Исследование возможности применения наноразмерных углеродных материалов в электродах твердотельных конденсаторов с двойным электрическим слоем (ионисторов)
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
риал, обладающий уникальными характеристиками, могут быть положены в основу разнообразных применений этого материала. К настоящему времени мировой объем производства нанотрубок исчисляется килограммами в год, что определяет их весьма высокие продажные цены (на уровне сотни долларов за грамм). В такой ситуации вопрос о возможности широкомасштабных практических применений нанотрубок должен решаться по мере увеличения их производства и соответственно снижения их цены. Вопрос о практической реализации этих возможностей может быть решен в результате развития соответствующих технологий крупномасштабного получения нанотрубок по сравнительно невысоким ценам.
В основе многих технологических применений нанотрубок лежит такое их свойство, как высокая удельная поверхность. Образование нанотрубками многократно скрученных между собой случайным образом ориентированных спиралевидных структур приводит к возникновению внутри материала нанотрубок значительного количества полостей нанометрового размера, доступных для проникновения извне жидкостей или газов. В результате удельная поверхность материала, составленного из нанотрубок, оказывается близкой к соответствующей величине для индивидуальной нанотрубки. Столь высокое значение удельной поверхности нанотрубок открывает возможность их использования в качестве пористого материала в фильтрах, в аппаратах химической технологии и др.
Весьма обнадеживающими представляются перспективы использования нанотрубок в химической технологии, что связано, с одной стороны, с их высокой удельной поверхностью и химической стабильностью, а с другой стороны - с возможностью присоединения к поверхности нанотрубок разнообразных радикалов, которые могут служить в дальнейшем либо каталитическими центрами, либо зародышами для осуществления разнообразных химических превращений.
Применения нанотрубок в электронике
Хотя технологические применения нанотрубок, основанные на их высокой удельной поверхности, представляют значительный прикладной интерес, наиболее привлекательными представляются те направления использования нанотрубок, которые связаны с разработками в различных областях современной электроники. Такие свойства нанотрубки, как ее малые размеры, меняющаяся в значительных пределах, в зависимости от условий синтеза, электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность, позволяют рассматривать нанотрубку в качестве основы будущих элементов микроэлектроники.
Широко обсуждаются в литературе возможности создания на основе нанотрубок высокоэффективных низковольтных полевых эмиттеров и низкотемпературных термоэмиттеров электронов. Возможности применения нанотрубок в электронике не ограничиваются областью создания на их основе новых типов миниатюрных элементов электронных схем. Наряду с этим нанотрубки могут служить основой тончайшего измерительного инструмента.
Нанотрубки запатентованы. Есть указания на возможность использования нанотрубок в электрохимических конденсаторах [29].
Применения нанотрубок, заполненных различными материалами
Возможности разнообразных применений нанотрубок связаны с развитием и реализацией методов заполнения нанотрубок различными материалами. При этом нанотрубка может использоваться в качестве, как носителя заполняющего ее материала, так и изолирующей оболочки, предохраняющей данный материал от электрического контакта либо от химического взаимодействия с окружающими объектами. Нанотрубоки могут быть использованы в качестве хранилища для газообразного водорода. Практическая реализация этой разработки может способствовать созданию высокоэффективного экологически безопасного автомобильного транспорта на водородном топливе.
В литературе широко обсуждается возможность применения углеродных нанотрубок для изоляции и хранения радиоактивных отходов. Преимущества такого способа хранения связаны с тем обстоятельством, что радиоактивный материал, инкапсулированный внутрь нанотрубки, в химическом отношении инертен и не должен вымываться подземными водами из хранилища. Тем самым можно рассчитывать на повышенную безопасность такого способа хранения материала по сравнению с традиционными, сопровождаемыми значительными утечками радиоактивных материалов.
Большие надежды исследователи возлагают на создание технологии получения нанопроводников, заключенных внутрь однослойных нанотрубок. Решение этой проблемы, а также родственных ей проблем создания на основе таких проводников электронных схем может привести к уменьшению минимальных размеров элементов микроэлектронных устройств на один-два порядка, и в конечном счете к очередному скачку в технологиях обработки и передачи информации.
Графены
Общая характеристика, строение и свойства графенов
Графен - двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных посредством sp связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку (см. рис. 10). Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам, графен обладает большой механической жёсткостью и хорошей теплопроводностью (~1 ТПа и ~5103 Втм?1К?1 соответственно). Высокая подвижность носителей заряда делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектр