Karbon Nanotube
Fahrizal Afrianto (1105113743)
Karbon Nanotube
Rotating Karbon nanotubek
Karbon nanotube (CNT ) adalah alotrop karbon dengan struktur nano silinder . Nanotube telah
dibangun dengan rasio panjang diameter hingga 132,000,000:1 , secara signifikan lebih besar daripada bahan lainnya . Molekul karbon silinder ini memiliki sifat yang tidak biasa , yaitu fornanotechnology berharga , elektronik , optik dan bidang-bidang ilmu material dan teknologi . Secara khusus , karena konduktivitas termal yang luar biasa dan sifat mekanik dan listrik , nanotube karbon menemukan aplikasi sebagai aditif untuk berbagai bahan struktural . Misalnya , nanotube membentuk sebagian kecil dari bahan ( s ) dalam beberapa ( terutama serat karbon ) pemukul baseball , klub golf , atau bagian mobil . Nanotube adalah anggota keluarga struktural fullerene . Nama mereka berasal dari , struktur berongga panjang dengan d engan dinding yang dibentuk oleh lembaran satu - atom - tebal karbon , yang disebut graphene . Lembaran-lembaran ini digulung pada sudut tertentu dan diskrit ( " kiral " ) , dan kombinasi dari sudut bergulir dan radius memutuskan sifat nanotube , misalnya , apakah shell nanotube individu merupakan logam atau semikonduktor . Nanotube dikategorikan sebagai nanotube berdinding tunggal ( SWNTs ) dan nanotube berdinding multi ( MWNTs ) . Nanotube individu secara alami menyesuaikan diri menjadi " tali " yang diselenggarakan bersama oleh gaya van der Waals , lebih khusus lagi , pi - susun . Kimia kuantum Terapan , khususnya , hibridisasi orbital paling menggambarkan ikatan kimia dalam nanotube . Ikatan kimia nanotube seluruhnya terdiri dari obligasi sp2 , mirip dengan grafit . Obligasi ini , yang lebih kuat daripada ikatan sp3 ditemukan di alkana dan berlian , menyediakan nanotube dengan kekuatan unik mereka .
Karbon Nanotube
Rotating Karbon nanotubek
Karbon nanotube (CNT ) adalah alotrop karbon dengan struktur nano silinder . Nanotube telah
dibangun dengan rasio panjang diameter hingga 132,000,000:1 , secara signifikan lebih besar daripada bahan lainnya . Molekul karbon silinder ini memiliki sifat yang tidak biasa , yaitu fornanotechnology berharga , elektronik , optik dan bidang-bidang ilmu material dan teknologi . Secara khusus , karena konduktivitas termal yang luar biasa dan sifat mekanik dan listrik , nanotube karbon menemukan aplikasi sebagai aditif untuk berbagai bahan struktural . Misalnya , nanotube membentuk sebagian kecil dari bahan ( s ) dalam beberapa ( terutama serat karbon ) pemukul baseball , klub golf , atau bagian mobil . Nanotube adalah anggota keluarga struktural fullerene . Nama mereka berasal dari , struktur berongga panjang dengan d engan dinding yang dibentuk oleh lembaran satu - atom - tebal karbon , yang disebut graphene . Lembaran-lembaran ini digulung pada sudut tertentu dan diskrit ( " kiral " ) , dan kombinasi dari sudut bergulir dan radius memutuskan sifat nanotube , misalnya , apakah shell nanotube individu merupakan logam atau semikonduktor . Nanotube dikategorikan sebagai nanotube berdinding tunggal ( SWNTs ) dan nanotube berdinding multi ( MWNTs ) . Nanotube individu secara alami menyesuaikan diri menjadi " tali " yang diselenggarakan bersama oleh gaya van der Waals , lebih khusus lagi , pi - susun . Kimia kuantum Terapan , khususnya , hibridisasi orbital paling menggambarkan ikatan kimia dalam nanotube . Ikatan kimia nanotube seluruhnya terdiri dari obligasi sp2 , mirip dengan grafit . Obligasi ini , yang lebih kuat daripada ikatan sp3 ditemukan di alkana dan berlian , menyediakan nanotube dengan kekuatan unik mereka .
Jenis nanotube karbon dan struktur terkait Terminologi
Tidak ada konsensus tentang beberapa istilah yang menggambarkan nanotube karbon dalam literatur ilmiah: baik "-dinding" dan "berdinding" sedang digunakan dalam kombinasi dengan "single", "dua", "tiga" atau "multi", dan huruf C sering dihilangkan dalam singkatan, misalnya, karbon nanotube berdinding multi (MWNT). Berdinding tunggal
Armchair (n,n) i.e.: m=n
The translation vector is bent, while the chiral vector vec tor stays straight
Graphene nanoribbon
The chiral vector is bent, while the translation vector stays straight
Zigzag (n,0)
Chiral (n,m)
and m can be counted at the end of the tube
n
Graphene nanoribbon
skema penamaan nanotube (n, m) dapat dianggap sebagai vektor (Ch) dalam lembaran graphene tak terbatas yang menjelaskan cara "menggulung" lembaran graphene untuk membuat tabungnano. Tdenotes sumbu tabung, dan a1 dan a2 adalah vektor satuan dari graphene dalam ruang nyata.
Sebuah pemindaian mikroskop terowongan citra nanotube karbon berdinding tunggal
Kebanyakan nanotube berdinding tunggal (SWNT) memiliki diameter mendekati 1 nanometer, dengan panjang tabung yang bisa jutaan kali lebih lama. Struktur dari SWNT dapat dikonseptualisasikan dengan membungkus lapisan satu-atom-tebal grafit disebut graphene menjadi silinder mulus. Cara lembaran graphene dibungkus diwakili oleh sepasang indeks (n, m). Bilangan bulat n dan m menunjukkan jumlah vektor satuan sepanjang dua arah dalam kisi honeycombcrystal graphene. Jika m = 0, nanotube disebut nanotube zigzag, dan jika n = m, nanotube disebut kursi nanotube. Jika tidak, mereka disebut kiral. Diameter nanotube yang ideal dapat dihitung dari nya (n, m) indeks sebagai berikut
dimana a = 0.246 nm. SWNTs adalah berbagai penting dari nanotube karbon karena sebagian besar sifat mereka berubah secara signifikan dengan ( n , m ) nilai-nilai , dan ketergantungan ini adalah non monoton (lihat Kataura plot) . Secara khusus, band gap mereka dapat bervariasi dari nol sampai sekitar 2 eV dan konduktivitas listrik mereka dapat menunjukkan perilaku semikonduktor logam atau . Nanotube berdinding tunggal adalah kandidat untuk miniaturisasi elektronik . Blok bangunan yang paling dasar dari sistem ini adalah kawat listrik , dan SWNTs dengan diameter urutan nanometer bisa menjadi konduktor yang sangat baik . Salah satu aplikasi yang berguna dari SWNTs adalah dalam pengembangan pertama efek medan antarmolekul transistor ( FET ) . Pertama antarmolekul gerbang logika menggunakan FET SWCNT dibuat pada tahun 2001 . Sebuah gerbang logika membutuhkan baik p - FET dan n - FET . Karena SWNTs adalah p - FET bila terkena oksigen dan n - FET sebaliknya , adalah mungkin untuk melindungi setengah dari SWNT dari paparan oksigen , sementara mengekspos setengah lainnya untuk oksigen . Hal ini menghasilkan SWNT tunggal yang bertindak bukan sebagai gerbang logika dengan kedua p dan tipe-n FET dalam molekul yang sama . Nanotube berdinding tunggal yang ditinggalkan drastis dalam harga , dari sekitar $ 1500 per gram pada tahun 2000 menjadi harga eceran sekitar $ 50 per gram sebagai diproduksi 40-60 % oleh SWNTs berat per Maret 2010. Multi- berdinding
Sebuah gambar pemindaian mikroskop elektron karbon nanotube bundel
Triple-berdinding nanotube karbon kursi
Nanotube berdinding multi ( MWNT ) terdiri dari beberapa lapisan digulung ( tabung konsentris ) dari graphene . Ada dua model yang dapat digunakan untuk menggambarkan struktur nanotube berdinding multi . Dalam model Ru Rotating multi - berdinding Model Doll nanotubessian , lembar grafit disusun dalam silinder konsentris , misalnya, ( 0,8 ) berdinding tunggal nanotube ( SWNT ) dalam lebih besar ( 0,17 ) berdinding tunggal nanotube . Dalam model Parchment , satu lembar grafit yang terguling di sekitar itu sendiri , yang menyerupai gulungan perkamen atau gulungan koran . Interlayer jarak dalam nanotube berdinding multi dekat jarak antara lapisan graphene dalam grafit , sekitar 3,4 Å . The Doll Rusia struktur diamati lebih umum . Kerang individu dapat digambarkan sebagai SWNTs , yang dapat logam atau semikonduktor . Karena probabilitas statistik dan pembatasan pada diameter relatif dari tabung individu , salah satu dari kerang , dan dengan demikian seluruh MWNT , biasanya logam nol - gap . Berdinding ganda karbon nanotube ( DWNT ) membentuk kelas khusus nanotube karena morfologi dan sifat mereka mirip dengan SWNT namun perlawanan mereka terhadap bahan kimia meningkat secara signifikan . Hal ini terutama penting ketika fungsionalisasi diperlukan ( ini berarti grafting fungsi kimia pada permukaan nanotube ) untuk menambah properti baru ke CNT . Dalam kasus SWNT , kovalen fungsionalisasi akan istirahat beberapa ikatan ganda C = C , meninggalkan " lubang " dalam struktur pada nanotube dan, dengan demikian , memodifikasi baik sifat mekanik dan listrik nya . Dalam kasus DWNT , hanya dinding luar dimodifikasi . Sintesis DWNT pada gram skala pertama kali diusulkan pada tahun 2003 dengan teknik CCVD , dari pengurangan selektif solusi oksida metana dan hidrogen . Kemampuan gerak teleskopik kerang batindan sifat unik mekanik mereka akan mengizinkan penggunaan nanotube berdinding multi sebagai senjata utama bergerak datang perangkat nano . Kekuatan retraksi yang terjadi gerak teleskopik disebabkan oleh interaksi Lennard - Jones antara kerang dan nilainya sekitar 1,5 nN .
