Hiilinanoputkia

Hiilinanoputki  (lyhenne CNT) on hiilen allotrooppinen muunnos , joka on ontto sylinterimäinen rakenne, jonka halkaisija on kymmenestä useaan kymmeneen nanometriin ja pituus yhdestä mikrometristä useisiin senttimetreihin [1] [2] (samalla Aikaa myöten on olemassa teknologioita, joiden avulla ne voidaan kutoa rajoittamattoman pituisiksi langoiksi [3] ), jotka koostuvat yhdestä tai useammasta putkeen rullatusta grafeenitasosta .

Nanoputkien rakenne

Mikä tahansa yksiseinäinen hiilinanoputki voidaan esittää kuviona grafeenilevystä (joka on säännöllisten kuusikulmioiden verkko, jonka kärjessä on hiiliatomeja), joka saadaan numeroparilla (n, m), jota kutsutaan kiraalisuusindekseiksi. Tässä tapauksessa kiraalisuusindeksit (n, m) ovat sädevektorin R koordinaatteja grafeenitasolla määritetyssä vinossa koordinaattijärjestelmässä , joka määrittää putken akselin suunnan suhteessa grafeenitasoon ja sen halkaisijaan.

Nanoputken halkaisija lasketaan sylinterin halkaisijasta, jonka ympärysmitta on yhtä suuri kuin vektorin R pituus ja ilmaistaan ​​kiraalisuusindekseinä (n, m) seuraavasti:

,

jossa = 0,142 nm on vierekkäisten hiiliatomien välinen etäisyys grafiittitasossa.

Toinen tapa osoittaa kiraalisuutta on osoittaa kulma α nanoputken taittumissuunnan ja sen suunnan välillä, jossa vierekkäisillä kuusikulmioilla on yhteinen sivu. Tässä tapauksessa valitaan pienin kulma siten, että 0° ≤ α ≤ 30°. Tässä tapauksessa nanoputken geometrian täydellisen kuvauksen saamiseksi on kuitenkin tarpeen määrittää sen halkaisija [4] .

Kiraalisuusindeksien (n, m) ja kulman α välinen suhde saadaan seuraavasti :

.

Päätytyypin mukaan hiilinanoputket ovat

Kerrosten lukumäärän mukaan nanoputket ovat

Sähköisten ominaisuuksien mukaan

Kiraalisuusindeksien perusteella yksiseinäiset nanoputket jaetaan kolmeen tyyppiin:

Venäjänkielisessä kirjallisuudessa on virheellinen merkintä α = 0° rosoisille nanoputkille ja α = 30° (2n, n) siksak-putkille, joka on levinnyt A. V. Jeletskyn katsausartikkelista [6] .

Yksiseinäiset nanoputket

Yksiseinäisiä hiilinanoputkia käytetään litiumioniakuissa, hiilikuitumateriaaleissa ja autoteollisuudessa. Lyijyakuissa yksiseinäisten nanoputkien lisääminen lisää merkittävästi latausjaksojen määrää. Yksiseinäisten hiilinanoputkien lujuustekijä on GPa ja teräksellä GPa [7] .

Venäjän tiedeakatemian akateemikon Mihail Predtechenskyn kehittämä teollinen teknologia yksiseinäisten hiilinanoputkien synteesiä varten OCSiAl mahdollistaa poikkeuksellisen korkealaatuisten nanoputkien hankkimisen ja tarjoamisen maailmanmarkkinoille hintaan, joka mahdollistaa niiden käytön. alalla ensimmäistä kertaa taloudellisesti edullinen [8] [9] .

Moniseinäiset nanoputket

Moniseinäiset (moniseinäiset hiilinanoputket) nanoputket eroavat yksiseinäisistä muodoltaan ja kokoonpanoltaan paljon laajemmalta. Rakenteiden monimuotoisuus ilmenee sekä pitkittäis- että poikittaissuunnassa.

"Matryoshka"-tyypin (venäläiset nuket) rakenne on sarja koaksiaalisesti sisäkkäisiä sylinterimäisiä putkia. Toinen tämän rakenteen tyyppi on joukko sisäkkäisiä koaksiaalisia prismoja. Lopuksi viimeinen näistä rakenteista muistuttaa rullaa (rullaa). Kaikille kuvan rakenteille. vierekkäisten grafeenikerrosten välisen etäisyyden ominaisarvo, lähellä arvoa 0,34 nm, joka on luontainen kiteisen grafiitin vierekkäisten tasojen väliselle etäisyydelle [10] .

Moniseinäisten nanoputkien yhden tai toisen rakenteen toteutus tietyssä koetilanteessa riippuu synteesiolosuhteista. Käytettävissä olevien kokeellisten tietojen analyysi osoittaa, että moniseinäisten nanoputkien tyypillisin rakenne on rakenne, jossa on vuorotellen "venäläisiä pesiviä nukkeja" ja "papier-mâché" -tyyppejä. Tässä tapauksessa pienemmän kokoiset ”putket” työnnetään peräkkäin suurempiin [10] . Tällaista mallia tukevat esimerkiksi tosiasiat kalium- tai rautakloridin interkalaatiosta "putkien väliseen" tilaan ja "helmi"-tyyppisten rakenteiden muodostumiseen.

Löytöhistoria

Fullereenin (C 60 ) löysi Smalleyn , Kroton ja Curlin ryhmä vuonna 1985 [11] , josta näille tutkijoille myönnettiin Nobelin kemian palkinto vuonna 1996 . Mitä tulee hiilinanoputkiin, niiden tarkkaa löytöpäivää ei voida antaa tässä. Vaikka tiedetään hyvin, että Iijima havaitsi moniseinäisten nanoputkien rakenteen vuonna 1991 [ 12] , hiilinanoputkien löytämisestä on olemassa aikaisempaa näyttöä. Esimerkiksi vuosina 1974-1975 Endo ym . [13] julkaisi useita artikkeleita, joissa kuvataan ohuita putkia, joiden halkaisija on alle 100  Å ja jotka on valmistettu höyrykondensaatiolla, mutta tarkempaa rakennetutkimusta ei tehty. Neuvostoliiton tiedeakatemian Siperian sivuliikkeen katalyysiinstituutin tutkijaryhmä vuonna 1977 tutkiessaan mikroskoopilla rauta-kromi-dehydrauskatalyyttien hiiltymistä rekisteröi "onttojen hiilidendriittien" muodostumisen [ 14 ] . ehdotettiin muodostumismekanismia ja kuvattiin seinien rakenne. Vuonna 1992 Nature-lehdessä julkaistiin artikkeli [15] , jossa todettiin, että nanoputkia oli havaittu vuonna 1953 . Vuotta aiemmin, vuonna 1952 , neuvostotieteilijöiden Raduškevitšin ja Lukjanovichin [16] artikkeli raportoi halkaisijaltaan noin 100 nm:n kuitujen elektronimikroskooppisesta havainnosta , joka saatiin hiilimonoksidin lämpöhajoamisesta rautakatalysaattorilla . Näitä tutkimuksia ei myöskään jatkettu. Vuonna 2006 hiilinanoputkia löydettiin Damaskoksen teräksestä [17] .

On olemassa monia teoreettisia töitä, jotka ennustavat hiilen tiettyä allotrooppista muotoa . Vuonna [18] kemisti Jones (Dedalus) spekuloi kierretyistä grafiittiputkista. L. A. Chernozatonskyn ja muiden [19] töissä, jotka julkaistiin samana vuonna kuin Iijima, saatiin ja kuvattiin hiilinanoputkia ja M. Yu:n yksiseinäisiä hiilinanoputkia vuonna 1986 , mutta ne viittasivat myös niiden suureen elastisuuteen [ 20] .

Ensimmäistä kertaa hiilelle löydettiin mahdollisuus muodostaa nanohiukkasia putkien muodossa. Tällä hetkellä samanlaisia ​​rakenteita on saatu boorinitridistä , piikarbidista , siirtymämetallioksideista ja joistakin muista yhdisteistä . Nanoputkien halkaisija vaihtelee yhdestä useaan kymmeneen nanometriin ja pituus on useita mikroneja.

Rakenteelliset ominaisuudet

Nanoputkien elektroniset ominaisuudet

Grafiittitason elektroniset ominaisuudet

Ensimmäisen Brillouin-vyöhykkeen K pistettä on erotettu toisistaan ​​käänteishilan translaatiovektorilla , joten ne ovat kaikki todellisuudessa ekvivalentteja. Samoin kaikki K':n pisteet ovat ekvivalentteja.

Grafiitti  on puolimetalli , joka voidaan nähdä paljaalla silmällä valon heijastuksen luonteen perusteella . Voidaan nähdä, että p-orbitaalien elektronit täyttävät kokonaan ensimmäisen Brillouin-vyöhykkeen. Siten käy ilmi, että grafiittitason Fermi-taso kulkee tarkalleen Dirac-pisteiden läpi, ts. koko Fermin pinta (tarkemmin sanottuna viiva kaksiulotteisessa tapauksessa) rappeutuu kahdeksi epäekvivalentiksi pisteeksi.

Jos elektronien energia eroaa vähän Fermin energiasta , niin Dirac-pisteen lähellä olevien elektronien todellinen spektri voidaan korvata yksinkertaisella kartiomaisella spektrillä, joka on sama kuin Dirac-yhtälöä noudattavan massattoman hiukkasen spektri 2+1-mitoissa. .

Spektrin muunnos taitettaessa taso putkeksi

Nanoputkien johtavuuden tyyppi riippuu niiden kiraalisuudesta eli symmetriaryhmästä, johon tietty nanoputki kuuluu, ja se noudattaa yksinkertaista sääntöä: jos nanoputkien indeksit ovat keskenään yhtä suuret tai niiden ero jaetaan kolmella, nanoputki on puolimetalli, joka muussa tapauksessa niillä on puolijohdeominaisuuksia.

Tämän ilmiön alkuperä on seuraava. Grafiittitaso (grafeeni) voidaan esittää äärettömästi laajennettuna, kun taas nanoputki, tunnetuin varauksin, voidaan esittää yksiulotteisena kohteena. Jos kuvittelemme grafeeninanoputkifragmentin sen avautumassa grafiittilevylle, niin voidaan nähdä, että putken taitteen suunnassa sallittujen aaltovektorien määrä laskee arvoihin, jotka ovat täysin kiraalisuusindeksien ( Tällaisen vektorin pituus k on kääntäen verrannollinen putken kehään). Kuvassa on esimerkkejä metallisen ja puolijohteen nanoputken sallituista k -tiloista. Voidaan nähdä, että jos aaltovektorin sallittu arvo osuu yhteen pisteen K kanssa, nanoputken nauhakuviossa on myös valenssikaistan ja johtavuuskaistan leikkauspiste, ja nanoputki on vastaavasti puoli- metalliset ominaisuudet ja toisessa tapauksessa puolijohdeominaisuudet [21] .

