Углеродные нанотрубки свойства и применение. Углеродные нанотрубки: уникальные наноматериалы с широким спектром применения

Что представляют собой углеродные нанотрубки. Как они были открыты и как их получают. Какими уникальными свойствами обладают углеродные нанотрубки. Где они уже применяются и в каких областях могут найти применение в будущем.

Что такое углеродные нанотрубки и как они устроены

Углеродные нанотрубки (УНТ) — это цилиндрические структуры диаметром от менее 1 нм до 50 нм, состоящие из свернутых в трубку графитовых плоскостей. Длина нанотрубок обычно составляет несколько микрон, но может достигать и нескольких сантиметров.

Выделяют два основных типа УНТ:

• Одностенные — состоят из одного свернутого графенового листа
• Многостенные — состоят из нескольких вложенных друг в друга цилиндров

В зависимости от способа сворачивания графенового листа, нанотрубки могут обладать металлическими или полупроводниковыми свойствами. Это определяется их хиральностью — углом ориентации графеновой плоскости относительно оси трубки.

История открытия и исследования углеродных нанотрубок

Первые упоминания о возможности существования углеродных нитей нанометрового диаметра относятся еще к концу 19 века. Однако официальное открытие многостенных УНТ приписывают японскому ученому Сумио Иидзиме, опубликовавшему в 1991 году статью об их получении методом электродугового испарения графита.

Открытие одностенных УНТ произошло в 1993 году независимо двумя группами исследователей — Иидзимы и Бетьюна. С этого момента начался бурный рост исследований в области углеродных нанотрубок.

Основные методы получения углеродных нанотрубок

В настоящее время существует несколько основных методов синтеза УНТ:

• Электродуговое испарение графитовых электродов
• Лазерная абляция графитовой мишени
• Каталитическое разложение углеводородов (CVD-метод)

Наиболее перспективным считается CVD-метод, позволяющий получать большие количества достаточно чистых УНТ. При этом можно контролировать структуру нанотрубок, варьируя параметры синтеза.

Уникальные свойства углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки обладают целым комплексом уникальных свойств:

• Сверхвысокая прочность (до 60 ГПа) при малом удельном весе
• Высокий модуль Юнга (до 4.2 ТПа)
• Высокая гибкость и упругость
• Отличная электро- и теплопроводность
• Большая удельная поверхность
• Химическая и термическая стабильность

Такое сочетание свойств делает УНТ перспективными для применения во многих областях.

Области применения углеродных нанотрубок

Благодаря своим уникальным свойствам, УНТ находят все более широкое применение:

• Создание сверхпрочных композиционных материалов
• Электроника (транзисторы, дисплеи, суперконденсаторы)
• Энергетика (солнечные элементы, топливные ячейки)
• Медицина и биотехнологии (биосенсоры, доставка лекарств)
• Очистка воды и воздуха (сорбенты)
• Катализ

Потенциал применения УНТ огромен, и исследования в этой области активно продолжаются.

Методы исследования и характеризации углеродных нанотрубок

Для изучения структуры и свойств УНТ применяется целый комплекс методов:

• Электронная микроскопия (СЭМ, ПЭМ)
• Сканирующая зондовая микроскопия (АСМ, СТМ)
• Спектроскопия комбинационного рассеяния
• Рентгеновская дифракция
• Оптическая спектроскопия
• Термогравиметрический анализ

Комбинация этих методов позволяет всесторонне охарактеризовать полученные нанотрубки.

Функционализация и модификация углеродных нанотрубок

Для улучшения свойств и расширения областей применения проводят модификацию УНТ:

• Очистка от примесей
• Окисление и прививка функциональных групп
• Допирование гетероатомами (N, B, P и др.)
• Заполнение внутренних полостей
• Декорирование наночастицами металлов

Это позволяет целенаправленно изменять свойства нанотрубок под конкретные задачи.

Перспективы и проблемы использования углеродных нанотрубок

Несмотря на огромный потенциал, широкое применение УНТ сдерживается рядом факторов:

• Высокая стоимость производства
• Сложность получения УНТ с заданными характеристиками
• Проблемы равномерного распределения в матрицах
• Потенциальная токсичность для организма и окружающей среды

Решение этих проблем — важная задача для дальнейшего развития технологий на основе углеродных нанотрубок.

Углеродные нанотрубки, их свойства, структура и применение

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.