Torus
Secara teori , nanotorus adalah nanotube karbon membungkuk ke torus ( bentuk donat ) . Nanotori diperkirakan memiliki banyak sifat yang unik , seperti momen magnetik 1000 kali lebih besar dari perkiraan sebelumnya untuk jari-jari tertentu yang spesifik . Karakteristik seperti momen magnetik , stabilitas termal , dll sangat bervariasi tergantung pada jari-jari torus dan jari jari tabung . Nanobud
Nanobuds karbon adalah bahan yang baru dibuat menggabungkan dua alotrop ditemukan sebelumnya karbon : nanotube karbon dan fullerenes . Dalam materi baru ini , fullerene seperti " tunas " yang kovalen terikat pada dinding samping luar dari nanotube karbon yang mendasarinya . Bahan hibrida ini memiliki sifat yang berguna dari kedua fullerenes dan nanotube karbon . Secara khusus, mereka telah ditemukan untuk menjadi emitter lapangan sangat baik . Dalam bahan komposit , molekul fullerene terlampir dapat berfungsi sebagai j angkar molekul mencegah tergelincir dari nanotube , sehingga meningkatkan sifat mekanik komposit itu . Nanotube karbon Graphenated ( g - CNT )
Seri SEM CNT graphenated dengan berbagai kepadatan tertutup oleh dedaunan CNT Graphenated adalah hibrida yang relatif baru yang menggabungkan foliates graphitic tumbuh di sepanjang dinding samping dari multiwalled atau bambu gaya CNT . Yu et al . melaporkan pada " ikatan kimia graphene daun " yang tumbuh di sepanjang dinding samping dari CNT . Stoner et al . dijelaskan struktur ini sebagai " CNT graphenated " dan dilaporkan dalam penggunaannya untuk meningkatkan kinerja super . Hsu et al . selanjutnya dilaporkan pada struktur serupa dibentuk di atas kertas serat karbon , juga untuk digunakan dalam aplikasi super Kerapatan tertutup oleh dedaunan dapat bervariasi sebagai fungsi dari kondisi deposisi ( misalnya suhu dan waktu ) dengan struktur mereka mulai dari beberapa lapisan graphene ( < 10 . ) untuk tebal , lebih grafit - seperti . Keuntungan mendasar dari struktur graphene - CNT terintegrasi adalah luas permukaan yang tinggi kerangka tiga dimensi dari CNT ditambah dengan kepadatan tinggi tepi graphene . Graphene tepi memberikan densitas muatan secara signifikan lebih tinggi dan reaktivitas dari
pesawat basal , tetapi mereka sulit untuk mengatur dalam tiga dimensi , tinggi volume kepadatan geometri . CNT dapat segera sejajar dalam geometri kepadatan tinggi (yaitu , hutan vertikal sejajar ) tetapi tidak memiliki biaya tinggi kepadatan permukaan - dinding samping dari CNT mirip dengan bidang basal dari graphene dan menunjukkan densitas muatan rendah kecuali cacat tepi ada . Menyetorkan kepadatan tinggi foliates graphene sepanjang CNT selaras secara signifikan dapat meningkatkan total kapasitas muatan per unit areal nominal dibandingkan dengan struktur nano karbon lainnya . Nitrogen Didoping Carbon Nanotubes
Nitrogen doped karbon nanotube ( N - CNT itu ) , dapat diproduksi melalui 5 metode utama , Chemical Vapor Deposition , suhu tinggi dan tekanan tinggi reaksi , reaksi gas - padat karbon amorf dengan NH3 pada suhu tinggi , reaksi padat , dan sintesis solvothermal . N - CNT juga dapat dibuat dengan metode CVD dari pyrolysizing melamin di bawah Ar pada suhu yang tinggi dari 800oC - 980oC . Namun sintesis melalui CVD dan melamin hasil dalam pembentukan CNT bambu terstruktur . XPS spektrum dewasa N - CNT mengungkapkan nitrogen dalam lima komponen utama , pyridinic nitrogen , pyrrolic nitrogen , nitrogen kuartener , dan oksida nitrogen . Selanjutnya suhu sintesis mempengaruhi jenis konfigurasi nitrogen . Nitrogen doping memainkan peran penting dalam penyimpanan Lithium . N - doping memberikan cacat pada dinding CNT yang memungkinkan untuk ion Li untuk berdifusi ke dalam ruang interwall . Hal ini juga meningkatkan kapasitas dengan menyediakan mengikat lebih menguntungkan situs N - doped . N - CNT adalah juga jauh lebih reaktif terhadap logam oksida nanopartikel deposisi yang dapat lebih meningkatkan kapasitas penyimpanan , terutama di bahan anoda bagi baterai Li -ion . Namun Boron nanotube doped telah terbukti membuat baterai dengan kapasitas tiga . Peapod
Sebuah peapod Carbon adalah bahan karbon hybrid baru yang perangkap fullerene dalam nanotube karbon . Hal ini dapat memiliki sifat magnet yang menarik dengan pemanasan dan penyinaran . Hal ini juga dapat diterapkan sebagai osilator selama investigasi teoritis dan prediksi . Piala - ditumpuk nanotube karbon
Nanotube karbon Piala ditumpuk ( CSCNTs ) berbeda dari quasi - 1D struktur karbon lainnya , yang biasanya berperilaku sebagai konduktor kuasi - logam elektron . CSCNTs menunjukkan perilaku semikonduktor karena mikro penumpukan lapisan graphene .
Nanotube karbon ekstrim
Cycloparaphenylene
Pengamatan nanotube karbon terpanjang ( panjang 18,5 cm ) dilaporkan pada tahun 2009 . Nanotube ini ditumbuhkan pada substrat Si menggunakan deposisi uap kimia ditingkatkan ( CVD ) metode dan mewakili array elektrik seragam nanotube karbon berdinding tunggal . Nanotube karbon terpendek adalah cycloparaphenylene senyawa organik , yang disintesis pada awal 2009. Nanotube karbon tertipis adalah kursi ( 2,2 ) CNT dengan diameter 3 Å . Nanotube ini ditumbuhkan di dalam nanotube karbon berdinding multi . Menugaskan jenis nanotube karbon dilakukan dengan kombinasi resolusi tinggi mikroskop elektron transmisi ( HRTEM ) , spektroskopi Raman dan teori kerapatan fungsional ( DFT ) perhitungan . Tertipis berdiri bebas nanotube karbon berdinding tunggal adalah sekitar 4,3 Å diameter . Para peneliti menyarankan bahwa itu dapat berupa ( 5,1 ) atau ( 4,2 ) SWCNT , tetapi tepat jenis nanotube karbon tetap dipertanyakan . [ 34 ] ( 3,3 ) , ( 4,3 ) dan ( 5,1 ) karbon nanotube ( semua tentang 4 Å diameter ) yang jelas diidentifikasi dengan menggunakan penyimpangan - dikoreksi resolusi tinggi mikroskop elektron transmisi di dalam CNT berdinding ganda . Kepadatan tertinggi CNT dicapai pada tahun 2013 , tumbuh pada permukaan tembaga berlapis titanium konduktif yang dilapisi dengan co - katalis kobalt dan molibdenum pada lebih rendah dari suhu khas dari 450 ° C. Tabung rata-rata ketinggian 0,38 m dan kepadatan massa 1,6 g cm 3 . Materi yang menunjukkan konduktivitas ohmik ( resistensi terendah ~ 22 kΩ ) .
Properti Kekuatan
Carbon nanotube adalah yang terkuat dan paling berat bahan belum ditemukan dari segi kekuatan tarik dan modulus elastisitas masing-masing. Kekuatan ini hasil dari ikatan kovalen sp2 terbentuk antara atom karbon individu . Pada tahun 2000 , nanotube karbon berdinding multi diuji memiliki kekuatan tarik dari 63 gigapascals ( GPa ) . ( Untuk ilustrasi , ini diterjemahkan menjadi kemampuan untuk bertahan ketegangan setara berat 6422 kg ( £ 14.158 ) pada kabel dengan penampang 1 mm2 . ) penelitian lebih lanjut , seperti yang dilakukan pada tahun 2008 , mengungkapkan bahwa kerang CNT individu memiliki kekuatan hingga 100 ~ GPa , yang dalam perjanjian dengan kuantum / model atomistik . Sejak karbon nanotube memiliki kepadatan
rendah untuk solid 1,3 sampai 1,4 g/cm3 , k ekuatan spesifik hingga 48.000 kN • m • kg - 1 adalah yang terbaik dari bahan yang dikenal , dibandingkan dengan baja karbon tinggi yang 154 kN • m • - kg 1 . Di bawah regangan tarik yang berlebihan , tabung akan mengalami deformasi plastik , yang berarti deformasi permanen . Deformasi ini dimulai pada strain dari sekitar 5 % dan dapat meningkatkan regangan maksimum tabung menjalani sebelum fraktur dengan melepaskan energi regangan . Meskipun kekuatan kerang CNT individu sangat tinggi , interaksi geser lemah antara kerang yang berdekatan dan tabung menyebabkan penurunan yang signifikan dalam kekuatan efektif dari nanotube karbon berdinding multi dan karbon nanotube bundel turun ke hanya beberapa GPa itu. Keterbatasan ini memiliki baru-baru ini ditangani dengan menerapkan iradiasi elektron energi tinggi , yang crosslinks kerang batin dan tabung , dan efektif meningkatkan kekuatan bahan-bahan untuk ~ 60 GPa untuk nanotube karbon berdinding multi dan ~ 17 GPa untuk berdinding ganda bundel nanotube karbon CNT tidak hampir sama kuat di bawah kompresi . Karena struktur berongga dan rasio aspek tinggi , mereka cenderung mengalami tekuk jika ditempatkan di bawah tekan , torsi , atau tegangan lentur . Perbandingan sifat mekanik
Material
Young's modulus (TPa)
Tensile strength (GPa)
Elongation (%)
SWNTE
~1 (from 1 to 5)
13 – 53
16
Armchair SWNTT
0.94
126.2
23.1
Zigzag SWNTT
0.94
94.5
15.6 – 17.5
Chiral SWNT
0.92
MWNTE
0.2 – 0.8 – 0.95
11-63-150
at
break
Stainless steelE
0.186 – 0.214
Kevlar – 29&149E 0.06 – 0.18
0.38 – 1.55
15 – 50
3.6 – 3.8
~2
Pengamatan Experimental ; prediksi Theoretical
Pembahasan di atas disebut aksial sifat nanotube , sedangkan pertimbangan geometris sederhana menunjukkan bahwa nanotube karbon harus jauh lebih lembut dalam arah radial dari sepanjang sumbu tabung . Memang , pengamatan TEM elastisitas radial menyarankan bahwa bahkan kekuatan van der Waals dapat merusak dua nanotube yang berdekatan . Nanoindentation percobaan , yang dilakukan oleh beberapa kelompok pada karbon nanotube multiwalled dan menekan modus kontak pengukuran mikroskop kekuatan atom / dilakukan pada nanotube karbon berdinding tunggal , menunjukkan modulus Young dari urutan beberapa GPa menegaskan bahwa CNT memang agak lunak dalam arah radial . Kekerasan
Standard nanotube karbon berdinding tunggal dapat menahan tekanan hingga 25 GPa tanpa deformasi . Mereka kemudian mengalami transformasi ke fase superhard nanotube . Tekanan maksimum diukur dengan menggunakan teknik eksperimental saat ini sekitar 55 GPa . Namun, fase baru superhard nanotube runtuh bahkan lebih tinggi , meskipun tidak diketahui , tekanan . Modulus bulk dari fase superhard nanotube adalah 462-546 GPa , bahkan lebih tinggi dari berlian ( 420 GPa untuk berlian kristal tunggal ) . Sifat Kinetic
Nanotube berdinding multi beberapa nanotube konsentris justru bersarang di dalam satu sama lain . Pameran ini properti telescoping mencolok dimana inti nanotube batin mungkin meluncur , nyaris tanpa gesekan , dalam shell nanotube luarnya , sehingga menciptakan linear atom sempurna atau bantalan rotasi . Ini adalah salah satu contoh sejati pertama nanoteknologi molekular , posisi yang tepat dari atom untuk membuat mesin yang berguna . Sudah , properti ini telah digunakan untuk menciptakan bermotor rotasi terkecil di dunia . aplikasi Future seperti osilator mekanik gigahertz juga dibayangkan .
