w = n · h · c/L

Prin urmare, se constată că unor diametre reduse ale nanotuburilor le corespund valori mari de energie precum şi benzi interzise (bariere) de lăţime mică. Se poate demonstra că

nanotuburile cu configuraţie armchair sunt metalice pentru că au un diametru mai mic decât alte configuraţii obţinute prin răsucire.

Conductivitatea electrică ridicată a nanotuburilor se explică prin faptul că mişcarea electronilor, care poate fi numai înainte şi înapoi, se desfăşoară printr-o structură cristalină unidimensională perfect ordonată cu împrăştieri numai prin întoarcere prin ciocniri puternice care sunt cele mai puţin probabile (spre deosebire de cazul 3 D unde împrăştierile se pot face sub orice unghi). Ca urmare, la temperatura camerei, drumul liber mijlociu este de ordinul micronilor (în timp ce la cupru are valoarea de 40nm). Din acest motiv, încărcarea unui nanotub poate fi de 100-1000 ori mai mare decât a cuprului.

Controlul lăţimii band gap prin diametru şi gradul de răsucire poate suplini rolul semiconductorilor care au fluctuaţie de concentraţie a impurificării.

De asemenea, se pot înlocui straturile de semiconductori care devin capcane de electroni la suprafaţă (datorită unor legături disponibile) şi care trebuie pasivizate prin oxidare mărindu-se astfel grosimea acestora.

O altă consecinţă a legăturii de natură cuantică dintre energie şi dimensiuni este posibilitatea obţinerii luminii de o anumită frecvenţă la injectarea simultană de goluri ş electroni pe la capetele unui nanotub, din ciocnire rezultând şi radiaţie luminoasă şi căldură. Se poate genera un anumit tip de lumină prin alegerea diametrului dar poate fi şi detectată.

Comportamentul feromagnetic al nanostructurilorMaterialele feromagnetice (fierul, nichelul, cobaltul) se magnetizează sub acţiune anui

câmp magnetic exterior în funcţie de intensitatea acestuia până la valoarea de saturaţie (caracteristică fiecărui material). Valoarea inducţiei de saturaţie creşte la scăderea temperaturii proporţional cu T-3/2 , T fiind temperatura absolută (legea lui Bloch).

Într-un articol recent punlicat de cercetători de la NIST (National Institute of Standards) în Physical Review Letters fac cunoscut faptul că materialele feromagnetice nanostructurate pot să nu mai urmeze legea lui Bloch în domeniul temperaturilor foarte scăzute, magnetizarea crescând mult mai rapid. Autorii consideră că această anomalie caracterizează fenomenului cuantic cunoscut sub numele de condensarea Bose-Einstein. În articole, cercetătorii propun extinderea valabilităţii legii lui Bloch la nanostructuri prin inroducerea unui termen de energie suplimentară asociată procesului care depinde de temperatură. Este nevoie să se determine în continuare influenţa dimensiunilor şi formei acestor nanosisteme magnetice în starea de condensare Bose-Einstein.

Proprietăţi mecanice Datorită anizotropiei structurale, grafitul are un modul de elasticitate foarte mare în

planul hexagonal (1 TPa) şi mult mai mic în afara planului (4 109 Pa). Nanotubul de carbon benficiază de rezistenţa mecanică a grafenei pe care o sporeşte astfel că modulul de elasticitate devine superior lui 1 TPa după cum s-a stabilit experimental. Această resistenţă ridicată la deformare se adaugă unei mari flexibilităţi. Diferite experimente au arătat că nanotubul se curbează în unghi mare sau se răsuceştice cu mare uşurinţă în jurul propriei axe.

Nanotuburile devin interesante prin caracteristicile următoare :-rezilienţă apreciată (prin simulare) ca fiind de circa 200 ori mai mare ca a oţelului la o

masă specifică de 6 ori mai mică (la secţiune echivalentă), neputând fi testată experimental;-duritate a unor anumite nanotuburi mai ridicată decât a diamantului.

Proprietăţi chimice Nanotuburile sunt structuri poroase ce pot fi umplute cu alţi compuşi chimici,

devenind astfel nanofire. Este deci posibil ca acestea să se umple chiar cu molecule de fulerenă sau cu alţi compuşi cristalini.

