Nanotuburi de Carbon - Nanotehnologie

Povestea nanotuburilor incepe in 1991, cand japonezul Sumio Iijima, specialist in domeniul microscopiei electronice, a inceput sa se preocupe de problema fulerenelor. Pentru a le fabrica el utiliza un cuptor special, cu atmosfera inerta, in care se declansa un arc electric intre doi electrozi din carbon pur. In urma experimentelor rezultau fulerene, dar si o serie de reziduuri. Japonezul, om riguros ca orice om de stiinta, s-a apucat sa studieze la microscop si reziduurile ramase dupa obtinerea fulerenelor. Sa nu credeti ca este o treaba simpla. Este nevoie de multa meticulozitate. Meticulozitatea japonezului i-a fost rasplatita intr-un tarziu. El a devenit descoperitorul nanotuburilor de carbon, obiecte de dimensiuni nanometrice, dar cu un potential de-a dreptul incredibil in ceea ce priveste aplicatiile viitoare.

Nanotuburile din carbon – molecule cilindirice de carbon de 50.000 de ori mai subtiri decat un fir de par – au proprietati ce le fac folositoare pentru nanotehnologie, electronica, optica si ranforsarea materialelor composite. Cu o structura interna ce rivalizeaza cu cea a diamantului, nanotuburile din carbon sunt extraordinar de rezistente si pot fi foarte eficiente pe post de conductori.

Dintre structurile carbonului intalnim diamantul, grafitul, fulerena si respectiv, nanotubul de carbon.

Nanotubul de carbon are o forma tubulara cu diametrul de 1nm, iar lungimea variaza intre cativa nm. Nanotubul de carbon este echivalentul unei foi de grafena roluita precum un tub.

Proprietati speciale ale nanotuburilor de carbon

Proprietatile electronice, moleculare si structurale ale nanotuburilor de carbon sunt determinate pe o intindere larga datorita structurii lor aproape unidimensionale. Cele mai importante proprietati ale nanotuburilor de carbon si baza lor moleculara sunt prezentate in continuare.

Reactivitatea chimica. Reactivitatea chimica a nanotuburilor de carbon este comparata cu o foaie de grafena, ce apare ca un rezultat direct al curburii de pe suprafata nanotuburilor. Reactivitatea nanotuburilor de carbon este relatata direct cu nepotrivirea lui pi-orbital cauzata de cresterea curburii. Prin urmare, trebuie facuta o distinctie intre peretele lateral si capatul de varf al nanotubului. Din acelasi motiv, un diametru mai mic al nanotubului rezulta prin cresterea reactivitatii. Modificarea chimica covalenta chiar si a peretilor laterali sau a capatului de varf s-a demonstrat a fi posibila. De exemplu, solubilitatea nanotubului de carbon in diferiti solventi poate fi controlata prin aceasta metoda. Deci, cercetarea directa a modificarilor chimice pe comportamentul nanotubului este dificila, deoarece mostrele brute a nanotubului inca nu sunt suficient de pure.

Conductivitatea electrica. Nanotuburile de carbon cu diametrul mic sunt mai degraba semi-conductoare, chiar izolatoare sau metalice. Diferentele dintre proprietatile conductive sunt cauzate de structura moleculara, care rezulta din diferite structuri de legatura, prin urmare, am putea zice, legaturi cu goluri. Diferentele in conductivitate pot fi foarte usor derivate din proprietatile foii de grafena. S-a demonstrat ca un nanotub (n,m) este metalic si presupune ca: n=m sau (n-m)=3i, unde i este numar intreg, iar n si m definesc nanotubul. Rezistenta conductivitatii este determinata de aspecte cuantice mecanice si a fost dovedit de a fi independenta de lungimea nanotubului.

Activitatea optica. Studiile teoretice au dezvaluit ca activitatea optica a nanotuburilor dispar daca nanotuburile devin mai lungi. Prin urmare, este de asteptat ca si alte proprietati fizice sa fie influentate de acesti parametri. Folosirea activitatii optice trebuie sa rezulte in dispozitive optice pentru care nanotuburile de carbon joaca un rol important.

Proprietati mecanice. Nanotuburile de carbon au un foarte mare modul Young in directia lor axiala. Nanotubul ca un intreg este foarte flexibil datorita lungimii mari. Prin urmare, acesti compusi sunt corespunzatori potentiali pentru aplicatii in materiale compozite care necesita proprietati anizotrope.

Proprietati termice. Nanotuburile de carbon au o conductivitate termica foarte buna de aproximativ 3000W/mK in directie axiala si mai putin pe cea radiala.

Proprietati electronice. Nanotuburile de carbon sunt bune generatoare de camp datorita efectului de tunel.