Нанотүтікшелердің ашылуы және кесілуі

КНТ алу әдістерінің барлығында дерлік ұштары жабык «қалпақты» түтікшелер түзіледі. Алайда КНТ толтыру және сорбенттер, нанокапиллярлар, нанорсакторлар немесе матрица ретінде қолдану үшін «қалпақтары» жок, ашық нанотүтікшелер кажет етіледі. КНТ ашылу үшін осы «қалпактарды» жою кажет болады.

Түтікшелерді ашу мен кесу химиялық, электрохимиялық және механикалық әсерлер қамтылатын екі әдістер тобымен жүргізіледі. Әдетте газификация мен еру (деструкция) реакцияларынан тұратын химиялық әдістер колданылады. КНТ ашылуы мен кесілуі олардың функциялануымен қатар өтеді. Әдісті таңдау бастапкы түтікшелердің құрылысы мен тазалығына, сонымен қатар қоспалардың сипаты мен қасиетіне байланысты болады.

Газификация әдісімен КНТ ашу үшін оттек пен оның қоспалары (көбінесе, ауа, ауаның инертті газдармен қоспасы, су буы, күкіртсутек), озон, СО,; дымқыл хлор, оттекті немесе сулы плазмада түзілетін радикалдар мен иондар пайдаланылады.

Оттекте және ауада тотығу жылдамдығы температура мен оттек концентрациясына байланысты өте жоғары болуы мүмкін болғандықтан, ол шамаларды шектеуді кажет етеді. Температураны 350-500%-тан өте сирек жағдайда ғана арттырады, ауа қысымын төмендетеді, ал оттек мөлшерін инертті газдар көмегімен төмен деңгейде (1-3 көл.%) ұстайды. Бұл шарттар үдеріс ұзақтығын арттырып, оны дәлірек басқаруға мүмкіндік береді.

Ауада тотықтыру кезінде жіңішкелеу түтікшелер жуан түтікшелермен салыстырғанда жылдамырақ әрекеттеседі де, коспа құрамындағы жуан КНТ үлесі артады. Жіңішке түтікшелердің реакциялық қабілеттерінің жоғары болуы тотықтыру кезінде оларда ақаулардың көбірек түзілуімен түсіндіріледі. Сондықтан тотықтыру шарттары жұмсағырақ болған сайын, КНТ-дің беткі қабаттарындағы ақаулар саны азырақ болады.

Газ тәрізді озон оттекпен салыстырғанда КНТ белсендірек әрекеттеседі. Реакция активті орталықтарда (ақаулар), циклдықбайланысу арқылы озонидтер түзіп, эфирлі, хинонды функционалды топтармен байланысу арқылы жүзеге асады. Ал температураны арттырған кезде СО мен СО, түзе ыдырау байқалады.

Көміртекті материалдардың көміртек диоксидімен әрекеттесуі оттекпен, озонмен әрекеттесумен салыстырғанда көп эндотермиялық болып табылады. КНТ-ді көміртек диоксидімен тотықтыру ауада тотықтырумен салыстырғанда жоғары температурада өтеді. Ал бірқабатты көміртекті нанотүтікшелер (БҚКНТ) тотықтыру кезінде тотығу 600%С температурада басталады. Сонымен бірге, СО, әсері ауа мен оттекпен салыстырғанда селективті сипатта болады.

КНТ ашу мен кесу үшін су буын да пайдалануға болады. Су буы - әлсіз тотықтырғыш. Сонымен бірге, су буын разрядпен жұмсақ режимде белсенділендіру арқылы наноматериалдар массивінің беткі қабатындағы аморфты көміртекті жоюға болады. Оларды толық ыдырауға 20-30 минутта қол жеткізуге болады.

Нанотүтікшелердің дымқыл хлор, хлор мен сутек қоспасымен ашылуы зерттелген. Дымқыл хлор әрекеттесудің бірінші сатысында КНТ ұштарында -С-СІ және -С-ОН функционалды топтары түзіледі. КНТдің әсерлі кесілуіне қол жеткізу үшін олардың сұйытылған фтормен әрекеттесуін қолдануға болады.

Ауада тотықтыру әдісімен бірге сулы ерітінділерде тотықтыру - азотты, тұз, күкірт, пероксодикүкіртті ( Н:5:Ог), хлорлы, трифторсіркелі (С.НЕ,О,), пероксисіркелі (СН,СО,Н) қышқылдарында және олардың қоспа ерітінділерінде, сутек пероксидінде тотықтыру әдістері де кеңінен тараған.

КНТ ашылуы мен кесілуін механикалық әдіспен де жүзеге асыруға болады. Мысалы, этанолдағы ұсақ дисперсті алмаз (диаметрлері 0,1 мкм) пастасында жүзеге асыруға болады. Бұл кезде БҚКНТ ұзындықтары 300-700 нм болатын бөліктерге кесіледі де, материал кеуектерінің орташа мөлшерлері артып, 5-10 нм аралығында болады. Нәтижесінде түтікше өсінділер түрінде жинақталады да, материал абразив бөлшектерімен ластанады.

КНМ ашылуы мен кесілуі үшін, сонымен бірге қарқынды ұсақтау қолданылады, ал салыстырмалы үлкен КҚКНТ-ді кесуде фокусталған лазерлі сәулелендіру, электронды немесе ионды ағындар пайдаланылады.

Ашық БҚКНТ өздігінен жабылуы (коалесценция) шамамен 1300С температурада ультракүлгін вакуумде жүргізіледі. Ал аморфты көміртек қатысында температураны 800С дейін төмендетуге болады. Сонымен бірге, үдеріс температурасын электронды ағынмен сәулелендіруді қолдану арқылы төмендетуге болады.