А.Я.Вуль обратил внимание ПерсТ'а на любопытную структуру "peapod" (гороховый стручок), в которой молекулы фуллеренов расположены внутри углеродных нанотрубок. Работы по изучению этой пока довольно редкой системы представили японские исследователи из NEC Corp. [1,2] на International Symposium on Nanonetwork Materials: Fullerenes, Nanotubes, and Relates Systems, состоявшемся в Японии в январе 2001 года, а также на предшествовавшем ему Симпозиуме 19th Fullerene General Symposium. ("Peapod" - "гороховый стручок" - назвали такую систему B.W. Smith et al [3]).

Хорошо известно, что при синтезе нанотрубок как дуговым методом, так и лазерным испарением, наряду с нанотрубками образуется большое количество фуллеренов и других форм углерода. Обычно они удаляются путем очистки или специальной обработки. В очень редких случаях, как показывают данные просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, фуллерены захватываются в полости нанотрубок, проникая через дефекты в стенках или через открытый конец. Это наблюдение стимулировало работу японских исследователей по целенаправленному синтезу нанотрубок, заполненных фуллеренами. Такие системы и были получены ими в простой парофазной реакции.

Допирование нанотрубок фуллеренами (С₆₀, более высокие фуллерены и даже эндоэдральные металлофуллерены) осуществлялось после специальной предварительной обработки нанотрубок. Вот как можно формулой изобразить то, что сумели создать ученые - (Metal@Cm)n@SWNT. Фуллерены так регулярно выстраиваются в полостях одностенных углеродных нанотрубок, что их можно рассматривать как одномерный фуллереновый кристалл. Как показывают теоретические исследования, высокая стабильность систем с инкапсулированными С₆₀, обусловлена слабым взаимодействием между С₆₀ и углеродными нанотрубками.

Очевидно, физические и химические свойства нанотрубок, заполненных фуллереновым горохом, будут сильно отличаться от обычных нанотрубок. Японские ученые продолжают исследования и рассчитывают скоро представить неожиданные и интересные данные.

Вычисления, проведенные S.Okada et al [4] для цепочек внутри (n,n) нанотрубок (n=8,9,10), показывают, что "гороховый стручок" (10,10) является металлом с так называемыми мультиносителями, распределенными вдоль нанотрубки или вдоль цепочки С₆₀. Процесс внедрения С₆₀ в нанотрубку (10,10) является экзотермическим, а для нанотрубок (8,8) и (9,9) - эндотермическим из-за больших структурных деформаций как фуллеренов, так и нанотрубок. В результате, наименьший диаметр нанотрубок, способных заключать в себя фуллерены - 0.64 нм. Данные работы D.Luzzi, B.Smith [5] также подтверждают, что заполнение нанотрубок связано с их диаметром - в их экспериментах заполнялись "стручки" только диаметром 1.3-1.4 нм.

Любопытные превращения с инкапсулированными в полостях нанотрубок фуллеренами происходят и дальше: при воздействии электронного пучка (100 кэВ) или просто при определенной термической обработке фуллерены превращаются в одностенные нанотрубки внутри исходных. Таким образом, образуются углеродные нанотрубки, инкапсулированные углеродными нанотрубками.

О.Алексеева

S. Okada, S. Saito, A. Oshiyama, Y. Miyamoto. ISNM 2001, Kamakura, Japan

S. Iijima, S. Bandow, K. Hirahara et al. The 19th Fullerene General Symposium, Japan, July 2000

B.W. Smith, M. Monthioux, D.E. Luzzi. Nature, 1998, 396, p.323

S.Okada, S.Saito, A.Oshiyama. Phys.Rev.Lett. 2001, 86(17) p.3835

D.Luzzi, B.Smith 2000, 38, p.1751

Экспресс-бюллетень "ПерсТ" (Перспективные Технологии - наноструктуры, сверхпроводники, фуллерены)