Bir karbon nanotüp sayfası – TheSciencExperts.com

The source-page: http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

Karbon nanotüp bilim ve teknoloji

Karbon nano borucuklar üstün özelliklere sahip grafit karbon moleküler ölçekli borulardır. Bunlar bilinen en sert ve en güçlü lifleri arasında yer alıyor ve dikkat çekici elektronik özellikleri ve diğer birçok benzersiz özelliklere sahiptir. Nanotüpler üzerinde gazetelerin her yıl binlerce yayınlanmadan ile bu nedenlerden dolayı onlar, büyük akademik ve endüstriyel ilgi çekmiştir. Ticari uygulamalar öncelikle çünkü en kaliteli nanotüplerin yüksek üretim maliyetlerinin Ancak geliştirmek için oldukça yavaş olmuştur.

Tarihçe

Karbon nanotüpler mevcut büyük ilgi Bukminsterfuleren, sentezin doğrudan bir sonucudur C₆₀ 1985 karbon kararlı oluşturabilir keşif içinde, ve diğer fullerenler, grafit dışındaki yapılar sipariş ve elmas diğer yeni aramak için dört bir yanından araştırmacılara uyarılmış karbon formları. Bu C₆₀1990 gösterilmiştir, arama yeni bir hız verildi tüm laboratuarlarda hazır basit bir ark buharlaştırma cihazında üretilebilir. Bu Japon bilim böyle bir buharlaştırıcı kullanılarak yapıldı Sumio lijima borular en azından iki tabakayı, genellikle çok daha fazla alan ve yaklaşık 3 ila 30 nm nm dış çapa değişmektedir 1991 yılında fulleren ile ilgili karbon nano borucuklar keşfettik. Onlar kaçınılmaz her iki uçta da kapalıydı.

Bazı çok duvarlı nanotupler bir transmisyon elektron mikrografıdır şekil (sol) olarak gösterilmiştir. 1993 yılında, karbon nanotüp yeni bir sınıf, sadece tek bir tabaka ile, tespit edilmiştir. Bu tek-duvarlı nanotupler tipik aralık 1-2 nm çapa sahip, çok duvarlı borular genellikle daha dar olduğu ve düz yerine kavisli eğilimindedir. Sağdaki görüntü Yakında bu yeni fiberler istisnai özelliklere (aşağıya bakınız) bir dizi vardı kurulmuş bazı tipik tek duvarlı tüpler gösterir ve bu karbon nanotüpler içine araştırmanın bir patlama yol açtı. Bu dikkat etmek önemlidir, ancak, katalitik üretilen karbon o nano ölçekli tüpleri, IIJIMA en keşfinden önce yıllardır bilinen edilmişti. Bu erken tüpler geniş ilgi tahrik etmedi asıl sebebi, onların yapısal olarak oldukça kusurlu olduğudur böylece özellikle ilginç özelliklere sahip değildi. Son zamanlarda yapılan araştırmalar katalitik üretilen nanotüpler kalitesinin artırılması odaklanmıştır.

Yapı

Her bir atom, grafit gibi, üç komşu birleştirilen karbon nano borucuklar olarak bağlama, sp² edilir. Borular, bu nedenle, sarılmış grafin levhalar (grafin bağımsız bir grafit tabakadır) olarak kabul edilebilir. Aşağıdaki şemada gösterildiği gibi bir grafin tabaka, bir tüp içine yuvarlanabilir hangi üç farklı yolları vardır.

“Koltuk” (üst sol) ve “zig-zag” olarak bilinen bu ilk iki, (sol orta) simetri yüksek derecede. Burada kullanılan “koltuk” ve “zig-zag” çevresi etrafında altıgenler düzenlemeye atıf yapar. Uygulamada en yaygın olan tüpün üçüncü sınıf, bu iki ayna-ilgili formlarda mevcut olabilir, yani kiral olarak bilinir. Bir kiral nanotüp bir örneği, sol alt kısmında gösterilir.

Bir nanotüp yapısı olabilir grafin tabaka rulo şeklini tanımlayan bir vektör, (n, m), tarafından belirlenebilir. Bu sağda şekil referansla anlaşılabilir. Etiketli atomu (0,0) olarak etiketlenmiş bir (6,3) üzerine yerleştirilir ve böylece endeksleri (6,3) sahip bir nanotüp üretmek için, diyelim ki, levha sarılır. Tüm koltuk boruları ise, n = m, tüm zikzaklı borular m = 0 şekilden görülebilir.

