Көміртекті нанотүтік беті

The source text is taken from here: https://www.personal.reading.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

Питер Харрис

Ғылым мен техниканың көміртек нанотүтігі

Көміртегі нанотрубасы – графикалық көміртектің керемет қасиеттері бар молекулярлық масштабты түтіктер. Олар белгілі ең қатаң және күшті талшықтардың бірі және керемет электрондық қасиеттерге ие және көптеген басқа ерекше сипаттамаларға ие. Осы себептен олар нанотобтар бойынша жыл сайын жарияланатын мыңдаған қағаздармен үлкен академиялық және өнеркәсіптік қызығушылықты тартты. Коммерциялық қосымшалар, ең алдымен, ең жақсы сапалы нанотрубка өндіріс шығындарының салдарынан дамыды.

Тарих

Көміртекті нанотрубкалардың қазіргі кездегі үлкен қызығушылығы 1985 жылы бакминсерфуллерен, С60 және басқа фуллерендердің синтезінің тікелей салдары болып табылады. Көміртектің әлемдегі графит және гауһардан басқа, басқа да жаңа формаларды іздейтін зерттеушілерден басқа тұрақты, реттелген құрылымдарды құруы мүмкін. көміртек. 1990-шы жылы C60-нің барлық зертханаларда қол жетімді қарапайым доғалық-буландырғыш аппаратында шығарылуы мүмкін болған кезде іздеуге жаңа серпін берілді. Жапон ғалымы Сумио Ииманың 1991 жылы фуллеренмен байланысты көміртегі нанотрубалары табылған осындай буландырғышты қолданған. Түтіктер кемінде екі қабаттан тұратын, жиі көп, және сыртқы диаметрі шамамен 3 нм-ден 30 нм аралығында болды. Олар екі жағынан да әрдайым жабылды.

Фигурада (сол жақта) кейбір многопольды нанотүтікшелердің трансмиссиялық электронды микрографы көрсетілген. 1993 жылы көміртекті нанобақылаудың жаңа класы табылды, тек бір қабат. Бұл бір қабырғалы нанотүтіктер әдетте 1-2 нм диапазонында диаметрі бар көп қабатты түтіктерге қарағанда тар, әдетте тегіс емес, қисық болады. Оң жақтағы суретте бір қабатты қабырғалы түтіктер пайда болады. Көп ұзамай осы жаңа талшықтар ерекше қасиеттерге ие болды (төменде қараңыз), бұл көміртекті нанотрубкалардағы зерттеулердің жарылысын азайтты. Алайда, Iijima-ның ашылуына дейін көптеген жылдар бойы белгілі каталитикалық көміртегі нанокальды түтіктерінің белгілі болғандығын атап өту маңызды. Бұл ерте түтіктердің үлкен қызығушылығын тудырмауының басты себебі – олар құрылымдық жағынан кемелсіз болғандықтан, әсіресе қызықты қасиеттері болмады. Соңғы зерттеулер каталитикалық өндірілген нанотрубкалардың сапасын жақсартуға бағытталған.

Құрылым

Көміртекті нанотрубкадағы байланыстар sp², әрбір атом графит секілді үш көршіге қосылды. Осылайша, түтіктер графикалық парақтар ретінде қарастырылуы мүмкін (графен – жеке графит қабаты). Төменде келтірілген диаграммада көрсетілгендей, гафтенің парағын түтікке айналдыруға болатын үш түрлі жол бар.

Алғашқы екі «кресло» (жоғарғы сол жақта) және «зиг-заг» (орта сол жақта) деп аталатын екі симметрияның жоғары дәрежесі бар. «Кесетін» және «зиг-заг» терминдері айналдыра айналадағы алтыбұрыштардың орналасуын білдіреді. Іс жүзінде ең кең тараған түтіктің үшінші класы хираль деп аталады, яғни ол екі айнамен байланысты пішінде болуы мүмкін. Төменгі сол жағында хиральды нанотүтіктің мысалы көрсетілген.

Нанотабының құрылымы вектормен анықталуы мүмкін, (n, m), ол графты парақтың қалай иленгендігін анықтайды. Бұл оң жағындағы суретке сілтеме арқылы түсінуге болады. Индекстермен (6.3) наноқауыт жасау үшін, айталық, парақ көрсетілгендей, аталатын атом (0,0) таңбаланған (6,3) үстіне қойылады. Барлық зиг-заг түтіктері үшін m = 0 болса, барлық кресло түтіктері үшін n = m санынан көруге болады.

