Sərbəst iş №1 Nanotexnologiya və onun inkişaf prespektivləri

Sərbəst iş №10
Karbon nanoboruları, alınması və
tətbiq sahələri
Karbon nanoboruları kovalent rabitəyə malik karbon atom¬la¬rın¬dan ibarət, özü təşkil olunmuş, boru şəkilli nanoquruluşlardır. Onlar əsasən iki formada – birdivarlı (A) və çoxdivarlı (B) karbon nanobo¬ru¬ları, həmçinin çoxtəbəqəli paketləşdirilmiş konusvari nanoboru şəklində olur (C).

Birdivarlı (a), çoxdivarlı (b) və çoxtəbəqəli (c) paketləşdirilmiş konusvarı karblon nanoboruları

Birdivarlı karbon nanoborusu təbii (özü-özünə) boru şəklində bükülmüş qrafit monoatom qalınlıqlı təbə¬qə¬¬dən ibarətdir. Belə təbəqə şəklində qrafit qrafen adlandırılır. Monotəbəqənin bükülməsi isti¬qa¬mətindən ası¬lı olaraq, qrafen metal və ya yarımkeçirici xassələrə malik olur. Ümumilikdə qra¬fen karbonun sp2-hibridləşmiş atomlarından təşkil olunmuş arı şanı şəkilli ) ikiöl¬çü¬lü tora bənzəyir ki, onun da quruluşu sxematik olaraq şəkildə göstərilmişdir.

Qrafenin silindrik olması səbəbindən, quruluşdakı sp²-hibridləşmə vəziy­yə­tinə çox az faizdə sp³-hibridləşməsi də qarışır. Qrafen nanoborusunun quru­luşu birmə­nalı olaraq C_h­ hiral vektoru (hirallıq nöqtəvi simmetriyaya malik iki sırf eyniliyin olmasıdır. Məs., insanın sağ və sol əlləri və yaxud, insa­nın özü ilə onun güzgüdəki əksi və s. ilə müəyyənləşdirilir. Qrafen monotəbəqəsi boru formasında büküldükdə C_h vektoru borunun xarici səthinə söykənən dairə şəklində olur. Bitişmə yeri olmayan (tikiş yeri) nanoboruda bu vektor qrafen qəfəsinin primitiv a₁ və a₂ vektorlarının xətti kombinasiyasıdır. Yəni C_h = na₁ + ma₂. Burada, n və m tam ədədlərdir. C_h və a₁ vektorları arasındakı bucağa hiral bucağı deyilir. Hiral vektoru həmçinin, daşınma vektorunu da təyin edir . Daşınma vektoru borunun quruluşunun onun oxu istiqamətində periodik olduğunu xarakterizə edir. Əgər, m=n və hiral bucağı 30⁰ olarsa, belə quruluş kreslo (qoltuqlu kürsü) tip quruluş adlanır. Əgər m və n ədədlərri sıfır, hirallıq bucağı da 0⁰ olarsa, belə quruluş ziq-zaqvari quruluş adlanır; qalan hallarda, yəni əgər mn, o zaman hiral bucağı 0⁰ ilə 30⁰ arasında dəyi­şir və bu səbəbdən belə boruları hiral quruluşlu borular adlandırırlar. Birdivarlı nanoboruların diametri adətən 1,2-1,4 nm olur, uzunluğu 100 mkm-ə çata bilər.
Birdivarlı karbon nanoborularının elektron xassələri, bütün bərk cisimlərdə olduğu kimi, onların elektron zona quruluşu ilə müəyyən olunur. Zona quruluşu isə öz növbəsində atom düzülüşündən, yəni n və m ədədlərinin əlaqəsindən asılıdır. Hesablama göstərir ki, kreslo formalı borular həmişə metal olur. Ziqzaqvari və hiral borularda n-m=3i (burada i tam ədəddir) şətti ödənildikdə onlar metal, n-m#3i olduqda isə onlar yarımkeçirici xüsusiyyətlərə malik olur.
Tipik yarımkeçirici nanoborularda (əsas) qadağan zolağın qiyməti 0,4eV-dən 0,7eV-ə kimi dəyişir. Ümumi halda borunun diametri artdıqca qadağan zolağın eni azalır. Radial istiqamətdə (borunun en kəsiyi boyunca) birdivarlı borular özlərini birölçülü quruluşlar kimi aparır. Bu istiqamətdə elektronlar səpilmədən böyük məsafələrə yerini dəyişə bilər. Həm də müəyyən edilmişdir ki, qısa metal xassəli nanoborular kvant nöqtələrinə oxşardır.
Çoxdivarlı karbon nanoboruları konsentrik yerləşmiş bir neçə birdivarlı nanoborudan ibarətdir (şəkil 1b); onların diametri 10÷40nm təşkil edir. Çoxdivarlı nanoborunun daxili divarları arasındakı rabitə onun elektron zona quruluşuna zəif təsir edir. Bunun nəticəsi kimi, birdivarlı yarımkeçirici və metal xassəli nanoborular, çoxdivarlı halda da öz xassələrini saxlayır. Statistikaya əsasən əksər çoxdivarlı karbon nanoboruları metal xassəyə malikdir. Karbon nanoboruların bir çox maraqlı xassələri var. Məsələn, onlar metal və ya yarımkeçirici xassələrə malik ola bilər; misə nəzərən daha yaxşı elektrik cərəyanı keçirə bilər; almaza nisbətən daha yaxşı istilikkeçirmə xassəsinə malikdir. Mexaniki xassələrə görə onlar bir sıra materiallarla rəqabət apara bilər və.s.
Bir qayda olaraq, karbon nanoboruların uc hissələri yarımkürə formalı düzülüşə malik karbon atomları ilə qapalı olur.

Karbon nanoboruları׃ a- qrafenin qəfəsi, b- qrafendə keçirici halların enerjisi elektronun k- vektorunun funksiyası kimi, c-qrafendə əsas istiqamətlər üzrə enerji zonalarının quruluşu, d- C-C əlaqələrinə paralel (yarımkeçirici) olan x oxu istiqamətində bükülmüş nanoborular və C-C əlaqələrinə perpendikulyar (metal) olan y oxu istiqamətində bükülmüş nanoborular.
Karbon nanoborularını lazerlə buxarlandırma, karbon elektrodlarının qövs boşalmasında buxarlandırılması və qaz fazadan kimyəvi çökdürülmə tex¬no-logiyaları ilə almaq olar.