Графен, графдин, фуллерены и нанотрубки

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Графен, графдин, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#1   morozov » Вс ноя 21, 2010 14:37

Нобелевский тип углерода

12 октября 2010 г. Распечатать запись ТрВ ? 64, c. 4, "Премии"
Данил Бухвалов
Рубрика: Бытие науки

О возможности присуждения Нобелевской премии за графен говорили уже в начале 2007 г. Относительно основных претендентов также не было сомнений, но никто не ждал, что это событие произойдет столь скоро. В этой небольшой заметке мне хотелось бы прояснить несколько ключевых моментов, относящихся к тому, за что же вручена эта премия.

Сейчас идет очень много разговоров о практическом применении графена в различных сферах человеческой жизни ? от медицины до электроники и энергетики. Если в 2007 г. слова Андрея Гейма о графеновом процессоре звучали, скорее, как рассказ о мечте (?graphenium inside?), то сейчас уже говорят о графеновых нано-транзисторах, а полученные образцы графена становятся все более доступными в плане цены и возможности их производства. Такие компании, как IBM и Samsung, уже не просто проявили интерес к новому материалу, а добились значительных успехов в этой области. Такой медиа-резонанс вокруг практической стороны открытия графена создает впечатление, что премию дали за прикладное исследование, что, естественно, совсем не верно.

Прежде всего сам факт существования стабильного двумерного кристалла рассматривался многими классиками как невозможный, и доказательства этой невозможности даже вошли в некоторые учебники. Стоит ли выход за границы возможного Нобелевской премии? ? Я думаю, да. Но основная заслуга Гейма и Новоселова не только в получении графена, но и в открытии его многочисленных необычных свойств: безмассовые дираковские фермионы, высочайшая подвижность заряда и теплопроводность, квантовый эффект Холла при комнатной температуре, огромная плотность и прочность (больше, чем у стали). Но самым важным моментом, показывающим, что графен ? нечто большее, чем просто уникальный материал для множества применений в технике и электронике, ? это возможность прямого наблюдения в простой лаборатории различных эффектов квантовой физики. Например, графен поглощает 2,3% падающего света, и эта величина определяется только числом та и постоянной тонкой структуры ? а. Или парадокс Клейна, открытый в 1929 г., который впоследствии удалось пронаблюдать в графене. Таким образом, полученные и будущие результаты исследований графена важны не только для некоторых отдельных отраслей физики твердого тела, но и для квантовой электродинамики.

Еще одним из уникальных свойств графена является то, что в его отношении возможны успешные теоретические предсказания совершенно неожиданных явлений. Тут можно привести два примера. Первый ? это уже упомянутый парадокс Клейна, сначала предсказанный теоретически Михаилом Кацнельсоном совместно с Андреем Геймом и Константином Новоселовым и менее чем через два года получивший экспериментальное подтверждение сразу в двух независимых экспериментах. Второй пример ? это полная гидрогенация графена. Сначала это явление и связанные с ним изменения свойств графена были предсказаны теоретически, а затем реализованы экспериментально в лаборатории Андрея Гейма. Получение графана (полностью гидрогенированного графена) значительно расширяет границы химии углеводородов и собственно углерода. Я не могу припомнить другого такого материала или явления, в отношении которого теория работала бы так же хорошо.

Но вернемся к очень поучительной истории открытия графена. Над изготовлением тонких графитовых пленок ученые работали достаточно давно. Нанесение их на поверхность металлов производилось еще в 70-х годах прошлого века; расслоение графита, интеркалированного различными молекулами, ? в 80-х; растворение верхних слоев графита и осаждение углерода из паров карбида кремния осуществлялось в 90-е годы, но все эти работы шли достаточно вяло, прежде всего потому, что для текущих нужд техники и электроники этого было вполне достаточно. Получение Геймом и Новоселовым однослойного и двуслойного графена при помощи липкой ленты показывает нам, что, казалось бы, очень сложная проблема может быть решена при помощи довольно простого и оригинального решения. Даже самые первые результаты, касающиеся удивительных физических свойств графена, привели к революции в области получения тонких графитовых и графеновых пленок. Уже в 2006 г. был получен графеновый монослой на поверхности карбида кремния, в котором впервые удалось увидеть экспериментально зонную структуру графена (ту самую ?дираковскую точку?). В том же году удалось добиться расслоения оксида графита с последующим достаточно сильным восстановлением оксида графена, через два года удалось получить графен путем расслоения графита в органических растворителях, а также путем осаждения паров углерода на поверхностях рутения и иридия. В следующем 2009 году появились сообщения о расслоении до графена интеркалированного бромом графита, высоком проценте графеновых слоев после обработки графена СВЧ-излучением, а также о получении свободно висящего графена путем осаждения паров углерода на поверхности никеля с последующим растворением металлической подложки. Перечисленные примеры не исчерпывают известных достижений в области получения графена способами, пригодными в ближайшей перспективе для производственного применения. Описанная революция в области производства графена, когда за несколько лет удалось пройти путь длиной в несколько десятилетий, показывает нам, что многие на первый взгляд непреодолимые проблемы, объясняемые вполне объективными физическими законами, а то и прямо запрещенные великими физиками, вполне могут быть преодолены при достаточной мотивации. И поэтому основная заслуга Андрея Гейма, Константина Новоселова и их соавторов не столько в получении первых образцов графена при помощи липкой ленты, а прежде всего в том, что последующими своими работами, раскрывающими все новые и новые свойства этого материала, они вдохновили множество ученых на исследования, которые привели к значительному прорыву в кратчайшие сроки во многих отраслях физики и химии.

Данил Бухвалов,
Computational Materials Science Center,
National Institute for Materials Science, Japan
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Нобелевский тип углерода

Номер сообщения:#2   morozov » Вт дек 21, 2010 20:44

Изображение
Михаил Кацнельсон: ?Они сделали то, что запрещено учебниками?

12 октября 2010 г. Распечатать запись ТрВ ? 64, c. 4-5, "Премии"
Рубрика: Бытие науки

? Ваши впечатления о лауреатах как о личностях?

? Личности совершенно замечательные. Мы близко общаемся последние шесть лет, особенно интенсивно с Андреем (несколько часов телефонных разговоров в неделю, в периоды научных обострений ? ежедневно), но и до этого были немного знакомы ? еще когда Андрей и Костя работали в Наймегене, а я приезжал туда к моему другу Саше Лихтенштейну. Масштаб личности определяется еще и реакцией на всякого рода почести; так вот, Андрею, несомненно, идет быть великим. Прирожденный лидер. Чувство юмора прекрасное, при этом чужое чувство юмора тоже вполне способен оценить. Ну, есть свои особенности. Любит дразниться, как в детском саду. Но, с другой стороны, если правильно понять жанр и попасть в тон, разговоры получаются замечательные -истинное произведение искусства. Да это все в общем совершенно неважно ? в основном мы общаемся по науке, и это общение (с его стороны) такого качества, что на все остальное особенно внимания не обращаешь. Исключительная научная честность, всегда выискиваются и проговариваются все аргументы против себя. Все понимают теоретически, что только так и надо, но мало кто на самом деле так все время поступает. Реакция очень быстрая. Что еще? Умный. Очень умный. И такое впечатление, что всегда думает о физике.
Изображение
Андрей Гейм

Костю я по-человечески знаю меньше, все-таки сказывается разница в возрасте: с Андреем мы практически ровесники. Но всегда исключительно приятное ощущение, когда поговоришь. Вообще я даже представить не могу, как он выдерживает такой психологический пресс, всю вот эту славу, она же не с Нобелевской премии началась. Молодой ведь парень еще. Выдерживает. Скромный. Всегда исключительно доброжелательный. Подчеркнуто уважительное отношение. Можно только восхититься.

