Plik Nanorurki węglowe są to bardzo małe i bardzo cienkie rurki lub cylindry zbudowane wyłącznie z atomów węgla (C). Jego rurowa struktura jest widoczna tylko przez mikroskopy elektronowe. Jest to jednolity czarny materiał, złożony z bardzo małych wiązek lub wiązek kilkudziesięciu nanorurek, splecionych ze sobą w skomplikowaną sieć..
Przedrostek „nano” oznacza „bardzo mały”. Słowo „nano” użyte w pomiarze oznacza, że jest to jedna miliardowa pomiaru. Na przykład nanometr (nm) to jedna miliardowa część metra, czyli 1 nm = 10-9 m.
Każda maleńka nanorurka węglowa składa się z jednego lub więcej arkuszy grafitu owiniętych wokół siebie. Są one podzielone na jednościenne nanorurki (pojedynczy zwinięty arkusz) i wielościenne nanorurki (dwa lub więcej cylindrów jeden w drugim).
Nanorurki węglowe są bardzo mocne, mają dużą odporność na pękanie i są bardzo elastyczne. Bardzo dobrze przewodzą ciepło i prąd. Tworzą również bardzo lekki materiał.
Te właściwości sprawiają, że są one przydatne w różnych obszarach zastosowań, między innymi w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i elektronicznym. Znalazły również zastosowanie w medycynie, np. Do transportu i dostarczania leków przeciwnowotworowych, szczepionek, białek itp..
Jednak obchodzenie się z nim musi odbywać się przy użyciu sprzętu ochronnego, ponieważ wdychanie może spowodować uszkodzenie płuc..
Indeks artykułów
W społeczności naukowej istnieją różne opinie na temat tego, kto odkrył nanorurki węglowe. Chociaż istnieje wiele artykułów naukowych na temat tych materiałów, poniżej wymieniono tylko kilka ważnych dat..
- W 1903 roku francuski naukowiec Pélabon zaobserwował włókna węglowe w próbce (mikroskopy elektronowe nie były jeszcze dostępne w tym czasie).
- W 1950 roku fizyk Roger Bacon z firmy Union Carbide badał pewne próbki włókien węglowych i obserwował obrazy nanopuchów lub nanobigotów. nanowiskry) proste i wklęsłe.
- W 1952 roku rosyjscy naukowcy Raduszkiewicz i Łukjanowicz opublikowali zdjęcia zsyntetyzowanych przez siebie i uzyskanych za pomocą mikroskopu elektronowego obrazów nanorurek węglowych, na których wyraźnie widać, że są one puste..
- W 1973 roku rosyjscy naukowcy Bochvar i Gal'pern przeprowadzili serię obliczeń poziomów energii orbitali molekularnych, pokazując, że arkusze grafitu mogą skręcać się w „puste cząsteczki”..
- W 1976 roku Morinobu Endo zaobserwował włókna węglowe z pustym środkiem powstałe w wyniku pirolizy benzenu i ferrocenu w temperaturze 1000 ° C (piroliza to rodzaj rozkładu, który zachodzi podczas ogrzewania do bardzo wysokich temperatur bez obecności tlenu).
- W 1991 roku entuzjazm dla nanorurek węglowych został wywołany po zsyntetyzowaniu przez Sumio Iijima igieł węglowych wykonanych z pustych rurek przy użyciu techniki łuku elektrycznego..
- W 1993 roku Sumio Iijima i Donald Bethune (pracujący niezależnie od siebie) jednocześnie odkryli jednościenne nanorurki węglowe..
Według niektórych źródeł, być może zasługa odkrycia nanorurek węglowych należy przypisać rosyjskim naukowcom Raduszkiewiczowi i Łukjanowiczowi w 1952 r..
Uważa się, że nie przyznano im zasłużonego uznania, ponieważ w tamtym czasie istniała tzw. „Zimna wojna” i zachodni naukowcy nie mieli dostępu do rosyjskich artykułów. Ponadto niewielu wiedziało, jak tłumaczyć z języka rosyjskiego, co opóźniło tym bardziej, że ich badania można było analizować za granicą..
W wielu artykułach mówi się, że to Iijima odkrył nanorurki węglowe w 1991 roku. Jednak niektórzy badacze szacują, że wpływ prac Iijimy wynika z faktu, że nauka osiągnęła już wystarczający stopień dojrzałości, aby docenić znaczenie węgla nanorurki, nanomateriały.
Są tacy, którzy twierdzą, że w tamtych dziesięcioleciach fizycy na ogół nie czytali artykułów w czasopismach chemicznych, w których dyskutowano już o nanorurkach węglowych, iz tego powodu byli „zaskoczeni” artykułem Iijimy.
Ale to wszystko nie umniejsza wysokiej jakości pracy Iijimy z 1991 roku. I różnica zdań pozostaje.
- Nanorurki węglowe lub CNT. Nanorurki węglowe).
- Jednościenne nanorurki węglowe lub SWCNT. Jednościenne nanorurki węglowe).