Sentez

En iyi kalite nanotüpler üreten ark buharlaştırma yöntemi, helyum atmosferinde iki grafit elektrotlar arasında yaklaşık 50 amper akım geçen içerir. Bu bir kısmı, reaksiyon kabının duvarlarında ve katot üzerinde bazı ile yoğunlaştırılması, buharlaştırmak için grafit neden olur. Karbon nano borucuklar içeren katot üzerinde yatağıdır. Co ve Ni ya da başka bir metal anot eklendiğinde tek duvarlı nanotupler üretilir. Erken değil ise, bu karbon nanotuplerın bir katalizör üzerinde, örneğin bir hidrokarbon gibi karbon içeren bir gazın, geçirilerek yapılabilir, 1950 ‘lerden bu yana bilinmektedir. Katalizör metal nano-boyutlu parçacıkların genellikle Fe, Co veya Ni içerir. Bu parçacıklar karbonlu gaz halindeki moleküllerin parçalanmasını katalize ve tüp daha sonra ucunda bir metal partikülü ile büyümeye başlar. Bu, tek duvarlı nanotupler katalitik olarak üretilebilmesidir 1996 gösterilmiştir. Bu şekilde üretilen karbon nanotüplerin mükemmellik genellikle yay buharlaşma yoluyla yapılanlar daha fakir olmuştur, ama tekniğindeki büyük gelişmeler son yıllarda yapılmıştır. Ark buharlaştırma üzerinde katalitik sentez büyük avantajı, ses üretimi için büyütülebilir olmasıdır. Karbon nano borucuklar yapmak için üçüncü önemli bir yöntem, bir metal-grafit hedef buharlaştırmak için güçlü bir lazer kullanımını içerir. Bu yüksek verimle tek duvarlı borular üretmek için kullanılabilir. Ark buharlaştırma üzerinde katalitik sentez büyük avantajı, ses üretimi için büyütülebilir olmasıdır. Karbon nano borucuklar yapmak için üçüncü önemli bir yöntem, bir metal-grafit hedef buharlaştırmak için güçlü bir lazer kullanımını içerir. Bu yüksek verimle tek duvarlı borular üretmek için kullanılabilir. Ark buharlaştırma üzerinde katalitik sentez büyük avantajı, ses üretimi için büyütülebilir olmasıdır. Karbon nano borucuklar yapmak için üçüncü önemli bir yöntem, bir metal-grafit hedef buharlaştırmak için güçlü bir lazer kullanımını içerir. Bu yüksek verimle tek duvarlı borular üretmek için kullanılabilir.

Özellikleri

sp² karbon-karbon bağlarının mukavemetli karbon nano borucuklar şaşırtıcı mekanik özellikler kazandırır. Bir malzemenin sertliği Young modülü, tatbik edilen gerilim ile stres değişim oranı cinsinden ölçülür. En iyi nanotüplerin Young modülü çelikten daha yaklaşık 5x yüksektir 1000 GPa kadar yüksek olabilir. Nanotuplerın gerilme mukavemeti, ya da kopma streyni çelikten daha 63 GPa, kadar 50 kat civarında daha yüksek olabilir. Bu özellikler, karbon nanotuplerin hafifliği ile birleştiğinde, onları, havacılık gibi uygulamalarda büyük bir potansiyele verir. Hatta nanotüpler “boşluk asansör” kullanılabilecek ileri sürülmüştür, ilk Arthur C. Clarke tarafından teklif edilen Dünya-to-uzay kablosu. Karbon nanotüpler elektronik özellikleri de olağanüstü. Özellikle kayda değer nanotüpler kendi yapısına bağlı olarak metal veya yarı iletken olabileceği gerçektir. Diğer daha fazla silikon gibi davranır Bu durumda, bazı nano borucuklar, bakırın daha yüksek iletkenliğe sahiptir. Orada nanotüpler nano ölçekli elektronik cihazların inşası konusunu büyük ilgi görür ve bazı ilerlemeler bu alanda yapılmaktadır. Ancak, yararlı bir cihazı biz tanımlanmış bir desende nanotüpler binlerce düzenlemek gerekir ve biz henüz bunu başarmak için gerekli kontrolün diplomam yok inşa etmek üzere. Karbon nanotüpler zaten kullanılmakta olan teknolojinin birçok alan vardır. Bu düz panel ekranlar, tarama prob mikroskoplar ve algılama aygıtlarını içerir. Karbon nanotüpler benzersiz özellikleri kuşkusuz daha birçok uygulamalara yol açacaktır. Ve biz henüz bunu başarmak için gerekli kontrolün derecesini yok.

Nano boynuzları

Nanotüp kapakların benzer morfolojileri tek duvarlı karbon konileri İlk kez 1994 yılında Peter Harris, Edman Tsang ve arkadaşları tarafından hazırlanan (tık burada eden kağıt görmek için). Onlar fulleren kurum yüksek sıcaklık ısıl işlemlerle üretildi – tıklayın burada tipik bir resmi görmek için. Sumio Iijima grup sonradan onlar da grafit lazer ablasyon tarafından üretilen edilebileceğini gösterdi ve onlara adı “nanohorns” verdi. Bu grup nanohorns olağanüstü emme ve katalitik özelliklere sahip olduğunu göstermiştir.