다기능 탄소 Nanotubes - 다기능 탄소 Nanotubes의 소개 그리고 응용

교수에 의하여 Saikat Talapatra

Saikat Talapatra 의 물리학, 남쪽 lllinois 대학 Carbondale의 부 교수
대응 저자: stalapatra@physics.siu.edu

탄소 Nanotubes

지난 몇십년에 nano 물자와 관련있는 연구와 개발에 있는 폭발적 성장이 계속 있습니다. 이의 사이에서 1개의 물자, 탄소 Nanotubes는 전자공학에서 구역 수색하는 에너지와 생물공학에 기능 특정 응용을, 제공하는 그것의 매혹적인 구조물 뿐 아니라 그것의 기능 식으로, 쪽을 지도했습니다1,2. 탄소 nanotubes는 (CNTs) 이상적인 흑연 섬유의 그것에 가까운 속성을 가진 나노미터 차원의 tubules인 탄소 곳수염으로 전망될 수 있습니다. 그들의 특유한 구조물 때문에 그(것)들은 1 차원 (1D)에 있는 사정으로 고려될 수 있습니다.

즉 탄소 nanotube는 몇몇 마이크로미터까지의 나노미터 그리고 길이의 명령의 직경과 더불어 자체적으로에, 위에 구른 벌집 격자입니다. 일반적으로, CNTs의 2가지의 명백한 모형은 존재해 1개 graphene 장 (다중 벽으로 막힌 탄소 nanotube, MWNT) 또는 단지 1 graphene 장만 관이로 만든다는 것을 의존하 (벽으로 막힌 탄소 nanotube, SWNT를 골라내십시오). CNTs에 상세한 묘사를 위해 교수 에의한 M. Endo 약품을 참고하십시오.

확실하게 다기능 물자

벽의 수에 관계없이, CNTs는 다양한 응용을 위해 적당한 유일한 유형 자산을 소유하는 새로운 기술설계 물자로 계획됩니다. 그 같은 속성은 큰 기계적인 병력, 이국적인 전기 특성 및 멋진 화학제품 및 열 안정성 포함합니다. 특히, 아주 통제되는 형식에 있는 탄소 nanotubes 증가를 위한 기술의 발달 (각종 기질에 맞추어진 CNT 아키텍쳐와 같은)3-7 뿐 아니라 크게 보면 진공 마이크로 전자공학의 필드에 CNTs 이 통제되는 아키텍쳐, 차 음극선 편평한 패널 디스플레이 적용을 위한 강화된 가능성에 현재 조사자 전세계에, 전계 방출 장치, 수직 내부 연락 집합, 칩 열 관리, 등등에 가스 고장 센서, 생물 여과.

그들의 걸출한 구조상 보전성 뿐 아니라 화학제품 안정성은 그렇다 하고, 탄소 nanotubes를 실제로 확실하게 다기능에게 만드는 속성은 탄소 nanotubes에는 특정 표면 식으로 (사실상) 제안할 제비가 있다 는 사실입니다. CNTs의 모형에 따라서 특정 표면은 50 m/gm에서 m/gm의2 몇몇 수백에 구역 수색할 수 있고2 적합한 정화로 특정 표면을 ~1000 m/gm까지 증가될 수 있습니다 가공합니다2.

광대한 이론 및 실험적인 연구 결과는 큰 특정 표면의 존재가 nanotubes에 다른 흡착 사이트의 가용성을 동반된다는 것을 보여주었습니다8. 예를 들면, CNTs에서 생성해 흡착에 의하여 CNTs의 구부려진 원통 모양 벽의 외부 표면에서만 일어나는 촉매에 의하여 지원된 화학 수증기 공술서를 사용하. 이것은 금속 촉매를 사용하여 CNTs의 생산 과정이 일반적으로 닫히는 끝을 가진 nanotubes로 이끌어 내기 때문이어, 그로 인하여 관의 빈 실내 공간의 접근을 제한하.

그러나, 그로 인하여 숫자 1.에서 개요로 보이는 것과 같이 MWNTs에서 다른 흡착 사이트의 가능성을 (관 안쪽에) 제출하는 MWNTs의 엔드 캡을 제거할 수 있는 간단한 절차 (온화한 화학 열 처리)가 있습니다. 유사하게, SWNTs의 대규모 생산 과정은 SWNTs의 묶기로 이끌어 냅니다. 이 묶는 효력, SWNT 뭉치 때문에 각종 고에너지 의무 사이트 (예를 들면 강저, 숫자 1.를) 제공하십시오. 큰 표면은 작은 양 및 이 표면에서 유효하다 방법이 그 때 인 이 무엇을 상호 작용할 수 있고 또는 맞추어져 functionalized 할 수 있습니다 그밖 종과.

