Koolstof nanobuisjes, omschreven als de regerend beroemdheid van de geavanceerde materialen wereld, zijn alle woede. Onlangs onderzoekers aan de Rice University en Rensselaer Polytechnic Institute gebruikte ze om de "zwartste zwart" te maken - de donkerste bekende materiaal, als gevolg van slechts 0,045 procent van alle licht scheen op.
Wanneer Sandia's Francois Leonard verklaart de fysica van koolstof Leonard heeft een boek over het onderwerp geschreven om later gepubliceerd worden deze zomer
Sandia National Laboratories wordt ook in op de koolstof nanobuis spel, met onderzoek geleid door natuurkundige François Leonard. Leonard heeft ruime ervaring in het onderwerp, zo erg dat hij het boek op het schreef - letterlijk. Hij is de auteur van een binnenkort te verschijnen werk, Fysica van Carbon Nanotube apparaten, waardoor de definitieve tekst over het onderwerp te worden.
Koolstof nanobuisjes zijn lange dunne cilinders geheel uit koolstofatomen. Terwijl hun diameters zijn in het nanometer bereik (1-10), kunnen ze zeer lang, tot centimeters in lengte. De koolstof-koolstof binding is erg sterk, waardoor koolstof nanobuisjes zeer robuust en bestand tegen elke vorm van vervorming. De eigenschappen van andere single-element materialen liggen voor de hand - goud is een metaal en silicium is een halfgeleider, bijvoorbeeld. Koolstof nanobuisjes, aan de andere kant, hebben een soort van dubbele persoonlijkheid niet gevonden in andere materialen gemaakt uit een enkel element. Ze zijn bijzonder omdat ze kunnen zowel metalen of halfgeleidende.
Leonard legt uit dat dit het gevolg is van de eigenlijke structuur van een koolstof nanobuis, de manier waarop de atomen zijn gerangschikt rond de buis zijn elektronische eigenschappen bepaalt. Om uit te leggen dit concept aan een groep studenten aan de Universiteit van Californië, Berkeley, hij maakt gebruik van drie rollen kippengaas, elke snede onder een andere hoek. Het kippengaas vertegenwoordigt het vel grafeen waaruit de nanobuis wordt gesneden. De hoek van die cut schept een andere band geometrie langs de nanobuis, wat resulteert in verschillende eigenschappen.
Werken in onbekend terrein
Leonard's ervaring met koolstof nanobuisjes begon toen het veld was net in opkomst. Terwijl de ontdekking van koolstof nanobuisjes is bijgeschreven op de Japanse fysicus Sumio Iijima in 1991, werkte op toepassingen pas in de late jaren 1990. Leonard was bij IBM als postdoc bij de onderzoekers is er de bouw van de eerste transistor van koolstof nanobuisjes.
Als theoretisch fysicus, was Leonard die werkzaam zijn in onbekend terrein. Vanaf het begin werkte hij op het modelleren van aanpak om te begrijpen hoe koolstof nanobuisjes zou handelen in bepaalde toepassingen. Hij werd lid van Sandia in 2000, waar hij verder met zijn koolstof nanobuis onderzoek.
De halfgeleidende kant van koolstof nanobuisjes heeft een veel belofte voor de ontwikkeling van nieuwe nano-elektronische apparaten. "Een koolstof nanobuis creëert een transistor dat is slechts een nanometer breed," zegt Leonard. "Dit maakt het mogelijk, in principe, tot zeer hoge dichtheden te bereiken toestel in vergelijking met de huidige stand van de techniek." Het gebied emissie-eigenschappen van koolstof nanobuisjes zijn ook spannend. Platte beeldschermen zijn meestal gemaakt van een hoge dichtheid van scherpe punten, waar hoge spanning wordt toegepast op elektronen te halen. Deze elektronen staking en het activeren van de pixels in het scherm. Koolstof nanobuisjes kunnen dienen dit doel, omdat ze zijn zeer scherp, lang, en kan onderhouden hoge velden en hoge temperaturen.
'Layla' op een nanobuis-ontvanger
Onderzoekers hebben aangetoond over het vermogen om dergelijke apparaten te monteren met een koolstof nanobuis. Op een recente conferentie, een wetenschapper speelde Eric Clapton's "Layla" op een koolstof nanobuis-apparaat als een radio-ontvanger.
Een ander potentieel gebruik in chemische en biologische sensoren. Koolstof nanobuisjes, vanwege hun kleine diameter, kan dienen als een zeer gevoelige detectoren, met de mogelijkheid om een enkel molecuul van een doelwit stof kan worden opgespoord. DNA detectie is ook aangetoond. Op dit moment is Leonard leiden van een team om optische detectie met behulp van koolstof nanobuisjes te ontwikkelen. Het project is een samenwerking met Lockheed Martin.
Unieke elektronische eigenschappen