Вискеры

Вискеры (от англ whisker - волос, шерсть; “усы”, неорганические волокна) - это нитевидные кристаллы с диаметром от 1 до 10 мкм и отношением длины к диаметру >1000. С точки зрения как фундаментальной науки, так и практики вискеры являются одним из наиболее перспективных кристаллических материалов с уникальным комплексом свойств. Они, как правило, имеют совершенное, почти идеальное бездислокационное строение, что исключает обычные механизмы пластической деформации и приближает их прочность к теоретическому для данного вещества порогу. Вискеры в десятки и даже сотни раз прочнее обычных кристаллов, они обладают поразительной гибкостью, коррозионной стойкостью и кристаллографической анизотропией свойств. Получение “усов” сверхчистых металлов и алмаза, нитевидных кристаллов кремния или сверхпроводящих вискеров Bi₂ Sr₂CaCu₂O₈ стало классикой современной химии функциональных материалов. Подобная необычная форма кристаллов интересна не только с точки зрения исследования механизма ее образования, но и из-за своих специфических: физико-химических характеристик, что желает весьма актуальными любые новые исследования в этой области. Представляя собой одномерную кристаллическую систему, вискеры могут найти широкий диапазон применений - от упрочняющих волокон до устройств наноэлектроники. Несмотря на то, что нитевидные кристаллы известны более полувека, вискеры технически используются достаточно однобоко - в основном, как армирующие волокна. Подавляющее большинство из них применяется исключительно для создания конструкционных композитных материалов с улучшенными механическими свойствами (улеродные волокна, SiC, AI₂O₃), при этом объемы производства достигают значительных величин. В последнее время развивается направление, связанное с использованием классических кремниевых вискеров в качестве острий для атомно- силовой, магнито - силовой микроскопии и АСМ для биологических применений. Во всем мире наблюдается бум в создании одно и двухкомпонентных вискеров А^III В^V и А^II В^IV с полупроводниковыми свойствами (GaN, ZnO, InSb). Несомненная перспективность этого направления связана с развитием химии и физики наносистем, поскольку упорядоченный ансамбль таких нановискеров может рассматриваться в качестве системы с уникальными оптическими свойствами, в которых проявляются квантовые эффекты (“квантовые точки”, “квантовые нити”, в ряде случаев такие системы рассматриваются в контексте дизайна “фотонных кристаллов”).

В то же время до сих пор не существовало воспроизводимых и относительно дешевых способов получения вискеров с желаемыми функциональными характеристиками -нелинейными магнитными и/или электрическими свойствами, а также суперионной проводимостью, что, вообще говоря, явилось бы чрезвычайно важным шагом в области создания принципиально новых типов кристаллических материалов. В большинстве случаев это связано с тем, что на данный момент не существует универсальной методики выращивания “усов” химически сложного состава.

Прогресс в микроэлектронике, медицине и экологии во многом определяется уровнем разработок в области суперионных проводников. Вискеры, при наличии у них особой кристаллической структуры, обуславливающей смешанную электронно-ионную проводимость, возможности интеркаляции - деинтеркаляции и высокой подвижности ионов во внутренних открытых полостях структуры (межслоевое пространство, туннели и пр.), могут быть использованы для создания электродных и мембранных материалов нового поколения в силу уникального сочетания выдающихся механических свойств и суперионной проводимости.

К достоинствам потенциальных электродов из нитевидный кристаллов относятся также возможность легкого придания желаемой формы и дешевизна. В целом, совокупности указанных требований удовлетворяют гибкие тканевые электрод ы, полученные из неорганических волокон с туннельной или слоистой структурой, состоящие из элементов, легко изменяющих свою степень окисления (в частности, оксидов d-элементов).