Microscopie electronica de transmisie de nanotuburi de carbon: un avertisment.

Nanotub de carbon ştiinţă şi tehnologie

Interesul actual enorme în nanotuburilor de carbon este o consecinţă directă a sintezei de buckminsterfullerene, C ₆₀, şi alte fullerene, în 1985. Descoperirea că de carbon ar putea forma structuri stabile, ordonate, altele decât grafit şi diamant stimulat cercetatori din intreaga lume pentru a căuta alte forme noi de carbon. Căutare a fost dat un nou avânt atunci când a fost demonstrat în 1990 că C ₆₀ ar putea fi produs într-un simplu arc-evaporare aparate disponibile în toate laboratoarele. A fost cu o astfel de vaporizator că japonezii stiinta descoperit Fulerena legate de nanotuburi de carbon în 1991. Tuburile cuprinse cel puţin două straturi, de multe ori mai multe, şi a variat în diametrul exterior de la aproximativ 3 nm la 30 nm. Ei au fost invariabil fost închisă la ambele capete.

Un microscop de electroni transmiterea unor nanotuburi de multiwalled este prezentată în figura (stânga). În 1993, o noua clasa de nanotub de carbon a fost descoperit, cu doar un singur strat. Aceste nanotuburi de un singur perete, în general, sunt mai restrânse decât tuburile multiwalled, cu diametre de obicei, în intervalul 1-2 nm, şi tind să fie curbe, mai degrabă decât drept. Imaginea din dreapta arată unele tipice un singur perete tuburi A fost curând stabilit că aceste noi fibre au avut o serie de proprietati exceptionale (vezi mai jos), iar acest lucru a provocat o explozie de cercetare in nanotuburi de carbon. Este important de remarcat, totuşi, că tuburile scara nanometrica de carbon, produse catalitic, a fost cunoscut de multi ani înainte de descoperirea Iijima lui. Principalul motiv pentru care aceste tuburi începutul anului nu a excita un mare interes este faptul că acestea au fost mai degrabă structural imperfecte, astfel încât nu au proprietăţi deosebit de interesante. Cercetarile recente au axat pe îmbunătăţirea calităţii catalitic-nanotuburi de produse.

Structura

Bonding în nanotuburi de carbon este sp², Cu fiecare atom au aderat la trei vecini, la fel ca în grafit. Tuburile pot fi, prin urmare, considerate ca fiind laminate-up foi grafen (grafen este un strat de grafit individuale). Există trei moduri distincte în care o foaie de grafen pot fi rulate într-un tub, aşa cum se arată în diagrama de mai jos.

Primele două dintre acestea, cunoscut sub numele de "fotoliu" (stânga sus) şi de "zig-zag" (de mijloc stânga) au un grad ridicat de simetrie. Termenii "fotoliu" şi "zig-zag" se referă la amenajarea hexagoane în jurul circumferinţei. Clasa al treilea tub, care, în practică, este cea mai comuna, este cunoscut sub numele de chiral, sensul că poate exista în două oglindă legate de formulare. Un exemplu de nanotub chiral este afişat în partea din stânga jos.

Structura unui nanotub poate fi specificat de un vector, (n, m), care defineşte modul în care foaia de grafen este rulată. Acest lucru poate fi înţeleasă cu referire la figura din dreapta. Pentru a produce un nanotub cu indicii (6,3), să zicem, foaia este rulată, astfel încât atomul de etichetat (0,0) este suprapusă pe cea etichetat (6,3). Se poate observa din figura care m = 0 pentru toate zig-zag tuburi, în timp ce n = m pentru toate tuburile fotoliu.

