Ce materiale sunt bune bune conductoare de energie(stiu de nanotuburile de carbon)?

Bună,
Ce fel de energie? Dacă e vorba de energie termală, atunci orice metal. Pentru că dacă se conduce electricitatea, se conduce şi căldura. Oricum, ar fi bine să dai nişte detalii suplimentare în legătură cu "energia" asta.

Electricitate.

Electricitate,daaaaa!

Nanotub de carbon
De la Wikipedia, enciclopedia liberă
A nu se confunda cu fibra de carbon .
Nanotuburi de carbon (CNTs) sunt allotropes de carbon , cu o nanostructura cilindric. Nanotuburile au fost construite cu lungime-la-raport diametru de pana la 132,000,000:1, [1], semnificativ mai mare decât pentru orice alt material. Aceste cilindric de carbon molecule au proprietăţi neobişnuite, care sunt valoroase pentru nanotehnologie , electronica , optica si alte domenii ale ştiinţei materialelor şi tehnologiei. În special, din cauza lor extraordinare conductivitate termica şi mecanice şi electrice proprietăţi, nanotuburi de carbon pot găsi aplicaţii ca aditivi pentru diferite materiale structurale.
Nanotuburile sunt membri ai Fulerena familiei structurale, care include, de asemenea, sferice buckyballs , şi capetele unui nanotub poate fi acoperit cu o emisfera a structurii buckyball. Numele lor provine de la structura lor lungi, tubulare cu pereţi formate de foi de un atom de carbon-gros, numit grafen . Aceste foi sunt laminate la discrete şi specifice (" chiral ") unghiuri, şi combinaţia de unghiul de rulare şi raza decide proprietăţile nanotub, de exemplu, dacă shell-ul este un nanotub individuale de metal sau semiconductor . Nanotuburile sunt clasificate ca un singur perete nanotuburi (SWNTs) şi multi-pereţi nanotuburi (MWNTs). Nanotuburile individuale natural se aliniază în "corzi" organizat împreună cu van der Waals forţele .
Aplicată chimie cuantica , în special, hibridizare orbitala descrie cel mai bine bonding chimice din nanotuburi. Lipirea chimice a nanotuburilor este compus în întregime din SP 2 obligaţiuni , similare cu cele de grafit . Aceste obligaţiuni, care sunt mai puternice decât sp 3 obligaţiunile găsite în alcani , oferă Nanotuburile cu puterea lor unice.
Tipuri de nanotuburi de carbon şi a structurilor

Terminologie
Nu există un consens asupra unor termeni care descriu nanotuburi de carbon in literatura de specialitate: atât "-zid" şi "pereţi" sunt folosite în combinaţie cu "single", "dublu", "triple" sau "multi", iar litera C este adesea omis în prescurtarea, de exemplu, multi-pereţi nanotub de carbon (MWNT).
Un singur perete
Cele mai multe nanotuburi de un singur perete (SWNT) au un diametru de aproape de 1 nanometri, cu o lungime tub care poate fi multe milioane de ori mai mare. Structura unei SWNT poate fi conceptualizat de ambalaj un strat de unu-atom-gros de graphene grafit numit într-un cilindru fără sudură. Modul în care foaia de grafen este învelit este reprezentată de o pereche de indici (n, m), numit vectorul chiral. N numere întregi şi m indica numărul de unităţi vectori de-a lungul două direcţii în fagure reţea cristalină de graphene. Dacă m = 0, nanotuburile sunt numite nanotuburi de zig-zag, şi dacă n = m, nanotuburile sunt numite nanotuburi de fotoliu. În caz contrar, acestea sunt numite chiral. Diametrul unui nanotub ideală poate fi calculat din ei (n, m), indici, după cum urmează

în cazul în care a = 0.246 nm.
SWNTs sunt o mare varietate de nanotub de carbon, deoarece cele mai multe din proprietăţile lor se schimba in mod semnificativ cu valorile (n, m), iar această dependenţă este non-monoton (a se vedea Kataura complot ). În special, lor, banda poate varia de la zero la aproximativ 2 eV şi conductivitatea electrică ale acestora poate demonstra un comportament metalice sau semiconductoare. Single-nanotuburi de pereti sunt candidatul cel mai probabil pentru miniaturizarea electronica, dincolo de scara micro-electromecanice utilizate in prezent in electronica. Blocul constitutiv de bază a acestor sisteme este de fir electric, şi SWNTs poate fi conductori excelent. [2] [3] O aplicatie utila a SWNTs este în dezvoltarea primului intramoleculare tranzistori cu efect de câmp (FET). Producţia de prima intramoleculare poartă logică folosind SWNT FETs a devenit de curand posibil, de asemenea. [4] Pentru a crea o poartă logică trebuie să aveţi atât o p-FET şi n-FET. Deoarece SWNTs sunt p-FETs când este expus la oxigen şi n-FETs altfel, este posibil să se protejeze de jumătate din SWNT o expunere de la oxigen, în timp ce cealaltă jumătate expunerea la oxigen. Aceasta duce la o SWNT unic care acţionează ca o poartă logică NU cu ambele p si n-tip FETs în cadrul aceleiaşi molecula.
Single-nanotuburi de pereti sunt în scădere abrupt în preţ, de la aproximativ 1500 dolari pe gram începând cu anul 2000 a preţurilor cu amănuntul a în jurul valorii de 50 dolari pe gram de produs-ca 40-60% de SWNTs greutate ca din martie 2010. [5] [6]
Multi-pereţi


O microscopie electronica de baleiaj Site nanotuburi de carbon de fascicule


Triple-pereţi fotoliu nanotub de carbon
Multi-pereţi nanotuburi (MWNT) constau din mai multe straturi laminate (tuburi concentrice) de grafit. Există două modele care pot fi folosite pentru a descrie structurile de multi-pereţi nanotuburi. În Doll rus modelul, foi de grafit sunt aranjate în cilindri concentrice, de exemplu, a (0,8) cu un singur perete nanotuburi (SWNT) într-o mai mare (0,17), un singur perete nanotuburi. În pergament model, o singură foaie de grafit este aruncat în jurul valorii de sine, seamana cu un sul ​​de pergament sau a unui ziar laminate. Distanţa stratului în multi-pereţi nanotuburi este aproape de distanţa dintre straturile graphene în grafit, aproximativ 3,4 Å. Structura Doll rus este observată mai frecvent. Coji sale individuale pot fi descrise ca SWNTs, care pot fi metalice sau semiconductoare. Datorită probabilităţii statistice şi restricţii privind diametrele relativă a tuburilor individuale, unul din scoici, şi, astfel, MWNT ansamblu, este de obicei un metal zero decalaj.
Cu pereţi dubli nanotuburi de carbon (DWNT) formează o clasă specială de nanotuburi, deoarece morfologie şi proprietăţile lor sunt similare cu cele ale SWNT, dar rezistenţa lor la produse chimice este semnificativ îmbunătăţită. Acest lucru este important mai ales atunci când functionalizarea este necesară (aceasta înseamnă altoirea de funcţii chimice de la suprafaţa nanotuburilor) pentru a adăuga proprietăţi noi la CNT. În caz de SWNT, functionalizarea covalentă va rupe unele C = C legături duble , lăsând "găuri" în structura pe nanotub şi, astfel, modificarea atât proprietăţile sale mecanice şi electrice. În caz de DWNT, numai peretele exterior este modificat. Sinteză DWNT pe gram la scară a fost propus pentru prima dată în 2003 [7] prin tehnica CCVD, de la reducerea selectivă de soluţii de oxid de metan şi hidrogen.
Capacitatea de mişcare telescopic din coji de interior [8] şi proprietăţile lor unice mecanice [9] permite de a utiliza mai multe nanotuburi de pereţi ca arme principale în dispozitive mobile vin nanomechanical. Vigoare retractia care apare la propunerea telescopic cauzate de interacţiunea Lennard-Johnes între coji, iar valoarea acestuia este de aproximativ 1,5 nN. [10]
Tor


O stabil nanobud structură
În teorie, un nanotorus este un nanotub de carbon îndoit într-un tor (formă inelară). Nanotori sunt prezise de a avea multe proprietati unice, cum ar fi momentele magnetice de 1000 de ori mai mare decât sa anticipat anterior, pentru anumite razele specifice. [11] Properties, cum ar fi momentul magnetic , stabilitate termica, etc variază în funcţie de raza de tor şi raza tub. [11] [12]
Nanobud
Nanobuds de carbon sunt un material nou creat combinarea a două allotropes descoperite anterior de carbon: nanotuburi de carbon şi fulerene. În acest nou material, Fulerena-cum ar fi "boboci" sunt covalent la flancurile exterioare ale nanotub de carbon care stau la baza. Acest material are proprietăţi hibrid utilă atât de fullerene şi nanotuburi de carbon. În special, au fost dovedit a fi deosebit de bun emiţători domeniu. În materiale compozite, moleculele de ataşat Fulerena poate funcţiona ca ancore moleculară a preveni alunecarea de nanotuburi, îmbunătăţind astfel proprietăţile compozit de mecanică.
Cupa stivuite nanotuburi de carbon
Cupa-stivuite nanotuburi de carbon (CSCNTs) diferă de la alte structuri de carbon cvasi-1D, care în mod normal, se comporta ca cvasi-metalice conductoare de electroni. CSCNTs prezintă comportamente semiconductor ca urmare a microstructurii de stivuire a straturilor graphene. [13]
Nanotuburi de carbon extreme


