Koolstofnanobuizen (CNT) zijn allotropen van koolstof die cilindrisch honingraatvormig zijn met een nanodiameter.
Er zijn talrijke eigenschappen van CNTs zoals mechanische sterkte, elasticiteit, lichtgewicht, elektrische en thermische geleidbaarheid die het tot het meest veelbelovende materiaal maken.
Veel industrieën, zoals elektronica, geneeskunde, energieopslag, sensoren, en nog veel meer, maken in groten getale gebruik van CNTs. De toenemende vraag heeft de productie van CNT voortdurend onder druk gezet.
Deze grootschalige productie van CNT's is de belangrijkste uitdaging geworden die hun toepassingen belemmert.
De uitdaging aangaan :
Gewoonlijk geven wetenschappers de voorkeur aan het kweken van CNT-bossen boven het individueel kweken ervan. CNT bossen zijn verticaal uitgelijnde CNT arrays die zelf samengesteld zijn.
Dit gebeurt gewoonlijk door middel van chemische dampdepositie in aanwezigheid van een vaste katalysator op een substraat dat later van het CNT-bos wordt gescheiden om een zeer zuiver materiaal op te leveren.
Hoewel dit proces een overvloed aan verdiensten biedt, is het enige grote probleem de lengte.
Tot nu toe zijn de onderzoekers in staat geweest CNT-bossen tot 2 cm te laten groeien met behulp van katalysatoren zoals ijzerhoudend (Fe) op aluminiumoxide (Al2O3) (de lengte van de CNT's speelt een essentiële rol bij de eigenschappen ervan, zodat dit aspect in aanmerking moet worden genomen).
Dit beïnvloedt de industriële waarde ervan doordat het aanbod wordt beperkt en de kosten van het materiaal stijgen.
Er is een revolutionaire ontdekking gedaan die het spel totaal heeft veranderd.
Onlangs heeft een team wetenschappers uit Japan via een nieuwe aanpak de lengte van CNT-bossen tot 14 cm vastgelegd. Hun studie is onlangs gepubliceerd in Carbon.
Hisashi Sugime, assistent-professor aan de Waseda Universiteit, en zijn team ontdekten dat de CNT's stopten met groeien door de geleidelijke structuurverandering in de eerder gebruikte katalysator (Fe-Al2Ox).
Als de dichtheid van de CNT's, die afhankelijk is van het aantal actieve katalysatoren, onvoldoende is om een zelfdragende structuur in stand te houden, houdt de bosgroei op.
Daarom moet de gebruikte katalysator structureel en chemisch stabiel blijven.
Hun aanpak bestond erin de techniek te veranderen om deze instabiliteit te onderdrukken.
Zij bereikten dit door de gadoliniumlaag (Gd) toe te voegen aan de eerdere katalysator met een n-type siliciumsubstraat.
De gadoliniumlaag hielp voorkomen dat de katalysator verslechterde, waardoor het CNT-bos 5 cm kon groeien.
Om de gewenste lengte te bereiken, hielden zij de katalysator verder in een kamer die de koud-gas chemische dampafzetting (CVD) wordt genoemd.
De katalysator werd voorbehandeld door de temperatuur op 750°C te houden en kleine concentraties Fe- en Al-damp bij kamertemperatuur toe te voegen.
Dit hielp de katalysatorstructuur tot 26 uur in stand te houden, wat op zijn beurt de groei van het CNT-woud bevorderde.
Na zorgvuldige analyses konden zij met succes de lengte van het CNT-bos vastleggen op 14 cm.
Deze opmerkelijke vooruitgang heeft de toepassingsaspecten van CNTs verbreed.
Het zou de benadering van nanotechnologie en nanowetenschap voor toekomstig onderzoek kunnen veranderen.
Om het volledige gepubliceerde onderzoeksartikel te lezen, zie onderstaande DOI.
Referentie :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultralange koolstofnanobuisjes via in situ supplementen van ijzer- en aluminiumdampbronnen. Koolstof, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
Als u een onderzoeker bent op het gebied van Nanotechnologie, kunnen wij u helpen bij het maken van infografieën over gerelateerde onderwerpen in Mind the graph.
Abonneer u op onze nieuwsbrief
Exclusieve inhoud van hoge kwaliteit over effectieve visuele
communicatie in de wetenschap.
