Об углеродных нанотрубках и графене сегодня знают даже малыши (доп. к «Графеновому вирусу»)

Опубликовано 20.06.2012
Станислав Ордин   |   просмотров - 1637,   комментариев - 1
Об углеродных нанотрубках и графене сегодня знают даже малыши (доп. к «Графеновому вирусу»)

Фраза, вынесенная в заголовок, позаимствована из статьи по «новому» нано-эффекту «Возможна ли сверхбыстрая электроника?». И так как статья полна элементарных ошибочных рассуждений, я счёл необходимым откомментировать узловые.

Так как мне приходилось исследовать и графит, и нитрид бора, и, анализируя зависимость их свойств от микроструктуры, удалось исправить модель их кристаллической решетки, то серьезные исследователи за рубежом, занимающиеся выращиванием нанотрубок из этих материалов, давно ко мне обращались за консультациями и просили прислать оригинальные рисунки из моей с Шарупиным Б. Н. статьи. И ребята из Лос-Аломоса, чтобы вырастить нанотрубку из нитрида бора рекордной длины 4 см, детально интересовались не учитываемой ранее введенной мной межслоевой орбиталью. И бывший когда-то моим молодым соавтором в App.Phys., ныне японский профессор Тошу Кавахара, когда занялся выращиванием графитовых нанотрубок. Но, как говорится, нет пророков в своем отечестве. Мои коллеги, когда похвастались, что издали в Шпрингере книгу по нитридам, оказалось, включили в неё ошибочную американскую статью, с которой я когда то начинал анализ. Статью, вышедшую за 25 лет до нашей публикации в советском физическом журнале, включили, а её исправление – нет. Так что ж осуждать непрофессионалов-корреспондентов, если они, вслед за «открывателями» графена (см. «Графеновый вирус» ) сами уже «открыли» белый графен из нитрида бора. Как же их осуждать, если они, заявляя, что о графене знают даже малыши, сами того не подозревая, и есть малыши. Если, как уже писал, даже из абстрактов большинства научных публикаций видно, что свойства нано-объектов ошибочно пытаются «объяснять» в рамках макроскопических представлений, то что уж тогда придираться к научно-популярным заметкам непрофессионалов.

Когда делегация из сеульского университета заглянула ко мне в лабораторию, то достаточно было непродолжительной беседы с этими молодыми ребятами, чтобы они уловили суть корректного подхода к рассмотрению нано-эффектов и стали просить меня объяснить эффекты на выращенных у них графитовых нанотрубках. Но если уж потратил немного времени на бестолковых корейцев, японцев и прочих шведов, то грешно не исправить ошибки, внушаемые русским ребятам. Хотя это несколько мешает сосредоточиться на решении реальных проблем нано-масштаба, которые приходится решать в наших российских условиях (см. рисунки).