Cycloparaphenylene
Observare a nanotuburilor de carbon mai lung (18,5 cm lungime), a fost raportată în anul 2009. Aceste nanotuburi au fost cultivate pe substraturi de Si cu ajutorul unui îmbunătăţit depunerea chimică din vapori (CVD), metoda si reprezinta tablouri electric uniformă a nanotuburilor de carbon cu un singur perete. [1]
Nanotub de carbon este mai scurt cycloparaphenylene compus organic, care a fost sintetizat la începutul lui 2009. [14] [15] [16]
Nanotub de carbon este mai subtire fotoliu (2,2) CNT, cu un diametru de 3 Å. Acest nanotub a fost crescut intr-un nanotub de carbon multi-pereţi. Alocarea de tip nanotub de carbon a fost realizat prin combinaţii de inalta rezolutie microscopie electronica de transmisie (HRTEM), spectroscopie Raman şi teoria densitatii functionale (DFT) calcule. [17]
Cel mai subţire de sine statatoare cu un singur perete nanotub de carbon este de circa 4,3 Å în diametru. Cercetatorii au sugerat ca acesta poate fi SWCNT fie (5,1) sau (4,2), dar tipul exact de nanotub de carbon rămâne sub semnul întrebării. [18] de carbon (3,3), (4,3) şi (5,1) nanotuburi (toate de aproximativ 4 Å in diametru), s-au identificat fără echivoc cu ajutorul mai precise aberaţie-corectată de inalta rezolutie microscopie electronica de transmisie . Cu toate acestea, ei s-au găsit în interiorul a nanotuburilor de carbon cu pereti dubli. [19]
Proprietăţi

Tărie
Vezi de asemenea şi: proprietăţi mecanice de nanotuburi de carbon .
Nanotuburi de carbon sunt materialele puternice stiffest şi încă descoperit în punctul de vedere al rezistenţei la tracţiune şi modulul elastic respectiv. Acest rezultat putere de la covalentă SP 2 obligaţiunile format între atomi de carbon individuale. În 2000, un nanotub de carbon multi-pereţi a fost testat pentru a avea o rezistenţă la tracţiune de 63 gigapascals (GPa). [20] (Pentru exemplificare, acest lucru se traduce in capacitatea de a îndura tensiunea unui echivalent greutate la 6422 kg pe un cablu cu cruce -sectiunea de 1 mm 2) Mai multe studii, realizat în 2008,. dezvăluit că scoici individuale CNT au concentraţii de până la ~ 100 GPa, care este în acord cu bună cuantice / modele atomistic. [21] Deoarece nanotuburile de carbon au o densitate scazuta pentru un solid de 1,3 până la 1,4 g / cm 3, [22] sale rezistenţă specifică de până la 48.000 kN · m · kg -1 este cel mai bun de materiale cunoscute, în comparaţie cu conţinut ridicat de carbon din oţel de 154 kN · m · kg -1 .
În conformitate cu tulpina tracţiune excesivă, tuburile vor fi supuse deformare plastica , ceea ce inseamna deformarea este permanentă. Această deformare începe la tulpini de aproximativ 5% şi poate creşte tulpina maximă tuburile sunt supuse înainte de fractură de eliberare de energie tulpina.
Deşi puterea de scoici individuale CNT este extrem de ridicat, interacţiunile slabe forfecare între scoici adiacente şi tuburi duce la reduceri semnificative în puterea efectivă a nanotuburilor de carbon multi-pereţi şi fascicule de nanotub de carbon până la doar câteva GPa lui. [23] Această limitare a a fost recent abordate prin aplicarea de energie înaltă iradiere electroni, care crosslinks coji de interior şi tuburi, şi creşte în mod eficient puterea de aceste materiale pentru a ~ 60 GPa pentru mai multe nanotuburi de carbon cu pereţi [21] şi ~ 17 GPa pentru pereţi dubli pachete nanotub de carbon . [23]
CNTs nu sunt aproape la fel de puternice în conformitate cu compresie. Datorită structurii lor tubulare şi raport de aspect de mare, ele tind să se supună flambaj atunci când sunt plasate sub un efort de compresie, torsiune, sau îndoire. [24]
Compararea proprietatilor mecanice [25] [26] [27] [28]
Material Young (TPA) Rezistenţa la tracţiune (GPA) Alungirea la rupere
E SWNT ~ 1 (de la 1 la 5) 13-53 16
Fotoliu SWNT T 0.94 126.2 23.1
Zigzag SWNT T 0.94 94.5 15.6-17.5
Chiral SWNT 0.92
E MWNT 0.2 [20] -0.8 [29] -0.95 [20] 11 [20] -63 [20] -150 [29]
Din oţel inoxidabil E 0.186 [30] -0.214 [31] 0.38 [30] -1.55 [31] 15-50
Kevlar -29 & E 149 0.06-0.18 [32] 3.6-3.8 [32] ~ 2
E de observare experimentale; T teoretică Predictii
Discuţia de mai sus menţionate la proprietăţile axiale a nanotub, întrucât considerente geometrice simple sugerează că nanotuburi de carbon ar trebui să fie mult mai moale, în direcţia radială decât de-a lungul axei tubului. Într-adevăr, TEM observarea de elasticitate radiale a sugerat că, chiar şi van der Waals forţelor poate deforma două nanotuburi de adiacente. [33] nanoindentare experimente, efectuate de către mai multe grupuri pe nanotuburi de carbon multiwalled [34] [35] şi atingând / Mod de contact atomic vigoare microscop de măsurare efectuate pe nanotub de carbon cu un singur perete, [36] a indicat modulul lui Young, de ordinul a câteva GPa confirmare a faptului că sunt într-adevăr CNTs destul de moale, în direcţia radială.
Duritate
Standard singur nanotuburi de carbon cu pereti poate rezista la o presiune de până la 24GPa fără deformare. Ei supuşi apoi o transformare pentru a nanotuburi de faza extradure. Presiunilor maximă măsurată folosind tehnici experimentale curente sunt în jurul valorii de 55GPa. Cu toate acestea, aceste noi extradure faza de nanotuburi de la un colaps chiar mai mare, deşi presiunea necunoscut,.
Modulul mai mare parte a nanotuburilor de fază extradure este de 462 - 546 GPa, chiar mai mare decât cea a diamantului (420 GPa pentru un singur diamant cristal). [37]
Cinetică
Multi-pereţi Nanotuburile sunt nanotuburi de mai multe concentrice tocmai imbricate în termen de o alta. Acestea prezinta o proprietate telescopic frapant prin care un nucleu nanotub interior poate aluneca, aproape fără frecare, în termen de coajă sale nanotub exterior, creând astfel o poartă atomic f. liniare sau de rotaţie. Acesta este unul dintre primele exemple reale de nanotehnologie moleculară , poziţionarea exactă a atomilor de a crea maşini de utile. Deja, această proprietate a fost utilizată pentru a crea cea mai mica de rotaţie cu motor . [38] Viitoarele aplicaţii, cum ar fi un oscilator mecanic GHz sunt, de asemenea, avute în vedere.
Electric


