Karbonnanorør (CNT) er allotroper av karbon som er sylindriske, bikubeformede med nanodiameter.

CNT har en rekke egenskaper som mekanisk styrke, elastisitet, lav vekt, elektrisk og termisk ledningsevne, noe som gjør det til det mest lovende materialet.

Mange bransjer, blant annet elektronikk, medisin, energilagring og sensorer, bruker CNT i stort antall. Den økende etterspørselen har lagt et konstant press på å oppskalere produksjonen av CNT.

Denne storskalaproduksjonen av CNT har blitt den største utfordringen som hindrer anvendelsen av dem. 

Håndtering av utfordringen :

Forskere foretrekker vanligvis å dyrke CNT-skoger fremfor å dyrke dem enkeltvis. CNT-skoger er vertikalt justerte CNT-matriser som er selvmonterte.

Dette gjøres vanligvis ved hjelp av kjemisk dampavsetning i nærvær av en fast katalysator på et substrat som senere skilles fra CNT-skogen for å oppnå et materiale med høy renhet.

Selv om denne prosessen har mange fordeler, er det eneste store problemet lengden.

Frem til nå har forskerne vært i stand til å dyrke CNT-skogen opp til 2 cm ved hjelp av katalysatorer som jernholdig (Fe) på aluminiumoksid (Al2O3) (lengden på CNT-ene spiller en avgjørende rolle når det gjelder egenskapene, og det er derfor nødvendig å ta hensyn til dette aspektet).

Dette påvirker den industrielle verdien ved å begrense tilgangen og øke kostnadene for materialet. 

Det har skjedd en revolusjonerende oppdagelse som har endret spillereglene totalt.

Nylig har et forskerteam fra Japan registrert lengden på CNT-skoger på opptil 14 cm ved hjelp av en ny metode. Studien er nylig publisert i Carbon. 

Hisashi Sugime, assisterende professor ved Waseda University, og teamet hans fant ut at CNT-ene sluttet å vokse på grunn av den gradvise strukturelle endringen i katalysatoren (Fe-Al2Ox) som ble brukt tidligere.

I utgangspunktet er tettheten av CNT-trådene, som er avhengig av antall aktive katalysatorer, ikke tilstrekkelig til å opprettholde en selvbærende struktur, og skogen slutter å vokse.

Derfor må katalysatoren som brukes være strukturelt og kjemisk stabil. 

Deres tilnærming var å endre teknikken for å undertrykke denne ustabiliteten.

Det oppnådde de ved å legge til et gadoliniumlag (Gd) på den tidligere katalysatoren som var belagt med et n-type silisiumsubstrat.

Gadoliniumlaget bidro til å forhindre at katalysatoren forringes, noe som igjen gjorde det mulig for CNT-skogen å vokse med 5 cm.

For å oppnå den ønskede lengden holdt de katalysatoren i et kammer kalt CVD-kammer (Chemical Vapor Deposition) med kald gass.

Katalysatoren ble forbehandlet ved å holde temperaturen oppe på 750 °C og tilføre små konsentrasjoner av Fe- og Al-damp ved romtemperatur.

Dette bidro til å opprettholde katalysatorstrukturen i opptil 26 timer, noe som igjen fremmet veksten av CNT-skogen.

Etter grundige analyser kunne de registrere lengden på CNT-skogen med 14 cm. 

Denne bemerkelsesverdige utviklingen har skapt en ny horisont for industrier i utvikling og har utvidet anvendelsesområdene for CNT.

Det kan endre tilnærmingen til nanoteknologi og nanovitenskap for fremtidig forskning. 

For å lese hele forskningsartikkelen som er publisert, se DOI-en nedenfor. 

Referanse :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultralang karbon-nanorørskog via in situ-tilskudd av jern- og aluminiumdampkilder. Karbon, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Hvis du er forsker innen nanoteknologi, kan vi hjelpe deg med å lage infografikk om relaterte emner i Mind the graph.

Relaterte artikler
logo-abonnement

Abonner på nyhetsbrevet vårt

Eksklusivt innhold av høy kvalitet om effektiv visuell
kommunikasjon innen vitenskap.

- Eksklusiv guide
- Tips om design
- Vitenskapelige nyheter og trender
- Veiledninger og maler