Углеродные плёнки – графены и нанотрубки

Углерод – загадочный химический элемент. Из него состоит графит, который пишет по бумаге и алмаз, который режет стекло. Новая теория микромира достаточно просто проясняет эти радикально различные свойства углерода – шестого элемента в таблице Д.И. Менделеева. Ядро углерода имеет 6 протонов, а количество нейтронов может быть разное. 98,90% ядер атомов углерода имеют 6 нейтронов (рис. 103, а), а 1,10% -7 (рис. 103, с). Атомы графита (рис. 103, b) имеют плоские ядра (рис. 103, а), а – алмаза (рис. 103, d) - пространственные (рис. 103, c).

а) ядро атома графита	b) атом графита
c) ядро атома алмаза	d) атом алмаза

Рис. 103. а) - плоское ядро атома углерода; b) – плоский атом графита;

с) - пространственное ядро атома углерода;

d) – пространственный атом углерода, атом алмаза

Структура атома алмаза (рис. 103, d), которая формируется из пространственного ядра (рис. 103, c) этого атома, имеет три оси симметрии. Это - оси декартовой системы координат. Структура пространственного ядра (рис. 103, с) и пространственного атома углерода (рис. 103, d) убедительно демонстрируют главное свойство алмаза – его прочность.

Из новой теории микромира следует, что протоны располагаются на поверхности ядер (рис. 103, а и c), а электроны атомов взаимодействуют с ними не орбитально, а линейно (рис. 103, b и d). В результате атом графита (рис. 103, b) – плоское образование, а атом алмаза (рис. 103, d) – предельно симметричное, пространственное образование (рис. 104).

Теоретическая структура плоского атома углерода (графита) представлена на рис. 104. Она следует из нового закона формирования спектров атомов и ионов. В математических моделях этого закона (1, 2, 3) нет энергии орбитального движения электронов в атомах, но есть энергии линейного взаимодействия электронов с протонами (2), которые располагаются на поверхности ядер, взаимодействуя с нейтронами также линейно (рис. 103, а, c и 104).

Структура молекулы углерода представлена на рис. 105. Из неё следует, что шестилучевые атомы углерода соединяют в шестиугольную структуру молекулы углерода валентные электроны атомов не орбитально, а линейно.

Рис. 104. Схема ядра и атома углерода [8]

Рис. 105. Схема молекулы углерода

Фотография структуры графена (рис. 106, а) однозначно следует из теоретического ядра атома углерода (рис. 104) с линейным взаимодействием электронов с протонами ядра и молекулы углерода (рис. 105). На фотографии графена (рис. 106, а) атомы углерода (рис. 105) представлены в виде туманных белых точек с туманными связями между ними, которые формируют шестигранники. Что связывает эти белые точки атомов углерода между собой? Орбиты электронов?

Если так, то как они формируют шестигранную структуру ячейки графена? Однозначные ответы на эти вопросы следуют из новой теории микромира. Мы уже знаем, что электроны атомов взаимодействуют с протонами ядер не орбитально, а линейно. Из этого автоматически следует последовательное формирование структур атомов, молекул и кластеров, представителем которых является сфотографированная (рис. 106, а), а затем смоделированная (рис. 106, b) графеновая пленка, теоретическая структура которой представлена на рис. 106, k.

На рис. 106, с увеличенное фото молекулы углерода, а на рис. 106, d – атома углерода, схема которого на рис. 106, е. На фотон (рис. 106, с) явно видно, что лишь три электрона (из шести) атома углерода формируют валентные связи.

Других доказательств о линейном взаимодействии электронов атомов с протонами ядер не требуется. Усвоение этой научной истины открывает возможности для более глубокого понимания микромира, без которого невозможно плодотворное научное творчество. О важности такого подхода много говорят, не понимая что надо делать. Ответ элементарен: необходимо ликвидировать лженаучную комиссию РАН и создать экспертную комиссию по анализу новых научных публикаций в Интернете и включению их в учебный процесс.

Природа изобретательна. Она создала не только углеродные плёнки – графены (рис. 106), но и углеродные трубки (рис. 107), которые названы нанотрубки. Углеродные плёнки и трубки имеют невероятную прочность, значительно превышающую прочность аналогичных структур, изготовленных из стали

Обратим внимание на то, что электронный микроскоп смог увидеть углеродную трубку с небольшой разрешающей способностью. В масштабной линии, показанной на рис. 107, вместиться, примерно 15 диаметров углеродных трубок. Чтобы увидеть в торец структуру нанотрубки в масштабе, показанном на рис. 107, b, надо увеличить разрешающую способность микроскопа минимум на три порядка. Дальше мы увидим, что сканирующие микроскопы с большей разрешающей способностью могут видеть обитателей микромира, но разрешающая способность новой теории микромира превосходит разрешающую способность сканирующего микроскопа на несколько порядков.

с) фото молекулы углерода

d) фото атома углерода

e) теоретическая структура атома углерода

k) теоретическая структура графена

Рис. 106. Фотографические структуры молекулы и атома углерода,

и теоретическая модель атома углерода

Рис. 107. Углеродные трубки