Halaman nanotube karbon
admin

Khoa học và công nghệ ống nano cacbon

Nanotub karbon adalah tiub skala molekul karbon grafit dengan sifat-sifat cemerlang. Mereka adalah antara serat yang paling kaku dan kuat yang diketahui, dan mempunyai ciri-ciri elektronik yang luar biasa dan banyak ciri unik yang lain. Atas sebab-sebab ini mereka telah menarik minat akademik dan perindustrian yang besar, dengan ribuan kertas pada nanotube yang diterbitkan setiap tahun. Aplikasi komersial agak lambat untuk berkembang, namun, terutama disebabkan oleh biaya pengeluaran tinggi nanotube kualitas terbaik.

Sejarah

Kepentingan besar saat ini dalam nanotube karbon adalah akibat langsung dari sintesis buckminsterfullerene, C60, dan fullerenes lainnya, pada tahun 1985. Penemuan karbon dapat membentuk stabil, struktur yang diperintahkan selain grafit dan berlian merangsang penyelidik di seluruh dunia untuk mencari bentuk-bentuk baru yang lain daripada karbon. Pencarian itu diberikan dorongan baru apabila ditunjukkan pada tahun 1990 bahawa C60 boleh dihasilkan dalam alat mudah penyejatan arka yang mudah didapati di semua makmal. Ia menggunakan penyejat seperti itu bahawa saintis Jepun Sumio Iijima mendapati nanotubes carbon yang berkaitan dengan fullerene pada tahun 1991. Tiub ini mengandungi sekurang-kurangnya dua lapisan, selalunya lebih banyak, dan berkisar diameter luar dari kira-kira 3 nm hingga 30 nm. Mereka sentiasa ditutup di kedua-dua hujungnya.

MWNT_SWNTMikrograf elektron penghantaran beberapa nanotube multiwalled ditunjukkan dalam angka (kiri). Pada tahun 1993, kelas karbon nanotube baru ditemui, dengan hanya satu lapisan. Nanotubes berdinding tunggal ini pada umumnya lebih sempit daripada tiub berbilang warna, dengan diameter biasanya dalam jarak 1-2 nm, dan cenderung melengkung daripada lurus. Imej di sebelah kanan menunjukkan beberapa tiub berdinding tunggal yang tipikal Tidak lama kemudian ia telah menetapkan bahawa serat-serat baru ini mempunyai pelbagai sifat yang luar biasa (lihat di bawah), dan ini mencetuskan penyelidikan terhadap nanotube karbon. Walau bagaimanapun, penting untuk diperhatikan bahawa tiub nanoskal karbon, yang dihasilkan secara catalytic, telah diketahui selama bertahun-tahun sebelum penemuan Iijima. Sebab utama mengapa tiub awal ini tidak membangkitkan minat yang luas adalah bahawa mereka secara struktur agak tidak sempurna, jadi tidak mempunyai ciri-ciri yang sangat menarik. Penyelidikan baru-baru ini telah memberi tumpuan kepada peningkatan kualiti nanotube dihasilkan berasaskan.
Struct_tubesStruktur Ikatan dalam nanotube karbon adalah sp², dengan setiap atom bergabung dengan tiga jiran, seperti dalam grafit. Oleh itu, tiub dapat dianggap sebagai lembaran graphene yang digulung (graphene adalah lapisan grafit individu). Terdapat tiga cara yang berbeza di mana lembaran graphene boleh digulung ke dalam tiub, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Dua yang pertama, yang dikenali sebagai “kerusi” (kiri atas) dan “zig-zag” (kiri tengah) mempunyai simetri tinggi. Istilah “kerusi” dan “zig-zag” merujuk kepada susunan heksagon di sekeliling lilitan. Kelas ketiga tiub, yang dalam amalannya adalah yang paling biasa, dikenali sebagai kiral, bermakna ia boleh wujud dalam dua bentuk yang berkaitan dengan cermin. Contoh nanotube kiral ditunjukkan di sebelah kiri bawah.

