Stranica Ugljik Nanocijevi

Source: http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

Ugljični nanocijevi znanosti i tehnologije

 

Nanocjevčice ugljika su molekularne razmjera cijevi grafitni ugljika s izvanrednim svojstvima. Oni su među najtvrđeg i najjačih vlakana poznatih i imaju izvanredne elektronske svojstva i mnoge druge jedinstvene karakteristike. Iz tih razloga su privukla veliku akademski i industrijski interes, s tisućama radova na nanocjevčice se objavljuju svake godine. Komercijalni programi su prilično sporo razvijaju, međutim, prvenstveno zbog visokih troškova proizvodnje najkvalitetnijih nanocjevčica.

 Povijest

Trenutni veliki interes za ugljikove nanocjevčice je izravna posljedica sinteze buckminsterfullerene, C60 i drugih fullerena, 1985. Otkriće da ugljični mogla formirati stabilna, naredio osim grafita strukture i dijamant stimulirana istraživača diljem svijeta u potrazi za druga nova oblici ugljika. Potraga je dobio novi zamah kada se pokazalo u 1990 da je C 60  može se na jednostavan aparat luka isparavanja dostupne u svim laboratorijima. Se korištenjem takvih isparavanje da japanski znanstvenik Sumio Iijima otkriveni fulerena povezanih atoma nanocjevčice 1991. Epruvete sadržavala najmanje dva sloja, koji se često mnogo više, a u rasponu vanjskim promjerom od oko 3 do 30 nm nm. Oni su uvijek zatvorena na oba kraja.

Prijenosni elektrona snimak nekih multiwalled nanocijevi je prikazano na slici (lijevo). Godine 1993. nova klasa od ugljičnih nanocijevi otkrivena, sa samo jednim slojem. Te jednu stjenku nanocjevčice uglavnom uže od multiwalled cijevi promjera tipično u rasponu od 1-2 nm i imaju tendenciju da se zakrivljena nego ravno. Slika na desnoj strani prikazuje tipične jednu stjenku cijevi je ubrzo utvrdio da ta nova vlakna imali niz iznimnih svojstava (vidi dolje), a to pokrenuo eksploziju istraživanja u ugljikovih nanocjevčica. Važno je imati na umu, međutim, da nanometarski cijevi ugljika, proizvode katalitički, bio je poznat već dugi niz godina prije nego Iijima otkrića. Glavni razlog zašto se ovi rani cijevi nisu uzbuđuju širok interes je da su strukturno prilično nesavršen, pa nisu imali osobito zanimljiva svojstva. Nedavna su istraživanja usmjerena na poboljšanje kvalitete katalitički proizvedene nanocjevčice.

Struktura

Vezni na ugljikove nanocjevčice je sp² uz svaki atom spojeni na tri susjeda kao u grafita. Epruvete se stoga može smatrati smotanih grafen listova (grafen je pojedinac grafita sloj). Postoje tri različita načina na koji grafen list može biti zapakirano u tubi, kao što je prikazano na donjem dijagramu.

Prva dva od njih, poznat kao „fotelju” (gore lijevo) i „cik-cak” (sredina lijevo) imaju visok stupanj simetrije. Izrazi „fotelja” i „cik-cak” odnose se na uređenje šesterokute oko oboda. Treća klasa cijevi, što u praksi je najčešći, poznata kao kiralna, što znači da može postojati u dva oblika ogledala se odnose. Primjer kiralne nanocijevi prikazan u donjem lijevom.

Struktura nanocijevi može odrediti vektorom, (n, m), koji definira kako grafen ploča namota. To se može razumjeti s obzirom na sliku desno. Proizvesti nanocijevi s indeksima (6,3), recimo, lim se smotati tako da je atom označen (0,0) koji se preklapa na jednom oznakom (6,3). To se može vidjeti na slici da je m = 0 za sve cik-cak cijevi, a n = m za sve fotelja cijevi.

Sinteza

Metoda luka isparavanja, koja proizvodi najkvalitetnije nanocijevi, uključuje prolazi struja od oko 50 ampera između dva grafitnih elektroda u atmosferi helija. To uzrokuje grafit za isparavanje, neki ga kondenzira na stijenkama reakcijske posude i nešto od toga na katodu. To je depozit na katodu koja sadrži ugljikove nanocjevčice. Jedan stijenki nanocjevčice proizvode se kada se doda Co i Ni ili neki drugi metal za anode. To je bio poznat još od 1950-ih godina, ako ne i ranije, da ugljikove nanocjevčice mogu se prolaskom plina koji sadrži ugljik, kao što je ugljikovodik, preko katalizatora. Katalizator sadrži nano veličine čestica metala, obično Fe, Co ili Ni. Te čestice kataliziraju razgradnju plinovitih molekula u ugljiku, a cijev se zatim počinje da raste s metalnim česticama na vrhu. Pokazano je 1996. godine da jednu stjenku nanocjevčice mogu proizvesti katalitički. Savršenstvo ugljikovih nanocjevčica proizvedenih na taj način općenito je siromašnija od onih koje je luk isparavanje, ali veliki napredak u tehnici su u posljednjih nekoliko godina. Velika prednost katalitičku sintezu preko luka isparavanje je da to može biti umanjena za proizvodnju volumena. Treća važna metoda za izradu ugljikovih nanocjevčica uključuje korištenje snažan laser za isparavanje cilj metal-grafit. To se može koristiti za proizvodnju jednog stijenki cijevi s visokim prinosom. Velika prednost katalitičku sintezu preko luka isparavanje je da to može biti umanjena za proizvodnju volumena. Treća važna metoda za izradu ugljikovih nanocjevčica uključuje korištenje snažan laser za isparavanje cilj metal-grafit. To se može koristiti za proizvodnju jednog stijenki cijevi s visokim prinosom. Velika prednost katalitičku sintezu preko luka isparavanje je da to može biti umanjena za proizvodnju volumena. Treća važna metoda za izradu ugljikovih nanocjevčica uključuje korištenje snažan laser za isparavanje cilj metal-grafit. To se može koristiti za proizvodnju jednog stijenki cijevi s visokim prinosom.

