Вуглецеві нанотрубки

 

Просвітчаста електронна мікроскопія вуглецевих нанотрубок: попередження

Остання книга Пітера Харріса про нанотрубки

Вуглецеві нанотрубки науки і техніки

Вуглецеві нанотрубки являють собою молекулярні масштабних пробок з графітного вуглецю з видатними властивостями. Вони є одними з найбільш жорстких і сильних волокон відомі, і мають чудові електронні властивості і багато інших унікальні характеристики. З цих причин вони притягли величезний академічний і промисловий інтерес, з тисячами робіт з нанотрубок публікується щороку. Комерційних додатків, досить повільно розвиватися, однак, в першу чергу із-за високої вартості виробництва найкращої якості нанотрубок.
Історія

Нинішній величезний інтерес у вуглецевих нанотрубках є прямим наслідком синтезу buckminsterfullerene, С60 та інших фулеренів, в 1985 році. Відкриття того, що вуглець може утворювати стабільні, впорядковані структури інші, ніж графіт і алмаз стимулювало дослідників по всьому світу в пошуках інших нових форм вуглецю. Обшук був даний новий імпульс, коли він був показаний у 1990 році, що С60 може бути вироблено в простої дуги-випарної апарат з готовністю доступні у всіх лабораторіях. Це було з допомогою такого випарника, що Японський учений Сумио Йидзима виявлений фулерен-пов’язаних вуглецевих нанотрубок в 1991 році. Трубок міститься принаймні два шари, часто багато більше, і коливалася в зовнішній діаметр від приблизно 3 нм до 30 нм. Вони були незмінно закриті на обох кінцях.

MWNT_SWNTУ просвічує електронної мікрофотографії деяких багатостінних нанотрубок показана на малюнку (зліва). У 1993 році, новий клас вуглецевих нанотрубок був виявлений, за допомогою всього одного шару. Ці одностінні нанотрубки, як правило, вужче, ніж багатостінні труби, діаметром зазвичай в межах 1-2 нм, і мають тенденцію бути вигнутими, а не прямими. Зображення праворуч показує деякі типові одностінних труб незабаром було встановлено, що ці нові волокна мали ряд виняткових властивостей (див. нижче), і це викликало вибух досліджень у вуглецеві нанотрубки. Важливо зазначити, однак, що нанорозмірних вуглецевих трубок, вироблених каталітично, були відомі за багато років до Йидзима відкриття. Основна причина, чому ці перші пробки не порушують широкий інтерес полягає в тому, що конструктивно вони представляли собою досить недосконала, так що не особливо цікаві властивості. Недавні дослідження були спрямовані на підвищення якості каталітично виробництва нанотрубок.

Структура

Склеювання у вуглецевих нанотрубок з пакетом оновлень 2, в якій кожен атом приєднався до трьом сусідам, як в графіті. Труби тому можуть розглядатися як згорнуті листи графена (графен-це індивідуальний шар графіту). Є три різних шляхи, за допомогою яких аркуш графена можна згорнути в трубочку, як показано на схемі нижче.

Struct_tubesПерші два з них, відомий як «крісло» (верхня) і «зіг-заг» (в середині ліворуч) мають високу ступінь симетрії. Терміни «крісло» і «зигзаг» зверніться до облаштування гексагонов по колу. Третій клас з пробки, яка на практиці є найбільш поширеним, називається хіральної, тобто він може існувати в двох дзеркально пов’язаних форм. Прикладом хіральної нанотрубки показано внизу ліворуч.Wedge

Структура нанотрубки може бути визначений вектор, (Н,м), яка визначає, як аркуш графена закатані. Це може бути зрозуміле з посиланням на малюнок справа. Для отримання нанотрубки з індексами (6,3), скажімо, лист згортається таким чином, що атом міченого (0,0) накладається на один з маркуванням (6,3). Це можна побачити з малюнка, що M = 0 для всіх зіг-заг труби, у той час як n = m для всіх крісло труб.

