Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNT) είναι αλλοτρόποι του άνθρακα που έχουν σχήμα κυλινδρικής κηρήθρας με νανοδιάμετρο.

Υπάρχουν πολλές ιδιότητες των CNT όπως μηχανική αντοχή, ελαστικότητα, μικρό βάρος, ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα που τα καθιστούν το πιο υποσχόμενο υλικό.

Πολλές βιομηχανίες, όπως η ηλεκτρονική, η ιατρική, η αποθήκευση ενέργειας, οι αισθητήρες και πολλές άλλες, χρησιμοποιούν τους CNT σε μεγάλους αριθμούς. Η αυξανόμενη ζήτηση έχει ασκήσει συνεχή πίεση για την αναβάθμιση της κατασκευής των CNTs.

Αυτή η παραγωγή CNT σε μεγάλη κλίμακα έχει γίνει η κύρια πρόκληση που εμποδίζει τις εφαρμογές τους. 

Αντιμετώπιση της πρόκλησης :

Συνήθως, οι επιστήμονες προτιμούν την καλλιέργεια δασών CNT παρά την καλλιέργειά τους μεμονωμένα. Τα δάση CNT είναι κάθετα ευθυγραμμισμένες συστοιχίες CNT που συναρμολογούνται από μόνα τους.

Αυτό πραγματοποιείται συνήθως με τη διαδικασία της χημικής εναπόθεσης ατμών παρουσία ενός σταθερού καταλύτη σε ένα υπόστρωμα, το οποίο αργότερα διαχωρίζεται από το δάσος CNT, προκειμένου να παραχθεί υλικό υψηλής καθαρότητας.

Παρόλο που η διαδικασία αυτή προσφέρει πληθώρα πλεονεκτημάτων, το μόνο σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει είναι η διάρκεια.

Μέχρι τώρα οι ερευνητές ήταν σε θέση να αναπτύξουν το δάσος CNT έως και 2 cm χρησιμοποιώντας καταλύτες όπως ο σιδηρούχος (Fe) σε υποστήριξη οξειδίου του αλουμινίου (Al2O3) (το μήκος των CNT παίζει ζωτικό ρόλο όσον αφορά τις ιδιότητές τους, επομένως είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη αυτή η πτυχή).

Αυτό επηρεάζει τη βιομηχανική του αξία περιορίζοντας την προσφορά και αυξάνοντας το κόστος του υλικού. 

Έγινε μια επαναστατική ανακάλυψη που άλλαξε εντελώς το παιχνίδι.

Πρόσφατα μια ομάδα επιστημόνων από την Ιαπωνία κατέγραψε το μήκος του δάσους CNT έως και 14 εκατοστά μέσω μιας νέας προσέγγισης. Η μελέτη τους δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Carbon. 

Ο Hisashi Sugime, επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Waseda, και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι οι CNTs σταμάτησαν να αναπτύσσονται λόγω της σταδιακής δομικής αλλαγής του καταλύτη (Fe-Al2Ox) που χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως.

Βασικά, η πυκνότητα των CNT, η οποία εξαρτάται από τον αριθμό των ενεργών καταλυτών, δεν επαρκεί για τη διατήρηση μιας αυτοφερόμενης δομής, η ανάπτυξη του δάσους τερματίζεται.

Επομένως, ο καταλύτης που χρησιμοποιείται πρέπει να παραμένει δομικά και χημικά σταθερός. 

Η προσέγγισή τους ήταν να αλλάξουν την τεχνική για να καταστείλουν αυτή την αστάθεια.

Το πέτυχαν προσθέτοντας το στρώμα γαδολινίου (Gd) στον προηγούμενο καταλύτη που είχε επικαλυφθεί με υπόστρωμα πυριτίου τύπου n.

Το στρώμα γαδολινίου βοήθησε στην αποτροπή της φθοράς του καταλύτη και με τη σειρά του επέτρεψε την ανάπτυξη του δάσους CNT κατά 5 εκατοστά.

Επιπλέον, για να επιτευχθεί το επιθυμητό μήκος, κράτησαν τον καταλύτη σε έναν θάλαμο που ονομάζεται θάλαμος χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD) με ψυχρό αέριο.

Ο καταλύτης προεπεξεργάστηκε διατηρώντας τη θερμοκρασία στους 750°C και παρέχοντας μικρές συγκεντρώσεις ατμών Fe και Al σε θερμοκρασία δωματίου.

Αυτό βοήθησε στη διατήρηση της δομής του καταλύτη για έως και 26 ώρες, γεγονός που με τη σειρά του προώθησε την ανάπτυξη του δάσους CNT.

Μετά από προσεκτικές αναλύσεις, κατάφεραν να καταγράψουν με επιτυχία το μήκος του δάσους CNT κατά 14 cm. 

Το επίτευγμά τους έχει θέσει νέους ορίζοντες για τις αναπτυσσόμενες βιομηχανίες.Αυτή η αξιοσημείωτη πρόοδος έχει διευρύνει τις πτυχές εφαρμογής των CNTs.

Θα μπορούσε να αλλάξει την προσέγγιση της νανοτεχνολογίας και της νανοεπιστήμης για τη μελλοντική έρευνα. 

Για να διαβάσετε το πλήρες ερευνητικό άρθρο που δημοσιεύθηκε ανατρέξτε στο παρακάτω DOI. 

Αναφορά :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Δάσος νανοσωλήνων άνθρακα εξαιρετικά μεγάλου μήκους μέσω in situ συμπληρωμάτων πηγών ατμών σιδήρου και αλουμινίου. Άνθρακας, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Αν είστε ερευνητής στον τομέα της νανοτεχνολογίας, μπορούμε να σας βοηθήσουμε να δημιουργήσετε infographics για σχετικά θέματα στο Mind the graph.

Σχετικά άρθρα
logo-subscribe

Εγγραφείτε στο ενημερωτικό μας δελτίο

Αποκλειστικό περιεχόμενο υψηλής ποιότητας σχετικά με την αποτελεσματική οπτική
επικοινωνία στην επιστήμη.

- Αποκλειστικός οδηγός
- Συμβουλές σχεδιασμού
- Επιστημονικά νέα και τάσεις
- Σεμινάρια και πρότυπα