Proprietăţi ale nanotuburilor de nitrură de bor (NB)In 1994, s-a reuşit producerea de nanotuburi pornind de la nitrura de bor. Proprietăţile

acestor nanostructuri sunt încă imprecis determinate, iar aplicaţiile lor rămân de descoperit.Aceste nanotuburi se disting de alte structuri prin anumite proprietăţi. Se ştie pentru

moment că acestea sunt izolanţi electrici, datorită unei late band gap (5eV) independent de unghiul de torsiune, dar că ar putea să conducă lumina.

Este de asemenea posibil de a implanta molecule (proteine) la surprafaţă nanotuburilor NB pentru a le utiliza ca suport de sinteză..

Nanotuburile NB au în general proprietăţi mecanice similare nanotuburilor de carbon în special o mai mare rigiditate.

4. FABRICAŢIA STRUCTURILOR NANOMETRICE Nanotuburile au fost descoperite în 1991 de către SUMIO Iijima. Ele s-au obţinut prin

evaporarea grafitului cu un arc electric în atmosferă de heliu. Aceste structuri pot exista propbabil, dar pentru moment au fost observate numai cele de sinteză.

La început, temperatura ridicată (aproape de 6000°C) necesară procedurii nu permitea obţinerea de cantităţi mari pentru diferite utilizări, nanotuburile având tendinţa de a se topi parţial şi a se lipi.

După 1992 a fost pusă la punct noi proceduri, cum ar fi evaporarea cu laser şi adăugarea de metale cu rol catalitic care au permis reducerea temperaturii de reacţie la 1200°C.

După descoperirea iniţială a lui Iijima, au fost încercate diferite proceduri de sinteză cu scopul de a produce noi structuri şi de a pune la punct metode care să permită producerea pe scară largă de nanotuburi într-omanieră controlată.

Se disting două tipuri de căi de sinteză ce se deosebesc între ele prin nivelul de temperatură utilizat.

Sinteza la înaltă temperaturăLa première cale constă în a evapora grafitul (ce sublimează la 3200 °C) şi de a-l

condensa într-o incintă umplută cu heliu sau argon unde domină un puternic gradient de temperatură. Pe această cale, obţinerea de facsicole de monotuburi necesită utilizarea unor catalizatori metalici (metale de tranziţie, Ni, Co, Pd, Pt sau pământuri rare, Y ) amestecaţi în proporţie de câteva procente în pudra de grafit.

Nanotuburile multistrat se formează direct în faza de vapori la o temperatură de aproape 3000°C.

Diferitele metode ce uitlizează acest principiu se disting între ele prin procedeul de vaporizare a grafitului.

În procedul lui Krätschmer şi Huffmann, utilizat de Iijima, este stabilit un arc între doi electrozi de grafit, caz în care electrodul anod se consumă pentru a forma plasma care poate atinge temperatura de 6000°C. Această plasmă se condensează pe catod sub forma unui depuneri filamentoase sub forma unei pânze de păianjen foarte densă ce conţine nanotuburile. Acest procedeu este simplu şi puţin costisitor şi se pretează la modificări pentru a obţine diferite tipuri de nanotuburi. Singurul ezavantaj este durata sintezei cât şi controlul pretenţios.

Al doilea procedeu de vaporizare dezvoltat degrupul condus de R. Smalley la Universitatea din Houston (USA) constă în sublima local o ţintă de grafit cu radiaţia unui laser de mare putere pulsatoriu sau continuu. Grafitul este fie vaporizat fie expulzat în fragmente de câţiva atomi. Este opus primului procedeu prin costul ridicat şi printr-un număr restrâns de parametri de control.

O metodă originală de vaporizare a grafirului este aceea de a utiliza energua solară prin concentrarea radiaţiei solare asupra ţintei astfel încât să se atingă temperatura de vaporizare.

Toate aceste procedee permit producerea la nivel de laborator a câtorva sute de miligrame de nanotuburi brute, dar se încearcă extinderea la o scară mai mare.

Sinteza la medie temperaturăA doua cale de sinteză utilizează temperaturi medii şi este o adaptare a metodelor

catalitice sau pirolitice tradiţionale utilizate la sinteza fibrelor de carbon. Principiul acestor metode constă în a descompune un gaz carbonic la surprafaţa particulelor unui catalizator metalic într-un cuptor la o temperatură cuprinsă între 500°C şi 1100°C conform naturii gazului. Carbonul eliberat din descompunerea gazului precipită pe suprafaţa particulei şi această condensare duce la creşterea structurilor tubulare. Nanotuburile monostrat se formează în domeniul de temperaturi cuprins între 800 et 1400°C.

