The Uhlíkové nanotrubice jsou to velmi malé a velmi tenké trubky nebo válce složené pouze z atomů uhlíku (C). Jeho tubulární struktura je viditelná pouze elektronovými mikroskopy. Jedná se o pevný černý materiál, který se skládá z velmi malých svazků nebo svazků několika desítek nanotrubiček, které jsou navzájem zapleteny a tvoří komplikovanou síť..
Předpona „nano“ znamená „velmi malá“. Slovo „nano“ použité v měření znamená, že se jedná o miliardtinu měření. Například nanometr (nm) je jedna miliardtina metru, tj. 1 nm = 10-9 m.
Každá drobná uhlíková nanotrubice je vyrobena z jednoho nebo více listů grafitu obalených kolem sebe. Jsou rozděleny do jednostěnných nanotrubiček (jeden válcovaný plech) a vícestěnných nanotrubiček (dva nebo více válců jeden uvnitř druhého).
Uhlíkové nanotrubice jsou velmi silné, mají vysokou odolnost proti rozbití a jsou velmi flexibilní. Vedou velmi dobře teplo a elektřinu. Tvoří také velmi lehký materiál.
Díky těmto vlastnostem jsou užitečné v různých oblastech použití, jako je například automobilový, letecký a elektronický průmysl. Používají se také v medicíně, například k přepravě a dodávce protinádorových léků, vakcín, proteinů atd..
Manipulace s ním však musí být prováděna pomocí ochranných pomůcek, protože při vdechování mohou způsobit poškození plic..
Rejstřík článků
Ve vědecké komunitě existují různé názory na to, kdo objevil uhlíkové nanotrubice. Ačkoli existuje mnoho výzkumných prací o těchto materiálech, níže je uvedeno pouze několik důležitých dat..
- V roce 1903 francouzský vědec Pélabon pozoroval uhlíková vlákna ve vzorku (elektronové mikroskopy dosud nebyly k dispozici).
- V roce 1950 studoval fyzik Roger Bacon ze společnosti Union Carbide určité vzorky uhlíkových vláken a pozoroval obrazy nano chmýří nebo nanobigotů. nanovlásky) rovné a duté.
- V roce 1952 ruští vědci Raduškevič a Lukyanovič publikovali fotografie obrazů uhlíkových nanotrubiček, které byly syntetizovány samy a byly získány elektronovým mikroskopem, kde je jasně pozorováno, že jsou duté.
- V roce 1973 dokončili ruští vědci Bochvar a Gal'pern sérii výpočtů energetických hladin molekulárních orbitalů, které ukazují, že grafitové desky se mohou stočit do „dutých molekul“..
- V roce 1976 společnost Morinobu Endo pozorovala uhlíková vlákna s dutým středem produkovaným pyrolýzou benzenu a ferrocenu při teplotě 1000 ° C (pyrolýza je typ rozkladu, ke kterému dochází při zahřívání na velmi vysoké teploty v nepřítomnosti kyslíku).
- V roce 1991 nastalo nadšení pro uhlíkové nanotrubice, když Sumio Iijima syntetizovala uhlíkové jehly vyrobené z dutých trubek pomocí techniky elektrického oblouku..
- V roce 1993 Sumio Iijima a Donald Bethune (pracující nezávisle na sobě) současně objevili jednostěnné uhlíkové nanotrubice..
Podle některých zdrojů informací by snad zásluhy za objev uhlíkových nanotrubiček měli mít v roce 1952 ruští vědci Raduškevič a Lukyanovič..
Předpokládá se, že jim nebyl udělen jejich zasloužený kredit, protože v té době existovala takzvaná „studená válka“ a západní vědci neměli přístup k ruským článkům. Navíc jen málokdo věděl, jak překládat z ruštiny, což ještě více zpozdilo, že jejich výzkum mohl být analyzován v zahraničí..
V mnoha článcích se říká, že Iijima byla tím, kdo objevil uhlíkové nanotrubice v roce 1991. Někteří vědci však odhadují, že dopad Iijimovy práce je způsoben skutečností, že věda již dosáhla dostatečného stupně zralosti, aby ocenila význam uhlíku nanotrubice, nanomateriály.
Existují lidé, kteří tvrdí, že v těch desetiletích fyzici obecně nečetli články v časopisech o chemii, kde se již diskutovalo o uhlíkových nanotrubičkách, a proto byli „překvapeni“ Iijimovým článkem.
Ale to vše nesnižuje vysokou kvalitu Iijimovy tvorby z roku 1991. A rozdíl v názorech přetrvává.
- Uhlíkové nanotrubice nebo CNT. Uhlíkové nanotrubičky).
- Jednostěnné uhlíkové nanotrubice nebo SWCNT. Jednostěnné uhlíkové nanotrubičky).