Elektronien vuorovaikutuksen huomioon ottaminen

Suprajohtavuus nanoputkissa

Hiilinanoputkien suprajohtavuuden löysivät ranskalaiset ja venäläiset tutkijat (IPTM RAS, Chernogolovka). He suorittivat virta-jännite-ominaisuuksien mittauksia:

Lähes 4 K:n lämpötilassa havaittiin virta kahden suprajohtavan metallikoskettimen välillä. Toisin kuin tavanomaisissa kolmiulotteisissa johtimissa, varauksensiirrossa nanoputkessa on useita ominaisuuksia, jotka ilmeisesti selittyvät siirron yksiulotteisella luonteella (kuten vastuksen R kvantisointi : katso Science-lehdessä julkaistu artikkeli [22]) . ).

Eksitonit ja bieksitonit nanoputkissa

Exciton (latinaksi excito - "kiihotan") on vedyn kaltainen kvasihiukkanen, joka on elektroninen viritys dielektrisessä tai puolijohteessa, joka kulkee kiteen läpi ja ei liity sähkövarauksen ja massan siirtoon.

Vaikka eksitoni koostuu elektronista ja reiästä, sitä tulisi pitää itsenäisenä alkeishiukkasena (ei pelkistyvänä) tapauksissa, joissa elektronin ja reiän vuorovaikutusenergia on samaa suuruusluokkaa kuin niiden liikkeen energia, ja Kahden eksitonin välinen vuorovaikutusenergia on pieni verrattuna kummankin energiaan. Eksitonia voidaan pitää alkeiskvasihiukkasena niissä ilmiöissä, joissa se toimii kokonaisena muodostelmana, joka ei ole alttiina sitä tuhoaville vaikutuksille.

Bieksitoni on kahden eksitonin sidottu tila. Se on itse asiassa eksitonimolekyyli.

S. A. Moskalenko ja M. A. Lampert kuvasivat ensimmäistä kertaa itsenäisesti ajatuksen mahdollisuudesta muodostaa eksitonimolekyyli ja joitain sen ominaisuuksia.

Bieksitonin muodostuminen ilmenee optisissa absorptiospektreissä diskreettien vyöhykkeiden muodossa, jotka suppenevat kohti lyhytaallonpituutta vetymäisen lain mukaan. Tällaisesta spektrirakenteesta seuraa, että bieksitonien pohja-, mutta myös viritettyjen tilojen muodostuminen on mahdollista.

Bieksitonin stabiilisuuden tulisi riippua itse eksitonin sitoutumisenergiasta, elektronien ja reikien tehollisten massojen suhteesta ja niiden anisotropiasta.

Bieksitonin muodostumisenergia on pienempi kuin kaksi kertaa eksitonien energia bieksitonin sitoutumisenergian arvolla.

Nanoputkien optiset ominaisuudet

Hiilinanoputkien puolijohdemuunnelmat ( kiraalisuusindeksien ero ei ole kolmen kerrannainen) ovat suoravälisiä puolijohteita . Tämä tarkoittaa, että niissä voi tapahtua elektroni- aukkoparien suoraa rekombinaatiota , mikä johtaa fotonin emissioon . Suora kaistaväli sisältää automaattisesti hiilinanoputket optoelektroniikan materiaalien joukossa .

Puolijohdenanoputket emittoivat näkyvällä ja infrapuna-alueella optisen ( fotoluminesenssi ) tai sähköisen virityksen ( elektroluminesenssi ) vaikutuksesta [23] . Nanoputket sekä kvanttipisteet ja fluoresoivat molekyylit voivat olla yksittäisten fotonien lähteitä, mikä on osoitettu sekä kryogeenisissä olosuhteissa [24] että huoneenlämmössä funktionalisoiduille nanoputkille [25] . Tämä antaa meille mahdollisuuden harkita nanoputkia mahdollisena säteilyn lähteenä [26] kvanttilaskentaa varten .

Nanoputkien memristor-ominaisuudet

Vuonna 2009 Yao, Zhang ym . [27] esittelivät memristorin , joka perustuu yksiseinäisiin vaakasuoraan suuntautuneisiin hiilinanoputkiin, jotka on sijoitettu dielektriselle alustalle. Memristoriefektin ilmentyminen esitetyssä rakenteessa johtui CNT:iden vuorovaikutuksesta dielektrisen substraatin kanssa ja varauksenkuljettajien sieppaamisesta CNT/SiO2-rajapinnassa.

Vuonna 2011 Vasu, Sampath ja muut [28] löysivät memristoriefektin joukossa väärin suunnattuja MWCNT:itä. Havaittiin, että resistiivinen kytkentä ryhmässä johtuu johtavien kanavien muodostumisesta CNT:istä, jotka on suunnattu sähkökentän avulla.

Vuonna 2013 Ageev, Blinov ym . [29] raportoivat memristorivaikutuksen löytämisestä pystysuoraan suuntautuneisiin hiilinanoputkisäteisiin tutkimuksessa, jossa käytettiin pyyhkäisytunnelimikroskooppia . Myöhemmin, vuonna 2015, sama tutkijaryhmä osoitti resistiivisen vaihdon mahdollisuuden yksittäisissä pystysuoraan kohdistetuissa CNT:issä. Havaittu memristori-ilmiö perustui sisäisen sähkökentän ilmestymiseen CNT:ssä sen muodonmuutoksen aikana [30] .

