Kohlenstoffnanoröhren sind unglaubliche Dinge. Sie können stärker als Stahl sein, während sie dünner als ein menschliches Haar sind.
Sie sind auch sehr stabil, leicht und haben unglaubliche elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften . Aus diesem Grund haben sie das Potenzial für die Entwicklung von viele interessante zukünftige Materialien .
Sie können auch den Schlüssel zum Aufbau der Materialien und Strukturen der Zukunft enthalten, wie z. Weltraumaufzüge.
Hier untersuchen wir, was sie sind, wie sie hergestellt werden und welche Anwendungen sie haben . Dies ist keine vollständige Anleitung und dient nur als Kurzübersicht.
VERBINDUNG: DIESE KOHLENSTOFF-NANOTUBES KÖNNTEN GERÄTE DURCH KLEIDUNG ANTRIEBEN
Was sind Kohlenstoffnanoröhren und ihre Eigenschaften?
Kohlenstoffnanoröhren kurz CNTs sind, wie der Name schon sagt, winzige zylindrische Strukturen aus Kohlenstoff. CNTs bestehen jedoch nicht aus Kohlenstoff, sondern aus aufgerollten Schichten einer einzelnen Schicht von Kohlenstoffmolekülen, die als Graphen bezeichnet werden.
Sie kommen in der Regel in zwei Hauptformen Gutschrift an nanowerk.com :
1. Einwandige Kohlenstoffnanoröhren SWCNTs - Diese haben tendenziell einen Durchmesser von weniger als1 nm . 2. Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren MWCNTs
- Diese bestehen aus mehreren konzentrisch miteinander verbundenen Nanoröhren und haben tendenziell Durchmesser, die über 1 liegen können.100 nm . In beiden Fällen können CNTs variable Längen zwischen mehreren Mikrometern und Zentimetern haben. Da die Röhren ausschließlich aus Graphen bestehen, haben sie viele interessante Eigenschaften gemeinsam. CNTs sind beispielsweise mit verbunden.
SP2-Bindungen
- diese sind auf molekularer Ebene extrem stark. Kohlenstoffnanoröhren neigen auch dazu, über zusammenzuseilen Van-der-Waals-Kräfte
. Dies verleiht ihnen eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht. Sie neigen auch dazu, hoch elektrisch leitende und wärmeleitende Materialien zu sein. Werbung "
CNT Wände können je nach Ausrichtung des Gitters in Bezug auf die sogenannte Rohrachse metallisch oder halbleitend sein Chiralität . " Kohlenstoffnanoröhren haben auch andere erstaunliche thermische und mechanische Eigenschaften, die sie für die Entwicklung neuer Materialien attraktiv machen. Zum Beispiel Gutschrift an
nanowerk.com
: CNTs können mechanische Zugfestigkeit haben 400 Mal
das von normalem Stahl. Sie sind sehr leicht, da ihre Dichte ein Sechstel der von Stahl beträgt. Die Wärmeleitfähigkeit von CNT ist besser als die eines Diamanten.
Kohlenstoffnanoröhren haben ein sehr hohes Aspektverhältnis von größer als
1000.
Mit anderen Worten, sie sind im Verhältnis zu ihrer Länge extrem dünn. "Ihre Spitzenoberfläche liegt nahe der theoretischen Grenze je kleiner die Spitzenoberfläche, desto konzentrierter das elektrische Feld und desto größer der Feldverstärkungsfaktor. Wie Graphit sind sie chemisch sehr stabil und widerstehen praktisch jeder chemischen Einwirkung, es sei denn, sie sind gleichzeitig hohen Temperaturen und Sauerstoff ausgesetzt - eine Eigenschaft, die sie extrem korrosionsbeständig macht.
Ihr hohles Inneres kann mit verschiedenen Nanomaterialien gefüllt werden, um sie von der Umgebung zu trennen und abzuschirmen - eine Eigenschaft, die für nanomedizinische Anwendungen wie die Arzneimittelabgabe äußerst nützlich ist. "
Was machen Kohlenstoffnanoröhren?
Wie wir bereits gesehen haben, haben Kohlenstoffnanoröhren einige sehr ungewöhnliche Eigenschaften. Aus diesem Grund haben CNTs viele interessante und vielfältige Anwendungen.
Quelle :
via Science Direct Die Produktion von Kohlenstoffnanoröhren überstieg mehrere tausend Tonnen pro Jahr. Diese Nanoröhren haben viele Anwendungen, einschließlich der Verwendung in : Energiespeicherlösungen Gerätemodellierung
- Verbundstrukturen
- Kfz-Teile, möglicherweise auch in
- Wasserstoff-Brennstoffzellenautos
- Bootsrümpfe Sportartikel
- Wasserfilter
- Dünnschichtelektronik
- Beschichtungen
- Aktoren
- Elektromagnetische Abschirmung
- Textilien
- Biomedizinische Anwendungen, einschließlich Tissue Engineering von Knochen und Muskeln, chemische Abgabe, Biosensoren und mehr
- Es gibt auch viele vielversprechende Bereiche, in denen
- Kohlenstoffnanoröhren
könnte helfen in andere spannende Bereiche . Was sind mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren? Wie wir bereits gesehen haben, sind mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren solche Nanoröhren, die aus mehreren konzentrisch miteinander verbundenen Nanoröhren bestehen. Sie haben tendenziell Durchmesser, die über 1 liegen können.100 nm
.