Structuri de bandă calculat folosind apropierea strans cu caracter obligatoriu pentru (6,0) CNT (zig-zag, metalice) (10,2) CNT (semiconductoare) şi (10,10) CNT (fotoliu, metalice).
Datorită structurii simetrie şi electronice unice a graphene, structura unui nanotub afectează puternic proprietăţile sale electrice. Pentru o dat (n, m) nanotub, dacă n = m, cu nanotub este metalic; dacă n - m este un multiplu de 3, atunci nanotub este semiconductor cu o banda foarte mica, altfel nanotub este un moderat semiconductor . Astfel, toate fotoliu (n = m) Nanotuburile sunt metalice, şi nanotuburi (6,4), (9,1), etc sunt semiconductoare. [39]
Cu toate acestea, această regulă are excepţii, pentru că efectele curbură în nanotuburi de carbon cu diametrul de mici, poate influenţa puternic proprietăţile electrice. Astfel, un SWCNT (5,0), care ar trebui să fie semiconductoare, de fapt, este metalic în conformitate cu calculele. De asemenea, vice-versa -. SWCNTs in zig-zag şi chiral cu diametre mici, care ar trebui să aibă metalice finite decalaj (nanotuburi de fotoliu rămân metalice) [39] În teorie, nanotuburilor metalice pot transporta o densitate a curentului electric de 4 × 10 9 cm A / 2 , care este mai mult de 1.000 de ori mai mari decât cele de metale, cum ar fi cupru , [40] în cazul în care pentru cupru interconecteaza densităţi de curent sunt limitate de electromigration .
Nanotuburi de carbon cu cochilii Multiwalled interconectate interior arată supraconductibilitatea cu o temperatură de tranziţie relativ ridicat T c = 12 K . În schimb, valoarea T c este un ordin de mărime mai mică pentru cabluri de nanotuburi de carbon cu un singur perete sau pentru MWNTs cu obişnuite, non-interconectate cochilii. [41]
Optic
Articol principal: Proprietatile optice de nanotuburi de carbon
Termic
Principalele articol: proprietatile termice ale nanostructurilor
Toate Nanotuburile sunt de aşteptat să fie foarte bună conductoare termica de-a lungul tubului, care prezintă o proprietate cunoscut sub numele de " conducere balistice ", dar izolatori bine lateral pe axa tubului. Măsurătorile arată că un SWNT are o conductivitate termică temperatura camerei de-a lungul axei sale din aproximativ 3500 W · m -1 ° K -1; [42] pentru a compara acest cupru, un metal bine-cunoscut pentru bunele sale de conductivitate termică , care transmite 385 W · m -1 · K -1. O SWNT are o conductivitate termică temperatura camerei în jurul axei sale (în direcţia radială) de aproximativ 1.52 W · m -1 ° K -1, [43] , care este la fel de conductoare termic cum a solului. Stabilitate a temperaturii de nanotuburi de carbon este estimat a fi de până la 2800 ° C în vid şi aproximativ 750 ° C în aer. [44]
Defecte
Ca şi în orice material, existenţa unui defect cristalografice afectează proprietăţile materialului. Defectele pot apărea sub forma de atomic posturi vacante . Nivelurile ridicate de astfel de defecte poate scădea rezistenţa la tracţiune cu până la 85%. O altă formă de defect nanotub de carbon este defect Piatra Ţara Galilor , care creează o pereche pentagon şi heptagon de reamenajare a obligaţiunilor. Datorită structurii foarte mici de CNTs, rezistenţa la tracţiune a tubului este dependentă de pe segmentul cel mai slab într-un mod similar cu un lanţ, în cazul în care puterea de veriga cea mai slabă devine puterea maximă a lanţului.
Defecte cristalografice afectează, de asemenea, proprietăţile tubului electric. Un rezultat comun este redus conductivitate prin regiunea defect al tubului. Un defect în fotoliu de tip tuburi (care poate efectua de energie electrică), poate provoca regiunea înconjurătoare pentru a deveni semiconductoare, şi posturile vacante unice monoatomic induce proprietăţi magnetice. [45]
Defecte cristaline puternic afectează proprietăţile tubului termic. Aceste defecte duc la fononice imprastiere, care, la rândul său, creşte rata de relaxare a phonons. Acest lucru reduce drumul liber mijlociu şi reduce conductivitatea termica a structurilor de nanotuburi. Phonon simulari de transport indică faptul că defectele de substituţie, cum ar fi azot sau bor va duce în primul rând la împrăştierea de înaltă frecvenţă phonons optice. Cu toate acestea, pe scară largă defecte, cum ar fi Piatra defecte Wales cauza împrăştiere fononice într-o gamă largă de frecvenţe, conducând la o reducere mai mare conductivitate termică. [46]
One-dimensional de transport
Datorită dimensiunilor scara nanometrica, electronii propaga numai de-a lungul axei tubului de electroni şi de transport implică multe efecte cuantice. Din acest motiv, nanotuburile de carbon sunt frecvent menţionate ca "unidimensionale".
Toxicitate
Toxicitatea de nanotuburi de carbon a fost o chestiune importantă în domeniul nanotehnologiei. O astfel de cercetare tocmai a inceput. Datele sunt încă fragmentare şi sub rezerva critică. Rezultatele preliminare subliniază dificultăţile în evaluarea toxicităţii a acestui material eterogen. Parametri, cum ar fi structura, dimensiunea de distribuţie , suprafaţă , chimie suprafaţă, taxa de suprafaţă , şi aglomerare de stat, precum şi de puritate a probelor, au un impact considerabil asupra reactivităţii de nanotuburi de carbon. Cu toate acestea, datele disponibile în mod clar arată că, în anumite condiţii, nanotuburi pot trece bariere membrana, ceea ce sugerează că, în cazul în care materiile prime ajung la organe, ele pot provoca efecte nocive, cum ar fi reacţii inflamatorii si fibrotice. [47]
Un studiu condus de Alexandra Porter de la Universitatea din Cambridge arata ca CNTs pot intra celule umane si se acumuleaza in citoplasma , provocând moartea celulelor. [48]
Rezultatele studiilor de rozătoare colectiv arată că, indiferent de procesul prin care au fost sintetizate CNTs şi tipurile şi cantităţile de metale care acestea le conţin, CNTs au fost capabile să producă inflamaţie , epithelioid granuloame (noduli microscopice), fibroza , şi modificări biochimice / toxicologice în plămâni . [49] studii comparative de toxicitate in care soarecii s-au dat ponderi egale de materiale de testare a arătat că SWCNTs au fost mai toxic decât cuarţ , care este considerat un pericol grav sănătatea în muncă atunci când cronic inhalat. Ca un control, ultrafine negru de fum a fost demonstrat de a produce răspunsuri minime pulmonar. [50]
Forma ac-cum ar fi fibra de CNTs este similar cu fibre de azbest . Acest lucru ridică ideea că utilizarea pe scară largă a nanotuburilor de carbon poate duce la mezoteliom , care este un cancer al mucoasei de plămâni adesea cauzate de expunerea la azbest. Un studiu pilot recent publicat sprijină această predicţie. [51] Oamenii de stiinta au expus mezoteliale mucoasei cavitatea corpului de soareci pentru a nanotuburilor de carbon lung multiwalled si a observat ca de azbest, lungime-dependent, comportament patogene care a inclus inflamatia si formarea de leziuni cunoscut sub numele de granuloame . Autorii studiului ajunge la concluzia:
"Acest lucru este de o importanţă considerabilă, deoarece comunităţile de cercetare şi de afaceri continuă să investească masiv în nanotuburi de carbon pentru o gama larga de produse de la presupunerea că ele nu sunt mai periculoase decât grafit. Rezultatele noastre sugereaza nevoia pentru continuarea cercetarii si mare precauţie înainte de introducerea astfel de produse în piaţă în cazul în care pe termen lung, este rău să fie evitată. " [51]
Potrivit co-autor Dr. Andrew Maynard:
"Acest studiu este exact genul de cercetare strategică, extrem de concentrat necesare pentru a asigura dezvoltarea în condiţii de siguranţă şi responsabilă a nanotehnologiei Se pare că la un material scara nanometrica specifice aşteptate să aibă aplicaţii pe scară largă comerciale şi pune întrebări specifice despre un pericol pentru sănătate specifice. Chiar dacă oamenii de ştiinţă au fost creşterea îngrijorarea cu privire la siguranţa de nanotuburi de lung, subtire de carbon de peste un deceniu, nici una din nevoile de cercetare în nanotehnologie curent al SUA federal de mediu, sănătate şi securitate de cercetare strategie adresa de risc la această întrebare ". [52]
Deşi cercetarea sunt necesare în continuare, datele disponibile sugerează că, în anumite condiţii, în special cele care implică expunerea cronică, nanotuburile de carbon pot prezenta un risc grav pentru sănătatea umană. [47] [48] [50] [51]
Sinteză



Praf de nanotuburi de carbon
Tehnici au fost dezvoltate pentru a produce în cantităţi apreciabile nanotuburi, inclusiv de descărcare de gestiune arc , ablatie laser , de înaltă presiune de monoxid de carbon ( HiPco ), şi depunerea chimică din vapori (CVD). Cele mai multe dintre aceste procese au loc în vid sau cu gazele de proces. Creşterea CVD de CNTs pot apărea în vid sau la presiune atmosferică. Cantităţile mari de nanotuburi pot fi sintetizate prin aceste metode; progrese în cataliză şi procese continue de creştere sunt mai mult acest site CNTs punct de vedere comercial.
Arc de descărcare de gestiune
Nanotuburile au fost observate în 1991, în funingine de carbon din grafit electrozi în timpul unui arc de descărcare de gestiune, folosind un curent de 100 de amperi , care a fost destinat să producă fullerene. [53] Cu toate acestea prima macroscopic de producţie a nanotuburilor de carbon a fost făcută în 1992 de către doi cercetători la NEC Laboratorul de Cercetare-i fundamentale. [54] Metoda folosită a fost aceeaşi ca în 1991. În timpul acestui proces, de carbon conţinute în sublimează electrodul negativ din cauza temperaturilor ridicate de descărcare de gestiune. Din cauza ca nanotuburile au fost initial descoperite folosind aceasta tehnica, a fost metoda cea mai utilizat pe scara larga de sinteza nanotub.
Randamentul pentru această metodă este de până la 30% din greutate şi pe care le produce atât nanotuburi de single-şi multi-pereţi, cu lungimi de până la 50 micrometri cu defecte structurale puţine. [22]
Ablatie laser
În procesul de ablatie laser, un laser pulsata vaporizeaza o ţintă de grafit într-un reactor de înaltă temperatură în timp ce un gaz inert este sângerate in camera. Nanotuburile dezvolta pe suprafetele mai reci ale reactorului ca condensează de carbon vaporizat. O suprafaţă de răcire cu apă pot fi incluse în sistem pentru a colecta nanotuburi.
Acest proces a fost dezvoltat de Dr. Richard Smalley si co-lucrătorilor de la Universitatea Rice , care, la momentul de descoperirea nanotuburilor de carbon, au fost sablare metale cu un laser pentru a produce molecule diverse obiecte de metal. Când au auzit de existenta a nanotuburilor au inlocuit metale cu grafit pentru a crea multi-pereţi nanotuburi de carbon. [55] Mai târziu în acel an echipa a utilizat un compozit de grafit şi de particule de catalizator metalic (în cele mai bune randamentul a fost de la un cobalt şi nichel amestec ) de a sintetiza un singur perete nanotuburi de carbon. [56]
Metoda de ablatie laser produce în jurul valorii de 70% şi produce în principal un singur perete nanotuburile de carbon, cu un diametru controlabil determinat prin reacţia de temperatura . Cu toate acestea, este mai scump decât descărcare în arc, fie de vapori sau depunerea chimică. [22]
Depunere chimică din vapori (CVD)


