De Koolstof nanobuisjes het zijn zeer kleine en zeer dunne buisjes of cilinders die alleen uit koolstof (C) -atomen bestaan. De buisvormige structuur is alleen zichtbaar door elektronenmicroscopen. Het is een stevig zwart materiaal, bestaande uit zeer kleine bundels of bundels van enkele tientallen nanobuisjes, die met elkaar verstrengeld zijn en een gecompliceerd netwerk vormen..
Het voorvoegsel "nano" betekent "heel klein". Het woord "nano" dat bij metingen wordt gebruikt, betekent dat het een miljardste van een meting is. Een nanometer (nm) is bijvoorbeeld een miljardste meter, dat wil zeggen 1 nm = 10-9 m.
Elke kleine koolstofnanobuis is gemaakt van een of meer vellen grafiet die om zichzelf heen zijn gewikkeld. Ze worden ingedeeld in enkelwandige nanobuisjes (een enkele opgerolde plaat) en meerwandige nanobuisjes (twee of meer cilinders in elkaar).
Koolstof nanobuisjes zijn erg sterk, hebben een hoge breukvastheid en zijn zeer flexibel. Ze geleiden warmte en elektriciteit heel goed. Ze vormen ook een heel licht materiaal.
Deze eigenschappen maken ze bruikbaar in verschillende toepassingsgebieden, zoals onder andere de auto-, lucht- en ruimtevaart- en elektronica-industrie. Ze zijn ook gebruikt in de geneeskunde, bijvoorbeeld voor het transporteren en afleveren van geneesmiddelen tegen kanker, vaccins, eiwitten, enz..
De behandeling moet echter gebeuren met beschermende uitrusting, omdat ze bij inademing schade aan de longen kunnen veroorzaken..
Artikel index
Er zijn verschillende meningen in de wetenschappelijke gemeenschap over wie koolstofnanobuisjes heeft ontdekt. Hoewel er veel research papers over deze materialen zijn, worden hieronder slechts een paar belangrijke data genoemd..
- In 1903 observeerde de Franse wetenschapper Pélabon koolstofdraden in een monster (elektronenmicroscopen waren op dat moment nog niet beschikbaar).
- In 1950 bestudeerde de natuurkundige Roger Bacon van het bedrijf Union Carbide bepaalde stalen van koolstofvezels en observeerde hij beelden van nanodonsjes of nanobigots. nanowhiskers) recht en hol.
- In 1952 publiceerden de Russische wetenschappers Radushkevich en Lukyanovich foto's van afbeeldingen van koolstofnanobuisjes die door henzelf waren gesynthetiseerd en verkregen met een elektronenmicroscoop, waarbij duidelijk wordt waargenomen dat ze hol zijn.
- In 1973 voltooiden de Russische wetenschappers Bochvar en Gal'pern een reeks berekeningen van de energieniveaus van moleculaire orbitalen, waaruit bleek dat grafietplaten zichzelf kunnen verdraaien tot 'holle moleculen'..
- In 1976 observeerde Morinobu Endo koolstofvezels met een hol centrum geproduceerd door de pyrolyse van benzeen en ferroceen bij 1000 ° C (pyrolyse is een soort ontleding die optreedt bij verhitting tot zeer hoge temperaturen in afwezigheid van zuurstof).
- In 1991 werd het enthousiasme voor koolstofnanobuisjes aangewakkerd nadat Sumio Iijima koolstofnaalden had gesynthetiseerd die waren gemaakt van holle buizen met behulp van de elektrische boogtechniek..
- In 1993 ontdekten Sumio Iijima en Donald Bethune (onafhankelijk van elkaar werkend) gelijktijdig enkelwandige koolstofnanobuisjes..
Volgens sommige informatiebronnen moet de eer voor de ontdekking van koolstofnanobuisjes misschien worden gegeven aan de Russische wetenschappers Radushkevich en Lukyanovich in 1952..
