Нанотехнологии в физике. Изучение структурных типов углеродных нанотрубок. Битюцкая Л.А - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

10
Рис. 6. Структура гексагонального графита с элементарной ячейкой.
Атом углерода в свободном состоянии имеет электронную структуру
(1s)
2
(2s)
2
(2p)
2
. Для образования ковалентных связей один из 2s электронов
сопрягается с уровнем 2р, и потом орбитали гибридизуются одним из трех
возможных способов. В графите один из 2s электронов гибридизуется с двумя
2р электронами, образуя в плоскости три sp
2
орбитали под углом 120
о
друг к
другу. Оставшаяся орбиталь, имеющая p
z
конфигурацию , направлена под углом
90
о
к этой плоскости . Сильные s-связи между атомами углерода формируются
sp
2
орбиталями, тогда как p
z
или π орбитали обеспечивают слабые связи Ван-
дер- Ваальса между плоскостями. Перекрытие р орбиталей соседних атомов в
данной плоскости образует сеть электронных связей, благодаря чему графит
имеет относительно высокую электрическую проводимость.
3.1. Структурные типы однослойных углеродных нанотрубок
Однослойная углеродная нанотрубка – нанотрубка со стенкой в один
атомарный слой. Диаметр однослойной трубки составляет 0.6-1.8 нм (1.4 нм –
типичный).
Структурные параметры углеродной нанотрубки определяются структурой
базисных плоскостей графита , симметрией кристаллического графенового слоя
относительно оси трубки. Сворачивать графеновый слой можно в разных
направлениях : вдоль грани шестиугольника — трубки “armchair“ (кресельные),
перпендикулярно грани — трубки „zigzag“ (зигзагные) и во всех
промежуточных – “chiral” (хиральные) (рис.7). 
                                       10




      Рис. 6. С труктура гекса гона л ьного гра фита с эл емента рно й ячейкой.

      А том угл ерод а в св обод ном со стоянии имеет эл ектронную структуру
(1s)2(2s)2(2p)2. Дл я обра зов а ния ков а л ентных св язей од ин из 2s эл ектроно в
со пряга ется с уров нем 2р, и по том орбита л и гибрид изую тся од ним из трех
в озмож ных спосо бов . В гра фите од ин из2s эл ектронов гибрид изуется с д в умя
2р эл ектрона ми, обра зуя в пл оскости три sp2 орбита л и под угл ом 120о д руг к
д ругу. Оста в ш а яся о рбита л ь, имею щ а я pz конфигура цию , на пра в л ена под угл ом
90о к этой пл оскости. С ил ьные s-св язи меж д у а то ма ми угл еро д а фо рмирую тся
sp2 о рбита л ями, тогд а ка к pz ил и π орбита л и обеспечив а ю т сл а бые св язи Ва н-
д ер-Ва а л ьса меж д у пл оскостями. П ерекрытие р орбита л ей сосед них а томо в в
д а нно й пл о ско сти обра зует сеть эл ектронных св язей, бл а год а ря чему гра фит
имеето тносител ьно в ысо кую эл ектрическую пров од имость.

        3.1. С труктурны е тип ы однос лойны х углеродны х нанотрубок

      Од но сло йна я углеро д на я на но т рубка – на но трубка со стенкой в од ин
а то ма рный сл ой. Диа метр од носл ойной трубки со ста в л яет0.6-1.8 нм (1.4 нм –
типичный).
      С труктурные па ра метры угл ерод ной на но трубки о пред ел яю тся структурой
ба зисных пл оскостей гра фита , симметрией криста л л ического гра фено в ого сл оя
о тносител ьно о си трубки. С в ора чив а ть гра фено в ый сл ой мо ж но в ра зных
на пра в л ениях : в д ол ь гра ни ш естиугол ьника — трубки “armchair“(кресел ьные),
перпенд икул ярно гра ни —              трубки „zigzag“ (зигза гные) и в о в сех
промеж уточных – “chiral” (х ира л ьные) (рис.7).

Страницы