Лекция подготовлена кандидатом педагогических наук, профессором кафедры ТФ и ИТО ОГПУ Ильясовой Т.В г.

До 90-х гг. ХХ в. было известно, что углерод образует три аллотропные формы: алмаз, графит, сажа. В 60-е гг. был описан одномерный вариант углерода – КАРБИН и гексагональная разновидность алмаза – ЛОНСДЕЙЛИТ

Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. С соседними атомами связь слабая. Такая с т р у к т у р а определяет свойства алмаза как с а м о г о т в е р д о г о вещества, известного на Земле. Рис.1

Атомы углерода в кристалле графита создают шестиугольные кольца, (подобно пчелиным сотам) и образуют прочную сетку. Сетки располагаются друг над другом слоями. Слои слабо связаны между собой. Такая структура (графитовые сетки) – определила специфические свойства графита: низкую твёрдость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки.

В 1985 г. обнаружена новая аллотропная форма углерода - ф у л л е р е н ы (многоатомные молекулы углерода Сn). Фуллерены были открыты американскими химиками- теоретиками. За их открытие Г. Крото, Р.Е. Смолли и Р.Ф.Керлу в 1997 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Нобелевская премия по химии По расчетам ученых, фуллерены - пустотелые углеродные "мячики" из 60 и более атомов - были вполне стабильны, но никто не знал, как их получить и где искать.

Астрономы обнаружили заранее предсказанные характерные спектральные линии фуллеренов в космосе - в атмосферах у г л е р о д н ы х з в ё з д - «красных гигантов». А затем и на Земле удалось их получить в пламени электрической дуги. До 1992 года фуллерены получали только в лабораториях научных центров мира в мизерных количествах. В 1992 в п р и р о д н о м углеродном минерале – шунгите были обнаружены п р и р о д н ы е ф у л л е р е н ы. Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии, Мексике, и в каждом случае - на местах падения м е т е о р и т о в. Некоторые природные фуллерены заполнены атомами редкого для земных пород гелием-3. По мнению ученых, такие фуллерены могли образоваться только в космических условиях ( в « углеродных звездах» и их ближайшем их окружении. Шунгит

Схема установки для получения фуллеренов ( 1990 г. ) Распыление графита осуществляется при пропускании через электроды тока с f=60 Гц, при силе тока до 200 А, напряжении В. Кожух заполнял- ся гелием (для торможения атомов углерода). Поверхность медного кожуха, охлаждаемого водой, покрывается испаряю- щейся графитовой сажей. Получаемый порошок соскабливают и выдерживают в течение нескольких часов в кипящем толуоле, Образуется темно- бурая жидкость. При выпаривании её во вращающемся испарителе осаждается мелко- дисперсный порошок, вес его составляет не более 10% от веса исходной графитовой сажи. В нём содержится до 10% фуллеренов С60 (90%) и С70 (10%). Описанный метод получения фуллеренов стал называться «фуллереновая дуга». ДОКАЗАНО: в дуге фуллерен собирается из отдельных атомов углерода (или фрагментов С 2 ) путём самоорганизации, а не свёртывания фрагментов углеродных плоскостей.

Самый симметричный и наиболее полно изученный из семейства фуллеренов ф у л л е р е н (C 60 ) - состоит из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Толщина сферической оболочки = 0,1 нм, радиус молекулы С 60 = 0,357 нм. 1 нм = м С 60 получил название - б а к м и н с т е р ф у л л е р е н Доказано, что при комнатной темпера- туре молекулы С 60, в р а щ а ю т с я вокруг оси равновесия с частотой об/с. При понижении температуры вращение замедляется.

Происхождение термина "фуллерен" связано с именем американского архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, получившего патент на полусферические архитектурные конструкции, состоящие из шестиугольников и пятиугольников. ЭКСПО- 67, Сокольники, МОСКВА

Низшие фуллерены с n < 60 неустойчивы как и гиперфуллерены ( С76, С84, С90, С96, С100, С110) и фуллерены-гиганты (С240, С540, С960). Все они также как С60 имеют форму замкнутой поверхности.

Молекула С 60 содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Поэтому молекулу фуллерена следует признать органической молекулой. Молекула фуллерена С 60 В фуллерене плоская сетка шестиугольников (графитовая сетка) свернута и сшита в замкнутую сферу благодаря пятиугольникам. Какова роль 5-угольников в структуре молекулы фуллерена?