Углеродные нанотрубки. Большая российская энциклопедия

Углеро́дные нанотру́бки (УНТ), наноразмерные цилиндры, сформированные свёрнутым графеновым листом. В трубчатой молекуле УНТ каждый атом углерода находится в состоянии смешанной sp²‑sp³‑гибридизации. Свёрнутый графеновый слой в углеродной нанотрубке представлен гексагональной структурой, состоящей из углеродных шестигранников, в которых атомы углерода связаны друг с другом прочной ковалентной связью.

Углеродная нанотрубка. Видео: Никита Романов.

Структура и типы углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки можно разделить на два основных типа:

1.одностенные углеродные нанотрубки, состоящие из одного графенового листа, свёрнутого в трубку;

2.многостенные углеродные нанотрубки, которые состоят из нескольких графеновых слоев, обёрнутых друг вокруг друга.

В случае одностенных УНТ на каждом из атомов углерода находится пара π‑электронов, не участвующих в образовании связи и формирующих сопряжённое π‑электронное облако по всей длине УНТ. Одностенные УНТ имеют диаметр от 0,7 до 2 нм и длину от нескольких микрон до нескольких миллиметров. В зависимости от направления, в котором свёрнут лист графена, возможна различная хиральность. Она определяется углом хиральности между углеродными шестиугольниками и осью трубки. Радиус-вектор характеризуется парой индексов хиральности n и m, которые являются целыми числами, соответствующими количеству единичных векторов вдоль двух направлений в решётке графена, образующего углеродную нанотрубку.

Одностенные УНТ можно разделить на три типа по хиральности:

1. УНТ с конфигурацией «кресло», когда индексы m = n.

2. УНТ с зигзагообразной конфигурацией, когда индекс m = 0.

3. УНТ с хиральной конфигурацией, которая является промежуточной между двумя вышеобозначенными (m ≠ n ≠ 0).

   Иллюстрация: Андрей Иванов.

Многостенные углеродные нанотрубки представляют собой несколько концентрических трубок из свёрнутых графеновых листов, располагающихся одна в другой (по типу «матрёшки»). В некоторых случаях структура многостенной нанотрубки может формироваться из одного графенового листа, скрученного вокруг самого себя (по типу «листа в пергаменте»). В случае многостенных УНТ атомы углерода внутри слоя связаны прочными ковалентными связями. Каждый слой многостенной УНТ связан с другим слоем слабым ван-дер-ваальсовым взаимодействием, за счёт чего расстояние между слоями близко к расстоянию между слоями в графите и составляет около 3,4 Å. Многостенные УНТ могут иметь внешний диаметр от 2 до 100 нм, а их длина достигает нескольких сотен микрон.

Углеродная нанотрубка представляет собой бездефектный свёрнутый слой графена, однако в ходе синтеза в нанотрубке могут возникать дефекты. Большое количество дефектов может оказывать влияние на физико-химические свойства УНТ, в то время как ограниченное количество дефектов может иметь незначительное влияние или вообще не влиять на характеристики УНТ.

История открытия и исследования углеродных нанотрубок

Впервые о возможности образования углеродных «нитей» при термическом разложении газообразного углеводорода (метана) было сообщено в 1889 г. в патенте, предлагавшем использование таких нитей в электрических лампах, которые недавно были продемонстрированы Т. Эдисоном на Всемирной выставке в Париже. Другие ранние доклады о возможности существования углеродных «нитей» были представлены двумя статьями Французской академии наук. Данные публикации имеют отношение к открытию многостенных нанотрубок, поскольку в них показано, что толстые углеродные нити, выращенные из паровой фазы углеводорода, получаются в результате двухстадийного механизма, первая стадия которого соответствует каталитическому росту нанотрубки, а вторая – стадии её утолщения при пиролитическом осаждении углерода без участия катализатора.

