| следующая статья ==>
Пленки ДУ ЛЦУ обладают очень сильной анизотропией электрофизических свойств, являясь при толщинах, удовлетворяющих критерию < 100 нм сверхпроводниками в нормальном к плоскости пленки направлении. При этом вдоль цепочки электроны движутся без потерь энергии, как в вакууме.
Поэтому возникает идея вернуться при переходе в процессе дальнейшей миниатюризации элементной базы наноэлектроники к принципам вакуумной электроники, но на твердотельных структурах, где роль вакуума будет играть пленка ЛЦУ. При этом помимо ожидаемого уменьшения планарных размеров элементов наноэлектроники до значений < 10 нм является вертикальная компоновка пленочных структур типа МОП (МДП), более удобной и эффективной может оказаться планарно-вертикальная компоновка элементов микросхем, когда последовательное их соединение осуществляется путем напыления «слоеного пирога» из пленочных структур в едином технологическом цикле. При этом возможно уменьшение потерь энергии в контактах и соединительных проводниках, а также увеличение быстродействия.
Можно использовать пленки ДУ ЛЦУ и в обычных диссипативных системах пленочной наноэлектроники, заменяя ими кремниевые элементы. При этом используют легированные пленки
Рис. 8.2 Области практического применения линейно-цепочечного углерода.
ДУ ЛЦУ, которые приобретают свойства р- и п-полупроводников. При этом полностью сохраняется вся технологическая цепочка традиционной микроэлектроники, однако производство углеродных материалов должно быть существенно дешевле.
Использование линейно-цепочечного углерода в виде нано-кристаллов (порошков) или волокон карбина за счет наличия в зигзагообразных цепочек углеродных атомов, образованных sp'-связью, встроенного электрического поля (квантово-размерный эффект) работа выхода электронов из этих элементов в поперечном к цепочке направлении снижается и составляет всего 0,4 эВ.
Это позволяет использовать указанные нанопорошки или нановолокна карбина в качестве эффективных холодных катодов для многочисленных практических применений. При этом возможен и практически реализуется механизм термоэлектронной эмиссии при комнатной температуре, при этом с эмиттера снимается ток согласно известному закону Шоттки.
Ниже отмечены те из них, которые уже прошли первую апробацию и где имеются положительные результаты проверки справедливости заложенных в их основу физических идей.
Во-первых, это практически доведенная до стадии НИОКР технология создания люминесцентных ламп с использованием возбуждения люминофора не с помощью его накачки линией ртути, как это делается в современных лампах, а с помощью электронного пучка, эмитируемого холодным катодом, т.е. возможность замены фотолюминесценции на катодолюминесценцию. Такие источники будут экономически чистыми, поскольку в них не будет ртути, а спектральный состав излучения подбором люминофора будет ближе к естественному, они будут энергосберегающими, поскольку в них не будет тепловых потерь, и более дешевыми по технологии изготовления и в эксплуатации. На лабораторных стендах достигнуты следующие показатели созданных источников: коэффициент преобразования на порядок выше, чем у ламп накаливания, по прогнозам - ресурс 100 тыс. ч, излучающая поверхность - плоская или цилиндрическая размерами, верхний предел которых ограничивается только возможностями современного электровакуумного оборудования.
Электронно-оптические системы.Туннельная прозрачность пленок ДУ ЛЦУ определяет ее важное свойство - способность коллимировать проходящий через нее электронный пучок, а взаимодействие с плазмонами - способность в определенной степени усиливать его. Результаты испытаний показали эффективность работы встроенных в ЭОП пленок ДУ ЛЦУ, которые выполняли следующие функции: первая, расположенная сразу за ИК-фотокатодом защищала его от потока ионов и коллимировала пучок фотоэлектронов, вторая, размещенная на ПЗС-матрице, коллимировала и усиливала пучок электронов и препятствовала его расплыванию в силу своих высоких диэлектрических свойств в направлении плоскости матрицы. Это повысило чувствительность ЭОП и четкость изображения.
Применение ЛЦУ в медицине. Разработаны физико-химические основы технологии ионно-плазменного нанесения покрытий линейно-цепочечного углерода (ЛЦУ) на различные материалы, имплантируемые в живой организм, включая шовный материал на основе нитей из ЛЦУ (так называемых карбиновых нитей) и созданы опытно-промышленные установки для их изготовления нового поколения медицинских имплантов на основе использования ЛЦУ.
В отличие от углерода в зр2-гибридизации цепочечный углерод ближе по своей природе к живым тканям как по своей первичной структуре (цепочечный углерод), так и по своей вторичной структуре (способность образовывать плотноупакованную структуру, напоминающую структуру клеточных оболочек и мембран).
В настоящее время реализуются две технологии создания ЛЦУ-материалов и ЛЦУ-покрытий. Первая - это технология синтеза материала, содержащего фрагменты ЛЦУ, который в обиходе называется карбином, состоящего из фрагментов линейно-цепочечного углерода, связанных между собой случайными поперечными сшивками. Основным способом получения таких карбиновых волокон является дегидрогалогенирование поливинилгалогенидовых волокон, в основном поливинилиденфторида (ПВДФ). При этом возможно получение карбиновых нитей (так называемого «карбилана»), ваты, войлока. Второй способ - это осаждение строго упорядоченных по структуре пленок - так называемых двумерно-упорядоченного линейно-цепочечного углерода - ДУЛЦУ.
Исследования, проведенные в последние годы в ведущих медицинских центрах России показали, что карбиновые нити и покрытия из ДУДЦУ обладают полным набором необходимых требований, предъявляемых к имплантам: прочностью, непрерывностью, высокой адгезивностью, малой толщиной, технической доступностью и дешевизной.
Биомедицинские исследования с имплантами с покрытиями линейно-цепочечного углерода показали отсутствие денатурации белков на его поверхности и исключительно низкий потенциал свертывания крови. Нанесение покрытий из ДУ ЛЦУ на поверхность придает ей исключительную тромборезистентность (превосходит полистерин, являвшийся до настоящего времени лучшим по этим показателям) и позволяет улучшить биосовместимость медицинских имплантатов и устройств, уменьшает риск образования тромбов, отторжения имплантата, развития воспаления.
К настоящему времени практически нет таких отделов разделов медицины, где не были бы испытаны имплантанты или контактные с живой тканью материалы с использованием линейно-цепочечного углерода.
Как следует из предыдущего раздела, модификации углерода, содержащие в той или иной степени линейно-цепочечный углерод, представляют собой достаточно рыхлые структуры, в которые легко вставляются молекулы белка. Точно также порошки, волокна карбина и пленки ДУ ЛЦУ являются прекрасными адсорбентами, которые могут использоваться в качестве накопителей водорода, лития (в литиевых батареях, в качестве фильтров).
| следующая статья ==>