Uhlíkové nanotrubičky (CNT) jsou alotropy uhlíku, které mají tvar válce ve tvaru včelí plástve s nanoprůměrem.
CNT mají řadu vlastností, jako je mechanická pevnost, pružnost, nízká hmotnost, elektrická a tepelná vodivost, které z nich činí nejslibnější materiál.
CNT se ve velkém využívají v mnoha odvětvích, jako je elektronika, medicína, skladování energie, senzory a mnoho dalších. Rostoucí poptávka vytváří neustálý tlak na zvyšování výroby CNT.
Tato velkokapacitní výroba CNT se stala hlavní výzvou, která brání jejich použití.
Řešení výzvy :
Vědci obvykle dávají přednost pěstování lesů CNT před jejich individuálním pěstováním. Lesy CNT jsou vertikálně uspořádaná pole CNT, která se sestavují sama.
To se obvykle provádí procesem chemické depozice z par za přítomnosti pevného katalyzátoru na substrát, který se později oddělí od lesa CNT, aby se získal vysoce čistý materiál.
Přestože tento proces nabízí řadu výhod, jediným zásadním problémem je jeho délka.
Dosud se vědcům podařilo vypěstovat les CNT až do délky 2 cm pomocí katalyzátorů, jako je železo (Fe) na podložce z oxidu hlinitého (Al2O3) (délka CNT hraje zásadní roli, pokud jde o jejich vlastnosti, proto je nutné tento aspekt zohlednit).
To ovlivňuje jeho průmyslovou hodnotu tím, že omezuje nabídku a zvyšuje cenu materiálu.
Došlo k převratnému objevu, který zcela změnil pravidla hry.
Nedávno tým vědců z Japonska zaznamenal pomocí nového přístupu délku lesa CNT až 14 cm. Jejich studie byla nedávno publikována v časopise Carbon.
Hisashi Sugime, odborný asistent na Waseda University, a jeho tým zjistili, že CNT přestaly růst v důsledku postupné strukturální změny v katalyzátoru (Fe-Al2Ox), který byl dříve použit.
Pokud hustota CNT, která závisí na počtu aktivních katalyzátorů, nestačí k udržení samonosné struktury, růst lesa se zastaví.
Použitý katalyzátor proto musí zůstat strukturně a chemicky stabilní.
Jejich přístup spočíval ve změně techniky, která by tuto nestabilitu potlačila.
Toho dosáhli přidáním vrstvy gadolinia (Gd) k dřívějšímu katalyzátoru pokrytému křemíkovým substrátem typu n.
Vrstva gadolinia pomohla zabránit poškození katalyzátoru a umožnila tak růst lesa CNT o 5 cm.
Aby dosáhli požadované délky, uchovávali katalyzátor v komoře zvané komora pro chemické napařování (CVD).
Katalyzátor byl předúpraven udržováním teploty až na 750 °C a dodáváním malých koncentrací par Fe a Al při pokojové teplotě.
To pomohlo udržet strukturu katalyzátoru až po dobu 26 hodin, což následně podpořilo růst lesa CNT.
Po pečlivých analýzách se jim podařilo zaznamenat délku lesa CNT o 14 cm.
Jejich úspěch nastavil nový horizont pro rozvíjející se průmysl.Tento pozoruhodný pokrok rozšířil aspekty použití CNT.
To by mohlo změnit přístup k nanotechnologiím a nanovědě pro budoucí výzkum.
Chcete-li si přečíst celý zveřejněný výzkumný článek, odkazujeme na níže uvedený DOI.
Odkaz :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultra-dlouhý les uhlíkových nanotrubiček pomocí in situ doplňků parních zdrojů železa a hliníku. Uhlík, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
Pokud jste výzkumný pracovník z oblasti nanotechnologií, můžeme vám pomoci vytvořit infografiku na související témata v aplikaci Mind the graph.
Přihlaste se k odběru našeho newsletteru
Exkluzivní vysoce kvalitní obsah o efektivním vizuálním
komunikace ve vědě.
