Strona nanorurek węglowych – FSU-University.com

This is the translation. The original web-page (oryginalna strona): http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

Nanorurki węglowej nauka i technologia

Nanorurki węglowe są rury cząsteczkowej skalę węgla grafitowego z doskonałymi właściwościami. Są wśród najsztywniejszy i najsilniejszych znanych włókien i mają niezwykłe właściwości elektroniczne i wiele innych unikalnych cech. Z tych powodów one przyciągnęły ogromne zainteresowanie akademickich i przemysłowych, z tysiącami dokumentów na nanorurek są publikowane co roku. Aplikacje komercyjne były raczej powoli rozwijać, jednak głównie z powodu wysokich kosztów produkcji najlepszych nanorurek jakości.

Historia

Obecny ogromne zainteresowanie nanorurek węglowych jest bezpośrednią konsekwencją syntezy Buckminsterfullerene, C₆₀, oraz innych fulerenów, w 1985 roku odkrycie, że węgla mogą tworzyć stabilne, uporządkowanych struktur innych niż grafit i diament stymulowane naukowców na całym świecie, aby szukać innych nowych postacie węgla. Wyszukiwanie nadano nowy impuls, gdy został pokazany w 1990 roku, że C₆₀ można wytwarzać w prosty aparatu łuku parowania łatwo dostępne we wszystkich laboratoriach. Została pomocą takiego parownika, że japoński naukowiec Sumio Iijima odkryto związanych fulerenów, nanorurek węglowych w 1991. Rury zawierał co najmniej dwie warstwy, często znacznie więcej, a w przedziale o średnicy zewnętrznej od około 3 nm do 30 nm. Byli zawsze zamknięte na obu końcach.

Transmisyjną mikrofotografię elektronową niektórych multiwalled nanorurkami przedstawiono na rysunku (w lewo). W 1993 roku pojawiła się nowa klasa nanorurki węglowej została odkryta, z tylko jednej warstwy. Te jednościennej nanorurki zasadniczo węższe niż multiwalled rury o średnicy zazwyczaj w zakresie 1-2 nm, i wydają się być zakrzywione, a nie proste. Obraz po prawej pokazuje typowe rury pojedynczej ściance został Wkrótce ustalono, że te nowe włókna miał zakres właściwości wyjątkowych (patrz poniżej), a ten wywołał eksplozję badań nad nanorurek węglowych. Ważne jest, aby pamiętać jednak, że rury w nanoskali węgla, wytwarzanych katalitycznie, były znane od wielu lat przed odkryciem Iijima użytkownika. Głównym powodem, dlaczego te wczesne rury nie podniecać się dużym zainteresowaniem, że były one strukturalnie raczej niedoskonałym, więc nie ma szczególnie interesujące właściwości. Najnowsze badania koncentrowały się na poprawie jakości wytwarzanych katalitycznie nanorurek.

Struktura

Wiązanie z nanorurek węglowych sp², przy czym każdy atom połączone trzema sąsiadów, jak w graficie. Rury mogą być zatem uznane za zwiniętych arkuszy grafenu (graphene jest indywidualne warstwy grafitu). Istnieją trzy różne sposoby, w których graphene arkusz może być walcowany do rury, jak to pokazano na poniższym schemacie.

Pierwsze dwa z nich, znany jako „fotel” (lewy górny róg) i „zygzak” (w środku z lewej) mają wysoki stopień symetrii. Określenia „fotel” i „zygzak” odnoszą się do układu sześciokątów na całym obwodzie. Trzecia klasa rury, co w praktyce jest najczęściej, są znane jako chiralne, co oznacza, że może on występować w dwóch postaciach związanych lustrzanym. Przykład chiralnej nanorurki jest pokazany w lewym dolnym rogu.

Struktura nanorurki może być określony przez wektor (n, m), który określa, jak arkusz graphene jest zwinięty. Można to rozumieć w odniesieniu do figury po prawej stronie. Aby wytworzyć nanorurki o indeksach (6,3), na przykład, arkusz jest zwinięty w taki sposób, atom oznaczony (0,0) jest nałożone na jedną etykietą (6,3). Można zauważyć na rysunku, że m = 0 dla wszystkich rur zygzakowej, a n = m dla wszystkich rur fotel.

Synteza

Sposób łuku odparowanie, które daje najlepsze nanorurki jakości, polega na przepuszczeniu prądu około 50 amperów między dwiema elektrodami grafitowymi w atmosferze helu. Powoduje to, że grafit do odparowania, niektóre z nich kondensacji pary na ścianach reaktora, a niektóre z nich na katodzie. Jest to depozyt na katodzie, która zawiera nanorurki węglowe. Jednościennej nanorurki są wytwarzane podczas jednoczesnego i Ni lub innego metalu dodaje się do anody. To jest znane od roku 1950, jeśli nie wcześniej, że nanorurki węglowe można również wykonać przez przepuszczanie gazu zawierającego węgiel, takim jak węglowodór, w obecności katalizatora. Katalizator składa się z cząstek o rozmiarach nanometrowych metalu, zwykle Fe, Co lub Ni. Cząstki te katalizują rozpad cząsteczek gazowych w węgiel i rury następnie zaczyna wzrastać w cząstce metalu, na końcówce. Wykazano, że w 1996 r jednościennej nanorurki mogą również być wytwarzane katalitycznie. Doskonałość nanorurek węglowych wytwarzanych w ten sposób została generalnie gorsze niż te wykonane przez odparowanie łukiem, ale wielkie udoskonalenia techniki zostały dokonane w ostatnich latach. Dużą zaletą syntezy katalizatora na łuku odparowania jest to, że może być skalowany do produkcji masowej. Trzecim istotnym Sposób wytwarzania nanorurek węglowych polega na zastosowaniu lasera do odparowania silny tarczy metalowej grafitu. Może to zostać wykorzystane w celu wytworzenia pojedynczej ściance rury z wysoką wydajnością. Dużą zaletą syntezy katalizatora na łuku odparowania jest to, że może być skalowany do produkcji masowej. Trzecim istotnym Sposób wytwarzania nanorurek węglowych polega na zastosowaniu lasera do odparowania silny tarczy metalowej grafitu. Może to zostać wykorzystane w celu wytworzenia pojedynczej ściance rury z wysoką wydajnością. Dużą zaletą syntezy katalizatora na łuku odparowania jest to, że może być skalowany do produkcji masowej. Trzecim istotnym Sposób wytwarzania nanorurek węglowych polega na zastosowaniu lasera do odparowania silny tarczy metalowej grafitu. Może to zostać wykorzystane w celu wytworzenia pojedynczej ściance rury z wysoką wydajnością.