Nanotuburile fiind crescut cu plasmă consolidată depunere chimică din vapori
Catalitic de vapori faza de depunere de carbon a fost raportata pentru prima data in 1959, [57] , dar nu a fost până în 1993 [58] că nanotuburi de carbon s-au format de acest proces. În 2007, cercetatorii de la Universitatea din Cincinnati (UC), a dezvoltat un proces de a creşte matrice aliniat nanotub de carbon cu o lungime de 18 mm pe un FirstNano ET3000 sistem de creştere de carbon nanotub. [59]
În timpul CVD, un substrat este pregătit cu un strat de particule de catalizator metalic, cel mai frecvent nichel, cobalt, [60] de fier , sau o combinaţie. [61] nanoparticule de metal pot fi, de asemenea, produse de alte căi, printre care reducerea de oxizi sau oxizi solutii solide. Diametrele de nanotuburi care vor fi cultivate sunt legate de mărimea particulelor de metal. Acest lucru poate fi controlat de model (sau mascat) depunere de metal, recoacere, sau prin gravare plasmă a unui strat de metal. Substratul este încălzit la aproximativ 700 ° C. Pentru a iniţia o creştere de nanotuburi, două gaze sunt goliţi de sânge în reactor: un gaz de proces (cum ar fi amoniac , azot sau hidrogen ), şi un carbon care conţin gaze (cum ar fi acetilenă , etilenă , etanol sau metan ). Nanotuburile cresc la site-urile de catalizator metalic; de carbon care conţin în afară este rupt de la suprafaţa particulei catalizator, şi de carbon este transportat la marginile de particule, în cazul în care aceasta face nanotuburi. Acest mecanism este încă a fi studiate. Particulele de catalizator poate staţi la sfaturi de nanotub în creştere în timpul procesului de creştere, sau să rămână la baza nanotub, în ​​funcţie de aderenţa dintre particule şi catalizator substrat. Descompunerea termică catalitică a hidrocarburilor a devenit un domeniu activ de cercetare şi poate fi o cale promiţătoare pentru producerea mai mare parte a CNTs. Reactor cu pat fluidizat este reactorul cel mai des utilizate pentru prepararea CNT. Scară-up a reactorului este o provocare majoră. [62] [63]
CVD este o metodă comună pentru producţia comercială de nanotuburi de carbon. În acest scop, nanoparticule de metal sunt amestecate cu un suport catalizator, cum ar fi de MgO sau Al 2 O 3 pentru a creşte suprafaţa de randament mai mare de reacţie catalitică a materiei prime de carbon cu particule metalice. O problemă în acest traseu sinteză este eliminarea catalizatorului de sprijin printr-un tratament cu acid, care, uneori, ar putea distruge structura originală a nanotuburilor de carbon. Cu toate acestea, susţine alternative de catalizator, care sunt solubile în apă s-au dovedit eficiente pentru creşterea nanotuburi. [64]
Dacă o plasma este generată prin aplicarea unui câmp electric puternic în timpul procesului de creştere (plasmă consolidată depunere chimică din vapori), atunci creşterea nanotub va urma directia campului electric. [65] Prin ajustarea geometria a reactorului este posibilitatea de a sintetiza nanotuburi de carbon aliniate vertical [66] (şi anume, perpendicular pe substrat), o morfologie care a fost de interes pentru cercetători interesaţi şi de emisia de electroni din nanotuburi. Fără plasmă, nanotuburile rezultate sunt adesea orientate aleatoriu. În condiţii anumite reacţii, chiar şi în absenţa de o plasmă, nanotuburi de spaţiate strâns va menţine o direcţie de creştere verticală care rezultă într-o gamă densa de tuburi care seamănă cu un covor sau pădure.
Dintre diferitele mijloace de sinteză nanotub, BCV prezinta cele mai promisiune pentru depunerea la scara industriala, datorita preţ / unitate raport, şi pentru că BCV este capabilă să crească nanotuburilor direct pe un substrat dorit, întrucât nanotuburile trebuie să fie colectate în alte de creştere tehnici. Site-urile de creştere sunt controlabile prin depunerea atentă a catalizatorului. În 2007, o echipa de la Universitatea Meijo demonstrat o inalta eficienta tehnica CVD pentru a fi cultivate nanotuburi de carbon de la camfor . [67] Cercetatorii de la Universitatea Rice, până de curând, condus de regretatul Richard Smalley , s-au concentrat pe gasirea unor metode pentru a produce cantităţi mari, pur de anumite tipuri de nanotuburi. Abordarea lor creşte fibrele lungi de multe seminţe mici tăiat dintr-o nanotub unic;. Toate din fibre care rezultă au fost găsite pentru a fi de acelaşi diametru ca nanotub original şi se aşteaptă să fie de acelaşi tip ca nanotub versiunea originală [68]
Super-o creştere BCV


SEM fotografie a pădurilor SWNT produse de super-creştere


O probă SWNT mic produs de super-creştere
Super-o creştere CVD (apă-asistată depunere chimică din vapori), procesul a fost dezvoltat de Kenji Hata, Iijima Sumio şi co-lucrătorilor la AIST , Japonia. [69] În acest proces, activitatea şi durata de viaţă a catalizatorului sunt îmbunătăţite prin adăugarea de apă în reactorul de BCV. Dens milimetru-tal nanotuburi "păduri", aliniat normal la substrat, au fost produse. Ritmul de creştere a pădurilor ar putea fi exprimate, astfel cum a


Cele mai multe nanotuburi de un singur perete (SWNT) au un diametru de aproape de 1 nanometri, cu o lungime tub care poate fi multe milioane de ori mai mare. Structura unei SWNT poate fi conceptualizat de ambalaj un strat de unu-atom-gros de graphene grafit numit într-un cilindru fără sudură. Modul în care foaia de grafen este învelit este reprezentată de o pereche de indici (n, m), numit vectorul chiral. N numere întregi şi m indica numărul de unităţi vectori de-a lungul două direcţii în fagure reţea cristalină de graphene. Dacă m = 0, nanotuburile sunt numite nanotuburi de zig-zag, şi dacă n = m, nanotuburile sunt numite nanotuburi de fotoliu. În caz contrar, acestea sunt numite chiral. Diametrul unui nanotub ideală poate fi calculat din ei (n, m), indici, după cum urmează

în cazul în care a = 0.246 nm.
SWNTs sunt o mare varietate de nanotub de carbon, deoarece cele mai multe din proprietăţile lor se schimba in mod semnificativ cu valorile (n, m), iar această dependenţă este non-monoton (a se vedea Kataura complot ). În special, lor, banda poate varia de la zero la aproximativ 2 eV şi conductivitatea electrică ale acestora poate demonstra un comportament metalice sau semiconductoare. Single-nanotuburi de pereti sunt candidatul cel mai probabil pentru miniaturizarea electronica, dincolo de scara micro-electromecanice utilizate in prezent in electronica. Blocul constitutiv de bază a acestor sisteme este de fir electric, şi SWNTs poate fi conductori excelent. [2] [3] O aplicatie utila a SWNTs este în dezvoltarea primului intramoleculare tranzistori cu efect de câmp (FET). Producţia de prima intramoleculare poartă logică folosind SWNT FETs a devenit de curand posibil, de asemenea. [4] Pentru a crea o poartă logică trebuie să aveţi atât o p-FET şi n-FET. Deoarece SWNTs sunt p-FETs când este expus la oxigen şi n-FETs altfel, este posibil să se protejeze de jumătate din SWNT o expunere de la oxigen, în timp ce cealaltă jumătate expunerea la oxigen. Aceasta duce la o SWNT unic care acţionează ca o poartă logică NU cu ambele p si n-tip FETs în cadrul aceleiaşi molecula.
Single-nanotuburi de pereti sunt în scădere abrupt în preţ, de la aproximativ 1500 dolari pe gram începând cu anul 2000 a preţurilor cu amănuntul a în jurul valorii de 50 dolari pe gram de produs-ca 40-60% de SWNTs greutate ca din martie 2010. [5] [6]
Multi-pereţi


