Полупроводники и сенсоры. Оптические преобразователи. Полупроводниковые наночастицы широко используются в гетерогенном катализе, они также представляют интерес для лазерной техники, при изготовлении плоских дисплеев, светоиспускающих диодов и сенсоров. Огромным прорывом в нанотехнологии явилось создание гетероструктур с пространственным ограничением носителей заряда, возникающих в результате спонтанной самоорганизации наноструктур на поверхности полупроводниковых систем. Спонтанное упорядочение наноструктур позволяет получать включения узкозонных полупроводников в широкозонной матрице. Особенно впечатляющи 43 размерные эффекты в полупроводниковых нанокристаллах, размер которых меньше боровского радиуса экситона. В таких нанокристаллах (квантовые точки) квантовое течение электронно-дырочной пары в ограниченном объеме приводит к увеличению ширины запрещенной зоны по мере уменьшения размера кластера. Это означает, что с уменьшением размера кластера рекомбинационная люминесценция сдвигается в голубую область (высокие энергии). Яркий пример – нанокристаллы CdSe, “одетые” одним-двумя монослоями ZnS. Кластеры золота (наностержни) при когерентном возбуждении электронного газа флуоресцируют с квантовым выходом в 106 раз выше, чем металлическое золото; при этом квантовый выход пропорционален l2 (l-длина наностержня).
Нанотрубы. Интересно развивается химия и физика нанотруб. Разработано множество методов и технологий синтеза этих частиц – электродуговой разряд, лазерно-термическая абляция, синтез в пламени, пиролиз углеводородов. На сегодняшний день наилучшим является пироллитический метод синтеза нанотруб из СО, СН4, С2H6, С2Н2, на поверхности адсорбента с нанесенным катализатором.
Уже разработаны методы непрерывного и крупномасштабного производства нанотруб с контролируемой скоростью роста и регулируемыми диаметром и длиной.
В создании управляемой архитектуры нанотруб уже достигнуты значительные успехи. Для получения многослойных нанотруб заданной архитектуры была использована подложка из пористого кремния с субмикронными порами, обработанного электрохимически в растворе HF – MeOH.
Наноконтакты – наиболее слабое место в нанотехнологиях. На уровне сегодняшнего опыта видны два пути к формированию архитектуры наноконтактов: через механизмы выращивания нанотруб и через манипулирования трубами.
Большой интерес представляет заполнение нанотруб металлами с целью получения металлических проводников – нанопроволок, покрытых углеродной “одеждой”. При этом нанотруба не просто формирует нанопроволоку, но и предохраняет ее от окисления и разрушающего действия других агрессивных сред.
Ясно, что такие нанообъекты с позиций высоких технологий являются предметом особого внимания. Недавно был получен новый тип нанопроволоки – нанокабель, в котором внутренний проводник – железный стержень толщиной около 10 нм и длиной порядка микрона – “одет” боронитридной трубой диаметром около 50 нм.
Замечательная особенность этих нанокабелей состоит в том, что между BN-оболочкой и железным стержнем имеется углеродная прослойка, которая сохраняет железо в восстановленном состоянии и обеспечивает прочное соединение металла с керамической оболочкой.
Пожалуй, наиболее широкое применение нанотрубы нашли в качестве полевых эмиттеров, а также как молекулярный диод. Весьма интересны 44 сверхпроводимость нанотруб и их использование в криоэлектронике. Принимая во внимание миниатюрность электронных наноустройств и необременительность расходов на их охлаждение, можно считать, что сверхпроводимость нанотруб, наноконтактов, нанопроволок, даже если она появляется при очень низких температурах, может быть практически освоена в наноэлектронике.
Нет сомнений в том, что в будущем нанохимия будет иметь большое значение в создании металлических, полупроводниковых, ферромагнитных нанопроволок, нанопоршней, наношприцев, нанонасосов (например, для клеточной биологии), наноконденсаторов с переменной емкостью, нанопинцетов и других устройств.
Таким образом, нанохимия имеет значимые перспективы, многие из них уже реализуются, другие ожидают своей очереди. И хотя делать прогнозы это все равно, что при рождении человека написать ему мемуары, а потом заставить жить его по ним, можно смело утверждать, что нанохимия и нанотехнология займут в будущем такое же место, как и химия живого.