Nieruchomości

Siła wiązań węgiel-węgiel sp² daje nanorurkami węglowymi niesamowite właściwości mechaniczne. Sztywność materiału mierzona jest w zakresie jej moduł Younga, z szybkością zmiany naprężenia przyłożonego napięcia. moduł Younga z najlepszych nanorurki mogą być tak wysokie, jak 1000 GPa, który jest około 5x większa niż stali. Wytrzymałość na rozciąganie, odkształcenie lub rozerwanie nanorurek może wynosić do 63 GPa, około 50 razy wyższe od stali. Właściwości te, w połączeniu z lekkością nanorurek węglowych, daje im duże możliwości w zastosowaniach takich jak przemysł lotniczy. Pojawiły się nawet sugestie, że nanorurki mogą być wykorzystane w „kosmicznej windy”, kabel Ziemia-kosmos po raz pierwszy zaproponowana przez Arthura C. Clarke’a. Właściwości elektroniczne nanorurek węglowych są również nadzwyczajne. Szczególnie godny uwagi jest fakt, że nanorurki mogą być metalowe lub półprzewodnika w zależności od ich struktury. Tak więc, niektóre nanorurki mają przewodność większą niż miedź, inne zachowują się jak krzem. Jest duże zainteresowanie możliwością konstruowania urządzeń elektronicznych w nanoskali z nanorurek, a niektóre dokonuje się postęp w tej dziedzinie. Jednakże, w celu skonstruowania użyteczne urządzenie musielibyśmy zorganizować wiele tysięcy nanorurek w określonym wzorem, a my nie mamy jeszcze stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań. Niektóre nanorurki mają przewodność większą niż miedź, inne zachowują się jak krzem. Jest duże zainteresowanie możliwością konstruowania urządzeń elektronicznych w nanoskali z nanorurek, a niektóre dokonuje się postęp w tej dziedzinie. Jednakże, w celu skonstruowania użyteczne urządzenie musielibyśmy zorganizować wiele tysięcy nanorurek w określonym wzorem, a my nie mamy jeszcze stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań. Niektóre nanorurki mają przewodność większą niż miedź, inne zachowują się jak krzem. Jest duże zainteresowanie możliwością konstruowania urządzeń elektronicznych w nanoskali z nanorurek, a niektóre dokonuje się postęp w tej dziedzinie. Jednakże, w celu skonstruowania użyteczne urządzenie musielibyśmy zorganizować wiele tysięcy nanorurek w określonym wzorem, a my nie mamy jeszcze stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań. Jest duże zainteresowanie możliwością konstruowania urządzeń elektronicznych w nanoskali z nanorurek, a niektóre dokonuje się postęp w tej dziedzinie. Jednakże, w celu skonstruowania użyteczne urządzenie musielibyśmy zorganizować wiele tysięcy nanorurek w określonym wzorem, a my nie mamy jeszcze stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań. Jest duże zainteresowanie możliwością konstruowania urządzeń elektronicznych w nanoskali z nanorurek, a niektóre dokonuje się postęp w tej dziedzinie. Jednakże, w celu skonstruowania użyteczne urządzenie musielibyśmy zorganizować wiele tysięcy nanorurek w określonym wzorem, a my nie mamy jeszcze stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań. i jeszcze nie mają stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań. i jeszcze nie mają stopień kontroli niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Istnieje kilka obszarów technologii, w których są już stosowane nanorurki węglowe. Należą do nich płaskich wyświetlaczy, mikroskopów SPM i urządzeń czujnikowych. Unikalne właściwości nanorurek węglowych niewątpliwie doprowadzi do wielu innych zastosowań.

Nanorogi

Jednościenny stożki węglowe o morfologii podobnej do tych czapek nanorurek zostały po raz pierwszy przygotowany przez Peter Harris, Edmana Tsang i współpracowników w 1994 roku (kliknij tutaj, aby zobaczyć nasz papier). Zostały one wyprodukowane przez wysokie temperatury obróbki cieplnej fulerenu sadzy – kliknij tutaj, aby zobaczyć typowy obraz. Grupa Sumio Iijima jest następnie pokazał, że mogą być także produkowany przez ablację laserową grafitu, i dał im nazwę „nanorogi”. Grupa ta wykazała, że mają znaczną nanorogi właściwości adsorpcyjne i katalityczne.