Det Carbon nanorør de er meget små og meget tynde rør eller cylindre, der kun består af kulstofatomer (C). Dens rørformede struktur er kun synlig gennem elektronmikroskoper. Det er et solidt sort materiale, der består af meget små bundter eller bundter af flere dusin nanorør, viklet ind i hinanden og danner et kompliceret netværk..
Præfikset "nano" betyder "meget lille." Ordet "nano" brugt til måling betyder, at det er en milliarddel af en måling. For eksempel er et nanometer (nm) en milliarddel meter, det vil sige 1 nm = 10-9 m.
Hver lille kulstof-nanorør består af et eller flere ark grafit, der er viklet rundt om sig selv. De klassificeres i enkeltvæggede nanorør (et enkelt valset ark) og flervæggede nanorør (to eller flere cylindre inden i hinanden).
Carbon-nanorør er meget stærke, har en høj modstandsdygtighed over for brud og er meget fleksible. De leder varme og elektricitet meget godt. De udgør også et meget let materiale.
Disse egenskaber gør dem nyttige inden for forskellige anvendelsesområder, såsom bilindustrien, luftfarts- og elektronikindustrien, blandt andre. De er også blevet brugt i medicin, for eksempel til transport og levering af kræftlægemidler, vacciner, proteiner osv..
Håndteringen skal dog ske med beskyttelsesudstyr, da det ved indånding kan forårsage lungeskader..
Artikelindeks
Der er forskellige meninger i det videnskabelige samfund om, hvem der opdagede kulstofnanorør. Selv om der er mange forskningsopgaver om disse materialer, nævnes kun nogle få vigtige datoer nedenfor..
- I 1903 observerede den franske videnskabsmand Pélabon kulstoffilamenter i en prøve (elektronmikroskoper var endnu ikke tilgængelige på dette tidspunkt).
- I 1950 studerede fysikeren Roger Bacon fra firmaet Union Carbide visse prøver af kulfibre og observerede billeder af nano-fluff eller nanobigots. nanowhiskers) lige og hule.
- I 1952 offentliggjorde de russiske forskere Radushkevich og Lukyanovich fotos af billeder af kulstofnanorør, der var syntetiseret af sig selv og opnået med et elektronmikroskop, hvor det tydeligt observeres, at de er hule.
- I 1973 afsluttede russiske forskere Bochvar og Gal'pern en række beregninger af energiniveauerne af molekylære orbitaler, der viser, at grafitark kan vride sig selv til "hule molekyler"..
- I 1976 observerede Morinobu Endo kulfibre med et hul center produceret ved pyrolyse af benzen og ferrocen ved 1000 ° C (pyrolyse er en type nedbrydning, der opstår ved opvarmning til meget høje temperaturer i fravær af ilt).
- I 1991 blev entusiasmen for kulstofnanorør udløst efter Sumio Iijima syntetiserede kulstofnåle fremstillet af hule rør ved hjælp af den elektriske lysbue-teknik..
- I 1993 opdagede Sumio Iijima og Donald Bethune (der arbejder uafhængigt af hinanden) samtidigt enkeltvæggede kulstofnanorør..
Ifølge nogle informationskilder skal æren for opdagelsen af kulstofnanorør måske gives til de russiske forskere Radushkevich og Lukyanovich i 1952.
Man antager, at de ikke fik deres fortjente kredit, fordi den såkaldte "kolde krig" på det tidspunkt eksisterede, og vestlige forskere ikke havde adgang til russiske artikler. Derudover vidste ikke mange, hvordan man oversatte fra russisk, hvilket forsinkede endnu mere, at deres forskning kunne analyseres i udlandet..
I mange artikler siges det, at Iijima var den, der opdagede kulstofnanorør i 1991. Imidlertid vurderer nogle forskere, at virkningen af Iijimas arbejde skyldes, at videnskaben allerede havde nået en tilstrækkelig grad af modenhed til at forstå værdien af kulstof nanorør. nanomaterialer.
Der er dem, der bekræfter, at fysikere i disse årtier generelt ikke læste artikler i kemitidsskrifter, hvor kulstofnanorør allerede var diskuteret, og at de derfor blev "overrasket" over Iijimas artikel.
Men alt dette mindsker ikke den høje kvalitet af Iijimas arbejde fra 1991. Og meningsforskellen forbliver.
- Carbon nanorør eller CNT'er. Carbon NanoTubes).
- Enkeltvæggede kulstofnanorør eller SWCNT'er. Enkeltvæggede carbon NanoTubes).