Благодаря изобретению просвечивающего электронного микроскопа (первые коммерческие версии которого были выпущены фирмой Siemens в 1939), в 1950-х гг. был достигнут значительный прогресс в изучении морфологии и внутренней структуры углеродных «нитей». Первое доказательство трубчатой структуры некоторых наноразмерных углеродных «нитей» с помощью просвечивающей микроскопии появилось в 1952 г. в советском «Журнале физической химии». Изображения с микроскопа, опубликованные в статье Л. В. Радушкевича и В. М. Лукьяновича, подтвердили наличие внутренней полости в углеродных «нитях». Указанное в публикации значение увеличения микроскопа позволяло определить, что диаметры углеродных трубок находятся в диапазоне 50 нм, т. е. данные трубки являются наноразмерными. После этого последовало множество статей, опубликованных в ряде журналов, включая Carbon, многочисленными авторами, такими как Т. Бэрд, Р. Т. Бейкер, Х. П. Бём, М. Эндо, П. С. Харрис, А. Оберлин, Д. Робертсон, Д. П. Уокер и т. д.

В стенках нанотрубок было невозможно различить графеновые слои, потому что разрешение просвечивающих электронных микроскопов лежало только в нанометровом диапазоне. Точное подтверждение структуры многостенных УНТ стало возможным в 1970-е гг., когда просвечивающие микроскопы достигли бо́льшей разрешающей способности

Открытие многостенных углеродных нанотрубок приписывается Иидзиме Сумио, который в 1991 г. опубликовал в журнале Nature новаторскую статью, посвящённую их образованию в твёрдом осадке, образующемся на катоде в ходе электродуговых экспериментов по получению фуллеренов. Эта работа является первым доказательством возможности выращивания многостенных УНТ без необходимости использования какого-либо катализатора. Огромное влияние статьи Иидзимы в 1991 г. было обусловлено сочетанием ряда факторов; среди них – публикация статьи в журнале Nature, который читают учёные, занимающиеся фундаментальными исследованиями в области химии, физики и материаловедения, а также связь с более ранним известным открытием вещества в наноразмерном состоянии, фуллерена.

Авторы научных публикаций, посвящённых углеродным нанотрубкам, утверждают, что заслуга открытия одностенных углеродных нанотрубок также принадлежит Иидзиме. Формирование одностенных УНТ было впервые описано в двух публикациях июньского номера журнала Nature в 1993 г. – Иидзимы Сумио в соавторстве с Тосинари Итихаси из японской корпорации NEC и Д. Бетьюна с соавторам из IBM (США, Калифорния). Открытие одностенных нанотрубок было совершено в ходе неудачной попытки получения многостенных углеродных нанотрубок, внутреннее пространство которых заполнено переходными металлами. Приоритет открытия принадлежит японской группе, т. к. их статья была подана в журнал на месяц раньше американской.

Методы получения углеродных нанотрубок

Методы получения УНТ начали активно развивать в 1990-х гг. Иидзима Сумио впервые получил углеродные нанотрубки методом электродугового разряда в 1991 г. До этого момента данный метод применялся для получения фуллеренов, но оказался также пригодным для получения углеродных нанотрубок. Метод электродугового разряда заключается в создании электрической дуги между углеродными катодом и анодом. При этом происходит испарение углерода с анода и его осаждение на катоде в виде углеродных нанотрубок.

В 1995 г. Р. Э. Смолли и его коллегами из Университета Райса были получены углеродные нанотрубки путём лазерного испарения графита. В 1995 г. T. Гуо,  Р.Э. Смолли и их коллегами из Университета Райса были получены углеродные нанотрубки путем лазерной абляции графита. Данный метод схож с методом электродугового разряда. Метод лазерной абляции заключается в испарении углерода с помощью лазерного излучения и его последующем осаждении на охлаждаемой ловушке. Недостатками методов электродугового разряда и лазерной абляции являются небольшой размер источников углерода для роста УНТ, что затрудняет возможности масштабирования процесса, а также присутствие в углеродных нанотрубках большого количества примесей, которые представлены фуллеренами, наноразмерными графитовыми частицами и аморфным углеродом.

В 1996 г. Ли Вэньчжи получил углеродные нанотрубки методом осаждения из газовой фазы (CVD-метод). Данный метод заключается в подаче углеродсодержащего сырья в реактор, заполненный инертным газом, и осаждении углеродсодержащего сырья на подложку с катализатором. В качестве углеродсодержащего сырья выступают ацетилен, бензол, гексан и другие углеводороды, а  катализаторами процесса такие металлы, как Fe, Co, Ni. На сегодняшний день CVD-метод выступает в качестве основного метода для получения УНТ, т. к. сочетает в себе простоту конструкции, дешевизну сырья, возможность получения больших количеств нанотрубок (до килограммов) и высокую чистоту полученного материала (выше 95%). Среди факторов, оказывающих влияние на структуру УНТ, полученных CVD-методом, можно выделить следующие: структура катализатора и подложки, состав сырья, температура и скорость потока газа.

