27 ИЮН, 08:15 МСК
USD (ЦБ)    53.3234
EUR (ЦБ)    55.9640


Оптически активные дефекты улучшают углеродные нанотрубки

9 Апреля 2021 9157 0 Наука и технологии
Оптически активные дефекты улучшают углеродные нанотрубки

Свойства углеродных наноматериалов могут быть изменены и модифицированы путем преднамеренного внесения определенных структурных «несовершенств» или дефектов. Однако проблема состоит в том, чтобы контролировать количество и тип этих дефектов.

В случае углеродных нанотрубок - микроскопических трубчатых соединений, излучающих свет в ближней инфракрасной области - химики и материаловеды из Гейдельбергского университета под руководством профессора доктора Яны Заумсейл продемонстрировали новый путь реакции, позволяющий контролировать такие дефекты. Это приводит к появлению определенных оптически активных дефектов - так называемых sp3-дефектов - которые более люминесцентны и могут излучать одиночные фотоны, то есть частицы света. Эффективное излучение ближнего инфракрасного света важно для приложений в телекоммуникациях и биологической визуализации.

Обычно дефекты считаются чем-то «плохим», что отрицательно сказывается на свойствах материала, делая его менее совершенным. Однако в некоторых наноматериалах, таких как углеродные нанотрубки, эти «недостатки» могут привести к чему-то «хорошему» и открыть новые функциональные возможности. Здесь решающее значение имеет точный тип дефекта. Углеродные нанотрубки состоят из свернутых листов гексагональной решетки sp2-атомов углерода, как и в бензоле. Эти полые трубки имеют диаметр около одного нанометра и длину до нескольких микрометров.

Посредством определенных химических реакций несколько атомов углерода sp2 решетки могут быть превращены в углерод sp3, который также содержится в метане или алмазе. Это изменяет локальную электронную структуру углеродной нанотрубки и приводит к оптически активному дефекту. Эти sp3-дефекты излучают свет еще дальше в ближнем инфракрасном диапазоне и в целом более люминесцентны, чем нанотрубки, которые не были функционализированы. Из-за геометрии углеродных нанотрубок точное положение введенных атомов углерода sp3 определяет оптические свойства дефектов. 

«К сожалению, пока очень мало контроля над тем, какие дефекты образуются», - говорит Яна Заумсейл, профессор Института физической химии и член Центра перспективных материалов Гейдельбергского университета.

Ученый из Гейдельберга и ее команда недавно продемонстрировали новый путь химической реакции, который позволяет контролировать дефекты и селективно создавать только один конкретный тип дефекта sp3. Эти оптически активные дефекты «лучше», чем любые из ранее внесенных «недостатков». Профессор Заумсейл объясняет, что они не только более люминесцентные, но и демонстрируют однофотонное излучение при комнатной температуре. В этом процессе одновременно излучается только один фотон, что является предпосылкой для квантовой криптографии и высоконадежной связи.

По словам Саймона Сеттеле, докторанта исследовательской группы профессора Заумсейл, этот новый метод функционализации - нуклеофильное добавление - очень прост и не требует специального оборудования. 

«Мы только начинаем изучать возможные применения. Многие химические и фотофизические аспекты все еще неизвестны. Однако цель состоит в том, чтобы создать еще лучшие дефекты», - утверждает Сеттеле.

Основная цель исследования - понять и спроектировать электронные и оптические свойства дефектов в углеродных нанотрубках, пишет phys.org.

«Химические различия между этими дефектами незначительны, и желаемая конфигурация связывания обычно формируется только в небольшом количестве нанотрубок. Возможность производить большое количество нанотрубок с конкретным дефектом и с контролируемой плотностью дефектов открывает путь для оптоэлектронных устройств, а также - источники одиночных фотонов с электрической накачкой, которые необходимы для будущих приложений в квантовой криптографии», - говорит профессор Заумсейл.

Редакция

Написать комментарий

правила комментирования
  1. Не оскорблять участников общения в любой форме. Участники должны соблюдать уважительную форму общения.
  2. Не использовать в комментарии нецензурную брань или эвфемизмы, обсценную лексику и фразеологию, включая завуалированный мат, а также любое их цитирование.
  3. Не публиковать рекламные сообщения и спам; сообщения коммерческого характера; ссылки на сторонние ресурсы в рекламных целях. В ином случае комментарий может быть допущен в редакции без ссылок по тексту либо удален.
  4. Не использовать комментарии как почтовую доску объявлений для сообщений приватного характера, адресованного конкретному участнику.
  5. Не проявлять расовую, национальную и религиозную неприязнь и ненависть, в т.ч. и презрительное проявление неуважения и ненависти к любым национальным языкам, включая русский; запрещается пропагандировать терроризм, экстремизм, фашизм, наркотики и прочие темы, несовместимые с общепринятыми законами, нормами морали и приличия.
  6. Не использовать в комментарии язык, отличный от литературного русского.
  7. Не злоупотреблять использованием СПЛОШНЫХ ЗАГЛАВНЫХ букв (использованием Caps Lock).
Отправить комментарий


Капитал страны
Нашли ошибку на сайте? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter
Отметьте самые значимые события 2021 года:
close
check_box check_box_outline_blank Демонстратор будущего двигателя для многоразовой ракеты-носителя в Свердловской области
check_box check_box_outline_blank Демонстратор нового авиадвигателя ПД-35 в Пермском крае
check_box check_box_outline_blank Полет МС-21-300 с крылом, изготовленным из российских композитов в Иркутской области
check_box check_box_outline_blank Открытие крупнейшего в РФ Амурского газоперерабатывающего завода в Амурской области
check_box check_box_outline_blank Запуск первой за 20 лет термоядерной установки Токамак Т-15МД в Москве
check_box check_box_outline_blank Создание уникального морского роботизированного комплекса «СЕВРЮГА» в Астраханской области
check_box check_box_outline_blank Открытие завода первого российского бренда премиальных автомобилей Aurus в Татарстане
check_box check_box_outline_blank Старт разработки крупнейшего в Европе месторождения платиноидов «Федорова Тундра» в Мурманской области
check_box check_box_outline_blank Испытание «зеленого» танкера ледового класса ICE-1А «Владимир Виноградов» в Приморском крае
check_box check_box_outline_blank Печать на 3D-принтере первого в РФ жилого комплекса в Ярославской области
Показать ещеexpand_more