Nekretnine

Snaga sp² veze ugljik-ugljik daje ugljikovih nanocjevčica nevjerojatna mehanička svojstva. Krutost materijala mjeri se u smislu njegovog Young modul, stopa promjene stres sa primijenjene napetosti. Mlada je modul od najboljih nanocjevčica može biti kao visok kao 1000 GPa što je otprilike 5x veći od čelika. Vlačna čvrstoća, ili razbijanje soj nanocjevčica može biti i do 63 GPa, oko 50x veći od čelika. Ta svojstva, zajedno s lakoćom ugljikove nanocjevčice, daje im veliki potencijal u aplikacijama kao što su zrakoplovne. Čak je predložio da nanocjevčice mogu koristiti u „svemirski lift”, na Zemlji-svemir kabel prvi predložio Arthur C. Clarke. Elektronski svojstva ugljikovih nanocjevčica su izvanredne. Posebno se ističe je činjenica da nanocjevčice mogu biti metalne ili poluvodičke, ovisno o njihovoj strukturi. Dakle, neki nanocjevčice imaju provodnost veća od one od bakra, a drugi ponašaju poput silicija. Postoji veliki interes za mogućnost izgradnje nano elektroničkih uređaja od nanocijevi, a neki napredak je postignut u tom području. Međutim, kako bi stvorio koristan uređaj bismo potrebno organizirati tisuće nanocjevčica u određenom obrascu, a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija. neki nanocjevčice imaju provodnost veća od one od bakra, a drugi ponašaju poput silicija. Postoji veliki interes za mogućnost izgradnje nano elektroničkih uređaja od nanocijevi, a neki napredak je postignut u tom području. Međutim, kako bi stvorio koristan uređaj bismo potrebno organizirati tisuće nanocjevčica u određenom obrascu, a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija. neki nanocjevčice imaju provodnost veća od one od bakra, a drugi ponašaju poput silicija. Postoji veliki interes za mogućnost izgradnje nano elektroničkih uređaja od nanocijevi, a neki napredak je postignut u tom području. Međutim, kako bi stvorio koristan uređaj bismo potrebno organizirati tisuće nanocjevčica u određenom obrascu, a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija. Postoji veliki interes za mogućnost izgradnje nano elektroničkih uređaja od nanocijevi, a neki napredak je postignut u tom području. Međutim, kako bi stvorio koristan uređaj bismo potrebno organizirati tisuće nanocjevčica u određenom obrascu, a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija. Postoji veliki interes za mogućnost izgradnje nano elektroničkih uređaja od nanocijevi, a neki napredak je postignut u tom području. Međutim, kako bi stvorio koristan uređaj bismo potrebno organizirati tisuće nanocjevčica u određenom obrascu, a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija. a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija. a mi još nemamo stupanj kontrole potrebne da se to postigne. Postoji nekoliko područja tehnologije, gdje se već koriste ugljične nanocijevi. To uključuje flat-panel prikazuje, skeniranje sonde mikroskope i očitavanje uređaja. Jedinstvena svojstva ugljikovih nanocjevčica nesumnjivo će dovesti do mnogo više aplikacija.

Nanohorns 
Jednu stjenku ugljika kukova s morfologija slične onima nanocijevima kape prvi put su proizvedeni Peter Harris, Edman Tsang i kolege u 1994 (kliknite ovdje kako bi vidjeli naš rad). Oni su proizvodi visoke temperature toplinske obrade od fulerena čađe – kliknite ovdje da vidite tipičnu sliku. Sumio Iijima grupa naknadno pokazalo je da su oni također mogu biti proizvedeni od strane laserska ablacija grafita, i dao im ime „nanohorns”. Ova grupa je pokazala da nanohorns imaju izuzetnu apsorpcijskom i katalitička svojstva.

Nanocijevi linkovi

 C & EN-a Povijest ugljikove nanocjevčice

 Wikipedia članak o ugljikovih nanocjevčica

 Odličan program pod nazivom nanocijevi modelara iz JCrystal 

 Zbornik Fizička svojstva ugljikove nanocjevčice Thomas A. Adams II

 Shigeo Maruyama je nanocijevi animacija galerija