O microscopie electronica de baleiaj Site nanotuburi de carbon de fascicule


Triple-pereţi fotoliu nanotub de carbon
Multi-pereţi nanotuburi (MWNT) constau din mai multe straturi laminate (tuburi concentrice) de grafit. Există două modele care pot fi folosite pentru a descrie structurile de multi-pereţi nanotuburi. În Doll rus modelul, foi de grafit sunt aranjate în cilindri concentrice, de exemplu, a (0,8) cu un singur perete nanotuburi (SWNT) într-o mai mare (0,17), un singur perete nanotuburi. În pergament model, o singură foaie de grafit este aruncat în jurul valorii de sine, seamana cu un sul ​​de pergament sau a unui ziar laminate. Distanţa stratului în multi-pereţi nanotuburi este aproape de distanţa dintre straturile graphene în grafit, aproximativ 3,4 Å. Structura Doll rus este observată mai frecvent. Coji sale individuale pot fi descrise ca SWNTs, care pot fi metalice sau semiconductoare. Datorită probabilităţii statistice şi restricţii privind diametrele relativă a tuburilor individuale, unul din scoici, şi, astfel, MWNT ansamblu, este de obicei un metal zero decalaj.
Cu pereţi dubli nanotuburi de carbon (DWNT) formează o clasă specială de nanotuburi, deoarece morfologie şi proprietăţile lor sunt similare cu cele ale SWNT, dar rezistenţa lor la produse chimice este semnificativ îmbunătăţită. Acest lucru este important mai ales atunci când functionalizarea este necesară (aceasta înseamnă altoirea de funcţii chimice de la suprafaţa nanotuburilor) pentru a adăuga proprietăţi noi la CNT. În caz de SWNT, functionalizarea covalentă va rupe unele C = C legături duble , lăsând "găuri" în structura pe nanotub şi, astfel, modificarea atât proprietăţile sale mecanice şi electrice. În caz de DWNT, numai peretele exterior este modificat. Sinteză DWNT pe gram la scară a fost propus pentru prima dată în 2003 [7] prin tehnica CCVD, de la reducerea selectivă de soluţii de oxid de metan şi hidrogen.
Capacitatea de mişcare telescopic din coji de interior [8] şi proprietăţile lor unice mecanice [9] permite de a utiliza mai multe nanotuburi de pereţi ca arme principale în dispozitive mobile vin nanomechanical. Vigoare retractia care apare la propunerea telescopic cauzate de interacţiunea Lennard-Johnes între coji, iar valoarea acestuia este de aproximativ 1,5 nN. [10]
Tor


O stabil nanobud structură
În teorie, un nanotorus este un nanotub de carbon îndoit într-un tor (formă inelară). Nanotori sunt prezise de a avea multe proprietati unice, cum ar fi momentele magnetice de 1000 de ori mai mare decât sa anticipat anterior, pentru anumite razele specifice. [11] Properties, cum ar fi momentul magnetic , stabilitate termica, etc variază în funcţie de raza de tor şi raza tub. [11] [12]
Nanobud
Nanobuds de carbon sunt un material nou creat combinarea a două allotropes descoperite anterior de carbon: nanotuburi de carbon şi fulerene. În acest nou material, Fulerena-cum ar fi "boboci" sunt covalent la flancurile exterioare ale nanotub de carbon care stau la baza. Acest material are proprietăţi hibrid utilă atât de fullerene şi nanotuburi de carbon. În special, au fost dovedit a fi deosebit de bun emiţători domeniu. În materiale compozite, moleculele de ataşat Fulerena poate funcţiona ca ancore moleculară a preveni alunecarea de nanotuburi, îmbunătăţind astfel proprietăţile compozit de mecanică.
Cupa stivuite nanotuburi de carbon
Cupa-stivuite nanotuburi de carbon (CSCNTs) diferă de la alte structuri de carbon cvasi-1D, care în mod normal, se comporta ca cvasi-metalice conductoare de electroni. CSCNTs prezintă comportamente semiconductor ca urmare a microstructurii de stivuire a straturilor graphene. [13]
Nanotuburi de carbon extreme


Cycloparaphenylene
Observare a nanotuburilor de carbon mai lung (18,5 cm lungime), a fost raportată în anul 2009. Aceste nanotuburi au fost cultivate pe substraturi de Si cu ajutorul unui îmbunătăţit depunerea chimică din vapori (CVD), metoda si reprezinta tablouri electric uniformă a nanotuburilor de carbon cu un singur perete. [1]
Nanotub de carbon este mai scurt cycloparaphenylene compus organic, care a fost sintetizat la începutul lui 2009. [14] [15] [16]
Nanotub de carbon este mai subtire fotoliu (2,2) CNT, cu un diametru de 3 Å. Acest nanotub a fost crescut intr-un nanotub de carbon multi-pereţi. Alocarea de tip nanotub de carbon a fost realizat prin combinaţii de inalta rezolutie microscopie electronica de transmisie (HRTEM), spectroscopie Raman şi teoria densitatii functionale (DFT) calcule. [17]
Cel mai subţire de sine statatoare cu un singur perete nanotub de carbon este de circa 4,3 Å în diametru. Cercetatorii au sugerat ca acesta poate fi SWCNT fie (5,1) sau (4,2), dar tipul exact de nanotub de carbon rămâne sub semnul întrebării. [18] de carbon (3,3), (4,3) şi (5,1) nanotuburi (toate de aproximativ 4 Å in diametru), s-au identificat fără echivoc cu ajutorul mai precise aberaţie-corectată de inalta rezolutie microscopie electronica de transmisie . Cu toate acestea, ei s-au găsit în interiorul a nanotuburilor de carbon cu pereti dubli. [19]
Proprietăţi

Tărie
Vezi de asemenea şi: proprietăţi mecanice de nanotuburi de carbon .
Nanotuburi de carbon sunt materialele puternice stiffest şi încă descoperit în punctul de vedere al rezistenţei la tracţiune şi modulul elastic respectiv. Acest rezultat putere de la covalentă SP 2 obligaţiunile format între atomi de carbon individuale. În 2000, un nanotub de carbon multi-pereţi a fost testat pentru a avea o rezistenţă la tracţiune de 63 gigapascals (GPa). [20] (Pentru exemplificare, acest lucru se traduce in capacitatea de a îndura tensiunea unui echivalent greutate la 6422 kg pe un cablu cu cruce -sectiunea de 1 mm 2) Mai multe studii, realizat în 2008,. dezvăluit că scoici individuale CNT au concentraţii de până la ~ 100 GPa, care este în acord cu bună cuantice / modele atomistic. [21] Deoarece nanotuburile de carbon au o densitate scazuta pentru un solid de 1,3 până la 1,4 g / cm 3, [22] sale rezistenţă specifică de până la 48.000 kN · m · kg -1 este cel mai bun de materiale cunoscute, în comparaţie cu conţinut ridicat de carbon din oţel de 154 kN · m · kg -1 .
În conformitate cu tulpina tracţiune excesivă, tuburile vor fi supuse deformare plastica , ceea ce inseamna deformarea este permanentă. Această deformare începe la tulpini de aproximativ 5% şi poate creşte tulpina maximă tuburile sunt supuse înainte de fractură de eliberare de energie tulpina.
Deşi puterea de scoici individuale CNT este extrem de ridicat, interacţiunile slabe forfecare între scoici adiacente şi tuburi duce la reduceri semnificative în puterea efectivă a nanotuburilor de carbon multi-pereţi şi fascicule de nanotub de carbon până la doar câteva GPa lui. [23] Această limitare a a fost recent abordate prin aplicarea de energie înaltă iradiere electroni, care crosslinks coji de interior şi tuburi, şi creşte în mod eficient puterea de aceste materiale pentru a ~ 60 GPa pentru mai multe nanotuburi de carbon cu pereţi [21] şi ~ 17 GPa pentru pereţi dubli pachete nanotub de carbon . [23]
CNTs nu sunt aproape la fel de puternice în conformitate cu compresie. Datorită structurii lor tubulare şi raport de aspect de mare, ele tind să se supună flambaj atunci când sunt plasate sub un efort de compresie, torsiune, sau îndoire. [24]
Compararea proprietatilor mecanice [25] [26] [27] [28]
Material Young (TPA) Rezistenţa la tracţiune (GPA) Alungirea la rupere
E SWNT ~ 1 (de la 1 la 5) 13-53 16
Fotoliu SWNT T 0.94 126.2 23.1
Zigzag SWNT T 0.94 94.5 15.6-17.5
Chiral SWNT 0.92
E MWNT 0.2 [20] -0.8 [29] -0.95 [20] 11 [20] -63 [20] -150 [29]
Din oţel inoxidabil E 0.186 [30] -0.214 [31] 0.38 [30] -1.55 [31] 15-50
Kevlar -29 & E 149 0.06-0.18 [32] 3.6-3.8 [32] ~ 2
E de observare experimentale; T teoretică Predictii
Discuţia de mai sus menţionate la proprietăţile axiale a nanotub, întrucât considerente geometrice simple sugerează că nanotuburi de carbon ar trebui să fie mult mai moale, în direcţia radială decât de-a lungul axei tubului. Într-adevăr, TEM observarea de elasticitate radiale a sugerat că, chiar şi van der Waals forţelor poate deforma două nanotuburi de adiacente. [33] nanoindentare experimente, efectuate de către mai multe grupuri pe nanotuburi de carbon multiwalled [34] [35] şi atingând / Mod de contact atomic vigoare microscop de măsurare efectuate pe nanotub de carbon cu un singur perete, [36] a indicat modulul lui Young, de ordinul a câteva GPa confirmare a faptului că sunt într-adevăr CNTs destul de moale, în direcţia radială.
Duritate
Standard singur nanotuburi de carbon cu pereti poate rezista la o presiune de până la 24GPa fără deformare. Ei supuşi apoi o transformare pentru a nanotuburi de faza extradure. Presiunilor maximă măsurată folosind tehnici experimentale curente sunt în jurul valorii de 55GPa. Cu toate acestea, aceste noi extradure faza de nanotuburi de la un colaps chiar mai mare, deşi presiunea necunoscut,.
Modulul mai mare parte a nanotuburilor de fază extradure este de 462 - 546 GPa, chiar mai mare decât cea a diamantului (420 GPa pentru un singur diamant cristal). [37]
Cinetică
Multi-pereţi Nanotuburile sunt nanotuburi de mai multe concentrice tocmai imbricate în termen de o alta. Acestea prezinta o proprietate telescopic frapant prin care un nucleu nanotub interior poate aluneca, aproape fără frecare, în termen de coajă sale nanotub exterior, creând astfel o poartă atomic f. liniare sau de rotaţie. Acesta este unul dintre primele exemple reale de nanotehnologie moleculară , poziţionarea exactă a atomilor de a crea maşini de utile. Deja, această proprietate a fost utilizată pentru a crea cea mai mica de rotaţie cu motor . [38] Viitoarele aplicaţii, cum ar fi un oscilator mecanic GHz sunt, de asemenea, avute în vedere.
Electric


