Uhlíkové nanorúrky (CNT) sú alotropy uhlíka, ktoré majú tvar valcovej včelie plásty s nanopriemerom.
CNT majú množstvo vlastností, ako je mechanická pevnosť, pružnosť, nízka hmotnosť, elektrická a tepelná vodivosť, ktoré z nich robia najsľubnejší materiál.
CNT sa vo veľkom využívajú v mnohých priemyselných odvetviach vrátane elektroniky, medicíny, skladovania energie, senzorov a mnohých ďalších. Zvyšujúci sa dopyt vytvára neustály tlak na zvyšovanie výroby CNT.
Táto veľkovýroba CNT sa stala hlavnou výzvou, ktorá bráni ich aplikáciám.
Riešenie výzvy :
Vedci zvyčajne uprednostňujú pestovanie lesov CNT pred ich individuálnym pestovaním. Lesy CNT sú vertikálne usporiadané polia CNT, ktoré sa zostavujú samy.
Zvyčajne sa to vykonáva procesom chemickej depozície z plynnej fázy za prítomnosti pevného katalyzátora na substráte, ktorý sa neskôr oddelí od lesa CNT, aby sa získal vysoko čistý materiál.
Hoci tento proces ponúka množstvo výhod, jediným závažným problémom je jeho dĺžka.
Doteraz sa výskumníkom podarilo vypestovať les CNT až do dĺžky 2 cm pomocou katalyzátorov, ako je železo (Fe) na nosiči z oxidu hlinitého (Al2O3) (dĺžka CNT hrá zásadnú úlohu, pokiaľ ide o ich vlastnosti, preto je potrebné zohľadniť tento aspekt).
To ovplyvňuje jeho priemyselnú hodnotu tým, že obmedzuje ponuku a zvyšuje náklady na materiál.
Došlo k revolučnému objavu, ktorý úplne zmenil pravidlá hry.
Nedávno tím vedcov z Japonska zaznamenal pomocou nového prístupu dĺžku CNT lesa až 14 cm. Ich štúdia bola nedávno uverejnená v časopise Carbon.
Hisashi Sugime, odborný asistent na Waseda University, a jeho tím zistili, že CNT prestali rásť v dôsledku postupnej štrukturálnej zmeny v katalyzátore (Fe-Al2Ox), ktorý sa predtým používal.
Ak hustota CNT, ktorá závisí od počtu aktívnych katalyzátorov, v podstate nepostačuje na udržanie samonosnej štruktúry, rast lesa sa ukončí.
Preto musí byť použitý katalyzátor štrukturálne a chemicky stabilný.
Ich prístup spočíval v zmene techniky na potlačenie tejto nestability.
Dosiahli to pridaním vrstvy gadolínia (Gd) do predchádzajúceho katalyzátora potiahnutého kremíkovým substrátom typu n.
Gadolíniová vrstva pomohla zabrániť poškodeniu katalyzátora a umožnila rast lesa CNT o 5 cm.
Na dosiahnutie požadovanej dĺžky ďalej udržiavali katalyzátor v komore nazývanej komora na chemické naparovanie (CVD).
Katalyzátor bol predúpravený udržiavaním teploty do 750 °C a dodávaním malých koncentrácií pár Fe a Al pri izbovej teplote.
To pomohlo udržať štruktúru katalyzátora až 26 hodín, čo následne podporilo rast lesa CNT.
Po dôkladných analýzach sa im podarilo zaznamenať dĺžku lesa CNT 14 cm.
Tento pozoruhodný pokrok rozšíril možnosti využitia CNT.
Mohlo by to zmeniť prístup k nanotechnológiám a nanovede pre budúci výskum.
Ak si chcete prečítať celý uverejnený výskumný článok, pozrite si DOI nižšie.
Odkaz :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultra-dlhý les uhlíkových nanorúrok prostredníctvom in situ doplnkov z parných zdrojov železa a hliníka. Uhlík, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
Ak ste výskumník z oblasti nanotechnológií, môžeme vám pomôcť vytvoriť infografiku na súvisiace témy v programe Mind the graph.
Prihláste sa na odber nášho newslettera
Exkluzívny vysokokvalitný obsah o efektívnom vizuálnom
komunikácia vo vede.
