Nanotuburi de Carbon

INTRODUCERE

Exista foarte multe domenii în care activitatea de cercetare actualã este la scara nanometrilor, domenii ca: nanaomaterialele, electronica, optoelectronica, nanomedicina,

bionanothnoilogia, etc. Interesul fata de proprietatile unice asociate cu materialele cu structuri la scara nanometrica a crescut intr-un ritm exponential. Restrictionand ordonarea aranjamentelor atomice pentru a provoca cresterea volumelor mici, suprafata materialelor incepe sa fie dominata de atomi si molecule,desori conducand la proprietati foarte diferite fata de majoritatea materialelor. De exemplu, un metal inert sau un oxid de metal poate deveni un eficient catalizator daca este produs la fel ca nanoparticulele; particulele opace pot devenii transparente cand sunt compuse din nanoparticule, sau invers;conductorii pot devenii izolatorii,si izolatorii conductorii. Nanoparticulele pot cuprinde o serie de diferite morfologii inclusiv nanotuburi, nanofire, nanofibre, nanopuncte si o serie de forme sferice si arborescente. Aceste materiale au aplicatii intr-o gama foarte larga de industrii: electronica, farmaceutica, slefuirea cimico-mecanica si se pare ca in urmatorii ani vor creste domeniile de aplicatie a nanoparticuleleor.

STRUCTURA SI PROPRIETATI

De la descoperirea nanotuburilor (CNT) de catre Iijima in 1991, un interes deosebit a fost acordat acestor noi materiale datorita proprietatilor, mecanice si electrice, deosebite. Bazate pe aceste proprietati unice multe aplicatii pe nanotuburi au fost propuse inclusiv: dispozitive electronice, emitatori electronici, tipuri de nanotuburi poentru scanarea probelor la microscop,etc.Una dintre cele mai intersante aplicatii ale nanotuburilor de carbon este nanocompozitul polimer/CNT. Interesantele proprietati mecanice ale nanotuburilor de carbon il face candidatul ideal ca filer in polimerul compozit avand greutate mica si rezistenta mecanica mare. Polimeri ca epoxi, termoplastice, geluri, si meti-metacrilatul au fost folositi ca si matrice. Totusi progresul in polimerul/CNT nanocompozit a fost limitat de problemele de dispersie ale filerelor ca si transferul de sarcina peste suprafata polimerului CNT datorat suprafetei atomice netede. O serie de metode au fost folosite pentru a obtine CNT-uri bine orientate. Toate aceste metode nu sunt potrivite pentru procesele de obtinere a compozitelor comerciale.

CO-ELECTROSPINNING

HiPco nanotuburile de carbon cu pereti simpli (SWNT) obtinuti au fost purificate, dispersate si amestecate cu poliacrilonitrit (PAN) si co-electrospinning a fost facuta pentru a produce firicelele de SWNT. Procesul de purificare pentru HiPco SWNT este necesar deoarece cristalele de fier prinse in stratul de carbon trebuie indepartate. Procesul de purificare necesita mai multi pasi de oxidare,curatare,spalare si filtrare conform diagramei din figura 1. Analiza TEM ne arata un model asemanator cu structura diamantului pentru SWNT. De asemenea au fost observate cateva legaturi de 5 nm.

Figura 1. Processing Flow of SWNT/PAN Composite Fibrils and their TEM images

Procesul de electrospinning este o metoda nanomecanica prin care se pot obtine fibre electrostatice la nanoscara din solutii de polimeri sau topituri. Generatia de fibre ultafine electrostatice este cunoscuta din 1930. Aceasta tehnica a fost redescoperita de curand. In aceasta tehnica un camp electric inalt este generat intre un polimer fluid, tinut intr-o pompa de sticla cu un capat capilar, si ecran metalic de colectare. Cand tensiunea atinge o valoare critica, incarcatura depaseste tensiunea de suprafata a picaturii deformate a solutiei de polimer formate pe varful pompei si un jet de fibre ultrafine este produs. In timpul trecerii prin panoul de colecatre, jetul incarcat electric sufera instabilitati inducand o serie de deformari electrice. Acest proces de intindere este insotit de o evaporare rapida a moleculelor de solvent aceasta reducand diametrul jetului intr-o forma de trunchi de con. Fibrele uscate se acumuleaza pe suprafata ecranului colector rezultand o adunare de nano si micro fibre. Diametrul fibrelor poate fi controlat variind densitatea sarcinei si concentratia solutiei de polimer.