Иллюстрация: Андрей Иванов.

Очистка и химические свойства углеродных нанотрубок

Очистка УНТ после синтеза требуется для удаления примесей аморфного углерода, фуллеренов, графита и металла-катализатора. Химическая очистка УНТ заключается в обработке нанотрубок растворами кислот (HNO₃, H₂SO₄) или их смесей с окислителем (KMnO₄, H₂O₂). Ввиду высокой инертности УНТ они либо не взаимодействуют, либо ограниченно взаимодействуют с реакционной смесью, в то время как примеси, которые характеризуются большим количеством дефектов и большей реакционной поверхностью, вступают в реакцию окисления. Химическая очистка проводится в сочетании с физическими методами воздействия (ультразвуковая обработка, термическая обработка и фильтрация).

Для улучшения свойств и расширения областей применения УНТ используются различные приёмы, связанные с химией углеродных нанотрубок, которые условно можно разделить на следующие группы: функционализация и допирование различными гетероатомами.

С увеличением окислительной активности смеси проходит взаимодействие углеродных нанотрубок с сильными окислителями (концентрированная азотная кислота и концентрированная серная кислота в присутствии окислителя). Такие реакции называются реакциями функционализации углеродных нанотрубок, в ходе которых на поверхности УНТ образуются различные функциональные группы (карбоксильные, карбонильные и гидроксильные).

Как отдельный тип реакций выделяют невалентную функционализацию УНТ, в ходе которой не происходит химической реакции с изменением степени окисления углерода. При невалентной функционализации происходит модификация поверхности УНТ молекулой за счёт ван-дер-ваальсового взаимодействия. Невалентную функционализацию осуществляют с помощью молекул полимеров, поверхностно-активных веществ и биомолекул, таких как белки и ДНК.

Для углеродных нанотрубок характерны реакции допирования атомами азота, бора, фосфора, кремния, серы и др. Допирование с помощью реакции замещения происходит при прямом взаимодействии УНТ с молекулами, содержащими гетероатом, при высокой температуре и в инертной атмосфере. В случае с бором происходит реакция замещения при взаимодействии УНТ с оксидом бора или борной кислотой. Ко второму способу допирования относится ввод соединений, содержащих гетероатом, в смесь с углеродсодержащим прекурсором. Возможно получение УНТ, содержащих B, N, Si, P и S, путём ввода B(OCH₃)₃, NH₃, CH₃OSi(CH₃)₃, P(C₆H₅)₃ и CS₂ в смесь с углеводородом для роста нанотрубок CVD-методом.

Методы исследования углеродных нанотрубок

Спектроскопия комбинационного рассеяния (или рамановская спектроскопия) является неразрушающим методом, который характеризует структуру УНТ, их дефектность и нарушения решётки. Спектр комбинационного рассеяния представляет собой зависимость интенсивности сигнала от сдвига комбинационного рассеяния (см

-1). УНТ обычно характеризуются наличием трёх пиков: G-пика, появление которого характеризует наличие sp²-гибридизованных атомов углерода в структуре, D-пика, который характеризует наличие дефектов и ещё одна полоса, сдвиг которой зависит от хиральности и диаметра УНТ.

Рентгенофазовый анализ основан на дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решётке различных веществ. Данный метод используется для получения информации о расстоянии между слоями в многостенных углеродных нанотрубках, структурной деформации и примесях, содержащихся в УНТ.

Ультрафиолетовая спектроскопия и спектроскопия в видимой области света основаны на получении спектра поглощения или отражения в соответствующей области света и применяются для характеристики УНТ в суспензиях. По мере диспергирования УНТ раствор становится темнее и поглощает больше света, поэтому максимальное поглощение характеризует качество дисперсии. УНТ в водном растворе характеризуются поглощением между 262 и 230 нм в ультрафиолетовом и видимом спектре соответственно.