Кристаллическая структура фуллерита К р и с т а л л, образованный молекулами фуллерена, получил название ф у л л е р и т. Это молекулярный кристалл, т.е. минимальным элементом его структуры является не атом, а м о л е к у л а углерода. Он относится к веществам, являющимся связующим звеном между органическими и неорганическими веществами.. Ф У Л Л Е Р И Т Чистый фуллерит необходимо хранить в темноте, т.к. под влиянием света он разлагается. Фуллерит имеет плотность 1,7 г/см 3, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см 3 ) и алмаза (3,5 г/см 3 ). По электрическим свойствам он является полупроводником.

Самое интересное в фуллеренах п у с т о т а, которая остается в середине "футбольного мяча". Потому что в эту пустоту можно при желании поместить, что угодно: от газов до частей генов и др. фуллеренов. Благодаря своему сетчато-шарообразному строению фуллерены оказались идеальными наполнителями и идеальной смазкой Комбинируя внутри углеродных шаров разные атомы и молекулы, можно создавать самые фантастические материалы будущего. Фуллерен не токсичен, не подавляет здоровые клетки, а наоборот, помогает работать всем биологическим структурам организма. Все целебные свойства фуллерена в воде резко усиливаются. С 540

Физики используют фуллерены для создания органических солнечных батарей, химических лазеров и "молекулярных компьютеров", а также ультра твёрдых материалов и материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью. Химики используют фуллерены в качестве нового типа катализа- торов, смазок, поглотителей веществ, фильтров и др. Биологи и фармакологи используют шары фуллерена для доставки внутрь клетки и размещения на поверхности клеточных мембран самых различных веществ, включая антибиотики, витамины, гормоны, а также фрагменты генокода при создании трансгенных животных и растений. При этом "фаршированные" фуллерены, включив в свою внутреннюю полость другие молекулы, приобретают совершенно новые свойства!

В начале 1991 г. было установлено, что легирование¹ ф у л л е р и т а небольшим количеством щелочного металла приводит к образованию материала с металлической проводимостью, который при низких температурах переходит в сверхпроводник.сверхпроводник Вскоре установили, что сверхпроводимость ю обладают многие ф у л л е р и т ы, легированные атомами щелочных металлов в соотношении либо Х 3 С 60, либо XY 2 С 60 (X,Y атомы щелочных металлов). Рекордсмен среди таких высокотемпературных с в е р х п р о в о д н и к о в - RbCs 2 С 60. Его Т кр. = 33 К ( С). Структура фуллерита с внедренным рубидием (сверхпроводимость).

Малые размеры, возможность при синтезе получать необходимую электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность делают углеродные наноструктуры новым материалом для производства рабочих элементов функциональных схем. Поэтому в настоящее время усилия ученых направлены на разработку технологии получения фуллеренов и нанотрубок, заполненных проводящим или сверхпроводящим материалом.

Фуллерены могут использоваться в технике, медицине, ракетном строительстве, в военных целях, электронике, оптоэлектронике, машинном производстве, в создании новых компьютеров и др. Во всех случаях рабочие параметры оборудования значительно уменьшаются, качество повышается, технологии становятся более эффективными и простыми.

Почему велика роль ф у л л е р е н о в в н а н о т е х н о л о г и я х

Настоящий п р о р ы в в науке произойдет только тогда, когда мы научимся управлять отдельными а т о м а м и. (Р. Фейнман) Технологии, которые работают на уровне отдельных атомов и молекул, называются н а н о т е х н о л о г и я м и. Отцом этого перспективнейшего направления в науке считается Ричард Фейнман, прочитавший в 1959 г. историческую лекцию «Там, внизу, еще много места». В ней он сказал: «Насколько я вижу, принципы физики не запрещают манипулировать отдельными атомами.. Пока мы вынуждены пользоваться п р и р о д н ы м и молекулярными структурами, Но в принципе физик мог бы синтезировать любое вещество по заданной химической формуле»…

Такой прибор способен не только «увидеть», но и «подцепить» отдельный а т о м и перенести его на другое место. За прошедшие 30 лет нанотехнологии это стало производственной реальностью, и можно создавать необходимые объекты, «монтируя» их на атомном уровне. В 1981 г. ученые Г. Бининг и Г. Рорер из швейцарского отделения IBM создали туннельный м и к р о с к о п, впервые позволивший взглянуть на обособленные молекулы и атомы. Надпись выполнена 35 атомами ксенона на кристалле Ni

В настоящее время происходит переход полупроводниковой электроники с микро- на наноуровень. Это уже молекулярная электроника или м о л е т р о н и к а Молекулярный кристалл фуллерена - ф у л л е р и т является полупроводником. Используется в качестве н о в о г о материала в молектронике. Это диоды, транзисторы, фотоэлементы и др. Их преимущества – наноразмеры и быстродействие (~ 1 нс). На рис.1 показана интегральная схема на углеродной нанотрубке на фоне человеческого волоса Перспективно использовать молекулу фуллерена в качестве самостоятельного н а н о р а з м е р н о г о устройства, например, усилительного элемента.

