NANOTUBURI DE CARBON
Sovaiala Florentina Facultatea de Inginerie Medicala Grupa 1432
NANOTEHNOLOGIE Nanotehnologia inseamna inginieria sistemelor functionale la scara atomica, moleculara si supramoleculara de la 1 la 100 de nanometri. Este folosita in diverse domenii, spre exemplu chimia organica, biologie moleculara,crearea de semiconductori, ingineria suprafetelor, microfabricare etc. In sens larg, nanotehnologia reprezinta orice tehnologie al carei rezultat finit e de ordin nanometric: particule fine, sinteza chimica, microlitografie avansata etc.
NANOTUB Denumirea de “nanotub” este derivata din structura lor lunga si goala, cu pereti formati dintr-un strat de carbon de grosimea unui atom, numit grafen.Aceste straturi sunt indoite la unghiuri specifice numite “chiral” si combinatia de unghiuri si raze decide proprietatile nanotubului, spre exemplu cand exteriorul naotubului este un metal sau un semiconductor. Nanotuburile sunt impartite in 2 categorii: formate dintr-un singur perete (SWNT) sau formate din mai multi pereti (MWNT). Carbonul este unul din elementele cele mai răspândite în natură deşi procentul este de numai 0,35 % din scoarţa pământului.
NANOTUBURI DE CARBON CU UN SINGUR PERETE (SWNT) Nanotuburile de carbon cu un singur perete (SWNT) sunt ansambluri cilindrice compuse numai din atomi de carbon. Majoritatea SWNT au un diametru de aproape 1 nanometru, cu o lungime a tubului care poate fi de milioane de ori mai mare. Structura unui SWNT poate fi conceptualizata prin infasurarea unui strat de un atom de grafit numit grafen pe un cilindru.
NANOTUBURI DE CARBON CU UN SINGUR PERETE (SWNT)
Nanotuburile unistrat prezintă trei structuri diferite: zigzag, scaun, chiral. Modul în care stratul de grafin este învăluit este reprezentat de o pereche de indici (n,m) numit vectorul chiral. Numerele întregi n şi m dau numărul vectorilorunitate de-a lungul a două direcţii în structura cristalului hexagonal al grafinului.Daca m=0 nanotuburile sunt numite zigzag. Daca m=n, nanotuburile sunt numite„ fotoliu”. În rest, acestea sunt numite „chirale”.
NANOTUBURI CU PEREŢI MULTIPLI (MWNT)
Nanotubul cu pereţi multipli poate fi considerat ca o colecţie de SWNT-uri cu diametre diferite dar concentrice . Lungimea şi diametrul acestor structuri diferă şi ca direcţie şi desigur proprietăţile lor sunt de asemenea foarte diferite. Distanţele dintre doi pereţi succesivi sunt apropiate de valoarea distanţei dintre doua fâşii grafenice dintrun cristal grafitic. Fiecare MWNT poate fi format din 2 până la 50 nanotuburi de carbon. Ele au diametre interioare cuprinse între 1,5 şi 15 nm, iar diametrele exterioare cuprinse între 2,5 şi 30 nm. Nanotuburile de carbon au lungimea de câţiva microni şi până la ordinul centimetrilor.
PROPRIETATILE NANOTUBURILOR DE CARBON
Proprietati mecanice
Proprietăţile mecanice ale CNT-urilor au fost mult studiate, atât prin utilizarea de tehnici experimentale , cât şi prin mijloace computaţionale . Structura asemănătoare fibrelor, densitate joasă, raportul dimensional mărit şi proprietăţile mecanice excelente fac CNT-urile atractive pentru armarea polimerilor.
Proprietati electrice
- conductori unidimensionali Conductivitatea electrică. Posibilitatea utilizării CNT-urilor drept umpluturi conductoare în compozitele polimerice a fost deja raportată în literatura de specialitate. Datorită ariei mari a suprafeţei, CNT-urile constituie medii interesante pentru stocarea energiei electrice.
Proprietati termice
- conductivitate termică mare, valorile teoretice sunt cuprinse în
intevalul 2800-6000 W/mK
- căldură specifică mare (se pot folosi ca aditivi în adezivi şi conducte
încălzite)
METODE DE OBTINERE A NANOTUBURILOR DE CARBON 1.
Descarcarea in arc electric
. Avantajele
acestei metode constau in faptul ca nanotuburile monostrat cat si multistrat se pot obtine foarte usor. Nanotuburile monostrat pot avea mici defecte structurale, iar cele multistrat pot fi obtinute fara catalizator, e o metoda ieftina si e posibila obtinerea in aer liber. . Dezavantajele metodei constau in faptul ca tuburile tind sa fie scurte cu dimensiuni si directii aleatoare si au uneori nevoie de un proces de purificare destul de costisitor.