Structuri de bandă calculat folosind apropierea strans cu caracter obligatoriu pentru (6,0) CNT (zig-zag, metalice) (10,2) CNT (semiconductoare) şi (10,10) CNT (fotoliu, metalice).
Datorită structurii simetrie şi electronice unice a graphene, structura unui nanotub afectează puternic proprietăţile sale electrice. Pentru o dat (n, m) nanotub, dacă n = m, cu nanotub este metalic; dacă n - m este un multiplu de 3, atunci nanotub este semiconductor cu o banda foarte mica, altfel nanotub este un moderat semiconductor . Astfel, toate fotoliu (n = m) Nanotuburile sunt metalice, şi nanotuburi (6,4), (9,1), etc sunt semiconductoare. [39]
Cu toate acestea, această regulă are excepţii, pentru că efectele curbură în nanotuburi de carbon cu diametrul de mici, poate influenţa puternic proprietăţile electrice. Astfel, un SWCNT (5,0), care ar trebui să fie semiconductoare, de fapt, este metalic în conformitate cu calculele. De asemenea, vice-versa -. SWCNTs in zig-zag şi chiral cu diametre mici, care ar trebui să aibă metalice finite decalaj (nanotuburi de fotoliu rămân metalice) [39] În teorie, nanotuburilor metalice pot transporta o densitate a curentului electric de 4 × 10 9 cm A / 2 , care este mai mult de 1.000 de ori mai mari decât cele de metale, cum ar fi cupru , [40] în cazul în care pentru cupru interconecteaza densităţi de curent sunt limitate de electromigration .
Nanotuburi de carbon cu cochilii Multiwalled interconectate interior arată supraconductibilitatea cu o temperatură de tranziţie relativ ridicat T c = 12 K . În schimb, valoarea T c este un ordin de mărime mai mică pentru cabluri de nanotuburi de carbon cu un singur perete sau pentru MWNTs cu obişnuite, non-interconectate cochilii. [41]
Optic
Articol principal: Proprietatile optice de nanotuburi de carbon
Termic
Principalele articol: proprietatile termice ale nanostructurilor
Toate Nanotuburile sunt de aşteptat să fie foarte bună conductoare termica de-a lungul tubului, care prezintă o proprietate cunoscut sub numele de " conducere balistice ", dar izolatori bine lateral pe axa tubului. Măsurătorile arată că un SWNT are o conductivitate termică temperatura camerei de-a lungul axei sale din aproximativ 3500 W · m -1 ° K -1; [42] pentru a compara acest cupru, un metal bine-cunoscut pentru bunele sale de conductivitate termică , care transmite 385 W · m -1 · K -1. O SWNT are o conductivitate termică temperatura camerei în jurul axei sale (în direcţia radială) de aproximativ 1.52 W · m -1 ° K -1, [43] , care este la fel de conductoare termic cum a solului. Stabilitate a temperaturii de nanotuburi de carbon este estimat a fi de până la 2800 ° C în vid şi aproximativ 750 ° C în aer. [44]
Defecte
Ca şi în orice material, existenţa unui defect cristalografice afectează proprietăţile materialului. Defectele pot apărea sub forma de atomic posturi vacante . Nivelurile ridicate de astfel de defecte poate scădea rezistenţa la tracţiune cu până la 85%. O altă formă de defect nanotub de carbon este defect Piatra Ţara Galilor , care creează o pereche pentagon şi heptagon de reamenajare a obligaţiunilor. Datorită structurii foarte mici de CNTs, rezistenţa la tracţiune a tubului este dependentă de pe segmentul cel mai slab într-un mod similar cu un lanţ, în cazul în care puterea de veriga cea mai slabă devine puterea maximă a lanţului.
Defecte cristalografice afectează, de asemenea, proprietăţile tubului electric. Un rezultat comun este redus conductivitate prin regiunea defect al tubului. Un defect în fotoliu de tip tuburi (care poate efectua de energie electrică), poate provoca regiunea înconjurătoare pentru a deveni semiconductoare, şi posturile vacante unice monoatomic induce proprietăţi magnetice. [45]
Defecte cristaline puternic afectează proprietăţile tubului termic. Aceste defecte duc la fononice imprastiere, care, la rândul său, creşte rata de relaxare a phonons. Acest lucru reduce drumul liber mijlociu şi reduce conductivitatea termica a structurilor de nanotuburi. Phonon simulari de transport indică faptul că defectele de substituţie, cum ar fi azot sau bor va duce în primul rând la împrăştierea de înaltă frecvenţă phonons optice. Cu toate acestea, pe scară largă defecte, cum ar fi Piatra defecte Wales cauza împrăştiere fononice într-o gamă largă de frecvenţe, conducând la o reducere mai mare conductivitate termică. [46]
One-dimensional de transport
Datorită dimensiunilor scara nanometrica, electronii propaga numai de-a lungul axei tubului de electroni şi de transport implică multe efecte cuantice. Din acest motiv, nanotuburile de carbon sunt frecvent menţionate ca "unidimensionale".
Toxicitate
Toxicitatea de nanotuburi de carbon a fost o chestiune importantă în domeniul nanotehnologiei. O astfel de cercetare tocmai a inceput. Datele sunt încă fragmentare şi sub rezerva critică. Rezultatele preliminare subliniază dificultăţile în evaluarea toxicităţii a acestui material eterogen. Parametri, cum ar fi structura, dimensiunea de distribuţie , suprafaţă , chimie suprafaţă, taxa de suprafaţă , şi aglomerare de stat, precum şi de puritate a probelor, au un impact considerabil asupra reactivităţii de nanotuburi de carbon. Cu toate acestea, datele disponibile în mod clar arată că, în anumite condiţii, nanotuburi pot trece bariere membrana, ceea ce sugerează că, în cazul în care materiile prime ajung la organe, ele pot provoca efecte nocive, cum ar fi reacţii inflamatorii si fibrotice. [47]
Un studiu condus de Alexandra Porter de la Universitatea din Cambridge arata ca CNTs pot intra celule umane si se acumuleaza in citoplasma , provocând moartea celulelor. [48]
Rezultatele studiilor de rozătoare colectiv arată că, indiferent de procesul prin care au fost sintetizate CNTs şi tipurile şi cantităţile de metale care acestea le conţin, CNTs au fost capabile să producă inflamaţie , epithelioid granuloame (noduli microscopice), fibroza , şi modificări biochimice / toxicologice în plămâni . [49] studii comparative de toxicitate in care soarecii s-au dat ponderi egale de materiale de testare a arătat că SWCNTs au fost mai toxic decât cuarţ , care este considerat un pericol grav sănătatea în muncă atunci când cronic inhalat. Ca un control, ultrafine negru de fum a fost demonstrat de a produce răspunsuri minime pulmonar. [50]
Forma ac-cum ar fi fibra de CNTs este similar cu fibre de azbest . Acest lucru ridică ideea că utilizarea pe scară largă a nanotuburilor de carbon poate duce la mezoteliom , care este un cancer al mucoasei de plămâni adesea cauzate de expunerea la azbest. Un studiu pilot recent publicat sprijină această predicţie. [51] Oamenii de stiinta au expus mezoteliale mucoasei cavitatea corpului de soareci pentru a nanotuburilor de carbon lung multiwalled si a observat ca de azbest, lungime-dependent, comportament patogene care a inclus inflamatia si formarea de leziuni cunoscut sub numele de granuloame . Autorii studiului ajunge la concluzia:
"Acest lucru este de o importanţă considerabilă, deoarece comunităţile de cercetare şi de afaceri continuă să investească masiv în nanotuburi de carbon pentru o gama larga de produse de la presupunerea că ele nu sunt mai periculoase decât grafit. Rezultatele noastre sugereaza nevoia pentru continuarea cercetarii si mare precauţie înainte de introducerea astfel de produse în piaţă în cazul în care pe termen lung, este rău să fie evitată. " [51]
Potrivit co-autor Dr. Andrew Maynard:
"Acest studiu este exact genul de cercetare strategică, extrem de concentrat necesare pentru a asigura dezvoltarea în condiţii de siguranţă şi responsabilă a nanotehnologiei Se pare că la un material scara nanometrica specifice aşteptate să aibă aplicaţii pe scară largă comerciale şi pune întrebări specifice despre un pericol pentru sănătate specifice. Chiar dacă oamenii de ştiinţă au fost creşterea îngrijorarea cu privire la siguranţa de nanotuburi de lung, subtire de carbon de peste un deceniu, nici una din nevoile de cercetare în nanotehnologie curent al SUA federal de mediu, sănătate şi securitate de cercetare strategie adresa de risc la această întrebare ". [52]
Deşi cercetarea sunt necesare în continuare, datele disponibile sugerează că, în anumite condiţii, în special cele care implică expunerea cronică, nanotuburile de carbon pot prezenta un risc grav pentru sănătatea umană. [47] [48] [50] [51]
Sinteză



