Kolnanorör

Ett kolnanorör  (förkortning CNT) är en allotrop modifiering av kol , som är en ihålig cylindrisk struktur med en diameter på tio till flera tiotals nanometer och en längd av en mikrometer till flera centimeter [1] [2] (samtidigt tid, det finns teknologier som gör att de kan vävas till trådar av obegränsad längd [3] ), bestående av ett eller flera grafenplan rullade till ett rör .

Nanorörens struktur

Vilket enkelväggigt kolnanorör som helst kan representeras som ett mönster från ett grafenark (som är ett rutnät av regelbundna hexagoner med kolatomer vid sina hörn), vilket ges av ett par tal (n, m) som kallas kiralitetsindex. I det här fallet är chiralitetsindexen (n, m) koordinaterna för radievektorn R i det sneda koordinatsystemet som anges på grafenplanet , som bestämmer orienteringen av röraxeln i förhållande till grafenplanet och dess diameter.

Nanorörsdiametern beräknas från cylinderdiametern, vars omkrets är lika med längden på vektorn R och uttrycks i termer av kiralitetsindex (n, m) som:

där = 0,142 nm är avståndet mellan intilliggande kolatomer i grafitplanet.

Ett annat sätt att beteckna kiralitet är att ange vinkeln α mellan riktningen för nanorörets veckning och riktningen i vilken intilliggande hexagoner delar en gemensam sida. I detta fall väljs den minsta vinkeln, så att 0° ≤ α ≤ 30°. Men i detta fall, för en fullständig beskrivning av nanorörsgeometrin, är det nödvändigt att specificera dess diameter [4] .

Förhållandet mellan kiralitetsindexen ( n, m) och vinkeln α ges av:

Beroende på vilken typ av ändar, är kolnanorör

• öppna;
• stängd (slutar i en halvklot, vilket kan betraktas som en halv fullerenmolekyl ).

Enligt antalet lager är nanorör

• enkelväggig (ett lager);
• flerväggiga (många lager).

Genom elektroniska egenskaper

• metall ( dividerat med 3) [2] [5]
• halvledare (annan n och m)

På basis av kiralitetsindex är enkelväggiga nanorör indelade i 3 typer:

• n \u003d m - "fåtölj" eller "tandad" (fåtölj), α \u003d 30 °
• m = 0 - "sicksack" (sicksack), α = 0°
• n ≠ m — kiral

I den ryskspråkiga litteraturen finns det en felaktig tillskrivning av α = 0° till taggiga nanorör och α = 30° (2n, n) till sicksackrör, vilket har spridits från en översiktsartikel av A. V. Yeletsky [6] .

Enkelväggiga nanorör

Enkelväggiga kolnanorör används i litiumjonbatterier, kolfibermaterial och bilindustrin. I blysyrabatterier ökar tillägget av enkelväggiga nanorör avsevärt antalet laddningscykler. För enkelväggiga kolnanorör är hållfasthetsfaktorn GPa och för stål GPa [7] .

Den industriella tekniken för syntes av enkelväggiga kolnanorör OCSiAl , utvecklad av akademiker vid Ryska vetenskapsakademin Mikhail Predtechensky , gör det möjligt att erhålla nanorör av exceptionellt hög kvalitet och erbjuda dem till världsmarknaden till ett pris som gör att de kan användas i branschen ekonomiskt överkomligt för första gången [8] [9] .

Flerväggiga nanorör

Flerväggiga (flerväggiga kolnanorör) nanorör skiljer sig från enkelväggiga i en mycket större mängd olika former och konfigurationer. Mångfalden av strukturer manifesteras både i längsgående och tvärgående riktningar.

Strukturen av typen "matryoshka" (ryska dockor) är en uppsättning koaxiellt kapslade cylindriska rör. En annan typ av denna struktur är en uppsättning kapslade koaxialprismor. Slutligen liknar den sista av dessa strukturer en rullning (rullning). För alla strukturer i fig. karakteristiskt värde för avståndet mellan intilliggande grafenlager, nära värdet 0,34 nm, inneboende i avståndet mellan intilliggande plan av kristallin grafit [10] .

Implementeringen av en eller annan struktur av flerväggiga nanorör i en specifik experimentell situation beror på syntesförhållandena. En analys av tillgängliga experimentella data indikerar att den mest typiska strukturen för flerväggiga nanorör är en struktur med sektioner av typerna "ryska häckande dockor" och "papier-maché" omväxlande placerade längs längden. I detta fall sätts "rören" av en mindre storlek sekventiellt in i de större [10] . En sådan modell stöds till exempel av fakta om interkalering av kalium eller järnklorid i "intertube"-utrymmet och bildandet av strukturer av "pärltyp".

