أنابيب الكربون النانوية: إيجابيات وسلبيات

أنابيب الكربون أو المركز الوطني للاستشعار هو ليس مصطلحا جديدا في السيناريو الحالي في الواقع هو متآصل من الكربون تقاسم البنية النانوية أسطواني. على طول إلى قطر الأنابيب النانوية يكمن في بين 132،000،000: 1، ولها خصائص رائعة جدا لاستخدامها في تكنولوجيا النانو، والبصريات، وعلم المواد والالكترونيات وغيرها من المجالات العلمية. بسبب التوصيل الحراري غير عادية، وتستخدم الخواص الميكانيكية والكهربائية أنابيب الكربون النانوية والمواد المضافة لمختلف المواد الإنشائية على سبيل المثال، في مضارب البيسبول وقطع غيار السيارات ونوادي الجولف نانوتيوب تشكل نسبة ضئيلة جدا من المواد. الأنابيب النانوية هي أعضاء في الأسرة الفوليرين التي تضم أيضا بوكي وينتهي من هذه الأنابيب النانوية يمكن أن توج مع نصف الكرة الأرضية من بوكي. وقد استمدت اسمها من طويلة، هيكلها جوفاء مع الجدران التي شكلتها أوراق ذرة واحدة سميكة من الكربون المعروفة باسم الجرافين. ثم يتم إرجاع هذه الأوراق في محددة وdicrete زاوية ومزيج من زاوية المتداول ونصف قطرها يقرر خصائص هذه الأنابيب النانوية. الأنابيب النانوية هي إما الأنابيب النانوية أحادية الجدار (SWNTs) أو الأنابيب النانوية متعددة الجدران (MWNTs). تقام الجسيمات من الأنابيب النانوية معا عن طريق قوى فان دير فال. كيمياء الكم التطبيقية خصيصا التهجين المداري يصف أفضل الروابط الكيميائية في نفوسهم. وتتكون الروابط الكيميائية أساسا من سندات SP2 مشابهة لتلك التي تحدث في الجرافيت وأقوى من أواصر SP3 وجدت في الماس والألكانات وهكذا هي المسؤولة عن قوة كبيرة من هذه الهياكل.

خلفية تاريخية

في عام 1952، نشرت LV Radushkevich وLM Lukyanovich صور واضحة من 50 أنابيب نانومتر تتكون من الكربون في مجلة السوفيتي الكيمياء الفيزيائية ولكن المادة فشلت في إثارة الاهتمام لدى علماء الغرب لأنها نشرت في اللغة الروسية والوصول لا تفتح أبوابها الحرب الباردة. جعل اختراع المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) تصور هذه الهياكل الممكنة. وأشارت الورقة التي نشرتها اوبرلين، إندو وكوياما في عام 1976 حول ألياف الكربون جوفاء مع قطر مقياس متناهي الصغر باستخدام تقنية النمو البخار. في عام 1979، قدم جون أبراهامسون دليل على أنابيب الكربون النانوية في المؤتمر كل سنتين ال14 على الكربون من جامعة ولاية بنسلفانيا.

الفضل كله إلى الاهتمام الحالي في أنابيب الكربون يذهب إلى اكتشاف بكمنستر C60 وغيرها من الفلورين الحليفة في عام 1985. اكتشاف أن الكربون يمكن أن تشكل هياكل مستقرة أخرى بصرف النظر عن الجرافيت والماس أجبر الباحثون إلى إيجاد أشكال جديدة من الكربون و وجاءت النتيجة في شكل C60 التي يمكن توفيرها في جميع المختبرات في جهاز قوس تبخر بسيط. سوميو Lijima، اكتشف عالم ياباني والمتعلقة الفوليرين nanaotube الكربون باستخدام جهاز قوس تبخر بسيط في عام 1991. وقدمت الأنابيب تتكون من طبقتين بقطر يتراوح 3-30 نانومتر، وأغلق عند كلا الطرفين. في عام 1993 تم اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية واحدة الطبقات التي يبلغ قطرها 1-2 نانومتر، ويمكن أن تكون منحنية لكنهم فشلوا في خلق الكثير من الاهتمام بين الباحثين كما كانت ناقصة هيكليا لذلك يعكف الباحثون الآن لتحسين خصائص تحفيزية من هذه الأنابيب النانوية.

