Uhlíkové nanotrubice

Uhlík

V tomto článku vám sprostredkujeme všeobecné vedomosti o uhlíkových nanotrubiciach a o tom ako sa vyrábajú. Poukážeme aj na ich mnohé unikátne vlastnosti a možnosti ich aplikácie.

V roku 1980 sme ešte poznali len tri formy uhlíka, a to diamant, grafit a amorfný uhlík. Dnes už poznáme celý rad foriem uhlíka. Ako prvá bola objavená dutá klietka, známa aj ako Buckyball alebo Fullerén C60. V súčasnej dobe už existuje tridsať a viac foriem fullerénov a tiež množstvo lineárnych molekúl a uhlíkových nanotrubíc. C60 je prvá sférická molekula uhlíka s atómami usporiadaných do tvaru futbalovej lopty. Štruktúra buckyballu pozostáva zo 60 atómov uhlíka, spojených v izolovaných kruhových skupinách po päť alebo šesť atómov. Druhá, mierne pretiahnutá, sférická molekula uhlíka z tejto skupiny pripomínajúca rugby loptu, má 70 atómov uhlíka a je známa aj ako C70. Štruktúra C70 obsahuje navyše jeden kruh šiestich uhlíkov, ale existuje aj veľké množstvo ďalších možných štruktúr obsahujúcich rovnaký počet atómov uhlíka. Ich zvláštne tvary závisia na tom, či sú päťčlenné kruhy izolované alebo nie, alebo či obsahujú až sedem atómov. Charakterizovaných už bolo mnoho ďalších foriem fullerénov do C120 a je možné, že sa nájdu aj ďalšie fullerénne štruktúry s kruhmi z piatich atómov, ale v rôznych susediacich polohách.

Dôležitým faktorom pre nanotechnológiu je, že dokáže umiestniť užitočné atómy do vnútra dutých fullerénných lôpt. Fullerénom obsahujúce atómy sa hovorí endohedrálne. Samozrejme, že atómy sa môžu viazať na fullurény aj mimo gule ak získajú elektrón.

Endohedrálne fullerény môžu byť vyrobené aj z kovu, v ktorom sú atómy zachytené vo vnútri klietky. Teória ukazuje, že maximálnu elektrickú vodivosť endohedrálnych kovových atómov treba očakávať pri troch elektrónoch. Fullerény môžu byť rozptýlené na povrchu v jednej vrstve. To znamená, že existuje len jedna vrstva molekúl, ktorej hovoríme aj monovrstva. Takto upravené fullerény môžeme špeciálne spájať a vytvárať tak fullerénne vlákna. Systémy vhodných materiálov vo vnútri fullerénových lôpt sa skúmajú a sú pre nás obzvlášť zaujímavé, pretože môžu fungovať ako vodivé obvody. Kombináciou endohedrálnych štruktúr s non-endohedrálnymi môžeme zmeniť pôvodné zloženie fullerénoveho vlákna tak, že si jeho vzor prispôsobíme. Preto by sme mohli v rámci jedného vlákna presne definovať a izolovať vodivé oblasti od nevodivých. Jednorozmerné nanoinžinierstvo sa vďaka fullerénom stane skutočnosťou.

Grafén

Možno ešte dôležitejšie ako fullurény sú uhlíkové nanotrubice, ktoré sa vzťahujú ku grafénu. Molekulárna štruktúra grafénu sa podobá pletivu alebo listu hrubého jeden atóm – rovinná sieť vzájomne prepojených šesťhranných kruhov atómov uhlíka. Grafén môže pozostávať aj z na seba naskladaných listov uhlíka, čo im umožňuje ľahko sa po sebe kĺzať. To je aj dôvod prečo grafén nie je ťažký, ale mastný a môže byť použitý aj ako mazivo. Keď listy grafénu zvinieme do valca a ich okraje spojíme, vytvoríme uhlíkovú nanotrubicu.

Uhlíkové nanotrubice môžu mať rôzny priemer, dĺžku a funkciu. Nanotrubice sú už dnes k dispozícii pre priemyselné aplikácie vo veľkých množstvách. Niektorý výrobcovia uhlíkových nanotrubíc majú výrobné kapacity nastavené aj na vyše 100 ton ročne.

Nanotrubice sa zase môžu skladať z jednej vrstvy grafénu hrubého jeden atóm, alebo z niekoľkých sústredných trubíc, nazývaných aj multi nanotrubice. Pri pozorovaní nanotrubíc Transmisným Elektrónovým Mikroskopom (TEM) sa tieto trubice javia ako rovina. Jednotlivé steny nanotrubíc sa zobrazujú ako dve roviny, v multi nanotrubiciach sú pozorované viac ako dve roviny alebo paralelné línie. Existujú rôzne typy uhlíkových nanotrubíc, pretože grafénové listy môžu byť zrolované rôznymi spôsobmi.

Multi stená uhlíkova nanotrubica

Multi stenné nanotrubice môžu prísť s ešte zložitejšou škálou foriem, pretože každá jednotlivá koncentrická stena nanotrubice môže mať rôznu štruktúru a preto existuje celý rad usporiadaní. Najjednoduchšia je, keď koncentrické vrstvy sú rovnaké, len sa líšia v priemere. Ale zmiešané varianty sa môžu skladať z dvoch alebo viacerých typov sústredných uhlíkových nanotrubíc v rôznom poradí. Tie môžu mať zase buď pravidelné alebo náhodné vrstvenie. Štruktúra nanotrubíc ovplyvňuje jej vlastnosti – vrátane elektrickej a tepelnej vodivosti, hustoty a konštrukcie. Dôležitý je aj typ a priemer. Širšie priemery nantrubíc sa chovajú viac ako grafén. Vlastnosti užších nanotrubíc závisia na konkrétnom type.

Povedz svoj názor v komentári  a lajkni, prípadne zdieľaj článok, ak sa ti páčil ;) ďakujem.


Zdroj: nanowerk.com, worldofnanoscience.weebly.com, en.wikipedia.org, futura-sciences.com, nanointegris.com

1 Comment

Leave a Comment