Mitä hiilinanoputket ovat?

Tutkijat eivät tiedä kaikkea hiili nanoputkia tai CNT-putkia, mutta he tietävät, että ne ovat erittäin ohuita, kevyitä onttoja putkia, jotka koostuvat hiiliatomeista. hiili nanoputki on kuin grafiittilevy, joka on rullattu sylinteriin, ja levyn muodostavat erottuva kuusikulmainen ristikko. Hiilinanoputket ovat erittäin pieniä; yhden hiilinanoputken halkaisija on yksi nanometri, joka on kymmenentuhannesosa (1/10 000) hiuksen halkaisijasta. Hiilinanoputkia voidaan valmistaa eripituisiksi.

Hiilinanoputket luokitellaan rakenteensa perusteella: yksiseinäiset nanoputket (SWNT), kaksiseinäiset nanoputket (DWNT) ja moniseinäiset nanoputket (MWNT). Eri rakenteilla on yksilölliset ominaisuudet, jotka tekevät nanoputkista sopivia erilaisiin sovelluksiin.

Ainutlaatuisten mekaanisten, sähköisten ja lämpöominaisuuksiensa vuoksi hiilinanoputket tarjoavat mielenkiintoisia mahdollisuuksia tieteelliseen tutkimukseen sekä teollisiin ja kaupallisiin sovelluksiin. CNT-yhdisteillä on paljon potentiaalia komposiittiteollisuudessa.

Kynttilän liekit muodostavat hiilinanoputkia luonnollisesti. Hiilinanoputkien käyttämiseksi tutkimuksessa ja teollisuustuotteiden kehittämisessä tutkijat kuitenkin kehittivät luotettavampia tuotantomenetelmiä. Vaikka useita tuotantomenetelmiä on käytössä, kemiallinen höyrystys, kaaripurkaus ja laser-ablaatio ovat kolme yleisintä menetelmää hiilinanoputkien tuottamiseksi.

Kemiallisessa höyrystyksessä hiilinanoputket kasvatetaan substraattiin sirotelluista metalli-nanohiukkassiemenistä, jotka kuumennetaan 700 asteeseen (1292 astetta Fahrenheit). Kaksi prosessiin johdettua kaasua aloittavat nanoputkien muodostumisen. (Metallien ja sähköpiirien välisen reaktiivisuuden vuoksi zirkoniumoksidia käytetään toisinaan metalli nanohiukkasten siemenille.) Kemiallinen höyrystys on suosituin menetelmä kaupallisessa muodossa tuotantoon.

Kaarivapautus oli ensimmäinen menetelmä hiilinanoputkien syntetisoimiseksi. Kaksi päästä päähän sijoitettua hiilitankoa kaarihöyrystyy hiilinanoputkien muodostamiseksi. Vaikka tämä on yksinkertainen menetelmä, hiilinanoputket on edelleen erotettava höyrystä ja noesta.

Laserin ablaatio yhdistää sykkivän laserin ja inertin kaasun korkeissa lämpötiloissa. Pulssilaser höyrystää grafiittia muodostaen hiilinanoputkia höyryistä. Kuten valokaaripurkausmenetelmässä, hiilinanoputket on puhdistettava edelleen.

Hiilinanoputkilla on useita arvokkaita ja ainutlaatuisia ominaisuuksia, mukaan lukien:

• Korkea lämmön ja sähkönjohtavuus
• Optiset ominaisuudet
• Joustavuus
• Lisääntynyt jäykkyys
• Korkea vetolujuus (100 kertaa vahvempi kuin teräs painoyksikköä kohti)
• kevyt
• Sähkönjohtavuusalue
• Kyky manipuloida on silti vahva

Tuotteisiin sovellettaessa nämä ominaisuudet tarjoavat valtavia etuja. Esimerkiksi polymeereissä käytettynä irtohiilen nanoputket voivat parantaa tuotteiden sähköisiä, lämpö- ja sähköominaisuuksia.

Nykyään hiilinanoputket ovat käyttökelpoisia monissa eri tuotteissa, ja tutkijat jatkavat luovien uusien sovellusten tutkimista.

Nykyisiä sovelluksia ovat:

• Polkupyörän komponentit
• Tuuliturbiinit
• Litteät näytöt
• Skannaa anturimikroskoopit
• Tunnistuslaitteet
• Meri maalit
• Urheiluvälineet, kuten sukset, baseball-lepakot, jääkiekkomailat, jousiammunta-nuolet ja lainelaudat
• Sähköpiirit
• Paristot, joiden käyttöikä on pidempi
• Elektroniikka

Tulevat käyttötavat hiilinanoputkien osuus voi sisältää:

• Vaatteet (pistoke- ja luodinkestävät)
• Puolijohdemateriaalit
• Avaruusalus
• Avaruushissit
• Aurinkopaneelit
• Syövänhoito
• Kosketusnäytöt
• Energia varasto
• Optiikka
• Tutka
• Biopolttoaineet
• nestekidenäytöt
• Submikroskooppiset koeputket

Vaikka korkeat tuotantokustannukset rajoittavat tällä hetkellä kaupallisia sovelluksia, mahdollisuudet uusille tuotantomenetelmille ja sovelluksille ovat rohkaisevia. Kun ymmärtäminen hiilinanoputkista laajenee, samoin niiden käyttö. Hiilinanoputkien ainutlaatuisten yhdistelmien, tärkeiden ominaisuuksiensa vuoksi, ne voivat mullistaa päivittäisen elämän lisäksi myös tieteellistä tutkimusta ja terveydenhuoltoa.

CNT: t ovat hyvin uusi materiaali, jolla on vähän pitkäaikaista historiaa. Vaikka mikään ei ole vielä sairastunut nanoputkien seurauksena, tutkijat saarnaavat varovaisuutta käsitellessään nanohiukkasia. Ihmisillä on soluja, jotka voivat prosessoida myrkyllisiä ja vieraita hiukkasia, kuten savuhiukkasia. Kuitenkin, jos tietty vieraat hiukkaset ovat joko liian suuria tai liian pieniä, keho ei ehkä pysty sieppaamaan ja prosessoimaan sitä hiukkasta. Näin oli asbestin tapauksessa.

Mahdolliset terveysriskit eivät aiheuta hälytystä, mutta hiilinanoputkia käsittelevien ja niitä käsittelevien ihmisten on kuitenkin toteutettava tarvittavat varotoimenpiteet altistumisen välttämiseksi.