Kulstofnanorør (CNT) er allotroper af kulstof, der er cylindriske bikageformede med nanodiameter.

Der er mange egenskaber ved CNT'er som mekanisk styrke, elasticitet, letvægt, elektrisk og termisk ledningsevne, der gør det til det mest lovende materiale.

Mange industrier, herunder elektronik, medicin, energilagring, sensorer og mange flere, bruger CNT'er i stort antal. Den stigende efterspørgsel har lagt et konstant pres på at opskalere fremstillingen af CNT'er.

Denne store produktion af CNT'er er blevet den største udfordring, der hindrer deres anvendelse. 

Håndtering af udfordringen :

Normalt foretrækker forskere at dyrke CNT-skove i stedet for at dyrke dem enkeltvis. CNT-skove er lodrette CNT-arrays, der er selvsamlende.

Det sker normalt ved hjælp af kemisk dampaflejring med en fast katalysator på et substrat, som senere adskilles fra CNT-skoven for at opnå et meget rent materiale.

Selvom denne proces har mange fordele, er det eneste store problem længden.

Indtil nu har forskerne været i stand til at dyrke CNT-skoven op til 2 cm ved hjælp af katalysatorer som jernholdig (Fe) på aluminiumoxid (Al2O3) (længden af CNT'er spiller en afgørende rolle, når det kommer til deres egenskaber, og derfor er det nødvendigt at overveje dette aspekt).

Det påvirker den industrielle værdi ved at begrænse udbuddet og øge prisen på materialet. 

Der er sket en revolutionerende opdagelse, som har ændret spillet totalt.

For nylig har et hold forskere fra Japan registreret længden af CNT-skove på op til 14 cm ved hjælp af en ny metode. Deres undersøgelse er for nylig blevet offentliggjort i Carbon. 

Hisashi Sugime, assisterende professor ved Waseda University, og hans team fandt ud af, at CNT'erne holdt op med at vokse på grund af den gradvise strukturelle ændring i katalysatoren (Fe-Al2Ox), der tidligere blev brugt.

Grundlæggende er CNT'ernes tæthed, som afhænger af antallet af aktive katalysatorer, utilstrækkelig til at opretholde en selvbærende struktur, og skovvæksten ophører.

Derfor skal den anvendte katalysator være strukturelt og kemisk stabil. 

Deres tilgang var at ændre teknikken for at undertrykke denne ustabilitet.

De opnåede det ved at tilføje gadolinium (Gd)-laget til den tidligere katalysator, der var belagt med et n-type siliciumsubstrat.

Gadoliniumlaget hjalp med at forhindre katalysatoren i at blive nedbrudt, hvilket igen gjorde det muligt for CNT-skoven at vokse med 5 cm.

For at opnå den ønskede længde opbevarede de katalysatoren i et kammer kaldet CVD-kammeret (Chemical Vapor Deposition) med kold gas.

Katalysatoren blev forbehandlet ved at holde temperaturen oppe på 750°C og tilføre små koncentrationer af Fe- og Al-dampe ved stuetemperatur.

Dette hjalp med at opretholde katalysatorstrukturen i op til 26 timer, hvilket igen fremmede væksten af CNT-skoven.

Efter omhyggelige analyser lykkedes det dem at registrere længden af CNT-skoven med 14 cm. 

Deres præstationer har sat en ny horisont for de industrier, der er under udvikling, og dette bemærkelsesværdige fremskridt har udvidet anvendelsesmulighederne for CNT.

Det kan ændre tilgangen til nanoteknologi og nanovidenskab for fremtidig forskning. 

For at læse den komplette forskningsartikel henvises til DOI nedenfor. 

Reference :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultra-lang kulstofnanorørskov via in situ-supplementer af jern- og aluminiumdampkilder. Kulstof, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Hvis du er forsker inden for nanoteknologi, kan vi hjælpe dig med at lave infografik om relaterede emner i Mind the graph.

Relaterede artikler
logo-abonnement

Tilmeld dig vores nyhedsbrev

Eksklusivt indhold af høj kvalitet om effektiv visuel
kommunikation inden for videnskab.

- Eksklusiv guide
- Tips til design
- Videnskabelige nyheder og tendenser
- Vejledninger og skabeloner