ВВЕДЕНИЕ ........................................................ 7

Глава 1. ЭЛЕМЕНТЫ ГИБРИДНОЙ УГЛЕРОДНОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ ......... 11
1.1  Гибридная углеродная наноэлектроника ...................... 11
1.2  Химические сенсоры ........................................ 12
     1.2.1  рН-метр на основе углеродных нанотрубок ............ 15
     1.2.2  Изготовление селективных электродов ................ 16
1.3  Биосенсоры ................................................ 20
     1.3.1  Электрохимические биосенсоры на основе УНТ ......... 22
1.4  Датчики механических величин .............................. 27
1.5  Контакты металл-УНТ ....................................... 29
1.6  Полевые транзисторы на основе УНТ ......................... 32
1.7  Микроэлектромеханические системы на основе УНТ ............ 33
1.8  Нанотрубки как анодные материалы литиевых батарей ......... 36
1.9  Суперконденсаторы на основе УНТ ........................... 38
1.10 Логические элементы на УНТ ................................ 39
1.11 Использование УНТ в вакуумной микроэлектронике ............ 39
1.12 Приборы, использующие колебательные свойства углеродных
     нанотрубок ................................................ 47
1.13 Базовые конструкции и технологии, обеспечивающие
     использование УНТ ......................................... 49

Глава 2. УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ: СТРУКТУРА, МЕХАНИЧЕСКИЕ,
ОПТИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ................................. 51
2.1  Разнообразие структур на основе углерода .................. 51
2.2  Классификация углеродных нанотрубок ....................... 56
2.3  Электронная структура углеродных нанотрубок ............... 60
2.4  Механические свойства углеродных нанотрубок ............... 64
2.5  Оптические свойства углеродных нанотрубок ................. 68
2.6  Изучение свойств углеродных нанотрубок методом
     комбинационного рассеяния света ........................... 80
2.7  Теплопроводность углеродных нанотрубок .................... 90
2.8  Влияние дефектов на теплопроводность ...................... 93
2.9  Удельная теплоемкость нанотрубок .......................... 95
2.10 Удельная теплоемкость пучков одностенных и многостенных
     нанотрубок ................................................ 99
2.11 Экспериментальные удельные теплоемкости одностенных и
     многостенных нанотрубок .................................. 101
2.12 Кинетика окисления углеродных наноматериалов ............. 104

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И
МЕХАНИЗМЫ ИХ РОСТА ............................................ 113
3.1  Высокотемпературные методы выращивания ................... 113
3.2  Эксперименты по выращиванию УНТ методом химического
     нанесения из паровой фазы ................................ 118
3.3  Механизмы роста углеродных нанотрубок .................... 129
3.4  Моделирование роста углеродных нанотрубок методом
     молекулярной динамики .................................... 139
3.5  Агрегаты одностенных углеродных нанотрубок ............... 141
3.6  Легирование углеродных нанотрубок ........................ 143
3.7  Выращивание двустенных углеродных нанотрубок ............. 146