Оба невероятно, чудовищно работоспособны, при этом способны концентрироваться. Последнего качества мне вот, например, очень не хватает (постоянный предмет шпыняний со стороны Андрея, ну, поскольку заслуженные, то ладно).

? Были ли какие-то теоретические предсказания о существовании графена до его открытия?

? Ну, что значит ? предсказания... Теоретически графен рассматривался как составная часть графита, было известно (с конца 40-х годов), что электронный спектр у него специфический и очень интересный. Нанотрубки ? это просто рулоны графена, опять же, теоретически изучалось многое в этой связи. Но вот возможность существования свободного стабильного графена, который ни в какие рулоны не сворачивается, а остается более-менее плоским, никому в голову не приходила. Было утверждение из учебников, что двумерные кристаллы существовать в свободном виде не могут. Утверждение, даже в общем правильное, только понималось неправильно. Конечно, от Андрея и Кости большое мужество тогда требовалось ? переть против рожна и пытаться сделать то, что (якобы) запрещено учебниками. Потом разобрались, в чем там фокус с двумерными кристаллами, при некотором моем участии (это история про так называемые рипплы).

? Когда и при каких обстоятельствах Вы были вовлечены в графеновую эпопею?
Изображение
Константин Новосёлов

? Когда я осенью 2004 г. переехал из Упсалы в Наймеген, я решил сменить тематику, хотя бы отчасти, и стал разбираться с soft condensed matter ? это всякие полимеры, жидкие кристаллы, а для этого стал читать книжки по дифференциальной геометрии и т.п. Вообще бэкграунд у меня для графена предельно неподходящий ? никогда не занимался ни натотрубками, ни квантовым эффектом Холла, ни ?мезоскопикой? (тогда все модное называлось не нано, а мезо). Бэкграунд у меня ? магнетизм и сильнокоррелированные системы. Первую работу по графену, опубликованную в Science в 2004 г. (за которую, строго говоря, и премия), видел, показалось интересным, но как что-то такое, что отношения ко мне не имеет. Ну и вот. Получилось так, что я был председателем манускрипт-комиссии (не знаю, как по-русски, по-русски процедура защиты совсем другая) по Костиной диссертации, он в Наймегене защищался. Никакого графена там не было, был наномагнетизм. Замечательная работа (недооцененная, кстати), где доменная стенка через точечный дефект переползает. После защиты на party я подошел к Андрею (мы были немного знакомы), сказал, что хочу с ним и с Костей поговорить про это дело. Андрей ответил, что магнитные домены ? полное дерьмо, никому уже не интересно, а вот не могу ли я ему сходу сказать, что может быть особенного в квантовании Ландау для безмассовых дираковских фермионов. Я ответил, что наверняка это где-то сделано сто лет назад, в любом случае можно посчитать за полчаса (и на следующий день посчитал, а сделано это оказалось не сто лет назад, а всего лишь пятьдесят), но, не считая, могу сказать, что там должен быть нулевой уровень, потому что теорема об индексе. Потом я еще объяснил ?по-простому? (было какое-то совершенно несъедобное объяснение методами конформной теории поля), почему минимальная проводимость конечна. Поучаствовал в одной из двух статей в Nature-2005, с которых, собственно, и начался графеновый бум (вторая была ? группы Кима из университета Коламбия; они обошлись без теоретиков, так что каждый может сравнить эти две статьи и составить мнение, нужны ли людям теоретики). Потом были псевдомагнитные поля, потом рипплы... Клейновское туннелирование, специально отмеченное в нобелевском пресс-релизе (с Костей и Андреем). Релятивистский коллапс, ох, какая красивая работа (с Андреем Шитовым и Леней Левитовым). Ну и вот, шестой год с этой иглы слезть не могу.

? Имея большое количество публикаций по графену, в том числе вместе с Геймом и Новоселовым, Вы, вероятно, могли бы быть потенциальным кандидатом для того, чтобы оказаться в списке лауреатов. Кого еще из участвовавших в эпопее с графеном и внесших существенный вклад в его исследование Вы могли бы назвать из числа тех, кто потенциально был достоен оказаться в списке Нобелевского комитета?

? Если правильно понимаю то, что написано в решении Нобелевского комитета, премия все-таки присуждена за работу 2004 г., к которой я никакого отношения не имею. Конечно, кроме Андрея и Кости там есть еще авторы, и не наше дело разбираться в деталях, кто чего туда и сколько внес. В сообществе есть полный консенсус, что вклад Андрея и Кости в эту работу решающий. Если говорить о тех, кто внес заметный вклад в последующие исследования графена..., ну, чего-то я сделал, наверно. Андрей, хоть и выступает иногда в частных беседах с призывом ?убить всех теоретиков? (на это я недавно научился отвечать ?убить всех директоров?), вот, терпит все же за что-то. Думаю, за такое мирное сосуществование мне смело можно давать премию мира.

Про других физиков, что внесли вклад в графеновую науку, не буду, потому что я для себя человек выделенный, все поймут, что просто похвастаться хочется, а вот если из других кого-нибудь забуду назвать ? обидятся.

? Верите ли Вы в графеновый процессор, или это все-таки мечта из области фантастики?

? Почему нет? Верю. Научных непреодолимых препятствий нет, а любые технологические проблемы разрешимы по определению (в отличие от научных, когда неизвестно, разрешимы они или нет). Может в конце концов, оказаться, что овчинка выделки не стоит по причинам сугубо экономическим. Но это уже вопросы, в которых я совсем мало смыслю.

? Какие теоретические вопросы, связанные со свойствами и поведением графена, еще не решены? Какие их них Вы считаете приоритетными?

? В графене на удивление хорошо работает (в смысле, описывает эксперимент) простая, так называемая одночастичная квантовая физика. Это несколько удивительно, потому что теория предсказывает сильные многочастичные эффекты, обусловленные взаимодействием между электронами. Похоже, чтобы разобраться с этими эффектами, нужно идти на очень чистые образцы с очень маленьким допированием. Сейчас такие образцы научились делать. Наверняка выяснится много интересного про эти самые многочастичные эффекты. В теории там все же, если по-хорошему, еще конь не валялся.

Еще очень многого жду от исследования структуры и термодинамики графеновых мембран (а также мембран из других однослойных материалов, таких, как нитрид бора). Там работа тоже еще только начинается, а последствия могут быть гигантскими для понимания специфики двумерных объектов. Это не только физика, это и химия, и даже биология.