Werbung Sie können eine Länge von mehr als Zentimetern erreichen und weisen tendenziell Seitenverhältnisse auf, die zwischen den beiden variieren. 10 und 10 Millionen
"Sie unterscheiden sich von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren aufgrund ihrer mehrwandigen russischen Puppenstruktur und Steifigkeit und bilden Kohlenstoffnanofasern aufgrund ihrer unterschiedlichen Wandstruktur, ihres kleineren Außendurchmessers und ihres hohlen Innenraums." Anmerkungen Ákos Kukovecz et al.
. Mehrwandige Nanoröhren können dazwischen enthalten 6 und 25 oder konzentrischere Wände.
MWCNTs haben einige hervorragende Eigenschaften, die in einer Vielzahl von kommerziellen Anwendungen genutzt werden können. Dazu gehören Gutschrift an azonona.com :
Elektrik : MWNTs sind hochleitfähig, wenn sie ordnungsgemäß in eine Verbundstruktur integriert werden. Es ist zu beachten, dass nur die Außenwand leitet und die Innenwände nicht zur Leitfähigkeit beitragen. Morphologie :
MWNTs haben ein hohes Seitenverhältnis mit Längen von typischerweise mehr als 100 Mal
der Durchmesser und in bestimmten Fällen viel höher. Ihre Leistung und Anwendung basieren nicht nur auf dem Seitenverhältnis, sondern auch auf dem Grad der Verschränkung und der Geradheit der Rohre, was wiederum eine Funktion sowohl des Grades als auch der Abmessung istvon Defekten in den Rohren. physisch : Fehlerfreie, individuelle MWNTs weisen eine hervorragende Zugfestigkeit auf und können bei Integration in einen Verbundwerkstoff wie einen Thermoplasten oder duroplastische Verbindungen die Festigkeit erheblich erhöhen. Quelle :
Eric Wieser / Wikimedia Commons
basierend auf dem Grad der Defekte und bis zu einem gewissen Grad auf der Reinheit kann ein Restkatalysator im Produkt auch die Zersetzung katalysieren. Chemikalie : MWNTs sind ein Allotrop von sp 2
hybridisierter Kohlenstoff, ähnlich wie Graphit und Fullerene, und als solcher eine hohe chemische Stabilität. Man kann jedoch die Nanoröhren funktionalisieren, um sowohl die Festigkeit als auch die Dispergierbarkeit von Verbundwerkstoffen zu verbessern. Wie entstehen Kohlenstoffnanoröhren? Bisher gibt es drei Hauptmethoden zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren. Dies sind :
1. Lichtbogenentladung
Innerhalb dieses Prozesses
Graphit wird elektronisch verbrannt. CNTs bilden sich in der Gasphase, die später abgetrennt wird.
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Bei diesem Verfahren wird tendenziell auch ein Metall wie Eisen, Kobalt oder Nickel als Katalysator verwendet. 2. Laserablation von Graphit
Bei dieser Technik werden auch Metallkatalysatoren verwendet, um den Prozess zu vereinfachen.
3. Plasmabrenner
Ähnlich wie bei den ersten beiden Methoden oben wird der Vorgang zum Erstellen von a
Plasmabrenner
verwendet kohlenstoffhaltiges Gas anstelle von Graphitdämpfen, um die Kohlenstoffnanoröhren zu erzeugen.
4. Chemische Gasphasenabscheidung CVD CVD ist ein Prozess, der das größte Versprechen für die Herstellung von CNTs birgt. Er ermöglicht einen viel größeren quantitativen Produktionsprozess und ist viel mehr
steuerbar
. Es ist auch billiger. Während der CVD wird ein Substrat mit einer Schicht aus Metallkatalysatorteilchen, am häufigsten Nickel, Kobalt, hergestellt.
Eisen
oder eine Kombination. Werbung "Nanoröhren wachsen an den Stellen des Metallkatalysators; das kohlenstoffhaltige Gas wird an der Oberfläche des Katalysatorteilchens auseinandergebrochen und der Kohlenstoff wird zu den Rändern des Teilchens transportiert, wo er die Nanoröhren bildet", bemerkt ein überarbeiteter Band zur chemischen Funktionalisierung von Kohlenstoffnanomaterialien
Dieser Vorgang kann sein rein katalytisch oder plasmagestützt .
5. Flüssigkeitselektrolyse Diese Technik wurde entdeckt in 2015 von der George Washington University
zur Herstellung von MWCNTs durch Elektrolyse von geschmolzenen Carbonaten. Der grundlegende Prozess ähnelt dem von CVD.
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