Ny era för CNT: En ny metod för att odla CNT-skogar MTG

Kolnanorör (CNT) är allotroper av kol som är cylindriska och bikakformade med nanodiameter.

CNT har många egenskaper som mekanisk styrka, elasticitet, låg vikt, elektrisk och termisk ledningsförmåga som gör det till det mest lovande materialet.

Många branscher använder CNT i stora mängder, bland annat elektronik, medicin, energilagring, sensorer och många fler. Den ökande efterfrågan har satt konstant press på att skala upp tillverkningen av CNT.

Denna storskaliga produktion av CNT har blivit den största utmaningen som hindrar deras tillämpningar.

Att ta itu med utmaningen :

Vanligtvis föredrar forskare att odla CNT-skogar snarare än att odla dem individuellt. CNT-skogar är vertikalt inriktade CNT-matriser som är självmonterade.

Detta sker vanligtvis genom kemisk förångningsdeposition i närvaro av en fast katalysator på ett substrat som senare separeras från CNT-skogen för att få fram ett material med hög renhet.

Även om denna process erbjuder ett överflöd av meriter, är det enda stora problemet som står inför längden.

Hittills har forskarna lyckats odla CNT-skogen upp till 2 cm med hjälp av katalysatorer som järn (Fe) på aluminiumoxid (Al2O3) (längden på CNT spelar en avgörande roll när det gäller dess egenskaper, därför är det nödvändigt att ta hänsyn till denna aspekt).

Detta påverkar dess industriella värde genom att begränsa tillgången och öka kostnaden för materialet.

Det har gjorts en revolutionerande upptäckt som helt har förändrat spelplanen.

Nyligen har ett team av forskare från Japan registrerat längden på CNT-skogen upp till 14 cm genom ett nytt tillvägagångssätt. Deras studie har nyligen publicerats i Carbon.

Hisashi Sugime, biträdande professor vid Waseda University, och hans team upptäckte att CNT slutade växa på grund av den gradvisa strukturella förändringen i katalysatorn (Fe-Al2Ox) som användes tidigare.

I princip är CNT-densiteten, som är beroende av antalet aktiva katalysatorer, otillräcklig för att upprätthålla en självbärande struktur, och skogstillväxten upphör.

Därför måste den katalysator som används vara strukturellt och kemiskt stabil.

Deras strategi var att ändra tekniken för att undertrycka denna instabilitet.

De uppnådde detta genom att lägga till ett skikt av gadolinium (Gd) till den tidigare katalysatorn som var belagd med ett kiselsubstrat av n-typ.

Gadoliniumskiktet bidrog till att förhindra att katalysatorn försämrades, vilket i sin tur gjorde att CNT-skogen kunde växa med 5 cm.

För att uppnå den önskade längden förvarade de katalysatorn i en kammare som kallas CVD-kammare (Chemical Vapor Deposition) med kall gas.

Katalysatorn förbehandlades genom att temperaturen hölls uppe till 750°C och små koncentrationer av Fe- och Al-ångor tillfördes vid rumstemperatur.

Detta bidrog till att katalysatorstrukturen kunde bibehållas i upp till 26 timmar, vilket i sin tur främjade tillväxten av CNT-skogen.

Efter noggranna analyser kunde de registrera CNT-skogens längd med 14 cm.

Deras prestationer har skapat en ny horisont för de industrier som håller på att utvecklas. Dessa anmärkningsvärda framsteg har breddat användningsområdena för CNT.

Det skulle kunna förändra synen på nanoteknik och nanovetenskap för framtida forskning.

För att läsa den fullständiga forskningsartikeln hänvisas till DOI nedan.

Referens :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultralång kolnanorörskog via in situ-tillägg av järn- och aluminiumångkällor. Kol, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Om du är forskare inom nanoteknik kan vi hjälpa dig att skapa infografik om relaterade ämnen i Mind the graph.

Ny era för CNT: En ny metod för att odla CNT-skogar

Prenumerera på vårt nyhetsbrev

Om Fabricio Pamplona