Инфракрасная фурье-спектроскопия заключается в поглощении инфракрасного излучения материалом. ИК-спектр можно визуализировать в виде зависимости поглощения инфракрасного света от частоты или длины волны. При характеристике УНТ инфракрасная спектроскопия часто используется для определения примесей, оставшихся после синтеза, или молекул, связанных c поверхностью нанотрубок. С помощью данного метода можно обнаружить функциональные группы на поверхности УНТ, содержащие кислород.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) используется для получения изображения путём сканирования поверхности сфокусированным пучком электронов. Электроны взаимодействуют с атомами в образце, создавая сигналы, содержащие информацию о топографии поверхности и составе образца. Метод используется для исследования морфологии и степени агломерации УНТ.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) – это метод микроскопии, при котором пучок электронов проходит через образец для формирования изображения. Большая разрешающая способность позволяет различить графеновые слои, составляющие стенки углеродных нанотрубок, определить расстояние между ними и их количество, различить некоторые дефекты в сетке УНТ. С помощью ПЭМ  можно наблюдать частицы металлического катализатора в структуре полученных нанотрубок и различать функциональные группы, закреплённые на поверхности УНТ.СТМ-изображение атомарного разрешения углеродных нанотрубок, упакованных в пучок.

Изображение предоставлено Владимиром Неволиным.

Сканирующая атомно-силовая микроскопия и сканирующая туннельная микроскопия представляют собой разновидности сканирующей зондовой микроскопии и используются для определения рельефности поверхности материала. Принцип работы сканирующего атомно-силового микроскопа основан на измерении сил притяжения и отталкивания между наконечником (зондом) микроскопа и поверхностью исследуемого образца, расстояние между которыми составляет несколько нанометров. При этом достигается разрешение до десятых долей нанометра. Сканирующая туннельная микроскопия применяется для исследования проводящих материалов с использованием проводящего зонда, с помощью которого можно достичь разрешения от 0,1 нм до 0,01 нм. Чрезвычайно высокое разрешение сканирующих зондовых микроскопов позволяет напрямую различать расположение атомов в структуре УНТ, а также наблюдать изгиб и рельефность её поверхности.

Свойства и применение углеродных нанотрубок

Благодаря уникальному сочетанию физико-химических свойств углеродные нанотрубки считаются перспективными для использования в сферах строительства, экологии, катализа, разработки электронных устройств и биотехнологии.

Теоретические расчёты показали, что прочность УНТ может достигать 60 ГПа. Измеренная прочность на изгиб многостенных УНТ составила 14,2 ГПа. Модуль Юнга составил 4,2 ТПа. Крайне высокая прочность на разрыв, гибкость и модуль Юнга позволяют использовать УНТ как добавки к композиционным материалам. Высокая удельная поверхность и функционализация УНТ обеспечивает хорошую адгезию между полимерной матрицей и поверхностью наполнителя. УНТ можно диспергировать и вводить в различные материалы – такие как пены, плёнки, полимерные волокна и т. д. Включение УНТ в полимерную матрицу приводит к увеличению её модуля Юнга и предела прочности при растяжении.

Проводимость одностенных углеродных нанотрубок может достигать 10⁶ См/м при комнатной температуре, многостенных нанотрубок – 10⁵ См/м. Теплопроводность многостенных УНТ составляет 3000 Вт/(м∙К), одностенных – 2000 Вт/(м∙К). Высокая электро-, теплопроводность и химическая стойкость обеспечивают возможность применения углеродных нанотрубок в качестве анодного материала для литий-ионных аккумуляторов и электронных сенсоров. Перспективным направлением научных исследований является создание на основе УНТ биосенсоров, т. к. УНТ сопоставимы по размеру с белками и ДНК. Ещё одним возможным применением УНТ в области биотехнологий является использование углеродных нанотрубок в качестве основы для доставки лекарств, благодаря наноразмерному состоянию и возможности невалентного связывания с различными биомолекулами.

Высокая удельная поверхность и химическая инертность позволяют применять УНТ в качестве сорбентов катионов тяжёлых металлов (Hg(II), Pb(II), Cr(VI), Cd(II), As(III)/(V), Co(II), U(VI) и др.) для очистки сточных вод. УНТ используются как подложки для металлических катализаторов (Pd, Au, Ru, Rh, CeO₂, RuO₂, MgO и др.) для высокотемпературных каталитических процессов, таких как риформинг и синтез Фишера – Тропша.

