Nanorurki węglowe (CNT) to alotropy węgla o cylindrycznym kształcie plastra miodu i średnicy nano.

Istnieją liczne właściwości CNT, takie jak wytrzymałość mechaniczna, elastyczność, lekkość, przewodność elektryczna i cieplna, które sprawiają, że jest to najbardziej obiecujący materiał.

Wiele branż, w tym elektronika, medycyna, magazynowanie energii, czujniki i wiele innych, wykorzystuje CNT w dużych ilościach. Rosnący popyt wywiera ciągłą presję na zwiększenie skali produkcji CNT.

Produkcja CNT na dużą skalę stała się głównym wyzwaniem, które utrudnia ich zastosowanie. 

Podjęcie wyzwania :

Zazwyczaj naukowcy wolą hodować lasy CNT niż hodować je pojedynczo. Lasy CNT to pionowo ustawione tablice CNT, które są samoorganizujące się.

Zwykle odbywa się to poprzez proces chemicznego osadzania z fazy gazowej w obecności stałego katalizatora na podłożu, które jest później oddzielane od lasu CNT w celu uzyskania materiału o wysokiej czystości.

Chociaż proces ten ma wiele zalet, jedynym poważnym problemem jest jego długość.

Do tej pory naukowcy byli w stanie wyhodować las CNT o długości do 2 cm przy użyciu katalizatorów, takich jak żelazo (Fe) na nośniku z tlenku glinu (Al2O3) (długość CNT odgrywa kluczową rolę, jeśli chodzi o ich właściwości, dlatego konieczne jest uwzględnienie tego aspektu).

Wpływa to na jego wartość przemysłową, ograniczając podaż i zwiększając koszt materiału. 

Dokonano rewolucyjnego odkrycia, które całkowicie zmieniło zasady gry.

Niedawno zespół naukowców z Japonii zarejestrował długość lasu CNT do 14 cm dzięki nowatorskiemu podejściu. Ich badania zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Carbon. 

Hisashi Sugime, adiunkt na Uniwersytecie Waseda, i jego zespół odkryli, że CNT przestały rosnąć z powodu stopniowej zmiany strukturalnej katalizatora (Fe-Al2Ox), który był używany wcześniej.

Zasadniczo gęstość CNT, która zależy od liczby aktywnych katalizatorów, jest niewystarczająca do utrzymania samonośnej struktury, a wzrost lasu kończy się.

Dlatego zastosowany katalizator musi pozostać strukturalnie i chemicznie stabilny. 

Ich podejście polegało na zmianie techniki w celu stłumienia tej niestabilności.

Osiągnęli to poprzez dodanie warstwy gadolinu (Gd) do wcześniejszego katalizatora pokrytego podłożem krzemowym typu n.

Warstwa gadolinu pomogła w zapobieganiu degradacji katalizatora, co z kolei pozwoliło na wzrost lasu CNT o 5 cm.

Ponadto, aby osiągnąć pożądaną długość, utrzymywali katalizator w komorze zwanej komorą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD).

Katalizator poddano obróbce wstępnej, utrzymując temperaturę do 750°C i dostarczając niewielkie stężenia oparów Fe i Al w temperaturze pokojowej.

Pomogło to w utrzymaniu struktury katalizatora do 26 godzin, co z kolei sprzyjało wzrostowi lasu CNT.

Po dokładnych analizach udało im się z powodzeniem zarejestrować długość lasu CNT na 14 cm. 

Ich osiągnięcie wyznaczyło nowy horyzont dla rozwijających się gałęzi przemysłu, a ten niezwykły postęp poszerzył aspekty zastosowania CNT.

Może to zmienić podejście do nanotechnologii i nanonauki w przyszłych badaniach. 

Aby przeczytać cały opublikowany artykuł badawczy, zapoznaj się z poniższym DOI. 

Odniesienie :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultra-długi las nanorurek węglowych poprzez uzupełnianie in situ źródeł oparów żelaza i aluminium. Węgiel, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Jeśli jesteś badaczem w dziedzinie nanotechnologii, możemy pomóc Ci stworzyć infografikę na powiązane tematy w Mind the graph.

Powiązane artykuły
logo-subskrybuj

Zapisz się do naszego newslettera

Ekskluzywne, wysokiej jakości treści na temat skutecznych efektów wizualnych
komunikacja w nauce.

- Ekskluzywny przewodnik
- Wskazówki dotyczące projektowania
- Wiadomości naukowe i trendy
- Samouczki i szablony