Sintesis

Kaedah penyejatan arka, yang menghasilkan nanotube berkualiti terbaik, melibatkan lintasan arus sekitar 50 amps antara dua elektrod grafit dalam suasana helium. Ini menyebabkan grafit menguap, beberapa daripadanya condensing di dinding kapal reaksi dan sebahagian daripadanya di katoda. Ia adalah deposit pada katod yang mengandungi nanotube karbon. Nanotub berdinding tunggal dihasilkan apabila Co dan Ni atau beberapa logam lain ditambahkan ke anod. Ia telah diketahui sejak tahun 1950-an, jika tidak terdahulu, nanotube karbon juga boleh dibuat dengan melepaskan gas yang mengandungi karbon, seperti hidrokarbon, lebih daripada pemangkin. Pemangkin terdiri daripada zarah nano bersaiz logam, biasanya Fe, Co atau Ni. Zarah-zarah ini memancarkan pecahan molekul gas ke dalam karbon, dan tiub kemudian mula berkembang dengan zarah logam pada hujungnya. Ini ditunjukkan pada tahun 1996 bahawa nanotube berdinding tunggal juga boleh dihasilkan secara catalytik. Kesempurnaan nanotube karbon yang dihasilkan dengan cara ini secara amnya lebih miskin daripada yang dibuat oleh penyejatan arka, tetapi penambahbaikan yang hebat dalam teknik ini telah dibuat dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Kelebihan besar sintesis katalitik terhadap penyejatan arka adalah bahawa ia dapat ditingkatkan untuk pengeluaran volum. Kaedah penting ketiga untuk membuat nanotube karbon melibatkan penggunaan laser yang kuat untuk mengadar sasaran grafit logam. Ini boleh digunakan untuk menghasilkan tiub berdinding tunggal dengan hasil yang tinggi.

Hartanah

Kekuatan ikatan karbon-carbon sp² memberikan nanotube karbon sifat mekanik luar biasa. Kekukuhan sesuatu bahan diukur dari segi modulus Youngnya, kadar perubahan stres dengan terikan yang digunakan. Modulus Young dari nanotube terbaik boleh setinggi 1000 GPa yang kira-kira 5x lebih tinggi daripada keluli. Kekuatan tegangan, atau pecah tegakan nanotube boleh mencapai 63 GPa, lebih kurang 50x lebih tinggi daripada keluli. Ciri-ciri ini, ditambah dengan cahaya nanotube karbon, memberi mereka potensi besar dalam aplikasi seperti aeroangkasa. Ia juga telah dicadangkan bahawa nanotube boleh digunakan dalam “ruang angkasa”, sebuah kabel Bumi-ke-ruang yang pertama kali dicadangkan oleh Arthur C. Clarke. Ciri-ciri elektronik nanotube karbon juga luar biasa. Terutamanya penting ialah hakikat bahawa nanotube boleh menjadi logam atau semikonduktor bergantung kepada strukturnya. Oleh itu, beberapa nanotube mempunyai konduktiviti lebih tinggi daripada tembaga, sementara yang lain bertindak lebih silikon. Terdapat minat yang besar dalam kemungkinan membina peranti elektronik nanoscale dari nanotube, dan beberapa kemajuan sedang dibuat di kawasan ini. Walau bagaimanapun, untuk membina alat berguna, kita perlu mengatur beribu-ribu nanotube dalam corak yang ditetapkan, dan kita masih belum mempunyai tahap kawalan yang diperlukan untuk mencapai ini. Terdapat beberapa bidang teknologi di mana nanotube karbon telah digunakan. Ini termasuk memaparkan panel rata, mengimbas mikroskop probe dan alat penderiaan. Sifat unik nanotube karbon pasti akan membawa kepada banyak lagi aplikasi.

Nanohorns

Cone karbon berdinding tunggal dengan morfologi yang serupa dengan topi nanotube pertama kali disediakan oleh Peter Harris, Edman Tsang dan rakan-rakan pada tahun 1994 (klik di sini untuk melihat kertas kita). Mereka dihasilkan oleh rawatan haba suhu tinggi jelaga fullerene – klik di sini untuk melihat imej biasa. Kumpulan Sumio Iijima kemudian menunjukkan bahawa mereka juga boleh dihasilkan oleh ablasi laser grafit, dan memberi mereka nama “nanohorns”. Kumpulan ini telah menunjukkan bahawa nanohorns mempunyai sifat-sifat adsorptive dan pemangkin yang luar biasa.

Pautan Nanotube

Kembali ke atas

Laman web Nano

Kembali ke atas

Link to original source: http://www.personal.reading.ac.uk/~scsharip/tubes.htm