Sifat listrik
Struktur Band dihitung dengan menggunakan pendekatan ketat mengikat untuk (6,0) CNT (zigzag, logam) (10,2) CNT (semikonduktor) dan (10,10) CNT (kursi, logam). Karena simetri dan struktur elektronik yang unik dari graphene , struktur nanotube sangat mempengaruhi sifat listriknya . Untuk diberikan ( n , m ) nanotube , jika n = m , nanotube adalah logam , jika n - m merupakan kelipatan dari 3 , maka nanotube adalah semikonduktor dengan band gap yang sangat kecil , jika nanotube adalah semikonduktor moderat . Jadi, semua kursi ( n = m ) nanotube logam , dan nanotube ( 6,4 ) , ( 9,1 ) , dll semikonduktor . Namun, aturan ini memiliki pengecualian , karena efek kelengkungan diameter kecil karbon nanotube dapat sangat mempengaruhi sifat listrik . Dengan demikian, ( 5,0 ) SWCNT yang harus semikonduktor sebenarnya adalah logam menurut perhitungan . Demikian juga , sebaliknya zigzag dan SWCNTs kiral dengan diameter kecil yang harus logam memiliki gap yang terbatas ( kursi nanotube tetap metalik ). Secara teori , nanotube logam dapat membawa kepadatan arus listrik dari 4 × 109 A/cm2 , yang lebih dari 1.000 kali lebih besar dibandingkan dengan logam seperti tembaga , di mana untuk interkoneksi tembaga kepadatan arus dibatasi oleh electromigration . Karena penampang nano mereka , elektron merambat hanya sepanjang sumbu tabung . Akibatnya , nanotube karbon sering disebut sebagai konduktor satu dimensi . Konduktansi listrik maksimum nanotube karbon berdinding tunggal adalah 2G0 , dimana G0 = 2E2 / h adalah konduktansi dari saluran kuantum tunggal balistik . Ada laporan dari superkonduktivitas intrinsik dalam nanotube karbon . Banyak percobaan lain, bagaimanapun , tidak menemukan bukti superkonduktivitas , dan validitas klaim tersebut superkonduktivitas intrinsik tetap menjadi subyek perdebatan .
Sifat optik Sifat termal
Semua nanotube diharapkan menjadi konduktor termal yang sangat baik di sepanjang tabung , menunjukkan sebuah properti yang dikenal sebagai " konduksi balistik " , tapi insulator yang baik lateral dengan sumbu tabung . Pengukuran menunjukkan bahwa SWNT memiliki konduktivitas termal suhu ruang sepanjang sumbu dari sekitar 3500 W • m - 1 • K - 1 ; membandingkan ini untuk tembaga , logam terkenal karena konduktivitas termal yang baik , yang mentransmisikan 385 W • m - 1 • K - 1 . Sebuah SWNT memiliki konduktivitas suhu ruang thermal di porosnya ( dalam arah radial ) dari sekitar 1,52 W • m - 1 • K - 1 , yang adalah sebagai konduktif termal sebagai tanah . Stabilitas suhu nanotube karbon diperkirakan sampai dengan 2800 ° C dalam ruang hampa dan sekitar 750 ° C di udara . Cacat
Seperti dengan bahan apapun, keberadaan cacat kristalografi mempengaruhi sifat material . Cacat dapat terjadi dalam bentuk kekosongan atom. Tingginya kadar kerusakan tersebut dapat menurunkan kekuatan tarik hingga 85 % . Sebuah contoh penting adalah cacat Batu Wales , yang menciptakan pentagon dan segi tujuh pasangan dengan penataan ulang obligasi . Karena struktur yang sangat kecil dari CNT , kekuatan tarik tabung tergantung pada segmen paling lemah dalam cara yang mirip dengan rantai , di mana kekuatan link terlemah menjadi kekuatan maksimum rantai. Cacat kristalografi juga mempengaruhi sifat listrik tabung . Hasil umum diturunkan konduktivitas melalui wilayah yang rusak dari tabung . Sebuah cacat di kursi - jenis tabung (yang dapat menghantarkan listrik ) dapat menyebabkan daerah sekitarnya menjadi semikonduktor , dan lowongan monoatomik tunggal menginduksi sifat magnetik . Cacat kristalografi sangat mempengaruhi sifat termal tabung . Kerusakan tersebut menyebabkan hamburan fonon , yang pada gilirannya meningkatkan tingkat relaksasi fonon . Hal ini mengurangi jalan bebas rata-rata dan mengurangi konduktivitas termal struktur nanotube . Simulasi transportasi phonon menunjukkan bahwa cacat substitusi seperti nitrogen atau boron terutama akan menyebabkan hamburan frekuensi tinggi fonon optik . Namun, cacat - skala yang lebih besar seperti cacat Batu Wales menyebabkan hamburan fonon melalui berbagai frekuensi , yang mengarah ke penurunan lebih besar pada konduktivitas termal . Toksisitas
Toksisitas nanotube karbon telah menjadi pertanyaan penting dalam nanoteknologi . Pada tahun 2007 , penelitian tersebut baru saja dimulai . Data masih fragmentaris dan tunduk pada kritik . Hasil awal menyoroti kesulitan dalam mengevaluasi toksisitas bahan heterogen ini . Parameter seperti struktur , distribusi ukuran , luas permukaan , kimia permukaan , muatan permukaan ,
negara andagglomeration serta kemurnian sampel , memiliki dampak yang besar terhadap reaktivitas nanotube karbon . Namun, data yang tersedia jelas menunjukkan bahwa , dalam kondisi tertentu, nanotube dapat menyeberang hambatan membran , yang menunjukkan bahwa , jika bahan baku mencapai organ , mereka dapat menyebabkan efek berbahaya seperti reaksi inflamasi dan fibrosis . Dalam kondisi tertentu CNT dapat memasuki sel manusia dan terakumulasi dalam sitoplasma , menyebabkan kematian sel . Hasil dari studi hewan pengerat kolektif menunjukkan bahwa terlepas dari proses dimana CNT disintesis dan jenis dan jumlah logam yang ada di dalamnya , CNT yang mampu producinginflammation , granuloma epiteloid ( nodul mikroskopis ) , fibrosis , dan biokimia / toksikologi perubahan di paru-paru . studi toksisitas Perbandingan di mana tikus diberi bobot yang sama dari bahan uji menunjukkan bahwa SWCNTs lebih beracun dari kuarsa , yang dianggap sebagai bahaya kesehatan kerja serius ketika dihirup kronis . Sebagai kontrol, karbon hitam ultrafine ditunjukkan untuk menghasilkan respon paru minimal. Deposit tabung karbon nano dalam saluran alveolar dengan menyelaraskan panjang bijaksana dengan saluran udara ; . Tabung nano akan sering menggabungkan dengan logam Serat bentuk seperti jarum CNT adalah serat toasbestos serupa. Hal ini menimbulkan ide bahwa meluasnya penggunaan nanotube karbon dapat menyebabkan mesothelioma pleura , kanker selaput paru paru atau mesothelioma peritoneal , kanker pada lapisan perut ( baik yang disebabkan oleh paparan asbes ) . Sebuah studi percontohan baru ini diterbitkan mendukung prediksi ini . Para ilmuwan terkena lapisan mesothelial dari rongga tubuh tikus untuk panjang nanotube karbon multiwalled dan mengamati asbes - seperti, tergantung panjang - , perilaku patogen yang termasuk peradangan dan pembentukan lesi dikenal sebagai granuloma . Penulis penelitian menyimpulkan : Hal ini cukup penting , karena komunitas penelitian dan bisnis terus berinvestasi dalam nanotube karbon untuk berbagai macam produk di bawah asumsi bahwa mereka tidak lebih berbahaya dibanding grafit . Hasil penelitian kami menunjukkan perlunya penelitian lebih lanjut dan hatihati sebelum memperkenalkan produk tersebut ke pasar jika kerusakan jangka panjang harus dihindari . Meskipun penelitian lebih lanjut diperlukan , data yang ada menunjukkan bahwa dalam kondisi tertentu , terutama yang melibatkan paparan kronis , nanotube karbon dapat menimbulkan risiko serius bagi kesehatan manusia .