Interkaloitujen nanoputkien ominaisuudet

Nanoputkien mahdolliset sovellukset

Hiilinanoputkien saaminen

Hiilinanoputkien (CNT) synteesin menetelmien kehittäminen seurasi synteesilämpötilojen alentamisen polkua. Fullereenien tuotantoteknologian luomisen jälkeen havaittiin, että grafiittielektrodien sähkökaaren haihduttamisen aikana fullereenien muodostumisen ohella muodostuu laajennettuja sylinterimäisiä rakenteita [40] . Mikroskooppi Sumio Iijima, joka käytti transmissioelektronimikroskooppia (TEM), tunnisti nämä rakenteet ensimmäisenä nanoputkiksi. Korkean lämpötilan menetelmiä CNT:iden valmistukseen kuuluu sähkökaarimenetelmä. Jos grafiittisauva ( anodi ) haihdutetaan kaaressa, vastakkaiselle elektrodille ( katodille ) muodostuu kova hiilen kertymä (kerrostuma) , jonka pehmeässä ytimessä on moniseinäisiä CNT:itä, joiden halkaisija on 15- 20 nm ja pituus yli 1 mikroni.

Oxfordin [41] ja Sveitsin [42] ryhmät havaitsivat CNT:iden muodostumisen fullereeninoesta korkean lämpötilan lämpövaikutuksella nokeen . Valokaarisynteesin asennuslaitteisto on metalliintensiivinen, energiaa kuluttava, mutta universaali erilaisten hiilinanomateriaalien saamiseksi. Merkittävä ongelma on prosessin epätasapaino valokaaripolton aikana. Sähkökaarimenetelmä tuli aikoinaan korvaamaan laserhaihdutusmenetelmän ( laserablaatio ). Ablaatioyksikkö on perinteinen resistiivinen lämmitysuuni, jonka lämpötila on 1200°C. Korkeampien lämpötilojen saamiseksi siihen riittää, että asetat hiilikohteen uuniin ja kohdistat siihen lasersäteen vuorotellen skannaamalla kohteen koko pintaa. Siten Smalleyn ryhmä, joka käytti kalliita asennuksia lyhytpulssilaserin kanssa, sai nanoputket vuonna 1995, mikä "yksinkertaisti merkittävästi" niiden synteesitekniikkaa [43] .

CNT:iden tuotto pysyi kuitenkin alhaisena. Nikkelin ja koboltin pienten lisäysten (0,5 atm.%) lisääminen grafiittiin mahdollisti CNT:n saannon nostamisen 70–90 prosenttiin [44] . Siitä hetkestä lähtien nanoputken muodostumismekanismin käsityksessä alkoi uusi vaihe. Kävi selväksi, että metalli on kasvukatalysaattori . Niinpä ensimmäiset työt ilmestyivät nanoputkien valmistuksesta matalan lämpötilan menetelmällä - hiilivetyjen katalyyttisen pyrolyysin ( CVD ) menetelmällä, jossa katalyyttinä käytettiin rautaryhmän metallin hiukkasia . Yksi asennusvaihtoehto nanoputkien ja nanokuitujen valmistukseen CVD-menetelmällä on reaktori, johon syötetään inerttiä kantokaasua, joka kuljettaa katalyytin ja hiilivedyn korkean lämpötilan vyöhykkeelle.

Yksinkertaistettuna CNT:n kasvumekanismi on seuraava. Hiilivedyn lämpöhajoamisen aikana muodostunut hiili liukenee metallinanohiukkasiin. Kun hiukkasessa saavutetaan suuri hiilipitoisuus, katalyyttihiukkasen yhdellä pinnalla tapahtuu energeettisesti suotuisa ylimääräisen hiilen "vapautuminen" vääristyneen puolifullereenikorkin muodossa. Näin nanoputki syntyy. Hajoanut hiili jatkaa pääsyä katalyyttihiukkasiin, ja sen pitoisuuden ylimäärän vapauttamiseksi sulassa se on jatkuvasti hävitettävä. Sulan pinnasta nouseva puolipallo (semifullereeni) kantaa mukanaan liuenneen ylimääräisen hiilen, jonka sulan ulkopuolella olevat atomit muodostavat C-C-sidoksen, joka on sylinterimäinen runko-nanoputki.

Nanokokoisen hiukkasen sulamislämpötila riippuu sen säteestä. Mitä pienempi säde, sitä alhaisempi sulamislämpötila Gibbs-Thompson-ilmiön vuoksi [45] . Siksi rautananohiukkaset, joiden koko on noin 10 nm, ovat sulassa tilassa alle 600 °C:ssa. Tällä hetkellä on suoritettu CNT:iden synteesi matalassa lämpötilassa asetyleenin katalyyttisellä pyrolyysillä Fe-hiukkasten läsnä ollessa 550 °C:ssa. Synteesilämpötilan alentamisella on myös negatiivisia seurauksia. Alemmissa lämpötiloissa saadaan CNT:itä, joilla on suuri halkaisija (noin 100 nm) ja vahvasti viallinen rakenne, kuten "bambu" tai "sisäkkäiset nanokartiot". Tuloksena olevat materiaalit koostuvat vain hiilestä, mutta ne eivät pääse lähellekään laserablaatiolla tai sähkökaarisynteesillä saaduissa yksiseinäisissä hiilinanoputkissa havaittuja poikkeuksellisia ominaisuuksia (esimerkiksi Youngin moduulia ).