- Vícevrstvé uhlíkové nanotrubice neboli MWCNT. Vícevrstvé uhlíkové nanotrubičky).
Uhlíkové nanotrubice jsou velmi jemné a malé trubičky nebo válce, jejichž strukturu lze vidět pouze pomocí elektronového mikroskopu. Skládají se z listu grafitu (grafenu) válcovaného do trubky.
Jsou to vyhloubené válcové molekuly složené pouze z atomů uhlíku. Atomy uhlíku jsou uspořádány ve formě malých šestiúhelníků (šestistranné polygony) podobných benzenu a navzájem spojeny (kondenzované benzenové kruhy).
Trubky mohou nebo nemusí být ucpány na svých otvorech a mohou být extrémně dlouhé ve srovnání s jejich průměry. Jsou ekvivalentem plechů grafitu (grafenu) válcovaných do bezešvých trubek.
CNT jsou polyaromatické struktury. Vazby mezi atomy uhlíku jsou kovalentní (to znamená, že nejsou iontové). Tyto odkazy jsou ve stejné rovině a jsou velmi silné.
Díky síle vazeb C = C jsou CNT velmi tuhé a silné. Jinými slovy, stěny těchto trubek jsou velmi silné..
Spoje mimo rovinu jsou velmi slabé, což znamená, že mezi jednou trubkou a druhou nejsou žádné silné spoje. Jsou to však přitažlivé síly, které umožňují tvorbu svazků nebo svazků nanotrubiček..
Uhlíkové nanotrubice jsou rozděleny do dvou skupin: jednostěnné nanotrubice nebo SWCNT. Jednostěnná uhlíková NanoTube) a nanostrubice s více stěnami nebo MWCNT. Vícevrstvá uhlíková nanoTube).
Jednostěnné uhlíkové nanotrubice (SWCNT) se skládají z jediného grafenového listu svinutého do válce, kde vrcholy šestiúhelníků dokonale zapadají a tvoří bezešvou trubici.
Vícevrstvé uhlíkové nanotrubice (MWCNT) jsou tvořeny soustřednými válci umístěnými kolem společného dutého středu, tj. Dvěma nebo více dutými válci umístěnými jeden uvnitř druhého..
V závislosti na způsobu válcování grafenového listu může být vzor vytvořený šestiúhelníky v CNT: ve tvaru židle, ve tvaru cikcaku a spirálovitě nebo chirálně. A to ovlivňuje jeho vlastnosti.
Uhlíkové nanotrubice jsou pevné. Scházejí se a vytvářejí kytice, svazky, svazky nebo „řetězce“ několika desítek nanotrubiček, které jsou vzájemně propletené a vytvářejí velmi hustou a komplikovanou síť.
Mají pevnost v tahu větší než ocel. To znamená, že při namáhání mají vysokou odolnost proti rozbití. Teoreticky mohou být stokrát silnější než ocel.
Jsou velmi elastické, lze je ohnout, zkroutit a složit bez poškození a poté vrátit do původního tvaru. Jsou velmi lehké.
Jsou dobrými vodiči tepla a elektřiny. Říká se, že mají velmi univerzální elektronické chování nebo mají vysokou elektronickou vodivost.
Trubky CNT, jejichž šestiúhelníky jsou uspořádány do tvaru křesla, mají kovové chování nebo podobné chování kovů.
Ty, které jsou uspořádány do klikatého a spirálového tvaru, mohou být kovové a polovodičové.
Díky síle vazeb mezi atomy uhlíku mohou CNT vydržet velmi vysoké teploty (750 ° C za atmosférického tlaku a 2800 ° C ve vakuu)..
Konce nanotrubiček jsou chemicky reaktivnější než válcová část. Pokud jsou vystaveny oxidaci, jsou nejprve oxidovány konce. Pokud jsou zkumavky uzavřené, konce se otevřou.
Při působení kyselinou dusičnou HNO3 nebo kyselina sírová HdvaSW4 za určitých podmínek mohou CNT tvořit skupiny karboxylového typu -COOH nebo skupiny chinonového typu O = C-C4H4-C = O.
CNT s menšími průměry jsou reaktivnější. Uhlíkové nanotrubice mohou ve svých vnitřních kanálech obsahovat atomy nebo molekuly jiných druhů.
Vzhledem k tomu, že CNT nemají na svém povrchu žádnou funkční skupinu, je velmi hydrofobní, to znamená, že je extrémně špatně kompatibilní s vodou a není v ní rozpustný ani v nepolárních organických rozpouštědlech..
Pokud však CNT reagují s některými sloučeninami, mohou se stát rozpustnými. Například s kyselinou dusičnou HNO3 mohou být za určitých podmínek solubilizovány v některých rozpouštědlech amidového typu.
