ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Наноустройства на основе УНТ из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Уникальные свойства нанотрубок позволяют использовать их как основные элементы наноустройств в электронных и световых устройствах, таких как диоды, полевые транзисторы, холодные катоды и дисплеи. [c.389] Как уже отмечалось ранее, УНТ образуются из углеродных шестичленных колец, как в фафите. Если углеродный шестиугольник заменить на пятиугольник или семиугольник, то нанотрубка изогнется. При этом изменяется ориентация шестичленных колец по отношению к оси нанотрубки, а значит меняется положение уровня Ферми, ширина запрещенной зоны и проводящие свойства. На рис. 12.20 приведены схемы искривления нанотрубки при замене шестичленного кольца на пяти- и семичленное и изменения потенциального барьера для электронов проводимости. [c.389] На основе полупроводниковой или металлической нанотрубок возможно создание полевого транзистора, работающего при комнатной или сверхнизкой температуре соответственно. Полевые транзисторы — устройства, позволяющие регулировать перенос заряда с помощью управляющего электрического поля, что используется для усиления сигнала, в переключателях и т. д. [c.391] В транзисторе на полупроводниковой УНТ электрическое поле управляет концентрацией носителей в зонах делокализованных состояний (рис. 12.22) [25]. [c.391] В наноустройстве нанотрубка помещается на два тонких платиновых электрода, на которые подается основное напряжение для прохождения тока. В качестве третьего управляющего электрода (затвора) используется слой кремния. В полупроводниковой нанотрубке состояния валентной зоны отделены от зоны проводимости энергетической щелью, поэтому в отсутствие внешнего поля концентрация носителей в зоне проводимости мала и нанотрубка обладает высоким сопротивлением. При подаче на третий электрод электрического поля V в области нанотрубки возникает электрическое поле, что изменяет энергетическое распределение в зонах, и края зон смещаются относительно поверхности Ферми. При этом концентрация дырок в валентной зоне и электропроводность возрастают. Для потенциала затвора около -6 В концентрация дырок достигает максимума (рис. 12.22), сопротивление минимума и нанотрубка становится металлической. [c.391] При создании полевого транзистора на металлической нанотрубке используются эффекты туннельного переноса электронов через нанотрубку по отдельным молекулярным орбиталям [26]. [c.392] Вследствие того, что длина нанотрубки конечна, ее электронный спектр теряет непрерывность и дискретность энергетических уровней составляет 1 мэВ для длины нанотрубки 1 мкм (рис. 12.23) [26]. [c.392] Такой характер расщепления уровней не сказывается на электросопротивления нанотрубки при комнатной температуре, когда все уровни нанотруки заселены, но определяет ее свойства при температурах ниже 1 К. Проводимость такой металлической трубки определяется туннельным переходом с верхнего заполненного уровня катода на проводящий дискретный уровень нанотрубки, а затем с наиотрубки на нижний незаполненный уровень анода. В пределах нанотрубки туннелирование электрона происходит без потерь по всей ее длине за счет делокализованных тг-состояний. Перенос электрона без потерь между нанотрубкой и контактами двух электродов достигается совмещением уровней энергий Ферми электродов и уроня нанотрубки. Включение внешнего электрического потенциала на третий электрод смещает электронный уровень нанотрубки, и ее сопротивление возрастает. [c.392] Однослойные УНТ диаметром 1,4 нм и длиной от 0,5 нм до 2 нм синтезировались в дуговом разряде с графитовыми электродами. Хорошо диспергированные УНТ смешивались с ультрадисперс-ным металлическим порошком и связующим материалом. Полученная смесь наносилась на подложку, после чего связующий материал удалялся после термообработки. Затем поверхность катода обрабатывалась абразивным материалом для удаления металлических частиц, так что вершины УНТ оказывались над поверхностью катода. Поверхность анода включала частицы люминофора Y2O3 Ей, ZnS u и ZnS Ag, I, толщиной 6 -Ь 10 мкм, для воспроизведения красного, зеленого, и голубого цвета соответственно. Панель монитора откачивалась до 10 Торр и запаивалась. [c.393] Другим примером использования элекронной эмиссии нанотрубок служит возможное производство катодолюминесцентных осветительных ламп. Традиционно источником электронов для получения люминесценции служит горячий катод, обладающий термоэлектронной эмиссией, что неизбежно ведет к увеличению энергопотребления и усложняет конструкцию. Этих недостатков можно избежать с употреблением холодного катода, включающего нанотрубки. Одним из примеров такого устройства служит люминесцентная лампа на рис. 12.25 [28]. [c.393] Еще одно применение катодов на УНТ связано с генерацией рентгеновского излучения [29]. [c.394] Здесь нет традиционного подогрева катода, что облегчает создание компактных устройств. Устройство позволяло получать энергии рентгеновского излучения 10 кэВ и давать очень качественное изображение. Так, например, были ясно различимы провода из золота диаметром 30 мкм, что было невозможно для термокатода. Также были получены изображения живого листа дерева с качеством, не достижимым для традиционных устройств. [c.394] Вернуться к основной статье