Углеродные нанотрубки: за и против

Углеродная нанотрубка или УНТ не является новым термином в текущем сценарии, на самом деле это аллотропный углерод, который имеет цилиндрическую наноструктуру. Длина до диаметра нанотрубок лежит между 132 000 000: 1 и имеет очень увлекательные свойства для использования в нанотехнологиях, оптике, материаловедении, электронике и других областях науки. Благодаря своей исключительной теплопроводности, механическим и электрическим свойствам углеродные нанотрубки используются в качестве добавок для различных строительных материалов, таких как бейсбольные биты, автомобильные детали и гольф-клубы. Нанотрубки образуют очень небольшую часть материала. Нанотрубки являются членами семейства фуллеренов, которые также содержат bukyballs, а концы этих нанотрубок могут быть покрыты полушариями. Их название было получено из их длинной, полого структуры со стенами, образованными одним атомным толстым углеродным покрытием, известным как графен. Затем эти листы прокатываются с определенной точки зрения, а комбинация угла поворота и радиуса определяет свойства этих нанотрубок. Нанотрубками являются одностенные нанотрубки (SWNT) или многослойные нанотрубки (MWNT). Нанотрубки удерживаются силами Ван-дер-Ваальса. Прикладная квантовая химия, особенно орбитальная гибридизация, лучше всего описывает химическую связь в ней. Химические связи состоят преимущественно из sp2-связей, аналогичных найденным в графите, и сильнее связей sp3, обнаруженных в алмазах и алканах, и, следовательно, ответственны за большую прочность этих структур

Историческая справка

В 1952 году Л.В. Радушкевич и Л.М. Лукьянович опубликовал четкие изображения труб длиной 50 нм с углеродной длиной в советском журнале физической химии, но статья не вызвала интереса у западных ученых, потому что она была опубликована на русском языке, и этот подход не был открыт из-за холодной войны. Изобретение Электронного электронного микроскопа (ТЕА) позволило визуализировать эти структуры. В публикации, опубликованной Оберлином, Эндо и Коямой в 1976 году, упоминаются полые углеродные волокна с диаметром нанометровых весов методом роста пара. В 1979 году Джон Абрахамсон представил доказательства углеродных нанотрубок на 14-й Биеннале угольной конференции в Университете штата Пенсильвания.

Весь интерес к нынешнему интересу к углеродным нанотрубкам заключается в обнаружении C60 buckminsterfulleren и других союзников фуллеренов в 1985 году. Открытие того, что углерод может образовывать другие стабильные структуры в дополнение к графиту и алмазу, заставил исследователей найти новые формы углерода, формы C60, которая может быть доступна во всех лабораториях в устройстве для простого дугового испарения. В 1991 году японский ученый Сумио Лиджима обнаружил фуллереновую углеродную нананотрубу, используя простой аппарат для испарения дуги. Трубки состояли из двух слоев диаметром 3-30 нм и закрывались с обоих концов. В 1993 году были обнаружены однослойные углеродные нанотрубки диаметром 1-2 нм, но исследователи не были более заинтересованы, потому что они были структурно неполными, поэтому исследователи сейчас работают над улучшением каталитических свойств этих нанотрубок.

Одностенные нанотрубки

Большинство нанорубов с одной стеной имеют диаметр приблизительно 1 нм, в миллион раз больше, а структура может быть представлена ​​покрытием одного атомного графитового слоя, называемого графитом, в бесшовный цилиндр. Способ обертывания графена представлен парой индексов (n, m), а целые числа n и m представляют собой единичные векторы в обоих направлениях в кристаллической решетке кристалла медного графита. Если m = 0, то нанотрубки называются нанотрубками, а если n = m называются стульями, в противном случае они являются хиральными. SWNT — очень важная серия нанотрубок, поскольку их свойства изменяются с n и m и широко используются при разработке первых транзисторов с межмолекулярными эффектами.

Несколько гофрированных нанотрубок (MWNT)

Они состоят из нескольких прокатных слоев графена, есть два слоя, которые лучше определяют структуру нанотрубок. эти нанотрубки. В российской модели Doll говорится, что слои графита расположены в концентрических цилиндрах, например, в одностенных нанотрубках. Модель «Пергамент» говорит, что она окружена одним листом графита, который напоминает свернутую газету. Межслоевое расстояние в этих нанотрубках составляет 3,4. Модель русской куклы обычно рассматривается при изучении структуры MWNT. Двунаправленная нанотрубка (DWNT) представляет собой особый тип нанотрубки с морфологией и свойствами MWNTs с высокой химической стойкостью.

Torus

Nanotor — это торсион с изогнутой формой углеродной нанотрубки и обладает многими уникальными функциями, такими как магнитный крутящий момент в 1000 раз больше.