الأنابيب النانوية المسورة واحدة (SWNTs)

تشترك معظم الأنابيب النانوية المسورة واحدة قطرها بالقرب 1nm بطول مليون مرة لفترة أطول وهيكل يمكن تصوره عن طريق لف طبقة ذرة واحدة سميكة من الجرافيت ودعا الجرافين في اسطوانة سلس. الطريقة التي يتم من خلالها ملفوفة الجرافين في يمثلها زوج من المؤشرات (ن، م) والأعداد الصحيحة ن وم تمثل ناقلات وحدة على طول الاتجاهين في شعرية الكريستال مشط العسل من الجرافين. إذا م = 0 ثم تسمى الأنابيب النانوية كما الأنابيب النانوية متعرجة وإذا ثم ما يطلق عليه كرسي إلا أنها انطباقي ن = م. وSWNTs هي متنوعة هامة جدا من الأنابيب النانوية بسبب خصائصها تتغير مع تغير في قيم ن وم، وتستخدم على نطاق واسع في تطوير أول ترانزستور تأثير المجال الجزيئات. انخفض سعر هذه الأنابيب النانوية في العصر الحاضر.

الأنابيب النانوية وليد متعددة (MWNTs)

وهي تتألف من طبقات متعددة تدحرجت من الجرافين هناك نوعان من الطبقات التي يمكن أن تحدد أفضل بنية هذه الأنابيب النانوية. يقول نموذج الدمية الروسية أن يتم ترتيب طبقات من الجرافيت في اسطوانات متحدة المركز على سبيل المثال أنابيب الجدران واحد داخل أنابيب الجدران واحد. يقول نموذج شهادة جامعية أن ورقة واحدة من الجرافيت يتم إرجاع حول نفسها تشبه صحيفة تدحرجت. المسافة البينية في هذه الأنابيب النانوية هي 3.4. يعتبر نموذج الدمية الروسية عموما في حين دراسة هيكل MWNTs. الأنابيب النانوية الجدران المزدوجة (DWNTs) هي نوع خاص من الأنابيب النانوية مع مورفولوجيا وخصائص مشابهة لMWNTs مع درجة عالية من تحسين المقاومة ضد المواد الكيميائية.

نتوء مستدير

وnanotorus هو عازمة أنابيب الكربون في شكل الحيد ويحمل العديد من الخصائص الفريدة مثل عزم مغناطيسي 1000 مرة أكثر. الاستقرار الحراري والعزم المغناطيسي يعتمد على دائرة نصف قطرها من الحيد وكذلك نصف قطر الأنبوب.

Nanobud

يتم إنشاء Nanobuds حديثا المواد التي الانضمام إلى اثنين المتآصلة من الكربون وهي أنابيب الكربون النانوية والفلورين. في هذه المواد الفوليرين مثل البراعم والمستعبدين تساهميا إلى الجوانب الخارجية للأنابيب الأساسي. هذه المواد الجديدة تشترك في خصائص كل من الفلورين، أنابيب الكربون النانوية. من المفترض أن تكون بواعث المجال جيدة.

أنابيب الكربون النانوية Graphenated

أنها وضعت حديثا نسبيا المواد المختلطة تجمع بين foliates غرافيتي نمت على طول الجدران الجانبية من أنابيب multiwalled. وأفادت ستونر وزملاء العمل أن هذه المواد المختلطة عززت قدرة supercapacitor.

Peapod

peapod الكربون هو مادة هجين جديدة تتألف من شبكة من الفوليرين محاصرين داخل أنابيب الكربون. انها تمتلك مثيرة للاهتمام المغناطيسية والتدفئة وخصائص اضاءة.

الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس

وهي تختلف عن المواد 1D شبه الأخرى الكربون التي تتصرف الموصلات المعدنية كما شبه الإلكترونات. ويرجع ذلك إلى وجود التراص المجهرية من طبقات الجرافين سلوك شبه موصلة من هذه الهياكل.

أنابيب الكربون النانوية المتطرفة

وذكر أطول الأنابيب النانوية الكربونية عام 2009 قياس 18.5 سم نمت على ركائز سي باستخدام طريقة ترسيب الأبخرة الكيميائية وتمثل صفائف موحدة كهربائيا من أنابيب الكربون النانوية المسورة واحدة. كان Cycloparaphenylene أقصر nantube الكربون التي أعلن عنها في عام 2009. ونحافة أنابيب الكربون هو كرسي يبلغ قطرها 3.

