Покинув стены лабораторий, они стали предметом культа. Станут ли они предметом повседневного обихода?

Несмотря на то что практического применения этой технологии придется ждать еще долгие годы, для многих она уже превратилась в культ. Энтузиасты, называющие себя «наномальчиками» и «нанодевочками», создают специализированные Web-узлы. Появился информационный бюллетень Nanotimes. На узле www.cybertown.com организована специальная конференция, посетители которой могут ознакомиться с последними новостями и слухами, касающимися дальнейшего развития нанотехнологий. Итак, что же представляют собой эти знаменитые нанотрубки и почему они вызывают такой интерес?

Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году сотрудником японской корпорации NEC Сумио Лиджимой, изучавшим под электронным микроскопом осадки, которые образовывались в процессе синтеза молекулярных форм чистого углерода, имеющего клеточную структуру.

Микроскопические туннели построены из особых форм сажи. Благодаря своим химическим свойствам по прочности они превосходят сталь, а по легкости — пластик. Трубки состоят из концентрических графитовых оболочек, каждая из которых помещена в цилиндр. Таким образом, решетка атомов углерода сохраняет целостность. Нанотрубки оказываются прочнее металла, поскольку химические связи между их элементами более устойчивы.

Высокая проводимость

У нанотрубок есть и другие свойства, которые наверняка привлекут внимание инженеров. Эти материалы являются прекрасными проводниками электричества и тепла и могут использоваться в качестве кабелей, полупроводников или сверхпроводников. Кроме того, они способны испускать электроны, благодаря чему могут найти применение в сверхтонких дисплеях.

Принимая во внимание совокупность всех этих качеств, вице-президент компании Carbo Lex Шаоли Фанг выражает уверенность, что в ближайшие пять лет нанотехнология начнет широко использоваться при производстве мониторов.

Причины этого, по мнению Фанга, достаточно просты: углеродные нанотрубки обладают очень низким полевым напряжением, а это означает, что для излучения электронов и получения изображения не нужно подавать высокого напряжения.

Мониторы, построенные на базе нанотехнологии, будут настолько тонкими, что их можно вешать на стену. Представители корпорации Samsung Electronics, продемонстрировавшие дисплей, в котором электроны выпускаются из нанотрубок, надеются, что уже через два года подобные экраны появятся на рынке.

«В настоящее время на мониторы подается очень высокое напряжение, а для этого нужны мощные источники питания, — подчеркнул Фанг. — Если же высокого напряжения не требуется, то можно обойтись без мощного источника питания, следовательно, заметно уменьшаются и габариты всего устройства».

Нанотехнология может найти применение и во многих других областях. Высокие показатели электро- и теплопроводности нанотрубок позволяют использовать их для монтажа кабельной разводки. В результате компьютерные схемы станут компактнее и будут работать быстрее. Кроме того, новый подход обеспечивает более интенсивное и стабильное излучение электронов.

Многие инженеры рассматривают нанотрубки в качестве альтернативы кремнию, на основе которого сегодня создаются транзисторы, диоды и другие полупроводниковые элементы.

«Пока данная архитектура находится на начальном этапе своего развития, — отметил менеджер направления нанотехнологий корпорации IBM Федон Авурис. — Нанотрубки обладают замечательными свойствами и заставляют обратить на себя очень серьезное внимание. Они прочны, как алмазы. Их электропроводность в сто раз превосходит электропроводность металлического кабеля. Кроме того, они отличаются поразительной теплопроводностью. А особенности атомной структуры позволяют использовать их в качестве как металлов, так и полупроводников».

Дорогостоящая технология

Несмотря на превосходные физические характеристики, внедрение нанотехнологии, по мнению Авуриса, будет происходить довольно медленно из-за ее высокой стоимости, а также в силу ряда других причин. Уровень спроса пока несопоставим с тем шумом, который нанотрубки наделали в университетских кругах и исследовательских лабораториях крупных корпораций. В настоящее время один грамм нанотрубок оценивается в 100 долл.

По сравнению с инвестициями в конкурирующие технологии капиталовложения в нанотрубки не столь велики, поэтому вряд ли данный материал будет использоваться при изготовлении электронных устройств следующего поколения. «На основе кремния сегодня выпускается очень сложное оборудование, производителям удалось создать развитую инфраструктуру, — пояснил Авурис. — Не думаю, что все может измениться за одну ночь и, отказавшись от кремния, люди перейдут на использование нанотрубок».

Впрочем, судя по всему, по прошествии нескольких лет нанотрубки все же найдут применение — сначала в каких-то узких областях, а затем и там, где сегодня полностью господствует кремний. Профессор университета Пенсильвании Чарли Джонсон, возглавляющий группу исследователей-физиков и астрономов, убежден в том, что использование нанотрубок позволит улучшить электрические соединения.

«Сила тока в нанотрубках может достигать очень большой величины, — подчеркнул Джонсон. — Крайне низкое сопротивление позволяет довести эффективность передачи тока почти до ограничений, обусловленных квантовыми факторами».

Новая технология найдет практическое применение и в агентстве NASA, исследователи которого изучают возможность использования нанотрубок для построения космического лифта, подобного удаленному от Земли на 37 тыс. км кабелю-спутнику, описанному более двух десятилетий тому назад Артуром Кларком.

Это как раз та область, где стоимость нанотрубок не имеет особого значения. «Специалистов NASA, которым для выполнения космической программы нужны легкость и высокая надежность, совершенно не волнуют вопросы стоимости, — отметил Авурис. — Когда людей запускают в космос, речи о деньгах не идет. Заказчики готовы заплатить столько, сколько потребуется».


Слева представлена компьютерная модель короткой нанотрубки, состоящей примерно из тысячи атомов. Цилиндрические стенки нанотрубки сформированы атомами углерода, образующими сверхустойчивую шестигранную структуру. На концах трубки расположены шестиугольники и восьмиуголькими, благодаря которым концы приобретают выгнутую форму, что обеспечивает снижение напряжения в структуре. Трубка, модель которой здесь приведена, имеет 1,4 нм в диаметре, что согласуется с экспериментальными наблюдениями, однако реальные нанотрубки могут достигать в длину нескольких микрон, что делает их, пожалуй, наиболее длинными из всех известных молекул.

Благодаря своей химической структуре нанотрубки отличаются большей устойчивостью, чем металл, и превосходно проводят электричество и тепло, что делает возможным их применение в качестве проводников, полупроводников и сверхпроводящих систем. Некоторые специалисты видят в нанотрубках замену кремнию, другие — сырье для производства транзисторов, диодов и других полупроводниковых устройств.

Кейт Уильямс

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями