Νανοσωλήνες άνθρακαείναι απίστευτα πράγματα.Μπορούν να είναι πιο δυνατά από το ατσάλι ενώ είναι πιο λεπτά από μια ανθρώπινη τρίχα.

Είναι επίσης εξαιρετικά σταθερά, ελαφριά και έχουν απίστευτες ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες.Για το λόγο αυτό, έχουν τη δυνατότητα για την ανάπτυξη πολλών ενδιαφέροντων μελλοντικών υλικών.

Μπορούν επίσης να κρατήσουν το κλειδί για την κατασκευή των υλικών και των δομών του μέλλοντος, όπως οι διαστημικοί ανελκυστήρες.

Εδώ, διερευνούμε τι είναι, πώς κατασκευάζονται και ποιες εφαρμογές τείνουν να έχουν.Αυτό δεν προορίζεται να είναι ένας εξαντλητικός οδηγός και προορίζεται μόνο να χρησιμοποιηθεί ως μια γρήγορη επισκόπηση.

Τι είναινανοσωλήνες άνθρακακαι τις ιδιότητες τους;

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNT για συντομία), όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι μικροσκοπικές κυλινδρικές δομές κατασκευασμένες από άνθρακα.Αλλά όχι οποιοσδήποτε άνθρακας, οι CNT αποτελούνται από τυλιγμένα φύλλα ενός μόνο στρώματος μορίων άνθρακα που ονομάζεται γραφένιο.

Τείνουν να εμφανίζονται σε δύο κύριες μορφές:

1. Νανοσωλήνες άνθρακα μονού τοιχώματος(SWCNTs) - Αυτά τείνουν να έχουν διάμετρο μικρότερη από 1 nm.

2. Νανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων(MWCNTs) - Αποτελούνται από πολλούς ομόκεντρα διασυνδεδεμένους νανοσωλήνες και τείνουν να έχουν διαμέτρους που μπορούν να φτάσουν πάνω από 100 nm.

Και στις δύο περιπτώσεις, οι CNT μπορούν να έχουν μεταβλητά μήκη από μερικά μικρόμετρα έως εκατοστά.

Καθώς οι σωλήνες κατασκευάζονται αποκλειστικά από γραφένιο, μοιράζονται πολλές από τις ενδιαφέρουσες ιδιότητές τους.Οι CNT, για παράδειγμα, συνδέονται με δεσμούς sp2 - αυτοί είναι εξαιρετικά ισχυροί σε μοριακό επίπεδο.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν επίσης την τάση να συνδέονται μεταξύ τους μέσω των δυνάμεων van der Waals.Αυτό τους παρέχει υψηλή αντοχή και χαμηλό βάρος.Τείνουν επίσης να είναι εξαιρετικά ηλεκτρικά αγώγιμα και θερμικά αγώγιμα υλικά.

«Τα μεμονωμένα τοιχώματα CNT μπορεί να είναι μεταλλικά ή ημιαγώγιμα ανάλογα με τον προσανατολισμό του πλέγματος σε σχέση με τον άξονα του σωλήνα, ο οποίος ονομάζεται χειραλικότητα».

Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν επίσης άλλες εκπληκτικές θερμικές και μηχανικές ιδιότητες που τους καθιστούν ελκυστικούς για την ανάπτυξη νέων υλικών.

Τι κάνουν οι νανοσωλήνες άνθρακα;

Όπως έχουμε ήδη δει, οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν μερικές πολύ ασυνήθιστες ιδιότητες.Εξαιτίας αυτού, οι CNTs έχουν πολλές ενδιαφέρουσες και ποικίλες εφαρμογές.

Μάλιστα, από το 2013, σύμφωνα με τη Wikipedia μέσω του Science Direct, η παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα ξεπερνούσε αρκετές χιλιάδες τόνους ετησίως.Αυτοί οι νανοσωλήνες έχουν πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης σε:

• Λύσεις αποθήκευσης ενέργειας
• Μοντελοποίηση συσκευών
• Σύνθετες κατασκευές
• Ανταλλακτικά αυτοκινήτων, συμπεριλαμβανομένων δυνητικά σε αυτοκίνητα κυψελών καυσίμου υδρογόνου
• Κάρτες σκαφών
• Αθλητικά είδη
• Φίλτρα νερού
• Ηλεκτρονικά λεπτής μεμβράνης
• Επιστρώσεις
• Ενεργοποιητές
• Ηλεκτρομαγνητική θωράκιση
• Κλωστοϋφαντουργία
• Βιοϊατρικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της μηχανικής ιστών οστών και μυών, χημική παροχή, βιοαισθητήρες και άλλα

Τι είναινανοσωλήνες άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων?

Όπως έχουμε ήδη δει, οι νανοσωλήνες άνθρακα με πολλά τοιχώματα είναι εκείνοι οι νανοσωλήνες που κατασκευάζονται από πολλούς ομόκεντρα διασυνδεδεμένους νανοσωλήνες.Τείνουν να έχουν διαμέτρους που μπορούν να φτάσουν πάνω από 100 nm.

Μπορούν να φτάσουν σε μήκος μεγαλύτερο από εκατοστά και τείνουν να έχουν αναλογίες διαστάσεων που ποικίλλουν μεταξύ 10 και 10 εκατομμυρίων.

Οι νανοσωλήνες πολλαπλών τοιχωμάτων μπορούν να περιέχουν από 6 έως 25 ή περισσότερα ομόκεντρα τοιχώματα.

Τα MWCNT έχουν μερικές εξαιρετικές ιδιότητες που μπορούν να αξιοποιηθούν σε μεγάλο αριθμό εμπορικών εφαρμογών.Αυτά περιλαμβάνουν :

• Ηλεκτρικά: Τα MWNT είναι εξαιρετικά αγώγιμα όταν ενσωματώνονται σωστά σε μια σύνθετη δομή.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το εξωτερικό τοίχωμα από μόνο του είναι αγώγιμο, τα εσωτερικά τοιχώματα δεν βοηθούν στην αγωγιμότητα.
• Μορφολογία: Τα MWNT έχουν υψηλό λόγο διαστάσεων, με μήκη συνήθως πάνω από 100 φορές τη διάμετρο και σε ορισμένες περιπτώσεις πολύ υψηλότερα.Η απόδοση και η εφαρμογή τους βασίζονται όχι μόνο στην αναλογία διαστάσεων, αλλά και στον βαθμό εμπλοκής και ευθύτητας των σωλήνων, η οποία με τη σειρά της είναι συνάρτηση τόσο του βαθμού όσο και της διάστασης των ελαττωμάτων στους σωλήνες.
• Φυσική: Χωρίς ελαττώματα, μεμονωμένα, MWNTs έχουν εξαιρετική αντοχή εφελκυσμού και όταν ενσωματώνονται σε ένα σύνθετο υλικό, όπως ένα θερμοπλαστικό ή θερμοσκληρυνόμενες ενώσεις, μπορούν να αυξήσουν σημαντικά την αντοχή του.