- Wielościenne nanorurki węglowe lub MWCNT. Wielościenne nanorurki węglowe).
Nanorurki węglowe to bardzo cienkie i małe rurki lub cylindry, których strukturę można zobaczyć tylko pod mikroskopem elektronowym. Składają się z arkusza grafitu (grafenu) zwiniętego w rurkę.
Są to wydrążone cylindryczne cząsteczki złożone wyłącznie z atomów węgla. Atomy węgla ułożone są w postaci małych sześciokątów (sześciokątów sześciokątnych) podobnych do benzenu i połączonych ze sobą (skondensowane pierścienie benzenowe).
Rury mogą, ale nie muszą, być zatkane w swoich otworach i mogą być bardzo długie w porównaniu z ich średnicami. Odpowiadają one arkuszom grafitu (grafenu) zwiniętym w bezszwowe rury.
CNT to struktury poliaromatyczne. Wiązania między atomami węgla są kowalencyjne (to znaczy nie są jonowe). Te powiązania znajdują się na tej samej płaszczyźnie i są bardzo silne.
Siła wiązań C = C sprawia, że CNT są bardzo sztywne i mocne. Innymi słowy, ściany tych rur są bardzo mocne..
Połączenia poza płaszczyzną są bardzo słabe, co oznacza, że nie ma mocnych połączeń między jedną rurą a drugą. Są to jednak siły przyciągające, które pozwalają na tworzenie wiązek lub wiązek nanorurek..
Nanorurki węglowe dzielą się na dwie grupy: jednościenne nanorurki lub SWCNT. Jednościenna nanorura węglowa) i wielościenne nanorurki lub MWCNT. Wielowarstwowa węglowa rura NanoTube).
Jednościenne nanorurki węglowe (SWCNT) składają się z pojedynczego arkusza grafenu zwiniętego w cylinder, w którym wierzchołki sześciokątów idealnie pasują, tworząc bezszwową rurkę.
Wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) składają się z koncentrycznych cylindrów umieszczonych wokół wspólnego pustego środka, to znaczy z dwóch lub więcej pustych cylindrów umieszczonych jeden w drugim..
W zależności od sposobu walcowania arkusza grafenowego, wzór utworzony przez sześciokąty w CNT może mieć kształt krzesła, zygzaka, spiralny lub chiralny. A to wpływa na jego właściwości.
Nanorurki węglowe są stałe. Spotykają się, tworząc bukiety, wiązki, wiązki lub „struny” kilkudziesięciu nanorurek, splecionych ze sobą tworząc bardzo gęstą i skomplikowaną sieć.
Mają większą wytrzymałość na rozciąganie niż stal. Oznacza to, że mają wysoką odporność na pękanie pod wpływem stresu. W teorii mogą być setki razy silniejsze niż stal.
Są bardzo elastyczne, można je bez uszkodzenia zginać, skręcać i składać, a następnie przywracać do pierwotnego kształtu. Są bardzo lekkie.
Są dobrymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Mówi się, że mają bardzo wszechstronne zachowanie elektroniczne lub mają wysokie przewodnictwo elektroniczne.
Rury z CNT, których sześciokąty są ułożone na kształt fotela, mają właściwości metaliczne lub podobne do metali.
Te ułożone w zygzak i spiralnie mogą być metaliczne i półprzewodnikowe.
Ze względu na siłę wiązań między atomami węgla, CNT mogą wytrzymać bardzo wysokie temperatury (750 ° C przy ciśnieniu atmosferycznym i 2800 ° C w próżni)..
Końce nanorurek są bardziej reaktywne chemicznie niż części cylindryczne. Jeśli są poddawane utlenianiu, końce są najpierw utleniane. Jeśli rury są zamknięte, końce są otwarte.
Po potraktowaniu kwasem azotowym HNO3 lub kwas siarkowy H.dwapołudniowy zachód4 w pewnych warunkach CNT mogą tworzyć grupy typu karboksylowego -COOH lub grupy typu chinonowego O = C-C4H.4-C = O.
CNT o mniejszych średnicach są bardziej reaktywne. Nanorurki węglowe mogą zawierać w swoich kanałach wewnętrznych atomy lub cząsteczki innych gatunków.
Ze względu na to, że CNT nie mają na swojej powierzchni żadnej grupy funkcyjnej, jest bardzo hydrofobowy, czyli wyjątkowo słabo kompatybilny z wodą i nierozpuszczalny w niej ani w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych..
Jednak jeśli przereagują z niektórymi związkami, CNT mogą stać się rozpuszczalne. Na przykład z kwasem azotowym HNO3 można solubilizować w niektórych rozpuszczalnikach amidowych w określonych warunkach.
Czyste nanorurki węglowe są niezgodne biologicznie, co oznacza, że nie są kompatybilne ani powiązane z żywymi lub żywymi tkankami. Wytwarzają odpowiedź immunologiczną organizmu, ponieważ są uważane za agresywne elementy.
Z tego powodu naukowcy modyfikują je chemicznie w taki sposób, aby były akceptowane przez tkanki organizmu i mogły być wykorzystywane w zastosowaniach medycznych..