Upptäcktshistorik

Fulleren (C 60 ) upptäcktes av gruppen Smalley , Kroto och Curl 1985 [ 11] , för vilken dessa forskare belönades med Nobelpriset i kemi 1996 . När det gäller kolnanorör kan det exakta datumet för deras upptäckt inte anges här. Även om det är välkänt att Iijima observerade strukturen hos flerväggiga nanorör 1991 [ 12 ] , finns det tidigare bevis för upptäckten av kolnanorör. Till exempel, 1974-1975 , publicerade Endo et al [13] ett antal artiklar som beskrev tunna rör med en diameter på mindre än 100  Å framställda genom ångkondensering, men ingen mer detaljerad studie av strukturen genomfördes. En grupp forskare från Institute of Catalysis of the Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences 1977, medan de studerade karboniseringen av järn- kromdehydreringskatalysatorer under ett mikroskop, registrerade bildandet av "ihåliga koldendriter" [14] . en mekanism för bildning föreslogs och väggarnas struktur beskrevs. 1992 publicerades en artikel i tidskriften Nature [15] om att nanorör hade observerats 1953 . Ett år tidigare, 1952 , rapporterade en artikel av de sovjetiska forskarna Radushkevich och Lukyanovich [16] om elektronmikroskopisk observation av fibrer med en diameter på cirka 100 nm, erhållna genom termisk nedbrytning av kolmonoxid på en järnkatalysator . Dessa studier fortsatte inte heller. 2006 upptäcktes kolnanorör i Damaskus stål [17] .

Det finns många teoretiska verk som förutsäger en given allotrop form av kol . I [18] spekulerade kemisten Jones (Dedalus) om lindade rör av grafit. I arbetet av L. A. Chernozatonsky och andra [19] , publicerat samma år som arbetet av Iijima, erhölls och beskrevs kolnanorör, och M. Yu. enkelväggiga kolnanorör 1986 , men antydde också deras stora elasticitet [ 20] .

För första gången upptäcktes möjligheten att bilda nanopartiklar i form av rör för kol. För närvarande har liknande strukturer erhållits från bornitrid , kiselkarbid , övergångsmetalloxider och några andra föreningar. Diametern på nanorör varierar från en till flera tiotals nanometer, och längden når flera mikrometer.

Strukturella egenskaper

• elastiska egenskaper; defekter när den kritiska belastningen överskrids:
  • i de flesta fall representerar de en förstörd cell - en hexagon i rutnätet - med bildandet av en femhörning eller septagon i dess ställe. Av de specifika egenskaperna hos grafen följer att defekta nanorör kommer att förvrängas på ett liknande sätt, det vill säga med uppkomsten av utbuktningar (vid 5) och sadelytor (vid 7). Av störst intresse i det här fallet är kombinationen av dessa förvrängningar, särskilt de som ligger mittemot varandra ( Stone-Wales defekt ) - detta minskar styrkan på nanoröret, men bildar en stabil förvrängning i dess struktur som ändrar egenskaperna hos den senare: med andra ord, en permanent böj bildas i nanoröret.
• öppna och slutna nanorör

Elektroniska egenskaper hos nanorör

Elektroniska egenskaper hos grafitplanet

• Ömsesidigt galler, första Brillouin-zonen

Alla K-punkter i den första Brillouin-zonen är separerade från varandra av translationsvektorn för det reciproka gittret, så de är alla faktiskt ekvivalenta. På liknande sätt är alla punkter i K' ekvivalenta.

• Spektrum i den tätt bindande approximationen (se grafen för mer information )

• Dirac-poäng (se grafen för detaljer )

Grafit  är en halvmetall som kan ses med blotta ögat på grund av ljusreflektionens natur . Det kan ses att p-orbitalernas elektroner helt fyller den första Brillouin-zonen. Således visar det sig att grafitplanets Fermi-nivå passerar exakt genom Dirac-punkterna, d.v.s. hela Fermi-ytan (mer exakt, en linje i det tvådimensionella fallet) degenererar till två icke-ekvivalenta punkter.

Om elektronernas energi skiljer sig lite från Fermi-energin , kan man ersätta det sanna spektrumet av elektroner nära Dirac-punkten med ett enkelt koniskt, samma som spektrumet för en masslös partikel som lyder Dirac-ekvationen i 2+1-dimensioner .

• SU(4) symmetri

Transformation av spektrumet när planet vikas till ett rör

• Born-Karman gränsvillkor
• Effektiv Dirac-ekvation
• Metall- och halvledarrör _

Typen av ledningsförmåga hos nanorör beror på deras kiralitet, det vill säga på den symmetrigrupp som ett visst nanorör tillhör, och den följer en enkel regel: om nanorörsindexen är lika med varandra eller deras skillnad delas med tre, nanorör är en halvmetall, i alla andra fall uppvisar de halvledaregenskaper.

Ursprunget till detta fenomen är följande. Ett grafitplan (grafen) kan representeras som ett oändligt utsträckt, medan ett nanorör, med kända reservationer, kan representeras som ett endimensionellt objekt. Om vi ​​föreställer oss ett grafennanorörsfragment när det vecklas ut på ett grafitark, så kan det ses att i rörveckets riktning minskar antalet tillåtna vågvektorer till värden som helt bestäms av chiralitetsindexen (den längden av en sådan vektor k är omvänt proportionell mot rörets omkrets). Figuren visar exempel på tillåtna k -tillstånd för ett metalliskt och halvledarnanorör. Det kan ses att om det tillåtna värdet för vågvektorn sammanfaller med punkten K kommer det i nanorörets bandmönster också att finnas en skärning av valensbandet och ledningsbandet, och nanoröret kommer att uppvisa halv- metalliska egenskaper och i det andra fallet halvledaregenskaper [21] .

• Spektrumets beteende vid applicering av ett longitudinellt magnetfält

Redovisning av interaktionen mellan elektroner

• Bosonisering
• Luttingers vätska
• Separering av spinn och laddning
• Experimentell status

Supraledning i nanorör

Supraledningsförmågan hos kolnanorör upptäcktes av forskare från Frankrike och Ryssland (IPTM RAS, Chernogolovka). De utförde mätningar av ström-spänningsegenskaper:

• ett separat enkelväggigt nanorör med en diameter på ~1 nm;
• ett stort antal enkelväggiga nanorör rullade till en bunt;
• samt individuella flerväggiga nanorör.