Čisté uhlíkové nanotrubice jsou biologicky nekompatibilní, což znamená, že nejsou kompatibilní nebo nesouvisí se životem nebo živými tkáněmi. Generují imunitní odpověď z těla, protože jsou považovány za agresivní prvky.
Z tohoto důvodu je vědci chemicky upravují takovým způsobem, aby byly přijaty tkáněmi těla a mohly být použity v lékařských aplikacích..
Mohou interagovat s makromolekulami, jako jsou proteiny a DNA, což je protein, který tvoří geny živých bytostí.
Uhlíkové nanotrubice se získávají z grafitu různými technikami, jako je odpařování pomocí laserových pulzů, výboje elektrickým obloukem a chemická depozice par..
Rovněž byly získány z vysokotlakého proudu oxidu uhelnatého (CO) katalytickým růstem v plynné fázi..
Přítomnost kovových katalyzátorů v některých výrobních metodách pomáhá vyrovnání vícestěnných nanotrubiček.
Uhlíková nanotrubice však není molekulou, která se vždy ukáže stejně. V závislosti na způsobu přípravy a podmínkách se získávají s různou délkou, průměrem, strukturou, hmotností a ve výsledku mají různé vlastnosti..
Díky vlastnostem CNT jsou vhodné pro nejrůznější použití.
Byly použity v konstrukčních materiálech pro elektroniku, optiku, plasty a další výrobky v oblasti nanotechnologií, letectví a automobilové výroby..
CNT byly kombinovány s polymery k výrobě vysoce výkonných vyztužených polymerních tkanin a vláken. Například se používají k vyztužení polyakrylonitrilových vláken pro obranné účely..
Směsi CNT s polymery mohou být také navrženy tak, aby měly různé elektricky vodivé vlastnosti. Zlepšují nejen pevnost a tuhost polymeru, ale také zvyšují vlastnosti elektrické vodivosti.
Vlákna a textilie se také vyrábějí z CNT s pevností podobnou pevnosti z hliníku a uhlíkové oceli, ale jsou mnohem lehčí než tyto. Pancíř byl navržen s takovými vlákny.
Používají se také k získání odolnější keramiky.
Uhlíkové nanotrubice mají velký potenciál ve vakuové elektronice, nanozařízeních a skladování energie.
CNT mohou fungovat jako diody, tranzistory a relé (elektromagnetická zařízení, která umožňují otevírání a zavírání elektrických obvodů).
Mohou také emitovat elektrony, když jsou vystaveny elektrickému poli nebo pokud je aplikováno napětí..
Použití CNT v plynových senzorech umožňuje, aby byly malé, kompaktní a lehké a aby je bylo možné kombinovat s elektronickými aplikacemi.
Díky elektronické konfiguraci CNT jsou senzory velmi citlivé na extrémně malé množství plynů a navíc lze CNT chemicky přizpůsobit pro detekci konkrétních plynů..
Díky své velké povrchové ploše, vynikající chemické stabilitě a elektronově bohaté polyaromatické struktuře mohou CNT adsorbovat nebo konjugovat s celou řadou terapeutických molekul, jako jsou léky, proteiny, protilátky, enzymy, vakcíny atd..
Ukázaly se jako vynikající prostředky pro transport a dodávání léků, pronikají přímo do buněk a udržují lék neporušený během jeho transportu tělem..
Druhá možnost umožňuje snížit dávku léku a jeho toxicitu, zejména protinádorové léky..
CNT se osvědčily v terapiích proti rakovině, infekcím, regeneraci tkání, neurodegenerativním onemocněním a jako antioxidanty..
Používají se také při diagnostice nemocí při určitých analýzách, jako jsou biosenzory, separace léčiv a extrakce biochemických sloučenin..
Používají se také v ortopedických protézách a jako podpůrný materiál pro růst kostní tkáně..
Jejich použití bylo také navrženo jako materiály pro baterie a membrány palivových článků, anody pro lithium-iontové baterie, superkondenzátory a chemické filtry..
Jejich vysoká elektrická vodivost a relativní chemická inertnost je činí užitečnými jako elektrody v elektrochemických reakcích..
Mohou také ulpívat na reaktantních částicích a díky své velké povrchové ploše mohou fungovat jako nosiče pro katalyzátory..
Mají také kapacitu pro skladování vodíku, což je velmi užitečné ve vozidlech, která jsou poháněna uvedeným plynem, protože s CNT by mohla být bezpečně přepravována..
Studie odhalily obtíže při hodnocení toxicity CNT. Zdá se, že to závisí na charakteristikách, jako je délka, tuhost, koncentrace a doba expozice CNT. Závisí to také na způsobu výroby a čistotě CNT..
Při manipulaci s CNT se však doporučuje používat ochranné prostředky, protože existují studie, které naznačují jejich podobnost s azbestovými vlákny a že vdechování prachu CNT může způsobit poškození plic..
Zatím žádné komentáře