Когда офисы для Чубайса и Сколково строят, а науку финансируют по остаточному принципу. Когда наши самолеты и ракеты теряют управление и падают, а российские инвестиции в авиацию направляют на развитие Боинга. И так, по затронутым в статье вопросам (в кавычках). 1. «Всем известно об уникальных свойствах нано» - Как может быть всем известно то, что еще пытаются понять. 2. «Если растянуть лист графена» - Чтобы растянуть моноатомный слой графита (или нитрида бора) нужно преодолеть атомные силы связи, которые разрушаются, скажем температурой 4000С, или давлением порядка 100 тонн на см2 для каждой поверхности этой пленки. Поэтому и выращивают моноатомные слои на подложках, которые своими атомными связями удерживают слой в виде пленки. 3. «Рисунок атомной структуры» - Моноатомный слой графита и нитрида не плоский, он гофрирован, правда не как предполагали ранее, из электронно-микроскопических измерений, американцы – синфазно в соседних слоях кристалла, а в противофазе в соседних слоях за счет межслоевых связей (расщепление кристалла нитрида бора в темноте наглядно демонстрирует разрыв этих связей, приводящий к голубой триболюминисценции). 4. «Высокие частоты» - Максимальная частота атомных колебаний (2 соседних атома – примерно 2,5А) в этих материалах не миллиард герц, а на 5 порядков выше в слое и немного (в полтора раза) ниже – поперек слоя. Но в графите они не полярные – с электрическим полем слабо взаимодействуют. Если взять нанотрубку длиной 25 мкм, то получим резонанс на мегагерце. Если взять две таких ниточки и подать на них плюс и минус, то можно их, конечно, использовать как резонатор-преобразователь, но при чем здесь нано-эффект? Это обычное макроскопическое рассмотрение. А специфика нано-колебаний никак не учитывается (в том числе и разработчиками). 5. «Наноосцилляции» - Единственная полезная информация, но никак не раскрыта, т.к. видимо и сами авторы еще не поняли. На эту тему можно пофантазировать, но предпочитаю работать сначала с массивом реальных экспериментальных данных, а затем фантазировать-моделировать. Так как продолжается поток статей с "графеновой пометкой", то в дополнение прикладываю мой комментарий к статье о "Графеновом транзисторе" Спекуляции на словах используют, чтобы затуманить суть происходящего для обывателей. Печально, что этот же приём сейчас используется в науке. Это лишь мешает правильному пониманию природы и правильному конструированию на нано-уровне (которое пока ведется методом тыка). Новоселов и Гейм изобрели название «графен» по невежеству так назвав слой графита (см. статью «Графеновый вирус» и дополнение к ней «Об углеродных трубках и графене сейчас знают даже малыши» на сайте rusnor.org). Корреспонденты пошли дальше и изобрели слово «белый графен», назвав так слой нитрида бора (правда за это не получили нобелевской премии). В данной статье говорится Во-первых: просто о продолжении работ по сочетанию карбида кремния, в кристаллической структуре которого чередуются слои кремния и углерода: Si-C-Si-C-Si-C, с кристаллом графита С (эти работы ведутся лет 20 и просто новое технололгическое оборудование кое-что позволяет делать лучше). На выходе имеем: Si-C-Si-C-Si-C-C. И одна из проблем в том, что на кристалле карбида кремния на одной поверхности уже при выращивании кристалла возникают слои углерода, с которыми и пытаются связать дополнительный слой углерода (естественно за счет межслоевых химических связей, которых в используемой Новоселовым и Геймом ван-дер-Ваальсовой модели просто нет), а на другой поверхности кристалла карбида кремния –слой из атомов кремния и с ним химически связать графит сложнее. Во-вторых: просто о конструировании полевых транзисторов, характеристики которых зависят конечно не от «графена», а как давно известно – от качества границы раздела затвора и проводящего слоя (из-за этого полевики до сих пор уступают по основным характеристикам радиолампам, которые они, в принципе, копируют).


Комментарии:

Цитировать Имя
Станислав Ордин, 26.07.2012 13:57:35
Так как вновь изобретенный графит упомянул молодой, но с именем ученый, то помещаю мой
Комментарий к интервью член-корреспондента Алексея Лукашина «Еще раз о функциональных наноматериалах».

Дорогой Алексей,
Мне кажется, что ты ещё в состоянии выйти за рамки некоторых ошибочных, но уже крепко внедрённых в сознание обывателя во всём мире (в том числе и в науке) представлений. Поэтому дам краткий комментарий отдельных твоих высказываний, содержащих ошибки и неточности.
По порядку
1. «Графен» лучше брать в кавычки, т.к. изобретено только новое название, так же как и «белый графен» (см. «Графеновый вирус» и «Об углеродных трубках и графене сегодня знают даже малыши» на сайте НОР rusnor.org)
2. То, что каждый материал можно рассматривать как нано-структурированный абсолютно верно. И это понимание очень важно для проведения корректной диагностики (особенно поверхностей, которые ранее считали идеально гладкими). Но ранее, когда наши академики лоббировали продажу Чубайсом золы от ТЭЦ, как содержащую много нано-частиц, я выразил своё отношение к этой сделке фразой: «Нано-частиц также много, как и атомов и задача нано-технологии не в собирании грязи по России (которой у нас много), а в создании контролируемых и управляемых нано-частиц». В этом плане фраза «Без исследования их морфологии на нано-уровне невозможно достичь …» не является полной. Это необходимое условие, но недостаточное. Невозможно достичь проявления нано-эффектов на макро-уровне без учёта и управления как свойствами отдельного нано-фрагмента, так и их взаимодействия.
3. И, как следствие из второго пункта, в интервью нет ни слова ни о специфики свойств отдельного нано-объекта, ни о специфики их взаимодействия, что демонстрирует полное отсутствие понимания эффектов на нано-уровне. Вместо этого демонстрируются конечные макроскопические параметры, достигнутые на функциональных материалах эмпирическим путём за счет улучшенной диагностики и более качественной технологии, но построенных на макроскопических представлениях (см. «Термодинамика и нано» и «Размерные эффекты и НАНО» также на сайте НОР).
4. Использование самого термина «функциональные материалы» как бы затушёвывает отсутствие использования нано-физики, отмеченной в пункте 3 и дистанцируется от того, что делается, например, в процессоре из нано-транзисторов, но сам же говоришь о создании нано-структур. А представления нано-физики являются общими и для названых тобой «функциональными материалами» и реально функционирующими процессорами. Отличие лишь в требуемых (оптимизируемых) рабочих параметрах нано-структур.
Станислав Ордин.