Morphology, Growth and Destruction of Carbon Nanotubes [Romanian]

Morfologia, creșterea și distrugerea nanotuburilor de carbon

Ca un reper important în istoria de carbon (C) , descoperirea de fulerene a fost onorată cu premiul Nobel din 1996 lui Robert F. Curl, Harold W. Kroto și Richard E. Smalley. De la identificarea de ”buckyball” C60 în 1985 , domeniul de fulerene a cunoscut o creștere fără precedent.

Poate cea mai interesantă dezvoltare de acest gen este sinteza cu succes a unui nou material care constă din 100 % din carbon. Cele mai recente rezultate de cercetare de la grupul de cercetare lui Smalley de la Universitatea Rice [1] indică faptul că acest material este format din "nanotuburi" identice goale, care sunt de marime numai de 1,4 nano-metri (două dimensiuni de " buckyball") în diametru, dar până la 0,1 milimetri în lungime. Sute de astfel de nanotuburi se leagă în nanofire puternice.

Unele dintre proprietăți unice ale nanotuburilor reprezintă rezistența lor la tracțiune mare, care este aproape de 100 de ori mai mare decât oțel de aceeași dimensiune, în greutate considerabilă mai mică. Rigiditatea lor ridicată față de îndoire depășește cea analogică a materialelor cunoscute. Nanotuburile sunt, de asemenea, conductori electrici foarte buni. Nanotuburi individuali pot fi cele mai subțiri structuri artificiale, care sunt suficient de rigide pentru a se auto-susține, și sunt chimic inerte în atmosferă.

Sinteza de acest nou material prin evaporare de laser de grafit îmbogățit cu un aliaj de nichel - cobalt este relativ simplu atunci când este masurat de standardele tehnologice contemporane. Eficacitate extrem de mare de 80-90 % din producția de nanofire din materia primă este de interes, așa cum se sugerează auto-asamblare asistată catalitic de la scara atomică. Totuși, mai multe cercetări vor fi necesare înainte de a butea realiza producție în masă. Progrese semnificative în această direcție sunt raportate de grupul de cercetare lui Richard E. Smalley de la Centrul din Rice de Nanometrie si Tehnologie.

Speculațiile despre cele mai importante aplicări în viitor a nanotuburilor reprezintă doar o valoare limitată, și cu siguranță nimeni nu s-a gândit că descoperirea laserului va afecta viața noastră de zi cu zi cu scanere la ghișeele de control în supermarket-uri. Posibilele utilizări a nanotuburi de carbon ar putea fi legate de proprietățile lor mecanice extrem de bune, cum ar fi puterea și rigiditatea. Acestea ar sugera nanotuburile de a găsi utilizarea în materiale noi composite, micro-mașini extrem de dure și fibre non- toxice / materiale pentru aplicații medicale, chiar și veste ușoare de tip anti-glont. Compozite din aliaj metalic ușor cu conținut de nanotuburi de carbon ar putea dovedi a fi foarte utile pentru industria aerospațială și tehnologia Stealth, care necesită înaltă rezistență, materiale de greutate minimă, și care e greu de detectat în mod electronic . Noi sonde atomice microscopice a forțelor (Atomic Force Microscopy) sunt folosite pentru a investiga nanostructuri cu crevase, care sunt pe scară atomică înguste. Dar există și alte aspecte unice: nanotuburile sunt cvasi-nanofire perfecte uni-dimensionale, bune pentru aplicații electronice. Aceste tuburi goale și chimic inerte ar putea fi, de asemenea, folosite ca "nano-conducte" pentru transportarea molecule în celule individuale ( cum ar fi ace hipodermice microscopice).

Indiferent de cea, se va dovedi a fi aplicarea în viitor de nanotuburi și buckyball, acesta va fi rezultatul de sprijin financiar pe termen lung de cercetare fundamentală prin agențiile americane de finanțare federal din SUA, cum ar fi National Science Foundation , Office of Naval Research, și Air Force Office of Scientific Research.

Contribuția invitatului David Tomanek de la întâlnirea din martie 1997 a Societății Fizice Ameicane răspunde la următoarele întrebări legate de nanotuburi în contextul calculelor teoretice recente și datelor experimentale:

morphology-growth-01

  • În ce condiții atomi de carboni se condensează pentru a goli cilindri grafitice de putere uimitoare, nanotuburi, care mai degrabă formează fulerene, grafit sau diamant?
  • De ce cantități infime de Ni sau Co în materia primă de grafit determină formarea de fascicule ordonate de nanotuburi identice cu un singur perete care crește până la 0,1 milimetri în lungime, și numai pe 1,4 nano-metri în diametru? [1,2]
  • Ce condiții duc la formarea preferențială de structuri unice - și cu mai mulți pereți ( tuburi , "ceapă")?

morphology-growth-02

  • Sunt oare aflate în creștere nanotuburi cu multi- pereți stabilizate împotriva închiderii de legături puternice covalente, ce reduc decalajul dintre pereții adiacenți la marginea crescătoare?
  • Cât de stabile sunt nanotuburi de carbon în câmpuri electrice externe, și sunt ei oare preferabil dezintegrați prin " absoarberea " lanțurilor de carbon atomici subțiri ( cum ar fi un mânerul unui pulover)? [3]


[1] Andreas Thess, Roland Lee, Pavel Nikolaev, Hongjie Dai, Pierre Petit, Jerome Robert, Chunhui Xu, Young Hee Lee, Seong Gon Kim, Daniel T. Colbert, Gustavo Scuseria, David Tomanek, John E. Fischer, and Richard E. Smalley, Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes, Science 273, 483 (1996).

[2] Young Hee Lee, Seong Gon Kim, and David Tomanek, Catalytic growth of single-wall nanotubes: An ab initio study, Physical Review Letters 78 (1997).

[3] A.G. Rinzler, J.H. Hafner, P. Nikolaev, L. Lou, S.G. Kim, D. Tomanek, D.T. Colbert, and R.E. Smalley, Unraveling Nanotubes: Field Emission from an Atomic Wire, Science 269, 1550 (1995).


By David Tomanek
Michigan State University

You can find original article in English here.