? Насколько эти приоритеты диктуются интересом промышленности в конкретных практических приложениях графеновых материалов и устройств, а насколько ? просто красивой и необычной физикой наблюдаемых и предсказываемых свойств и явлений?

? Ну, я лично промышленностью мало интересуюсь. Компьютером пользоваться люблю, а так ? нет. Красивых фундаментальных проблем в графеновой науке навалом. С ними и будем потихоньку разбираться.

Вопросы задавала редакция ТрВ-Наука
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Стокгольмский вариант

Номер сообщения:#3   morozov » Чт дек 23, 2010 2:56

Рубрика: Бытие науки

Изображение

В начале декабря в Швеции прошли торжественные мероприятия, связанные с вручением самых престижных научных премий ? Нобелевских. В этом году лауреатами премии по физике стали Андрей Гейм и Константин Новоселов, ?за революционные эксперименты с двумерным материалом графеном?. Своими впечатлениями с читателями ТрВ-Наука делится Михаил Кацнельсон, доктор физ-мат. наук, профессор Университета Радбоуда (Нидерланды).

? Побывав на Нобелевской неделе в Стокгольме, как бы Вы сформулировали основную суть происходившего: это просто праздник, или это уже в основном традиция, или Неделя проводится для достижения каких-то целей? То есть в чем смысл Нобелевской недели?

? Это, конечно, прежде всего традиция. Традиции, в том числе, Нобелевские, очень важны для науки (здесь я везде буду говорить только о естественных науках, о science, никакого внятного мнения по поводу премий по литературе, экономике и премии мира у меня нет). Они подчеркивают, что развитие науки -это процесс достройки и совершенствования уже существующего здания (профессионалы-естественники, в отличие от философов и социологов науки, обычно очень не любят разговоры про ?научные революции? и ?смену парадигм?). Нобелевские премии напоминают, что физика, которой мы занимаемся сейчас, ? это та же наука, которой занимались Рентген, Лоренц и последующие лауреаты. Они задают планку, образцы для сравнения. Ну, и кроме того, это просто красиво.

Нобелевские лекции, как правило, очень интересны и очень важны, особенно для научной молодежи. На меня, когда я был студентом и потом молодым научным работником, огромное впечатление произвели, например, Нобелевские лекции Фейнмана и Фила Андерсона, из них я очень много понял про главное ? что из себя представляет наука, которой я собираюсь заниматься.

Наверняка есть и какие-то другие цели, но мне о них не известно.

? Что Вас больше всего поразило, как гостя? Что запомнилось?

? Что у нас нашлось время пообщаться и поговорить и с Андреем (Геймом), и с Костей (Новоселовым). Учитывая, как их дергали во все стороны, на это я уж совсем не рассчитывал.

Запомнилось все. Удивительная неделя, удивительная атмосфера.

Ах, да. Вино еще было на банкете хорошее, особенно сотерн.

? Насколько необычно ощущение столкновения с миром высшего света, если оно вообще сильно чувствуется (фраки, Гранд-отель, короли и королевы)? Что происходит при контакте ученых с людьми из высшего общества? Есть ли в этом смысл?

? Ну, с королевской семьей общались лауреаты, я только издали видел, как Костя оживленно беседовал со шведской королевой. Сам я впервые в жизни пообщался с дипломатами, включая нидерландского посла в Швеции (был прием в посольстве в честь Андрея, который, как известно, гражданин Нидерландов). Очень необычное ощущение. Люди как люди, вполне можно интересно и непринужденно беседовать. Так что мы не одиноки во Вселенной, есть разумная жизнь и за пределами университетского комьюнити.

Про смысл не знаю. Потренировался в искусстве светской беседы. Это всю жизнь для меня большая проблема.

В Гранд-отеле жить хорошо, чего уж там. Я потом в Упсалу поехал, по работе, пишу эти строки в номере отличного упсальского отеля. И чувствую, что чего-то все-таки не хватает. Человек ? та еще скотина. К хорошему мгновенно привыкает.

Фрак надевал первый раз в жизни. Мне понравилось. Очень удобная одежда. И красиво, когда все мужчины во фраках. Профессорские тоги, которые часто используются в Нидерландах, скажем при защитах диссертаций, мне, пожалуй, меньше нравятся.

И еще понравился сервиз на Нобелевском банкете. Благородный такой фарфор. Специально сделанный. С золотой каемочкой.

? Наверняка не обошлось без курьезов. Что курьезного происходило или обсуждалось на Нобелевской неделе?

? Даже не знаю. Вот, например, Андрей удивил сообщением, что нидерландская королева (или ее помощники), видимо, пользуется Википедией. Их с Костей недавно наградили в Нидерландах, и в сопровождающих бумагах к ордену у Андрея указана неправильная дата рождения. Взята из Википедии. Последние времена настали, однако.

Обсуждалась (не знаю, курьез это или нет) появившаяся как раз во время Нобелевской недели статья Уолта де Хеера [1] о том, как на самом деле был открыт графен (между прочим, Андрей произнес замечательную Нобелевскую лекцию о предыстории и истории графена, я был очень впечатлен). Ну, что скажешь. Он (де Хеер -Прим. ред.) действительно сделал кое-что существенное в этой науке, люди занимаются изучением ?его? эпитаксиального графена на карбиде кремния, и перспективы применений есть, но такое впечатление от статьи, что человек искренне не понимает разницу между законченной научной работой и туманными соображениями ?про все этакое?. Как говорил Д. И. Менделеев, ?сказать-то все можно, а ты поди, продемонстрируй?.

А вот еще. Когда представитель Нобелевского комитета представлял лауреатов по физике, он упомянул об удивительном свойстве графена ? будто бы однослойный метровый графеновый гамак выдерживает вес кота. Мы с Пако Гинеа (Франсиско Гинеа, профессор Института материаловедения в Мадриде) заинтересовались этой задачей и сделали какие-то простые оценки по порядку величины, а потом примкнувший посредством емейла Миша Фоглер (Михаил Фоглер, профессор университета Калифорнии в Сан-Диего) решил задачу аккуратно, со всеми численными коэффициентами. Но ответ не очень понятен: от точной формы гамака и от способа усаживания кота зависит. Вот хомячка точно выдержит, а носорога ? точно нет. Так что, пожалуйста, вот такое неожиданное применение графена ? гамаки для хомячка делать. Не, ну а чё? Делают же коврики для мышки.

? Удалось ли пообщаться с интересными гостями, с которыми вы раньше не встречались? Например, с учеными из других областей. Вообще, насколько интенсивно происходит ?горизонтальное? общение ученых на этом мероприятии?

? С удовольствием пообщался с интересными гостями, которых раньше не видел, с дочками-двойняшками Кости Новоселова. Даже помог один раз коляску по ступенькам поднять.

А так, в основном, общался всё-таки с коллегами. Почти все ведущие физики, работающие в области графена, были в Стокгольме. Ну и я работал просто довольно много, статью очередную по физхимии графена дописывал с Данилом Бухваловым. Помимо посещения всяких мероприятий. Немного погулял по Стокгольму, я ведь жил в Швеции несколько лет до Нидерландов, приятно было вспомнить. Сказочно красивый город, и настоящая зима. Пахнет зимой. В Нидерландах, даже если и снег, запаха этого нет. Слишком влажно, что ли.