Органический солнечный элемент в разрезе. Желто-коричневым выделен полимер, синим фуллерен. солнечные элементы такого типа оказываются значительно дешевле и проще в применении, чем традиционные полупроводниковые, имеют больший КПД. Идея использования органических молекул для выработки тока под воздействием света

Молекула C 60 F 18 Молекула C 60 F 36 Молекула C 60 F 20 Молекула C 60 F 48 Эндоэдральный фуллерен Присоединение к С60 радикалов, содержащих металлы платиновой группы, позволяет получить ферромагнитные материалы на основе фуллерена. В настоящее время известно, что более трети элементов периодической таблицы могут быть помещены в н у т р ь молекулы С60. На основе фуллеренов уже синтезировано более 3 тысяч новых соединений. Интеркалированные и эндоэдральные фуллерены

Возникает перспектива использования фуллеренов в качестве основы для создания запоминающей среды со сверхвысокой плотностью информации. В настоящее время в качестве накопителей информации широко используются магнитные диски с тонкой пленкой ферромагнитного металла, что дает поверхностную плотность записи ~ 10 7 бит/см 2. Оптические диски, действие которых опирается на лазерную технологию, позволяют достичь ~10 8 бит/см 2. Если же в качестве носителей информации использовать фуллереновые магнитные диполи, расположенные на поверхности жесткого диска на расстоянии 5 нм друг от друга, то плотность записи достигнет фантастического значения 4 * бит/см 2. Cтанет возможным записать содержание в с е х книг, изданных в мире с момента появления книгопечатания, всего на о д и н д и с к современного формата.

Влияние малых добавок фуллереновой сажи на антифрикционные и противоизносные свойства конструкций Наличие фуллерена С60 в минеральных смазках обеспечивает на поверхностях трения образование защитной фуллерено- полимерной пленки толщиной 100 нм. Образованная пленка защищает от термического и окислительного разруше- ния, увеличивает время жизни узлов трения в аварийных ситуациях в 3-8 раз, термостабильность смазок до ºС, несущую способность узлов трения в 2-3 раза, расширяет рабочий интервал давлений узлов трения в 1,5-2 раза. Фуллерены могут найти применение в качестве присадок для ракетных топлив. Это - новейшие антифрикционные материалы на уровне нанотехнологий. Узел трения "самозатачивается", как древний индийский клинок.

С помощью фуллереновой смазки достигаются следующие основные эффекты: · восстанавливается геометрия трущихся деталей в оптимальную сторону, при зеркальной чистоте и твердости; · Продлевается срок службы узлов трения в 2-3 раза, обеспечивается надёжная защита от износа; · Снижается расхода бензина, дизтоплива и моторных масел; · Увеличивается мощность двигателя, его КПД; · Достаточна однократная обработка узлов, отсутствуют вредных и опасных проявления в последующей эксплуатации.

Углеродные волокна (УВ) (В 2002 году размер мирового рынка углеродных волокон превышал 1 млрд. долларов). У них высокие модуль упругости и прочности, малая плотность, низкий коэффициент трения, а также высокая стойкость к атмосферному влиянию и химическим воздействиям. УВ и композиты из них (углепластики) имеют черный цвет и хорошо проводят электрический ток. Кроме этого, углеродные волокна и углепластики имеют почти нулевой коэффициент линейного расширения, что делает их н е з а м е н и м ы м и в некоторых специальных областях применения. УГ сохраняют прочность при очень высоких температурах (до 2200°С) и низких температурах. Диаметр ~ 5 – 15 микрон

Углеродные волокна используют для производства изделий, где опреде- ляющим фактором является не ц е н а, а эксплуатационные с в о й с т в а. Углепластики используют для производства дорогостоящего спортивного инвентаря, в авто- и мототехнике, а также в а в и а к о с м и ч е с к о й и в о е н н о й промышленности (танки, ракеты, самолеты и др.). Армированные углеродными волокнами композитные материалы - углепластики – легкие и прочные преобразовали многие отрасли промышленности.

