Нови јаглеродни наноцевки со хибридни материјали кои ги модифицираат нивните извонредни својства

Наноматеријалите базирани на јаглерод, како што се јаглеродните наноцевки (CNT), фулерените и графенот, се од интерес поради нивните уникатни физички својства. Нова студија го истражува потенцијалот на хибридните наноструктури и воведува нова порозна графенска CNT хибридна структура со значајни термички и механички својства.

Оваа студија покажува како значајните својства на новите графенски CNT хетероструктури можат да се променат со мала промена на внатрешниот геометриски распоред на CNT и графенот, како и на различните полнила.

Способноста за прецизно контролирање на топлинската спроводливост и механичката цврстина кај хибридните структури на графен CNT го прави потенцијално погоден кандидат за различни апликации, особено во напредното воздухопловно производство каде што тежината и цврстината се критични.

Јаглеродни наноструктури: јаглеродни наноцевки, графен, фулерени

Јаглеродните наноструктури и мешавините од повеќекратни јаглеродни наноструктури неодамна беа испитувани како потенцијални кандидати за бројни апликации за сензори, фотоволтаични, антибактериски технологии, апликации за складирање на енергија, горивни ќелии и подобрување на животната средина.

Најистакнатите проучувани наноструктури базирани на јаглерод се чини дека се CNT, графен и фулерени. Поради нивната екстремно мала големина, овие структури покажуваат уникатни термички, механички, електронски и биолошки својства.

Структурите мерени во поднанометарскиот опсег функционираат според посебните закони на квантната физика, така што можат да се користат за искористување на неинтуитивни феномени како што се квантно тунелирање, квантна суперпозиција и квантно заплеткување.

Јаглеродните наноцевки се цевки направени од јаглерод и се со дијаметар од само неколку нанометри. Јаглеродните наноцевки покажуваат извонредна електрична спроводливост, а некои се полупроводнички материјали.

Поради нивната наноструктура и јачината на ковалентните врски формирани помеѓу јаглеродните атоми, јаглеродните наноцевки имаат и висока затегнувачка цврстина и топлинска спроводливост.

Јаглеродните наноцевки се потенцијално вредни материјали за електроника, оптика и композити, а би можеле да ги заменат јаглеродните влакна во следните неколку години. Нанотехнологијата и науката за материјали исто така користат јаглеродни наноцевки во своите истражувања.

Графенот е јаглероден изомер во форма на еден слој од јаглеродни атоми распоредени во дводимензионална решеткаста структура составена од шестоаголници. Во 2004 година беше извршена првата изолација на графен во серија пионерски експерименти од страна на научниците Ендру Гејм и Константин Новоселов на Универзитетот во Манчестер во Велика Британија, што им ја донесе Нобеловата награда за физика во 2010 година.

Во децениите оттогаш, графенот стана корисен наноматеријал со исклучително висока затегнувачка цврстина, транспарентност и електрична спроводливост за широк и разновиден спектар на апликации во електрониката, сензорите и другите напредни технологии.

Леренот е друг јаглероден изомер кој е познат веќе некое време. Неговиот молекул се состои од јаглеродни атоми кои се поврзани со единечни и двојни врски во мрежа која може да биде затворена или делумно затворена. Мрежата е споена со прстен од пет, шест или седум атоми.

Молекулите на фулеренот можат да бидат шупливи сфери, елипсоидни, тубуларни или многу други облици и големини. Графенот може да се смета за екстремен член на семејството фулерен, иако се смета за член на сопствена класа на материјали.

Хибридни наноструктури

Покрај обемното истражување вложено во разбирањето и карактеризирањето на овие јаглеродни наноструктури поединечно, научниците ги истражуваат и својствата на хибридните наноструктури кои комбинираат два или повеќе наноструктурирани елементи во еден материјал.

На пример,пениимаат прилагодливи својства што ги прават погодни за практични апликации како што се дизајнирање на сендвич структури, биокомпатибилни дизајни и дизајнирање на структури со висока цврстина и мала тежина.

Нанопените на база на јаглерод се користат и во медицината за испитување на оштетувањето на коските и како основа за замена на коскеното ткиво.

Структурите во облик на саќе на база на јаглерод се произведуваат со хемиско таложење на пареа (CVD) и третман во раствор. Методите на синтерување со искрична плазма (SPS) се исто така имплементирани за употреба на графен за биолошки и медицински апликации.

Затоа, научниците бараат начини да ги направат стабилни тридимензионалните структури од јаглеродна пена. Истражувањата покажаа дека треба да се формираат стабилни врски помеѓу различни типови структури (јаглеродни наноцевки, фулерени и графен) за да се направи овој материјал доволно стабилен за широк спектар на апликации.

Ново истражување за хибридни наноструктури

Ново истражување на машински инженери на Техничкиот универзитет во Истанбул во Турција воведува нов вид хибридна наноструктура формирана со хемиско поврзување.

Порозните графенски CNT структури се прават со организирање на графенот околу CNT во наноленти. Различните геометриски распореди на слоевите од графенски наноленти околу јаглеродните наноцевки (квадратни, хексагонални и дијамантски обрасци) доведуваат до различни физички својства што се забележуваат во материјалот, што сугерира дека ова геометриско преуредување може да се користи за фино подесување на новите структури.

Истражувачите откриле, на пример, дека структурите вметнати со фулерени покажуваат значителна компресивна стабилност и цврстина без да се жртвува цврстината на истегнување. Геометрискиот распоред на јаглеродните наноструктури, исто така, имал значаен ефект врз нивните термички својства.

Истражувачите велат дека овие нови хибридни наноструктури нудат важни предности, особено за воздухопловната индустрија. Наноструктурите со овие хибридни структури би можеле да се користат и за складирање на водород и наноелектроника.