In asemenea proceduri, natura asamblării este controlată prin temperatura şi dimensiunile particulelor de catalizator. Dacă aceste condiţii de sinteză sunt acum bine stabilite, rămâne ca mecanismele care contrlează formarea şi creşterea tuburilor sunt încă foarte puţien cunoscute şi că multe rămân de făcut în acest domeniu pentru a controla sinteza unui tub de o configuraţie dată.

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

Procedurile pe bază de temperaturi medii pot fi dimensionate pentru a obţine mijloace de producţie la scară largă a fibrelor de carbon, ceea ce este mai dificil de prevăzut la metodele pe bază de înaltă temperatură. Universitatea din Houston a dezvoltat deja un dispozitiv ce uitlizează monoxidul de carbon care produce 10g de nanotuburi brute pe zi şi care este pe cale de a fi estinsă industrial la Societatea CNI.

În continuare se pun la punct noi metode de sinteză performante. De exemplu, în 2005echipa condusă de Ray Baughman de la Universitea Dallas a făcut publică o metodă care permite producerea până la 10 m de nano-foi pe minut.

În iunie 2005, cercetători de la Nanotech Institute al Universităţii din Dallas (Texas, États-Unis d'Amérique) et de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (Csiro, Australie) au publicat un articol în revista Science prin care anunţă că au pus la punct o metodă ce permite producerea a 7 m pe minut de nanotuburi de de câţiva centimetri lungime şi câteva zeci de nanometri grosime. Această tehnologie va permite să se depăşească principala barieră în dezvoltarea de aplicaţii sau produse finite.

5. VIZUALIZAREA STRUCTURILOR NANOMETRICEInstrumentul cheie pentru a observa şi identifica structura nanotuburilor este

microscopul electronic care situat observaţiile la scară nanometrică şi a permis descoperirea nanotuburilor .

În principiu, se trimite o radiaţie asupra obiectului şi se construieşte imaginea acestuia cu ajutorul unui sistem de lentile (microscop) ce focalizează radiaţia utilizată.

Nivelul informaţiei depinde în primul rând de natura radiaţiei uitlizate. Rezoluţia sa, adică dimensiunea minimă a detaliilor observabile pe imagine este de acelaşi ordine de mărime cu lungimea sa de undă.

Cum distanţa între atomi este de ordinul a 0,1-1 nm, iar lungimea de undă a luminii vizibile este =0,4-0,8 m, cu lumină vizibilă nu se pot detecta dimensiuni mai mici de =0,5 m, deci nici aranjamentele atomilor.

Prin urmare, pentru a studia structurile nanometrice, este necesară o radiaţie cu 0,1 nm. Este exclusă utilizarea radieţiei X datorită slabei reflectivităţi necesare în sistemul optic. Soluţia a fost găsită în 1937 (studentul E. Ruska) prin conceperea primului microscop care uitiliza electroni de energie ridicată cu =0,001 nm. Electronii, produşi prin emisie termoelectrică, sunt acceleraţi puternic la o tensiune de sute de kV şi focalizaţi în câmp electric şi magnetic.

6. APLICAŢII TEHNICE ŞI REALIZĂRI

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

Nanotuburile de carbon pot permite realizarea de emiţătoare de câmpuri sau lumină la nivel nanometric

Nanotuburile de carbon modificate (cu adaus de K) pot deveni supraconductoare la joasă temperatură

Nanotuburile de carbon cu proprietăţi semiconductoare sau izolante de dimensiuni reduse

Nano-foi de 50 nm grosime transparente şi bune conducătoare de electricitate pentru dejivrare

Cuplare unui tranzistor cu celula nervoasă Tratamentul celulei vii prin injectarea e medicamente Nanoordinator pe bază de ADN cu 1 miliard de operaţii/s

Micromotor cu diametrul de 2000 de ori mai mic decât al firului de păr Microrobot de 250 m lungime şi 60 m lăţime dotat cu elemente de locomoţie,

sursă de energie şi sistem de direcţie controlată BIBLIOGRAFIEhttp://www.onera.fr/conferences/nanotubeshttp://fr.wikipedia.org/wiki/Nanomatériauhttp://www.crpp.u-bordeaux.fr/nanotfr.html http://www.ulb.ac.be/inforsciences/openscience/naimo