Казалось бы, всем хороши нанотрубки. Только слишком малы, а для некоторых приложений требуется иметь если и не сверхдлинные нанотрубки, то хотя бы непрерывные нити и ленты из большого числа ориентированных углеродных нанотрубок. Недавно ученые научились изготовлять такую "нанотрубную пряжу" и продемонстировали работающие устройства на ее основе.

Рис. 1. Вытягивание нанотрубных волокон.

Первый шаг к успеху был сделан два года назад, когда был разработан простой метод получения жестких волокон и лент из одностенных ориентированных нанотрубок. Этот метод основывается на свойствах системы нанотрубки/вода/поверхностно-активное вещество. Исходный материал в форме пучков из нескольких нанотрубок помещали в водный раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ), которое адсорбировалось на поверхности пучков нанотрубок. При определенной концентрации этого вещества электростатическое отталкивание уравновешивается ван-дер-ваальсовыми силами притяжения; в результате образуется суспензия равномерно диспергированных нанотрубок. С помощью шприца эту суспензию медленно вводят в поток раствора полимера, помещенного во вращающийся цилиндрический сосуд. Полимер замещает часть молекул ПАВ на поверхности нанотрубок, что заново вызывает их агрегацию. Нанотрубки предпочтительно ориентируются в направлении вращения. В резульате всех этих манипуляций наблюдается образование длинных лент с поперечным сечением, соответствующим размерам иглы шприца. При удалении полимера со дна цилиндрического контейнера формируются спиральные ленты длиной до 1 метра с преимущественной ориентацией нанотрубок вдоль длины ленты.

При сушке в определенных условиях промытые водой ленты "коллапсируют" - "складываются" в плотное волокно (диаметром от нескольких до сотни микрон). При медленном вытягивании лент из воды получают такие волокна длиной в несколько десятков сантиметров. Волокна эти достаточно прочные и настолько гибкие, что их можно легко завязывать узлом. К сожалению, стоимость получаемых лент и волокон во многом определяется стоимостью пока еще очень дорогих одностенных нанотрубок.

Как оказалось, вышеописанный метод не единственный - недавно ученые из университета Цинхуа (Пекин) предложили другой способ создания нанотрубных нитей. Они пошли другим путем, "выдергивая" пучки нанотрубок из массива (высотой в несколько сотен микрометров), выращенного на кремниевой подложке (рис.1). Исследователям удалось получить из чистых углеродных нанотрубок непрерывные нити длиной до 30 см. Нити обычно выглядят как тонкие ленты из параллельных прядей диаметром несколько сотен нанометров. Всего, по оценкам ученых, из 1 см² такого массива можно сделать до 10 м нити.

Рис. 2. Нанотрубная спираль в лампе накаливания.

Зачем же нужна такая нанотрубная пряжа? Чтобы продемонстрировать возможности нанотрубных волокон, авторы сконструировали лампу накаливания со спиралью из нанотрубных волокон, закрепленных между двумя металлическими контактами (рис.2). Провод светился в вакууме 5 х 10^{- 3} Па при постоянном напряжении 70 В в течение 3 час.

Другим применением нанотрубного волокна является нанотрубный поляризатор из набора параллельных нанотрубных волокон (рис.3). При прохождении луча света через этот поляризатор фотоны, имеющие направление поляризации вдоль оси нанотрубок, поглощаются, в то время как перпендикулярно поляризованные проходят через них. Так как диаметр нанотрубок порядка 10 нм, поляризатор может работать в ультрафиолетовой области спектра при длине волны излучения до десятков намометров.

Ученые, конечно, не считают, что нанотрубные нити можно будет использовать только в работе со светом. Они полагают, что, после соответствующей термической обработки, из нанотрубной пряжи можно будет, например, сделать ткань для пуленепробиваемых жилетов. Правда, вряд ли в ближайщем будущем эта ткань будет очень дешевой.

Рис. 3. Нанотрубный поляризатор для ультрафиолетового диапазона.

Источник информации - бюллетень ПерсТ, выпуск 22 за 2002 г.

Е.Онищенко.