Vid en temperatur nära 4 K observerades en ström mellan två supraledande metallkontakter. Till skillnad från konventionella tredimensionella ledare har laddningsöverföring i ett nanorör ett antal egenskaper som uppenbarligen förklaras av överföringens endimensionella karaktär (såsom kvantisering av motståndet R: se en artikel publicerad i Science [22] ).

Excitoner och biexcitoner i nanorör

Exciton (latin excito - "jag exciterar") är en väteliknande kvasipartikel, som är en elektronisk excitation i en dielektrikum eller halvledare, som migrerar genom kristallen och inte är associerad med överföringen av elektrisk laddning och massa.

Även om en exciton består av en elektron och ett hål, bör den betraktas som en oberoende elementär (icke-reducerbar) partikel i fall där interaktionsenergin mellan en elektron och ett hål är av samma storleksordning som energin för deras rörelse, och interaktionsenergin mellan två excitoner är liten jämfört med energin för var och en av dem. En exciton kan betraktas som en elementär kvasipartikel i de fenomen där den fungerar som en hel formation som inte är utsatt för påverkan som kan förstöra den.

En biexciton är ett bundet tillstånd av två excitoner. Det är i själva verket en excitonmolekyl.

För första gången beskrevs idén om möjligheten att bilda en excitonmolekyl och några av dess egenskaper oberoende av S. A. Moskalenko och M. A. Lampert.

Bildandet av en biexciton visar sig i de optiska absorptionsspektra i form av diskreta band som konvergerar mot kortvågssidan enligt en väteliknande lag. Det följer av en sådan struktur av spektra att bildandet av inte bara marken utan också exciterade tillstånd av biexcitoner är möjlig.

Stabiliteten hos en biexciton bör bero på själva excitonens bindningsenergi, förhållandet mellan de effektiva massorna av elektroner och hål och deras anisotropi.

Biexcitonbildningsenergin är mindre än två gånger excitonenergin med värdet av biexcitonbindningsenergin.

Optiska egenskaper hos nanorör

Halvledarmodifieringar av kolnanorör (skillnaden i kiralitetsindex är inte en multipel av tre) är halvledare med direktgap. Detta innebär att direkt rekombination av elektron -hålspar kan ske i dem, vilket leder till emission av en foton . Det direkta bandgapet inkluderar automatiskt kolnanorör bland optoelektronikens material .

Halvledarnanorör avger i det synliga och infraröda området under påverkan av optisk ( fotoluminescens ) eller elektrisk excitation ( elektroluminescens ) [23] . Nanorör, tillsammans med kvantprickar och fluorescerande molekyler, kan vara källor till enstaka fotoner, vilket har visats både under kryogena förhållanden [24] och vid rumstemperatur för funktionaliserade nanorör [25] . Detta gör att vi kan betrakta nanorör som en potentiell strålningskälla [26] för kvantberäkning .

Memristoregenskaper för nanorör

2009 visade Yao, Zhang et al . [27] en memristor baserad på enväggs horisontellt orienterade kolnanorör placerade på ett dielektriskt substrat. Manifestationen av memristoreffekten i den presenterade strukturen berodde på interaktionen mellan CNT: er med ett dielektriskt substrat och infångningen av laddningsbärare vid CNT/SiO2-gränssnittet.

2011 upptäckte Vasu, Sampath och andra [28] memristoreffekten på en rad felorienterade MWCNT. Det visade sig att resistiv omkoppling i arrayen beror på bildandet av ledande kanaler från CNT:er orienterade av det elektriska fältet.

År 2013 rapporterade Ageev, Blinov et al . [29] upptäckten av en memristoreffekt på vertikalt orienterade kolnanorörsstrålar i en studie med scanning tunneling mikroskopi . Senare, 2015, visade samma grupp av forskare möjligheten av resistiv omkoppling i individuella vertikalt inriktade CNT. Den upptäckta memristoreffekten baserades på utseendet av ett internt elektriskt fält i CNT under dess deformationa [30] .

Egenskaper för interkalerade nanorör

Möjliga tillämpningar av nanorör

• Mekaniska applikationer: kraftiga filament, kompositmaterial , nanobalanser.
• Tillämpningar inom mikroelektronik: transistorer , nanotrådar, nanoantenner [31] , transparenta ledande ytor, bränsleceller .
• Att skapa kopplingar mellan biologiska neuroner och elektroniska enheter i den senaste hjärn -datorutvecklingen .
• Kapillärapplikationer : kapslar för aktiva molekyler, lagring av metaller och gaser, nanopipetter.
• Optiska applikationer: displayer , lysdioder .
• Medicin (under aktiv utveckling).
• Enkelväggiga nanorör (enskilda, i små sammansättningar eller i nätverk) är miniatyrsensorer för att detektera molekyler i ett gasformigt medium eller i lösningar med ultrahög känslighet - när molekyler adsorberas på ytan av ett nanorör, dess elektriska motstånd , liksom eftersom egenskaperna hos en nanotransistor kan förändras. Sådana nanosensorer kan användas för miljöövervakning, militära, medicinska och biotekniska tillämpningar.
• Space Elevator Tether : Nanorör kan teoretiskt hålla enorma vikter - upp till ett ton per kvadratmillimeter. Det har dock ännu inte varit möjligt att få tillräckligt långa kolrör med en väggtjocklek på en atom [32] , vilket gör det nödvändigt att använda trådar vävda av relativt korta nanorör, vilket minskar den slutliga hållfastheten.
• Ark av kolnanorör kan användas som platta genomskinliga högtalare , kinesiska forskare kom till denna slutsats [33]
• konstgjorda muskler. Genom att injicera paraffin i en vriden filament av nanorör lyckades ett internationellt team av forskare från University of Texas skapa en konstgjord muskel som är 85 gånger starkare än en människa [34]
• Kraftgeneratorer och motorer. Trådar av paraffin- och kolrör kan absorbera värme och ljusenergi och omvandla den till mekanisk energi. Erfarenhet har visat att dessa garn klarar över en miljon vrid-/avlindningscykler vid 12 500 rpm eller 1200 kompressions-/stretchcykler per minut utan synliga tecken på slitage. [35] Sådana filament kan användas för att generera energi från solljus.
• Aktuella källor. Användningen av enkelväggiga kolnanorör som ledande tillsats i litiumjonbatterier gör det möjligt att öka andelen aktivt material i elektrodsammansättningen, vilket innebär att strömkällans energiintensitet ökar. Enligt studier, med hjälp av TUBALL nanorör tillverkade av OCSiAl , i 10 Ah prismatiska batterier, är det möjligt att uppnå en ökning av volymetrisk energiförbrukning med 10 % [36] [37] . I sin tur kan tillägget av 0,001–0,01 % av dessa enkelväggiga nanorör till elektrodpastan av blysyrabatterier öka batteritiden med 4 gånger, och även positivt påverka dess övriga egenskaper [38] .
• Enkelväggiga kolnanorör är en mångsidig ledande tillsats. Låga koncentrationer i materialets totala massa - från 0,01% - ger elektrisk ledningsförmåga och förbättrar de fysiska och mekaniska egenskaperna hos plaster, elastomerer, kompositer och beläggningar utan att negativt påverka färg, reologiska och andra egenskaper [39] .
• Säkerställer den elektriska ledningsförmågan hos polymerer. Kolnanorör som introduceras i mikroskopiska mängder i polymerer gör det möjligt att minska deras elektriska motstånd med tiotusentals gånger - från värdeintervallet "hundratals megaohm - en gigaohm" till relativt små värden "ett - tiotals kiloohm" ". Denna egenskap används för att förhindra ackumulering av statisk elektricitet på polymera material.

Skaffa kolnanorör

Utvecklingen av metoder för syntes av kolnanorör (CNT) följde vägen för att sänka syntestemperaturerna. Efter skapandet av teknologi för framställning av fullerener fann man att under den elektriska ljusbågsförångningen av grafitelektroder, tillsammans med bildandet av fullerener, bildas utökade cylindriska strukturer [40] . Mikroskopisten Sumio Iijima, med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop (TEM), var den första som identifierade dessa strukturer som nanorör. Högtemperaturmetoderna för framställning av CNT inkluderar ljusbågsmetoden. Om en grafitstav ( anod ) förångas i en elektrisk ljusbåge, bildas en hård koluppbyggnad (avsättning) på den motsatta elektroden ( katoden ) i vars mjuka kärna innehåller flerväggiga CNT:er med en diameter på 15- 20 nm och en längd på mer än 1 mikron.

Bildandet av CNT från fullerensot under hög temperatur termisk verkan på sot observerades först av Oxford [41] och schweiziska [42] grupperna . Installationen för ljusbågssyntes är metallintensiv, energikrävande, men universell för att få fram olika typer av kolnanomaterial. Ett betydande problem är att processen inte är i jämvikt under ljusbågsbränning. Den elektriska ljusbågsmetoden kom en gång att ersätta metoden för laseravdunstning ( laserablation ). Ablationsenheten är en konventionell resistiv värmeugn som ger en temperatur på 1200°C. För att få högre temperaturer i det räcker det att placera ett kolmål i ugnen och rikta en laserstråle mot det, växelvis skanna hela ytan av målet. Således fick Smalleys grupp, som använde dyra installationer med en kortpulsad laser, nanorör 1995, vilket "avsevärt förenklade" tekniken för deras syntes [43] .

Utbytet av CNT förblev dock lågt. Införandet av små tillsatser av nickel och kobolt (0,5 atm.%) i grafit gjorde det möjligt att öka utbytet av CNT till 70–90 % [44] . Från det ögonblicket började ett nytt skede i konceptet med mekanismen för nanorörsbildning. Det blev uppenbart att metallen är en tillväxtkatalysator . Således dök de första verken upp om produktion av nanorör med en lågtemperaturmetod - med metoden för katalytisk pyrolys av kolväten ( CVD ), där partiklar av en metall från järngruppen användes som katalysator . Ett av installationsalternativen för framställning av nanorör och nanofibrer med CVD-metoden är en reaktor i vilken en inert bärargas tillförs, som för katalysatorn och kolvätet in i högtemperaturzonen.

Förenklat är CNT-tillväxtmekanismen som följer. Kolet som bildas under den termiska sönderdelningen av kolvätet löser sig i metallnanopartikeln. När en hög koncentration av kol i partikeln uppnås, på en av ytorna av katalysatorpartikeln, sker en energimässigt gynnsam "frisättning" av överskott av kol i form av en förvrängd semi-fullerenhatt. Det är så ett nanorör föds. Det nedbrutna kolet fortsätter att komma in i katalysatorpartikeln och för att frigöra överskottet av dess koncentration i smältan måste det ständigt kasseras. Den stigande halvklotet (semifulleren) från smältans yta bär med sig det lösta överskottet av kol, vars atomer utanför smältan bildar en C-C-bindning, som är ett cylindriskt ramverk-nanorör.

Smälttemperaturen för en partikel i ett tillstånd i nanostorlek beror på dess radie. Ju mindre radie, desto lägre smälttemperatur på grund av Gibbs-Thompson-effekten [45] . Därför är järnnanopartiklar med en storlek på cirka 10 nm i smält tillstånd under 600 °C. För närvarande har lågtemperatursyntes av CNTs genom katalytisk pyrolys av acetylen i närvaro av Fe-partiklar vid 550 °C utförts. Att sänka syntestemperaturen har också negativa konsekvenser. Vid lägre temperaturer erhålls CNT med stor diameter (ca 100 nm) och en starkt defekt struktur som "bambu" eller "kapslade nanokoner". De resulterande materialen består endast av kol, men de kommer inte ens i närheten av de extraordinära egenskaperna (till exempel Youngs modul ) som observeras i enkelväggiga kolnanorör erhållna genom laserablation eller elektrisk bågesyntes.

CVD är en mer kontrollerbar metod som gör att man kan kontrollera tillväxtplatsen och geometriska parametrar för kolrör [46] ] på vilken typ av substrat som helst. För att erhålla en rad CNTs på substratytan, bildas först katalysatorpartiklar på ytan genom att kondensera en extremt liten mängd av den. Bildning av katalysatorn är möjlig med användning av kemisk avsättning från en lösning innehållande en katalysator, termisk förångning, jonstråleförstoftning eller magnetronförstoftning. Obetydliga variationer i mängden kondenserat material per ytenhet orsakar en signifikant förändring i storleken och antalet katalytiska nanopartiklar och leder därför till bildandet av CNT som skiljer sig i diameter och höjd i olika områden av substratet. Kontrollerad tillväxt av CNT är möjlig om en Ct-Me-N-legering används som katalysator, där Ct (katalysator) väljs från gruppen Ni, Co, Fe, Pd; Me (bindemetall) - vald från gruppen Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re; N (kväve). Attraktionskraften hos denna process av CNT-tillväxt på filmer av legeringar av en katalytisk metall med metaller från grupperna V–VII i det periodiska systemet för grundämnen ligger i ett brett spektrum av faktorer för att kontrollera processen, vilket gör det möjligt att kontrollera parametrarna för CNT-matriser, såsom höjd, densitet och diameter. När legeringsfilmer används är CNT-tillväxt möjlig på tunna filmer av olika tjocklekar och konduktivitet. Allt detta gör det möjligt att integrera denna process i integrerad teknik [47] .

Fibrer från kolrör

För den praktiska tillämpningen av CNT:er söker man för närvarande en metod för att skapa förlängda fibrer baserade på dem, som i sin tur kan vävas till en tvinnad tråd. Det har redan varit möjligt att skapa förlängda fibrer från kolnanorör, som har hög elektrisk ledningsförmåga och styrka överlägsen stål [48] .

Nanorörstoxicitet

Experimentella resultat under de senaste åren har visat att långa flerväggiga kolnanorör (MWNT) kan framkalla ett svar som liknar det hos asbestfibrer . Människor som arbetar med utvinning och bearbetning av asbest löper flera gånger större risk att utveckla tumörer och lungcancer än befolkningen i allmänhet. Carcinogeniciteten hos fibrer av olika typer av asbest är mycket olika och beror på diameter och typ av fibrer. På grund av sin låga vikt och storlek tränger kolnanorör in i andningsvägarna tillsammans med luft. Som ett resultat koncentreras de i lungsäcken. Små partiklar och korta nanorör kommer ut genom porerna i bröstväggen (3–8 µm i diameter), medan långa nanorör kan hållas kvar och orsaka patologiska förändringar över tiden.

Jämförande experiment med tillsats av enkelväggiga kolnanorör (SWCNT) till musmat visade ingen märkbar reaktion av de senare i fallet med nanorör med en längd i storleksordningen mikron. Samtidigt visade ett experiment med tillsats av flerväggiga kolnanorör till möss mat att det i detta fall finns betydande förändringar i den fina strukturen av villus i tunntarmen i form av en ökning av antalet av förstörda villi och proliferation av epiteliocyter [49] .

Under 2016 genomförde europeiska experter en serie studier om karaktären och egenskaperna hos enkelväggiga kolnanorör och utvecklade rekommendationer om specifika metoder för att arbeta med dem. Som ett resultat blev TUBALL nanorör tillverkade av OCSiAl i Novosibirsk de första SWCNT som registrerades i enlighet med EU:s REACH-förordning och tillåts för produktion och användning i Europa i industriell skala - upp till 10 ton årligen [50] .

Rening av katalysatorer

Metallkatalysatorer i nanoskala är viktiga komponenter i många effektiva metoder för syntes av CNT, och i synnerhet för CVD-processer . De tillåter också, i viss utsträckning, att kontrollera strukturen och kiraliteten hos de resulterande CNT:erna. [51] Under syntesen kan katalysatorerna omvandla kolhaltiga föreningar till rörformigt kol, varigenom de själva typiskt blir delvis inkapslade av grafitiserade lager av kol. Således kan de bli en del av den resulterande CNT-produkten. [52] Sådana metalliska föroreningar kan vara problematiska för många CNT-applikationer. Katalysatorer som nickel , kobolt eller yttrium kan orsaka toxikologiska problem, till exempel. [53] Även om icke-inkapslade katalysatorer är relativt lätta att tvätta bort med mineralsyror , kräver inkapslade katalysatorer en oxidativ förbehandling för att öppna katalysatorernas beläggningsskal. [54] Effektivt avlägsnande av katalysatorer, särskilt inkapslade sådana, samtidigt som CNT-strukturen bibehålls är en komplex och tidskrävande procedur. Många CNT-reningsalternativ har redan studerats och individuellt optimerats för kvaliteten på de använda CNT:erna. [55] [56] Ett nytt tillvägagångssätt för rening av CNT, som gör det möjligt att samtidigt öppna och förånga inkapslade metallkatalysatorer, är den extremt snabba uppvärmningen av CNT och deras föroreningar i ett termiskt plasma. [57]

Anteckningar

1. ↑ Laboratoriet växer världsrekordlängd kolnanorör
2. ↑ 1 2 nanorör, kol . thesaurus.rusnano.com. Tillträdesdatum: 14 november 2017. (obestämd)
3. ↑ Spinning av nanorörfibrer vid Rice University - YouTube . Hämtad: 27 januari 2013. (obestämd)
4. ↑ Iijima, S. och Ichihashi, T. (1993) Single-Shell Carbon Nanorubes of 1-nm Diameter. Nature, 363, 603-605. http://dx.doi.org/10.1038/363603a0
5. ↑ Noriaki Hamada, Shin-ichi Sawada, Atsushi Oshiyama. Nya endimensionella ledare: Grafiska mikrotubuli  // Physical Review Letters. - 1992-03-09. - T. 68 , nej. 10 . - S. 1579-1581 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.68.1579 .
6. ↑ Kolnanorör, A. V. Eletsky, UFN, september 1997, v. 167, nr 9, art. 955
7. ↑ Alexander Grek Eld, vatten och nanorör // Popular Mechanics . - 2017. - Nr 1. - S. 39-47.
8. ↑ Skalbar produktion till låg kostnad och tillämpningar av enkelväggiga kolnanorör "SF Bay Area Nanotechnology Council  " . sites.ieee.org. Tillträdesdatum: 21 september 2017.
9. ↑ OCSiAl . ocsial.com. Tillträdesdatum: 21 september 2017. (ryska)
10. ↑ 1 2 Kolnanorör och deras emissionsegenskaper, A. V. Yeletsky, UFN, april 2002, volym 172, nr 4, art. 408
11. ↑ HW Kroto, JRHeath, SC O'Brien, RF Curl, RE Smalley, C60: Buckminsterfullerene, Nature 318 162 (1985)
12. ↑ S. Iijima, Helical microtubules of graphitic carbon, Nature 354 56 (1991)
13. ↑ A. Oberlin, M. Endo och T. Koyama. Högupplösta elektronmikroskopobservationer av grafitiserade kolfibrer Carbon, 14, 133 (1976)
14. ↑ Buyanov R. A., Chesnokov V. V., Afanasiev A. D., Babenko V. S. Karbidmekanism för bildning av kolavlagringar och deras egenskaper på järn-kromdehydreringskatalysatorer // Kinetics and catalysis 1977. Vol. 18. S. 1021.
15. ↑ JAE Gibson. tidiga nanorör? Nature 359, 369 (1992)
16. ↑ L. V. Radushkevich och V. M. Lukyanovich. På strukturen av kol som bildas under den termiska nedbrytningen av kolmonoxid på en järnkontakt. ZhFKh, 26, 88 (1952)
17. ↑ Kolnanorör i Damaskus-stål
18. ↑ D.E.H. Jones (Daedalus). New Scientist 110 80 (1986)
19. ↑ Z. Ya. Kosakovskaya, L. A. Chernozatonsky, E. A. Fedorov. Nanofiber kolstruktur. JETP Lett. 56 26 (1992)
20. ↑ M. Yu. Kornilov. Du behöver rörformigt kol. Chemistry and Life 8 (1985)
21. ↑ Chernozatonsky L. A. Sorokin P. B. Kolnanorör: från grundforskning till nanoteknik / Pod. ed. Yu.N. Bubnov. - M . : Nauka, 2007. - S. 154-174. - ISBN 978-5-02-035594-1 .
22. ↑ Science (Frank et al., Science, vol. 280, s. 1744); 1998
23. ↑ Vasili Perebeinos, Marcus Freitag, Phaedon Avouris. Kol-nanorör fotonik och optoelektronik  (engelska)  // Nature Photonics. — 2008-06. — Vol. 2 , iss. 6 . - S. 341-350 . — ISSN 1749-4893 . - doi : 10.1038/nphoton.2008.94 .
24. ↑ Alexander Högele, Christophe Galland, Martin Winger, Atac Imamoğlu. Photon Anti-bunching in the Photoluminescence Spectra of a Single Carbon Nanorube  // Physical Review Letters. - 2008-05-27. - T. 100 , nej. 21 . - S. 217401 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.100.217401 .
25. ↑ Stephen K. Doorn, Han Htoon, Hiromichi Kataura, Takeshi Tanaka, Atsushi Hirano. Avstämbar rumstemperatur enfoton-emission vid telekomvåglängder från sp3-defekter i kolnanorör  //  Nature Photonics. — 2017-09. — Vol. 11 , iss. 9 . - s. 577-582 . — ISSN 1749-4893 . - doi : 10.1038/nphoton.2017.119 .
26. ↑ Wolfram HP Pernice, Ralph Krupke, Carsten Rockstuhl, A. Korneev, G. Gol'tsman. Helt integrerad kvantfotonikkrets med en elektriskt driven ljuskälla  //  Nature Photonics. — 2016-11. — Vol. 10 , iss. 11 . - s. 727-732 . — ISSN 1749-4893 . - doi : 10.1038/nphoton.2016.178 .
27. ↑ Yao, juni; Jin, Zhong; Zhong, Lin; Natelson, Douglas; Tour, James M. Two-Terminal Nonvolatile Memories Based on Single-Walled Carbon Nanorubes   // ACS Nano : journal. - 2009. - 22 december ( vol. 3 , nr 12 ). - P. 4122-4126 . doi : 10.1021 / nn901263e .
28. ↑ Vasu, K.S.; Sampath, S.; Sood, AK Icke-flyktig unipolär resistiv omkoppling i ultratunna filmer av grafen och kolnanorör   // Solid State Communications : journal. - 2011. - Augusti ( vol. 151 , nr 16 ). - P. 1084-1087 . - doi : 10.1016/j.ssc.2011.05.018 .
29. ↑ Ageev, OA; Blinov, Yu F.; Il'in, OI; Kolomiitsev, AS; Konoplev, BG; Rubashkina, M.V.; Smirnov, V.A.; Fedotov, AA Memristoreffekt på buntar av vertikalt inriktade kolnanorör testade med skanningstunnelmikroskopi  //  Technical Physics: journal. - 2013. - 11 december ( vol. 58 , nr 12 ). - P. 1831-1836 . - ISSN 1063-7842 . - doi : 10.1134/S1063784213120025 .
30. ↑ Ageev, OA; Blinov, Yu F.; Il'in, OI; Konoplev, BG; Rubashkina, M.V.; Smirnov, V.A.; Fedotov, AA Studie av resistiv omkoppling av vertikalt inriktade kolnanorör genom scanning tunneling mikroskopi   // Physics of the Solid State : journal. - 2015. - 16 april ( vol. 57 , nr 4 ). — S. 825-831 . — ISSN 1063-7834 . - doi : 10.1134/S1063783415040034 .
31. ↑ Slyusar, V.I. Nanoantenner: tillvägagångssätt och framtidsutsikter. - C. 58 - 65. . Elektronik: vetenskap, teknik, affärer. - 2009. - Nr 2. C. 58 - 65 (2009). (obestämd)
32. ↑ Nyheter @ Mail.Ru: Kineserna har gått förbi alla - 18,5 centimeter långa
33. ↑ Nanobokstäver: flexibla, töjbara, genomskinliga kolnanorör tunnfilmshögtalare Arkiverade 1 november 2008 på Wayback Machine (29 oktober 2008)
34. ↑ iScience.ru - Framtiden är redan här, i våra nyheterSkapade konstgjorda muskler från kol och paraffin | iScience.ru — Framtiden är redan här, i våra nyheter. Vetenskapsnyheter
35. ↑ Elektriskt, kemiskt och fotoniskt driven vrid- och dragpåverkan av hybridkolnanorörsgarnmuskler: http://www.sciencemag.org/content/338/6109/928 Science 16 november 2012: Vol. 338 nr. 6109 s. 928-932 DOI: 10.1126/science.1226762
36. ↑ 360 koncept. Ett steg framåt i utvecklingen av batteriets energitäthet | Konstantin Tikhonov, OCSiAl |  ees International . www.ees-magazine.com. Tillträdesdatum: 21 september 2017.
37. ↑ SWCNT vs MWCNT och nanofibrer. Tillämpningar i litiumjonbatterier och transparenta ledande filmer (PDF-nedladdning tillgänglig  ) . researchgate. Tillträdesdatum: 21 september 2017.
38. ↑ Kolnanorör skapar "spektakulära " förbättringar av blybatterier  , Batteries International . Hämtad 21 september 2017.
39. ↑ En enorm framtid för små rör  (engelska)  (nedlänk) . www.specchemonline.com. Hämtad 21 september 2017. Arkiverad från originalet 30 mars 2017.
40. ↑ Iijima S, Nature (London) 354 56 (1991).
41. ↑ Peter JF Harris alls. "Högupplösningselektronmikroskopistudier av ett mikroporöst kol producerat genom bågförångning" // J. CHEM. SOC. FARADAY TRANS., 90(18), s. 2799-2802, (1994).
42. ↑ W.A. de Heer och D. Ugarte. "Kollökar producerade genom värmebehandling av kolsot och deras relation till 217,5 nm interstellär absorptionsfunktion" // Chem. Phys. Lett. 207, (1993) 480-486.
43. ↑ Guo T, Nikolaev P, Rinzler D, Tomanek DT, Colbert DT, Smalley R. "Self-Assembly of Tubular Fullerenes" // J. Phys. Chem. 99:10694-7 (1995).
44. ↑ V. Ivanov överhuvudtaget. "Katalytisk produktion och rening av nanorubuli med fullerenskaladiametrar". Carbon 33, 12, (1995) 1727-1738.
45. ↑ P.R. Couchman och W.A. Jesser. "Termodynamisk teori om storleksberoende av smälttemperatur i metaller". Nature 269, (1977) 481-483.
46. ↑ Xu, F., Zhao, H., Tse, SD Kolnanorörssyntes på katalytiska metallegeringar i metan-/luftmotströmsdiffusionsflammor  //  Proceedings of the Combustion Institute: artikel. - 2007. - Vol. 31 . - P. 1839-1847 .
47. ↑ Pawel Mierczynski, Sergey V. Dubkov, Sergey V. Bulyarskii, Alexander A. Pavlov, Sergey N. Skorik. Tillväxt av kolnanorörsarrayer på olika CtxMey-legeringsfilmer genom kemisk ångavsättningsmetod  // Journal of Materials Science & Technology. - doi : 10.1016/j.jmst.2017.01.030 .
48. ↑ Kolnanorör flätade till en elektriskt ledande fiber
49. ↑ Utvärdering av effekten av flerskiktiga kolnanorör på det morfofunktionella celltillståndet i tunntarmen hos möss . cyberleninka.ru. Tillträdesdatum: 21 september 2017. (obestämd)
50. ↑ REACH-registrering slutförd för Single-Wall Carbon Nanorubes  // PCI Magazine. - 2016. - 16 oktober. Arkiverad från originalet den 24 november 2016.
51. ↑ Yamada T., Namai T., Hata K., Futaba D.N., Mizuno K., Fan J., et al. Storleksselektiv tillväxt av dubbelväggiga kolnanorörskogar från konstruerade järnkatalysatorer  // Nature Nanotechnology  : journal  . - 2006. - Vol. 1 . - S. 131-136 . - doi : 10.1038/nnano.2006.95 .
52. ↑ MacKenzie KJ, Dunens OM, Harris AT En uppdaterad översyn av syntesparametrar och tillväxtmekanismer för kolnanorör i fluidiserade bäddar  //  Industrial & Engineering Chemical Research: journal. - 2010. - Vol. 49 . - P. 5323-5338 . - doi : 10.1021/ie9019787 .
53. ↑ Jakubek LM, Marangoudakis S., Raingo J., Liu X., Lipscombe D., Hurt RH Hämningen av neuronala kalciumjonkanaler genom spårnivåer av yttrium som frigörs från kolnanorör  //  Biomaterials: journal. - 2009. - Vol. 30 . - P. 6351-6357 . - doi : 10.1016/j.biomaterials.2009.08.009 .
54. ↑ Hou PX, Liu C., Cheng HM. Rening av kolnanorör  //  Kol. — Elsevier , 2008. — Vol. 46 . - P. 2003-2025 . - doi : 10.1016/j.carbon.2008.09.009 .
55. ↑ Ebbesen TW, Ajayan PM, Hiura H., Tanigaki K. Rening av nanorör   // Nature . - 1994. - Vol. 367 . — S. 519 . - doi : 10.1038/367519a0 .
56. ↑ Xu YQ, Peng H., Hauge RH, Smalley RE Kontrollerad flerstegsrening av enkelväggiga kolnanorör  //  Nano Letters : journal. - 2005. - Vol. 5 . - S. 163-168 . - doi : 10.1021/nl048300s .
57. ↑ Meyer-Plath A., Orts-Gil G., Petrov S et al. Plasma-termisk rening och glödgning av  kolnanorör //  Kol : journal. — Elsevier , 2012. — Vol. 50 . - P. 3934-3942 . - doi : 10.1016/j.carbon.2012.04.049 .

Se även

• isomeri
• nanomotor
• Grafen
• Fullerener
• Aerografit
• Vantablack

Litteratur

• Lozovik Yu.E., Popov A.M. Bildning och tillväxt av kolnanostrukturer - fullerener, nanopartiklar, nanorör och koner  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1997. - T. 167 , nr 7 . - S. 751-774 . (ryska)
• Lozovik Yu.E., Popov A.M. Egenskaper och nanoteknologiska tillämpningar av nanorör  // Uspekhi Fizicheskikh Nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 2007. - T. 177 . - S. 786-799 . (ryska)
• Dyachkov P.N. Kolnanorör: struktur, egenskaper, tillämpningar. — M .: Binom, 2006. — 293 sid.
• Slyusar, V.I. Nanoantenner: tillvägagångssätt och framtidsutsikter. - C. 58 - 65. . Elektronik: vetenskap, teknik, affärer. - 2009. - Nr 2. C. 58 - 65 (2009). (obestämd)

Länkar

• Artikel av Igor Ivanov på webbplatsen för "Physical Laboratory of Schoolchildren"
• Webbplats om nanorör av Fjodor Senatov
• Artikel i tidningen "1 september"
• Marknadsundersökning av kolnanorörsmarknaden
• Kompositmaterial med en polymermatris och modifieringsmedel som innehåller fulleren
• http://www.gazeta.ru/science/2009/10/26_a_3276968.shtml
• http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/9_23/n.asp?file=perst.htm&label=K_9_23_11  (inte tillgänglig länk)
• AFM-bild av kolnanorör

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska stor kines Britannica (online) Britannica (online) Universalis
I bibliografiska kataloger	GND : 4581365-6 J9U : 987007572833305171 LCCN : sh2013002061 NDL : 00722909