Получены алмазные наностержни удивительных размеров и свойств - 26 Июля 2010

Наноструктуры из алмаза с высоким соотношением измерений (например, длины к ширине или диаметру) представляют собой огромную ценность для науки, будь то теоретические разработки или экспериментальное их подтверждение. Особый интерес ученые видят в квази–одномерных структурах типа нанотрубок, наностержней, нанопроволоки и т.д., поскольку прогнозируют их использование в изделиях оптики, электроники и биотехники скорого будущего. К сожалению, изготовление этих одномерных алмазных наноструктур представляет собой большую проблему, а исследования их свойств находятся в «зародышевом» состоянии.

Инженеры из Университета Ольстера (University of Ulster), Ирландия стали первыми в мире, кто сумел создать алмазные наностержни диаметром 2,1 нанометра, которые не только много меньше всех известных на настоящий момент времени (4–300 нм), но и меньше теоретически предсказанного минимума для энергетически стабильных наностержней из алмаза. Для проведения исследований ученые из Университета Ольстера использовали современное оборудование, в частности, растровые просвечивающие электронные микроскопы Бирмингемского Университета (Birmingham University) и Дарсбурской Лаборатории (Daresbury Laboratory), известных своей высокой технологической оснащенностью.

Результаты исследований были опубликованы в интернет–журнале ACS Nano (Self–Assembled Growth, Microstructure, and Field–Emission High–Performance of Ultrathin Diamond Nanorods). Ирландские ученые не только показали, что получение стабильных алмазных наностержней такого размера возможно, но и создали оригинальную «слоеную» структуру, в которой несколько наружных графеновых слоев служат как защитный слой для расположенного внутри алмаза (см. рис).

Изображение наконечника алмазного стержня (получено на растровом просвечивающем электронном микроскопе с очень большим увеличением) и режимы процесса (Изображения из научной публикации).

По словам проф. материаловедения Пагоны Папаконстантину (Pagona Papakonstantinou) – руководителя проекта, результаты ее группы представляют собой новую веху в науке, поскольку дают возможность заглянуть внутрь процесса выращивания сверхтонких наностержней алмаза и могут служить стимулом для дальнейших исследований в этой области.

Алмазные наностержни были получены методом плазменно–химического вакуумного напыления (PАCVD) в смеси азота и метана. Алмазные наностержни самоорганизовывались в структуры сферической формы совместно с алмазными нанокластерами, графеновыми нанопроволоками и углеродными нанотрубками. Такие интегрированные самоорганизующиеся наноструктуры демонстрируют великолепные возможности по испусканию электронов, гораздо лучшие, чем все традиционные наконечники из молибдена или кремния, а также столь популярные наноструктурные эмиттеры полевых транзисторов. Подобные алмазные наностержни имеют потенциал использования в качестве холодных катодов и во многих медицинских приложениях, как считают сами авторы разработки.

Евгений Биргер

Опубликовано в NanoWeek, 5 — 11 мая 2009 г, No. 66