숫자 1: (남겨둔) MWNTs 및 (맞은) SWNTs에 흡착을 위해 유효한 가능한 의무 사이트는 떠오릅니다.

우리의 단의 에너지와 그들의 높은 특정 표면이 결정적인 역할을 하는 환경과 관련있는 다른 응용에 있는 자신의 연구 관심사는 이 물자 이용으로 지시됩니다. 그 같은 에너지 관련 응용의 2개는 아래에서 토론됩니다:

  • CNT는 전기화학 겹켜 축전기를 기지를 두었습니다
  • CNT 기지를 둔 촉매 지원

CNT는 전기화학 겹켜 축전기를 기지를 두었습니다

전기화학 겹켜 축전기 (EDLC: 최고 축전기 및 매우 축전기로 또한 불려) 고에너지 조밀도 뿐 아니라 고성능 조밀도 제공의 기능이 있을 장치에는으로 계획됩니다9-11. 극단적으로 높은 수명과 책임 출력 주기 기능에 EDLC는 군, 공간, 수송, 원거리 통신 및 nanoelectronics 산업에 있는 다재다능한 응용을 찾아내고 있습니다.

EDLC는 다공성 막으로 분리되고 전해질에서 가라앉힌 2개의 비 민감하는 다공성 격판덮개를 (극단적으로 높은 특정 표면을 가진 전극 또는 수집가) 포함합니다. 각종 연구 결과는 EDLC 전극으로 CNTs의 적부를 보여주었습니다. 그러나, EDLCs에 있는 수집가 전극을 가진 CNTs의 적당한 통합은 전반적인 장치 CNT에 기지를 둔 supercapacitors의 성과를 강화하기 위하여 저항 극소화를 위해 필요합니다. 이것 달성을 위한 전략은 금속 표면에 CNTs를 직접 증가하고 EDLC 전극 (숫자 2)로12 그(것)들을 사용할 수 있었습니다. 아주 낮은 동등한 직렬 저항 및 고성능 (ESR) 조밀도를 가진 EDLC 전극은 그 같은 접근을 사용해서 장악될 수 있습니다.

숫자 2: (a) 금속 (b)에 직접 증가되는 맞추어진 MWNT에 의해 형성되는 EDLC의 예술가 번역 그 같은 EDLC 장치의 낮은 ESR를 보여주는 전기화학 임피던스 분광학 작의 및 (c) 감동하는 용량 행동을 표시하는 그 같은 장치의 아주 상칭 적이고 및 가까운 직사각형 고리 voltamograms.

CNT 기지를 둔 촉매 지원

촉매는 우리의 실존에 있는 중요한 역할을 오늘 합니다. 촉매는 그들의 유일한 지상 속성-9 때문에 유용한 제품에 지도가 중요한 화학 반응을 강화할 수 있는 나노미터) 또는 소립자 (~ 10 미터, 입니다. 촉매 프로세스의 아무 종류나에서는, 촉매는 촉매 지원으로 알려져 있는 높은 표면 물자에 이산됩니다. 지원은 촉매에 기계적인 병력을 이외에 강화합니다 특정 촉매 표면 및 반응 비율 강화하기 제공합니다. 그들의 높은 특정 표면, 걸출한 기계 뿐 아니라 열 속성 때문에 CNTs는 및 화학적으로 안정성 잠재적으로 다양한 촉매 작용을 미친 화학 반응에 있는 촉매 지원을 위한 선택의 물자가 될 수 있습니다.

우리는 촉매 지원으로 곧 Fischer Tropsch 종합 프로세스에 있는 CNTs 사용의 (FT) 아이디어를 탐구하고 있습니다13. FT 반응은 똑바로 사슬로 매고 분기한 올레핀의 광범위로 일산화탄소와 수소의 혼합물을 안으로 변환할 수 있고 파라핀으로 입히고 산소로 처리해 (고품질 합성 연료의 생산에 지도). CNT에 의하여 지원된 FT 촉매에 우리의 예비적인 FT 종합 실험은 전통적인 FT 촉매 (비 산화물 기지를 둔 촉매의 새로운 유형이 FT 종합을 위한2 우량한 성과로 지원하는 CNTs 제안 표시하는 숫자 3)로 장악된 그것 보다는 (일반적으로 코발트와 철) FT 촉매에 의하여 적재된 CNTs로 장악된 지휘관과 H의 변환이 높이의 크기 순서이다는 것을 보여줍니다.