Men denkt dat ze niet de verdiende eer hebben gekregen omdat in die tijd de zogenaamde "koude oorlog" bestond en westerse wetenschappers geen toegang hadden tot Russische artikelen. Bovendien wisten niet veel mensen hoe ze vanuit het Russisch moesten vertalen, wat nog meer vertraging opliep om hun onderzoek in het buitenland te analyseren..
In veel artikelen wordt gezegd dat Iijima degene was die in 1991 koolstofnanobuisjes ontdekte. Sommige onderzoekers schatten echter dat de impact van Iijima's werk te wijten is aan het feit dat de wetenschap al voldoende volwassen was om het belang van koolstof in te zien. nanobuisjes. nanomaterialen.
Er zijn mensen die beweren dat natuurkundigen in die decennia over het algemeen geen artikelen lazen in scheikundetijdschriften, waar al over koolstofnanobuisjes werd gediscussieerd, en dat ze daarom 'verrast' waren met het artikel van Iijima.
Maar dit alles doet niets af aan de hoge kwaliteit van Iijima's werk uit 1991. En het meningsverschil blijft bestaan.
- Koolstofnanobuisjes of CNT's. Koolstof nanobuisjes.
- Enkelwandige koolstofnanobuisjes of SWCNT's. Enkelwandige koolstof NanoTubes.
- Meerwandige koolstof nanobuisjes of MWCNT's. Meerwandige koolstof NanoTubes.
Koolstofnanobuisjes zijn zeer fijne en kleine buisjes of cilinders waarvan de structuur alleen met een elektronenmicroscoop te zien is. Ze bestaan uit een plaat grafiet (grafeen) die in een buis is gerold.
Het zijn uitgeholde cilindrische moleculen die uitsluitend uit koolstofatomen bestaan. Koolstofatomen zijn gerangschikt in de vorm van kleine zeshoeken (6-zijdige polygonen) vergelijkbaar met benzeen en met elkaar verbonden (gecondenseerde benzeenringen).
De buizen kunnen al dan niet zijn verstopt bij hun openingen en kunnen extreem lang zijn in vergelijking met hun diameters. Ze zijn gelijk aan vellen grafiet (grafeen) die in naadloze buizen zijn gerold.
CNT's zijn polyaromatische structuren. De bindingen tussen koolstofatomen zijn covalent (dat wil zeggen, ze zijn niet ionisch). Deze links bevinden zich in hetzelfde vlak en zijn erg sterk.
De sterkte van de C = C-bindingen maakt CNT's erg stijf en sterk. Met andere woorden: de wanden van deze buizen zijn erg sterk..
Verbindingen buiten het vlak zijn erg zwak, wat betekent dat er geen sterke verbindingen zijn tussen de ene buis en de andere. Het zijn echter aantrekkende krachten die de vorming van bundels of bundels nanobuisjes mogelijk maken..
Koolstofnanobuisjes zijn onderverdeeld in twee groepen: enkelwandige nanobuisjes of SWCNT's. Enkelwandige Carbon NanoTube), en meerwandige nanobuisjes of MWCNT's. Multi-Wall Carbon NanoTube.
Enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT) bestaan uit een enkele plaat van grafeen die in een cilinder is gerold, waarbij de hoekpunten van de zeshoeken perfect passen om een naadloze buis te vormen.
Meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT) bestaan uit concentrische cilinders die rond een gemeenschappelijk hol centrum zijn geplaatst, dat wil zeggen twee of meer holle cilinders die in elkaar zijn geplaatst..
Afhankelijk van de manier waarop het grafeenvel wordt gerold, kan het patroon dat wordt gevormd door de zeshoeken in de CNT's zijn: stoelvormig, zigzagvormig en spiraalvormig of chiraal. En dit heeft invloed op de eigenschappen ervan.
Koolstofnanobuisjes zijn solide. Ze komen samen om boeketten, bundels, bundels of "snaren" van enkele tientallen nanobuisjes te vormen, die met elkaar verstrengeld zijn en een zeer dicht en gecompliceerd netwerk vormen..