Так что лично я горизонтально совсем не общался. Не знаю, насколько я в этом смысле типичен или не типичен.

? На ?графеновую? премию приехало много специалистов в этой области. Была ли польза от общения специалистов в такой обстановке?

? Да, мы, например, с Пако Гинеа замечательно поработали. Я не про кота в гамаке, это так, шалость. Мы оба ужас какие продуктивные, когда встречаемся где-нибудь (предпоследний раз это было в Пизе в сентябре), потом небольшой информационный взрыв обычно происходит. И в этот раз интересно пообщались. Скоро еще чего-нибудь напишем вместе.

? В блогосфере активно обсуждали речь Андрея Гейма. Не могли бы Вы кратко пересказать ее основные пункты и высказать свое мнение о ней?

? Ну, речь чего пересказывать. Вот, смотрите и слушайте на YouTube [2]. Я был ошеломлен. Не ожидал совершенно. Обычно содержательных заявлений в таких ситуациях люди не делают, шаркают ножкой, благодарят и кланяются, и всё. А тут...

Застряли в памяти с детства, из школьного курса истории, стихи Бехера про Лютера (учительница цитировала, наверное):

О торге отпущеньями, грехе
Лжеверия, налогов непосильи
Открыто было сказано в листке,
О чем украдкой дома говорили.

Вот какое-то такое ощущение было. Все всё понимают ? и про полное уравнивание в правах квалифицированных и неквалифицированных мнений, и про политиканство и лоббирование в науке, и про то, что искусство презентации стало важнее сути, и про евробюрократов, про совершенно безумное распределение денег на научные исследования... Но чтобы вот так, битым словом, на весь мир... Да еще особо не выбирая выражений... Нобелевская премия там или не Нобелевская, а за такое, знаете, можно и партбилет на стол. Идиоты не любят, когда им говорят про идиотократию. Андрей ? очень, очень смелый человек.

По форме ? у меня есть пара мелких замечаний, но даже обсуждать это неохота. Неуместно. На следующее утро не выдержал, подошел к Андрею и выразил свое восхищение. Хотя вообще-то у нас с ним тон разговоров, если не по науке, принят довольно ернический. Но тут просто нельзя было не поддержать совершенно прямо, безо всяких ужимок и оговорок.

? Каково Ваше впечатление от выступлений других лауреатов, от нобелевских лекций?

? Другие речи, я бы сказал, соответствовали канону (там было по одной речи от физики, химии, литературы и экономики, лауреат по медицине не присутствовал). Вот они как-то соответствовали ожиданиям. Гладко, элегантно и совершенно не запомнилось.

Нобелевские лекции я слушал только по физике. Андрей говорил о предыстории графена, о своей собственной научной траектории и закончил статьей в Science 2004 года, которая, собственно, и удостоена Нобелевской лекции. А Костя рассказывал о нынешнем состоянии этой науки и о перспективах приложений. Замечательные лекции. Ну, все же для меня там было меньше нового, чем для среднестатистического слушателя, но, по-моему, и для тех, кто ничего об области этой не знал, должно быть понятно, поучительно и интересно. Они отличные популяризаторы помимо всего прочего. Далеко не всегда это следует из высочайшего научного класса, это отдельный талант.

? В итоге, какой останется у вас в памяти неделя в Стокгольме?

? Ну, что тут скажешь. Редко кто (если он случайно не шведский академик) имеет возможность поучаствовать в Нобелевской неделе больше, чем один раз за всю жизнь. Нужно было съездить, посмотреть. Основное, конечно, чувство ? я очень рад за моих друзей и коллег и за признание нашей области науки в целом. И по-человечески все было совершенно замечательно. Хорошая память останется, очень хорошая.

Вопросы задавал
Сергей Попов
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Стокгольмский вариант

Номер сообщения:#4   morozov » Чт дек 23, 2010 3:03

21 декабря 2010 г. Распечатать запись ТрВ ? 69, c. 5, "От первого лица"
Николай Подорванюк
Рубрика: Бытие науки

Речь Андрея Гейма, лауреата Нобелевской премии по физике (совместно с Константином Новоселовым), произнесенная на Нобелевском банкете 10 декабря 2010 года
Изображение
Ваши Величества, Ваше Королевское Высочество, леди и джентльмены, коллеги и друзья. Много хвалебных слов было сказано про нашу работу и захватывающие перспективы, которые стоят перед новым материалом, графеном. Конечно, мы будем слышать их еще больше, так как воздействие графена на нашу жизнь становится все более и более очевидным. Но позвольте мне удержаться от похвал, потому что сегодня также повод отпраздновать кое-что другое.

Последние десятилетия были относительно мирными и спокойными для планеты. Но, не имея очевидной опасности извне, мы сталкиваемся с другой опасностью, внутри. Мгновенная информация обо всем и обо всех часто позволяет индивидуальному мнению конкурировать с консенсусом и параноидальным настроениям ? с доказательствами. Это время, когда одно слепое заявление может закончить чью-то политическую карьеру и один-единственный упрямый в сознании своей правоты журналист может запугивать правительство или королевскую семью. Наука не свободна от такого давления. Например, как вы думаете, сколько экспериментов, за которые были получены Нобелевские премии, могло быть остановлено, если бы этические нормы или правила здравоохранения и безопасности были такими же суровыми, каковы они сейчас? Я думаю, много.
Изображение
Лауреаты Нобелевской премии андрей Гейм и константин Новоселов.
Фото The University of Manchester

Человеческий прогресс всегда был движим чувством приключения и нестандартным мышлением. Но в условиях требования ?хлеба и зрелищ? эти качества часто забывают ради осторожности и политической корректности, что сейчас правят миром. И, все дальше отдаляясь от демократии, мы тонем глубже и глубже в состоянии посредственности и даже идиотизма. За примерами достаточно обратиться к тому, как финансирует исследования Европейская Комиссия.

Несмотря на эту общую обстановку, я благодарю Шведскую Королевскую академию за сохранение духа высоких заслуг. Огромное уважение, которым пользуются Нобелевские премии, связано с тем, что в течение нескольких поколений они давались исключительно за научные заслуги, а не через лоббирование и политиканство. Я надеюсь, что это останется и премии никогда не будут вручаться по результатам голосования в прямом эфире телевидения.

Разрешите мне также поблагодарить королевскую семью за оказание поддержки великой традиции Нобеля. Это большое чувство ? принимать участие в таких торжествах, которые ставят высокое научное достижение на подобающе высокий пьедестал. Благородство Нобелевского комитета и всего шведского народа также немало значили для того, чтобы эта награда стала столь уважаемой.

От всей души, искренне благодарю всех вас.