Иванов Андрей Владимирович

Дата публикации:  18 мая 2022 г. в 22:44 (GMT+3)

Издательство Juniper | Журнал открытого доступа

Engineering Group

Pharma Group

Медицинская группа

Группа здравоохранения

Общие науки

Микробиологическая группа

PDF

PDF (портативный формат документов) — это формат файла, который схватил

PDF.

HTML

База данных HTML представляет собой сборник документов

Подробнее

Электронные книги

Издатели Juniper с честью принимают написанные электронные книги

Посмотреть ещё

Juniper Publishers Vision

«Содействовать созданию, распространению и применению научных знаний на благо общества и улучшению жизни людей. Основная миссия издательства Juniper — постоянно прилагать усилия для преобразования научной информации от исследователей со всего мира, в легкодоступные данные путем публикации на нашем веб-сайте. Наше видение состоит в том, чтобы создать открытую научную платформу, где у всех есть равные возможности искать, делиться и генерировать знания, расширяя возможности исследователей и ученых в их повседневной работе».

Последние статьи

1 2345678910Следующая

История болезни

Мнение

Исследовательская статья

Мини-обзор

Клиническое изображение

История болезни

Магнитно-резонансная томография (МРТ) метастатических опухолей кожи головы, черепа и твердой мозговой оболочки в случае саркомы Юинга, с обзором литературы

Рейес-Перес Хуан Армандо, Хименес-Де Лос Сантос Майра Эвелия, Видаурре-Эррера Клара Алехандра, Вилласенор Наварро Иоланда, Пачеко-Браво Ирланда, Саласар-Лопес Алехандро, Мартинес Тлауэль Хорхе Луис, Кано-Вальдес Ана Мария и Соллосо-Дюпон Исабель*

Международный журнал Cancer Therapy & Oncology

DOI:10. 19080/CTOIJ.2023.23.556119

Исследовательская статья

Обзорная статья

Основные сведения о пневмокониозе, ошибочно диагностированном подтипе диффузного интерстициального заболевания легких

Эрнесто Кальдерон-Мартинес, Мария Изабель Гомес Корал*, Кристина С., Зульма Д.С. Каркамо, Мария ФАП5, Ариба Х., Лаваль Абисола, Итуа Блессинг, Антония Лиссет В.В., Хавьер И.С.Л., Айшвария И., Пушан Аггарвал, Ясмин М.Л., Уче Б.С. и Гайда Абдельхалим Ю.М.

Международный журнал легочных и респираторных наук

DOI:10.19080/IJOPRS.2023.06.555690

История болезни

Мнение

Отзывы

Я очень горжусь тем, что являюсь главным редактором Журнала кардиологии и сердечно-сосудистой терапии, онлайн-журнала высокого качества, привлекательного графического формата и интересного, полезного. .. Подробнее

Джузеппе Гуллас

Флорентийский университет , Италия

Global Journal of Archeology & Anthropology — очень величественный журнал. И я очень, очень, очень рад, что мне дали возможность писать статьи для журнала. Я… Подробнее

Лоуренс Томас

Школа Максвелла Сиракузский университет

Мне посчастливилось участвовать в кейс-стади Juniper Online Journal, где выдающиеся исследователи поддерживают меня и поддерживают их работу. Сам журнал показал высокий уровень и качество… Подробнее

Мохаммед Низар Баттихи

Центральные лаборатории Баттихи, Иордания

Мне нравится читать International Journal of Pulmonary and Respiratory Science, так как он объединяет представителей легочных дисциплин для обсуждения новых тенденций, результатов исследований и новых… Подробнее

Келли Л. Колвелл

Государственный университет Янгстауна, США

Наша работа была опубликована в журнале «Достижения в области стоматологии и гигиены полости рта» в 2017 году на тему «Управление вызовами реакции на лекарственные лихеноиды полости рта». Процесс публикации нашего ма… Подробнее

Кобкан Тонгпрасом

Университет Чулалонгкорн, Таиланд

Существует множество онлайн-журналов, которые следует учитывать, когда один из авторов представляет рукопись. Достижениям в стоматологии и гигиене полости рта следует уделять первостепенное внимание из-за их профессионального уровня… Подробнее

John E Nathan

Американский совет детской стоматологии, США

Я был действительно впечатлен качеством процесса публикации и высокой заметностью моей статьи, опубликованной в OAJT.

Акопова Ольга В.