Велосипед, армированный нановолокнами Метаматериалы придуманы учеными и не имеют аналогов в природе. Были созданы впервые в 2000 г. Они перспективны во многих областях техники, например, для создания радиолокационных линз и формирования покрытий полностью поглощающих электромагнитное излучение (создание о б ъ е к т о в- н е в и д и м о к). Метаматериал, поглощающий электромагнит- ное излучение

Он ~ в три раза более твердый, чем обычные соединения, такой же плотности. Специальные мельницы измельчают алюминий в сверхтонкий порошок. Достаточно добавить ~ 1% фуллерена, чтобы материал стал твёрже. Такой материал нужен для улучшения работы компрессоров, турбокомпрессоров и двигателей.. Турбины с облегчёнными роторами из такого материала могут иметь более высокие скорости вращения, что делают компрессоры и двигатели более эффективными. Для экономии материала можно сделать более тонкими алюминиевые кабели при той же прочности и электрических параметрах. Создан новый материал – алюминий с фуллереном

Солнечная батарея с использование фуллеренов Фуллериты обладают фотопроводимостью в спектральном диапазоне, оптимальном для создания солнечных элементов

Фуллерены планируют использовать в качестве основы для производства аккумуляторных батарей. В сравнении с лучшими на сегодня –литиевыми батареями - они в 5 раз большей ёмкости, имеют меньший вес, а также более экологичны и санитарно безопасны. Такие аккумуляторы могут найти широкое применение для питания персональных компьютеров и медицинских аппаратов малого размера.

Фуллерены нашли применение в качестве добавок в вспучивающиеся огнезащитные краски. За счёт введения фуллеренов краска под воздействием температуры при пожаре вспучивается, образуется достаточно плотный пено- коксовый слой, который в несколько раз увеличивает время нагревания до критической температуры защищаемых конструкций. Пеновспучивающиеся огнезащитные краски

Атомы углерода могут образовывать не только сферические молекулы, но и трубки н а н о м е т р о в о г о диаметра, состоящие из миллионов атомов: C

Углеродные нанотрубки (открыты в 1991 г. учёным С. Иджима) Ещё одна аллотропная форма углерода Идеальная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр гра- фитовую плоскость из 6-угольников, закрытую с торцов «чашками», содержащими 5- и 3-угольники. С помощью электронного микроскопа установлено, что большинство н а н о т р у б о к состоят из нескольких графитовых слоев, или вложенных один в другой, или навитых на общую ось. Д и а м е т р трубок не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до нескольких микрон. Первая нанотрубка была получена путём распыления графита в элект- рической дуге. В настоящее время обнаружены однослойные нанотрубки диаметром 0,9 нм.

Различают металлические и полупроводниковые нанотрубки. Металлические нанотрубки проводят электрический ток даже при абсолютном нуле температуры. Проводимость полупроводниковых трубок равна нулю при абсолютном нуле и возрастает при повышении температуры. Нанотрубки ( самые востребованные в практике)

Многослойные нанотрубки более разнообразны по форме. Возможные структуры: "русская матрешка» (а), вложенные друг в друга призмы (б), свиток (в). Для всех приведённых структур расстояния между соседними графитовыми слоями близко к величине 0,34 нм (как у графита). Реализация той или иной структуры в конкретной экспериментальной ситуации зависит от условий синтеза нанотрубок. а) б) в)

Возможный механизм формирования в электрической дуге углеродных фуллеренов и нанотрубок.

Такие свойства нанотрубки, как ее малые размеры, меняющиеся в зависимости от условий синтеза электропроводность, механическая прочность и химическая стабильность, позволяют рассматривать нанотрубки в качестве основы будущих элементов наноэлектроники. Расчетным путем доказано, что введение в структуру нанотрубки дефекта в виде пары пятиугольник– семиугольник изменяет ее электрон- ные свойства и нанотрубка с внед- рённым в нее дефектом может сос- тавить основу полупроводникового элемента рекордно малых размеров. Рис.2. Y-образная нанотрубка в качестве усилительного элемента (транзистора) На рис.1 показана интегральная схема «Кольцевого генератора» на углеродной нанотрубке на фоне человеческого волоса (иллюстрация с сайта IBM) ) ,

