Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки это новый углеродный материал, представляющий собой цилиндрические структуры с диаметром порядка нескольких нанометров, состоящие из свернутых в трубку графитовых плоскостей. Нанометр равен одной миллиардной части метра, что составляет около одной десятитысячной толщины человеческого волоса. Графитовая плоскость представляет собой непрерывную гексагональную сетку с атомами углерода в вершинах шестиугольников.
Углеродные нанотрубки могут различаться по длине, диаметру, хиральности (симметрии свернутой графитовой плоскости) и по количеству слоев. И хотя углеродные нанотрубки образованы, по сути, из плоскостей графита, в зависимости от структуры, они могут обладать как полупроводниковыми, так и металлическими свойствами.
Углеродные нанотрубки обычно имеют диаметр от <1 нм до 50 нм. Их длина, как правило, составляет несколько микрон, но последние достижения сделали возможным производство нанотрубок с длиной до нескольких сантиметров.
Структура углеродных нанотрубок.
Свойства углеродных нанотрубок
Уникальное сочетание механических и электронных свойств углеродных нанотрубок делает их лучшимим в ряду углеродных волокон. В приведенных ниже таблицах (Таблица 1 и Таблица 2) сравниваются некоторые свойства углеродных нанотрубок и других конструкционных материалов.
В целом, углеродные нанотрубки демонстрируют уникальное сочетание жесткости, прочности и упругости по сравнению с другими волокнистыми материалами, которым обычно не хватает одного или нескольких из этих свойств. Тепло-и электропроводность углеродных нанотрубок также очень высока и сравнима с другими проводящими материалами.
Таблица 1. Механические свойства углеродных нанотрубок
| Волокнистый материал | Удельная плотность (г/см3) | Модуль Юнга (ТПа) | Предел прочности (ГПа) | Удлинение при разрыве (%) |
|---|---|---|---|---|
| Углеродные нанотрубки | 1.3 - 2 | 1 | 10 - 60 | 10 |
| Легированная cталь | 7.8 | 0.2 | 4.1 | < 10 |
| Углеродное волокно (полиакрилонитрил) | 1.7 - 2 | 0.2 - 0.6 | 1.7 - 5 | 0.3 - 2.4 |
| Углеродное волокно (пек) | 2 - 2.2 | 0.4 - 0.96 | 2.2 - 3.3 | 0.27 - 0.6 |
|
Стекловолокно типа E/S (E/S glass) |
2.5 | 0.07 / 0.08 | 2.4 / 4.5 | 4.8 |
| Kevlar* 49 | 1.4 | 0.13 | 3.6 - 4.1 | 2.8 |
Таблица 2. Транспортные свойства углеродных нанотрубок
| Материал | Удельная теплопроводность (Вт/(м∙К)) | Электропроводность (См/м) |
|---|---|---|
| Углеродные нанотрубки | > 3000 | 106 - 107 |
| Медь | 400 | 6 x 107 |
| Углеродное волокно (пек) | 1000 | 2 - 8.5 x 106 |
| Углеродное волокно (полиакрилонитрил) | 8 - 105 | 6.5 - 14 x 106 |
Применение углеродных нанотрубок
Технологии на основе углеродных нанотрубок могут быть использованы для широкого спектра областей:
- Проводящие пластмассы
- Структурные композиционные материалы
- Плоские дисплеи
- Хранение газа
- Противообрастающие краски для защиты подводных частей
- Микро-и наноэлектроника
- Радиопоглощающие покрытия
- Технический текстиль
- Ультраконденсаторы (ионисторы)
- Зонды для атомно-силового микроскопа (АСМ)
- Элементы питания с улучшенным сроком службы
- Газовые биосенсоры
- Высокопрочные волокна.
Видео про углеродные нанотрубки.
Статьи по теме
Технический углерод
Технический углерод - высокодисперсный углеродистый материал, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов (природных или промышленных газов, жидких продуктов нефтяного или каменноугольного происхождения).
Наноиндентирование
Индентирование производится вдавливанием в изучаемый образец индентора, обладающего известными механическими свойствами — формой, модулем упругости и т. д., с заданным усилием.