Углеродная нанотрубка (УНТ) представляет собой сверхминиатюрное электронное устройство, которое может быть использовано в качестве элемента интегральной схемы. Параметры такого устройства (ширина запрещенной зоны, проводимость и другие) зависят от структурных характеристик нанотрубки, таких как диаметр и хиральность (угол между осью нанотрубки и гексагональной плоскостью, из которой эта нанотрубка составлена).
Таким образом, некоторые из синтезируемых нанотрубок обладают металлической проводимостью, а другие характеризуется полупроводниковыми свойствами, причем ширина запрещенной зоны этих полупроводников изменяется в зависимости от диаметра и хиральности в довольно широких пределах. Поскольку при массовом синтезе нанотрубок их параметры характеризуются значительным разбросом, основная проблема, которая должна быть решена на пути практического использования УНТ в наноэлектронике, состоит в необходимости селективного отбора УНТ с заданными электронными характеристиками.
В настоящее время проблема разделения УНТ, обладающих различными электронными характеристиками, исследуется во многих лабораториях мира. Среди различных подходов, предлагаемых для решения этой проблемы, наиболее перспективным представляется метод, основанный на селективном проведении химических реакций. Возможности этого метода были, в частности, продемонстрированы недавно авторами работы, выполненной в одном из колледжей штата Массачусетс (США) [1]. В качестве окислителя использовали синглетный кислород, присоединение которого к однослойным УНТ проводили в суспензии тетрагидрофурана (ТГФ) под воздействием излучения вольфрамо-галогенной лампы. Для получения синглетного кислорода использовали реакцию молекулярного кислорода с тетрафенилпорфином, под воздействием УФ облучения. После завершения реакции окисления нанотрубки промывали этанолом, в течение 10 минут центрифугировали и четырежды профильтровывали для удаления тетрафенилпорфина. Факт окисления нанотрубок регистрировали по изменению спектров поглощения в видимой области, на которых в результате окисления исчезали известные особенности, связанные с сингулярностями Ван Хова. В результате отжига окисленных образцов УНТ в вакууме при температуре 200оС в течение 2 часов указанные особенности восстанавливались, что свидетельствовало об обратимом характере окисления.
Обработка спектральных данных показывает, что скорость реакции окисления для УНТ, обладающих металлической проводимостью, существенно превышает соответствующую величину для полупроводниковых нанотрубок. Так, окисление полупроводниковых нанотрубок было зарегистрировано только через 15 часов наблюдений, в то время как металлические нанотрубки окислялись уже на первом часу эксперимента. Тем самым можно заключить, что окисление УНТ синглетным кислородом имеет обратимый характер, причем реакция характеризуется селективностью по отношению к металлическим УНТ. Этот результат может быть положен в основу процесса отделения нанотрубок, обладающих полупроводниковыми свойствами, от металлических УНТ, что открывает перспективы использования УНТ в наноэлектронике.
Автор - А.В. Елецкий