Multifunctional Kol Nanotubes - Inledning och Applikationer av Multifunctional Kol Nanotubes

vid Professorn Saikat Talapatra

Professor Saikat Talapatra, Avdelning av Fysik, Sydlig lllinoisUniversitetar Carbondale
Motsvarande författare: stalapatra@physics.siu.edu

Kol Nanotubes

Över förflutnan har flera årtionden där varit en explosiv tillväxt i forskning och utveckling släkta till nano material. Bland dessa som är materiell, har kol Nanotubes, ledde benämner långt in av dess fascinera strukturerar såväl som dess kapacitet att ge fungera-närmare detalj applikationer som spänner från elektronik, till energi och bioteknik1,2. Kolnanotubes (CNTs) kan beskådas som kolwhiskers, som är tubules av nanometeren dimensionerar med rekvisita nästan, som av en idealgrafitfiber. Tack vare strukturerar deras särskiljande dem kan vara ansett, som materien en-dimensionerar in (1D).

Med andra ord är en kolnanotube ett honungskakagaller rullande på till honom, med diametrar av beställa av nanometers och längder av upp till flera mikrometrar. Allmänt finns två distinkt typer av CNTs beroende huruvida rören göras av mer, än en graphene täcker (mång- walled kolnanotube, MWNT), eller endast en graphene täcker (singeln walled kolnanotube, SWNT). För en specificerad beskrivning på CNTs behaga ser till artikeln av Prof. M. Endo.

Ett Riktigt Multifunctional Materiellt

Oavsett föreställa sig numrera av väggar, CNTs som nya iscensätta material som äger unik läkarundersökningrekvisita som är passande för en variation av applikationer. Den Sådan rekvisitan inkluderar stor mekanisk styrka, exotiska elektriska kännetecken och superb kemisk och termisk stabilitet. Specifikt danar utvecklingen av tekniker för att växa kolnanotubes i som mycket kontrolleras (liksom arrangera i rak linje CNT-arkitekturer på olika substrates), 3-7 såväl som på ett stort fjäll, sätter in gåvautredare all över världen med förhöjda möjligheter för att applicera dessa kontrollerade CNTs arkitekturer till av Vacuum microelectronics, skärmar för Förkylning-Katod lägenhetpanel, Sätter In utsläppapparater, Lodlinjeinterconnectenheter, Gasar sammanbrottavkännare, Bio Filtration, gå i flisor På termisk ledning, Etc.

Frånsett är deras utstående strukturella fullständighet såväl som kemiska stabilitet, egenskapen, som gör kolnanotubes riktigt multifunctional i natur, faktumet, att kolnanotubes har mycket att erbjuda (formligen) in, benämner av närmare detalj ytbehandlar område. Beroende av typen av CNTs som närmare detalj ytbehandlar områden, kan spänna från 50 m/gm2 till flera hundratals m/gm,2 och med anslå purification bearbetar närmare detalj ytbehandlar områden kan ökas upp till ~1000 m/gm2.

Omfattande teoretiska och experimentella studier har visat att närvaroen av den stora närmare detalj ytbehandlar områden medföljs av tillgängligheten av olika adsorptionplatser på nanotubesna8. Till exempel I CNTs producerade genom att använda katalysatorn hjälpt kemisk dunstavlagring som adsorptionen uppstår endast på det yttre ytbehandlar av den krökt cylindriska väggen av CNTsen. Detta är, därför att produktionen som är processaa av CNTs använda, belägger med metall blytak för katalysatorer till nanotubes med stängt avslutar vanligt och därmed att begränsa ta fram av det ihåliga inreutrymmet av röret.

Emellertid finns det enkla tillvägagångssätt (milda kemiska eller termiska behandlingar) som kan ta bort avslutalocken av MWNTsen som framlägger därmed möjligheten av en annan adsorptionplats (insida röret) i MWNTs, som schematically visat in Figurera 1. På motsvarande sätt den stora fjällproduktionen som är processaa av SWNTs som är bly- till bunta av SWNTsen. Tack vare verkställer detta som buntar, SWNT-packar ger bindande platser för olik kickenergi (räfflar, Figurerar till exempel 1.). Vad som är dessa hjälpmedlet är, som stort ytbehandlar är därefter tillgängligt i liten volym och, dessa ytbehandlar kan påverka varandra med annan art eller kan anpassas och functionalizeds.