- Multi-walled Carbon Nanorør eller MWCNT'er. Multi-Walled Carbon NanoTubes).
Carbon-nanorør er meget fine og små rør eller cylindre, hvis struktur kun kan ses med et elektronmikroskop. De består af et ark grafit (grafen) rullet ind i et rør.
De er udhulede cylindriske molekyler, der udelukkende består af kulstofatomer. Kulstofatomer er arrangeret i form af små sekskanter (6-sidede polygoner) svarende til benzen og bundet sammen (kondenserede benzenringe).
Rørene kan måske ikke være tilstoppet ved deres åbninger og kan være ekstremt lange sammenlignet med deres diameter. De svarer til ark af grafit (grafen) rullet ind i sømløse rør.
CNT'er er polyaromatiske strukturer. Bindingerne mellem kulstofatomer er kovalente (dvs. de er ikke ioniske). Disse links er inden for samme plan og er meget stærke.
Styrken af C = C obligationer gør CNT'er meget stive og stærke. Med andre ord er væggene på disse rør meget stærke..
Fuger uden for planet er meget svage, hvilket betyder, at der ikke er nogen stærke samlinger mellem det ene rør og et andet. De er imidlertid attraktive kræfter, der tillader dannelse af bundter eller bundter af nanorør..
Kulstofnanorør er opdelt i to grupper: enkeltvæggede nanorør eller SWCNT'er. Single-Wall Carbon NanoTube) og flervæggede nanorør eller MWCNT'er. Multi-Wall Carbon NanoTube).
Enkeltvæggede kulstofnanorør (SWCNT) består af et enkelt grafenark rullet ind i en cylinder, hvor sekskanterne i hjørnerne passer perfekt til at danne et sømløst rør.
Multi-walled carbon nanorør (MWCNT) består af koncentriske cylindre placeret omkring et fælles hulcenter, det vil sige to eller flere hule cylindre placeret indeni hinanden..
Afhængigt af den måde, grafenarket rulles på, kan mønsteret dannet af sekskanterne i CNT'erne være: stolformet, zigzagformet og spiralformet eller chiral. Og dette påvirker dets egenskaber.
Carbon nanorør er faste. De kommer sammen for at danne buketter, bundter, bundter eller "strenge" af flere dusin nanorør, viklet ind i hinanden og danner et meget tæt og kompliceret netværk.
De har en trækstyrke, der er større end stål. Dette betyder, at de har en høj modstandsdygtighed over for brud, når de udsættes for stress. I teorien kan de være hundreder af gange stærkere end stål.
De er meget elastiske, de kan bøjes, vrides og foldes uden skader og derefter vendes tilbage til deres oprindelige form. De er meget lette.
De er gode ledere af varme og elektricitet. De siges at have meget alsidig elektronisk adfærd eller at have høj elektronisk ledningsevne.
Rørene af CNT'er, hvis sekskanter er arrangeret i form af en lænestol, har metallisk opførsel eller ligner metaller.
De, der er arrangeret i zigzag og spiralformet form, kan være metalliske og halvledere.
På grund af styrken af bindingerne mellem deres kulstofatomer kan CNT'er modstå meget høje temperaturer (750 ° C ved atmosfærisk tryk og 2800 ° C under vakuum)..
Enderne af nanorørene er kemisk mere reaktive end den cylindriske del. Hvis de udsættes for oxidation, oxideres enderne først. Hvis rørene er lukket, åbner enderne.
Ved behandling med salpetersyre HNO3 eller svovlsyre HtoSW4 under visse betingelser kan CNT'er danne grupper af carboxyl-type -COOH eller quinon-type grupper O = C-C4H4-C = O.
CNT'er med mindre diametre er mere reaktive. Carbon-nanorør kan indeholde atomer eller molekyler af andre arter i deres indre kanaler.
På grund af det faktum, at CNT'er ikke har nogen funktionel gruppe på deres overflade, er det meget hydrofobt, dvs. det er ekstremt dårligt kompatibelt med vand og er ikke opløseligt i det eller i ikke-polære organiske opløsningsmidler..
Men hvis de reageres med nogle forbindelser, kan CNT'er blive opløselige. For eksempel med salpetersyre HNO3 kan opløses i nogle opløsningsmidler af amidtypen under visse betingelser.
Rene kulstofnanorør er biokompatible, hvilket betyder, at de ikke er kompatible eller relaterede til liv eller levende væv. De genererer et immunrespons fra kroppen, da de betragtes som aggressive elementer.
Af denne grund modificerer forskere dem kemisk på en sådan måde, at de accepteres af kroppens væv og kan bruges i medicinske applikationer..