Sinteză

Metoda arc-evaporare, care produce cea mai bună calitate nanotuburi, presupune trecerea unui curent de aproximativ 50 Amperi între doi electrozi de grafit într-o atmosferă de heliu. Acest lucru face ca grafit pentru a vaporiza, o parte din aceasta condensare pe peretii vasului de reacţie şi o parte din el pe catod. Este depozit pe catod care conţine nanotuburi de carbon. Single-nanotuburi de pereti sunt produse atunci când Co şi Ni sau un alt metal, se adaugă la anod. Acesta a fost cunoscut din anii 1950, dacă nu mai devreme, că nanotuburi de carbon poate fi, de asemenea, face prin trecerea unui gaz de carbon care conţin, cum ar fi un hidrocarburi, peste un catalizator. Catalizator este format din particule de dimensiuni nano-din metal, de obicei, Fe, Co sau Ni. Aceste particule cataliza descompunerea moleculelor gazoase în carbon, şi un tub, apoi începe să crească cu o particulă de metal la vârful. A fost demonstrat în 1996 că un singur perete nanotuburile pot fi, de asemenea, produse catalitic. Perfecţiunea de nanotuburi de carbon produse în acest fel a fost în general mai sărace decât cele făcute de arc-evaporare, dar îmbunătăţiri importante în tehnica au fost făcute în ultimii ani. Marele avantaj al sintezei catalitice peste arc-evaporare este că aceasta poate fi scalate pentru producţie de volum. A treia metodă importantă pentru efectuarea nanotuburi de carbon implica folosirea unui laser puternic pentru a vaporiza un obiectiv de metal-grafit. Aceasta poate fi utilizată pentru a produce un singur perete tuburi cu randament ridicat.

Proprietăţi

Concentraţia de sp²carbon-carbon obligaţiuni oferă nanotuburi de carbon proprietăţi uimitoare mecanice. Rigiditate a unui material este măsurată în termeni de Young, rata de schimbare de stres aplicate cu tulpina. Modul Young dintre cele mai bune nanotuburilor pot fi la fel de mare ca 1000 GPa, care este de aproximativ 5x mai mare decât oţelul. Rezistenţă la tracţiune, de rupere sau tulpina de nanotuburi poate fi de până la 63 GPa, în jurul valorii de 50x mai mare decât oţelul. Aceste proprietăţi, împreună cu usurinta de nanotuburi de carbon, le dă un mare potenţial în aplicaţii cum ar fi industria aerospaţială. Acesta a fost chiar a sugerat ca nanotuburile ar putea fi folosite în "spaţiul lift", un cablu Pamant-la-primul spaţiu propus de Arthur C. Clarke. Proprietăţilor electronice de nanotuburi de carbon sunt, de asemenea, extraordinare. Mai ales notabil este faptul ca nanotuburile pot fi metalice sau semiconductoare, în funcţie de structura lor. Astfel, unele nanotuburi au conductivitate mai mare decât cea de cupru, în timp ce altele se comporta mai mult ca de siliciu. Exista un mare interes în posibilitatea de a construi dispozitive electronice la scară nanometrică din nanotuburi, iar unele se înregistrează progrese în acest domeniu. Cu toate acestea, în scopul de a construi un dispozitiv util am avea nevoie de a asigura mai multe mii de nanotuburi într-un model definit, şi nu avem încă gradul de control necesare pentru a realiza acest lucru. Există mai multe domenii de tehnologie în cazul în care nanotuburile de carbon sunt deja utilizate. Acestea includ ecrane plate, scanare microscoape sondă şi de dispozitive de detectare. Proprietăţile unice ale nanotuburilor de carbon va duce, fără îndoială, la aplicaţii mult mai multe.

Nanohorns

Single-pereţi conuri de carbon, cu morfologii similare cu cele ale capace nanotub au fost mai întâi pregătite de Peter Harris, Tsang Edman si colegii sai din 1994 (click aici pentru a vedea de hârtie noastre). Ei au fost nu descoperite de oamenii de ştiinţă NEC, după cum se menţionează într-un comunicat de presa. Ei au fost produse prin tratamente foc mare temperatură de funingine Fulerena - click aici pentru a vedea o imagine tipic. Grup Sumio Iijima lui ulterior a arătat că acestea ar putea fi, de asemenea, produs prin ablatie laser de grafit, şi le-a dat numele de "nanohorns". Acest grup a demonstrat faptul că au proprietăţi remarcabile nanohorns adsorbtivă şi catalitică, şi că acestea pot fi folosite ca şi componente ale unei noi generaţii de celule de combustibil. Pentru detalii a se vedea comunicatul de presă NEC şi de această ştire de la CNN.

Înapoi la început

Nanotub link-uri

David Tomanek lui Nanotube site-ului

Wikipedia articol pe nanotuburi de carbon

Un program excelent numit Nanotube Modeler din JCrystal .

Un compendiu de proprietăţi fizice ale nanotuburilor de carbon de către Thomas A. Adams al II-lea

Shigeo Maruyama lui Nanotube animatie galerie

Înapoi la început

Nano site-uri