Sintesis
Bubuk karbon nanotube
Teknik telah dikembangkan untuk menghasilkan nanotube dalam jumlah yang cukup besar , termasuk debit arc , ablasi laser , tekanan tinggi karbon monoksida disproporsionasi , dan deposisi uap kimia ( CVD ) . Sebagian besar proses-proses ini berlangsung dalam hampa udara atau dengan gas proses . Pertumbuhan CVD CNT dapat terjadi dalam hampa udara atau pada tekanan atmosfer . Jumlah besar dari nanotube dapat disintesis dengan metode ini , kemajuan dalam katalisis dan pertumbuhan yang berkelanjutan membuat CNT lebih komersial . Lucutan arc
Nanotube diamati pada tahun 1991 dalam jelaga karbon elektroda grafit selama debit busur , dengan menggunakan arus 100 amp , yang dimaksudkan untuk menghasilkan fullerenes . Namun pertama produksi makroskopik nanotube karbon dibuat pada tahun 1992 oleh dua peneliti di Laboratorium Penelitian Fundamental NEC . metode yang digunakan adalah sama seperti pada tahun 1991 . Selama proses ini , karbon yang terkandung dalam elektroda negatif sublimates karena suhu tinggi - discharge . Karena nanotube pada awalnya ditemukan menggunakan teknik ini , telah menjadi metode yang paling banyak digunakan sintesis nanotube Hasil untuk metode ini adalah sampai dengan 30 % berat dan menghasilkan kedua nanotube tunggal dan multi - berdinding dengan panjang hingga 50 mikrometer dengan beberapa cacat struktural . Ablasi Laser
Dalam ablasi laser , laser berdenyut menguapkan target grafit dalam reaktor suhu tinggi sementara gas inert yang berdarah ke dalam kamar . Nanotube berkembang pada permukaan
pendingin reaktor sebagai mengembun karbon menguap . Permukaan air-cooled dapat dimasukkan dalam sistem untuk mengumpulkan nanotube . Proses ini dikembangkan oleh Dr Richard Smalley dan rekan kerja di Rice University , yang pada saat penemuan nanotube karbon , adalah peledakan logam dengan laser untuk menghasilkan berbagai molekul logam . Ketika mereka mendengar tentang keberadaan nanotube mereka diganti logam dengan grafit untuk menciptakan nanotube karbon berdinding multi . Belakangan tahun itu tim menggunakan komposit grafit dan katalis logam partikel ( hasil terbaik adalah dari kobalt dan nikel campuran ) untuk mensintesis nanotube karbon berdinding tunggal . Metode ablasi laser menghasilkan sekitar 70 % dan menghasilkan karbon nanotube terutama berdinding tunggal dengan diameter terkendali ditentukan oleh suhu reaksi . Namun, itu lebih mahal daripada baik debit arc atau deposisi uap kimia . Obor Plasma
Berdinding tunggal karbon nanotube juga dapat disintesis dengan metode plasma termal . Ini pertama kali ditemukan pada tahun 2000 di INR ( Institut National de la Recherche Scientifique di Varennes , Kanada ) , oleh Olivier Smiljanic . Dalam metode ini , tujuannya adalah untuk mereproduksi kondisi yang berlaku dalam busur listrik dan laser ablasi pendekatan , tetapi gas yang mengandung karbon digunakan sebagai pengganti uap grafit untuk memasok karbon yang diperlukan untuk produksi SWNT . Melakukan hal itu, pertumbuhan SWNT lebih efisien ( membusuk karbon mengandung gas bisa 10 kali lebih sedikit mengkonsumsi energi daripada grafit penguapan ) . Hal ini juga terus menerus dan terjadi dengan biaya rendah . Untuk menghasilkan proses yang berkesinambungan , campuran gas yang terdiri dari argon , etilena dan ferrocene diperkenalkan ke dalam plasma microwave obor , di mana ia dikabutkan oleh plasma tekanan atmosfer , yang memiliki bentuk ' api ' intens . Asap dibuat oleh api yang ditemukan mengandung SWNT , logam dan karbon nanopartikel dan karbon amorf . Cara lain untuk menghasilkan nanotube karbon berdinding tunggal dengan obor plasma , adalah dengan menggunakan metode plasma termal induksi , dilaksanakan pada tahun 2005 oleh kelompok-kelompok dari Universitas Sherbrooke dan Dewan Riset Nasional Kanada . Metode ini mirip dengan busur -discharge dalam keduanya menggunakan gas terionisasi untuk mencapai suhu tinggi yang diperlukan untuk menguapkan zat yang mengandung karbon dan katalis logam yang diperlukan untuk pertumbuhan nanotube berikutnya . Plasma termal disebabkan oleh frekuensi tinggi arus berosilasi dalam kumparan , dan dipertahankan dalam mengalirkan gas inert. Biasanya , bahan baku hitam dan katalis logam partikel karbon dimasukkan ke dalam plasma , dan kemudian didinginkan untuk membentuk nanotube karbon berdinding tunggal . Distribusi tunggal-dinding diameter nanotube karbon yang berbeda dapat disintesis . Induksi Metode plasma termal dapat menghasilkan sampai 2 gram bahan nanotube per menit , yang lebih tinggi dari busur - discharge atau metode ablasi laser .
Deposisi uap kimia ( CVD )
Nanotubes yang ditanam oleh plasma ditingkatkan deposisi uap kimia
Katalitik fase uap deposisi karbon dilaporkan pada tahun 1952 dan 1959 , [ 83 ] tapi itu tidak sampai 1993 bahwa nanotube karbon yang dibentuk oleh proses ini . Pada tahun 2007 , para peneliti di University of Cincinnati ( UC ) mengembangkan suatu proses untuk tumbuh selaras array nanotube karbon panjang 18 mm pada sistem pertumbuhan karbon nanotube FirstNano ET3000 . Selama CVD , substrat dipersiapkan dengan lapisan partikel katalis logam , paling sering nikel , kobalt , besi , atau kombinasi keduanya. nanopartikel logam juga dapat diproduksi oleh cara lain , termasuk pengurangan oksida atau oksida larutan padat . Diameter dari nanotube yang akan ditanam terkait dengan ukuran partikel logam . Hal ini dapat dikontrol oleh deposisi bermotif ( atau menutup ) dari logam , anil , atau dengan plasma etsa lapisan logam . Substrat dipanaskan sampai sekitar 700 ° C. Untuk memulai pertumbuhan nanotube , dua gas yang berdarah ke dalam reaktor : gas proses ( seperti amonia , nitrogen atau hidrogen ) dan gas yang mengandung karbon ( seperti acetylene , ethylene , etanol atau metana ) . Nanotube tumbuh pada situs katalis logam; gas yang mengandung karbon rusak terpisah pada permukaan partikel katalis , dan karbon diangkut ke tepi partikel , di mana ia membentuk nanotube . Mekanisme ini masih sedang dipelajari . Partikel-partikel katalis dapat tinggal di ujung nanotube tumbuh selama pertumbuhan , atau tetap di dasar nanotube , tergantung pada adhesi antara partikel katalis dan substrat . Thermal dekomposisi katalitik hidrokarbon telah menjadi bidang penelitian aktif dan dapat menjadi rute yang menjanjikan untuk produksi massal dari CNT . Reaktor unggun terfluidisasi adalah reaktor yang paling banyak digunakan untuk persiapan CNT . Scale- up reaktor adalah tantangan utama . CVD adalah metode umum untuk produksi komersial nanotube karbon . Untuk tujuan ini , nanopartikel logam dicampur dengan dukungan katalis seperti MgO atau Al2O3 untuk
meningkatkan luas permukaan untuk hasil yang lebih tinggi dari reaksi katalitik dari bahan baku karbon dengan partikel logam . Salah satu isu dalam sintesis rute ini adalah penghapusan dukungan katalis melalui pengobatan asam , yang kadang-kadang bisa merusak struktur asli dari nanotube karbon . Namun, katalis alternatif mendukung yang larut dalam air telah terbukti efektif untuk pertumbuhan nanotube . Jika plasma dihasilkan oleh penerapan medan listrik yang kuat selama pertumbuhan ( deposisi uap kimia plasma -enhanced ) , maka pertumbuhan nanotube akan mengikuti arah medan listrik . Dengan menyesuaikan geometri reaktor dimungkinkan untuk mensintesis karbon nanotube selaras vertikal (yaitu , tegak lurus dengan substrat ) , morfologi yang telah menarik bagi para peneliti tertarik pada emisi elektron dari nanotube . Tanpa plasma , nanotube dihasilkan sering acak berorientasi . Dalam kondisi reaksi tertentu, bahkan tanpa adanya plasma , nanotube berdekatan akan mempertahankan arah pertumbuhan vertikal menghasilkan susunan padat tabung menyerupai karpet atau hutan . Dari berbagai cara untuk sintesis nanotube , CVD menunjukkan paling menjanjikan untuk deposisi skala industri , karena harga / unit rasio , dan karena CVD mampu tumbuh nanotube langsung pada substrat yang diinginkan , sedangkan nanotube harus dikumpulkan dalam lainnya teknik pertumbuhan . Situs pertumbuhan dapat dikontrol oleh deposisi hati-hati katalis . Pada tahun 2007 , sebuah tim dari Universitas Meijo menunjukkan teknik CVD efisiensi tinggi untuk tumbuh nanotube karbon dari kapur barus . Para peneliti di Rice University , sampai saat ini dipimpin oleh akhir Richard Smalley , telah berkonsentrasi pada menemukan metode untuk menghasilkan besar , jumlah murni jenis tertentu nanotube . Pendekatan mereka tumbuh serat panjang dari banyak biji kecil dipotong dari nanotube tunggal ; . Semua serat yang dihasilkan yang ditemukan dari diameter yang sama dengan nanotube asli dan diharapkan dari jenis yang sama seperti nanotube asli CVD super- pertumbuhan