الخصائص

1. قوة

أنابيب الكربون النانوية لديها أقوى قوة الشد ومعامل المرونة بين جميع المواد بعد اكتشافها. ويرجع ذلك إلى وجود التهجين SP2 بين ذرات الكربون الفردية قوة الشد. وذكرت تقارير ان قوة الشد من أنبوب متعددة الجدران لتكون 63 gigapascals (جيد جدا) في عام 2000. لمزيد من الدراسات التي أجريت في عام 2008 وجدت أن قذيفة من هذه الأنابيب هي 100 قوة gigapascals والتي هي في اتفاق جيد مع نماذج الكم. منذ هذه الأنابيب لديها كثافة منخفضة قوتها عالية. إذا أعطيت سلالة الشد المفرط لهذه الأنابيب أنها تخضع لتشوه البلاستيك مما يعني أن تتغير بشكل دائم. على الرغم من أن قوة من أنابيب الفردية العالية جدا ولكن ضعف التفاعلات القص بين قذائف المجاورة وأنابيب يؤدي إلى إضعاف قوة أنابيب متعددة الجدران. كما أنها ليست قوية عندما مضغوط. بسبب هيكلها جوفاء وارتفاع نسبة الارتفاع التي تظهر التواء عندما يوضع تحت ضغط الالتواء أو الانحناء.

2. صلابة

يمكن أن الأنابيب النانوية أحادية الجدار القياسية تحمل ضغط حول 24GPa دون مشوه، ويمكن أن تخضع التحول إلى الأنابيب النانوية المرحلة سوبيرهارد. أقصى قدر من الضغط التسامح في ظل التقنيات التجريبية الحالية هو 55 جيغا. ولكن هذه الأنابيب النانوية سوبيرهارد يمكن أن ينهار تحت ضغط أعلى من 55 جيغا. معامل الجزء الأكبر من هذه الأنابيب النانوية هو 462-546 برنامج العمل العالمي أعلى من ذلك بكثير من الماس.

3. خصائص الحركية

الأنابيب النانوية متعددة الجدران هي الأنابيب النانوية متعددة متحدة المركز مطوية داخل بعضها البعض والموهوبين مع ضرب teleoscopic الملكية حيث الانبوب الداخلي قد ينزلق دون احتكاك داخل غلافه الخارجي وبالتالي، خلق تأثير التناوب. ولعل هذا هو من الأمثلة الحقيقية الأولى لتكنولوجيا النانو الجزيئية مفيدة في صنع الآلات. وقد تم بالفعل استخدام هذه الخاصية في صنع أصغر محرك التناوب في العالم.

4. خصائص الكهربائية

التماثل والتركيب الإلكتروني الفريد من الجرافين هي المسؤولة عن توفير الكربون naotubes الخواص الكهربائية للدهشة بهم. وقد لوحظ الموصلية الفائقة الجوهرية في الأنابيب النانوية وإنما هو مسألة مثيرة للجدل في السياق الحالي.

5. الموجة امتصاص

خصائص عملت مؤخرا من أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران هي كفاءتها لإظهار امتصاص الموجات الدقيقة وهي المساحة الحالية للبحث من قبل الباحثين عن رادار امتصاص المواد (RAM) وذلك لتوفير قوة أفضل للطائرات والمركبات العسكرية. هذا البحث هو قيد التنفيذ حيث يحاول الباحثون لملء MWNTs مع المعادن مثل الحديد والنيكل أو الكوبالت لزيادة فعالية هذه الأنابيب لنظام الميكروويف وأظهرت النتائج تحسنا في أقصى قدر من الاستيعاب وسعة الاستيعاب الكافي.

6. الخصائص الحرارية

ويعتقد أن جميع الأنابيب النانوية عموما أن يكون الموصلات الحرارية جيدة واظهار خاصية التوصيل الباليستية.

عيوب

يؤثر عيوب بلورية الممتلكات المادية من أي مادة ويرجع الخلل إلى وجود شواغر الذرية ومثل هذه العيوب يمكن أن تقلل من قوة الشد من المواد إلى حوالي 85٪. ويلز عيب قوي يخلق البنتاغون والمسبع من إعادة ترتيب السندات. قوة الشد من أنابيب الكربون النانوية تعتمد من الجزء الأضعف. يؤثر عيوب بلورية أيضا الخواص الكهربائية للأنابيب عن طريق خفض الموصلية. يؤثر الخلل Crystallograhic أيضا التوصيل الحراري للأنابيب مما أدى إلى تشتت الطاقة الصوتية يقلل من متوسط ​​المسار الحر.

التطبيقات

وتستخدم الأنابيب النانوية على نطاق واسع في صنع نصائح من تحقيقات مجهرية القوة الذرية. كما أنها تستخدم في هندسة الأنسجة بصفتها سقالة لنمو العظام. قوتها المحتملة يساعدهم على أن تستخدم كمادة حشو لزيادة قوة الشد من الأنابيب النانوية الأخرى. الملكية الميكانيكية بهم يساعدهم على أن تستخدم في صنع الملابس والسترات الرياضية والمصاعد الفضائية. كما أنها تستخدم في صنع الدوائر الكهربائية، كابلات الأسلاك الإعلانية.


الوقت بعد: 2015/12/16