CVD on paremmin hallittavissa oleva menetelmä, jonka avulla voidaan ohjata hiiliputkien kasvupaikkaa ja geometrisia parametreja [46] ] minkä tahansa tyyppisellä alustalla. Jotta substraatin pinnalle saataisiin joukko CNT:itä, katalyyttihiukkasia muodostetaan ensin pinnalle kondensoimalla erittäin pieni määrä sitä. Katalyytin muodostus on mahdollista käyttämällä kemiallista saostusta katalyyttiä sisältävästä liuoksesta, lämpöhaihdutusta, ionisuihkuruiskutusta tai magnetronisputterointia. Merkittämättömät vaihtelut kondensoituneen aineen määrässä pinta-alayksikköä kohden aiheuttavat merkittävän muutoksen katalyyttisten nanohiukkasten koossa ja lukumäärässä ja johtavat siten CNT:iden muodostumiseen, joiden halkaisija ja korkeus vaihtelevat substraatin eri alueilla. CNT:iden kontrolloitu kasvu on mahdollista, jos katalyyttinä käytetään Ct-Me-N-seosta, jolloin Ct (katalyytti) valitaan ryhmästä Ni, Co, Fe, Pd; Me (sideainemetalli) - valittu ryhmästä Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re; N (typpi). Tämän CNT:n kasvuprosessin houkuttelevuus katalyyttisen metallin ja alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ryhmien V–VII metallien metalliseoksien kalvoille piilee monissa prosessin ohjaamiseen liittyvissä tekijöissä, mikä mahdollistaa prosessin parametrien säätelyn. CNT-taulukot, kuten korkeus, tiheys ja halkaisija. Kun käytetään seoskalvoja, CNT-kasvu on mahdollista ohuille kalvoille, joilla on eri paksuus ja johtavuus. Kaikki tämä mahdollistaa tämän prosessin integroinnin integroituihin teknologioihin [47] .

Kuituja hiiliputkista

CNT:iden käytännön soveltamiseen etsitään parhaillaan menetelmää niiden pohjalta pidennettyjen kuitujen luomiseksi, jotka puolestaan ​​voidaan kutoa säikeiseksi langaksi. Hiilinanoputkista on jo pystytty luomaan pidennettyjä kuituja, joilla on korkea sähkönjohtavuus ja terästä parempi lujuus [48] .

Nanoputken myrkyllisyys

Viime vuosien kokeet ovat osoittaneet, että pitkät moniseinäiset hiilinanoputket (MWNT) voivat saada aikaan samanlaisen vasteen kuin asbestikuidut . Asbestin louhinnassa ja prosessoinnissa työskentelevillä ihmisillä on useita kertoja todennäköisemmin kehittyä kasvaimia ja keuhkosyöpää kuin muulla väestöllä. Erityyppisten asbestikuitujen karsinogeenisuus on hyvin erilainen ja riippuu kuitujen halkaisijasta ja tyypistä. Pienen painonsa ja koonsa ansiosta hiilinanoputket tunkeutuvat hengitysteihin ilman mukana. Tämän seurauksena ne keskittyvät pleuraan. Pienet hiukkaset ja lyhyet nanoputket poistuvat rintakehän huokosten kautta (halkaisijaltaan 3–8 µm), kun taas pitkät nanoputket voivat jäädä ja aiheuttaa patologisia muutoksia ajan myötä.

Vertailevat kokeet yksiseinäisten hiilinanoputkien (SWCNT) lisäämisestä hiiren ruokaan eivät osoittaneet jälkimmäisen havaittavaa reaktiota nanoputkien tapauksessa, joiden pituus oli luokkaa mikronia. Samaan aikaan kokeilu moniseinäisten hiilinanoputkien lisäämisestä hiirten ruokaan osoitti, että tässä tapauksessa ohutsuolen villun hienorakenteessa tapahtuu merkittäviä muutoksia lukumäärän lisääntymisen muodossa. tuhoutuneiden villien ja epiteelisyyttien lisääntymisen [49] .

Vuonna 2016 eurooppalaiset asiantuntijat tekivät sarjan tutkimuksia yksiseinäisten hiilinanoputkien luonteesta ja ominaisuuksista ja kehittivät suosituksia erityisistä menetelmistä työskentelyyn niiden kanssa. Tämän seurauksena OCSiAlin Novosibirskissa valmistamista TUBALL-nanoputkista tuli ensimmäiset SWCNT:t, jotka rekisteröitiin Euroopan unionin REACH-asetuksen mukaisesti ja jotka sallittiin tuotanto ja käyttö Euroopassa teollisessa mittakaavassa - jopa 10 tonnia vuodessa [50] .