De kan interagere med makromolekyler som proteiner og DNA, som er det protein, der udgør generne af levende væsener.
Kulstofnanorør fås fra grafit ved forskellige teknikker, såsom fordampning ved hjælp af laserimpulser, lysbueudladninger og kemisk dampaflejring..
De er også opnået fra en højtryksstrøm af carbonmonoxid (CO) ved katalytisk vækst i gasfasen..
Tilstedeværelsen af metalliske katalysatorer i nogle produktionsmetoder hjælper med tilpasningen af flervæggede nanorør.
En kulstofnanorør er imidlertid ikke et molekyle, der altid viser sig at være det samme. Afhængigt af fremstillingsmetoden og betingelserne opnås de med forskellig længde, diameter, struktur, vægt og som et resultat har de forskellige egenskaber..
Egenskaberne ved CNT'er gør dem egnede til en lang række anvendelser.
De er blevet brugt i strukturelle materialer til elektronik, optik, plast og andre produkter inden for nanoteknologi, luftfart og bilproduktion..
CNT'er er blevet kombineret med polymerer for at fremstille højtydende forstærkede polymerstoffer og fibre. For eksempel er de blevet brugt til at forstærke polyacrylonitrilfibre til forsvarsformål..
Blandinger af CNT'er med polymerer kan også designes til at have forskellige elektrisk ledende egenskaber. De forbedrer ikke kun styrken og stivheden af polymeren, men tilføjer også elektriske ledningsegenskaber.
Fibre og stoffer fremstilles også af CNT'er med styrker svarende til aluminium og kulstofstål, men som er meget lettere end disse. Body rustning er designet med sådanne fibre.
De er også blevet brugt til at opnå mere modstandsdygtig keramik.
Kulstofnanorør har et stort potentiale inden for vakuumelektronik, nanordrivere og energilagring.
CNT'er kan fungere som dioder, transistorer og relæer (elektromagnetiske enheder, der muliggør åbning og lukning af elektriske kredsløb).
De kan også udsende elektroner, når de udsættes for et elektrisk felt, eller hvis der påføres en spænding..
Brug af CNT'er i gassensorer gør det muligt for disse at være små, kompakte og lette, og at de kan kombineres med elektroniske applikationer.
Den elektroniske konfiguration af CNT'er gør sensorerne meget følsomme over for ekstremt små mængder gasser, og desuden kan CNT'er kemisk tilpasses til at detektere specifikke gasser..
På grund af deres høje overfladeareal, fremragende kemiske stabilitet og elektronrige polyaromatiske struktur kan CNT'er adsorbere eller konjugere med en lang række terapeutiske molekyler, såsom lægemidler, proteiner, antistoffer, enzymer, vacciner osv..
De har vist sig at være fremragende køretøjer til transport og levering af stoffer, der trænger direkte ind i cellerne og holder stoffet intakt under transporten gennem kroppen..
Sidstnævnte gør det muligt at reducere dosis af lægemidlet og dets toksicitet, især kræftlægemidler..
CNT'er har vist sig nyttige i behandlinger mod kræft, infektioner, vævsregenerering, neurodegenerative sygdomme og som antioxidanter..
De anvendes også til diagnosticering af sygdomme i visse analyser, såsom biosensorer, lægemiddelseparation og ekstraktion af biokemiske forbindelser..
De bruges også i ortopædiske proteser og som et støttemateriale til vækst af knoglevæv..
Deres anvendelse er også blevet foreslået som materialer til batteri- og brændselscellemembraner, anoder til lithiumionbatterier, superkondensatorer og kemiske filtre..
Deres høje elektriske ledningsevne og relative kemiske inaktivitet gør dem nyttige som elektroder i elektrokemiske reaktioner..
De kan også klæbe til reaktantpartikler, og på grund af deres store overfladeareal kan de fungere som bærere til katalysatorer..
De har også kapacitet til at opbevare brint, hvilket er meget nyttigt i køretøjer, der kører på nævnte gas, da det med CNT'er kunne transporteres sikkert..
Undersøgelser har afsløret vanskeligheder med at evaluere toksiciteten af CNT'er. Dette synes at afhænge af egenskaber som længde, stivhed, koncentration og varighed af eksponering for CNT'er. Det afhænger også af produktionsmetoden og renheden af CNT'erne..
Det anbefales dog at bruge beskyttelsesudstyr ved håndtering af CNT'er, da der er undersøgelser, der viser deres lighed med asbestfibre, og at indånding af CNT-støv kan forårsage lungeskader..
Endnu ingen kommentarer