Nanorurki- najbardziej znane wytwory nanotechnologii

W praktyce,większość osób kojarzących nanotechnologię kojarzy też nanorurki węglowe i fullereny jako jedno z podstawowych jej produktów oprócz grafenu.Jak zwykle istnieje coś takiego jak artykuły w wikipedii o nanorurkach i jak zwykle,w polskiej edycji mówią one mało..Przede wszystkim, należy pamiętać,że nanorurki wcale nie muszą być nanorurkami węglowymi – choć te są najpopularniejsze.

Kolejny problem wynika z nazywaniem tego rodzaju tworu rurką.Współczesne osiągnięcia fizyki kwantowej,zwłaszcza teoria korpuskularno-falowa czy teoria atomu wg. Bohra i wszelkie późniejsze – dużo doskonalsze teorie powinny sprawiać,że zachowamy ostrożność.Atomy to w końcu nie są kolorowe kulki połączona patyczkami,jak to pokazują ładne i estetyczne modele.Oczywiście nie chodzi o samo nazywanie ich rurkami,analogia jest. Chodzi tylko o nie zapominanie,o roli zjawisk w nanoskali. „Świat kwantowy „jest nieco inny niż nasz.

Jeśli chodzi o nanorurki węglowe,to teoretycznie wyróżniamy ich 3 rodzaje:

W istocie, wszystkie te kształty wynikają z różnego nawinięcia się „płaskich konfiguracji” węgla (w istocie,można chyba mówić o grafenie) w procesach produkcji,polegających z reguły na kondensacji par atomów węgla – lecz oczywiście różnią się one właściwościami. Stosunkowo najlepsze właściwości wytrzymałościowe – jeśli chodzi o wydłużenie,moduł Younga czy wytrzymałość na rozciąganie – mają nanorurki typu „fotelikowego” (armchair). Wytrzymałość na rozciąganie nanorurek węglowych może być 100 razy większa od zwykłej stali.Planuje się stworzenie kiedyś tzw. Windy kosmicznej na ich bazie.

Również przewodnictwo elektryczne nanorurek jest fantastyczne.Nanorurki, zachowują się bardzo podobnie do metali w tym względzie i potrafią przewodzić prąd nawet na poziomie gestości 4*109 A/cm2. Miedź,srebro czy złoto, stopiłyby się po prostu.Przewodnictwo cieplne nanorurek jest na poziomie niemal 10 razy większym (3500 W/[m·K]  dla nanorurek kontra 385 W/[m·K] ) jak miedź.Same nanorurki w próżni wytrzymują zresztą do temperatur rzędu 2800 stopni Celcjusza w próżni i 750 w powietrzu.W Japonii prowadzono zatem badania, nad żarówkami zawierającymi jako włókno żarowe nanorurki.

Zachowanie nanorurek w polu magnetycznym pozwala również na ich zastosowanie jako sensorów. A to wszystko, to tylko przykłady.

Same nanorurki mogą zostać wykorzystane również w mikroelektronice wymagającej niewielkiej energii,przeprowadzono już liczne próby z wykorzystaniem tranzystorów opartych o nanorurki.Jest to ważne,ponieważ dzięki temu możliwe byłoby uzyskanie chipów zużywających dużo mniej energii.

Jeśli zatem, nanorurki są tak wspaniałe – w czym problem ? Przede wszystkim kosztach produkcji i odpowiedniej jakości. Zaledwie gram nanorurek węglowych jest wielokrotnie droższy od grama złota.Do tego, niektóre nanorurki mogą być toksyczne.Problem toksyczności niektórych nanomateriałów już poruszałem. Problemem jest też, uzyskanie nanorurek odpowiedniej długości.Były oczywiście badania,w których otrzymano już nanorurkę o długości 550 mm (0,55 metra),wyniki ich opublikowano w artykule „Growth of Half-Meter Long Carbon Nanotubes Based on Schulz-Flory Distribution” czasopisma ACS Nano z 2013 roku,niemniej do niedawna przynajmniej produkcja nanorurek dłuższych,jak kilka milimetrów napotykała na istotne przeszkody,wygląda też na to,że trzeba jeszcze poczekać na nieco tańsze rozwiązania.Przede wszystkim ,problemem były (i w dużym stopniu są nadal) defekty strukturalne, obecne w nanorurkach podobnie, jak w stopach metali – choć inne.Dwa lata temu jednak,ukazał się. w czasopiśmie Physical Review Letters artykuł „Efficient Defect Healing in Catalytic Carbon Nanotube Growth„. Być może również były inne,równie istotne. Jak się okazało, teoria mówiąca,że defekty strukturalne są problemem nie do usunięcia w nanorurkach została obalona,rzecz tylko w odpowiednio kontrolowanych warunkach – konkretnie np. w odpowiednich temperaturach i przy odpowiednim wprowadzaniu węgla możliwe jest wytwarzanie naprawdę długich nanorurek.Oczywiście wciąż pozostaje problem defektów powstałych dzięki zjawiskom termodynamicznym,czy promieniotwórczości (np. przemiany Izotopu C-14 z węgla w azot),jest to jednak znaczący krok naprzód.Wciąż jednak, problemem jest wytwarzanie nanorurek tylko jednego konkretnego typu,lub z jednego,konkretnego zakresu.Do tej pory istniało sporo sposobów separacji,ale za bardzo brak rzetelnych metod na produkcję jednego typu nanorurek.Choć szczerze, można powiedzieć,że to wkrótce może przestać być problemem, bowiem niedawno ukazał się w serwisie phys.org artykuł na temat badań, dotyczących tej tematyki.Wyniki ,co prawda,wciąż nie są idealne,ale (podobnie jak wcześniejsze takie badania) są milowymi krokami w kierunku tego,by również ten problem został niebawem rozwiązany.Czy tak będzie ? Zobaczymy.

Jedno jest natomiast pewne.Już teraz kompozyty zawierające nanorurki węglowe są z sukcesem stosowane,nanorurki niewielkich długości zresztą też. Zresztą w istocie,są one stosowane od bardzo dawna.Już stal damasceńska przypuszczalnie zawierała nanorurki węglowe.

Osoby które nie znają tematu nanorurek węglowych i studentów chciałbym natomiast ostrzec przed pewnym błędem,który nie dla każdego wydaje się oczywisty.Nanorurki węglowe i włókno węglowe to nie jest to samo ! To są bardzo różne materiały.Oczywiście, również w wypadku nanorurek występuje anizotropia właściwości.Oczywiście włókno węglowe może mieć bardzo wysoką wytrzymałość zbliżoną do najlepszych stali (2500 MPa),przy dużo niższej masie (jak widać niższą jednak i tak,niż nanorurki). Ale tutaj podobieństwo to należy traktować skrajnie ostrożnie,są to bowiem inne materiały i technologie.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s