Јаглерод Нано Наука и Технологија

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

Јаглерод наноцевки се молекуларни размери цевки од графит јаглерод со извонредни својства. Тие се меѓу најсериозните и најсилните влакна познати, и имаат извонреден електронски својства и многу други уникатни карактеристики. Поради овие причини тие се привлече огромен академски и индустриски интереси, со илјадници документи за наноцевки се објавуваат секоја година. Комерцијални апликации се прилично бавно да се развива, сепак, пред се, поради високите трошоци за производство на најдобрите наноцевки квалитет.

Историја

Сегашната голем интерес во јаглерод наноцевки е директна последица на синтезата на бакминстерфуллерен, C60, и други фулерените, во 1985 година откритието дека јаглерод може да формира стабилна, нареди структури освен графит и дијаманти стимулира истражувачи во светот да се бараат други нови форми на јаглерод. Пребарувањето е даден нов поттик кога беше прикажан во 1990 година дека C60 може да бидат произведени во апарат едноставно лак испарување лесно достапни во сите лаборатории. Тоа е со користење како испарувач дека јапонски научник Сумио Ийима откриени фуллерен поврзани со јаглерод наноцевки во 1991 година цевки содржани најмалку два слоја, често многу повеќе, и се движи во надворешниот дијаметар од околу 3 нм на 30 нм. Тие се секогаш затворени во двата краја.

А пренос електронска микрографија на некои повеќеслојни наноцевки е прикажано на сликата (лево). Во 1993 година, нова класа на јаглерод нано е откриена, со само еден слој. Овие еден ѕидови наноцевки обично се потесни од повеќеслојни цевки со дијаметар обично во опсег од 1-2 нм, и имаат тенденција да се криви, наместо исправен. Сликата на десната покажува типичен еден ѕидови цевки наскоро. Утврдено е дека овие нови влакна имаше низа исклучителни својства (види подолу), а тоа предизвика експлозија на истражување на јаглеродни наноцевки. Важно е да се напомене дека, сепак, нано цевки од јаглерод, произведени каталитички, бил познат по многу години пред откривањето Ийима е. Главната причина зошто овие рани цевки не се возбуди широк интерес е дека тие се структурно а несовршен, па не имаат особено интересни својства. Неодамнешните истражувања фокусирани на подобрување на квалитетот на каталитички произведените наноцевки.

Структура

Сврзување на јаглерод наноцевки се sp², со секој атом се приклучи на трите соседи, како и во графит. Цевките можат да се сметаат како валани-врвот графин листови (графин е индивидуална графит слој). Постојат три различни начини на кои графин лист може да се стркала во цевка, како што е прикажано на сликата подолу.

Првите две од нив, познат како “фотелја” (горе лево) и “цик-цак” (во средината лево), да има висок степен на симетрија. Термините “фотелја” и “цик-цак” се однесуваат на уредување на шестоаголници околу периметарот. Третиот вид на цевка, која во праксата е најчест, е познат како хирални, што значи дека може да постои во две огледало поврзани форми. Еден пример на хирални нано е прикажан во долниот лев агол.

Структурата на нано може да биде одредена од страна на вектор, (n,m), кој се дефинира како се навива графин лист нагоре. Ова може да се разбере во врска со фигура на десната страна. За да се произведе нано со индекси (6,3), да речеме, на листот се навива, така што атомот етикетирани (0,0) е надредениот на една етикета (6,3). Тоа може да се види од сликата што m = 0 за сите цик-цак цевки, додека n = m за сите фотелја цевки.

Синтеза

Методот на лак испарување, која произведува најдобар квалитет наноцевки, вклучува донесување на струја од 50 ампери помеѓу две графитни електроди во атмосфера на хелиум. Ова предизвикува графит да испари, некои од нив кондензира на ѕидовите на садот за реакција и некои од нив на катодата. Тоа е депозит на катодна која содржи јаглерод наноцевки. Еден ѕидови наноцевки се произведуваат кога ко и никел или некој друг метал е додадена на анодна. Тоа е познат уште од 1950 година, ако не и порано, дека јаглерод наноцевки, исто така може да се направи со донесување на јаглерод кои содржат гас, како што јаглеводород, во текот на катализатор. Катализатор се состои од нано-честичките со големина од метал, обично Fe, Co или Ni. Овие честички катализира распадот на гасовити молекули на јаглерод, и цевка тогаш почнува да расте со метални честички на врвот. Се покажа во 1996 година дека еден ѕидови наноцевки можат да бидат произведени каталитички. Совршенството на јаглерод наноцевки произведена на овој начин е генерално послаби од оние на лак испарување, но големи подобрувања во техниката се направени во последните неколку години. На голема предност на каталитички синтеза над лак испарување е дека тоа може да се прилагоди за обемот на производството. Третиот важен метод за правење на јаглерод наноцевки вклучува користење на моќни ласерски да испари цел метален графит. Ова може да се користи за производство на еден ѕидови цевки со висок принос.

Својства

Силата на sp² јаглерод-јаглерод обврзници дава јаглерод наноцевки неверојатни механички својства. Вкочанетост на материјалот се мери во однос на нејзината Јанг модул, стапката на промена на стрес со применета вирус. Модул на најдобрите наноцевки на млади може да биде високо како 1000 ГПа кој е околу 5 пати повисока од челик. затегнувачка цврстина, или кршењето на вирус на наноцевки може да биде до 63 ГПа, околу 50x повисока од челик. Овие својства, заедно со леснотијата на јаглеродни наноцевки, им дава голем потенцијал во апликации како што воздушната. Тој има дури и се смета дека наноцевки може да се користи во “вселенски лифт”, земјата-на-простор кабел за првпат предложен од страна на Артур Кларк. Електронските својства на јаглеродни наноцевки, исто така, се извонредни. Особено забележлива е фактот дека наноцевки можат да бидат метални или полупроводникови во зависност од нивната структура. Така, некои наноцевки имаат спроводливост повисока од онаа на бакар, додека други се однесуваат повеќе како силикон. Постои голем интерес за можноста за изградба на нано електронски уреди од наноцевки, и одреден напредок е направен во оваа област. Меѓутоа, со цел да се изгради корисни уред ние ќе треба да се организираме многу илјадници наноцевки во одредена шема, и ние се уште немаат степен на контрола потребни за да се постигне ова. Постојат неколку области на технологијата, каде што веќе се користи јаглерод наноцевки. Тие вклучуваат рамен дисплеи, скенирање сондата микроскопи и уреди со покажувач на уреди. Уникатните својства на јаглерод наноцевки несомнено ќе доведе до многу други апликации.

Рог во облик на нанопроекции

Еден ѕидови јаглерод конуси со морфологија слични на оние на нано капи беа подготвени прва од страна на Питер Харис, Едман Цанг и неговите колеги во 1994 година (кликнете тука за да ја видите нашата хартија). Tay вера белешки ќе открија научниците NEC, ал изјави се вели во соопштението. Тие се произведени со висока температура термичка обработка на фуллерен саѓи – кликнете тука за да ја видите типична слика. Група Сумио Ийима подоцна покажаа дека можат да бидат произведени од страна на ласерски аблација на графит, и им даде името “рог во облик на нанопроекции”. Оваа група покажа дека рог во облик на нанопроекции имаат извонреден адсорпција и каталитички својства, и дека тие може да се користи како компоненти на новата генерација на горивните ќелии. За детали видете на соопштение за медиумите NEC и оваа вест од CNN.