Colecții

Ce sunt nanotuburile de carbon și pentru ce se utilizează?

Ce sunt nanotuburile de carbon și pentru ce se utilizează?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nanotuburile de carbon sunt lucruri incredibile. Ele pot fi mai puternice decât oțelul în timp ce sunt mai subțiri decât părul uman.

De asemenea, sunt foarte stabile, ușoare și au proprietăți electrice, termice și mecanice incredibile. Din acest motiv, ele dețin potențialul pentru dezvoltarea multor materiale interesante viitoare.

De asemenea, acestea pot deține cheia construirii materialelor și structurilor viitorului, cum ar fi lifturile spațiale.

Aici, explorăm ce sunt, cum sunt realizate și ce aplicații tind să aibă. Acesta nu este menit să fie un ghid exhaustiv și este destinat să fie folosit doar ca o prezentare generală rapidă.

ÎN LEGĂTURĂ: ACESTE NANOTUBURI DE CARBON POT FI ALIMENTATE GADGETS PRIN ÎMBRĂCĂMINTE

Ce sunt nanotuburile de carbon și proprietățile lor?

Nanotuburile de carbon (CNT pe scurt), așa cum sugerează și numele, sunt structuri cilindrice minuscule din carbon. Dar nu orice carbon, CNT constă din foi laminate dintr-un singur strat de molecule de carbon numite grafen.

Acestea tind să apară în două forme principale (credit către nanowerk.com):

1. Nanotuburi de carbon cu pereți unici (SWCNT) - Acestea tind să aibă un diametru mai mic de 1 nm.

2. Nanotuburi de carbon multiwalled (MWCNTs) - Acestea constau din mai multe nanotuburi concentrate între ele și tind să aibă diametre care pot depăși 100 nm.

În ambele cazuri, CNT-urile pot avea lungimi variabile de la mai mulți micrometri la centimetri.

Deoarece tuburile sunt construite exclusiv din grafen, ele împărtășesc multe dintre proprietățile sale interesante. CNT-urile, de exemplu, sunt legate cu legături sp2 - acestea sunt extrem de puternice la nivel molecular.

Nanotuburile de carbon au, de asemenea, tendința de a coarda împreună prin forțele van der Waals. Acest lucru le oferă rezistență ridicată și greutate redusă. De asemenea, acestea tind să fie materiale extrem de conductive din punct de vedere electric și termic.

„Pereții CNT individuali pot fi metalici sau semiconductori în funcție de orientarea zăbrelei față de axa tubului, care se numește chiralitate”.

Nanotuburile de carbon au și alte proprietăți termice și mecanice uimitoare care le fac atractive pentru dezvoltarea de noi materiale.

De exemplu (credit către nanowerk.com):

  • CNT-urile pot avea rezistență mecanică la tracțiune De 400 de ori cea a oțelului obișnuit.

  • Sunt foarte ușoare, deoarece densitatea lor este de o șesime din cea a oțelului.

  • Conductivitatea termică CNT este mai bună decât cea a unui diamant.

  • Nanotuburile de carbon au un raport de aspect foarte mare, mai mare de 1000. Cu alte cuvinte, în raport cu lungimea lor, acestea sunt extrem de subțiri.

  • „Suprafața lor de vârf este aproape de limita teoretică (cu cât suprafața vârfului este mai mică, cu atât câmpul electric este mai concentrat și factorul de îmbunătățire a câmpului este mai mare).

  • La fel ca grafitul, acestea sunt extrem de stabile chimic și rezistă practic oricărui impact chimic, cu excepția cazului în care sunt expuse simultan la temperaturi ridicate și oxigen - o proprietate care le face extrem de rezistente la coroziune.

  • Interiorul lor gol poate fi umplut cu diferite nanomateriale, separându-le și protejându-le de mediul înconjurător - o proprietate extrem de utilă pentru aplicații de nanomedicină, cum ar fi livrarea de medicamente. "

Ce fac nanotuburile de carbon?

După cum am văzut deja, nanotuburile de carbon au unele proprietăți foarte neobișnuite. Din acest motiv, CNT-urile au multe aplicații interesante și variate.

De fapt, începând cu 2013, conform Wikipedia prin Science Direct, producția de nanotuburi de carbon a depășit câteva mii de tone pe an. Aceste nanotuburi au multe aplicații, inclusiv utilizarea în:

  • Soluții de stocare a energiei
  • Modelarea dispozitivelor
  • Structuri compozite
  • Piese auto, inclusiv potențial în mașinile cu celule de combustibil cu hidrogen
  • Corpuri de barcă
  • Articole sportive
  • Filtre de apă
  • Electronică cu film subțire
  • Acoperiri
  • Actuatoare
  • Ecranare electromagnetică
  • Textile
  • Aplicații biomedicale, inclusiv ingineria țesuturilor osoase și musculare, livrarea de substanțe chimice, biosenzori și multe altele

Există, de asemenea, multe domenii promițătoare în care nanotuburile de carbon ar putea ajuta în alte domenii interesante.