Перевел Николай Подорванюк,
?Газета.ру?
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Стокгольмский вариант. Каждому по нобелю

Номер сообщения:#5   morozov » Чт янв 06, 2011 4:49

Стокгольмский вариант

21 декабря 2010 г. Распечатать запись ТрВ ? 69, c. 5,
Сергей Попов
Рубрика: Бытие науки

В начале декабря в Швеции прошли торжественные мероприятия, связанные с вручением самых престижных научных премий ? Нобелевских. В этом году лауреатами премии по физике стали Андрей Гейм и Константин Новоселов, ?за революционные эксперименты с двумерным материалом графеном?. Своими впечатлениями с читателями ТрВ-Наука делится Михаил Кацнельсон, доктор физ-мат. наук, профессор Университета Радбоуда (Нидерланды).

? Побывав на Нобелевской неделе в Стокгольме, как бы Вы сформулировали основную суть происходившего: это просто праздник, или это уже в основном традиция, или Неделя проводится для достижения каких-то целей? То есть в чем смысл Нобелевской недели?

? Это, конечно, прежде всего традиция. Традиции, в том числе, Нобелевские, очень важны для науки (здесь я везде буду говорить только о естественных науках, о science, никакого внятного мнения по поводу премий по литературе, экономике и премии мира у меня нет). Они подчеркивают, что развитие науки -это процесс достройки и совершенствования уже существующего здания (профессионалы-естественники, в отличие от философов и социологов науки, обычно очень не любят разговоры про ?научные революции? и ?смену парадигм?). Нобелевские премии напоминают, что физика, которой мы занимаемся сейчас, ? это та же наука, которой занимались Рентген, Лоренц и последующие лауреаты. Они задают планку, образцы для сравнения. Ну, и кроме того, это просто красиво.

Нобелевские лекции, как правило, очень интересны и очень важны, особенно для научной молодежи. На меня, когда я был студентом и потом молодым научным работником, огромное впечатление произвели, например, Нобелевские лекции Фейнмана и Фила Андерсона, из них я очень много понял про главное ? что из себя представляет наука, которой я собираюсь заниматься.

Наверняка есть и какие-то другие цели, но мне о них не известно.

? Что Вас больше всего поразило, как гостя? Что запомнилось?

? Что у нас нашлось время пообщаться и поговорить и с Андреем (Геймом), и с Костей (Новоселовым). Учитывая, как их дергали во все стороны, на это я уж совсем не рассчитывал.

Запомнилось все. Удивительная неделя, удивительная атмосфера.

Ах, да. Вино еще было на банкете хорошее, особенно сотерн.

? Насколько необычно ощущение столкновения с миром высшего света, если оно вообще сильно чувствуется (фраки, Гранд-отель, короли и королевы)? Что происходит при контакте ученых с людьми из высшего общества? Есть ли в этом смысл?

? Ну, с королевской семьей общались лауреаты, я только издали видел, как Костя оживленно беседовал со шведской королевой. Сам я впервые в жизни пообщался с дипломатами, включая нидерландского посла в Швеции (был прием в посольстве в честь Андрея, который, как известно, гражданин Нидерландов). Очень необычное ощущение. Люди как люди, вполне можно интересно и непринужденно беседовать. Так что мы не одиноки во Вселенной, есть разумная жизнь и за пределами университетского комьюнити.

Про смысл не знаю. Потренировался в искусстве светской беседы. Это всю жизнь для меня большая проблема.

В Гранд-отеле жить хорошо, чего уж там. Я потом в Упсалу поехал, по работе, пишу эти строки в номере отличного упсальского отеля. И чувствую, что чего-то все-таки не хватает. Человек ? та еще скотина. К хорошему мгновенно привыкает.

Фрак надевал первый раз в жизни. Мне понравилось. Очень удобная одежда. И красиво, когда все мужчины во фраках. Профессорские тоги, которые часто используются в Нидерландах, скажем при защитах диссертаций, мне, пожалуй, меньше нравятся.

И еще понравился сервиз на Нобелевском банкете. Благородный такой фарфор. Специально сделанный. С золотой каемочкой.

? Наверняка не обошлось без курьезов. Что курьезного происходило или обсуждалось на Нобелевской неделе?

? Даже не знаю. Вот, например, Андрей удивил сообщением, что нидерландская королева (или ее помощники), видимо, пользуется Википедией. Их с Костей недавно наградили в Нидерландах, и в сопровождающих бумагах к ордену у Андрея указана неправильная дата рождения. Взята из Википедии. Последние времена настали, однако.

Обсуждалась (не знаю, курьез это или нет) появившаяся как раз во время Нобелевской недели статья Уолта де Хеера [1] о том, как на самом деле был открыт графен (между прочим, Андрей произнес замечательную Нобелевскую лекцию о предыстории и истории графена, я был очень впечатлен). Ну, что скажешь. Он (де Хеер -Прим. ред.) действительно сделал кое-что существенное в этой науке, люди занимаются изучением ?его? эпитаксиального графена на карбиде кремния, и перспективы применений есть, но такое впечатление от статьи, что человек искренне не понимает разницу между законченной научной работой и туманными соображениями ?про все этакое?. Как говорил Д. И. Менделеев, ?сказать-то все можно, а ты поди, продемонстрируй?.

А вот еще. Когда представитель Нобелевского комитета представлял лауреатов по физике, он упомянул об удивительном свойстве графена ? будто бы однослойный метровый графеновый гамак выдерживает вес кота. Мы с Пако Гинеа (Франсиско Гинеа, профессор Института материаловедения в Мадриде) заинтересовались этой задачей и сделали какие-то простые оценки по порядку величины, а потом примкнувший посредством емейла Миша Фоглер (Михаил Фоглер, профессор университета Калифорнии в Сан-Диего) решил задачу аккуратно, со всеми численными коэффициентами. Но ответ не очень понятен: от точной формы гамака и от способа усаживания кота зависит. Вот хомячка точно выдержит, а носорога ? точно нет. Так что, пожалуйста, вот такое неожиданное применение графена ? гамаки для хомячка делать. Не, ну а чё? Делают же коврики для мышки.

? Удалось ли пообщаться с интересными гостями, с которыми вы раньше не встречались? Например, с учеными из других областей. Вообще, насколько интенсивно происходит ?горизонтальное? общение ученых на этом мероприятии?

? С удовольствием пообщался с интересными гостями, которых раньше не видел, с дочками-двойняшками Кости Новоселова. Даже помог один раз коляску по ступенькам поднять.

А так, в основном, общался всё-таки с коллегами. Почти все ведущие физики, работающие в области графена, были в Стокгольме. Ну и я работал просто довольно много, статью очередную по физхимии графена дописывал с Данилом Бухваловым. Помимо посещения всяких мероприятий. Немного погулял по Стокгольму, я ведь жил в Швеции несколько лет до Нидерландов, приятно было вспомнить. Сказочно красивый город, и настоящая зима. Пахнет зимой. В Нидерландах, даже если и снег, запаха этого нет. Слишком влажно, что ли.

Так что лично я горизонтально совсем не общался. Не знаю, насколько я в этом смысле типичен или не типичен.

? На ?графеновую? премию приехало много специалистов в этой области. Была ли польза от общения специалистов в такой обстановке?