Институт физиологии им. Богомольца, Украина

Для исследователя и ученого важно иметь возможность делиться идеями и мыслями с другими профессионалами по всему миру. Журнал хирургии с открытым доступом (OAJS) позволил мне с… Подробнее

Уильям Джеймс Кобб

Оксфордский университет, Великобритания

Журнал медицины анестезии и интенсивной терапии (JAICM) — превосходный журнал, посвященный серьезным проблемам в отделениях анестезии и интенсивной терапии. Все опубликованные рукописи не… Подробнее

Gamal Agmy

Университет Асьюта, Египет

Углеродные нанотрубки находят применение в реальном мире

Углеродные нанотрубки. Кредит: Майкл Де Волдер

Никто не спорит с тем, что углеродные нанотрубки могут стать чудо-технологией: их свойства включают теплопроводность выше, чем у алмаза, большую механическую прочность, чем у стали (на несколько порядков по весу), и лучшую электропроводность, чем у меди.

Но, как и в случае с другими «великими технологиями будущего», не слишком ли мы расхваливаем нанотрубки? Готовы ли они пройти настоящее испытание — испытание на широкое практическое использование? Ответ квалифицированный да. Успех углеродных нанотрубок (УНТ) подтверждается удивительной статистикой: мировые коммерческие производственные мощности в настоящее время превышают несколько тысяч тонн в год, по словам доктора Майкла Де Волдера, недавно назначенного лектором на инженерном факультете Института производства. Но это уровень производства, на достижение которого ушло около 20 лет.

«Началу широкомасштабных исследований углеродных нанотрубок предшествовал первый научный отчет об УНТ в 1990-х годах, хотя о полых углеродных нанонитях сообщалось еще в 1950-х», — говорит доктор Де Волдер. «Однако коммерческая деятельность, связанная с углеродными нанотрубками, значительно выросла за последнее десятилетие. С 2006 года мировые мощности по производству углеродных нанотрубок увеличились как минимум в десять раз».

Недавний научный обзор доктора Де Волдера о коммерчески доступных применениях углеродных нанотрубок дает представление о том, насколько широкое реальное влияние начинает оказывать технология [M. Де Волдер и др., Science 339, 2013]. Возьмем, к примеру, очистители воды. Размер, площадь поверхности и адсорбционные свойства углеродных нанотрубок делают их идеальной мембраной для фильтрации токсичных химических веществ, растворенных солей и биологических загрязнителей из воды. Американская компания Seldon Technologies разработала систему минеральной воды, используя свою «технологию очистки Nanomesh» — систему фильтрации из углеродных нанотрубок — именно для этого. Компания заявляет, что ее система доставляет питьевую воду без использования химикатов, тепла или электроэнергии: это жизненно важно для использования в развивающихся странах, где она больше всего нужна. Фильтр удаляет болезнетворные микроорганизмы и загрязнители, такие как вирусы, бактерии, цисты и споры, доставляя воду, которая соответствует или превосходит стандарты питьевой воды USEPA. По словам Селдона, он подходит для использования в домах, офисах, школах, клиниках и других коммерческих помещениях.

Огромная площадь поверхности углеродных нанотрубок также используется, когда они используются в качестве электродов в батареях и конденсаторах, чтобы обеспечить больший ток и лучшую электрическую и механическую стабильность, чем другие материалы. Мировые исследования в этой области способствовали развитию коммерческой деятельности таких компаний, как Showa Denko (Batteries, Япония) и FastCAP (Supercaps, США). Свойства углеродных нанотрубок делают их идеальными для улучшения различных видов конструкций — например, спортивного инвентаря, бронежилетов, транспортных средств и т. д., где они находят широкое применение. Нанотрубки создают сети внутри композитного материала, например, для увеличения жесткости и демпфирования материала.

Производители спортивных товаров используют их в ракетках для тенниса и бадминтона, а также в велосипедных рамах. Но хотя углеродные нанотрубки используются в практических приложениях, это не означает, что их более широкое использование не будет беспроблемным.

«Есть ряд препятствий, которые мы еще не решили», — говорит доктор Де Волдер. «В частности, в задачах высокого класса, таких как поиск лучших транзисторов, точная морфология нанотрубки и ориентация решетки графена относительно оси трубки — называемая ее хиральностью — действительно важны. На данный момент у нас есть небольшая способность синтезировать углеродные нанотрубки с определенными типами хиральности, и именно это определяет полупроводниковые свойства углеродных нанотрубок по сравнению с проводящими [9]. 0003

«Одним из интересных моментов является улучшение компьютерного моделирования того, как синтезируются углеродные нанотрубки, что, мы надеемся, позволит нам настроить процесс изготовления. А электронная микроскопия позволяет смотреть на углеродные нанотрубки, пока они формируется, что помогает лучше понять процесс».

