Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Углеродные нанотрубки



 Другие рефераты
Трех- и четырехволнове рассеяние света на поляритомах и кристаллах ниобата лития с примесями УСТОЙЧИВОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ. ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ В СЛОЖНЫХ СИСТЕМАХ. ДЕГРАДАЦИЯ Ударные волны Удивительный мир звука

Государственный комитет Российской Федерации
                           по высшему образованию



                   Российский Государственный Авиационный
                         Технологический Университет
                       имени К.Э. Циолковского  - (МАТИ)

            ____________________________________________________



                              Отчет о практике



                        Тема: “Углеродные нанотрубки”



                   Руководитель:               Городцов В.А.
                   Выполнили студенты:   Кузнецов В.Ю.
                                               Шапиро Р.А.



                                Москва 1998г.

           Введение

    В  настоящее  время  технология  достигла  критической   точки   своего
развития, когда применение микрообъектов уже  невозможно.  Нужно  переходить
на новый  - наноуровень. В связи с  этим  возникла  необходимость  получения
транзисторов, проволок с размерами примерно от 1 до 20 нанометров. В  1985г.
была найдено  решение  этой  проблемы  -  открыты  нанотрубки,  а  с  1990г.
научились получать их в объемах, достаточных для изучения.
    В этой работе перед нами была поставлена задача разобраться  в  природе
углеродных нанотрубок, рассмотреть некоторые их свойства и возможные  методы
применения.
    И хотя пока существует множество проблем и трудностей  с  получением  и
изучением  физико-химических  свойств,  ясно  одно  -  за   нанотехнологиями
будущее.
Рассмотрение фуллеренов и  нанотрубок  невозможно,  если  не  разобраться  в
природе этих явлений. Для начала рассмотрим состав фуллеренов и нанотрубок.
    Углерод - химический элемент, символ С, атомный номер 6, атомная  масса
12.011.  Обычными  формами  существования  углерода  в  свободном  состоянии
является алмаз и  графит,  встречаются  в  природе.  Основными  отличиями  в
строении алмаза и графита - кристаллическая решетка.
[pic]
             Рис. 1.  Структура кристаллической решетки алмаза.

    Алмаз.  Структура  кристаллической  решетки   показана   на   рис.   1.
Элементарная ячейка кристалла алмаза представляет собой тетраэдр,  в  центре
и   четырех   вершинах   которого   расположены   атомы   углерода.   Атомы,
расположенные в вершинах  тетраэдра,  образуют  центр  нового  тетраэдра  и,
таким  образом,  также  окружены  каждый  еще  четырьмя   атомами   и   т.д.
Координационное  число  углерода  в  решетке  алмаза,  следовательно,  равно
четырем.  Все  атомы  углерода  в  кристаллической  решетке  расположены  на
одинаковом расстоянии (154 пм)  друг  от  друга.  Каждый  из  них  связан  с
другими неполярной ковалентной связью  и  образует  в  кристалле,  каких  бы
размеров он ни был, одну гигантскую молекулу.
    Графит. Структура кристаллической решетки графита показана на  рис.  2.
Кристаллы  графита  построены  из  параллельных  друг  другу  плоскостей,  в
которых расположены атомы  углерода  по  углам  правильных  шестиугольников.
Расстояние   между   соседними    атомами    углерода    (сторона    каждого
шестиугольника)  143  пм,  между  соседними  плоскостями  335   пм.   Каждая
промежуточная  плоскость  несколько  смещена  по   отношению   к    соседним
плоскостям, как это видно на рисунке. Каждый атом углерода  связан  с  тремя
соседними в плоскостях  атомами  неполярными  ковалентными  связями.  Каждый
атом углерода в атомной решетке графита связан  с  тремя  соседними  атомами
углерода,  тремя  sp2—sp2  общими  электронными  парами,  расположенными   в
соответствии с sp2 - гибридизацией, под углами в  120  град,  т.  е.  каждые
четыре связанных между собой атома углерода в графите расположены  в  центре
и  вершинах  равностороннего  треугольника.  Четвертые  валентные  электроны
каждого  атома  располагаются  между  плоскостями  и  ведут   себя   подобно
электронам металла, чем и объясняется электрическая проводимость  графита  в
направлении плоскостей.  Связь  между  атомами  углерода,  расположенными  в
соседних плоскостях, очень слабая (межмолекулярная, или  ван-дер-ваальсова),
хотя отчасти,  благодаря  присутствию  электронов  проводимости,  похожа  на
металлическую. В  связи  с  такими  особенностями  кристаллы  графита  легко
расслаиваются на отдельные чешуйки даже при малых нагрузках.
          [pic]Рис. 2.  Структура кристаллической решетки графита.
    Уникальная способ-ность  атомов  углерода  соединяться  между  собой  с
образованием прочных и  длинных  цепей  и  циклов  привела  к  возникновению
громадного числа разнообразных соедине-ний углерода, изучаемых  органической
химией.
    Теплопроводность графита, измеренная в направлении плоскости  слоев,  в
пять раз больше  теплопроводности,  изме-ренной  в  поперечном  направлении;
электричес-кая проводимость в плоскостном направлении  в  десять  тысяч  раз
превышает проводимость в поперечном направ-лении.
    Электронная  конфи-гурация  атома  углерода  такова:   1s2   2s2   2p2.
Следовательно,  его  четыре   внешних   электрона   не   одинаковы   —   они
соответствуют различным орбиталям; два электрона  не  спарены.  В  связанном
состоянии (валентном) один из электронов 2s  переходит  на  р-орбиталь  (для
этого понадобится около 96 ккал/моль) так, что состояние  атома  может  быть
выражено: 1s2 2s 2p3. В результате мы получим атом с тремя 2р  и  одним  2s-
электроном: 2s2px2py2pz.