Katalyyttien puhdistus

Nanomittakaavan metallikatalyytit ovat tärkeitä komponentteja monissa tehokkaissa menetelmissä CNT:iden synteesiä varten ja erityisesti CVD-prosesseissa . Ne sallivat myös jossain määrin hallita tuloksena olevien CNT:iden rakennetta ja kiraalisuutta . [51] Synteesin aikana katalyytit voivat muuttaa hiilipitoisia yhdisteitä putkimaiseksi hiileksi, jolloin ne itse tyypillisesti kapseloituvat osittain grafitoituneisiin hiilikerroksiin. Siten niistä voi tulla osa tuloksena olevaa CNT-tuotetta. [52] Tällaiset metalliset epäpuhtaudet voivat olla ongelmallisia monissa CNT-sovelluksissa. Katalyytit, kuten nikkeli , koboltti tai yttrium , voivat aiheuttaa esimerkiksi toksikologisia ongelmia. [53] Vaikka kapseloimattomat katalyytit on suhteellisen helppo pestä pois mineraalihapoilla , kapseloidut katalyytit vaativat oksidatiivisen esikäsittelyn katalyyttien päällystekuoren avaamiseksi. [54] Katalyyttien, erityisesti kapseloitujen, tehokas poistaminen samalla kun CNT-rakenne säilyy on monimutkainen ja aikaa vievä toimenpide. Monia CNT-puhdistusvaihtoehtoja on jo tutkittu ja optimoitu yksilöllisesti käytettyjen CNT:iden laadun mukaan. [55] [56] Uusi lähestymistapa CNT:iden puhdistamiseen, joka mahdollistaa kapseloitujen metallikatalyyttien samanaikaisen avaamisen ja haihduttamisen, on CNT:iden ja niiden epäpuhtauksien erittäin nopea kuumeneminen lämpöplasmassa. [57]

