3.1 Сканирующая зондовая микроскопия
3.3 Самоорганизация наночастиц
3.4 Проблема образования агломератов
4.3 Наномедицина и химическая промышленность
4.4 Компьютеры и микроэлектроника
6 Отношение общества к нанотехнологиям
6.1 Реакция мирового сообщества на развитие нанотехнологий
6.2 Реакция российского общества на развитие нанотехнологий
6.3 Нанотехнологии в искусстве
В работе [1] было теоретически предсказано существование графана – монослоя графена, полностью насыщенного водородом с обеих сторон. Совсем недавно это предсказание подтверждено экспериментально [2]. Графан (в отличие от графена) является диэлектриком и, в принципе, может использоваться в наноэлектронных устройствах наравне с графеном. Кроме того, большое относительное содержание водорода в графане (7.7 масс. %) не исключает его применения в водородной энергетике. При анализе возможности практического использования графана необходимо, однако, сначала изучить его термическую устойчивость относительно десорбции водорода и определить соответствующий диапазон допустимых рабочих температур.
Зависимость логарифма t от обратной температуры достаточно хорошо аппроксимируется прямой линией, что говорит о применимости к описанию десорбции водорода стандартной формулы Аррениуса t-1(T)=A·exp(-Ea/kBT) с не зависящим (или слабо зависящим) от температуры частотным фактором A и энергией активации Ea, определяемой по углу наклона прямой на рис. 2. Статистический анализ результатов моделирования дает Ea = (2.46 ± 0.17) эВ и A = (2.1 ± 0.5)·1017 сек-1. Подстановка величин Ea и A в формулу Аррениуса позволяет определить величину t при низких температурах, не доступных для “компьютерного эксперимента” из-за чрезмерной длительности расчетов. При T = 300 K величина t оказывается огромной (~ 1024 с), что говорит о возможности использования графана в наноэлектронных устройствах с комнатной рабочей температурой. Повышение температуры до 600 К приводит к уменьшению t до ~ 1000 с. Эти результаты согласуются с экспериментальными данными работы [2], в которой для полной десорбции водорода из графана последний отжигали в атмосфере аргона при T ≈ 700 K в течение суток.
Что касается возможности использования графана в топливных элементах автомобильных двигателей, то помимо выполняющихся для графана требований высокого содержания водорода (> 6 масс. %) и устойчивости при комнатной температуре, необходимым условием является также быстрая (в течение ~ 1 с) и почти полная десорбция водорода при температуре не выше 400 K. Как следует из полученных в [3] результатов, для графана это условие не выполняется, поскольку прочные ковалентные связи C-H, с одной стороны, обеспечивают высокую термическую устойчивость водорода, хемисорбированного на углеродных наноструктурах, а с другой – резко замедляют процесс десорбции. Таким образом, наиболее перспективным направлением практического применения графана видится наноэлектроника.
www.nanonewsnet.ru