Nanobud

Nanobud — новые материалы, созданные путем соединения двух углеродных аллотропов, а именно углеродных нанотрубок и наночастиц. фуллерены. В этом материале фуллереновые клетки ковалентно связаны с внешними боковыми стенками нижележащей нанотрубки. Этот новый материал разделяет свойства как фуллеренов, так и углеродных нанотрубок.

Это сравнительно недавно разработанные гибридные материалы, которые объединяют графитовые фольги, выращенные вдоль боковых стенок многослойной нанотрубки. Стоунер и коллеги заявили, что эти гибридные материалы увеличили способность суперконденсатора.

Peapod

Carbon peapod — новый гибридный материал, состоящий из фуллереновой сетки, встроенной в углеродную нанотрубку.

Углеродные углеродные нанотрубки

Они отличаются от других углеродных материалов, которые действуют как квазиметаллические проводники электронов.

Самые длинные углеродные нанотрубки были зарегистрированы в 18,5 см в 2009 году, выращенных на подложках Si методом химического осаждения из паровой фазы, и представляют собой электрически однородные сборки цельных углеродных наночастиц. Циклопарафенилен был самым коротким углеродным нанотрубом, зарегистрированным в 2009 году. Самая тонкая углеродная нанотрубка — это стул диаметром 3.

Свойства

1. Сила

Углеродные нанотрубки имеют самую прочную прочность на растяжение и модуль упругости гибкость между всеми обнаруженными материалами. Прочность на растяжение обусловлена ​​наличием sp2-гибридизации между отдельными атомами углерода. Прочность на растяжение многослойной трубы была зарегистрирована как 63 гигапаскаля (ГПа) в 2000 году. Дальнейшие исследования, проведенные в 2008 году, показали, что оболочка этих трубок имела мощность 100 гигапаскалей, что соответствует квантовым моделям. Поскольку эти трубки имеют низкую плотность, их прочность высокая. Если эти трубки подвержены чрезмерному растягивающему напряжению, они подвергаются пластической деформации, что означает, что они постоянно меняются. Хотя прочность отдельных трубок очень велика, но слабые сдвиговые взаимодействия между соседними оболочками и трубами приводят к ослаблению прочности многокомпонентных труб. Они также сильны при сжатии. Из-за своей полого структуры и высокого соотношения сторон стойки проявляют кручение или изгибное напряжение.

2. Твердость

Стандартные однотрубные нанотрубки могут выдерживать давление около 24 ГПа без деформации и могут подвергаться трансформации в сверхфазированные нанотрубки. Максимальное давление, допускаемое текущими экспериментальными методами, составляет 55 ГПа. Однако эти сверхтрубчатые нанотрубки могут разрушаться при давлениях выше 55 ГПа. Весовой модуль этих нанотрубок составляет 462-546 ГПа намного выше, чем алмаз.

3. Кинетические свойства

Многослойные нанотрубки представляют собой концентрические множественные нанотрубки, составленные друг из друга и одаренные заметным телескопическим свойством, где внутренняя трубка может скользить без трения внутри своей внешней оболочки и, таким образом, создавать роторный подшипник. Это, пожалуй, первые реальные примеры молекулярной нанотехнологии, полезной в машиностроении. Эта функция уже использовалась для производства самого маленького вращающегося двигателя в мире.

4. Электрические свойства

Симметрия и уникальная электронная структура графена ответственны за то, что углеродные нанотрубки обеспечивают свои удивительные электрические свойства. Собственная сверхпроводимость наблюдалась в нанотрубках, но в этом контексте спорная проблема.

5. Абсорбция волны

. Самые последние особенности многослойных углеродных нанотрубок — их эффективность поглощения СВЧ-излучения и текущая область исследований исследователей радиолокационной абсорбции (ОЗУ), которые обеспечивают лучшую прочность самолетам и военным транспортные средства. Исследования проводятся, когда исследователи пытаются заполнить металлы MWNTs, такие как железо, никель или кобальт, для повышения эффективности этих микроволновых трубок, и результаты показывают улучшенную полосу поглощения и поглощения

6.

Все нанотрубки обычно считаются хорошими тепловыми проводниками, обладающими баллистическим свойством

до около 85%. Исключенный сильный Уэльс создает пентагон и семиугольник через переставляющие звенья. Прочность на растяжение углеродных нанотрубок зависит от самого слабого сегмента. Кристаллографический дефект также влияет на электрические свойства трубок за счет снижения проводимости.

Применение

Нанотрубки широко используются в разработке микроскопических зондов атомной силы. Они также используются в тканевой инженерии, которая действует как эшафот для роста костей. Их потенциальная прочность помогает им использовать в качестве наполнителя для увеличения прочности других растягивающих нанотрубок. Их механические свойства помогают им изготавливать одежду, спортивные куртки и космические лифты. Они также используются при изготовлении электрических цепей, кабелей и проводов.