Синтез

АРК-випаровування метод, який дає кращу якість нанотрубок, передбачає проходження струм близько 50 ампер між двома графітовими електродами в атмосфері гелію. Це призводить до того, що графіт випаровуватися, деякі з його конденсації на стінках реакційного судини і деякі з його на катоді. Це виділяється на катоді, яка містить вуглецеві нанотрубки. Одностінні нанотрубки виробляються при Co і Ni або інший метал додається до анода. Він відомий ще з 1950-х років, якщо не раніше, що вуглецеві нанотрубки можуть також здійснюватися шляхом передачі вуглецевмісних газів, таких як вуглеводнів, на каталізаторі. Каталізатор складається з нанорозмірних частинок металу, зазвичай FE, co або Ni. Ці частинки каталізують розпад газових молекул у вуглецеві, і трубку потім починає рости з металевої частинки на наконечнику. Це було показано в 1996 році, що одностінні нанотрубки можуть бути виготовлені також і каталітично. Досконалість вуглецевих нанотрубок, отриманий таким способом, має, як правило, були бідніші, ніж ті, що виготовлені методом дугового випаровування, але значних поліпшень в техніці були зроблені в останні роки. Великою перевагою каталітичного синтезу за дуги-випаровування полягає в тому, що вона може бути розширена для обсягу виробництва. Третій важливий спосіб одержання вуглецевих нанотрубок полягає у використанні потужного лазера, щоб випарувати метало-графітової мішені. Це може бути використано для виробництва одностінних труб з високою границею плинності.

Властивості

Міцність SP2 вуглець-вуглецевих зв’язків дає дивовижні механічні властивості вуглецевих нанотрубок. Жорсткість матеріалу вимірюється в термінах її модуль Юнга, швидкість зміни напруги з нанесеними процідити. Модуль Юнга з кращих нанотрубок може досягати 1000 гПа, що приблизно в 5 разів вище, ніж сталь. Межа міцності, або розривне деформація нанотрубок може бути до 63 гПа, приблизно в 50 разів вище, ніж сталь. Ці властивості, в поєднанні з легкістю вуглецевих нанотрубок, дає їм великий потенціал у додатках, таких як аерокосмічна. Він навіть припустив, що нанотрубки могли б бути використані в «космічного ліфта», Земля-космос кабелю вперше запропонована Артур Кларк. Електронні властивості вуглецевих нанотрубок є екстраординарними. Особливо примітним є той факт, що нанотрубки можуть бути металевими або напівпровідними в залежності від їх структури. Таким чином, деякі нанотрубки мають провідність вище ніж у міді, в той час як інші поводяться більше як кремній. Є великий інтерес до можливості побудови нанорозмірних електронних пристроїв з нанотрубок, і нам вдалося домогтися деякого прогресу в цій області. Однак для того, щоб створити корисний пристрій ми повинні влаштувати багатьох тисяч нанотрубок в певний візерунок, і ми поки не маємо ступінь контролю, необхідних для досягнення цього. Існує ряд областей техніки, де вуглецеві нанотрубки вже використовуються. Вони включають плоских дисплеях, скануючих зондовых мікроскопів і пристроїв зондування. Унікальні властивості вуглецевих нанотрубок, безсумнівно, призведе до набагато більше додатків.

Шар

Одностінних вуглецевих конусів з морфології аналогічні кепки нанотрубки були вперше підготовлений Пітер Харріс, Эдмана Цанга і колегами в 1994 році (натисніть сюди, щоб побачити нашу газету). Вони були не виявлено компанією NEC вчені, як говориться в прес-релізі. Вони були виготовлені методом високотемпературної термічної обробки фуллеренової сажі — натисніть сюди, щоб побачити типовий образ. Сумио Йидзима група згодом показали, що вони також можуть бути виготовлені методом лазерної абляції графіту, і дав їм назву «шар». Ця група продемонструвала, що шар є чудовий адсорбційні та каталітичні властивості, і, що вони можуть бути використані як компоненти нового покоління паливних елементів. Докладну інформацію див. в прес-релізі компанії NEC і ця новина від CNN.

Нанотрубки посилання

Нано сайтів

Комерційні постачальники вуглецеві нанотрубки та споріднені матеріали

Відмова від відповідальності

Список компаній на цьому сайті не означає схвалення конкретних компаній або продуктів.

Нано верк: безкоштовно наноматеріалу бази даних

СЕС дослідження

Arknano (Шанхай)

Рід Сучасних Матеріалів

Vulvox Нано/біотехнології корпорації

Гіперіон Каталізу Міжнародний

Nanocs Інк.

Eikos (нанотрубки, плівки)

Дешеві труби, Інк.

Нанолаб Включені

Нанонаука інструменти: поради вуглецевих нанотрубок для атомно-силової мікроскопії

Матеріал Спіралі Рішення

Наноструктуровані & Аморфних Матеріалів Інк.

Томас Лебідь & Ко. ТОВ (Великобританія)

Nanocyl (Бельгія)

 Reinste Нано підприємств (Індія)

Майбутнє Карбон ГмбХ (Німеччина)

Сонце Нанотех Ко Лтд (Китай)

Ссылка на оригинал статьи: http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>