Разнообразие углеродных наноструктур пополнилось еще одним интересным объектом. Это двухслойные углеродные нанотрубки (УНТ) сверхбольшого диаметра, синтезированные недавно в Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York (США).

Вертикально упорядоченные пленки таких УНТ были синтезированы методом химического осаждения паров (СVD). Катализатором служил слой железа толщиной 1–5 нм, напыленный с помощью электронного пучка на кремниевую подложку, покрытую буферным слоем Al. В качестве углеродсодержащего газа выступал этилен, подмешиваемый к потоку Ar/H₂ состава 85:15.

В некоторых экспериментах поток Ar/H₂ перед смешением с этиленом пропускали через сосуд с водой при комнатной температуре. Синтез УНТ проводили при температуре 700–800^оС в течение 5–1800 с.

Полученные образцы УНТ изучали с помощью сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов, а также с помощью спектрометра комбинационного рассеяния.

Наблюдения показали, что в результате синтеза продолжительностью 30 мин. образуется вертикально упорядоченный массив двухслойных УНТ высотой около 1 мм. При этом максимальное содержание двухслойных УНТ в массиве достигается при толщине каталитического слоя, равной 1.5 нм. Нанотрубки отличаются высокой степенью чистоты и практически не содержат ни частиц железа, ни частиц аморфного углерода в виде примесей.

Средний диаметр нанотрубок составляет 7.9 нм, что более чем вдвое превышает его максимальную величину, наблюдавшуюся другими авторами. Важной особенностью полученных массивов двухслойных УНТ является аномально низкая плотность этого материала, составляющая, согласно измерениям, 0.015 ± 0.002 г/см³. Это примерно вдвое ниже величин, измеренных ранее для массивов однослойных и двухслойных УНТ, что позволяет рассматривать данный объект как наиболее легкий из синтетических материалов. Причина столь низкой плотности массива состоит в значительном среднем расстоянии между нанотрубками, которое составляет, согласно оценкам, 50 нм и соответствует поверхностной плотности нанотрубок в массиве около 400 мкм^-2.

Наблюдения указывают также на значительные отклонения двухслойных УНТ от формы идеального цилиндра, присущей однослойным нанотрубкам или двухслойным УНТ малого диаметра. Нанотрубки по большей части изогнуты, смяты и содержат немало структурных дефектов.

Результаты исследований указывают на высокую гидрофобность полученных пленок УНТ. Угол смачивания зависит от толщины каталитического слоя и изменяется в диапазоне от 137^о до 100^о. Отмечается, что гидрофобные пленки двухслойных УНТ могут найти применение в некоторых областях медицины.

Автор: А.В. Елецкий

• 1. L.Ci, R.Vajtai, P.M.Ajayan J. Phys. Chem. C 111, 9077 (2007).