Kolekcje

Czym są nanorurki węglowe i do czego służą?

Czym są nanorurki węglowe i do czego służą?


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.

Nanorurki węglowe to niesamowite rzeczy. Mogą być mocniejsze niż stal, a jednocześnie cieńsze niż ludzki włos.

Są również bardzo stabilne, lekkie i mają niesamowite właściwości elektryczne, termiczne i mechaniczne. Z tego powodu mają potencjał do opracowania wielu interesujących przyszłych materiałów.

Mogą również stanowić klucz do budowania materiałów i konstrukcji przyszłości, takich jak windy kosmiczne.

Tutaj badamy, czym one są, jak są tworzone i jakie mają zwykle zastosowania. Nie jest to wyczerpujący przewodnik, lecz służy jedynie jako szybki przegląd.

POWIĄZANE: TE NANOTUBY WĘGLOWE MOGĄ ZASILAĆ GADŻETY PRZEZ ODZIEŻ

Czym są nanorurki węglowe i ich właściwości?

Nanorurki węglowe (w skrócie CNT), jak sama nazwa wskazuje, to maleńkie cylindryczne struktury wykonane z węgla. Ale nie byle jaki węgiel, CNT składają się ze zwiniętych arkuszy pojedynczej warstwy cząsteczek węgla zwanych grafenem.

Występują zwykle w dwóch głównych formach (źródło dla nanowerk.com):

1. Jednościenne nanorurki węglowe (SWCNT) - Te mają zwykle średnicę mniejszą niż 1 nm.

2. Wielowarstwowe nanorurki węglowe (MWCNT) - Składają się z kilku koncentrycznie połączonych nanorurek i zwykle mają średnice, które mogą przekraczać 100 nm.

W każdym przypadku CNT mogą mieć różne długości od kilku mikrometrów do centymetrów.

Ponieważ tuby są zbudowane wyłącznie z grafenu, mają wiele wspólnych właściwości. Na przykład CNT są połączone wiązaniami sp2 - są one niezwykle silne na poziomie molekularnym.

Nanorurki węglowe mają również tendencję do łączenia się ze sobą w linę pod wpływem sił van der Waalsa. Zapewnia im to dużą wytrzymałość i niską wagę. Mają również tendencję do bycia materiałami silnie przewodzącymi elektryczność i ciepło.

„Poszczególne ścianki CNT mogą być metalowe lub półprzewodnikowe, w zależności od orientacji siatki względem osi rury, co nazywa się chiralnością”.

Nanorurki węglowe mają również inne niesamowite właściwości termiczne i mechaniczne, które czynią je atrakcyjnymi do opracowywania nowych materiałów.

Na przykład (kredyt dla nanowerk.com):

  • CNT mogą mieć mechaniczną wytrzymałość na rozciąganie 400 razy że ze zwykłej stali.

  • Są bardzo lekkie, ponieważ ich gęstość stanowi jedną szóstą gęstości stali.

  • Przewodność cieplna CNT jest lepsza niż diamentu.

  • Nanorurki węglowe mają bardzo wysoki współczynnik kształtu większy niż 1000. Innymi słowy, w stosunku do ich długości są niezwykle cienkie.

  • „Ich pole powierzchni końcówki jest bliskie teoretycznej granicy (im mniejsza powierzchnia końcówki, tym bardziej skoncentrowane pole elektryczne i większy współczynnik wzmocnienia pola).

  • Podobnie jak grafit, są bardzo stabilne chemicznie i są odporne na praktycznie każde działanie chemiczne, chyba że są jednocześnie narażone na działanie wysokich temperatur i tlenu - właściwość, która czyni je wyjątkowo odpornymi na korozję.

  • Ich puste wnętrze może być wypełnione różnymi nanomateriałami, oddzielając je i chroniąc przed otaczającym środowiskiem - właściwość, która jest niezwykle przydatna w zastosowaniach nanomedycznych, takich jak dostarczanie leków ”.

Co robią nanorurki węglowe?

Jak już widzieliśmy, nanorurki węglowe mają bardzo niezwykłe właściwości. Z tego powodu CNT mają wiele interesujących i różnorodnych zastosowań.

W rzeczywistości od 2013 r., Według Wikipedii za pośrednictwem Science Direct, produkcja nanorurek węglowych przekraczała kilka tysięcy ton rocznie. Te nanorurki mają wiele zastosowań, między innymi w:

  • Rozwiązania do magazynowania energii
  • Modelowanie urządzeń
  • Struktury kompozytowe
  • Części samochodowe, w tym potencjalnie w samochodach z wodorowymi ogniwami paliwowymi
  • Kadłuby łodzi
  • Artykuły sportowe
  • Filtry wodne
  • Elektronika cienkowarstwowa
  • Powłoki
  • Siłowniki
  • Ekranowanie elektromagnetyczne
  • Tekstylia
  • Zastosowania biomedyczne, w tym inżynieria tkankowa kości i mięśni, dostarczanie substancji chemicznych, bioczujniki i nie tylko

Istnieje również wiele obiecujących dziedzin, w których nanorurki węglowe mogą pomóc w innych ekscytujących dziedzinach.