? Да, мы, например, с Пако Гинеа замечательно поработали. Я не про кота в гамаке, это так, шалость. Мы оба ужас какие продуктивные, когда встречаемся где-нибудь (предпоследний раз это было в Пизе в сентябре), потом небольшой информационный взрыв обычно происходит. И в этот раз интересно пообщались. Скоро еще чего-нибудь напишем вместе.

? В блогосфере активно обсуждали речь Андрея Гейма. Не могли бы Вы кратко пересказать ее основные пункты и высказать свое мнение о ней?

? Ну, речь чего пересказывать. Вот, смотрите и слушайте на YouTube [2]. Я был ошеломлен. Не ожидал совершенно. Обычно содержательных заявлений в таких ситуациях люди не делают, шаркают ножкой, благодарят и кланяются, и всё. А тут...

Застряли в памяти с детства, из школьного курса истории, стихи Бехера про Лютера (учительница цитировала, наверное):
О торге отпущеньями, грехе
Лжеверия, налогов непосильи
Открыто было сказано в листке,
О чем украдкой дома говорили.
Вот какое-то такое ощущение было. Все всё понимают ? и про полное уравнивание в правах квалифицированных и неквалифицированных мнений, и про политиканство и лоббирование в науке, и про то, что искусство презентации стало важнее сути, и про евробюрократов, про совершенно безумное распределение денег на научные исследования... Но чтобы вот так, битым словом, на весь мир... Да еще особо не выбирая выражений... Нобелевская премия там или не Нобелевская, а за такое, знаете, можно и партбилет на стол. Идиоты не любят, когда им говорят про идиотократию. Андрей ? очень, очень смелый человек.

По форме ? у меня есть пара мелких замечаний, но даже обсуждать это неохота. Неуместно. На следующее утро не выдержал, подошел к Андрею и выразил свое восхищение. Хотя вообще-то у нас с ним тон разговоров, если не по науке, принят довольно ернический. Но тут просто нельзя было не поддержать совершенно прямо, безо всяких ужимок и оговорок.

? Каково Ваше впечатление от выступлений других лауреатов, от нобелевских лекций?

? Другие речи, я бы сказал, соответствовали канону (там было по одной речи от физики, химии, литературы и экономики, лауреат по медицине не присутствовал). Вот они как-то соответствовали ожиданиям. Гладко, элегантно и совершенно не запомнилось.

Нобелевские лекции я слушал только по физике. Андрей говорил о предыстории графена, о своей собственной научной траектории и закончил статьей в Science 2004 года, которая, собственно, и удостоена Нобелевской лекции. А Костя рассказывал о нынешнем состоянии этой науки и о перспективах приложений. Замечательные лекции. Ну, все же для меня там было меньше нового, чем для среднестатистического слушателя, но, по-моему, и для тех, кто ничего об области этой не знал, должно быть понятно, поучительно и интересно. Они отличные популяризаторы помимо всего прочего. Далеко не всегда это следует из высочайшего научного класса, это отдельный талант.

? В итоге, какой останется у вас в памяти неделя в Стокгольме?

? Ну, что тут скажешь. Редко кто (если он случайно не шведский академик) имеет возможность поучаствовать в Нобелевской неделе больше, чем один раз за всю жизнь. Нужно было съездить, посмотреть. Основное, конечно, чувство ? я очень рад за моих друзей и коллег и за признание нашей области науки в целом. И по-человечески все было совершенно замечательно. Хорошая память останется, очень хорошая.

Вопросы задавал
Сергей Попов
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен. Каждому по нобелю

Номер сообщения:#6   morozov » Вс мар 13, 2011 19:36

2011 / Март

Графен: методы получения и теплофизические свойства
А.В. Елецкий а, И.М. Искандарова а, А.А. Книжник а, Д.Н. Красиков б
а Российский научный центр ?Курчатовский институт?, Москва, Российская Федерация
б Кинтех Лаб, Москва, Российская Федерация

Представлен обзор современного состояния исследований в области графена ? двумерной гексагональной структуры, составленной из атомов углерода. Рассмотрены структурные особенности графена и основные методы его получения. Анализируются фононные свойства графена и его характеристики, которые определяются этими свойствами. В частности, обсуждается проблема определения теплопроводности графена и последние экспериментальные и теоретические достижения в этом направлении. Обсуждаются проблемы стабильности двумерных кристаллических структур и размерные эффекты, которые проявляются в зависимости характеристик графена от его поперечных размеров. Анализируются методы моделирования, направленные на установление фононных характеристик и коэффициента теплопроводности графена.

http://ufn.ru/ufn11/ufn11_3/Russian/r113a.pdf
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен

Номер сообщения:#7   morozov » Пт мар 18, 2011 12:24

Теоретические семинары в ИФП им. П.Л. Капицы
Эффект Ааронова-Бома на наноотверстиях в тонком графите и графене

24 марта в 11:30

Ю. Латышев (ИРЭ РАН, Москва)

Исследовано магнетосопротивление монокристаллов нанотонкого графита (Н//c), cодержащего наноотверстия (антидоты), получавшиеся либо облучением тяжелыми ионами в направлении оси c (диаметр антидота 24 нм), либо с помощью фокусированных ионных пучков (диаметр 35 нм). Показано, что присутствие антидотов на образцах обоих типов вызывает появление осциллирующего вклада в магнетосопротивление с периодом, соответствующим кванту магнитного потока hc/e на площадь антидота и независящим от толщины образца вплоть до 1 нм (биграфен). Осцилляции наблюдаются до высоких температур ≈ 50К. Результаты связываются с вкладом поверхностных графеновых слоев и с существованием предсказанных недавно краевых состояний таммовского типа вокруг антидота, обуславливающих наблюдение эффекта Ааронова-Бома на образцах некольцевой геометрии.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен

Номер сообщения:#8   morozov » Пт мар 25, 2011 14:08

Графен для метрологии

Целью метрологии является определение единиц измерения физических величин и разработка для них универсальных общепринятых стандартов, которые можно использовать как в науке, так и в промышленности. Одни единицы (например, килограмм) задаются соответствующими характеристиками тех тли иных физических объектов, тогда как другие связаны с фундаментальными константами, определенные комбинации которых могут быть найдены экспериментально. В частности, стандарт сопротивления R основан на квантовом эффекте Холла: поперечное (холловское) сопротивление двумерного электронного газа в квантующем магнитном поле равно RK/i, где RK = h/e2 = 25812.80756 (2) Ом (здесь h ? постоянная Планка, e ? заряд электрона, i ? целое положительное число). При использовании полупроводниковых гетероструктур GaAs/AlGaAs величина RK может быть определена с точностью ~ 10-9, достаточной для метрологии. Проблема заключается в том, что измерения нужно проводить при очень низких температурах T < 1 К и в сильных магнитных полях H ~ 10 Тл. Поэтому такой стандарт доступен лишь небольшому числу хорошо оснащенных лабораторий. Альтернативой полупроводниковым материалам является графен, в котором (благодаря большому расстоянию между двумя первыми уровнями Ландау) квантовый эффект Холла наблюдается даже при комнатной температуре и/или в более слабых полях. Но погрешность определения RK при этом оказывается слишком большой ? около 10-5 [1]. В работе [2] показано, что использование выращенного на подложке SiC эпитаксиального графена приводит к увеличению точности сразу на четыре порядка (см. рис.).
Изображение
Высокого качества структуры монослоев авторам [2] удалось добиться, проводя отжиг в атмосфере аргона (1 атм., 2000 oС), а не в вакууме, как делали их предшественники. И хотя потребность в низких температурах пока сохраняется, графен по ?метрологическим критериям? уже догнал своих полупроводниковых конкурентов и не исключено, что в скором времени их перегонит. Помимо метрологии, развитая в [2] технология изготовления эпитаксиального графена может найти применение в углеродной наноэлектронике.