Figurera 1: Möjlighetbandplatser som är tillgängliga för adsorption på (lämnade) MWNTs och (högra) SWNTs ytbehandlar.

Vår grupp intresserar egna forskning riktas in i att använda dessa material i olika applikationer släkta till energi och miljön, var deras kicknärmare detalj ytbehandlar områdeslek en avgörande roll. Två av sådan energi - släkta applikationer är diskuterat nedanfört:

  • CNT Baserade Electrochemical Dubbla LagrarKondensatorer
  • CNT Baserad katalysatorservice

CNT Baserade Electrochemical Dubbla LagrarKondensatorer

Electrochemical Dubbla LagrarKondensatorer (EDLC: Också sett till som Toppna Kondensatorer och Ultra-Kondensatorer) föreställa sig som apparater som ska har kapaciteten av att ge kickenergitäthet såväl som kick för att driva täthet9-11. Med extremt kick cyklar livslängd och laddning-urladdning kapaciteter som EDLC finner mångsidiga applikationer i militären, utrymme, trans., telekommunikationar och nanoelectronicsbranscher.

En EDLC innehåller två non reactive poröst pläterar (elektroder eller samlarear med kicknärmare detalj ytbehandlar extremt område), avskilt av ett poröst membran och fördjupat i en electrolyte. Olika studier har visat lämpligheten av CNTs som EDLC-elektroder. Emellertid är riktig integration av CNTs med samlareelektroder i EDLCs nödvändig för att minimera det total- apparatmotståndet för att förhöja kapaciteten av CNT baserade supercapacitors. En strategi för att uppnå detta kunde växa CNTs direkt på belägger med metall ytbehandlar och genom att använda dem som EDLC-elektroder12 (Figurera 2). EDLC-elektroder med mycket låg likvärdigt seriemotstånd (ESR) och kick driver tätheter kan erhållas, genom att använda som är sådan, att närma sig.

Figurera 2: (a) Konstnäråtergivande av EDLC som bildas av arrangera i rak linje MWNT som är fullvuxen direkt på, belägger med metall (b) En electrochemical visning låg ESR för impedansspektroskopitäppa av sådan EDLC-apparater och (c) mycket symmetriska och near rektangulära cykliska voltamograms av sådan apparater som indikerar mäktigt kapacitensuppförande.

CNT Baserad KatalysatorService

Katalysatorer leker en viktig roll i vår existens i dag. Katalysatorer är lilla partiklar (~ 10-9 mäter, eller nanometeren) som deras unika ytbehandlar tack vare rekvisita kan förhöja viktiga kemiska reaktioner som leder till användbara produkter. I någon sort av katalytiskt processaa skingras katalysatorerna på kick ytbehandlar områdesmaterial som är bekant som katalysatorservicen. Servicen ger mekanisk styrka till katalysatorerna förutom förhöjer det specifika katalytiskt ytbehandlar, och förhöja reaktionen klassar. CNTs deras kicknärmare detalj ytbehandlar tack vare områden, utstående mekaniskt, såväl som den termiska rekvisitan och chemically stabilitet kan potentiellt bli det materiellt av primat för katalysatorservice i en variation av catalyzed kemiska reaktioner.

Vi undersöker just nu idén av att använda CNTs som katalysatorservice i den processaa Fischer (FT) Tropsch syntesen13. FT-reaktionen kan konvertera en blandning av koloxid och väten in till en lång räcka av kad och förgrena sig olefins för raksträckan och paraffins och oxygenates (leda till produktionen av den högkvalitativa syntetmaterialet tankar). Våra experiment för förberedande åtgärdFT-syntes på CNT stöttade FT-katalysatorer (allmänt kobolt och stryker), visar, att omvandlingen av CO och H2 erhållande med FT katalysatorn laddade CNTs är beställer av storlek higher, än det erhållande med konventionella FT-katalysatorer (Figurera 3) som indikerar att det CNTs erbjudandet en ny avel av non-oxiden baserade katalysatorservice med den överlägsna kapaciteten för FT-syntes.

