Упорядоченные углеродные наноструктуры и области их практического применения

Пленки ДУ ЛЦУ обла­дают очень сильной анизотропией электрофизи­ческих параметров, являясь при толщинах, удовле­творяющих аспекту < 100 нм сверхпроводника­ми в обычном к плоскости пленки направле­нии. При всем этом повдоль цепочки электроны движутся без утрат энергии, как в вакууме.

Потому воз­никает мысль возвратиться при переходе в процессе предстоящей миниатюризации элементной базы наноэлектроники к принципам вакуумной элек­троники, но на твердотельных структурах, где роль вакуума будет играть пленка ЛЦУ. При всем этом кроме ожидаемого уменьшения планарных раз­меров частей наноэлектроники до значений < 10 нм является вертикальная сборка пле­ночных структур типа МОП (МДП), более удоб­ной и действенной возможно окажется планарно-вертикальная сборка частей микросхем, когда последовательное их соединение осуществ­ляется методом напыления «слоеного пирога» из пленочных структур в едином технологическом цикле. При всем этом может быть уменьшение утрат энергии в контактах и соединительных проводни­ках, также повышение быстродействия.

Можно использовать пленки ДУ ЛЦУ и в обыденных диссипативных системах пленочной наноэлектроники, заменяя ими кремниевые элемен­ты. При всем этом употребляют легированные пленки

Рис. 8.2 Области практического внедрения линейно-цепочечного углерода.

ДУ ЛЦУ, которые получают характеристики р- и п-по­лупроводников. При всем этом стопроцентно сохраняется вся технологическая цепочка классической мик­роэлектроники, но создание углеродных материалов должно быть значительно дешевле.

Внедрение линейно-цепочечного углерода в виде нано-кристаллов (порошков) либо волокон карбина за счет наличия в извилистых цепо­чек углеродных атомов, образованных sp’-связью, встроенного электронного поля (квантово-размерный эффект) работа выхода электронов из этих частей в поперечном к цепочке направ­лении понижается и составляет всего 0,4 эВ.

Это позволяет использовать обозначенные нанопорошки либо нановолокна карбина в качестве эффектив­ных прохладных катодов для бессчетных прак­тических применений. При всем этом вероятен и фактически реализуется механизм термоэлек­тронной эмиссии при комнатной температуре, при всем этом с эмиттера снимается ток согласно известному закону Шоттки.

Ниже отмечены те из их, которые уже про­шли первую апробацию и где имеются положи­тельные результаты проверки справедливости за­ложенных в их базу физических мыслях.

Во-1-х, это фактически доведенная до стадии НИОКР разработка сотворения люминес­центных ламп с внедрением возбуждения люминофора не при помощи его накачки линией ртути, как это делается в современных лампах, а при помощи электрического пучка, эмитируемого прохладным катодом, т.е. возможность подмены фо­толюминесценции на катодолюминесценцию. Такие источники будут экономически незапятнанными, так как в их не будет ртути, а спектральный состав излучения подбором люминофора будет поближе к естественному, они будут энергосбере­гающими, так как в их не будет теплопотерь, и поболее дешевенькими по технологии изго­товления и в эксплуатации. На лабораторных щитах достигнуты последующие характеристики соз­данных источников: коэффициент преобразова­ния на порядок выше, чем у ламп накаливания, по прогнозам — ресурс 100 тыс. ч, излучающая поверхность — плоская либо цилиндрическая размерами, верхний предел которых ограничивается только способностями современного электрова­куумного оборудования.

Электронно-оптические системы. Туннельная прозрачность пленок ДУ ЛЦУ опре­деляет ее принципиальное свойство — способность коллимировать проходящий через нее электрический пу­чок, а взаимодействие с плазмонами — способ­ность в определенной степени усиливать его. Результаты испыта­ний проявили эффективность работы интегрированных в ЭОП пленок ДУ ЛЦУ, которые делали сле­дующие функции: 1-ая, расположенная сходу за ИК-фотокатодом защищала его от потока ио­нов и коллимировала пучок фотоэлектронов, 2-ая, размещенная на ПЗС-матрице, коллими­ровала и усиливала пучок электронов и препят­ствовала его расплыванию в силу собственных больших диэлектрических параметров в направлении плоско­сти матрицы. Это повысило чувствительность ЭОП и четкость изображения.

Применение ЛЦУ в медицине. Разработаны физико-хи­мические базы технологии ионно-плазменного нанесения покрытий линейно-цепочечного угле­рода (ЛЦУ) на разные материалы, импланти­руемые в живой организм, включая шовный ма­териал на базе нитей из ЛЦУ (так именуемых карбиновых нитей) и сделаны опытно-промы­шленные установки для их производства последнего поколения мед имплантов на базе использования ЛЦУ.

В отличие от углерода в зр2-гибридизации цепочечный углерод поближе по собственной природе к живым тканям как по собственной первичной структуре (цепочечный углерод), так и по собственной вторичной структуре (способность создавать плотноупа­кованную структуру, напоминающую структуру клеточных оболочек и мембран).

В текущее время реализуются две техно­логии сотворения ЛЦУ-материалов и ЛЦУ-покрытий. 1-ая — это разработка синтеза мате­риала, содержащего куски ЛЦУ, который в обиходе именуется карбином, состоящего из фрагментов линейно-цепочечного углерода, свя­занных меж собой случайными поперечными сшивками. Главным методом получения таких карбиновых волокон является дегидрогалогенирование поливинилгалогенидовых волокон, в ос­новном поливинилиденфторида (ПВДФ). При всем этом может быть получение карбиновых нитей (так именуемого «карбилана»), ваты, войлока. 2-ой метод — это осаждение строго упорядо­ченных по структуре пленок — так именуемых двумерно-упорядоченного линейно-цепочечного углерода — ДУЛЦУ.

Исследования, проведенные в последние го­ды в ведущих мед центрах Рф по­казали, что карбиновые нити и покрытия из ДУДЦУ владеют полным набором необходи­мых требований, предъявляемых к имплантам: прочностью, непрерывностью, высочайшей адгезивностью, малой шириной, технической доступ­ностью и дешевизной.

Биомедицинские исследования с имплантами с покрытиями линейно-цепочечного углерода по­казали отсутствие денатурации белков на его по­верхности и только маленький потенциал свертывания крови. Нанесение покрытий из ДУ ЛЦУ на поверхность присваивает ей исключительную тромборезистентность (превосходит полистерин, являвшийся по сей день наилучшим по этим показателям) и позволяет сделать лучше биосо­вместимость мед имплантатов и уст­ройств, уменьшает риск образования тромбов, от­торжения имплантата, развития воспаления.

К истинному времени фактически нет та­ких отделов разделов медицины, где не могли быть испытаны имплантанты либо контактные с живой тканью материалы с внедрением линейно-цепочечного углерода.

Как надо из предшествующего раздела, модифика­ции углерода, содержащие в той либо другой степе­ни линейно-цепочечный углерод, представляют собой довольно рыхловатые структуры, в которые просто вставляются молекулы белка. Точно также порошки, волокна карбина и пленки ДУ ЛЦУ яв­ляются красивыми адсорбентами, которые мо­гут употребляться в качестве накопителей водо­рода, лития (в литиевых батареях, в качестве фильтров).