CVD super- pertumbuhan ( deposisi uap kimia air dibantu ) dikembangkan oleh Kenji Hata , Sumio Iijima dan rekan kerja di AIST , Jepang . Dalam proses ini , aktivitas dan umur katalis ditingkatkan dengan penambahan air ke reaktor CVD . Dense milimeter setinggi nanotube " hutan " , sejajar normal substrat , diproduksi . Tingkat pertumbuhan hutan bisa diungkapkan , seperti
Dalam persamaan ini, β adalah tingkat pertumbuhan awal dan merupakan katalis seumur hidup
yang khas. Permukaan spesifik mereka melebihi 1.000 m2 / g ( tertutup ) atau 2.200 m2 / g ( membuka tutup ) , melebihi nilai 400-1.000 m2 / g untuk sampel HiPco . Efisiensi sintesis adalah sekitar 100 kali lebih tinggi dibandingkan dengan metode ablasi laser . Waktu yang diperlukan untuk
membuat hutan SWNT dari ketinggian 2,5 mm dengan metode ini adalah 10 menit pada tahun 2004 . Hutan SWNT Mereka dapat dengan mudah dipisahkan dari katalis , menghasilkan bahan SWNT bersih ( kemurnian > 99,98 % ) tanpa pemurnian lebih lanjut . Sebagai perbandingan, astumbuh HiPco CNT mengandung sekitar 5-35 % dari kotoran logam; oleh karena itu dimurnikan melalui dispersi dan sentrifugasi yang merusak nanotube . Super- pertumbuhan menghindari masalah ini . Bermotif sangat terorganisir struktur nanotube berdinding tunggal telah berhasil dibuat dengan menggunakan teknik super- pertumbuhan. Kepadatan massa super- pertumbuhan CNT adalah sekitar 0,037 g/cm3 . Hal ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan bubuk CNT konvensional ( ~ 1,34 g/cm3 ) , mungkin karena yang terakhir mengandung logam karbon andamorphous . Metode super- pertumbuhan pada dasarnya adalah variasi dari CVD . Oleh karena itu, adalah mungkin untuk tumbuh bahan yang mengandung SWNT , DWNTs dan MWNTs , dan untuk mengubah rasio mereka dengan tuning kondisi pertumbuhan . Rasio mereka perubahan dengan ketipisan katalis . Banyak MWNTs disertakan sehingga diameter tabung yang lebar . Hutan nanotube vertikal sejajar berasal dari "efek zipping " ketika mereka tenggelam dalam pelarut dan dikeringkan . Efek zipping disebabkan oleh tegangan permukaan pelarut dan Waals van der antara nanotube karbon . Ini sejalan nanotube menjadi bahan padat , yang dapat dibentuk dalam berbagai bentuk , seperti lembaran dan bar , dengan menerapkan kompresi lemah selama proses tersebut . Densifikasi meningkatkan kekerasan Vickers sekitar 70 kali dan kepadatan adalah 0,55 g/cm3 . Nanotube karbon dikemas lebih dari 1 mm panjang dan memiliki kemurnian karbon 99,9 % atau lebih tinggi; . Mereka juga mempertahankan sifat keselarasan diinginkan dari hutan nanotube Lingkungan api alam , insidental , dan dikendalikan
Fullerenes dan nanotube karbon belum tentu produk dari laboratorium berteknologi tinggi , mereka umumnya terbentuk di tempat-tempat biasa seperti api biasa , yang dihasilkan oleh pembakaran metana , etilena , dan benzena , dan mereka telah ditemukan di jelaga dari udara baik indoor maupun outdoor . Namun, varietas alami dapat sangat tidak teratur dalam ukuran dan kualitas karena lingkungan di mana mereka diproduksi sering sangat tidak terkendali . Dengan demikian , meskipun mereka dapat digunakan dalam beberapa aplikasi , mereka dapat kekurangan dalam tingkat tinggi keseragaman yang diperlukan untuk memenuhi banyak kebutuhan penelitian dan industri . Upaya terakhir telah berfokus pada memproduksi karbon nanotube lebih seragam di lingkungan api dikendalikan . metode tersebut memiliki janji untuk sintesis skala besar , murah nanotube berdasarkan model teoritis ,meskipun mereka harus bersaing dengan berkembang pesat produksi CVD skala besar .
Penghapusan katalis
Katalis logam nano merupakan bahan penting untuk sintesis fluidized -bed CVD tetap dan CNT . Mereka memungkinkan meningkatkan efisiensi pertumbuhan CNT dan dapat memberikan kontrol atas struktur dan kiralitas mereka . Selama sintesis , katalis dapat mengkonversi prekursor karbon ke dalam struktur karbon tubular tetapi juga dapat membentuk encapsulating mantel karbon . Bersama dengan oksida logam mendukung karena itu mereka dapat menempel atau menjadi dimasukkan ke dalam produk CNT . Kehadiran kotoran logam dapat menjadi masalah bagi banyak aplikasi . Terutama logam katalis seperti nikel , kobalt atau yttrium mungkin menjadi perhatian toksikologi . Sementara logam katalis un - encapsulated mungkin mudah dilepas dengan mencuci asam , yang dikemas memerlukan pengobatan oksidatif untuk membuka shell karbon mereka . Penghapusan efektif katalis , terutama yang dikemas , sambil menjaga struktur CNT adalah sebuah tantangan dan telah dibahas dalam banyak studi . Sebuah pendekatan baru untuk memecahkan enkapsulasi katalis carbonaceaous didasarkan pada anil termal cepat . Aplikasi yang berhubungan
Tabung centrifuge dengan larutan nanotube karbon, yang diurutkan berdasarkan diameter menggunakan densitas gradien ultrasentrifugasi. Banyak aplikasi elektronik nanotube karbon krusial bergantung pada teknik selektif memproduksi baik semikonduktor atau CNT logam , sebaiknya dari kiralitas tertentu . Beberapa metode pemisahan semikonduktor dan CNT logam diketahui , tetapi sebagian besar dari mereka belum cocok untuk proses teknologi skala besar . Metode yang paling efisien bergantung pada densitas gradien ultrasentrifugasi , yang memisahkan surfaktan - dibungkus nanotube dengan perbedaan menit dalam kepadatan mereka . Perbedaan kepadatan ini sering diterjemahkan ke dalam perbedaan diameter nanotube dan (semi ) melakukan sifat . Metode lain pemisahan menggunakan urutan pembekuan , pencairan , dan kompresi SWNTs tertanam dalam gel agarosa
. Proses ini menghasilkan larutan yang mengandung 70 % SWNTs logam dan daun gel yang mengandung 95 % SWNTs semikonduktor . Solusi yang diencerkan dipisahkan oleh metode ini menunjukkan berbagai warna . nanotube karbon dipisahkan menggunakan metode ini telah diterapkan untuk elektroda , misalnya listrik double-layer kapasitor . Selain itu , SWNTs dapat dipisahkan dengan metode kromatografi kolom . Yield adalah 95 % dalam jenis semikonduktor SWNT dan 90 % dalam jenis metalik SWNT . Selain pemisahan semikonduktor dan logam SWNTs , adalah mungkin untuk mengurutkan SWNTs dengan panjang , diameter , dan kiralitas . Tertinggi Panjang resolusi penyortiran , dengan variasi panjang < 10 % , sejauh ini telah dicapai dengan kromatografi eksklusi ukuran ( SEC ) nanotube karbon DNA - tersebar ( DNA - SWNT ) . Pemisahan diameter SWNT telah dicapai oleh density - ultrasentrifugasi gradien ( DGU ) menggunakan SWNTs surfaktan tersebar dan dengan kromatografi pertukaran ion ( IEC ) untuk DNA - SWNT Pemurnian chiralities individu juga telah dibuktikan dengan IEC DNA - SWNT : . oligomer DNA pendek tertentu dapat digunakan untuk mengisolasi chiralities SWNT individu. Sejauh ini, 12 chiralities telah diisolasi pada kemurnian mulai dari 70 % untuk ( 8,3 ) dan ( 9,5 ) SWNTs sampai 90 % untuk ( 6,5 ) , ( 7,5 ) dan ( 10,5 ) SWNTs . Ada upaya sukses untuk mengintegrasikan nanotube dimurnikan ke dalam perangkat , e . g . FET . Sebuah alternatif untuk pemisahan adalah pengembangan dari pertumbuhan selektif semikonduktor atau logam CNT . Baru-baru ini , sebuah CVD resep baru yang melibatkan kombinasi dari etanol dan metanol gas dan substrat kuarsa menghasilkan array horizontal selaras dari 95-98 % semikonduktor nanotube diumumkan . Nanotube biasanya tumbuh pada nanopartikel logam magnetik ( Fe , Co ) , yang memfasilitasi produksi perangkat elektronik ( spintronic ) . Secara khusus , kontrol arus melalui transistor efek medan oleh medan magnet telah dibuktikan dalam suatu struktur nano single- tube . Aplikasi saat ini
Penggunaan saat ini dan aplikasi nanotube telah sebagian besar telah terbatas pada penggunaan nanotube massal , yang merupakan massa dari fragmen lebih terorganisir nanotube . Bahan nanotube massal mungkin tidak pernah mencapai kekuatan tarik mirip dengan tabung individu , tetapi komposit tersebut dapat , bagaimanapun , menghasilkan kekuatan yang cukup untuk banyak aplikasi . Nanotube karbon massal telah digunakan sebagai serat komposit dalam polimer untuk meningkatkan sifat mekanik , termal dan listrik dari produk massal . • Easton - Bell Olahraga , Inc telah bermitra dengan Zyvex Kinerja Bahan , menggunakan
teknologi CNT di sejumlah komponen - termasuk datar dan riser setang , engkol , garpu , seatposts , batang dan aero bar sepeda mereka . • Zyvex Technologies juga telah membangun kapal 54 ' mar itim , Piranha Unmanned Surface
Vessel , sebagai demonstrator teknologi untuk apa yang mungkin menggunakan teknologi CNT .