    Возможны несколько видов гибридизации: sp, sp2 и sp3.
[pic]
Рис. 3.  Схема гибритизации электронных состояний:
а - образование двух sp-гибритных облаков
б - образование трех sp2-гибритных облаков
в - образование четырех sp3-гибритных облаков

    При гибридизации типа sp смешиваются атомные орбитали s и р.  При  этом
орбитали, например, рy и рz не меняются, а орбитали рx и  s  дают  гибридную
форму. Так как гибридная функция может иметь вид s+p или s-р, то  получаются
две орбитали, направ-ленные диамет-рально противопо-ложно друг  другу  (рис.
3а).
    Если происхо-дит гибридизация s и двух р-функций, например рx и ру  (рz
остается неизменной), то получаются три тригональные атом-ные орбитали  типа
sp2. Эти орбитали на схеме имеют вид клеверного листа (рис.  3б).  Этот  вид
гибридных орбита-лей оказался очень важным для описания двойных связей.
   При гибридизации типа sp3 смешиваются все атомные орбитали s  и  р.  При
этом все орбитали дают гибридную форму. Гибридные орбитали имеют  отчетливую
 направленность: орбитали атома углерода направлены  к  углам  тетраэдра,  в
центре   которого   помещается   атом   углерода.   Схематически    усиление
направленности — ориентация электронного облака — показано  на  рисунке  3в.
Очевидно, что  это  есть  следствие  ослабления  частей  атомных  орбиталей,
имеющих  разные  знаки,  и  усиление  частей  атомных   орбиталей,   имеющих
одинаковые знаки.
    Получение нанотрубок. Наиболее широко распространенный метод  получения
углеродных  нанотрубок   использует   термическое   распыление   графитового
электрода в плазме дугового разряда, горящей в  атмосфере  He.  Этот  метод,
лежащий  также  в  основе  наиболее  эффективной   технологии   производства
фуллеренов, позволяет получить  нанотрубки  в  количестве,  достаточном  для
детального исследования их физико-механических свойств.  В  дуговом  разряде
постоянного тока с графитовыми электродами при напряжении 15 - 20 В, токе  в
несколько десятков ампер, межэлектродном расстоянии в несколько  миллиметров
и давлении He в  несколько  сот  Торр  происходит   интенсивное  термическое
распыление  материала  анода.  Продукты  распыления   содержат,   наряду   с
частицами графита, также некоторое количество  фуллеренов,  осаждающихся  на
охлажденных стенках разрядной камеры, а также на поверхности  катода,  более
холодного по сравнению  с  анодом.   Рассматривая  этот  катодный  осадок  с
помощью  электронного  микроскопа   обнаружили,   что   в   нем   содержатся
протяженные  цилиндрические  трубки  длиной  свыше  микрона  и  диаметром  в
несколько нанометров, поверхность которых  образованна  графитовыми  слоями.
Трубки  имеют  куполообразные  наконечники,  содержащие,  подобно  молекулам
фуллеренов, шести- и пятиугольники.
    Как отмечалось  выше,  структурно  графит,  из  которого  их  получают,
состоит только  из  шестиугольников.  Рассмотрим  теперь  вопрос,  откуда  в
составе данных наноструктур появляются пятиугольники. Для  этого  необходимо
обратиться к одной из  теорем  топологии,  которая  дает  ответ  на  вопрос:
какими фигурами можно «покрыть» сферу,  запаянную  и  не  запаянную  трубки.
Далее приведем доказательство данной теоремы и некоторые ее следствия.
    Пусть на сфере (или гомеоморфной ей поверхности) начерчен связный  граф
G, имеющий В вершин и Р ребер и разбивающий сферу на  Г  областей  (граней);
тогда справедливо равенство В-Р+Г=2     (1). Это теорема Эйлера.
    Перед  доказательством   этой   теоремы   стоит   вспомнить   некоторые
определения.
    Конечным графом G называется фигура, состоящая из конечного числа  дуг.
В нем имеется конечное число вершин, и некоторые из этих  точек  соединяются
непересекающимися дугами (ребрами графа). Связным  графом  называется  граф,
любые две вершины которого можно  соединить  кривой,  проходящей  по  ребрам
графа.
    Контуром  в  графе  называется  замкнутая  цепочка  ребер,  объединение
которых представляет собой линию, гомеоморфную окружности.
    Деревом называется связный граф, не содержащий ни одного контура.
    Индекс точки называется число дуг, сходящихся в данной точке.
    Также следует доказать следующую теорему:
      Для  любого  дерева,  имеющего  В  вершин  и  Р  ребер,   справедливо
соотношение
                           В-Р=1.             (2)
    Для доказательства проведем индукцию по числу ребер Р. При Р=1  (дерево
имеет одно ребро и две вершины) соотношение  (2)  справедливо.  Предположим,
что для любого дерева, имеющего
1234
скачать работу


 Другие рефераты
Экономические реформы М. Тэтчер
Преступления в сфере компьютерной информации
Объектно-ориентированные СУБД
Стандартные универсальные системы САПР – AutoCAD


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