Co to są wielościenne nanorurki węglowe?

Jak już widzieliśmy, wielościenne nanorurki węglowe to nanorurki wykonane z kilku koncentrycznie połączonych nanorurek. Zwykle mają średnice, które mogą przekraczać 100 nm.

Mogą przekraczać centymetry długości i zwykle mają różne współczynniki kształtu 10 i 10 milionów.

„Można je odróżnić od jednościennych nanorurek węglowych na podstawie ich wielościennej struktury i sztywności rosyjskiej lalki. Tworzą one nanowłókna węglowe na podstawie ich innej struktury ścian, mniejszej średnicy zewnętrznej i pustego wnętrza” - zauważa Ákos Kukovecz et al.

Nanorurki wielościenne mogą zawierać pomiędzy 6 i 25 lub bardziej koncentryczne ściany.

MWCNT mają doskonałe właściwości, które można wykorzystać w wielu zastosowaniach komercyjnych. Należą do nich (dzięki azonona.com):

  • Elektryczny: MWNT mają wysoką przewodność, gdy są odpowiednio zintegrowane ze strukturą kompozytową. Należy zauważyć, że sama ściana zewnętrzna przewodzi, a ściany wewnętrzne nie mają znaczenia dla przewodnictwa.

  • Morfologia: MWNT mają wysoki współczynnik kształtu, a ich długość jest zwykle większa niż 100 razy średnicę, aw niektórych przypadkach znacznie wyższe. Ich działanie i zastosowanie opiera się nie tylko na wydłużeniu, ale także na stopniu splątania i prostoliniowości rur, co z kolei jest funkcją zarówno stopnia, jak i rozmiaru defektów rur.

  • Fizyczny: Wolne od wad, pojedyncze, MWNT mają doskonałą wytrzymałość na rozciąganie, a po zintegrowaniu z kompozytem, ​​takim jak związki termoplastyczne lub termoutwardzalne, mogą znacznie zwiększyć jego wytrzymałość.

  • Termiczny: MWNT mają większą stabilność termiczną niż 600 ° C, w oparciu o poziom defektów i do pewnego stopnia od czystości, ponieważ resztkowy katalizator w produkcie może również katalizować rozkład.

  • Chemiczny: MWNT są alotropem sp2 węgiel hybrydyzowany, podobny do grafitu i fulerenów, i jako taki ma wysoką stabilność chemiczną. Można jednak sfunkcjonalizować nanorurki, aby zwiększyć zarówno wytrzymałość, jak i zdolność do dyspersji kompozytów.

Jak powstają nanorurki węglowe?

Do chwili obecnej istnieją trzy główne metody wytwarzania nanorurek węglowych.

To są:

1. Wyładowanie łukowe

W tym procesie grafit jest spalany elektronicznie. CNT tworzą się w fazie gazowej, która jest później oddzielana.

W procesie tym jako katalizator wykorzystuje się również metal, taki jak żelazo, kobalt lub nikiel.

2. Ablacja laserowa grafitu

Podobnie jak wyładowanie łukowe powyżej, grafit jest spalany, z wyjątkiem tego czasu przy użyciu lasera. CNT wyglądają w podobny sposób i są później również oddzielane.

Ta technika wykorzystuje również katalizatory metalowe w celu ułatwienia procesu.

3. Palnik plazmowy

Podobnie jak w przypadku dwóch pierwszych metod powyżej, proces wytwarzania palnika plazmowego wykorzystuje gaz zawierający węgiel zamiast oparów grafitu do tworzenia nanorurek węglowych.

4. Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)

CVD to proces, który daje największe nadzieje w produkcji CNT. Pozwala na znacznie większy ilościowy proces produkcji i jest znacznie bardziej kontrolowany.

Jest też tańszy.

Podczas CVD przygotowuje się podłoże z warstwą cząstek metalicznego katalizatora, najczęściej niklu, kobaltu, żelaza lub ich kombinacji.

„Nanorurki rosną w miejscach katalizatora metalowego; gaz zawierający węgiel jest rozbijany na powierzchni cząstki katalizatora, a węgiel jest transportowany do krawędzi cząstki, gdzie tworzy nanorurki”, odnotowano w edytowanej objętości w sprawie chemicznej funkcjonalizacji nanomateriałów węglowych.

Ten proces może być czysto katalityczny lub wspomagany plazmą.

5. Elektroliza płynna

Technika ta została odkryta w 2015 roku przez George Washington University do produkcji MWCNT poprzez elektrolizę stopionych węglanów. Podstawowy proces jest podobny do procesu CVD.


Obejrzyj wideo: Studiuj Nanotechnologię na Wydziale Chemicznym (Lipiec 2022).


Uwagi:

  1. Tevis

    Gdzie mogę to znaleźć?

  2. Acaiseid

    Blog jest po prostu świetny, polecam go wszystkim, których znam!

  3. Alis

    Myślę, że się myli. Jestem pewien. Napisz do mnie na PW, porozmawiaj o tym.

  4. Jessee

    Myślę, że to poważny błąd.



Napisać wiadomość