Muistiinpanot

  1. ↑ Laboratorio kasvatti maailmanennätyspituuden hiilinanoputken
  2. ↑ 1 2 nanoputki, hiili . thesaurus.rusnano.com. Käyttöönottopäivä: 14.11.2017.
  3. ↑ Nanoputkikuitujen kehruu Rice Universityssä - YouTube . Haettu: 27 tammikuuta 2013.
  4. ↑ Iijima, S. ja Ichihashi, T. (1993) Single-Shell Carbon Nanotubes of 1-nm Diameter. Nature, 363, 603-605. http://dx.doi.org/10.1038/363603a0
  5. ↑ Noriaki Hamada, Shin-ichi Sawada, Atsushi Oshiyama. Uudet yksiulotteiset johtimet: Grafiittiset mikrotubulukset  // Physical Review Letters. - 09.03.1992. - T. 68 , no. 10 . - S. 1579-1581 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.68.1579 .
  6. ↑ Hiilinanoputket, A. V. Eletsky, UFN, syyskuu 1997, v. 167, nro 9, Art. 955
  7. ↑ Alexander Grek Tuli, vesi ja nanoputket // Popular Mechanics . - 2017. - Nro 1. - S. 39-47.
  8. ↑ Yksiseinäisten hiilinanoputkien edullinen skaalautuva tuotanto ja sovellukset "SF Bay Area Nanotechnology Council  " . sites.ieee.org. Käyttöönottopäivä: 21.9.2017.
  9. ↑ OCSiAl . ocsial.com. Käyttöönottopäivä: 21.9.2017.
  10. ↑ 1 2 Hiilinanoputket ja niiden emissioominaisuudet, A. V. Jeletsky, UFN, huhtikuu 2002, osa 172, nro 4, art. 408
  11. ↑ HW Kroto, JRHeath, SC O'Brien, RF Curl, RE Smalley, C60: Buckminsterfullerene, Nature 318 162 (1985)
  12. ↑ S. Iijima, Grafiittihiilen helical microtubules, Nature 354 56 (1991)
  13. ↑ A. Oberlin, M. Endo ja T. Koyama. Grafitisoitujen hiilikuitujen korkearesoluutioiset elektronimikroskooppihavainnot Carbon, 14, 133 (1976)
  14. ↑ Buyanov R. A., Chesnokov V. V., Afanasiev A. D., Babenko V. S. Hiilikerrostumien muodostumisen karbidimekanismi ja niiden ominaisuudet rauta-kromidehydrauskatalyyteissä // Kinetics and catalysis 1977. Vol. 18. S. 1021 .
  15. ↑ JAE Gibson. varhaiset nanoputket? Nature 359, 369 (1992)
  16. ↑ L. V. Raduškevitš ja V. M. Lukyanovich. Hiilen rakenteesta, joka muodostuu hiilimonoksidin lämpöhajoamisen aikana rautakoskettimessa. ZhFKh, 26, 88 (1952)
  17. ↑ Hiilinanoputket Damaskoksen teräksestä
  18. ↑ D.E.H. Jones (Daedalus). New Scientist 110 80 (1986)
  19. ↑ Z. Ya. Kosakovskaya, L. A. Chernozatonsky, E. A. Fedorov. Nanokuituhiilirakenne. JETP Lett. 56 26 (1992)
  20. ↑ M. Yu. Kornilov. Tarvitset putkimaista hiiltä. Chemistry and Life 8 (1985)
  21. ↑ Chernozatonsky L. A. Sorokin P. B. Hiilinanoputket: perustutkimuksesta nanoteknologiaan / Pod. toim. Yu.N. Bubnov. - M . : Nauka, 2007. - S. 154-174. - ISBN 978-5-02-035594-1 .
  22. ↑ Tiede (Frank et ai., Science, voi. 280, s. 1744); 1998
  23. ↑ Vasili Perebeinos, Marcus Freitag, Phaedon Avouris. Hiili-nanoputkifotoniikka ja optoelektroniikka  (englanniksi)  // Nature Photonics. - 2008-06. — Voi. 2 , iss. 6 . - s. 341-350 . — ISSN 1749-4893 . - doi : 10.1038/nphoton.2008.94 .
  24. ↑ Alexander Högele, Christophe Galland, Martin Winger, Atac Imamoğlu. Fotonien niputtaminen yksittäisen hiilinanoputken fotoluminesenssispektreissä  // Physical Review Letters. - 27.5.2008 - T. 100 , ei. 21 . - S. 217401 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.100.217401 .
  25. ↑ Stephen K. Doorn, Han Htoon, Hiromichi Kataura, Takeshi Tanaka, Atsushi Hirano. Viritettävä huonelämpötilan yhden fotonin emissio tietoliikenteen aallonpituuksilla hiilinanoputkien sp3-virheistä  //  Nature Photonics. – 2017-09. — Voi. 11 , iss. 9 . - s. 577-582 . — ISSN 1749-4893 . - doi : 10.1038/nphoton.2017.119 .
  26. ↑ Wolfram HP Pernice, Ralph Krupke, Carsten Rockstuhl, A. Korneev, G. Gol'tsman. Täysin integroitu kvanttifotonipiiri sähkökäyttöisellä valonlähteellä  //  Nature Photonics. – 2016-11. — Voi. 10 , iss. 11 . - s. 727-732 . — ISSN 1749-4893 . - doi : 10.1038/nphoton.2016.178 .
  27. ↑ Yao, kesäkuu; Jin, Zhong; Zhong, Lin; Natelson, Douglas; Tour, James M. Yksiseinäisiin hiilinanoputkiin perustuvat kahden terminaalin haihtumattomat muistit   // ACS Nano : päiväkirja. - 2009. - 22. joulukuuta ( osa 3 , nro 12 ). - P. 4122-4126 . doi : 10.1021 / nn901263e .
  28. ↑ Vasu, K.S.; Sampath, S.; Sood, AK Haihtumaton unipolaarinen resistiivinen kytkentä ultraohuissa grafeeni- ja hiilinanoputkien kalvoissa   // Solid State Communications : päiväkirja. - 2011. - elokuu ( osa 151 , nro 16 ). - s. 1084-1087 . - doi : 10.1016/j.ssc.2011.05.018 .
  29. ↑ Ageev, OA; Blinov, Yu F.; Il'in, OI; Kolomiitsev, AS; Konoplev, BG; Rubashkina, M.V.; Smirnov, V. A.; Fedotov, AA Memristor-vaikutus pystysuoraan kohdistettujen hiilinanoputkien nippuihin, jotka on testattu pyyhkäisytunnelimikroskoopilla  //  Technical Physics : Journal. - 2013. - 11. joulukuuta ( nide 58 , nro 12 ). - P. 1831-1836 . - ISSN 1063-7842 . - doi : 10.1134/S1063784213120025 .
  30. ↑ Ageev, OA; Blinov, Yu F.; Il'in, OI; Konoplev, BG; Rubashkina, M.V.; Smirnov, V. A.; Fedotov, AA Tutkimus pystysuoraan kohdistettujen hiilinanoputkien resistiivisestä kytkennästä pyyhkäisytunnelimikroskoopilla   // Solid State Physics of the Solid State : päiväkirja. - 2015. - 16. huhtikuuta ( nide 57 , nro 4 ). — s. 825-831 . — ISSN 1063-7834 . - doi : 10.1134/S1063783415040034 .
