Высокая чувствительность электронных характеристик углеродных нанотрубок к сорбированным на их поверхности молекулам или радикалам наводит на мысль о возможности создания на этой основе высокочувствительного сенсора для регистрации малейших примесей в атмосфере. Такую возможность недавно детально исследовали сотрудники Университета Штата Пенсильвания (США) [1]. В эксперименте использовали слегка спрессованный слой тканеобразного материала размерами 1х2х0,1 мм³, содержащего собранные в жгуты однослойные углеродные нанотрубки. Материал был получен электродуговым распылением графита в присутствии катализатора и содержал 50-70% нанотрубок со средним диаметром жгута 15 нм и диаметром нанотрубки ~ 1.4 нм. Индикатором присутствия молекул, сорбированных на поверхности нанотрубки, служило значение термоэдс образца, измерения которой проводились четырехзондовым методом при перепаде температур по длине Т < 0.5 К.

Измерения при комнатной температуре, показали, что термоэдс исходного образца, очищенного от адсорбатов вакуумной термообработкой (10 часов), находится в диапазоне между -45 мкВ/К и -40 мкВ/К. Отрицательный знак и близкий к линейному характер температурной зависимости проводимости указывает на металлическую природу проводимости образца, которая определяется наличием в нем нанотрубок с электронной металлической проводимостью. Насыщение образца Не при атмосферном давлении и Т = 500 К приводит к повышению термоэдс примерно на 12 мкВ/К. При этом время установления стационарного значения термоэдс (0.26 часа) примерно в 3 раза короче, чем время восстановления этого значения (0.83 часа) после начала откачки Не. Аналогичные измерения, выполненные с Н₂, показали, что относительное увеличение массы исследуемого образца в результате поглощения водорода достигает 0.5%. При этом наблюдается линейный спад термоэдс с ростом количества сорбируемого водорода. Аналогичный характер зависимости термоэдс от количества поглощенных молекул наблюдается и для NH₃. В отличие от этого, термоэдс образца монотонно возрастает с ростом поглощенного кислорода О₂ и азота N₂. Различный характер указанных зависимостей наводит на мысль о различии в механизмах воздействия сорбируемых молекул на электронные характеристики нанотрубок. Можно предположить, что в случае растущей зависимости сорбируемые молекулы играют роль акцепторов для электронов проводимости, а в случае падающей зависимости они являются донорами.

Значительные различия в зависимостях термоэдс от концентрации сорбируемых молекул, наблюдаемые для молекул различного типа, открывают возможность создания достаточно простого и высокоэффективного сенсора на основе углеродных нанотрубок. Приборы такого типа нашли бы свое применение при поиске полезных ископаемых, в системах аварийной защиты больших предприятий (и, в частности, атомных электростанций) от газовых выбросов, в системах контроля выхлопа автомобилей и т.п.

А.В.Елецкий (РНЦ КИ)

C.K.W.Adu et al. Chem. Phys. Lett., 2001, 337, p.31