"Кольцевой генератор" является простейшей микросхемой, с помощью которой принято тестировать новые технологии в электронике. Основой "кольцевого генератора", стала углеродная нанотрубка, согнутая в кольцо. Микросхема работает с частотой всего 52 МГц, но намного компактнее, чем устройства из кремния. Инженеры отмечают: возможности уменьшить кремниевые транзисторы, из которых состоит "ядро" каждого современного процессора, практически исчерпаны, тогда как увеличить быстродействие микросхем на основе нанотрубок до гигагерцовых частот не слишком сложно. "При распространении тока в обычном полупроводнике "электронный газ" испытывает особые колебания («плазмонный резонанс») под воздействием колеблющейся кристаллической решетки. В нанотрубке он подавляется, т.к. нет "настоящей" кристаллической структуры. Компания IBM изготовила первую интегральную микросхему молекулярных размеров, сообщает CNET News (2006 г.).

Сравнение масштабов многостенной углеродной нанотрубки и Эйфелевой башни Широкие перспективы использования нанотрубок в м а т е р и а л о в е д е н и и открываются при внедрении внутрь УНТ сверхпроводящих кристаллов (ТаС и др.) В основе многих технологических применений нанотрубок лежит такое их свойство, как высокая удельная поверхность (в случае однослойной нанотрубки около 600 м 2 на 1 г), что важ- но для их использования в качестве пористого материала в фильтрах и др. Нанотрубки могут служить основой тончайших измери- тельных инструментов, используемых 1) для контроля неоднородностей поверхности электронных схем; 2) в нановесах, позволяющих взвесить объекты массой ~ 20 фемтограмм (1 фг = 1x г) вирусы и др. Фирма «Motorola» нашла применение нанотрубок в плоских дисплеях, которые превосходят плазменные и жидкокриста- ллические аналоги.

Из нанотрубок получают очень интересные материалы, например уникальной прочности н а н о б у м а г у. Это плотные п л ё н к и из переплетённых, подобно растительным воло- кнам, жгутов нанотрубок. Недавно китайские специалисты научились прясть нанотрубки и получать таким образом углеродные нитки. В Швеции из природной целлюлозы, и нанотрубок создана нанобумага стальной прочности. Подсчитано: прочность нано- трубок в раз больше, чем у стали, Наличие дефектов приводит к искажению прямолинейной формы нанотрубки. Так внедрением в поверхность 5- и 7-угольни- ков приводит к нарушению цилиндричес- кой формы. Подобные дефекты вызыва- ют появление изогнутых и спиралевид- ных нанотрубок.

Этими снимками и с с л е д о в а т е л и продемонстрировали з а м е ч а т е л ь н у ю гибкость нового мате- риала, из которого можно делать нечто среднее между бумаж- ными и электролитиче- скими конденсаторами (фото RPI/Victor Pushparaj). Электролитический конденсатор большой ёмкости (ионистор) представляет собой тонкий лист целлюлозы с нанотрубками, укреплёнными на нём специальным составом. После высушивания получается бумага, которую можно использовать в качестве конденсаторных обкладок. За счёт площади многочисленных н а н о т р у б о к площадь поверхности диэлектрика по сравнению с простым плоским листом существенно больше, а значит, больше и ёмкость.

Интересные применения могут получить нанотрубки при заполнении их различными материалами. При этом нанотрубка может использоваться как в качестве носителя заполняющего ее материала, так и в качестве изолирующей оболочки, предохраняющей данный материал от электри- ческого контакта, либо от химического взаимодействия со средой. Таким ёршиком можно чистить нанобутылки. Длина его щетинок 30 нанометров, а ширина 10 нм (изображение с сайта news.bbc.co.uk). Длина наногитары ~ 10 мкм. Шесть струн с грифом шириной ~ 50 нм, что соответствуют сотне атомов. Струны - из кремние- вых прутиков, звенят на 17 октав выше, чем струны обычной гита- ры, или на частотах выше в 130 тысяч раз. Дёргать эти струны можно л а з е р н ы м лучом: вибрируя, они смещают луч, а отра- жённый свет при по- мощи электроники можно преобразовать в слышимые ноты.