Глава 4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ГИБРИДНОЙ УГЛЕРОДНОЙ
НАНОЭЛЕКТРОНИКИ ............................................... 151
4.1  Селективный рост как основа гибридных элементов
     кремниево-углеродной наноэлектроники ..................... 151
4.2  Влияние внешних факторов на формирование элементов
     кремниево-углеродной электроники ......................... 158
4.3  Основные процессы, происходящие при росте УНТ ............ 164
4.4  Агрегатное состояние кластера катализатора при росте
     углеродной нанотрубки .................................... 168
4.5  Нуклеация кластеров катализаторов при росте углеродных
     нанотрубок ............................................... 173
     4.5.1  Парциальная свободная энергия кластера ............ 173
     4.5.2  Влияние поверхностного натяжения и характерных
            размеров кластера на его температуру плавления .... 176
     4.5.3  Физико-химические свойства ферроцена .............. 179
     4.5.4  Нуклеация кластеров катализаторов при росте УНТ ... 184
     4.5.5  Расчет функции распределения кластеров по числу
            частиц (размеру) в общем виде ..................... 186
     4.5.6  Экспериментальное определение коэффициента
            поверхностного натяжения при гомогенном
            формировании кластеров ............................ 190
     4.5.7  Поверхностное натяжение при гетерогенном
            формировании кластеров ............................ 195
     4.5.8  Концентрация кластеров катализаторов на
            поверхности подложки .............................. 199
4.6  Анализ скорости роста и диффузии углерода в расплаве ..... 202
4.7  Анализ растворимости углерода и карбида железа
     в железе ................................................. 210
4.8  Обобщенная модель пиролиза углеводородов ................. 217
     4.8.1  Законы сохранения при пиролизе углеводородов ...... 222
     4.8.2  Вычисление концентрации углеводородов,
            возникающих в ходе пиролиза ....................... 223
     4.8.3  Вычисление концентрации реагентов, возникающих
            в ходе пиролиза углеводородов, содержащих иные
            атомы, кроме углерода и водорода .................. 228
     4.8.4  Связь фугитивности углеводородов с константами
            распределения элемнтов между газовой и жидкой
            фазами ............................................ 230
     4.8.5  Определение активности углерода в газовой фазе
            при пиролизе этилового спирта ..................... 233
4.9  Определение параметров растворимости углерода в железе
     и формирования карбидов железа ........................... 234
4.10 Пути повышения устойчивости технологии элементов
     углеродной наноэлектроники ............................... 240

Глава 5. УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК .......... 249
5.1  Основные модели и механизмы адсорбционных процессов в
     углеродных нанотрубках ................................... 249
5.2  Термодинамика адсорбционных процессов .................... 255
5.3  Кинетика адсорбции ....................................... 265
5.4  Адсорбция водорода углеродными нанотрубками .............. 268
     5.4.1  Углеродные нанотрубки как основа для заполнения
            хранилищ водорода ................................. 268
     5.4.2  Квантовомеханические расчеты предельной
            сорбционной способности водорода .................. 274
     5.4.3  Термодинамическая оценка предельной адсорбции
            водорода УНТ ...................................... 281
     5.4.4  Эксперименты по адсорбции водорода УНТ ............ 291
     5.4.5  Роль дефектов при адсорбции водорода углеродными
            нанотрубками ...................................... 299
     5.4.6  Способы повышения адсорбционной способности ....... 305
5.5  Адсорбция азота и кислорода .............................. 316
5.6  Адсорбция инертных газов ................................. 323
5.7  Адсорбция воды ........................................... 324

Глава 6. ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕНОСА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В
ЭЛЕМЕНТАХ УГЛЕРОДНОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ .......................... 329
6.1  Перенос носителей заряда в квантовых наноструктурах ...... 329
6.2  Обобщенная модель переноса носителей заряда .............. 337
     6.2.1  Вероятность обмена носителями заряда между
            локализованными областями наноразупорядоченного
            вещества .......................................... 338
     6.2.2  Обобщенная скорость генерации-рекомбинации ........ 344
     6 2.3. Модель Шокли-Рида ................................. 345
     6.2.4  Индуцированная рекомбинация ....................... 349
     6.2.5  Скорость транспорта и вольт-амперные
            характеристики при туннельном, прыжковом либо
            баллистическом переносе носителей заряда между
            локализованными областями ......................... 350
6.3  Вольт-амперная характеристика при туннельной
     рекомбинации ............................................. 351
     6.3.1  Ловушки, распределенные по энергии ................ 353
     6.3.2  Преобладание туннельных процессов над
            процессами рекомбинации ........................... 353
     6.3.3  Прыжковый перенос между локализованными
            состояниями ....................................... 354
     6.3.4  Туннелирование в структурах с квантовыми ямами .... 356
     6.3.5  Баллистический перенос в наноразупорядоченных
            структурах ........................................ 357
6.4  Перенос носителей заряда в углеродных нанотрубках ........ 359
     6.4.1  Квантовый транспорт в УНТ ......................... 360
     6.4.2  Механизмы рассеяния. Температурная зависимость
            проводимости ...................................... 362
6.5  Определение параметров локализованных состояний
     на основании обобщенной модели переноса .................. 372

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................... 379
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ............................................. 386
БИБЛИОГРАФИЯ .................................................. 388
ПРИЛОЖЕНИЕ .................................................... 467