Nanorurki

węglowe

W roku 1991 Sumio Iijima,

oglądając za pomocą

mikroskopu elektronowego

próbkę sadzy, dostrzegł w

niej dziwne nici o średnicy

kilku nanometrów i długości

kilku mikrometrów. Te bardzo

cienkie i długie cząsteczki

nazwano nanorurkami.

Możemy je sobie wyobrazić

jako zwinięte w cylinder

płaszczyzny grafenu.

Odkrycie

Nanorurki węglowe zbudowane

są wyłącznie z wiązań sp

2

, co

pozwala im uzyskiwać większą

wytrzymałość. Wyróżniamy

nanorurki jedno- i wielościenne.

W zależności od sposobu

zwinięcia płaszczyzny grafitowej

rozróżnia się dwa typy

nanorurek – chiralne i

niechiralne. Nanorurki

niechiralne w zależności od

kształtu ich krawędzi dzielą się

ponadto na fotelikowe i

zygzakowate. Mogą być ponadto
zakończone półsferami fulerenu.

a) nanorurki fotelowe b) nanorurki

zygzakowate c) nanorurki chiralne (skręcone)

Budowa

-

w zależności od średnicy i stopnia skręcenia mogą się

zachowywać jak metal lub półprzewodnik,

-bardzo silne wiązania między atomami węgla w płaszczyźnie
grafitowej dają nanorurkom ogromną trwałość,





-i nie są natomiast wytrzymałe na zgniatanie. Z powodu

elastyczności i pustej struktury łatwo wyginają się i
odkształcają pod wpływem sił ściskających lub zginających,

-mogą przewodzić prąd o tak dużej gęstości (rzędu 10

9

A/cm

2

),

że spowodowałby on wyparowanie przewodnika ze złota lub
miedzi; dzieje się tak dlatego, że nanorurki obecnie
wytwarzane są strukturami bardzo czystymi i mają bardzo
mały opór właściwy.

Właściwości

-w nanorurkach wielowarstwowych, wewnętrzne warstwy mogą
ślizgać się prawie bez tarcia wewnątrz zewnętrznych, tworząc idealne
atomowe łożyska,



nanorurki znakomicie przewodzą ciepło wzdłuż swojej struktury,

natomiast bardzo słabo przewodzą ciepło w poprzek.,

- nanorurki mają bardzo duży moduł Younga, rzędu 10

12

N/m2

(pięć razy większy niż żelazo), wskutek tego ich deformacje są
sprężyste i są bardzo wytrzymałe na rozciąganie oraz zginanie,

-mają bardzo dużą przewodność cieplną właściwą, co może być
przydatne w odprowadzaniu ciepła z elementów elektronicznych,
których przegrzewanie się jest wciąż dużym problemem,



Puste wnętrza nanorurek mogą służyć do przechowywania jonów, np.

litu, umożliwiając budowę akumulatorów o bardzo długim czasie
działania. Przewodnictwo nanorurek jest bardzo czułe na różne gazy
(amoniak, tlen),mogą więc one służyć jako superczułe czujniki
chemiczne.

Istnieje kilka metod wytwarzania nanorurek, lecz we
wszystkich tworzą się one przy powolnej kondensacji
gorących par atomów węgla. Gdy atomy węgla
zaczynają się łączyć, powstające konfiguracje płaskie
są niestabilne z powodu dużej energii niewysyconych
wiązań na brzegach płaszczyzn. Właśnie dlatego
nanocząsteczki tworzą struktury zamknięte typu
fulerenów lub nanorurek – zmniejsza się w ten
sposób energia układu. Technolodzy nie opanowali
jeszcze dobrze metod produkcji nanorurek. W
procesie ich wytwarzania otrzymuje się mieszaninę
różnych struktur: nanorurek jedno- i wielościennych
o różnych konfiguracjach ścianek, spiral i fulerenów

.

Wytwarzanie



nanoelektronice - konstruowanie tranzystorów molekularnych o
najwyższej możliwej czułości,



elektronice cyfrowej - konstruowanie coraz szybszych,
mniejszych i bardziej wydajnych napędów dyskowych,
komputerów i układów scalonych



sprzęcie badawczym – np. dziesięciokrotne zwiększenie
zdolności rozdzielczej mikroskopu sił atomowych poprzez
umieszczenie nanorurek węglowych na końcu ostrza
pomiarowego, dzięki czemu można nim badać m.in. białka i
DNA,



energetyce - m.in. w osłonach kabli oraz w energii wiatrowej



sensorach chemicznych - bardzo czułe przewodnictwo na różne
gazy (amoniak, tlen) i molekuły,

Zastosowanie



przemyśle samochodowym - układy paliwowe, obudowy
lusterek, zderzaki, karoserie,



przemyśle sportowym – produkcja elementów o olbrzymiej
wytrzymałości a zarazem bardzo lekkich



przemyśle jądrowym – przy produkcji ogniw paliwowych,



oświetleniu - chińscy naukowcy wyprodukowali żarówki, w
których tradycyjne druciki wolframowe zastąpiono
nanorurkami węglowymi (w stosunku do tradycyjnych źródeł
światła: dłuższy czas świecenia, niższe napięcie progowe,
stały opór w szerokim zakresie temperatury).



Wykorzystując zdolność nanorurek do emisji elektronów przy
stosunkowo niskim napięciu, zbudowano kolorowe płaskie
wyświetlacze graficzne.



Umieszczenie nanorurek na końcu ostrza pomiarowego
mikroskopu sił atomowych może zwiększyć jego zdolność
rozdzielczą w poziomie ponad 10 razy, dzięki czemu można
nim badać różne mikroobiekty, m.in. białka i DNA.



Zbudowano już pamięć mechaniczną z nanorurek.



Powstały pierwsze nanopęsety o długości 5 mikrometrów,
których używa się do manipulowania obiektami o średnicy
kilkuset nanometrów.



zastosowanie nośnika zbudowanego z nanorurek pozwala
na osiągnięcie niższego tempa uwalniania leku oraz
na zwiększenie dawki docierającej do tkanki
nowotworowej. Pozwala to na poprawę skuteczności oraz
zwiększenie bezpieczeństwa terapii.



Na Tour de France 2006 Floyd Landis korzystał z roweru
którego konstrukcję wzmocniono nanorurkami. Pozwoliło to
zmniejszyć masę ramy roweru do jednego kilograma



W badaniach w 2006 roku znaleziono nanorurki w stali
damasceńskiej, co mogłoby tłumaczyć jej legendarną
twardość



1 g nanorurek kosztuje obecnie ok. 150 $

Ciekawostki