Figurera 3: CNT skyler över brister använt som katalysatorservice för FT-syntes och jämförelse av omvandlingsförhållandet av Co och H2

Så långt, har CNT-forskning git verklig spänning och nya möjligheter i baserade framkallande applikationer på tvärvetenskaplig nanotechnology. Området av stor fjälltillväxt av CNTs är tyst mognar nu, och hence kunde det förväntas att flera fasta stora ska volymapplikationer dyker upp i den near framtiden14.

Tack till personer

Professorn Saikat Talapatra bekräftar ekonomisk hjälp förutsatt att av Kontoret av Forskning och Utveckling (ORDA) på SIUC till och med fakultetstartfonder och ett kärna urlån, av den Illinois Avdelningen av Kommers och Ekonomiskt Tillfälle till och med Kontoret av KolUtveckling och Illinois det Rena KolInstitutet och av NSF-ECCS (lån nr. 0925682) för att bära ut några av forskningtemana som beskrivas i denna artikel. ST skulle också något liknande som aktivt tackar hans kollaboratörer såväl som hans förflutna- och gåvagruppmedlemmar för deltagande i olika forskningförsök som företa sig i hans labb.


Hänvisar till

  1. P.M. Ajayan ”Nanotubes från kol” som är Kemiskt Granskar, Vol. 99, P1787 (1999).
  2. M.S. Dresselhaus G. Dresselhaus, P.Avouris, (Eds.) Kol Nanotubes: Syntes Strukturerar, Rekvisita och Applikationer, Ämnen i Applicerad Fysik 80, den New York Springeren, (2001).
  3. W.Z. Li o.a. Stor fjällsyntes av arrangera i rak linje kolnanotubes. Vetenskap 274, 1701-1703 (1996).
  4. M. Terrones o.a. Kontrollerad produktion av arrangera i rak linje-nanotube packar. Natur 388, 52-55 (1997).
  5. Z.F. Ren, o.a. Syntes av stora samlingar av brunn-arrangera i rak linje kolnanotubes på exponeringsglas. Vetenskap 282, 1105-1107 (1998).
  6. B.Q. Wei, o.a. Organiserad enhet av kolnanotubes. Natur 416, 495-496 (2002).
  7. S. Belägger med metall Talapatra, S. Kar, S. Pal, R. Vajtai, L. Ci, P. Victor, M.M. Shaijjumon, S. Kaur, O. Nalamasu och P.M. Ajayan, ”Tillväxt av Arrangera i rak linje Kol Nanotubes på I Stora Partier” NaturNanotechnology 2, 110-113 (2006).
  8. A.D. Migone och S. Talapatra, ”AdsorptionStudier på Kol Nanotubes”, Encyklopedi av Nanoscience och Nanotechnology, 4, ed 749-767. H.S. Nalwa, ASP, USA, (2004).
  9. Undvika A. Ultracapacitors: därför, hur, och var är teknologin. Föra Journal över av Driver Källor 91, 37-50 (2000).
  10. C. Du, J. Yeh och N. Panorera ”Kick driver täthetsupercapacitors genom att använda lokalt arrangera i rak linje kolnanotubeelektroder”, Nanotechnology 16, 350-353 (2005).
  11. R. Schah, X.F. Zhang och S. Talapatra, ”Electrochemical Dubbla LagrarKondensatorElektroder genom att använda Arrangera i rak linje Kol Nanotubes som är Fullvuxen Direkt på Metals”, Nanotechnology 20, 395202 (2009).
  12. R. Schah X.F. Zhang, X. Härledde S. Kar, S. Talapatra, ”Ferrocene kolnanotubes och deras applikation som electrochemical dubbla lagrarkondensatorer” J. Nanosci. Nanotech. 10 4043-4048 (2010).
  13. Unpublished data i samarbete med Prof. K. Mondal (Dept.en av Maskinlära och Energi Bearbetar på den Sydliga Illinois Universitetar Carbondale),
  14. M. Endo, M.S. Strano och P.M. Ajayan, ”Potentiella Applikationer av Kol Nanotubes”, I Kol Nanotubes: Avancerade Ämnen i Syntesen, Strukturerar, Rekvisita och Applikationer (Ämnen i Applicerad Fysik), Ado Jorio (Författare, Redaktör), Genen Dresselhaus (Redaktören), Mildred S. Dresselhaus (Redaktören), den 1st Upplagan, Springeren (2008).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Professorn Saikat Talapatra (den Sydliga Illinois Universitetar Carbondale)

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

Last Update: 14. June 2013 07:23

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