Ce sunt nanotuburile de carbon multiwalled?

Așa cum am văzut deja, nanotuburile de carbon cu pereți multipli sunt acele nanotuburi fabricate din mai multe nanotuburi concentrate între ele. Au tendința de a avea diametre care pot depăși 100 nm.

Ele pot atinge mai mult de centimetri în lungime și tind să aibă raporturi de aspect care variază între 10 și 10 milioane.

„Se pot distinge de nanotuburile de carbon cu pereți unici pe baza structurii și rigidității lor cu păpuși rusești cu mai multe pereți și formează nanofibre de carbon pe baza structurii lor diferite a peretelui, diametrul exterior mai mic și interiorul gol”, notează Ákos Kukovecz și colab.

Nanotuburile cu pereți multipli pot conține între 6 și 25 sau ziduri mai concentrice.

MWCNT-urile au câteva proprietăți excelente care pot fi exploatate într-un număr mare de aplicații comerciale. Acestea includ (credit către azonona.com):

  • Electric: MWNT-urile sunt extrem de conductive atunci când sunt integrate corect într-o structură compozită. Trebuie remarcat faptul că peretele exterior singur conduce, pereții interiori nu sunt esențiali pentru conductivitate.

  • Morfologie: MWNT-urile au un raport de aspect ridicat, cu lungimi de obicei mai mari de 100 de ori diametrul și, în anumite cazuri, mult mai mare. Performanța și aplicarea lor se bazează nu doar pe raportul de aspect, ci și pe gradul de încurcare și dreptatea tuburilor, care la rândul lor este o funcție atât a gradului, cât și a dimensiunii defectelor tuburilor.

  • Fizic: Fără defecte, individuale, MWNT-urile au o rezistență excelentă la întindere și, atunci când sunt integrate într-un compozit, cum ar fi un compus termoplastic sau termorezistent, își pot crește semnificativ rezistența.

  • Termic: MWNT-urile au stabilitate termică mai mare de 600 ° C, pe baza nivelului de defecte și într-o anumită măsură pe puritate, deoarece un catalizator rezidual din produs poate cataliza și descompunerea.

  • Chimic: MWNT-urile sunt un alotrop al sp2 carbon hibridizat, similar grafitului și fulerenelor și, ca atare, au o stabilitate chimică ridicată. Cu toate acestea, se pot funcționaliza nanotuburile pentru a spori atât rezistența, cât și dispersabilitatea compozitelor.

Cum se formează nanotuburile de carbon?

Până în prezent, există trei metode principale pentru producerea nanotuburilor de carbon.

Acestea sunt:

1. Descărcare de arc

În cadrul acestui proces, grafitul este ars electronic. CNT-urile se formează în faza gazoasă, care ulterior este separată.

Acest proces tinde, de asemenea, să utilizeze un metal precum fierul, cobaltul sau nichelul ca catalizator.

2. Ablația cu laser a grafitului

La fel ca descărcarea arcului de mai sus, grafitul este ars, cu excepția de data aceasta cu utilizarea unui laser. Forma CNT într-un mod similar și, de asemenea, sunt separate ulterior.

Această tehnică folosește, de asemenea, catalizatori metalici pentru a facilita procesul.

3. Torta cu plasmă

Similar cu primele două metode de mai sus, procesul de fabricare a unei lanterne cu plasmă folosește gaz care conține carbon în loc de vapori de grafit pentru a crea nanotuburile de carbon.

4. Depunerea chimică a vaporilor (CVD)

CVD este un proces care deține cea mai mare promisiune pentru producția de CNT. Permite un proces de producție cantitativ mult mai mare și este mult mai controlabil.

De asemenea, este mai ieftin.

În timpul CVD, un substrat este preparat cu un strat de particule de catalizator metalic, cel mai frecvent nichel, cobalt, fier sau o combinație.

"Nanotuburile cresc la locurile catalizatorului metalic; gazul care conține carbon este rupt la suprafața particulei catalizatorului, iar carbonul este transportat la marginile particulei, unde formează nanotuburile", notează un volum editat privind funcționalizarea chimică a nanomaterialelor de carbon.

Acest proces poate fi pur catalitic sau susținut de plasmă.

5. Electroliza lichidului

Această tehnică a fost descoperită în 2015 de Universitatea George Washington pentru a produce MWCNT-uri prin electroliza carbonatelor topite. Procesul de bază este similar cu cel al CVD.


Priveste filmarea: CARBON NANOTUBES AND THEIR FUTURE APPLICATIONS (Mai 2022).