Что такое нанотрубка?

Что такое нанотрубка?

Нанотрубка - это микроскопический материал, характеризующийся трубчатой ​​структурой.

Они называются нанотрубками, потому что их размер находится в нанометровом масштабе. В общем, это относится к углеродным нанотрубкам, которые состоят из углерода.

Углеродная нанотрубка состоит из цилиндрически закругленного листа бензольных колец, которые уложены без зазоров между ними. В этот цилиндр можно вставлять даже более тонкие трубки, однослойные нанотрубки (SWNT) для одного слоя и многослойные нанотрубки (MWNT: многослойная углеродная нанотрубка).

Применение нанотрубок

Углеродные нанотрубки часто используются в нанотехнологиях. Благодаря своей высокой проводимости и соотношению сторон они могут образовывать сети проводящих трубок.

Их сильная химическая связь также позволяет им увеличивать механическую прочность при использовании с полимерами, что делает их очень хорошими теплопроводящими материалами. Используя преимущества своих электронных и механических свойств, ожидается, что он будет использоваться в широком спектре областей в качестве основного материала для нанотехнологий. Примерами продуктов, в которых нанотрубки уже были использованы, являются теннисные ракетки, велосипедные рамы, динамики, наушники и электрические провода.

Принцип нанотрубок

Углеродные нанотрубки химически стабильны и чрезвычайно легки, их плотность примерно в два раза меньше, чем у алюминия. Тем не менее, они в 20 раз прочнее стали, в 1000 раз более устойчивы к плотности тока, чем медь, и имеют более высокую теплопроводность, чем медь.

1. Однослойные углеродные нанотрубки (SWNT)

Однослойные углеродные нанотрубки (SWNT) представляют собой бесшовные цилиндрические материалы, образованные из одного слоя графена. Электропроводность SWNT демонстрирует металлическое или полупроводниковое поведение, поскольку ширина запрещенной зоны изменяется в зависимости от метода намотки и диаметра графенового листа, образующего трубку.

2. Двуслойные углеродные нанотрубки (DWNT)

DWNT (двухслойные углеродные нанотрубки) имеют запрещенную зону, подходящую для полевых транзисторов. Однако их электрическое поведение очень сложное, что ограничивает их использование такими областями, как тонкопленочная электроника. Кроме того, селективная функционализация внешнего слоя позволяет применять контрастные агенты и терапевтические агенты в биологических системах.

3. Многослойные углеродные нанотрубки (MWNT)

Многослойные углеродные нанотрубки (MWNT) проще в массовом производстве и менее дороги за единицу, чем их однослойные аналоги (SWNT). В то время как функционализация обычно приводит к разрыву двойных связей углерода и изменению свойств, многослойные углеродные нанотрубки могут сохранять свои первоначальные свойства, поскольку модифицируются только внешние слои.

Для внедрения новых свойств для конкретных применений необходимо модифицировать поверхность углеродных нанотрубок, чтобы сделать их растворимыми в различных растворителях, улучшить их функциональность, придать им дисперсность, совместимость и т. д. Это возможно, вызывая реакцию окисления с использованием кислоты, озона, плазмы и т. д. Например, когда генерируется гидроксильная группа или карбоксильная группа, создается полярность, может быть получена растворимость и может быть увеличено сродство к различным полимерам.

Другая информация о нанотрубках

1. Практическое применение нанотрубок

Нанотрубки могут быть синтезированы с помощью лазерной абляции, дугового разряда и химического осаждения из паровой фазы (CVD). Среди этих подходов метод CVD является наиболее осуществимым для промышленного массового производства.

Метод суперроста - это чрезвычайно инновационный метод синтеза, при котором в атмосферу синтеза метода CVD добавляется чрезвычайно малое количество воды (порядка ppm), что приводит к сроку службы катализатора в десятки минут вместо обычных нескольких секунд. SWCNT можно синтезировать из очень малых количеств катализатора.

В частности, по сравнению с обычными УНТ, УНТ, полученные методом суперроста, характеризуются высоким соотношением сторон, высокой чистотой и большой площадью поверхности и, как ожидается, будут применяться в новых функциональных материалах с новыми функциями и характеристиками. В частности, ожидается, что он будет применяться в инновационных материалах, таких как высокопроизводительные резиновые материалы и материалы с высокой теплопроводностью, и ожидается, что спрос на эти материалы будет расти.

2. Недостатки нанотрубок

Было отмечено, что углеродные нанотрубки имеют канцерогенные и другие риски при вдыхании человеческим организмом.

Еще одна проблема заключается в том, что углеродные нанотрубки дороже других материалов. Есть надежда, что внедрение технологии массового производства приведет к снижению цен в будущем.