Страница Са Угљеничном Нанотубе

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

Угљен наноцев наука и технологија

Царбон нанотубес су молекуларно-обима цеви графитни угљеника са изузетним својствима. Они су међу стиффест и најјачих влакана познатих, и имају изванредне електронске својства и многе друге јединствене карактеристике. Из тих разлога су привукле велику академску и индустријску интерес, уз хиљаде радова на наноцеви се објављује сваке године. Комерцијалне апликације су веома споро развија, међутим, пре свега због високих трошкова производње најквалитетнијих наноцеви.

Историја

Садашњи велики интерес у угљеничне наноцеви је директна последица синтезе Буцкминстерфуллерене, Ц ₆₀ и других фулерена, 1985. открића да угљеник могу да формирају стабилну, наредио структуре осим графита и дијамант стимулисани истраживачима широм света да тражи други нови облици угљеника. Претрес је дат нови замах када је приказано у 1990. да Ц ₆₀ се може производити на једноставан арц-испаравања апарата расположиве у свим лабораторијама. Он је користио такву упаривача да јапански научник Сумио Иијима открио угљеничне наноцеви Фуллерене везане 1991. Епрувете садржи најмање два слоја, често много више, а кретала у спољашњем пречнику од око 3 нм до 30 нм. Они су увек затворена на оба краја.

На слици (лево) приказан је преносни електронски микрофотограф о неким вишеслојним наноцевима. Године 1993. откривена је нова класа угљеничне наноцевке, са само једним слојем. Ове једнослојне наноцеви су генерално уже од вишеслојних цеви, са пречником типично у распону од 1-2 нм и имају тенденцију да буду закривљени, а не равни. Слика на десној страни показује неке типичне једнозидне цеви. Ускоро је утврђено да ова нова влакна имају низ изузетних својстава (види доле), што је изазвало експлозију истраживања карбонских наноцубаца. Важно је напоменути, међутим, да су наносне цијеви угљеника, произведене каталитички, познате много година прије открића Иијиме. Главни разлог зашто ове ране цеви нису изазвале широко интересовање јесте да су структурно прилично несавршене, тако да нису имали нарочито занимљива својства. Недавна истраживања усредсређена су на побољшање квалитета каталитички произведених наноцука.

Структура

Везивање у угљеничким наноцевима је сп², са сваким атомом спојеним са три суседа, као у графитима. Због тога се цеви могу сматрати као ваљани графени листови (графен је појединачни слој графита). Постоје три различита начина на који се графицни лист може увући у цев, како је приказано на дијаграму испод.

Први две од њих, познат као “фотеља” (горњи леви) и “зиг-заг” (средња лева) имају висок степен симетрије. Изрази “фотеља” и “зиг-заг” односе се на распоред шестоугаоника око обима. Трећа класа цеви, која је у пракси најчешћа, позната је као хирална, што значи да може постојати у два облика која се огледа у огледалу. Пример хиралне наноцевице приказан је у доњем левом углу.

Структуру наноцевке може бити специфицирано од стране вектора, (н, м), што дефинира како се графицни лист увлачи. Ово се може разумети у односу на слику на десној страни. Да би се произвела наноцевка са индикацијама (6,3), рецимо, листа се увлачи тако да је атом означен (0,0) надвишен на једној ознаци (6,3). Из слике је видљиво да је м = 0 за све циг-заг тубе, док је н = м за све цијеви за фотеље.

Синтеза

Метода лучне испаравања, која производи најквалитетније наноцевке, укључује пролаз струје од око 50 ампера између две графитне електроде у атмосфери хелијума. Ово узрокује да графит испарава, а неки се кондензују на зидове реакционог суда, а неки на катоду. То је депозит на катоди која садржи угљичне наноцевке. Једнозидне наноцеви се производе када се Цо и Ни или неки други метали додају аноди. Познато је од 50-их година прошлог вијека, ако не и раније, да се угљеничне наноцеви могу направити тако што пролазе гас који садржи угљеник, као што је угљоводоник, преко катализатора. Катализатор се састоји од честица нано величине метала, обично Фе, Цо или Ни. Ове честице катализују распад гасних молекула у угљеник, а онда цев почиње да расте са металном честицом на врху. У 1996. години се показало да наноцеви једнослојних наноцева такође могу бити произведени каталитички. Перфекција угљеничних наноцука произведених на овај начин углавном је била сиромашнија од оних направљених помоћу арц-испаравања, али су у последњих неколико година направљена велика побољшања у техникама. Велика предност каталитичке синтезе преко арц-испаравања јесте то што се може повећати за производњу запремине. Трећа важна метода за израду угљеничних наноцева укључује употребу снажног ласера за упаривање металне графитне мете. Ово се може користити за производњу једнозидних цеви са високим приносом.

Особине

Снага сп² карбон-карбонских веза даје угљеничним наноцевима невероватне механичке особине. Укоченост материјала се мери у смислу његовог Иоунг модула, брзине промене стреса са примјеном сојом. Младински модул најбољих наноцевака може бити чак и до 1000 ГПа што је приближно 5 пута више од челика. Затезна чврстоћа или сила наноцница могу бити до 63 ГПа, око 50 пута већа од челика. Ова својства, заједно са лакоћом наношења угљеника, дају им велики потенцијал у апликацијама попут ваздухопловства. Чак је и предложено да наноцеви могу да се користе у “свемирском лифту”, каблу Земљо-свемир који је први предложио Артхур Ц. Цларке. Електронска својства угљеничних наноцева такође су изванредна. Посебно је значајна чињеница да наноцеви могу бити металик или полуводички у зависности од њихове структуре. Према томе, неке наноцеви имају већу проводност од бакра, док се други понашају више као силицијум. Велико је интересовање за могућношћу изградње нанометарских електронских уређаја од наноцевака, а на том подручју се врши одређени напредак. Међутим, у циљу изградње корисног уређаја, морамо да организирамо много хиљада наноцука у дефинисаном облику, а још увек немамо степен контроле неопходне за постизање овога. Постоји неколико области технологије у којима се угљеничне наноцеви већ користе. Ово укључује равне екране, скенирање сонде микроскопа и уређаје за сензоре. Јединствена својства угљеничних наноцева ће без сумње довести до још много примјена.

Нанохорнс

Сингле-зидова угљеника чуња с морфологије сличним онима из наноцеви капе су прво припремио Петер Харрис, Едман Тсанг и колегама у 1994. (кликните овде да видите нас рад). Они су произведени од стране високих температура третмана топлоте фуллерена чађи – кликните овде да видите типичну слику. Сумио Иијима група касније показало да они могу бити произведени помоћу ласерске аблације графита, и дао им име “нанохорнс”. Ова група је показала да нанохорнс имају изузетну адсорптивне и каталитичка својства.