METODE DE OBTINERE A NANOTUBURILOR DE CARBON
Metoda ablatiunii cu laser a fost dezvoltata pentru producerea de fullerene si CNT de grupul Smalley. A fost prima data folosit pentru sintetizarea de fullerene si mai departe aplica pentru a produce CNT in 1995.Aparatul de vaporizare cu laser folosit de grupul Smalley este prezentat infigura de mai jos. Un laser continuu sau pulsatoriu este folosit pentru a vaporiza o tinta de grafit intr-un cupor incalzit la 1200 grade Celsius.
METODE DE PURIFICARE A NANOTUBURILOR DE CARBON Oxidarea Tratamentul cu acid 3. Calcinarea 4. Ultrasonarea 5. Purificarea magnetica 6. Taierea SWNT 1.
2.
APLICATII ALE NANOTUBURILOR DE CARBON Cel mai mic radio din lume Un grup de cercetatori de la Universitatea din California, SUA, dorind sa demonstreze versatilitatea si performantele nanotuburilor de carbon, au realizat un radio dintr-un singur astfel de tub. Ei au reusit sa combine, intr-un singur nanotub de carbon, toate componentele electrice majore prezente intr-un radio. Mai precis, nu au realizat astfel de componente, ci le-au simulat, intr-un acelasi nanotub de carbon.
Nanotuburi de carbon folosite pentru obţinerea vestei antiglonţ
Imagine SEM a spumelor super compresibile
APLICATII ALE NANOTUBURILOR DE CARBON IN MEDICINA Nanotuburi de carbon impotriva cancerului O echipă internaţională de specialişti a reuşit, prin aceste tuburi comparabile cu firul de păr, regresul tumorilor maligne la şoareci şi chiar să prelungească perioada de supravieţuire a animalelor bolnave. Nanotuburi de carbon impotriva E.Coli Nanotuburile de carbon cu un singur perete (Single-walled carbon nanotubes - SWCNTs) pot omori bacterii comune patogene precum E.Coli, distrugandu-le peretele celular, afirma cercetatorii de la American Chemical Society (ACS) in jurnalul Langmuir. Nanotuburile de carbon permit crearea pielii artificiale Cercetătorii de la Universitatea din Stanford au conceput o metodă prin intermediul căreia pot monta nanotuburi de carbon pe suprafaţa unui strat de silicon putând crea în acest mod un senzor de presiune.Datele referitoare la acest studiu au fost publicate sub denumirea de „Skin-like pressure and stain sensors based on transparent elastic films of carbon nanotubes”.„Acest senzor poate înregistra valori comparabile cu o simplă ciupitură sau presiunea ce poatefi exercitată de către un elefant ce stă într-un picior”, spune Darren Lipomi membru al echipeide cercetare
TOXICITATEA CNT
S-a demonstrat faptul ca toxicitatea CNT este o problema complexa ce depinde de numerosi factori precum tipul CNT, metoda de sinteza, puritatea CNT,tipul agentului utilizat la modificarea suprafetei CNT, densitatea gruparilor functionale existente pe suprafata CNT, solubilitatea in apa , gradul de dispersie , tipul si concentratia impuritatilor. De asemenea, dimensiunile CNT influenteaza citotoxicitatea acestora.
CONCLUZII 1) Nanotuburile unistrat sunt încă foarte scumpe (costisitoare producerea lor) şi,dezvoltarea unor tehnici de sinteză posibile este vitală pentru viitorul nanotehnologiei carbonului. Dacă nu se vor descoperi căi de sinteză mai ieftine,această tehnologie va fi imposibil de aplicat, la scară comercială. 2) Nanoparticulele, în general, şi nanotuburile de carbon, în particular, sunt particule potrivite pentru a modifica proprietăţile de material ale polimerilor. 3) S-a constatat că rezistenţa la compresiune a CNT-urilor cu pereţi subţiri şi groşi este cu două ordine de mărire mai mare decât rezistenţa la compresiune a oricărui alt material cunoscut (Laurie et al 1998). 4) Datorită proprietăţilor excelente pe care le prezintă, nanotuburile sunt folosite în numeroase domenii, urmărindu-se în continuare lărgirea sferei de aplicaţii aacestora. 5) În urma evaluării toxicităţii nanotuburilor de carbon, cercetătorii sugerează luarea unor serioase măsuri de precauţie, deoarece folosirea acestora produce aceleaşi efecte ca şi în cazul utilizării azbestului.