CNT membantu meningkatkan kinerja struktural kapal , sehingga ringan £ 8.000 perahu yang dapat membawa muatan dari £ 15.000 pada rentang 2.500 kilometer . • Amroy Eropa Oy memproduksi Hybtonite resin nanoepoxy karbon di mana karbon nanotube
telah kimia diaktifkan untuk obligasi untuk epoxy , menghasilkan material komposit yang 20 % sampai 30 % lebih kuat dari bahan komposit lainnya . Telah digunakan untuk turbin angin , cat laut dan berbagai peralatan olahraga seperti ski , hoki es tongkat , pemukul baseball , panah berburu , dan papan selancar . Aplikasi lain saat ini meliputi: • tips untuk probe mikroskop atom • dalam rekayasa jaringan , nanotube karbon dapat bertindak sebagai perancah untuk
pertumbuhan tulang Potensi aplikasi
Kekuatan dan fleksibilitas dari nanotube karbon membuat mereka penggunaan potensial dalam mengendalikan struktur nano lainnya , yang menunjukkan mereka akan memiliki peran penting dalam nanotechnologyengineering . Kekuatan tarik tertinggi dari nanotube karbon berdinding multi individu telah diuji untuk menjadi adalah 63 GPa . Karbon nanotube ditemukan di Damaskus baja dari abad ke-17 , mungkin membantu untuk menjelaskan kekuatan legendaris pedang terbuat dari itu Struktur
Karena sifat mekanik karbon nanotube atasan , banyak struktur telah diusulkan mulai dari barang-barang sehari-hari seperti pakaian dan peralatan olahraga untuk memerangi jaket dan ruang lift . Namun, ruang lift akan membutuhkan upaya lebih lanjut dalam penyulingan teknologi nanotube karbon, sebagai kekuatan tarik praktis dari nanotube karbon masih dapat sangat ditingkatkan . Untuk perspektif , terobosan yang luar biasa telah dibuat . Pekerjaan perintis yang dipimpin oleh Ray H. Baughman di Institut Nanotech telah menunjukkan bahwa tunggal dan multi - berdinding nanotube dapat menghasilkan bahan dengan ketangguhan yang tak tertandingi di dunia buatan manusia dan alam . Karbon nanotube juga merupakan bahan yang menjanjikan sebagai building blocks dalam material komposit hirarkis bio - mimesis diberikan sifat mekanik yang luar biasa mereka ( ~ 1 TPA modulus , dan ~ 100 GPa dalam kekuatan ) . Upaya awal untuk menggabungkan CNT ke dalam struktur hirarkis menyebabkan sifat mekanik yang secara signifikan lebih rendah daripada batas yang dicapai . Windle et al . telah digunakan Anin deposisi uap kimia situ ( CVD ) metode berputar untuk menghasilkan benang CNT terus menerus dari CVD tumbuh CNT aerogels .
Dengan teknologi ini , mereka dibuat CNT benang dengan kekuatan setinggi ~ 9 GPa pada panjang pengukur kecil ~ 1 mm , bagaimanapun , cacat menghasilkan pengurangan kekuatan khusus untuk ~ 1 GPa pada 20 mm panjang gage. Espinosa et al . mengembangkan kinerja tinggi polimer - DWNT benang komposit dengan memutar dan peregangan pita bundel berorientasi secara acak dari DWNTs tipis dilapisi dengan senyawa organik polimer . Benang DWNT polimer ini menunjukkan energi yang luar biasa tinggi untuk kegagalan ~ 100 J • g - 1 ( sebanding dengan salah satu bahan alami yang paling sulit - sutra laba-laba ) . , Dan kekuatan setinggi ~ 1,4 Gpa Usaha adalah berkelanjutan untuk menghasilkan CNT komposit yang menggabungkan bahan matriks ketat , seperti Kevlar , untuk lebih meningkatkan pada sifat mekanik terhadap orang-orang dari CNT individu . Karena kekuatan mekanik yang tinggi dari nanotube karbon , penelitian sedang dibuat menjadi tenun mereka ke pakaian untuk membuat pakaian menusuk -bukti dan antipeluru . The nanotube efektif akan menghentikan peluru dari penetrasi tubuh, meskipun energi kinetik peluru kemungkinan akan menyebabkan patah tulang dan pendarahan internal . Sirkuit listrik
Transistor nanotube berbasis , juga dikenal sebagai transistor nanotube karbon efek medan ( CNTFETs ) , telah dibuat yang beroperasi pada suhu kamar dan yang mampu switching digital menggunakan elektron tunggal . Namun, salah satu kendala utama untuk realisasi nanotube telah kurangnya teknologi untuk produksi massal . Pada tahun 2001 peneliti IBM menunjukkan bagaimana nanotube logam dapat dihancurkan , meninggalkan orang-orang di belakang semikonduktor untuk digunakan sebagai transistor . Proses mereka disebut " kehancuran konstruktif , " yang meliputi penghancuran otomatis nanotube cacat pada wafer . Proses ini , bagaimanapun , hanya memberikan kontrol atas sifat listrik pada skala statistik. Potensi karbon nanotube telah didemonstrasikan pada tahun 2003 ketika suhu ruang transistor balistik dengan kontak logam ohmik dan high-k gate dielectric dilaporkan , menampilkan 20 30x lebih tinggi ON lancar dibandingkan dengan negara -of - the-art Si MOSFET . Ini disajikan kemajuan penting di lapangan sebagai CNT terbukti berpotensi mengungguli Si . Pada saat itu , tantangan utama adalah pembentukan kontak logam ohmik . Dalam hal ini , paladium , yang merupakan fungsi logam - kerja yang tinggi ditunjukkan untuk menunjukkan kontak bebas hambatan Schottky untuk semikonduktor nanotube dengan diameter > 1,7 nm. Pertama nanotube sirkuit memori terintegrasi dibuat pada tahun 2004 . Salah satu tantangan utama telah mengatur konduktivitas nanotube . Tergantung pada permukaan halus fitur nanotube dapat bertindak sebagai konduktor polos atau sebagai semikonduktor . Sebuah metode otomatis telah namun telah dikembangkan untuk menghapus tabung non - semikonduktor . Cara lain untuk membuat transistor nanotube karbon telah menggunakan jaringan acak dari mereka . Dengan demikian salah satu rata-rata semua perbedaan listrik mereka dan satu dapat menghasilkan perangkat dalam skala besar di tingkat wafer . Pendekatan ini pertama kali
dipatenkan oleh Nanomix Inc ( tanggal aplikasi asli Juni 2002 ) . Ini pertama kali diterbitkan dalam literatur akademik oleh Amerika Serikat Naval Research Laboratory pada tahun 2003 melalui kerja penelitian independen . Pendekatan ini juga memungkinkan Nanomix untuk membuat transistor pertama pada substrat yang fleksibel dan transparan . Struktur besar dari nanotube karbon dapat digunakan untuk manajemen termal sirkuit elektronik . Sebuah sekitar 1 mm tebal lapisan nanotube karbon digunakan sebagai bahan khusus untuk membuat pendingin , bahan ini memiliki kepadatan sangat rendah , berat badan ~ 20 kali lebih rendah dari struktur tembaga yang sama , sedangkan sifat pendinginan adalah sama untuk kedua bahan . Pada 2013 , peneliti menunjukkan prototipe komputer skala mikrometer Turing - lengkap . transistor nanotube karbon sebagai logika - gerbang sirkuit dengan kepadatan sebanding dengan teknologi CMOS modern yang belum dibuktikan . Kabel listrik dan kabel
Kabel untuk membawa arus listrik dapat dibuat dari nanotube murni dan komposit polimer nanotube . Baru-baru ini kabel kecil telah dibuat dengan konduktivitas spesifik melebihi tembaga dan aluminium ; kabel ini konduktivitas nanotube karbon tertinggi dan juga kabel non - logam konduktivitas tertinggi . Baru-baru ini , komposit nanotube karbon dan tembaga telah terbukti menunjukkan hampir seratus kali lebih tinggi saat - daya-dukung dari tembaga murni atau emas . Secara signifikan , konduktivitas listrik dari komposit tersebut mirip dengan murni Cu . Dengan demikian , Carbon nanotube ini - tembaga ( CNT - Cu ) komposit memiliki yang diamati kapasitas saat pembawa tertinggi di antara konduktor listrik . Dengan demikian untuk suatu penampang konduktor listrik , komposit CNT - Cu dapat menahan dan arus transportasi seratus kali lebih tinggi dibandingkan dengan logam seperti tembaga dan emas . Aktuator
Sifat listrik dan mekanik yang luar biasa dari nanotube karbon telah membuat mereka alternatif untuk aktuator listrik tradisional untuk aplikasi mikroskopik dan makroskopik . Carbon nanotube adalah konduktor yang sangat baik listrik dan panas , dan mereka juga sangat kuat dan elastis molekul dalam arah tertentu . Baterai kertas
Baterai kertas adalah baterai direkayasa untuk menggunakan lembaran tipis kertas selulosa ( yang merupakan konstituen utama dari kertas biasa , antara lain ) diresapi dengan nanotube karbon sejajar nanotube bertindak sebagai elektroda , . Memungkinkan perangkat penyimpanan untuk menghantarkan listrik. Baterai , yang berfungsi baik sebagai baterai lithium - ion dan super , dapat memberikan , keluaran stabil lama dibandingkan dengan baterai konvensional , serta menjadi cepat meledak a super tinggi daya - dan sementara baterai konvensional berisi sejumlah
komponen yang terpisah , baterai kertas mengintegrasikan semua komponen baterai dalam struktur tunggal , sehingga lebih hemat energi . Sel surya
Salah satu aplikasi yang menjanjikan nanotube karbon berdinding tunggal ( SWNTs ) adalah penggunaannya dalam panel surya , karena karakteristik penyerapan UV / Vis - NIR kuat mereka. Penelitian telah menunjukkan bahwa mereka dapat memberikan peningkatan yang cukup besar dalam efisiensi , bahkan pada negara unoptimized mereka saat ini . Sel surya yang dikembangkan di New Jersey Institute of Technology menggunakan karbon nanotube kompleks , dibentuk oleh campuran nanotube karbon dan karbon buckyballs ( dikenal sebagai fullerenes ) untuk membentuk struktur seperti ular . Elektron Buckyballs perangkap , tetapi mereka tidak dapat membuat aliran elektron . Tambahkan sinar matahari untuk merangsang polimer , dan bulky balls akan ambil elektron . Nanotube , berperilaku seperti kabel tembaga , maka akan dapat membuat elektron atau aliran arus . Penelitian tambahan telah dilakukan untuk menciptakan panel surya SWNT hybrid untuk meningkatkan efisiensi lebih jauh . Hibrida ini dibuat dengan menggabungkan SWNT dengan donor elektron photexcitable untuk meningkatkan jumlah elektron yang dihasilkan . Telah ditemukan bahwa interaksi antara porfirin photoexcited dan SWNT menghasilkan elektro lubang pasang di permukaan SWNT . Fenomena ini telah diamati secara eksperimental , dan memberikan kontribusi praktis untuk peningkatan efisiensi hingga 8,5 % . Penyimpanan hidrogen