Микрофотография пипода (1) и его структурная модель (2). Фуллерены и нанотрубки могут реагиро- вать друг с другом, формируя н о в ы е уникальные симбиозные структуры нанотрубки, внутри которых находятся фуллерены. Впервые такую структуру увидели с помощью высокоразрешающей электронной микроскопии в 1998 году. Новые наноструктуры стали называть углеродными пиподами (peapods горошины в стручках), и обозначать, например, (фуллерен С60 внутри нанотрубки). Оказалось, что диаметры трубок для синтеза пиподов с фуллеренами С60 не могут быть любыми они должны попасть в диапазон от 1,3 до 1,5 нм. Расстояние между центрами соседних фуллеренов составляет около 0,97 нм, а расстояние между фуллереном и стенкой трубки 0,35 нм Фуллерен + нанотрубка = пи'под

Стуктуры пиподов: разные фуллерены (С60, С70 и С78) в нанотрубке Пиподы необычны не только своей формой, но и свойствами. При нагревании структура не меняется до 800°С, затем соседние фуллерены слипаются и образуют димеры, тримеры, а затем превра- щаются в вытянутые нанокапсулы и трубчатые фрагменты. Когда температура достигает 1200°С, отдельные фуллерены С60 практически полностью исчезают, а п и п о д превращается в две углеродные трубки, вложенные одна в другую. Диаметр внутренней трубки, выращенной из фуллеренов, полностью контролируется диаметром внешней.

Все эти чудеса могут происходить не только при отжиге пиподов, но и при их облучении лазером (фотополимеризация в трубке), под действием электронного пучка, в присутствии катализаторов (калия). Очень важно, что превращения фуллеренов в пиподах могут происхо- ить только в н у т р и т р у б к и (стручка), которая служит уникальным н а н о р е а к т о р о м. Сценарии формирования пиподов: диффузия фуллеренов через открытый конец (1) или дефект стенки нанотрубки (2) Например, таким способом можно произво- дить нанокабель проводник внутри изоли- рующей оболочки (нанотрубки нитрида бора (BN) – хорошего изолятора). Остается запол- нить BN-трубки углеродными фуллеренами - синтезировать пиподы и отжигать их. В результате внутри изолирующей BN- трубки вырастет вторая углеродная, которая будет проводником.

Рис 1 Микрофотографии связки (а) и единичного пипода (b): эндофуллерен 82 внутри углеродной нанотрубки Рис. 2 Модель «смешанного» пипода (меткар в бор-азотной нанотрубке): Ti 8 C Пиподы на сегодняшний день очень перспективный материал для микро- и наноэлектроники (нанодиодов, транзисторов, элементов памяти, логических схем), аккумуляторов водорода, высокотемпературных сверхпроводников.

Создан первый наногенератор переменного тока Французский Национальный центр научных исследований: ученые из лаборатории физики конденсированного состояния разработали устройство размером порядка нанометра, способное преобразовывать постоянный ток в переменный. В наноэлектромеханических системах (НЭМС) необходим синхронизатор (источник переменного тока), который генерирует колебания, "задающие ритм». Так, в кварцевых часах эту функцию выполняют батарейка (генерирует постоянный ток) и кристалл кварца (преобразует его в переменный). На сегодня подобные устройства имеют размер ~ 1 мм ( чуть ли не в миллион раз больше самой системы), что делает невыгодным их применение в НЭМС. Французская НЭМС включает в себя н а н о т р у б к у из карбида кремния, на которую подается постоянный ток. За счет этого начинается полевая эмиссия: нанотрубка теряет электроны. Это создает неустойчивость, которая приводит к колебаниям трубки. Колебания влияют на интенсивность эмиссии, и получается замкнутый круг: колебания поддерживают сами себя, т.е. возникают а в т о к о л е б а н и я.

Простым а н а л о г о м в макромире может служить поливной шланг. При определенном напоре воды он начинает без всякого в н е ш н е г о вмешательства ритмически дергаться из стороны в сторону. В НЭМС роль шланга играет нанотрубка, а воды - постоянный ток. Повышаются возможности НЭМС, обеспечивая им независимость от внешнего источника переменного тока. Модель автоколебаний нанотрубки: поведение поливного шланга при сильном напоре воды. Фото с сайта cnrs.fr.

Применение фуллеренов В настоящее время в научной литературе обсуждаются вопросы использования фуллеренов для создания фотоприемников и оптоэлектронных устройств, катализа-торов роста, алмазных и алмазоподобных плёнок, сверхпрово- дящих материалов, а также в качестве красителей для копировальных машин. Фуллерены применяются для синтеза металлов и сплавов с новыми свойствами.

Человечество использует углерод на протяжения многих тысячелетий, но многие его свойства и модификации были открыты недавно. Разработка способов получения углеродных материалов и изучение их свойств продолжается, как и поиски путей их применения в электронике, биологии, медицине и других областях деятельности человека. Свойства уже созданных углеродных материалов вселяют надежду на их широкое применение и появление новых и новых материалов.