Открытие углеродных нанотрубок

В 1991 году Сумио Ииджима японский исследователь из компании Nippon Electric Corporation (NEC) открыл углеродные нанотрубки (рис. 4). Он изучал на полярном ионном микроскопе осадок - сажу в поисках фуллеренов, который образуется на катоде, когда при разряде вольтовой дуги распыляется графит в атмосфере гелия. Он заинтересовался, когда увидел неприглядный серый «обрубок» диаметром 0,8 нм, вырастающий на катоде. Был замечен графитовый наноцилиндрик с угольно-черной сердцевиной подобный закрытым мини-туннелем, построенным из особых видов сажи. Исследования с помощью электронной микроскопии осадка сажи свидетельствовала о наличии протяженных полых объектов диаметром несколько десятков нанометров. Их цилиндрические стенки представляли собой сверхустойчивую структуру из шестигранных колец углерода, закрытых по краям полусферическими крышечками из семи- или восьмигранников. Так были открыты нанотрубки и наноконусы [18].

Рисунок 4. Открыватель углеродных нанотрубок Сумио Ииджима [10].

Полученные нанотрубки были многослойными, и, конечно же, мгновенно возникла задача синтеза монослойных углеродных нанотрубок. С. Ииджимой в результате исследований установил, что добавлением небольшого количества порошков катализаторов кобальта, никеля или железа в графитовые электроды обеспечивается образование однослойных нанотрубок. Оказалось, что металлической добавкой, то есть добавкой катализаторов, можно предотвратить не только образование фуллеренов и многослойных нанотрубок но и при этом также обеспечить снижение температуры синтеза, в результате чего температура вольтовой дуги не превышает температуру, при которой нанотрубки слипаются друг с другом.

Тут важно отметить, что теоретическая возможность образования цилиндрической нанотрубки была предсказана советским физиком Михаилом Юрьевичем Корниловым еще в 1977 году, а мнение об их существовании было высказано русским ученым Леонидом Александровичем Чернозатонским за несколько месяцев до их экспериментального получения.

Аналогичные структуры наблюдались учеными еще в 1952—1953 годах, чему свидетельствуют научные литературные данные. Но детальным изучением никто не занимался.

В 1992 году были обнаружены природные фуллерены в углеродном минерале - шунгите. Позже наночастицы и наноструктуры находили даже в метеоритах. Оказывается, многослойные фуллерены могут присутствовать и во многих технологических углеродных материалах как сажа.