1. A.J.M.Giesbers et al., Appl. Phys. Lett. 93, 222109 (2008).

2. A.Tzalenchuk et al., Nature Nanotech. 5, 186 (2010)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен

Номер сообщения:#9   morozov » Вт апр 05, 2011 11:23

Успехи физических наук
2011 / Март

Графен: методы получения и теплофизические свойства
А.В. Елецкий а, И.М. Искандарова а, А.А. Книжник а, Д.Н. Красиков б
а Российский научный центр ?Курчатовский институт?, Москва, Российская Федерация
б Кинтех Лаб, Москва, Российская Федерация

Представлен обзор современного состояния исследований в области графена ? двумерной гексагональной структуры, составленной из атомов углерода. Рассмотрены структурные особенности графена и основные методы его получения. Анализируются фононные свойства графена и его характеристики, которые определяются этими свойствами. В частности, обсуждается проблема определения теплопроводности графена и последние экспериментальные и теоретические достижения в этом направлении. Обсуждаются проблемы стабильности двумерных кристаллических структур и размерные эффекты, которые проявляются в зависимости характеристик графена от его поперечных размеров. Анализируются методы моделирования, направленные на установление фононных характеристик и коэффициента теплопроводности графена.
http://ufn.ru/ufn11/ufn11_3/Russian/r113a.pdf
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен

Номер сообщения:#10   morozov » Сб июн 04, 2011 12:27

A graphene-based broadband optical modulator

Ming Liu, Xiaobo Yin, Erick Ulin-Avila, Baisong Geng, Thomas Zentgraf, Long Ju, Feng Wang & Xiang Zhang

Nature 474, 64?67 (02 June 2011) doi:10.1038/nature10067
08 May 2011

Integrated optical modulators with high modulation speed, small footprint and large optical bandwidth are poised to be the enabling devices for on-chip optical interconnects1, 2. Semiconductor modulators have therefore been heavily researched over the past few years. However, the device footprint of silicon-based modulators is of the order of millimetres, owing to its weak electro-optical properties3. Germanium and compound semiconductors, on the other hand, face the major challenge of integration with existing silicon electronics and photonics platforms4, 5, 6. Integrating silicon modulators with high-quality-factor optical resonators increases the modulation strength, but these devices suffer from intrinsic narrow bandwidth and require sophisticated optical design; they also have stringent fabrication requirements and limited temperature tolerances. Finding a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-compatible material with adequate modulation speed and strength has therefore become a task of not only scientific interest, but also industrial importance. Here we experimentally demonstrate a broadband, high-speed, waveguide-integrated electroabsorption modulator based on monolayer graphene. By electrically tuning the Fermi level of the graphene sheet, we demonstrate modulation of the guided light at frequencies over 1?GHz, together with a broad operation spectrum that ranges from 1.35 to 1.6??m under ambient conditions. The high modulation efficiency of graphene results in an active device area of merely 25??m2, which is among the smallest to date. This graphene-based optical modulation mechanism, with combined advantages of compact footprint, low operation voltage and ultrafast modulation speed across a broad range of wavelengths, can enable novel architectures for on-chip optical communications.

Изображение
a, Three-dimensional schematic illustration of the device; a monolayer graphene sheet is on top of a silicon bus waveguide, separated from it by a 7-nm-thick Al2O3 layer (not shown). The silicon waveguide is doped, and connected to the elect?
Изображение
The main panel shows the modulation depth, normalized to the device length (40??m), at different drive voltages (VD). Three regions can be seen, and their band structures are shown as insets. In the middle region (with VD in the range ?1?V t?
Изображение
The main panel shows the response of the device as a function of frequency. Each curve corresponds to a different drive voltage: ?2.0?V, ?2.5?V, ?3.0?V and ?3.5?V (black, red, blue and green curve, respectively). The measured 3?dB bandwidths?
С уважением, Морозов Валерий Борисович

samsonovmihail
Сообщения: 294
Зарегистрирован: Вс янв 27, 2008 22:54

Re: Графен

Номер сообщения:#11   samsonovmihail » Сб июн 04, 2011 13:43

А зачем в дискуссионном клубе эти несколько постов одного автора?

Ну написал один пост. Никто не ответил? Можно и закрывать.
Источник излучает в неограниченном скоростном диапазоне, а приёмник реагирует только на 300000.

Аватара пользователя
Alex Barri
Сообщения: 983
Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 15:07

Re: Графен

Номер сообщения:#12   Alex Barri » Сб июн 04, 2011 14:54

форум уж точно не создавался "специально для Вас".

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен

Номер сообщения:#13   morozov » Сб июн 04, 2011 15:27

Alex Barri писал(а):форум уж точно не создавался "специально для Вас".
Еще точнее, "не для таких".
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен

Номер сообщения:#14   morozov » Пт июл 01, 2011 8:47

ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ

Какие длинные и дорогие нити из нанотрубок!

Изображение

Уникальные механические свойства отдельных нанотрубок могут использоваться только в пределах нанодиапазона. Однако для ряда применений представляют интерес непрерывные нити и ленты из большого числа ориентированных углеродных нанотрубок. Первый шаг на этом пути был сделан в 2000 г. Vigolo et al. [1]. Авторы разработали простой метод получения жестких волокон и лент из одностенных ориентированных нанотрубок, используя оригинальный метод. Он основан на свойствах системы нанотрубки/вода/поверхностно-активное вещество. Исходный материал в форме пучков из нескольких нанотрубок помещали в водный раствор поверхностно-активного вещества (ПАВ), которое адсорбировалось на поверхности пучков нанотрубок. При определенной концентрации этого вещества электростатическое отталкивание уравновешивало силы притяжения Ван-дер-Ваальса. В результате образовывалась суспензия равномерно диспергированных нанотрубок. С помощью шприца эту суспензию медленно вводили в поток раствора полимера, помещенного во вращающийся цилиндрический сосуд. Полимер замещал часть молекул ПАВ на поверхности нанотрубок, что заново вызывало их агрегацию. Как и ожидалось, нанотрубки предпочтительно ориентировались в направлении вращения. Наблюдалось образование длинных лент с поперечным сечением, соответствующим размерам иглы шприца. Точные размеры зависели также и от скорости вращения. При удалении полимера со дна цилиндрического контейнера формировались спиральные ленты длиной до 1 метра с преимущественной ориентацией нанотрубок вдоль длины ленты.