Сам доктор Де Волдер работает над проблемой массового производства устройств, содержащих от сотен до тысяч нанотрубок.

«К сожалению, когда вы собираете их вместе в больших количествах, показатели качества их свойств часто разочаровывают по сравнению с тем, что вы получаете от отдельной углеродной нанотрубки. Я пытаюсь разработать методы объединения частиц более эффективными способами, или изучение новых свойств материалов в зависимости от того, как вы соединяете углеродные нанотрубки».

Тем не менее, прогресс в настоящее время наблюдается с ОСНТ: британская компания Thomas Swan является мировым лидером в производстве ОСНТ из материала Эликарб, который в настоящее время используется в таких областях, как передовые композиты, электроника, хранение энергии, печать, бумага и упаковка, а также топливные элементы. .

Еще одна недавняя разработка в области SWNT, о которой в июне объявила компания Linde Electronics, — это разработка чернил на основе углеродных нанотрубок для использования в дисплеях, датчиках и других электронных устройствах. Потенциальные приложения включают смартфоны со сворачивающимся экраном и просвечивающее устройство GPS, встроенное в лобовое стекло автомобиля.

«Теперь компания Linde предоставляет свои чернила на основе нанотрубок разработчикам, — говорит д-р Сиан Фогден, менеджер по развитию рынка и технологий подразделения наноматериалов компании Linde. «Эти чернила содержат одностенные углеродные нанотрубки и производятся без повреждения или укорачивания нанотрубок, поэтому они сохраняют уникальные свойства нанотрубок».

Компания Linde утверждает, что это знаменательная разработка, которая значительно улучшает характеристики прозрачных проводящих тонких пленок, изготовленных из чернил, и открывает двери для разработки приложений с углеродными нанотрубками не только в бытовой электронике, но также в секторах здравоохранения и производства датчиков.

Поскольку нанотрубки длинные и тонкие, между ними действуют большие силы Ван-дер-Ваальса, и они слипаются. Стандартный способ их разделения — использование мощных звуковых волн. Но это может повредить нанотрубки и повлиять на их свойства.

«С нашими чернилами мы используем процесс, называемый электростатическим отталкиванием, усиленным солью (SEER), который не требует обработки ультразвуком, но позволяет получать растворы отдельных углеродных нанотрубок при сохранении длины нанотрубки», — говорит доктор Фогден. «Только совсем недавно начали производиться такие продукты, как сенсорные экраны, которые содержат одностенные углеродные нанотрубки, и эти устройства еще не выпущены на полноценный потребительский рынок. каким образом они будут использоваться в бытовой электронике в больших масштабах».

Другая недавняя интригующая разработка в области электроники и вычислительной техники принадлежит американской компании Nantero, которая заявляет, что занимается коммерциализацией полупроводниковых устройств на основе углеродных нанотрубок, включая память, логику и другие.

«Мы разработали NRAM, энергонезависимую оперативную память высокой плотности, и цель состоит в том, чтобы она служила универсальной технологией памяти», — говорит генеральный директор Грег Шмергель. «NRAM может производиться как для автономных, так и для встроенных приложений памяти, а образцы уже отправлены отдельным клиентам и находятся в стадии разработки на нескольких производственных фабриках КМОП компанией Nantero и ее лицензиатами. Эти образцы представляют собой мультимегабитные массивы, демонстрирующие высокую производительность, высокую скорость и надежность. и низкое энергопотребление».

Nantero утверждает, что является первой компанией, активно разрабатывающей полупроводниковые продукты с использованием углеродных нанотрубок, пригодных для производства на стандартной КМОП-фабрике.

«Главным препятствием в прошлом было то, что углеродные нанотрубки не были совместимы с существующими полупроводниковыми фабриками», — говорит Шмергель. «В Nantero мы решили эту проблему, разработав совместимый с КМОП материал из углеродных нанотрубок, который можно использовать на любом заводе в мире, и производственные процессы, совместимые с существующим оборудованием для производства полупроводников.