Mogą wchodzić w interakcje z makrocząsteczkami, takimi jak białka i DNA, które jest białkiem tworzącym geny istot żywych.
Nanorurki węglowe uzyskuje się z grafitu różnymi technikami, takimi jak odparowanie za pomocą impulsów laserowych, wyładowania łuku elektrycznego i chemiczne osadzanie z fazy gazowej..
Otrzymano je również z wysokociśnieniowego strumienia tlenku węgla (CO) przez katalityczny wzrost w fazie gazowej..
Obecność katalizatorów metalicznych w niektórych metodach produkcji pomaga w ustawianiu wielościennych nanorurek.
Jednak nanorurka węglowa nie jest cząsteczką, która zawsze okazuje się taka sama. W zależności od metody przygotowania i warunków uzyskuje się je o różnej długości, średnicy, strukturze, wadze, w wyniku czego mają różne właściwości..
Właściwości CNT sprawiają, że nadają się one do wielu różnych zastosowań.
Były stosowane w materiałach konstrukcyjnych dla elektroniki, optyki, tworzyw sztucznych i innych produktów z dziedziny nanotechnologii, przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego..
CNT łączono z polimerami, aby uzyskać wysokowydajne wzmocnione tkaniny i włókna polimerowe. Na przykład zostały użyte do wzmocnienia włókien poliakrylonitrylowych w celach obronnych..
Mieszanki CNT z polimerami można również zaprojektować tak, aby miały różne właściwości przewodzenia prądu. Poprawiają nie tylko wytrzymałość i sztywność polimeru, ale także poprawiają przewodnictwo elektryczne.
Włókna i tkaniny są również wytwarzane z CNT o wytrzymałości podobnej do aluminium i stali węglowej, ale które są znacznie lżejsze niż te. Z takich włókien zaprojektowano kamizelkę kuloodporną.
Zostały również wykorzystane do uzyskania bardziej odpornej ceramiki.
Nanorurki węglowe mają ogromny potencjał w elektronice próżniowej, nanourządzeniach i magazynowaniu energii.
CNT mogą działać jako diody, tranzystory i przekaźniki (urządzenia elektromagnetyczne, które umożliwiają otwieranie i zamykanie obwodów elektrycznych).
Mogą również emitować elektrony pod wpływem pola elektrycznego lub napięcia..
Zastosowanie CNT w czujnikach gazu sprawia, że są one małe, kompaktowe i lekkie oraz że można je łączyć z aplikacjami elektronicznymi.
Elektroniczna konfiguracja CNT sprawia, że czujniki są bardzo wrażliwe na bardzo małe ilości gazów, a ponadto CNT można dostosować chemicznie do wykrywania określonych gazów..
Ze względu na dużą powierzchnię, doskonałą stabilność chemiczną i bogatą w elektrony strukturę poliaromatyczną, CNT mogą adsorbować lub sprzęgać się z szeroką gamą cząsteczek terapeutycznych, takich jak leki, białka, przeciwciała, enzymy, szczepionki itp..
Okazały się doskonałymi środkami transportu i dostarczania leków, wnikając bezpośrednio do komórek i utrzymując lek w stanie nienaruszonym podczas transportu przez organizm..
Ta ostatnia umożliwia zmniejszenie dawki leku i jego toksyczności, zwłaszcza leków przeciwnowotworowych..
CNT okazały się przydatne w terapiach przeciwko rakowi, infekcjom, regeneracji tkanek, chorobom neurodegeneracyjnym oraz jako przeciwutleniacze..
Są również wykorzystywane w diagnostyce chorób, w niektórych analizach, takich jak bioczujniki, separacja leków i ekstrakcja związków biochemicznych..
Znajdują również zastosowanie w protezach ortopedycznych oraz jako materiał podporowy do wzrostu tkanki kostnej..
Sugerowano również ich zastosowanie jako materiałów na membrany akumulatorów i ogniw paliwowych, anody do akumulatorów litowo-jonowych, superkondensatory i filtry chemiczne..
Ich wysoka przewodność elektryczna i względna obojętność chemiczna sprawiają, że są one przydatne jako elektrody w reakcjach elektrochemicznych..
Mogą również przylegać do cząstek reagentów, a dzięki dużej powierzchni mogą pełnić funkcję nośników dla katalizatorów..
Mają również zdolność magazynowania wodoru, co jest bardzo przydatne w pojazdach napędzanych tym gazem, ponieważ CNT może być bezpiecznie transportowany..
Badania ujawniły trudności w ocenie toksyczności CNT. Wydaje się, że zależy to od takich cech, jak długość, sztywność, stężenie i czas trwania narażenia na CNT. Zależy to również od metody produkcji i czystości CNT..
Jednak zaleca się stosowanie sprzętu ochronnego podczas obchodzenia się z CNT, ponieważ istnieją badania, które wskazują na ich podobieństwo do włókien azbestowych oraz że wdychanie pyłu CNT może spowodować uszkodzenie płuc..
Jeszcze bez komentarzy