Alt om karbon nanorør

Fremtidens materiale

Andrey Prokhorov/E+/Getty Images

Forskere vet ikke alt om karbon nanorør eller CNT-er for kort, men de vet at de er veldig tynne, lette hule rør som består av karbonatomer. EN karbon nanorør er som et ark med grafitt som rulles inn i en sylinder, med karakteristiske sekskantede gitterverk som utgjør arket. Karbon nanorør er ekstremt små; diameteren til ett nanorør av karbon er en nanometer, som er en ti tusendel (1/10 000) av diameteren til et menneskehår. Karbon nanorør kan produseres i varierende lengder.

Karbon nanorør er klassifisert i henhold til deres strukturer: enkeltveggede nanorør (SWNTs), dobbeltveggede nanorør (DWNTs) og multi-wall nanorør (MWNTs). De ulike strukturene har individuelle egenskaper som gjør nanorørene passende for ulike bruksområder.

På grunn av deres unike mekaniske, elektriske og termiske egenskaper, presenterer karbon nanorør spennende muligheter for vitenskapelig forskning og industrielle og kommersielle applikasjoner. Det er mye potensiale for CNT-er i komposittindustrien.

Hvordan lages karbon nanorør?

Stearinlys flammer danner karbon nanorør naturlig. For å bruke karbon-nanorør i forskning og i utvikling av produserte varer, utviklet imidlertid forskere mer pålitelige produksjonsmetoder. Mens en rekke produksjonsmetoder er i bruk, er kjemisk dampavsetning, lysbueutladning og laserablasjon de tre vanligste metodene for å produsere karbon-nanorør.

I kjemisk dampavsetning dyrkes karbon-nanorør fra metallnanopartikkelfrø drysset på et underlag og varmes opp til 700 grader Celsius (1292 grader Fahrenheit). To gasser introdusert i prosessen starter dannelsen av nanorørene. (På grunn av reaktivitet mellom metaller og elektriske kretser, brukes zirkoniumoksid noen ganger i stedet for metall for nanopartikkelfrøene.) Kjemisk dampavsetning er den mest populære metoden for kommersiell produksjon.

Bueutladning var den første metoden som ble brukt for å syntetisere karbon nanorør. To karbonstaver plassert ende-til-ende fordampes for å danne karbon-nanorør. Selv om dette er en enkel metode, må karbon-nanorørene skilles ytterligere fra damp og sot.

Laserablasjon parer en pulserende laser og en inert gass ved høye temperaturer. Den pulserende laseren fordamper grafitten, og danner karbon-nanorør fra dampene. Som med lysbueutladningsmetoden, må karbon-nanorørene renses ytterligere.

Fordeler med karbon nanorør

Karbonnanorør har en rekke verdifulle og unike egenskaper, inkludert:

• Høy termisk og elektrisk ledningsevne
• Optiske egenskaper
• Fleksibilitet
• Økt stivhet
• Høy strekkfasthet (100 ganger sterkere enn stål per vektenhet)
• Lett
• Rekkevidde for elektrisk ledningsevne
• Evnen til å bli manipulert, men forbli sterk

Når de brukes på produkter, gir disse egenskapene enorme fordeler. For eksempel, når de brukes i polymerer, kan karbon-nanorør i bulk forbedre de elektriske, termiske og elektriske egenskapene til produktene.

Applikasjoner og bruksområder

I dag finner karbon nanorør bruk i mange forskjellige produkter, og forskere fortsetter å utforske kreative nye applikasjoner.

Gjeldende applikasjoner inkluderer:

• Sykkelkomponenter
• Vindturbiner
• Flatskjermer
• Skanneprobemikroskoper
• Følende enheter
• Marine malinger
• Sportsutstyr, som ski, baseballkøller, hockeykøller, bueskytingspiler og surfebrett
• Elektriske kretser
• Batterier med lengre levetid
• Elektronikk

Fremtidig bruk av karbon nanorør kan omfatte:

• Klær (stikksikker og skuddsikker)
• Halvledermaterialer
• Romfartøy
• Romheiser
• Solcellepaneler
• Kreftbehandling
• Berøringsskjermer
• Energilagring
• Optikk
• Radar
• Biodrivstoff
• LCD-skjermer
• Submikroskopiske reagensrør

Mens høye produksjonskostnader i dag begrenser kommersielle applikasjoner, er mulighetene for nye produksjonsmetoder og applikasjoner oppmuntrende. Ettersom forståelsen av karbon-nanorør utvides, vil også bruken av dem øke. På grunn av deres unike kombinasjon av viktige egenskaper, har karbon nanorør potensial til å revolusjonere ikke bare dagliglivet, men også vitenskapelig utforskning og helsetjenester.

Mulige helserisikoer ved karbonnanorør

CNT-er er et veldig nytt materiale med liten langsiktig historie. Selv om ingen ennå har blitt syk som følge av nanorør, forskere forkynner forsiktighet når de håndterer nanopartikler . Mennesker har celler som kan behandle ut giftige og fremmede partikler som røykpartikler. Men hvis en bestemt fremmed partikkel enten er for stor eller for liten, kan det hende at kroppen ikke er i stand til å fange opp og behandle den partikkelen. Dette var tilfellet med asbest.

Den potensielle helserisikoen er ikke grunn til alarm, men personer som håndterer og arbeider med karbon nanorør bør ta de nødvendige forholdsregler for å unngå eksponering.