При сушке в определенных условиях промытые водой ленты коллапсировали - "складывались" в плотное волокно. Авторы изготовили волокна диаметром от нескольких до 100мкм. При медленном вытягивании лент из воды получали такие волокна длиной в несколько десятков сантиметров. Волокна были настолько гибкими, что их можно было легко завязывать узлом.

Было замечено очень интересное различие структуры волокон и лент. В ленте углеродные частицы (примеси в исходном материале) были распределены равномерно, а в волокне они образовали внешнюю оболочку, в то время как сердцевина волокна состояла в основном из одностенных ориентированных нанотрубок. Этот эффект может привести к разработке нового метода очистки нанотрубок в большом масштабе (внешнюю оболочку легко удалить, например, термическим или химическим способом).

Процесс, разработанный Vigolo et al., может быть масштабирован и использован для непрерывного производства сотен и тысяч высокопрочных волокон, объединенных в шнуры. Несмотря на использование неочищенного исходного материала, модуль упругости полученных волокон равнялся 15ГПа. По-видимому, улучшить механические свойства можно, увеличив степень ориентации.

"Блестящая работа" - так охарактеризована разработка Vigolo et в [2]. Авторы [2] освоили метод Vigolo и использовали его для получения лент из чистых исходных одностенных нанотрубок. К сожалению, стоимость получаемых лент и волокон во многом определяется стоимостью пока еще очень дорогих одностенных нанотрубок.

ИзображениеИзображение
Рис. а) свободно подвешенный островок с нанотрубками, из которого вытягиваются волокна b) вытягиваемые нанотрубные волокна.

Авторы [3] избрали другой путь, "выдергивая" пучок нанотрубок из массива (высотой в несколько сотен микрометров), выращенного на кремниевой подложке. Они получили из чистых углеродных нанотрубок непрерывные нити длиной до 30см! "Как шелковую нить из кокона!" - радуются авторы. По их оценкам из 1 см2 такого массива можно сделать 10м нити.

Авторы считают, что для "вытягивания" подходят только такие массивы, в которых все нанотрубки параллельны друг другу и удерживаются в пучках силами Ван-дер-Ваальса. Нити обычно выглядят как тонкие ленты из параллельных прядей диаметром несколько сотен нанометров. Ширина нити зависит от числа прядей.

Изображение

Нанотрубная спираль в лампе накаливания

Чтобы продемонстрировать возможности нанотрубных волокон, авторы сконструировали лампу накаливания со спиралью из нанотрубных волокон, закрепленных между двумя металлическими контактами. Провод светился в вакууме 5х10-3Па при постоянном напряжении 70В в течение 3 час. В результате проводимость нанотрубного провода увеличилась на 13%, а натяжение провода изменилось от 1мН до 6.4мН. Возможно, эти изменения связаны с высоким сопротивлением контакта металл-нанотрубка, приводящим к его сильному перегреву.

Изображение

Нанотрубный поляризатор для УФ диапазона

Они также сконструировали нанотрубный поляризатор из набора параллельных нанотрубных волокон. При прохождении луча света через этот поляризатор фотоны, имеющие направление поляризации вдоль оси нанотрубок, поглощаются, в то время как перпендикулярно поляризованные проходят через них. Так как диаметр нанотрубок около 10нм, поляризатор может работать в УФ области спектра при длине волны излучения до десятков нм.

Авторы считают, что после соответствующей термической обработки из этой пряжи можно будет, например, сделать ткань для пуленепробиваемых жилетов или материал, блокирующий электромагнитные волны.

О.Алексеева

Science, 2000, 290, p.1331
Science, 2000, 290, p. 1312
Nature, 2002, 419, p. 801
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29913
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Графен, фуллерены и нанотрубки

Номер сообщения:#15   morozov » Ср июл 06, 2011 21:00

Яркий электронный пучок от углеродной нанотрубки
Возможность использования углеродных нанотрубок в качестве электронных эмиттеров обсуждается в литературе уже довольно давно. Существенного продвижения в этом направлении добилась группа голландских (Philips Research Laboratories и Leiden Institute of Physics) и французских (Ecole Superieure) физиков [1]. В качестве источника электронов они использовали изолированную многостенную углеродную нанотрубку, закрытую на конце ?шапкой? диаметром 2.7нм. Радиус области, из которой испускались электроны, оказался еще меньше - 2.1 ? 0.2нм. Такой практически точечный источник электронов может быть с успехом использован в электронных микроскопах. Высокой разрешающей способности должна способствовать, помимо узости электронного пучка, его большая яркость, а также малый разброс по энергиям испускаемых электронов. Яркость, достигнутая в работе [1], более чем в десять раз превышает яркость самых мощных источников в современных электронных микроскопах. Можно с уверенностью сказать, что создание электронных микроскопов нового поколения на основе углеродных нанотрубок ? вопрос самого ближайшего времени.

Nature, 2002, 420, p. 393

Из спирта можно получать даже углеродные нанотрубки!
Поскольку для углеродных нанотрубок уже придумано много эффективных применений, важно разработать методы их получения в значительных количествах по достаточно низкой цене. Этой проблемой заняты многие разработчики. Один из наиболее эффективных методов, который еще задолго до открытия нанотрубок использовали для получения алмазоподобных покрытий, - термическое разложение углеводородов в присутствии катализатора. В качестве углеродосодержащих соединений обычно используют газообразные углеводороды, например, этилен, метан, ацетилен.

Недавно в одном из японских университетов был проведен эффективный синтез углеродных нанотрубок из этилена. В качестве катализатора использовали ацетаты железа и кобальта, растворенные в этиловом спирте и смешанные с мелкодисперсным порошком цеолита. Массовое содержание железа и кобальта составляло 2.5% каждого. Полученную суспензию в течение 10 мин подвергали ультразвуковой обработке, затем высушивали в течение 24 час при 80оС. Полученный порошок (светло-желтого цвета) загружали в ванночку, которую помещали в кварцевую трубку и нагревали в электрической печи в течение 30 минут в потоке аргона до температуры 600-800оС. Затем в печь в течение 10 мин подавали пары этилового спирта из резервуара, находящегося при комнатной температуре. Давление паров спирта в трубке регулировали изменением температуры резервуара. Положительный результат получили при давлении паров ~5 Торр.

Полученные образцы сажи черного цвета анализировали с помощью спектрометра комбинационного рассеяния, сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов. В саже зарегистрированы однослойные углеродные нанотрубки диаметром ~1нм. При повышении температуры синтеза средний диаметр нанотрубок увеличивался. Замена этилового спирта на метиловый не приводила к принципиальным изменениям параметров синтезируемых нанотрубок, а лишь сопровождалась небольшим увеличением их среднего диаметра. Причину позитивного влияния спирта на синтез нанотрубок авторы приписывают наличию радикалов ОН, которые, как известно, способствуют очищению материала, содержащего углеродные нанотрубки, от частиц аморфного углерода.

А.В.Елецкий

Chem. Phys. Lett., 2002, 360, p. 229
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»