Синтез

Ең жақсы сапалы нанотрубкалар шығаратын доға-буландыру әдісі гелий атмосферасындағы екі графит электродтарының арасында шамамен 50 амперді өткізеді. Бұл графиттың буға айналуына әкеледі, оның кейбіреулері реакциялық ыдыстың қабырғаларында конденсацияланып, оның кейбіреулері катодта болады. Бұл көміртегі нанотрубасы бар катодта орналасқан. Бір қабырғалы нанотүтіктер Co және Ni немесе анодқа басқа метал қосылған кезде шығарылады. 1950 жылдардан бері белгілі болғанындай, көміртекті нанотрубкалар көмірсутекті сияқты катализатор арқылы көміртегі бар газды өткізу арқылы да жасалуы мүмкін. Катализатор металлдың наноөлшемді бөлшектерінен, әдетте Fe, Co немесе Ni тұрады. Бұл бөлшектер газ тәріздес молекулалардың көміртекке бөлінуін катализдейді, содан кейін түтік ұшында металл бөлшектермен өседі. 1996 жылы көрсетілгендей, бір қабырғалы нанотрубкалар каталитикалық түрде шығарылуы мүмкін. Осылайша өндірілген көміртекті нанотүтіктерді жетілдіру, әдетте, доғалық буланудан гөрі әлдеқайда кедей болды, бірақ соңғы жылдары техниканың айтарлықтай жақсаруы жасалды. Аркто-буланудан каталитикалық синтездің үлкен артықшылығы оның көлемді өндіріс үшін масштабталуы мүмкін. Көміртекті нанотрубка жасаудың үшінші маңызды тәсілі металл-графитті мақсатты түрде булану үшін күшті лазерді пайдалануды қарастырады. Бұл өнімділігі жоғары бір қабырғалы құбырларды өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін.

Сипаттар

sp² көміртегі көміртегілі байланыстарының беріктілігі көміртекті нанотүтіктерге керемет механикалық қасиеттер береді. Материалдың қаттылығы оның жас модулімен, кернеудің қолданылатын штаммен өзгеру жылдамдығымен өлшенеді. Ең жақсы нанотрубалардың жас модулі 1000 ГПа-дан жоғары болуы мүмкін, бұл болаттан шамамен 5 есе жоғары. Нығыздау күшін немесе нанотүтіктерді бұзатын штамм болатқа қарағанда 50 есе жоғары 63 ГПа дейін болуы мүмкін. Бұл қасиеттер, көміртекті нанотрубкалардың жеңілдігімен қатар, аэроғарыштық сияқты қолданбаларда үлкен әлеуетке ие. Артур Кларк ұсынған Жер-ғарыштық кабельді «ғарыштық лифт» -те нанотобтар қолдануға болады деген ұсыныс жасалды. Көміртекті нанотрубкалардың электронды қасиеттері де керемет. Нанотүтіктердің құрылымына қарай металл немесе жартылай өткізгіш болуы мүмкін. Осылайша, кейбір нанотрубалар мысдан жоғары өткізгіштігі бар, ал басқалары кремний сияқты көп. Наноқанды электронды құрылғыларды нанотүтікшелерден салу мүмкіндігіне үлкен қызығушылық бар, және осы салада кейбір прогресс жасалуда. Дегенмен, пайдалы құрылғыларды құру үшін біз белгілі бір үлгіде мыңдаған нанотрубдарды ұйымдастыруымыз керек, және біз бұл жету үшін қажетті бақылау дәрежесіне ие болдық. Көміртегі нанотрубалары қазірдің өзінде пайдаланылған технологиялардың бірнеше саласы бар. Олар жалпақ панельді дисплейлерді, сканерлеу зонд микроскоптарын және сезгіш құралдарды қамтиды. Көміртекті нанотрубкалардың бірегей қасиеттері көптеген қосымша қосымшаларға әкеледі.

Наноорнс

Бірінші 1994 жылы Питер Харрис, Эдман Тсангпен және әріптестерімен дайындалды нанотрубки қақпақтардың ұқсас морфологияны бар бір қабырғалы көміртегі қалпақтар (нұқыңыз мұнда біздің қағазды көре). Олар фуллерена күйеден жоғары температуралық жылу өңдеу арқылы өндірілді – нұқыңыз жерде әдеттегі суретті көру үшін. Сумио Иима тобы кейіннен олар сондай-ақ графит лазерлі абляции өндірілген болуы мүмкін екенін көрсетті, және оларға атауы «наноорнс» берді. Бұл топ наноорнс тамаша адсорбциялы және катализдік қасиеттері бар екенін көрсетті.

Нанотоба сілтемелері

C&EN Көміртегі нанотүтіктерінің тарихы

Wikipedia көміртекті нанотрубка туралы мақала

Деп аталатын тамаша бағдарлама Нанотрубке Модератор бастап JCrystal.

Жинағын Көміртекті нанотүтікшелердің физикалық қасиеттерін Томас А. Адамс ІІ

Шигео Маруяма ның Нанотрубке анимация галереясы

Нано сайттары

Nanotechweb
Graphene News

Көміртекті нанотрубкалар мен олармен байланысты материалдарды коммерциялық жеткізушілер

Жауапкершілігі шектеулі

Осы сайттағы компаниялардың тізімі нақты компанияларды немесе өнімдерді мақұлдауды білдірмейді.

Nanowerk: наноматериалдардың деректер базасы

SES зерттеуі

Жетілдірілген материалдарды қайта құру

Eikos (нанотүтікшелер)

Стэнфордтың озық материалдары.

NanoLab Incorporated

Nanostructured & Amorphous Materials Inc.

Thomas Swan & Co. Ltd. (Ұлыбритания)

Nanocyl (Бельгия)

Reinste Nanoventures (Үндістан)

FutureCarbon GmbH (Германия)

Sun Nanotech Co Ltd (Қытай)