Co to są nanorurki węglowe?

Naukowcy nie wiedzą wszystkiego węgiel w skrócie nanorurki lub CNT, ale wiedzą, że są to bardzo cienkie, lekkie, puste rurki zbudowane z atomów węgla. ZA węgiel nanorurka jest jak arkusz grafitu zwinięty w cylinder, z charakterystyczną sześciokątną siatką tworzącą arkusz. Nanorurki węglowe są bardzo małe; średnica jednej nanorurki węglowej wynosi jeden nanometr, co stanowi jedną dziesiątą tysięczną (1/10 000) średnicę ludzkiego włosa. Nanorurki węglowe można wytwarzać o różnej długości.

Nanorurki węglowe są klasyfikowane według ich struktur: nanorurki jednościenne (SWNT), nanorurki dwuścienne (DWNT) i nanorurki wielościenne (MWNT). Różne struktury mają indywidualne właściwości, które sprawiają, że nanorurki są odpowiednie do różnych zastosowań.

Ze względu na swoje unikalne właściwości mechaniczne, elektryczne i termiczne nanorurki węglowe stanowią ekscytujące możliwości badań naukowych oraz zastosowań przemysłowych i komercyjnych. CNT ma duży potencjał w branży kompozytów.

Płomienie świec tworzą naturalnie nanorurki węglowe. Jednak w celu zastosowania nanorurek węglowych w badaniach i rozwoju wytwarzanych towarów naukowcy opracowali bardziej niezawodne metody produkcji. Chociaż stosuje się wiele metod produkcji, chemiczne osadzanie z fazy gazowej, wyładowanie łukowe i ablacja laserowa są trzema najczęstszymi metodami wytwarzania nanorurek węglowych.

Podczas chemicznego osadzania z fazy gazowej nanorurki węglowe są hodowane z nasion nanocząstek metalu posypanych na podłożu i podgrzanych do 700 stopni Celsjusza (1292 stopni Fahrenheita). Dwa gazy wprowadzone do procesu rozpoczynają tworzenie nanorurek. (Ze względu na reaktywność między metalami a obwodami elektrycznymi czasami stosuje się tlenek cyrkonu metal na nasiona nanocząstek.) Chemiczne osadzanie z fazy gazowej jest najpopularniejszą metodą komercyjną produkcja.

Wyładowanie łukowe było pierwszą metodą stosowaną do syntezy nanorurek węglowych. Dwa pręty węglowe umieszczone od końca do końca są łukowo odparowywane, tworząc nanorurki węglowe. Chociaż jest to prosta metoda, nanorurki węglowe należy dalej oddzielić od pary i sadzy.

Ablacja laserowa paruje laser pulsujący i gaz obojętny w wysokich temperaturach. Impulsowy laser odparowuje grafit, tworząc nanorurki węglowe z oparów. Podobnie jak w przypadku metody wyładowania łukowego nanorurki węglowe muszą być dalej oczyszczane.

Nanorurki węglowe mają wiele cennych i unikalnych właściwości, w tym:

• Wysoka przewodność cieplna i elektryczna
• Właściwości optyczne
• Elastyczność
• Zwiększona sztywność
• Wysoka wytrzymałość na rozciąganie (100 razy mocniejsza niż stal na jednostkę masy)
• Lekki
• Zakres przewodnictwa elektrycznego
• Zdolność do manipulacji, ale pozostaje silna

W przypadku stosowania do tych właściwości mają ogromne zalety. Na przykład, w przypadku stosowania w polimerach, masowe nanorurki węglowe mogą poprawić właściwości elektryczne, termiczne i elektryczne produktów.

Obecnie nanorurki węglowe znajdują zastosowanie w wielu różnych produktach, a naukowcy nadal badają nowe kreatywne zastosowania.

Obecne aplikacje obejmują:

• Części rowerowe
• Turbiny wiatrowe
• Wyświetlacze z płaskim panelem
• Mikroskopy z sondą skanującą
• Urządzenia wykrywające
• Farby morskie
• Sprzęt sportowy, taki jak narty, kije baseballowe, kije hokejowe, strzały łucznicze i deski surfingowe
• Obwody elektryczne
• Baterie o dłuższej żywotności
• Elektronika

Przyszłe zastosowania nanorurek węglowych może obejmować:

• Odzież (odporna na przebicie i kuloodporna)
• Materiały półprzewodnikowe
• Statek kosmiczny
• Windy kosmiczne
• Panele słoneczne
• Lek na raka
• Ekrany dotykowe
• Magazynowanie energii
• Optyka
• Radar
• Biopaliwo
• LCD
• Submikroskopowe probówki

Podczas gdy wysokie koszty produkcji ograniczają obecnie zastosowania komercyjne, możliwości nowych metod produkcji i zastosowań są zachęcające. Wraz z poszerzaniem się wiedzy na temat nanorurek węglowych rośnie ich zastosowanie. Ze względu na unikalną kombinację ważnych właściwości nanorurki węglowe mogą zrewolucjonizować nie tylko codzienne życie, ale także badania naukowe i opiekę zdrowotną.

CNT to bardzo nowy materiał o krótkiej historii. Chociaż żadna z nich nie zachorowała w wyniku nanorurek, naukowcy głoszą ostrożność podczas obchodzenia się z nanocząstkami. Ludzie mają komórki, które mogą przetwarzać toksyczne i obce cząsteczki, takie jak cząsteczki dymu. Jednak jeśli pewna obca cząsteczka jest albo za duża, albo za mała, ciało może nie być w stanie uchwycić i przetworzyć tej cząstki. Tak było w przypadku azbestu.

Potencjalne zagrożenia dla zdrowia nie są powodem do niepokoju, jednak osoby pracujące z nanorurkami węglowymi i pracujące z nimi powinny podjąć niezbędne środki ostrożności, aby uniknąć narażenia.