A szén nanocsövek a fullerének családjába tartozó nano-objektumok, HRTEM mérések alapján, Iijima mutatott ki előszőr szén nanocsöveket fullerén előállítását célzó ívfény kísérletekből származó anyagban [1].

1. Ábra

Az egyfalú szén nanocső szerkezete olyan, amilyent egyetlen atomi réteg vastag, grafitszerűen elrendezett szénatomokból álló sík hengerré tekerése nyomán nyernénk. A nanocső vége lehet nyitott, vagy lezárhatja egy fullerén félgömb, 1. Ábra. Az egyfalú nanocsövek jellemző átmérője az 1 nm tartományban van, a tőbbfalú nanocsövek - ezek koncentrikusan egymás köré épült hengeres rétegekből állnak - elérheti a 100 nm-t is.

A pásztázó alagútmikroszkóp (STM) és az atomerő-mikroszkóp (AFM) kiválóan alkalmasak egyetlen szén nanocső tulajdonságainak vizsgálatára, a topográfiai jellemzőkőn túl adatokat szolgáltathatnak a szén nanocsövek elektronszerkezeti, elektromos és mechanikai tulajdonságairól is.

STM és AFM méréseket alkalmaztunk katalitikus úton előállított [2]; grafit nagyenergiájú ionokkal (E > 100 MeV) történt besugárzása útján előállított [ 3]; valamint fullerén bomlás nyomán keletkezett [4] szén nanocsövek vizsgálatára. A szén nanocső nem képezi részét a nanocsövet hordozó felületnek, ezért a nanocsövön történő alagutazás folyamataiban meghatározó szerepet játszik a második alagútköz léte, amely a nanocső és a hordozó között alakul ki. Számítógépes modellt dolgoztunk ki az alagutazási folyamatok szimulálására [5].

Katalitikus úton előállított szén nanocsövek

Elsőként mutattuk ki [2] hogy az acetilén átmeneti fém katalizátoron történő bomlása során keletkező szén nanocsövek képződése során nemcsak többfalú nanocsövek nőnek, hanem "tutajszerű" együttesekben, egyfalú szén nanocsövek is keletkeznek. Ezek jellemző átmérője az 1 nm tartományban van. Elsőként képeztünk le STM segítségével "dugóhúzó-szerűen felcsavart" szén nanocsövet.

Nagyenergiájú ionokkal végzett besugárzás során keletkezett szén nanocsövek

Nagyenergiájú ionokkal besugárzott, majdnem egykristályos grafit (HOPG) felületén keletkezett szén nanocsöveket vizsgáltunk AFM segítségével. Kimutattuk, hogy a nehéz ionok esetében, mint Kr és Xe, a minta felületére kijutó magasabb rendű kaszkádok miatt kialakuló porlódási kráterekből rendszerint egy vagy több nanocső indul ki. Gyakori jelenség, a domborzat egyenetlenségein áthaladó nanocsövek a rezgése a pásztázás hatására, 2. Ábra.

2. Ábra 3. Ábra

Fullerén bomlása nyomán keletkezett szén nanocsövek

Fullerén bomlásából származó tiszta szén sugár szobahőmérsékleten HOPG felületre történő kondenzálódása segítségével előállított szén nanocsöveket vizsgáltunk STM-mel. Jellemzően 5 - 20 nm átmérőjű többfalú szén nanocsöveket mutattunk ki. Egyes csöveken, - 3 Ábra, A-val jelzett cső - jól megfigyelhető egy új, egyetlen atomnyi vastagságú szén réteg növekedésének kezdete.

Köszönetnyilvánítás

A bemutatott eredmények létrejöttét az OTKA T 017344, OTKA T 025928, AKP 96/2-637, valamint AKP 96/2-462 keretében nyújtott támogatás tette lehetővé.

Hivatkozások

[1] S. Iijima, Nature 354, 56 - 58 (1991)

[2] L. P. Biró, S. Lazarescu, Ph. Lambin, P. A. Thiry, A. Fonseca, J. B. Nagy, and A. A. Lucas, Phys. Rev B 56 (1997) 12490

[3] L. P. Biró et al., E-MRS'98 Spring Meeting, Carbon Based Materials for Microelectronics, June 16 -19, 1998 Strasbourg, France, submitted to Carbon

[4] L. P. Biró , R. Ehlich, R. Tellgmann, A. Gromov, N. Krawez, M. Tschaplyguine, M.-M. Pohl, E. Zsoldos, Z. Vértessy , Zs. Horváth and E. E. B. Campbell , submited to Chem. Phys. Lett.

[5] G. I. Márk, L. P. Biró, J. Gyulai, 12th IWEPNM: Molecular Nanostructures, February 28 - March 7, 1998, Kirchberg, Austria http://newton.phy.bme.hu:80/pub/kirchberg98/index.html