Praf de nanotuburi de carbon
Tehnici au fost dezvoltate pentru a produce în cantităţi apreciabile nanotuburi, inclusiv de descărcare de gestiune arc , ablatie laser , de înaltă presiune de monoxid de carbon ( HiPco ), şi depunerea chimică din vapori (CVD). Cele mai multe dintre aceste procese au loc în vid sau cu gazele de proces. Creşterea CVD de CNTs pot apărea în vid sau la presiune atmosferică. Cantităţile mari de nanotuburi pot fi sintetizate prin aceste metode; progrese în cataliză şi procese continue de creştere sunt mai mult acest site CNTs punct de vedere comercial.
Arc de descărcare de gestiune
Nanotuburile au fost observate în 1991, în funingine de carbon din grafit electrozi în timpul unui arc de descărcare de gestiune, folosind un curent de 100 de amperi , care a fost destinat să producă fullerene. [53] Cu toate acestea prima macroscopic de producţie a nanotuburilor de carbon a fost făcută în 1992 de către doi cercetători la NEC Laboratorul de Cercetare-i fundamentale. [54] Metoda folosită a fost aceeaşi ca în 1991. În timpul acestui proces, de carbon conţinute în sublimează electrodul negativ din cauza temperaturilor ridicate de descărcare de gestiune. Din cauza ca nanotuburile au fost initial descoperite folosind aceasta tehnica, a fost metoda cea mai utilizat pe scara larga de sinteza nanotub.
Randamentul pentru această metodă este de până la 30% din greutate şi pe care le produce atât nanotuburi de single-şi multi-pereţi, cu lungimi de până la 50 micrometri cu defecte structurale puţine. [22]
Ablatie laser
În procesul de ablatie laser, un laser pulsata vaporizeaza o ţintă de grafit într-un reactor de înaltă temperatură în timp ce un gaz inert este sângerate in camera. Nanotuburile dezvolta pe suprafetele mai reci ale reactorului ca condensează de carbon vaporizat. O suprafaţă de răcire cu apă pot fi incluse în sistem pentru a colecta nanotuburi.
Acest proces a fost dezvoltat de Dr. Richard Smalley si co-lucrătorilor de la Universitatea Rice , care, la momentul de descoperirea nanotuburilor de carbon, au fost sablare metale cu un laser pentru a produce molecule diverse obiecte de metal. Când au auzit de existenta a nanotuburilor au inlocuit metale cu grafit pentru a crea multi-pereţi nanotuburi de carbon. [55] Mai târziu în acel an echipa a utilizat un compozit de grafit şi de particule de catalizator metalic (în cele mai bune randamentul a fost de la un cobalt şi nichel amestec ) de a sintetiza un singur perete nanotuburi de carbon. [56]
Metoda de ablatie laser produce în jurul valorii de 70% şi produce în principal un singur perete nanotuburile de carbon, cu un diametru controlabil determinat prin reacţia de temperatura . Cu toate acestea, este mai scump decât descărcare în arc, fie de vapori sau depunerea chimică. [22]
Depunere chimică din vapori (CVD)


Nanotuburile fiind crescut cu plasmă consolidată depunere chimică din vapori
Catalitic de vapori faza de depunere de carbon a fost raportata pentru prima data in 1959, [57] , dar nu a fost până în 1993 [58] că nanotuburi de carbon s-au format de acest proces. În 2007, cercetatorii de la Universitatea din Cincinnati (UC), a dezvoltat un proces de a creşte matrice aliniat nanotub de carbon cu o lungime de 18 mm pe un FirstNano ET3000 sistem de creştere de carbon nanotub. [59]
În timpul CVD, un substrat este pregătit cu un strat de particule de catalizator metalic, cel mai frecvent nichel, cobalt, [60] de fier , sau o combinaţie. [61] nanoparticule de metal pot fi, de asemenea, produse de alte căi, printre care reducerea de oxizi sau oxizi solutii solide. Diametrele de nanotuburi care vor fi cultivate sunt legate de mărimea particulelor de metal. Acest lucru poate fi controlat de model (sau mascat) depunere de metal, recoacere, sau prin gravare plasmă a unui strat de metal. Substratul este încălzit la aproximativ 700 ° C. Pentru a iniţia o creştere de nanotuburi, două gaze sunt goliţi de sânge în reactor: un gaz de proces (cum ar fi amoniac , azot sau hidrogen ), şi un carbon care conţin gaze (cum ar fi acetilenă , etilenă , etanol sau metan ). Nanotuburile cresc la site-urile de catalizator metalic; de carbon care conţin în afară este rupt de la suprafaţa particulei catalizator, şi de carbon este transportat la marginile de particule, în cazul în care aceasta face nanotuburi. Acest mecanism este încă a fi studiate. Particulele de catalizator poate staţi la sfaturi de nanotub în creştere în timpul procesului de creştere, sau să rămână la baza nanotub, în ​​funcţie de aderenţa dintre particule şi catalizator substrat. Descompunerea termică catalitică a hidrocarburilor a devenit un domeniu activ de cercetare şi poate fi o cale promiţătoare pentru producerea mai mare parte a CNTs. Reactor cu pat fluidizat este reactorul cel mai des utilizate pentru prepararea CNT. Scară-up a reactorului este o provocare majoră. [62] [63]
CVD este o metodă comună pentru producţia comercială de nanotuburi de carbon. În acest scop, nanoparticule de metal sunt amestecate cu un suport catalizator, cum ar fi de MgO sau Al 2 O 3 pentru a creşte suprafaţa de randament mai mare de reacţie catalitică a materiei prime de carbon cu particule metalice. O problemă în acest traseu sinteză este eliminarea catalizatorului de sprijin printr-un tratament cu acid, care, uneori, ar putea distruge structura originală a nanotuburilor de carbon. Cu toate acestea, susţine alternative de catalizator, care sunt solubile în apă s-au dovedit eficiente pentru creşterea nanotuburi. [64]
Dacă o plasma este generată prin aplicarea unui câmp electric puternic în timpul procesului de creştere (plasmă consolidată depunere chimică din vapori), atunci creşterea nanotub va urma directia campului electric. [65] Prin ajustarea geometria a reactorului este posibilitatea de a sintetiza nanotuburi de carbon aliniate vertical [66] (şi anume, perpendicular pe substrat), o morfologie care a fost de interes pentru cercetători interesaţi şi de emisia de electroni din nanotuburi. Fără plasmă, nanotuburile rezultate sunt adesea orientate aleatoriu. În condiţii anumite reacţii, chiar şi în absenţa de o plasmă, nanotuburi de spaţiate strâns va menţine o direcţie de creştere verticală care rezultă într-o gamă densa de tuburi care seamănă cu un covor sau pădure.
Dintre diferitele mijloace de sinteză nanotub, BCV prezinta cele mai promisiune pentru depunerea la scara industriala, datorita preţ / unitate raport, şi pentru că BCV este capabilă să crească nanotuburilor direct pe un substrat dorit, întrucât nanotuburile trebuie să fie colectate în alte de creştere tehnici. Site-urile de creştere sunt controlabile prin depunerea atentă a catalizatorului. În 2007, o echipa de la Universitatea Meijo demonstrat o inalta eficienta tehnica CVD pentru a fi cultivate nanotuburi de carbon de la camfor . [67] Cercetatorii de la Universitatea Rice, până de curând, condus de regretatul Richard Smalley , s-au concentrat pe gasirea unor metode pentru a produce cantităţi mari, pur de anumite tipuri de nanotuburi. Abordarea lor creşte fibrele lungi de multe seminţe mici tăiat dintr-o nanotub unic;. Toate din fibre care rezultă au fost găsite pentru a fi de acelaşi diametru ca nanotub original şi se aşteaptă să fie de acelaşi tip ca nanotub versiunea originală [68]
Super-o creştere BCV