Selain mampu menyimpan energi listrik , telah ada beberapa penelitian dalam menggunakan nanotube karbon untuk menyimpan hidrogen untuk digunakan sebagai sumber bahan bakar . Dengan mengambil keuntungan dari efek kapiler dari nanotube karbon kecil , adalah mungkin untuk menyingkat gas dalam kepadatan tinggi dalam nanotube berdinding tunggal . Hal ini memungkinkan untuk gas , terutama hidrogen ( H2 ) , untuk disimpan pada kepadatan tinggi tanpa menjadi cairan kental . Berpotensi , metode penyimpanan ini bisa digunakan pada kendaraan di tempat tangki bahan bakar gas untuk mobil bertenaga hidrogen . Sebuah edisi terbaru mengenai kendaraan bertenaga hidrogen adalah penyimpanan onboard bahan bakar . Metode penyimpanan saat ini melibatkan pendinginan dan kondensasi gas H2 ke keadaan cair untuk penyimpanan yang menyebabkan hilangnya energi potensial ( 25-45 % ) bila dibandingkan dengan energi yang berkaitan dengan keadaan gas . Penyimpanan menggunakan SWNTs akan memungkinkan seseorang untuk menjaga H2 dalam bentuk gas tersebut , sehingga meningkatkan effciency penyimpanan . Metode ini memungkinkan untuk volume rasio energi sedikit lebih kecil dengan kendaraan bertenaga gas saat ini , memungkinkan untuk sedikit lebih rendah tapi sebanding jangkauan. Suatu daerah kontroversi dan sering eksperimen mengenai penyimpanan hidrogen dengan adsorpsi pada karbon nanotube adalah efisiensi dimana proses ini terjadi . Efektivitas
penyimpanan hidrogen merupakan bagian integral dari penggunaannya sebagai sumber bahan bakar utama karena hidrogen hanya berisi sekitar seperempat energi per satuan volume bensin . Kapasitas eksperimental
Satu percobaan berusaha untuk menentukan jumlah hidrogen disimpan dalam CNT dengan memanfaatkan elastis analisis deteksi recoil ( Erda ) . CNT ( terutama SWNTs ) disintesis melalui disposisi uap kimia ( CVD ) dan mengalami proses pemurnian dua tahap termasuk oksidasi udara dan pengobatan asam , kemudian dibentuk menjadi datar , cakram seragam dan terkena murni , bertekanan hidrogen pada berbagai suhu . Ketika data dianalisis , ditemukan bahwa kemampuan CNT untuk menyimpan hidrogen menurun karena suhu meningkat . Selain itu, konsentrasi hidrogen tertinggi yang diukur adalah ~ 0,18% , jauh lebih rendah dibandingkan penyimpanan hidrogen komersial perlu . Sebuah karya eksperimental yang terpisah dilakukan dengan menggunakan metode gravimetri juga mengungkapkan kapasitas penyerapan hidrogen maksimum CNT menjadi serendah 0,2 % . Dalam eksperimen lain , CNT disintesis melalui CVD dan struktur mereka ditandai dengan menggunakan spektroskopi Raman . Memanfaatkan microwave pencernaan , sampel yang terkena konsentrasi asam yang berbeda dan temperatur yang berbeda untuk berbagai jumlah waktu dalam upaya untuk menemukan metode pemurnian optimal untuk SWNTs dari diameter ditentukan sebelumnya . Sampel dimurnikan kemudian terkena gas hidrogen pada berbagai tekanan tinggi , dan adsorpsi mereka dengan persen berat diplot . Data menunjukkan bahwa tingkat adsorpsi hidrogen hingga 3,7 % yang mungkin dengan sampel yang sangat murni dan di bawah kondisi yang tepat . Diperkirakan bahwa microwave pencernaan membantu meningkatkan kapasitas adsorpsi hidrogen dari CNT dengan membuka ujung , memungkinkan akses ke rongga bagian dalam nanotube . Keterbatasan pada hidrogen adsorpsi efisien
Hambatan terbesar untuk penyimpanan hidrogen efisien menggunakan CNT adalah kemurnian nanotube . Untuk mencapai adsorpsi hidrogen maksimal , harus ada minimum graphene , karbon amorf , dan deposit logam dalam sampel nanotube . Metode terbaru dari CNT sintesis memerlukan langkah pemurnian . Namun, bahkan dengan nanotube murni , kapasitas adsorpsi hanya dimaksimalkan di bawah tekanan tinggi , yang tidak diinginkan dalam tangki bahan bakar komersial . Super
MIT Penelitian Laboratorium Electronics menggunakan nanotube untuk meningkatkan supercapacitors . Arang aktif yang digunakan dalam ultracapacitors konvensional memiliki banyak ruang kosong kecil dari berbagai ukuran, yang menciptakan bersama-sama permukaan yang besar untuk menyimpan muatan listrik . Tapi seperti muatan dikuantisasi menjadi muatan dasar , yaitu elektron , dan masing-masing muatan dasar tersebut membutuhkan ruang minimum
, fraksi yang signifikan dari permukaan elektroda tidak tersedia untuk penyimpanan karena ruang kosong yang tidak kompatibel dengan persyaratan biaya itu . Dengan elektroda nanotube ruang dapat disesuaikan dengan ukuran sedikit terlalu besar atau terlalu kecil dan akibatnya kapasitas harus meningkat pesat . Penyerapan Radar
Radar bekerja pada rentang frekuensi microwave, yang dapat diserap oleh MWNTs . Menerapkan MWNTs ke pesawat akan menyebabkan radar yang akan diserap dan karena itu tampaknya memiliki tanda tangan yang lebih kecil . Salah satu aplikasi tersebut bisa melukis nanotube ke pesawat . Baru-baru ini telah ada beberapa pekerjaan yang dilakukan di University of Michigan mengenai nanotube karbon Kegunaan teknologi sebagai siluman pada pesawat . Telah ditemukan bahwa di samping sifat menyerap radar , nanotube tidak mencerminkan atau menghamburkan cahaya tampak , sehingga dasarnya terlihat di malam hari , seperti lukisan saat pesawat siluman hitam kecuali jauh lebih efektif . Keterbatasan saat di bidang manufaktur , bagaimanapun, berarti bahwa produksi saat pesawat berlapis nanotube tidak mungkin . Salah satu teori untuk mengatasi keterbatasan saat ini adalah untuk menutupi partikel kecil dengan nanotube dan menangguhkan partikel nanotube - tercakup dalam media seperti cat , yang kemudian dapat diterapkan ke permukaan , seperti pesawat siluman . Medis
Dalam terapi kanker Kanzius , nanotube karbon berdinding tunggal dimasukkan di sekitar sel-sel kanker , maka gembira dengan gelombang radio , yang menyebabkan mereka untuk memanaskan dan membunuh sel-sel di sekitarnya . Para peneliti di Rice University , Radboud University Nijmegen Medical Centre dan University of California , Riverside telah menunjukkan bahwa nanotube karbon dan polimer nanocomposites mereka bahan perancah cocok untuk proliferasi sel tulang dan pembentukan tulang . Pada November 2012 peneliti di Amerika Institut Nasional Standar dan Teknologi ( NIST ) membuktikan bahwa satu-dinding nanotube karbon dapat membantu melindungi molekul DNA dari kerusakan byoxidation . ( PhysOrg ) ( Kecil ) Tekstil
Studi-studi sebelumnya pada penggunaan CNT untuk fungsionalisasi tekstil difokuskan pada serat berputar untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik . Baru-baru ini banyak perhatian telah difokuskan pada CNT coating pada kain tekstil . Berbagai metode telah digunakan untuk memodifikasi kain menggunakan CNT . Shim et al . menghasilkan e - tekstil cerdas untuk Human Biomonitoring menggunakan lapisan berbasis polyelectrolyte dengan CNT . Selain itu , Panhuis et al . dicelup bahan tekstil dengan cara merendamnya dalam salah satu poli ( asam
anilin - 5 - sulfonat 2 -metoksi ) PMAs larutan polimer atau PMAs - SWNT dispersi dengan konduktivitas ditingkatkan dan kapasitansi dengan perilaku tahan lama . Dalam studi lain , Hu dan rekan kerja dilapisi tunggal berdinding karbon nanotube dengan " mencelupkan dan pengeringan " proses yang sederhana untuk dpt dipakai elektronik dan aplikasi penyimpanan energi . CNT memiliki struktur nanotube selaras dan muatan permukaan negatif. Oleh karena itu, mereka memiliki struktur yang mirip dengan mengarahkan pewarna , sehingga metode kelelahan diterapkan untuk coating dan menyerap CNT pada permukaan serat untuk mempersiapkan kain multifungsi termasuk sifat absorbansi elektromagnetik antibakteri , konduktif listrik , tahan api dan . Detektor daya optik
Campuran spray-on nanotube karbon dan keramik menunjukkan kemampuan belum pernah terjadi sebelumnya untuk melawan kerusakan sementara menyerap sinar laser . Pelapis seperti yang menyerap energi dari laser bertenaga tinggi tanpa mogok sangat penting untuk daya detektor optik yang mengukur output dari laser tersebut . Ini digunakan , misalnya, dalam peralatan militer untuk menjinakkan ranjau yang belum meledak . Komposit terdiri dari karbon nanotube multiwall dan keramik yang terbuat dari silikon , karbon dan nitrogen . Termasuk boron meningkatkan suhu kerusakan . Nanotube dan graphene seperti mengirimkan karbon panas dengan baik , sementara mendongkrak keramik tahan oksidasi merusak perlawanan. Menciptakan lapisan melibatkan menyebar ia nanotube dalam toluena , yang polimer cairan bening yang mengandung boron ditambahkan . Campuran dipanaskan sampai 1.100 ° C ( 2.010 ° F ) . Hasilnya dihancurkan menjadi bubuk halus , tersebar lagi dalam toluena dan disemprotkan dalam lapisan tipis pada permukaan tembaga . Lapisan ini menyerap 97,5 persen dari cahaya dari laser inframerah - jauh dan ditoleransi 15 kilowatt per sentimeter persegi selama 10 detik . Toleransi kerusakan adalah sekitar 50 persen lebih tinggi dibandingkan lapisan yang sama , misalnya , nanotube sendirian dan cat karbon . Pengeras suara dan earphone