숫자 3: CNT는 지휘관과 H의 전환비의 FT 종합 그리고 비교를 위해 촉매 지원으로 사용해 도배합니다2

지금까지, CNT 연구는 이분야 나노 과학에 근거를 둔 발전 응용에 있는 상당한 흥분 및 비발한 가능성을 제공했습니다. CNTs의 대규모 성장의 지역은 조용하 지금 성숙합니다 몇몇 단단한 큰 양 응용이 가까운 장래에 나올 것이라는 점을 그러므로 예상될 수 있었습니다14.

수신 확인

Saikat Talapatra 교수는 몇몇의 이 약품에서 기술된 연구 주제 실행을 석탄 발달과 일리노이 청결한 석탄 학회의 사무실을 통해서 능력 개시 기금 및 씨 교부금을 통해 SIUC에 연구와 개발 (ORDA)의 사무실에 의해, 일리노이 상무부 및 경제 기회와 NSF-ECCS (교부금 # 0925682)에 의해 제공된 재정 지원을 인정합니다. ST는 또한 그의 실험실에서 착수한 각종 연구 노력에 액티브하게 참가를 그의 합작자 뿐 아니라 그의 과거와 현재 단 일원을 감사하고 싶으면.


참고

  1. P.M. Ajayan, "탄소에서 Nanotubes", 화학 검토, Vol. 99, P1787 (1999년).
  2. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P.Avouris, (Ed.) 탄소 Nanotubes: 종합, 구조물, 속성 및 응용 의 적용 물리학 80 의 뉴욕 Springer에 있는 토픽, (2001년).
  3. W.Z. Li 의 그 외 여러분 맞추어진 탄소 nanotubes의 대규모 종합. 과학 274 1701-1703년 (1996년).
  4. M. Terrones는 그 외 여러분 맞추어진 nanotube 뭉치의 생산을 통제했습니다. 성격, 388, 52-55 (1997년).
  5. Z. 유리에 잘 맞추어진 탄소 nanotubes의 큰 소집의 F. Ren 의 그 외 여러분 종합. 과학 282 1105-1107년 (1998년).
  6. B.Q. 위 의 그 외 여러분 탄소 nanotubes의 편성된 집합. 성격 416, 495-496 (2002년).
  7. S. Talapatra, S. Kar, S. Pal, R. Vajtai, L. Ci, P. Victor, M.M. Shaijjumon, S. Kaur, O. Nalamasu 및 P.M. Ajayan, "대량 금속에 맞추어진 탄소 Nanotubes의 성장" 성격 나노 과학 2, 110-113 (2006년).
  8. A.D. Migone와 S. Talapatra, "탄소 Nanotubes에 흡착 연구 결과", Nanoscience의 백과사전 및 나노 과학, 4 의 749-767 ed. H.S. Nalwa, ASP, 미국, (2004년).
  9. Burke, A. Ultracapacitors: 왜, 어떻게, 그리고 기술이 있는 곳에. 전원 91, 37-50의 전표 (2000년).
  10. 현지에 맞추어진 탄소 nanotube 전극을 사용하는 C. Du, J. Yeh 및 N. Pan "고성능 조밀도 supercapacitors", 나노 과학 16, 350-353 (2005년).
  11. R. Shah, X.F. 장 및 S. Talapatra 증가되는, "금속에 직접" 맞추어진 탄소 Nanotubes를 사용하는 전기화학 겹켜 축전기 전극, 나노 과학 20, 395202 (2009년).
  12. R. Shah, X.F. 장, X. , S. Kar, S. Talapatra는 전기화학 겹켜 축전기" J. Nanosci로, "Ferrocene 탄소 nanotubes와 그들의 응용을 파생했습니다. Nanotech. 10, 4043-4048 (2010년).
  13. 교수와 협력하여 K. Mondal (일리노이 남쪽 대학 Carbondale에 기계 공학 및 에너지 프로세스의 부) 미출판 데이터
  14. M. Ajayan, "탄소 Nanotubes에서 탄소 Nanotubes의 잠재적인 응용" 내향, M.S. Strano와 P.M.: 종합, 구조물, 속성 및 응용 (적용 물리학에 있는 토픽)에 있는 고급 항목, 법석 Jorio (저자, 편집자), 유전자 Dresselhaus (편집자), Mildred S. Dresselhaus (편집자), 제 판, Springer (2008년).

, 저작권 AZoNano.com Saikat Talapatra (일리노이 남쪽 대학 Carbondale) 교수

Date Added: Feb 14, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:04

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