Нове структуре угљеничних наноцеви са хибридним материјалима који модификују њихова изузетна својства

Наноматеријали на бази угљеника, као што су угљеничне наноцеви (CNT), фулерени и графен, интересантни су због својих јединствених физичких својстава. Нова студија истражује потенцијал хибридних наноструктура и представља нову порозну хибридну структуру графена CNT са значајним термичким и механичким својствима.

Ова студија показује како се значајна својства нових графенских CNT хетероструктура могу променити благом променом суштинског геометријског распореда CNT и графена, као и различитих пунила.

Способност прецизне контроле топлотне проводљивости и механичке чврстоће у графенским CNT хибридним структурама чини га потенцијално погодним кандидатом за разне примене, посебно у напредној ваздухопловној производњи где су тежина и чврстоћа критични.

Угљеничне наноструктуре: угљеничне наноцеви, графен, фулерени

Угљеничне наноструктуре и смеше вишеструких угљеничних наноструктура су недавно испитиване као потенцијални кандидати за бројне сензорске, фотонапонске, антибактеријске, складиштење енергије, горивне ћелије и примене у побољшању животне средине.

Најистакнутије проучаване наноструктуре на бази угљеника изгледа да су угљеничне нанотријумске цеви, графен и фулерени. Због своје изузетно мале величине, ове структуре показују јединствена термичка, механичка, електронска и биолошка својства.

Структуре мерене у субнанометарском опсегу функционишу у складу са посебним законима квантне физике, тако да се могу користити за искоришћавање неинтуитивних феномена као што су квантно тунелирање, квантна суперпозиција и квантно испреплетање.

Угљеничне наноцеви су цеви направљене од угљеника и пречника су само неколико нанометара. Угљеничне наноцеви показују изузетну електричну проводљивост, а неке су полупроводнички материјали.

Због своје наноструктуре и јачине ковалентних веза формираних између атома угљеника, угљеничне наноцеви такође имају високу затезну чврстоћу и топлотну проводљивост.

Угљеничне наноцеви су потенцијално вредни материјали за електронику, оптику и композите и могле би да замене угљенична влакна у наредних неколико година. Нанотехнологија и наука о материјалима такође користе угљеничне наноцеви у својим истраживањима.

Графен је изомер угљеника у облику једног слоја атома угљеника распоређених у дводимензионалну решеткасту структуру која се састоји од шестоугаоника. 2004. године је дошло до прве изолације графена у низу пионирских експеримената научника Ендруа Гејма и Константина Новоселова на Универзитету у Манчестеру у Великој Британији, што им је донело Нобелову награду за физику 2010. године.

У деценијама које су уследиле, графен је постао користан наноматеријал са изузетно високом затезном чврстоћом, транспарентношћу и електричном проводљивошћу за широк и разноврстан спектар примена у електроници, сензорима и другим напредним технологијама.

Хлерен је још један изомер угљеника који је познат већ неко време. Његов молекул се састоји од атома угљеника који су повезани једноструким и двоструким везама у мрежу која може бити затворена или делимично затворена. Мрежа је спојена у прстен од пет, шест или седам атома.

Молекули фулерена могу бити шупље сфере, елипсоидни, цевасти или многих других облика и величина. Графен се може сматрати екстремним чланом породице фулерена, иако се сматра чланом сопствене класе материјала.

Хибридне наноструктуре

Поред опсежних истраживања уложених у разумевање и карактеризацију ових угљеничних наноструктура појединачно, научници такође истражују својства хибридних наноструктура које комбинују два или више наноструктурираних елемената у један материјал.

На пример,пениимају подесива својства која их чине погодним за практичне примене као што су пројектовање сендвич структура, биокомпатибилних дизајна и пројектовање структура високе чврстоће и мале тежине.

Нанопене на бази угљеника су такође коришћене у медицини за испитивање оштећења костију и као основа за замену коштаног ткива.

Саћасте структуре на бази угљеника производе се хемијским таложењем из парне фазе (CVD) и третманом у раствору. Методе синтеровања искрном плазмом (SPS) су такође примењене за употребу графена у биолошке и медицинске сврхе.

Научници су стога тражили начине да тродимензионалне структуре угљеничне пене учине стабилним. Истраживања су показала да је потребно формирати стабилне везе између различитих врста структура (угљеничне наноцеви, фулерена и графена) како би овај материјал био довољно стабилан за широк спектар примене.

Нова истраживања о хибридним наноструктурама

Ново истраживање машинских инжењера на Техничком универзитету у Истанбулу у Турској представља нови тип хибридне наноструктуре формиране хемијским везивањем.

Порозне графенске CNT структуре се праве организовањем графена око CNT у нанотракама. Различити геометријски распореди слојева графенских нанотрака око угљеничних наноцеви (квадратни, хексагонални и дијамантски обрасци) доводе до различитих физичких својстава која се примећују у материјалу, што сугерише да се ово геометријско преуређење може користити за фино подешавање нових структура.

Истраживачи су, на пример, открили да структуре уметнуте са фулеренима показују значајну компресивну стабилност и чврстоћу без жртвовања затезне чврстоће. Геометријски распоред угљеничних наноструктура такође је имао значајан утицај на њихова термичка својства.

Истраживачи кажу да ове нове хибридне наноструктуре нуде важне предности, посебно за ваздухопловну индустрију. Наноструктуре са овим хибридним структурама би се такође могле користити за складиштење водоника и наноелектронику.