  31. ↑ Slyusar, V.I. Nanoantennit: lähestymistavat ja näkymät. - C. 58 - 65. . Elektroniikka: tiede, teknologia, liiketoiminta. - 2009. - nro 2. C. 58 - 65 (2009).
  32. ↑ Uutiset @ Mail.Ru: Kiinalaiset ovat ohittaneet kaikki - 18,5 senttimetriä pitkä
  33. ↑ Nano Letters: Joustavat, venyvät, läpinäkyvät hiilinanoputkiohutkalvokaiuttimet, arkistoitu 1. marraskuuta 2008 Wayback Machinessa (29. lokakuuta 2008)
  34. ↑ iScience.ru - Tulevaisuus on jo täällä, uutisissammeLuotu keinotekoisia lihaksia hiilestä ja parafiinista | iScience.ru - Tulevaisuus on jo täällä, uutisissamme. Tieteen uutisia
  35. ↑ Hybridin hiilinanoputkilangan lihasten sähköinen, kemiallinen ja fotoninen vääntö- ja vetokäyttö: http://www.sciencemag.org/content/338/6109/928 Tiede 16. marraskuuta 2012: Voi. 338 nro. 6109 s. 928-932 DOI: 10.1126/tiede.1226762
  36. ↑ 360-konsepti. Askel eteenpäin akun energiatiheyden kehityksessä | Konstantin Tikhonov, OCSiAl |  ees International . www.ees-magazine.com. Käyttöönottopäivä: 21.9.2017.
  37. ↑ SWCNT vs MWCNT ja nanokuidut. Sovellukset litiumioniakuissa ja läpinäkyvissä johtavissa kalvoissa (PDF-lataus saatavilla  ) . tutkimusportti. Käyttöönottopäivä: 21.9.2017.
  38. ↑ Hiilinanoputket parantavat lyijyakkuja  "huomattavan " , Batteries International . Haettu 21.9.2017.
  39. ↑ Valtava tulevaisuus pienille putkille  (englanniksi)  (downlink) . www.specchemonline.com. Haettu 21. syyskuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 30. maaliskuuta 2017.
  40. ↑ Iijima S, Nature (Lontoo) 354 56 (1991).
  41. ↑ Peter JF Harris ollenkaan. "Korkean resoluution elektronimikroskopiatutkimukset mikrohuokoisesta hiilestä, joka on tuotettu kaarihaihdutuksella" // J. CHEM. SOC. FARADAY TRANS., 90(18), s. 2799-2802, (1994).
  42. ↑ W.A. de Heer ja D. Ugarte. "Hiilenen lämpökäsittelyllä tuotetut hiilisipulit ja niiden suhde 217,5 nm:n tähtienväliseen absorptioominaisuuteen" // Chem. Phys. Lett. 207, (1993) 480-486.
  43. ↑ Guo T, Nikolaev P, Rinzler D, Tomanek DT, Colbert DT, Smalley R. "Self-Assembly of Tubular Fullerenes" // J. Phys. Chem. 99:10694-7 (1995).
  44. ↑ V. Ivanov ollenkaan. "Fullereenimittakaavan halkaisijan omaavien nanoputkien katalyyttinen tuotanto ja puhdistus". Carbon 33, 12, (1995) 1727-1738.
  45. ↑ P.R. Couchman ja W.A. Jesser. "Metallien sulamislämpötilan kokoriippuvuuden termodynaaminen teoria". Nature 269, (1977) 481-483.
  46. ↑ Xu, F., Zhao, H., Tse, SD Hiilinanoputkien synteesi katalyyttisillä metalliseoksilla metaani/ilman vastavirtausdiffuusioliekeissä  //  Proceedings of the Combustion Institute : artikkeli. - 2007. - Voi. 31 . - P. 1839-1847 .
  47. ↑ Pawel Mierczynski, Sergei V. Dubkov, Sergei V. Buljarski, Aleksanteri A. Pavlov, Sergei N. Skorik. Hiilenanoputkiryhmien kasvu erilaisilla CtxMey-seoskalvoilla kemiallisella höyrypinnoitusmenetelmällä  // Journal of Materials Science & Technology. - doi : 10.1016/j.jmst.2017.01.030 .
  48. ↑ Hiilinanoputket punottuna sähköä johtavaksi kuiduksi
  49. ↑ Arviointi monikerroksisten hiilinanoputkien vaikutuksesta hiirten ohutsuolen morfofunktionaaliseen solutilaan . cyberleninka.ru. Käyttöönottopäivä: 21.9.2017.
  50. ↑ Yksiseinäisten hiilinanoputkien REACH-rekisteröinti valmis  // PCI Magazine. - 2016 - 16. lokakuuta. Arkistoitu alkuperäisestä 24. marraskuuta 2016.
  51. ↑ Yamada T., Namai T., Hata K., Futaba D.N., Mizuno K., Fan J. et ai. Kaksiseinäisten hiilinanoputkimetsien kokoselektiivinen kasvu suunnitelluista rautakatalyyteistä  // Nature Nanotechnology  : Journal  . - 2006. - Voi. 1 . - s. 131-136 . - doi : 10.1038/nnano.2006.95 .
  52. ↑ MacKenzie KJ, Dunens OM, Harris AT Päivitetty katsaus hiilinanoputkien synteesiparametreihin ja kasvumekanismeihin leijukerroksissa  //  Industrial & Engineering Chemical Research : Journal. - 2010. - Vol. 49 . - P. 5323-5338 . - doi : 10.1021/ie9019787 .
  53. ↑ Jakubek LM, Marangoudakis S., Raingo J., Liu X., Lipscombe D., Hurt RH Hermosolujen kalsiumionikanavien estäminen hiilinanoputkista vapautuvan yttriumin hivenmäärillä  //  Biomaterials : Journal. - 2009. - Vol. 30 . - P. 6351-6357 . - doi : 10.1016/j.biomaterials.2009.08.009 .
  54. ↑ Hou PX, Liu C., Cheng HM. Hiilinanoputkien  puhdistus //  Hiili. — Elsevier , 2008. — Voi. 46 . - s. 2003-2025 . - doi : 10.1016/j.carbon.2008.09.009 .
  55. ↑ Ebbesen TW, Ajayan PM, Hiura H., Tanigaki K. Nanoputkien puhdistus   // Nature . - 1994. - Voi. 367 . - s. 519 . - doi : 10.1038/367519a0 .
  56. ↑ Xu YQ, Peng H., Hauge RH, Smalley RE Yksiseinäisten hiilinanoputkien ohjattu monivaiheinen puhdistus  //  Nano Letters : päiväkirja. - 2005. - Voi. 5 . - s. 163-168 . - doi : 10.1021/nl048300s .
  57. ↑ Meyer-Plath A., Orts-Gil G., Petrov S et ai. Hiilinanoputkien plasmalämpöpuhdistus ja hehkutus  //  Hiili : päiväkirja. — Elsevier , 2012. — Voi. 50 . - P. 3934-3942 . - doi : 10.1016/j.carbon.2012.04.049 .

Katso myös

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Hiilen allotropia
sp 3
sp 2
spKarbiini
sekoitettu
sp 3 /sp 2
muu
hypoteettinen
liittyvät