Ze hebben een treksterkte groter dan die van staal. Dit betekent dat ze een hoge breukvastheid hebben bij belasting. In theorie kunnen ze honderden keren sterker zijn dan staal.
Ze zijn zeer elastisch, ze kunnen zonder beschadiging worden gebogen, gedraaid en gevouwen en vervolgens weer in hun oorspronkelijke vorm worden gebracht. Ze zijn erg licht.
Ze zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit. Ze zouden een zeer veelzijdig elektronisch gedrag hebben of een hoge elektronische geleidbaarheid hebben.
De buizen van CNT's waarvan de zeshoeken in de vorm van een fauteuil zijn gerangschikt, vertonen metaalachtig gedrag of lijken op dat van metalen.
Die gerangschikt in een zigzag- en schroeflijnvorm kunnen van metaal en halfgeleider zijn.
Door de sterkte van de bindingen tussen hun koolstofatomen zijn CNT's bestand tegen zeer hoge temperaturen (750 ° C bij atmosferische druk en 2800 ° C onder vacuüm)..
De uiteinden van de nanobuisjes zijn chemisch reactiever dan het cilindrische deel. Als ze aan oxidatie worden onderworpen, worden eerst de uiteinden geoxideerd. Als de buizen gesloten zijn, gaan de uiteinden open.
Bij behandeling met salpeterzuur HNO3 of zwavelzuur HtweeSW4 onder bepaalde omstandigheden kunnen CNT's carboxyl-achtige groepen vormen -COOH of chinon-achtige groepen O = C-C4H.4-C = O.
CNT's met kleinere diameters zijn reactiever. Koolstofnanobuisjes kunnen atomen of moleculen van andere soorten in hun interne kanalen bevatten.
Vanwege het feit dat CNT's geen functionele groep op hun oppervlak hebben, is het erg hydrofoob, dat wil zeggen, het is buitengewoon slecht compatibel met water en is er niet in oplosbaar of in niet-polaire organische oplosmiddelen..
Als ze echter reageren met sommige verbindingen, kunnen CNT's oplosbaar worden. Bijvoorbeeld met salpeterzuur HNO3 kunnen onder bepaalde omstandigheden worden opgelost in sommige oplosmiddelen van het amidetype.
Nanobuisjes van zuivere koolstof zijn bio-onverenigbaar, wat betekent dat ze niet compatibel zijn met of gerelateerd zijn aan leven of levende weefsels. Ze genereren een immuunrespons van het lichaam, omdat ze als agressieve elementen worden beschouwd.
Om deze reden modificeren wetenschappers ze chemisch zodanig dat ze worden geaccepteerd door de weefsels van het lichaam en kunnen worden gebruikt voor medische toepassingen..
Ze kunnen interageren met macromoleculen zoals eiwitten en DNA, het eiwit dat de genen van levende wezens vormt.
Koolstofnanobuisjes worden uit grafiet verkregen door middel van verschillende technieken, zoals verdamping met behulp van laserpulsen, elektrische boogontladingen en chemische dampafzetting..
Ze zijn ook verkregen uit een hogedrukstroom koolmonoxide (CO) door katalytische groei in de gasfase..
De aanwezigheid van metallische katalysatoren in sommige productiemethoden helpt de uitlijning van meerwandige nanobuisjes.
Een koolstofnanobuisje is echter geen molecuul dat altijd hetzelfde blijkt te zijn. Afhankelijk van de bereidingswijze en de omstandigheden worden ze verkregen met verschillende lengte, diameter, structuur, gewicht, en daardoor hebben ze verschillende eigenschappen..
De eigenschappen van CNT's maken ze geschikt voor een breed scala aan toepassingen.
Ze zijn gebruikt in constructiematerialen voor elektronica, optica, kunststoffen en andere producten op het gebied van nanotechnologie, lucht- en ruimtevaart en automobielproductie..
