Carbon Nauke i Tehnologije

Source: http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

Nanocijevi su molekularno-skali cijevi grafitni ugljen s izvanrednim svojstvima. Oni su najčvršća i najjača vlakna poznata, i imaju izuzetan elektronskih svojstava i mnoge druge jedinstvene karakteristike. Iz tih razloga su privukle ogroman akademskih i industrijskih interesa, sa hiljadama radova na nanocijevi se objavljuje svake godine. Komercijalne aplikacije su prilično sporo razvija, međutim, prvenstveno zbog visokih troškova proizvodnje najbolje kvalitete nanocevima.

Istorija

Sadašnji veliko interesovanje za nanocijevi je direktna posljedica sinteze buckminsterfullerene, C60, i druge fulerena, u 1985. Otkriće da ugljen mogla formirati stabilna, naredio strukture osim grafit i dijamant stimulirana istraživači širom svijeta za traženje druge nove oblike ugljen. Potraga je dobio novi zamah kada je prikazan 1990. godine koji C60 može proizvesti na jednostavan luk-isparavanja aparat dostupni u svim laboratorijama. To je koristio takav isparivač da je japanski naučnik Sumio Iijima otkrio nanocijevi fulerena u vezi 1991. godine cijevi sadrži najmanje dva sloja, često mnogo više, a kretao se u vanjski promjer od oko 3 nm do 30 nm. Oni su uvijek zatvorena na oba kraja.

A prijenos elektrona mikrograf nekih multiwalled nanocevi je prikazano na slici (lijevo). U 1993. je otkrio novu klasu Carbon, sa samo jednim slojem. Ove jednim zidom nanocijevi su uglavnom uži od multiwalled cijevi, promjera obično u rasponu 1-2 nm, i imaju tendenciju da se zakrivljena, a ne pravo. Slika na desnoj strani prikazuje neke tipične jednim zidom cijevi je ubrzo utvrđeno da ove nove vlakna imao niz izuzetnih svojstava (vidi dolje), a to je izazvalo eksploziju istraživanja u nanocijevi. Važno je napomenuti, međutim, da nano cijevi ugljen, proizvedenih katalitički, je poznat po mnogo godina prije nego što Iijima otkriće. Glavni razlog zašto su ovi rani cijevi nisu uzbuditi širok interes je da su oni bili strukturno prilično nesavršen, tako da nije imao posebno zanimljiv svojstva. Nedavna istraživanja je fokusiran na poboljšanje kvaliteta katalitički proizvedenih nanocijevi.

Struktura

Vezivanje u nanocijevi je sp², sa svakim atomom pridružio tri susjeda, kao u grafit. Cijevi se stoga mogu smatrati valjane-up grafena listova (grafen je pojedinac grafit sloj). Postoje tri različita načina na koji se grafena list može biti valjane u cijevi, kao što je prikazano u dijagramu.

Prva dva od njih, poznat kao “fotelja” (gore lijevo) i “cik-cak” (srednji lijevo) imaju visok stepen simetrije. Izrazi “fotelja” i “cik-cak” se odnose na raspored heksagona oko struka. Treća klasa cijevi, što u praksi je najčešći, poznat je kao kiralne, što znači da može postojati u dva oblika ogledala u vezi. Primer kiralnih nanocevi je prikazan u donjem lijevom.

Struktura nanocevi može se odrediti vektor, (n, m), koji definira kako se grafen list valjane gore. To se može shvatiti u odnosu na slici desno. Da proizvede nanocevi sa indeksa (6,3), recimo, list je valjani tako da je atom označen (0,0) je postavljen na jednom oznakom (6,3). To se može vidjeti iz figure koje m = 0 za sve cijevi cik-cak, a n = m za sve fotelje cijevi.

Sinteza

Metoda luk-isparavanje, koja proizvodi najbolje kvalitete nanocevi, uključuje prolazi struja od oko 50 ampera između dva grafita elektrode u atmosferi helija. To dovodi do toga da grafit na vaporise, nešto od toga kondenzacije na zidovima reakcija plovila i nešto od toga na katodi. To je depozit na katode koja sadrži nanocijevi. Single-zidova nanocijevi proizvode kada Co i Ni ili neki drugi metal se dodaje anoda. To je poznata još od 1950-ih, ako ne i ranije, da nanocijevi mogu također biti donošenjem ugljen sadrže, kao što je ugljovodonika, preko katalizator. Katalizator se sastoji od nano-veličine čestica metala, obično Fe, Co ili Ni. Ove čestice katalizuju slom plinovitih molekula u ugljen, a cijev tada počinje rasti sa metalnim čestica na vrhu. Pokazano je 1996. godine da je jednim zidom nanocijevi mogu se proizvesti katalitički. Savršenstvo nanocijevi proizvedene na ovaj način je generalno siromašniji od onih koje je luka-isparavanjem, ali su napravili veliki napredak u tehnici u posljednjih nekoliko godina. Velika prednost katalitičke sinteze preko Arc-isparavanje je da se može skalirati za masovnu proizvodnju. Treći važan način za izradu karbonskih nanocijevi uključuje koristeći snažan laser vaporise meta metal-grafit. To se može koristiti za proizvodnju jednim zidom cijevi sa visokim prinosom.

Svojstva

Snaga od ugljik-ugljik veze sp² daje nanocijevi neverovatno mehanička svojstva. Krutost materijala se mjeri u smislu Youngov modul, stopa promjene stres sa primijenjenim naprezanja. Mladi modul od najboljih nanocevi može biti kao visok kao 1000 GPa što je otprilike 5x veći od čelika. Čvrstoće, ili razbijanje soj nanocevi može biti do 63 GPa, oko 50x veći od čelika. Ove osobine, zajedno sa lakoća nanocijevi, daje im veliki potencijal u aplikacijama kao što su zrakoplovne. To je čak predložio da nanocijevi mogu koristiti u “prostoru lifta”, što je Zemlja-svemir kabel prvi predložio Arthur C. Clarke. Elektronski svojstva nanocijevi su izvanredno. Posebno značajna je činjenica da nanocevima mogu biti metalne ili poluprovodničkih ovisno o njihovoj strukturi. Tako, neki nanocevi imaju vodljivosti veći od bakra, dok su drugi ponašaju više kao silikon. Postoji veliki interes za mogućnost izgradnje nano elektronskih uređaja od nanocijevi, a određeni napredak je postignut u ovoj oblasti. Međutim, kako bi se izgraditi koristan uređaj trebalo bi nam da organizirati više hiljada nanocevi u definisanom obrazac, a mi još nemaju stepen kontrole je potrebno da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije u kojima se već koriste nanocijevi. To uključuje ravnim ekranima, skeniranje sonde mikroskopa i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva nanocijevi će nesumnjivo dovesti do još mnoge aplikacije.

Nanohorns

Single-zidova ugljen čunjeva sa morfologije slične onima nanocevi kape su prvi put pripremio Peter Harris, Edman Tsang i kolege 1994. (kliknite ovdje da vidite naš list). Oni nisu otkrili NEC naučnici, kao što je navedeno u saopštenju. Oni su u produkciji visoke temperature termičke obrade fulerena čađi – kliknite ovdje da vidite tipičan sliku. Sumio Iijima grupa naknadno pokazala da mogu biti proizvedeni od strane laserske ablacije grafita, i dao im ime “nanohorns”. Ova grupa je pokazala da nanohorns imaju izuzetan adsorptivna i katalitičke svojstva, i da se mogu koristiti kao komponente nove generacije goriva ćelija. Za detalje pogledajte press release NEC i ovo vijest iz CNN.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *