Framsteg och Perspektiv i den KolNanotube Världen

vid Professorn Endo Morinobu

Professor Endo Morinobu, Fakultet av att Iscensätta och Institut av KolVetenskap & Teknologi, Shinshu Universitetar, Japan
Motsvarande författare: endo@endomoribu.shinshu-u.ac.jp

Över det sist årtiondet har nanotechnology mottagit samhälle för raddauppmärksamhet inifrån som en potentiell källa för nya lösningar till många av världens existerande och dyka upp problem. Enkelt satt, kunde nanotechnology ge kapaciteten att förbättra förstår och planlägger komplexa lösningar på ett atom- och molekylärt fjäll. Den attraktivaste nanotechnology-släkta nanomaterialen är ansedd att vara en-dimensionella kolnanotubes (CNT).

Geometriskt kan CNT visualiseras av rullande täcker av graphene in i en lång ihålig tubule. Den unika konfigurationen av detta materiellt ger utmärkt physico-kemisk rekvisita1. För anföra som exempel, den Young modulusen av CNT är mer styv, än något annat materiellt, fördriver deras tänjbara styrka är 100 tajmar det av stålsätter. Maximal elektrisk strömtäthet är 100 tider mer stor än för förkopprar binder, och bärarerörlighet är Ca. 105 cm/Vs2. Har det stora löftet för den CNTs showen i talrika applikationer i den near framtiden2 och den utmärkta rekvisitan av CNT redan resulterat i deras bruk i tillgängliga produkter för reklamfilm.

I dagsläget producerade det sammanlagda beloppet av CNTs kommersiellt från runt om världen nedda tonen för Ca. 1.000/år. I denna understreckare strukturerar det grundläggande av CNTs beskrivas kort, såväl som de senaste framflyttningarna i stordriften, existerande reklamfilmbruk av nanotubes granskas med special betoning på det toxicological utfärdar av CNTs.

Är Vad ett Kol Nanotube?

CNT kan visualiseras som rullande täcker av graphene (honungskakagaller för kol sp2) in i en cylinder av nanometeren storleksanpassar diametern (Fig. 1 (a)). Strukturera av CNT har undersökts i ungdomsåret med överföringselektronmicroscopy med hög upplösning (Fig. 1 (b))3, och de erhållande resultaten avslöjer, att nanotubes är seamless nanoscaletubules som härledas från honungskakagallret som föreställer ett atom- lagrar för singel av den crystalline grafiten, annorlunda sett till, som en graphene täcker. Krökningen av nanotubesna inkorporerar ett litet belopp av bindningen sp3, så att styrkakonstanten i den periferiska riktningen är litet svagare än längs nanotubeaxeln.

Figurera 1. (a) CNT kunde visualiseras av rullande täcker av graphene (honungskakagaller för kol sp2) in i en cylinder av nanometeren storleksanpassar diametern. (b) Strukturera av CNT har varit den undersökta tidig sort på av överföringselektronmicroscopy med hög upplösning.

Sedan singel-walled kolnanotube (SWNT) är endast en atom tjockt och har ett litet nummer av atoms runt om dess omkrets, endast vinkar några vektorer är nödvändiga att beskriva periodiciteten av nanotubesna. Dessa tvång som är bly- till quantumfångenskap av vinka, fungerar i de radiella och periferiska riktningarna, med plant vinkar vinkar att uppstå endast längs nanotubeaxeln som motsvarar till en stort antal, eller nära görat mellanslag tillåtet vinkar vektorer.

Kolnanotubes kan vara endera metalliska eller semiconducting, och jämväl kan individkonstituenten av mång--väggen nanotubes eller singel-vägg nanotubepackar vara metalliska eller semiconducting4. Dessa anmärkningsvärda elektroniska rekvisita följer från det elektroniskt strukturerar av den 2D grafiten under tvången av quantumfångenskap i den periferiska riktningen.

I fallet av mång--walled kolnanotubes (MWNTs), som har typisk en diameter mindre än omkring 100 nm, inte graphitic tredimensionellt är stapla etablerat5, även om en individ beskjuter av de mång- lagrarna består av görar perfekt graphene täcker. Också har varje rör olikt, och den oberoende chiralityen, som kan, bidrar till en större inter-Shell som görar mellanslag, än finnas i grafit. Dessa strukturerar kännetecken av singel, och mång--walled CNTs indikerar att de är unika en-dimensionella material med elektronisk, kemisk, mekanisk och termisk rekvisita för fascinera.

Industriell FjällProduktion av Kol Nanotubes

Upp till nu, har olika syntetmaterialmetoder för att producera CNTs anmälts (e.g., bågurladdning, laser-vaporization och katalytisk kemisk dunstavlagring (CVD)). Den framträdande nya trenden är att synthesize CNTs som använder CVD, att närma sig, sedan denna teknik är extremt användbar för stordriften av både SWNTs och MWNTs. 3Genom samtidigt att mata hydrocarbons och nanoscale, arrangerar gradvis har katalytiska partiklar i gasa in i reaktionskammaren, CNTs synthesized på ett storskaligt. 6

Växande SWNTs och MWNTs i en reaktor har varit föreslagna, och denna gäller den katalytiska avlagringen av hydrocarbons över ytbehandla av nano-storleksanpassat belägger med metall partiklar och ett fortlöpande som tillverkas av partikeln av denorganiserade tubulen av sexhörnig sp2-carbon3,6. De starka bevisar av detta antagande är närvaroen av katalytiska partiklar på avslutar (överträffa eller rota), av rören (Fig. 2 (A.C.)). I fallet av stordriften av SWNTs gav utvecklingen av den processaa högtryckkoloxiden impetus till den vetenskapliga studien och applikationerna av SWNTs7.

Figurera 2. shows som närvaroen av katalytiska partiklar på avslutar av rören.

Angående den bulk produktionen av MWNTs för industriella applikationer är det viktigt till omnämnande som på avsluta av 1980, Showa-Denko Co. AB och Hyperion Catalysis Landskamp, Inc. (Cambridge, MOR) började produktion av flera tons av catalytically fullvuxna CNTs årligen. I dagsläget det sammanlagda beloppet av kommersiellt - tillgängliga MWNTs runt om världen har nett 1.000 ton/år. Det förväntas att den globala kol-nanotubeintäkten i den 2015 ska räckvidden US$500 miljon8. Det mest intressant pekar är att alla utvalda företag en katalytisk CVD-metod för stordriften av MWNTs.

Applikation av Kol Nanotubes

Tack vare dimensionerar deras litet, och den utmärkta physicochemical rekvisitan, CNTs har varit föreslagen för en lång räcka av applikationer. Några av de potentiella applikationerna av CNT inkluderar mång--funktionella komposit, electrochemical elektroder, och/eller tillsatser, sätter in utsändare såväl som nano-storleksanpassade halvledareapparater2. CNTs används också som utfyllnadsgods i både anod- och katodmaterial av lithium-jonen sekundära batterier9,10.

MWNTs kan användas som spetsar för scanningsondmikroskop för att erhålla med hög upplösning avbildar, och i den near framtiden, används ska tunna MWNTs som sätter in utsläppelektronkällor för lägenhet-panel skärmar. Chemically functionalized MWNTs ger också en kick som avkänner kapacitet för kemiskt, och biologiska grupper som påverkar varandra med olikt, ytbehandlar.

I tillägg är CNTs en idealkandidat för utfyllnadsgods i polymerkomposit. Den minsta funktionsdugliga komposit utrustar har varit förberedd, genom att blanda nanotubes in i smält nylon och därefter att injicera in i den mycket små formen. Detta lappar utställningar en mekanisk styrka för kick, ett kickslitningsmotstånd och också en bra elektrisk och termisk conductivity. mer Ytterligare framsteg måste att bäras ut för att fullständigt använda dessa nanotube-/polymerkomposit, till exempel ytbehandlar optimizationen av rekvisita, den homogena spridningen utan läkarundersökningskada, utvecklingen av en effektiv justeringsmetod (också utvärderingsmetod) och att bearbeta.

Ett toppet rubber tätningsmedel som är kapabelt av motstående hög temperatur och, pressar fabricerades lyckat av Professorn Endo Morinobu och hans kollegor på Institutet av KolVetenskap & Teknologi. Detta gjordes, genom att inkorporera ytbehandla-ändrade nanotubes in i gummi11. Baserat på våra bedömningar och når den har granskat djupet och temperaturen av olje- resurser, bidrar utvecklingen av en toppen rubber teknologi som är kapabel av motstående 260°C under som 239, MPa av pressar ska, till en revolutionär förbättring i olje- återställningseffektivitet från strömmen 35% till mer än 70%, genom att gräva föregående oåtkomliga insättningar.

En Annan potentiell applikation av CNT är i fabriceringen av toppen-kondensatorer och electrochemical utlösare som används i konstgjorda muskler. Nanotube utlösare kan fungera på låga spänningar och temperaturer som kick som 350°C. För närvarande inkorporeras toppen-kondensatorer in i hybrid- medel, som de kunde ge foracceleration och lagra avbrottsenergi elektriskt.

Möjligheten av att använda CNTs som nanowires förutses tack vare deras observerade ballistiska transport. För fabriceringen av nanotube sätta in verkställer transistorer, SWNTs förbands för att belägga med metall nano-elektroder. Kapaciteten är utmärkt benämner in av växling rusar att vara skyldig till deras låga kapacitens. Ett naturligt problem som är tillhörande med CNT, ligger i svårigheten, i att behandla dem. Från ett reklamfilmViewpoint krävs mer ytterligare tekniskt framsteg, liksom selektiv tillväxt av nanotubes genom att använda själv-enhet tekniker.

Kol Nanotube Biocompatibility

Mycket uppmärksamhet betalades på toxiciteten av CNTs, tack vare som deras nanoscale dimensionerar och deras morfologiska särdrag som är liknande till det av asbest12,13. Därför toxicological bevisa av CNT är starkt nödvändigt att förhindra riskerar och yrkes- oordningar i arbetare och att främja deras kassaskåpbruk i konsumtionsprodukter. Våra förberedande åtgärdstudier på det biologiska svaret av CNTs indikerar att deras potentiella giftliga natur är markant låg14,15. Emellertid måste en grundligare och mer långsiktig studie att föras för att bestämma den giftliga naturen av olika typer av CNTs liksom riktar ambition av rör i människalungs.

Framtidsutsikt

Dessa ska mycket små, svart och tubular-typ nanomaterials ändrar oss bor, fungerar och meddelar långt. Ett stort nummer av CNT-härledde produkter är redan i bruk, och deras viability beror starkt på framgången av deras commercialization.

Innan du betraktar bruket av CNTs i reklamfilmprodukter som en framgång, åtminstone, måste fyra hinder att lösas:

   1. Hur man erhåller kickrenhet CNTs som metalliska impurities återstå ofta efter den processaa fabriceringen som kan ge löneförhöjning till giftlig rekvisita.
   2. Hur man behandlar dessa mycket små material.
   3. Hur man kontrollerar chiralityen av CNT.
   4. Den viktigaste men mest kritiska ”säkerheten” utfärdar måste att vara klargjort baserat på långsiktiga och systematiska biologiska studier.

Omfattande och intensiva försök i både akademi och bransch söker efter en lösning till dessa hinder, och, när en lösning har netts, ska CNTs lek som en nyckel- viktig roll som ett innovativt materiellt av århundradest 21 i ett nummer av industriellt bearbetar.

Vi har nett det okända det första berg av vetenskap, understödjaberg av teknologi, och det tredje berg av ekonomi, genom att producera CNTs, på ett storskaligt på rimligt kostar lyckat (Fig. 3). Nu strävar vi för att klättra berg av samhälle. Genom att dela information, riskerar och gynnar på av CNTs med alla stakeholders, ska bevisar vi slutligen räckvidd det bästa av ett nanotubeberg och att CNT är ett innovativt materiellt för århundradetst 21.

Figurera 3. Kolnanotube som en framkant av nanotechnology måste gå det okända de fyra bergen som en innovativ och grundteknologi av århundradest 21. Världsomspännande samarbete på vetenskap är det nyckel- utfärdar för framgången.

Bekräftelse

Detta arbete var i delen som stöttades av lånen för SAMLA I EN KLUNGA (understödja arrangerar) och MEXT-(Inga 19002007), Japan.


Hänvisar till

1. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus och P.C. Eklund, Vetenskap av Fullerenes och Kol Nanotubes, Akademiska Press, San Diego (1996).
2. M. Endo M.S. Strano, P.M. Ajayan, I Kol Nanotubes: Avancerade Ämnen i Syntesen, Strukturerar, Rekvisita och Applikationer (Eds, A. Jorio, M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus), Springeren, 2008, pp 13-61.
3. A. Oberlin, M. Endo och T. Koyama, J. Kristall Tillväxt 32, 335-349 (1976).
4. R. Saito, M.S. Dresselhaus och G. Dresselhaus, LäkarundersökningRekvisita av Kol Nanotubes, Imperialistisk Högskola Press, London (1998).
5. X. Sun, C.H. Kiang, M. Endo, K. Takeuchi, T. Furuta och M.S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 54, 1 (1996).
6. M. Endo Chem. Teknologi 568-576 (1988).
7. P. Nikolaev, M.J. Bronikowski, R.K. Bradley, F. Rohmund, D.T. Colbert, K.A. Smed, R.E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 313 91 (1999).
8. AffärsKlocka, Natur 461, 703 (2009).
9. M. Endo, Y.A. Kim, T. Hayashi, K. Nishimura, T. Matushita, K. Miyashita och M.S. Dresselhaus, Kol 39, 1287-1297 (2001).
10. C. Sotowa, G. Origi, M. Takeuchi, Y. Nishimura, K. Takeuchi, I.Y. Jang, Y.J. Kim, T. Hayashi, Y.A. Kim, M. Endo, M.S. Dresselhaus, ChemSusChem 1, 911-915 (2008).
11. M. Endo T. Noguchi, M. Ito, K. Takeuchi, T. Hayashi, Y.A. Kim, T. Wanibuchi, H. Jinnai, M. Terrones, M.S. Dresselhaus, Adv. Funct. Mater. 18 3403-3409 (2008).
12. A. Takagi, A. Hirose, T. Nishimura, N. Fukumori, A. Ogata, N. Ohashi, S. Kitajima, J. Kanno, J. Toxicol. Sci. 33 105-116 (2008).
13. C.A. Polen, R. Duffin, I. Kinloch, A. Maynard, W.A.H. Wallace, A. Seaton som Är Nat. Nanotech. 3 216-221 (2008).
14. S. Koyama, M. Endo, Y.A. Kim, T. Hayashi, T. Yanagisawa, K. Osaka, H. Koyama, N. Kuroiwa, Kol 44, 1079-1092 (2006).
15. S. Koyama, Y.A. Kim, T. Hayashi, K. Takeuchi, C. Fujii, N. Kuroiwa, H. Koyama, T. Tukahara, M. Endo, Kol 47, 1365-1372 (2009).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Endo Morinobu (den Shinshu Universitetar)

Date Added: Jun 23, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:59

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit