Süsiniku nanotorud (CNT) on süsiniku allotroopid, mis on silindrikujulised, mesilase kujuga ja nano läbimõõduga.

CNT-del on mitmeid omadusi, nagu mehaaniline tugevus, elastsus, kergus, elektri- ja soojusjuhtivus, mis teevad sellest kõige paljulubavama materjali.

Paljud tööstusharud, sealhulgas elektroonika, meditsiin, energiasalvestus, sensorid ja paljud teised tööstusharud kasutavad CNTsid suurel hulgal. Suurenev nõudlus on avaldanud pidevat survet CNTde tootmise suurendamisele.

CNTde suuremahuline tootmine on muutunud peamiseks probleemiks, mis takistab nende rakendamist. 

Väljakutsega tegelemine :

Tavaliselt eelistavad teadlased kasvatada CNT metsi, mitte kasvatada neid eraldi. CNT-metsad on vertikaalselt joondatud CNT-massiivid, mis on isekogunevad.

See toimub tavaliselt keemilise aurustamise teel, mille käigus kasutatakse fikseeritud katalüsaatorit substraadil, mis hiljem eraldatakse CNT-metsast, et saada kõrge puhtusastmega materjali.

Kuigi sellel protsessil on palju eeliseid, on ainus suurem probleem selle pikkus.

Siiani on teadlased suutnud kasvatada CNT-metsasid kuni 2 cm pikkuseks, kasutades katalüsaatoreid, nagu raud (Fe) alumiiniumoksiidi (Al2O3) kandjal (CNT-de pikkus mängib nende omaduste puhul olulist rolli, seega on vaja seda aspekti arvesse võtta).

See mõjutab selle tööstuslikku väärtust, kuna see piirab pakkumist ja suurendab materjali hinda. 

On tehtud revolutsiooniline avastus, mis on mängu täielikult muutnud.

Hiljuti registreeris Jaapani teadlaste meeskond uudse lähenemisviisi abil CNT-metsade pikkuse kuni 14 cm. Nende uurimus on hiljuti avaldatud ajakirjas Carbon. 

Waseda ülikooli dotsent Hisashi Sugime ja tema töörühm leidsid, et CNTd lõpetasid kasvu varem kasutatud katalüsaatori (Fe-Al2Ox) järkjärgulise struktuurimuutuse tõttu.

Põhimõtteliselt on CNT-de tihedus, mis sõltub aktiivsete katalüsaatorite arvust, ebapiisav isekandva struktuuri säilitamiseks, metsa kasv lõpetab.

Seetõttu peab kasutatav katalüsaator jääma struktuuriliselt ja keemiliselt stabiilseks. 

Nende lähenemisviis oli muuta tehnikat, et seda ebastabiilsust maha suruda.

Nad saavutasid selle, lisades gadoliiniumi (Gd) kihi varasemale katalüsaatorile, mis oli kaetud n-tüüpi ränisubstraadiga.

Gadoliiniumi kiht aitas takistada katalüsaatori lagunemist ja võimaldas omakorda CNT-metsal kasvada 5 cm võrra.

Soovitud pikkuse saavutamiseks hoidsid nad katalüsaatorit kambris, mida nimetatakse külmagaasi keemilise aurustamise (CVD) kambriks.

Katalüsaatorit eeltöödeldi, säilitades temperatuuri kuni 750 °C ja andes toatemperatuuril väikese kontsentratsiooni Fe- ja Al-aurusid.

See aitas säilitada katalüsaatori struktuuri kuni 26 tundi, mis omakorda soodustas CNT-metsade kasvu.

Pärast hoolikat analüüsi suutsid nad edukalt registreerida CNT metsa pikkust 14 cm. 

Nende saavutused on avanud uued silmapiirid areneva tööstuse jaoks.See märkimisväärne areng on laiendanud CNTde rakendusaspekte.

See võib muuta lähenemist nanotehnoloogiale ja nanoteadusele tulevaste teadusuuringute jaoks. 

Avaldatud teadusartikli täielikuks lugemiseks vaadake allpool olevat DOI-d. 

Viide :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ülipikk süsiniknanotorude mets raua- ja alumiiniumiauru allikate in situ täiendamise teel. Süsinik, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Kui olete nanotehnoloogia valdkonna teadlane, saame aidata teil luua infograafikaid seonduvatel teemadel Mind the graph.

Seotud artiklid
logo-subscribe

Tellige meie uudiskiri

Eksklusiivne kvaliteetne sisu tõhusa visuaalse
teabevahetus teaduses.

- Eksklusiivne juhend
- Disaini näpunäited
- Teaduslikud uudised ja suundumused
- Juhendid ja mallid