Karbon nanotube juga telah diterapkan di akustik ( seperti loudspeaker dan earphone ) . Pada tahun 2008 itu menunjukkan bahwa lembar nanotube dapat beroperasi sebagai loudspeaker jika arus bolak diterapkan . Suara tidak diproduksi melalui getaran tapi thermoacoustically . Pada tahun 2013 , nanotube karbon ( CNT ) benang tipis thermoacoustic earphone bersama dengan CNT tipis benang Chip thermoacoustic ditunjukkan oleh kelompok riset dari Tsinghua - Foxconn Nanoteknologi Research Center di Tsinghua University, dengan menggunakan teknologi semimelakukan proses fabrikasi yang kompatibel Si berbasis . Rehabilitasi lingkungan
Sebuah CNT nano - terstruktur spons ( nanosponge ) yang mengandung belerang dan besi lebih efektif menyerap kontaminan air seperti minyak , pupuk , pestisida dan obat-obatan . Sifat magnetik membuat mereka lebih mudah untuk mengambil sekali pekerjaan bersih-bersih
dilakukan . Belerang dan besi spons untuk meningkatkan ukuran sekitar 2 cm ( 0.79 in ) . Hal ini juga meningkatkan porositas karena cacat menguntungkan , menciptakan daya apung dan usabilitas . Iron , dalam bentuk ferrocene membuat struktur lebih mudah untuk mengontrol dan memungkinkan pemulihan menggunakan magnet . Nanosponges seperti meningkatkan penyerapan dichlorobenzene pelarut organik beracun dari air sebesar 3,5 kali . Spons dapat minyak sayur hingga 150 kali berat awal mereka dan dapat menyerap oli mesin juga. Sebelumnya, sebuah boron - doped magnetik MWNT nanosponge yang dapat menyerap minyak dari air . Spons itu tumbuh sebagai hutan pada substrat melalui disposisi uap kimia . Boron menempatkan Kinks dan siku ke dalam tabung saat mereka tumbuh dan mempromosikan pembentukan ikatan kovalen . The nanosponges mempertahankan properti elastis mereka setelah 10.000 kompresi di laboratorium . Spons yang bothsuperhydrophobic , memaksa mereka untuk tetap berada di permukaan air dan oleophilic , menggambar minyak kepada mereka . Aplikasi lain
Karbon nanotube telah diimplementasikan dalam sistem nanoelectromechanical , termasuk elemen memori mekanik ( NRAM sedang dikembangkan oleh Nantero Inc ) dan motor listrik nano (lihat nanomotor atau nanotube nanomotor ) . Pada bulan Mei 2005 , Nanomix Inc ditempatkan di pasar sensor hidrogen yang terintegrasi nanotube karbon pada platform silikon . Sejak itu, Nanomix telah mematenkan banyak aplikasi sensor tersebut, seperti di bidang karbon dioksida , nitrous oxide , glukosa , deteksi DNA , dll Eikos Inc dari Franklin , Massachusetts dan Unidym Inc dari Silicon Valley , California sedang mengembangkan transparan , film konduktif secara elektrik dari nanotube karbon untuk menggantikan indium timah oksida ( ITO ) . Film karbon nanotube secara substansial lebih mekanis kuat dari film ITO , membuat mereka ideal untuk layar sentuh high- kehandalan dan menampilkan fleksibel . Tinta berbasis air dicetak nanotube karbon yang diinginkan untuk memungkinkan produksi film ini untuk mengganti ITO .nanotube film menunjukkan menjanjikan untuk digunakan dalam menampilkan untuk komputer , ponsel, PDA , dan ATM . Sebuah nanoradio , penerima radio terdiri dari nanotube tunggal , telah didemonstrasikan pada tahun 2007 . Sebuah roda gila terbuat dari nanotube karbon dapat berputar pada kecepatan yang sangat tinggi pada sumbu magnetik mengambang dalam ruang hampa , dan berpotensi menyimpan energi dengan kepadatan mendekati bahwa bahan bakar fosil konvensional . Karena energi dapat ditambahkan dan dihapus dari roda gaya yang sangat efisien dalam bentuk listrik , ini mungkin menawarkan cara menyimpan listrik , membuat jaringan listrik lebih efisien dan variabel pemasok daya ( seperti turbin angin ) lebih berguna dalam memenuhi kebutuhan energi . Kepraktisan ini sangat bergantung pada biaya pembuatan besar , struktur nanotube terputus , dan tingkat kegagalan mereka di bawah tekanan .
Karbon nanotube mata air memiliki potensi untuk selamanya menyimpan energi potensial elastis pada sepuluh kali kepadatan baterai lithium - ion dengan muatan yang fleksibel dan tingkat debit dan daya tahan bersepeda sangat tinggi . SWNTs ultra-pendek ( US- tabung ) telah digunakan sebagai kapsul nanoscaled untuk memberikan agen kontras MRI in vivo . Karbon nanotube memberikan potensi tertentu untuk katalisis logam bebas dari reaksi anorganik dan organik . Misalnya , kelompok oksigen melekat pada permukaan karbon nanotube memiliki potensi untuk mengkatalisis dehydrogenations oksidatif atau oksidasi selektif . Nitrogen - doped nanotube karbon dapat menggantikan katalis platina yang digunakan untuk mengurangi oksigen dalam sel bahan bakar . Sebuah hutan selaras nanotube vertikal dapat mengurangi oksigen dalam larutan alkali lebih efektif daripada platinum , yang telah digunakan dalam aplikasi seperti sejak 1960-an . Di sini , nanotube memiliki manfaat tambahan karena tidak tunduk pada keracunan karbon monoksida . insinyur Wake Forest University menggunakan nanotube karbon multiwalled untuk meningkatkan kecerahan teknologi polimer electroluminescent lapangan -induced , berpotensi menawarkan langkah maju dalam mencari aman , menyenangkan , efisiensi tinggi pencahayaan . Dalam teknologi ini , matriks polimer moldable memancarkan cahaya bila terkena arus listrik . Ini akhirnya bisa menghasilkan lampu - efisiensi tinggi tanpa uap merkuri lampu neon kompak atau warna kebiru-biruan dari beberapa lampu fluorescent dan LED , yang telah dikaitkan dengan gangguan ritme sirkadian . Candida albicans telah digunakan dalam kombinasi dengan karbon nanotube ( CNT ) untuk memproduksi bahan elektrik konduktif stabil bio - nano komposit jaringan yang telah digunakan sebagai elemen suhu sensing . Penemuan
Sebuah editorial pada tahun 2006 yang ditulis oleh Marc Monthioux dan Vladimir Kuznetsov dalam jurnal Carbon dijelaskan asal menarik dan sering - salah saji dari nanotube karbon. Sebagian besar literatur akademik dan populer atribut penemuan berongga , ukuran nanometer tabung terdiri dari karbon graphitic untuk Sumio Iijima dari NEC pada tahun 1991 . Pada tahun 1952 LV Radushkevich dan VM Lukyanovich diterbitkan gambar yang jelas dari 50 tabung berdiameter nanometer yang terbuat dari karbon dalam Journal Soviet Kimia Fisik . Penemuan ini adalah sebagian besar tidak diketahui , karena artikel itu diterbitkan dalam bahasa Rusia , dan akses ilmuwan Barat ' Soviet pers terbatas selama Perang Dingin . Sangat mungkin bahwa nanotube karbon yang diproduksi sebelum tanggal ini , tetapi penemuan mikroskop elektron transmisi ( TEM ) diperbolehkan visualisasi langsung struktur ini .
Karbon nanotube telah diproduksi dan diamati di bawah berbagai kondisi sebelum 1991. Sebuah kertas dengan Oberlin , Endo , dan Koyama yang diterbitkan pada tahun 1976 jelas menunjukkan serat karbon berongga dengan diameter nanometer skala menggunakan teknik uap - pertumbuhan . Selain itu, penulis menunjukkan gambar TEM dari nanotube terdiri dari dinding tunggal graphene . Kemudian , Endo telah disebut gambar ini sebagai nanotube berdinding tunggal . [ 208 ] Pada tahun 1979 , John Abrahamson mengajukan bukti nanotube karbon di Biennial Conference ke-14 dari Karbon di Pennsylvania State University . Kertas konferensi dijelaskan nanotube karbon sebagai serat karbon yang dihasilkan pada anoda karbon selama debit busur . Sebuah karakterisasi serat ini diberikan serta hipotesis untuk pertumbuhan mereka dalam suasana nitrogen pada tekanan rendah . Pada tahun 1981 , sekelompok ilmuwan Soviet menerbitkan hasil karakterisasi kimia dan struktural nanopartikel karbon yang dihasilkan oleh disproporsionasi thermocatalytical karbon monoksida . Menggunakan gambar TEM dan pola XRD , penulis menyarankan bahwa " karbon multi-layer kristal tubular " mereka dibentuk oleh lapisan graphene bergulir ke dalam silinder . Mereka berspekulasi bahwa dengan rolling lapisan graphene ke dalam silinder , banyak susunan yang berbeda dari jaring heksagonal graphene yang mungkin . Mereka menyarankan dua kemungkinan pengaturan tersebut : . Susunan melingkar ( kursi nanotube ) dan spiral , pengaturan heliks ( tube kiral ) Pada tahun 1987 , Howard G. Tennett Hyperion Katalisis dikeluarkan paten AS untuk produksi " silinder fibril karbon diskrit " dengan " diameter konstan antara sekitar 3,5 dan sekitar 70 nanometer ... , panjang 102 kali diameter , dan outer wilayah beberapa lapisan dasarnya terus menerus atom karbon memerintahkan dan inti yang berbeda .... " Penemuan Iijima tentang karbon nanotube berdinding multi dalam bahan larut batang busur dibakar grafit pada tahun 1991 dan Mintmire , Dunlap , dan prediksi independen Putih bahwa jika nanotube karbon berdinding tunggal bisa dibuat , maka mereka akan menunjukkan sifat konduktif yang luar biasa membantu menciptakan buzz awal yang sekarang dikaitkan dengan nanotube karbon . Penelitian nanotube dipercepat sangat mengikuti penemuan independen oleh Bethune di IBM dan Iijima di NEC of berdinding tunggal nanotube karbon dan metode untuk secara khusus memproduksi mereka dengan menambahkan katalis logam transisi ke karbon dalam debit busur . Teknik busur debit terkenal untuk menghasilkan Buckminster Fullerene terkenal pada skala preparatif , dan hasil ini tampaknya untuk memperpanjang jangka penemuan disengaja berkaitan dengan fullerene . Pengamatan asli fullerenes dalam spektrometri massa tidak diantisipasi , dan teknik produksi massal pertama dengan Krätschmer dan Huffman digunakan selama beberapa tahun sebelum menyadari bahwa itu menghasilkan fullerenes .