SEM fotografie a pădurilor SWNT produse de super-creştere


O probă SWNT mic produs de super-creştere
Super-o creştere CVD (apă-asistată depunere chimică din vapori), procesul a fost dezvoltat de Kenji Hata, Iijima Sumio şi co-lucrătorilor la AIST , Japonia. [69] În acest proces, activitatea şi durata de viaţă a catalizatorului sunt îmbunătăţite prin adăugarea de apă în reactorul de BCV. Dens milimetru-tal nanotuburi "păduri", aliniat normal la substrat, au fost produse. Ritmul de creştere a pădurilor ar putea fi exprimate, astfel cum a

In this equation, β is the initial growth rate and τ o is the characteristic catalyst lifetime. [ 70 ]
Their specific surface exceeds 1,000 m 2 /g (capped) or 2,200 m 2 /g (uncapped), [ 71 ] surpassing the value of 400–1,000 m 2 /g for HiPco samples. The synthesis efficiency is about 100 times higher than for the laser ablation method. The time required to make SWNT forests of the height of 2.5 mm by this method was 10 minutes in 2004. Those SWNT forests can be easily separated from the catalyst, yielding clean SWNT material (purity >99.98%) without further purification. For comparison, the as-grown HiPco CNTs contain about 5–35% [ 72 ] of metal impurities; it is therefore purified through dispersion and centrifugation that damages the nanotubes. The super-growth process avoids this problem. Patterned highly organized single-walled nanotube structures were successfully fabricated using the super-growth technique.
The mass density of super-growth CNTs is about 0.037 g/cm 3 . [ 73 ] [ 74 ] It is much lower than that of conventional CNT powders (~1.34 g/cm 3 ), probably because the latter contain metals and amorphous carbon .
The super-growth method is basically a variation of CVD. Therefore, it is possible to grow material containing SWNT, DWNTs and MWNTs, and to alter their ratios by tuning the growth conditions. [ 75 ] Their ratios change by the thinness of the catalyst. Many MWNTs are included so that the diameter of the tube is wide. [ 74 ]
The vertically aligned nanotube forests originate from a "zipping effect" when they are immersed in a solvent and dried. The zipping effect is caused by the surface tension of the solvent and the van der Waals forces between the carbon nanotubes. It aligns the nanotubes into a dense material, which can be formed in various shapes, such as sheets and bars, by applying weak compression during the process. Densification increases the Vickers hardness by about 70 times and density is 0.55 g/cm 3 . The packed carbon nanotubes are more than 1 mm long and have a carbon purity of 99.9% or higher; they also retain the desirable alignment properties of the nanotubes forest. [ 76 ]
Natural, incidental, and controlled flame environments
Fullerenes and carbon nanotubes are not necessarily products of high-tech laboratories; they are commonly formed in such mundane places as ordinary flames , [ 77 ] produced by burning methane, [ 78 ] ethylene, [ 79 ] and benzene, [ 80 ] and they have been found in soot from both indoor and outdoor air. [ 81 ] However, these naturally occurring varieties can be highly irregular in size and quality because the environment in which they are produced is often highly uncontrolled. Thus, although they can be used in some applications, they can lack in the high degree of uniformity necessary to satisfy the many needs of both research and industry. Recent efforts have focused on producing more uniform carbon nanotubes in controlled flame environments. [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] Such methods have promise for large-scale, low-cost nanotube synthesis, though they must compete with rapidly developing large scale CVD production.
Application related issues


Centrifuge tube with a solution of carbon nanotubes, which were sorted by diameter using density-gradient ultracentrifugation . [ 86 ]
Many electronic applications of carbon nanotubes crucially rely on techniques of selectively producing either semiconducting or metallic CNTs, preferably of a certain chirality. Several methods of separating semiconducting and metallic CNTs are known, but most of them are not yet suitable for large-scale technological processes. The most efficient method relies on density-gradient ultracentrifugation, which separates surfactant-wrapped nanotubes by the minute difference in their density. This density difference often translates into difference in the nanotube diameter and (semi)conducting properties. [ 86 ] Another method of separation uses a sequence of freezing, thawing, and compression of SWNTs embedded in agarose gel. This process results in a solution containing 70% metallic SWNTs and leaves a gel containing 95% semiconducting SWNTs. The diluted solutions separated by this method show various colors. [ 87 ] [ 88 ] Moreover, SWNTs can be separated by the column chromatography method. Yield is 95% in semiconductor type SWNT and 90% in metallic type SWNT. [ 89 ]
In addition to separation of semiconducting and metallic SWNTs, it is possible to sort SWNTs by length, diameter, and chirality. The highest resolution length sorting, with length variation of

Vezi și
http://www.scribd.com/doc/3052505/proiect-nanotuburi
http://facultate.regielive.ro/......71878.html
http://www.blitztech.ro/......-azbestul/
http://www.fabricadebani.ro/news.aspx?iid=18032
http://www.arenait.net/2007/11/12/armura-tot-din-nanotuburi-de-carbon.html
http://www.stiinta.info/......s/160/103/
http://news.softpedia.com/......3414.shtml
http://www.gandul.info/......on-3776273
http://www.ftr.ro/......-37429.php
http://www.ziare.com/articole/nanotuburi+de+carbon
http://www.studentie.ro/......78029.html
http://www.stiintasitehnica.com/apa-pura-cu-nanotuburi-de-carbon_288.html
http://www.scribd.com/doc/56057916/Nanotuburi-de-Carbon
http://www.bejeus.com/2011/05/au-construit-o-sinapsa-dintr-un-nanotub.html
http://www.descopera.ro/......-de-carbon
Mai caută și tu despre nanotuburile de carbon!

Știai despre cea ce nu trebuia să știi, e fapt!
Metalele conduc destul de bine și electricitatea și energia termică.
Tuburile termice conduc și mai bine energia termică, iar metalele la aproape de zero absolut precum și alte substanțe prezintă fenomene de supra conductibilitate electrică.
http://www.scribd.com/doc/52476686/Supraconductibilitate
tps://docs.google.com/viewer?a=v&cu=cache:iwdSFHNl19AJ:ee.upg-ploiesti.ro/cursuri/STM/STM4.pdf+supra+conductibilitate+electrică.&hl=ro&gl=ro&pid=bl&srcid=ADGEEShhfRs8M-iwWjyaU7_SNNucSaz8uqkXARCOYmqcK7Qs4JN6iSysxEAYy6yjrLlTG1P9wCcEsb8sGeZTuSi7QpCUpuOXRe3-G1FkBTkCGmwgOwqHc-0CJlfoE8OdbWOBnpqzkHIr&sig=AHIEtbQDeMa0hSUsRGO3bCXN6l7jI1Q74g
http://www.ecursuri.ro/referate/supraconductibilitate.html
http://www.referatele.com/......a-refe.php
http://www.referate-lucrari.com/referat_Metale-2-1241.html
onductibilitate+electrică.&hl=ro&gl=ro&pid=bl&srcid=ADGEESh2JPRrdF4sX87ooh4BHRGCm7Sk62lZpVMhFLTCB_7zMMmaSh8LOkkXBDQeooILSK8Dcc-klGc2LEVP65To9ign44CaWwyKlF1qOaK1W1nBGJW1_KO252vW23HjwpLv7XMEAauO&sig=AHIEtbSCTnjQxWThmNyDli_EHe2W5M_6xw
http://www.elforum.ro/viewtopic.php?f=74&t=20026
http://www.altalgroup.ro/solar_heat_pipe.htm
http://www.comunicatemedia.ro/Tuburi_termice_plate_ic30958.html
http://facultate.regielive.ro/cursuri/mecanica/tuburi-termice-35583.html
http://forum.softpedia.com/lofiversion/index.php/t766535.html
http://www.panourisolare.info/panouritermice.php?tip=Tubul-Vidat
http://solara.ro/sisteme/tub-termic.php
etc

Vezi și
http://www.alternativepureenergy.ro/......ri-solari/
http://www.marketwatch.ro/......industrii/
http://www.topbusiness.ro/......plate.html
https://docs.google.com/......ps?/viewer
http://forum.softpedia.com/index.php?showtopic=766535
+termice&hl=ro&gl=ro&pid=bl&srcid=ADGEESjtpee3VgNBuOysiS30kqmzoM4PSPeAostFPVE038DAy7O7VEmq2qT8HUhJA-8PpTNruRy8Ve6ah9hTxgbc76Z9RTKda_TJN-V0KynQMBJif1tkNfiGVXXSHIpqtK4cL_olD85S&sig=AHIEtbTj-MYZIJDPZuZp44Xnmexeotu0FQ
http://www.scribd.com/doc/58744617/19/Colectori-cu-tuburi-termice
asta este un material mai mare și ai ce să citești, nu este numai despre tuburi termice ci despre mai multe!
http://altalgroup.bizoo.ro/......ri-termice
http://www.ecomunicate.ro/......-5699.html
http://www.termice.ro/......te_30.html
http://www.climatherm.ro/termice/Sisteme-solare-95.html
etc

Am intrebat ce metale si materiale conduc electricitatea. Mihaidavidoglu1954, tu ai dat cel mai lung raspuns de pe TPU si de pe aici! Bravo! De energie termala stiu.