CNT's zijn gecombineerd met polymeren om hoogwaardige versterkte polymeerweefsels en vezels te maken. Ze zijn bijvoorbeeld gebruikt om polyacrylonitrilvezels te versterken voor verdedigingsdoeleinden..
Mengsels van CNT's met polymeren kunnen ook worden ontworpen om verschillende elektrisch geleidende eigenschappen te bezitten. Ze verbeteren niet alleen de sterkte en stijfheid van het polymeer, maar voegen ook elektrische geleidbaarheidseigenschappen toe.
Vezels en weefsels worden ook vervaardigd uit CNT's met sterktes die vergelijkbaar zijn met die van aluminium en koolstofstaal, maar die veel lichter zijn dan deze. Kogelvrije vesten zijn ontworpen met dergelijke vezels.
Ze zijn ook gebruikt om meer resistente keramiek te verkrijgen.
Koolstofnanobuisjes hebben een groot potentieel in vacuümelektronica, nanodevices en energieopslag.
CNT's kunnen functioneren als diodes, transistors en relais (elektromagnetische apparaten waarmee elektrische circuits kunnen worden geopend en gesloten).
Ze kunnen ook elektronen uitzenden als ze worden blootgesteld aan een elektrisch veld of als er spanning op staat..
Door het gebruik van CNT's in gassensoren zijn deze klein, compact en licht en kunnen ze gecombineerd worden met elektronische toepassingen.
De elektronische configuratie van CNT's maakt de sensoren erg gevoelig voor extreem kleine hoeveelheden gassen en bovendien kunnen CNT's chemisch worden aangepast om specifieke gassen te detecteren..
Vanwege hun grote oppervlak, uitstekende chemische stabiliteit en elektronenrijke polyaromatische structuur kunnen CNT's adsorberen of conjugeren met een breed scala aan therapeutische moleculen, zoals geneesmiddelen, eiwitten, antilichamen, enzymen, vaccins, enz..
Het is bewezen dat ze uitstekende voertuigen zijn voor het transport en de afgifte van medicijnen, die rechtstreeks in de cellen doordringen en het medicijn intact houden tijdens het transport door het lichaam..
Dit laatste maakt het mogelijk om de dosis van het geneesmiddel en de toxiciteit ervan, met name geneesmiddelen tegen kanker, te verlagen..
CNT's zijn nuttig gebleken bij therapieën tegen kanker, infecties, weefselregeneratie, neurodegeneratieve ziekten en als antioxidanten..
Ze worden ook gebruikt bij de diagnose van ziekten, bij bepaalde analyses, zoals biosensoren, medicijnscheiding en extractie van biochemische verbindingen..
Ze worden ook gebruikt in orthopedische prothesen en als ondersteuningsmateriaal voor de groei van botweefsel..
Het gebruik ervan is ook voorgesteld als materialen voor batterij- en brandstofcelmembranen, anodes voor lithiumionbatterijen, supercondensatoren en chemische filters..
Door hun hoge elektrische geleidbaarheid en relatieve chemische inertie zijn ze bruikbaar als elektroden bij elektrochemische reacties..
Ze kunnen ook hechten aan reactantdeeltjes en vanwege hun grote oppervlak kunnen ze dienen als dragers voor katalysatoren..
Ze hebben ook de capaciteit om waterstof op te slaan, wat erg handig is in voertuigen die op dat gas rijden, omdat het met CNT's veilig kan worden vervoerd..
Studies hebben problemen aan het licht gebracht bij het evalueren van de toxiciteit van CNT's. Dit lijkt af te hangen van kenmerken zoals lengte, stijfheid, concentratie en duur van blootstelling aan CNT's. Het hangt ook af van de productiemethode en de zuiverheid van de CNT's..
Het wordt echter aanbevolen om beschermende uitrusting te gebruiken bij het hanteren van CNT's, aangezien er onderzoeken zijn die hun gelijkenis met asbestvezels aantonen en dat inademing van CNT-stof schade aan de longen kan veroorzaken..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.