Znanstvenici ne znaju sve o tome ugljen nanocjevčice ili CNT ukratko, ali oni znaju da su to vrlo tanke, lagane šuplje cijevi sačinjene od ugljikovih atoma. ugljen nanocevka je nalik na list grafita koji je valjan u cilindar, s karakterističnim šesterokutnim rešetkama koji čine lim. Ugljične nanocjevčice izuzetno su male; promjer jedne ugljikove nanocjevčice je jedan nanometar, što je jedna desettisućina (1/10000) promjera ljudske dlake. Ugljične nanocjevčice mogu se proizvesti različitim duljinama.
Ugljične nanocjevčice klasificiraju se prema njihovoj strukturi: jednozidne nanocjevčice (SWNT), dvozidne nanocjevčice (DWNT) i višezidne nanocjevčice (MWNT). Različite strukture imaju pojedinačna svojstva koja nanocjevčice čine pogodnim za različite primjene.
Zbog svojih jedinstvenih mehaničkih, električnih i toplinskih svojstava, ugljikove nanocjevčice pružaju uzbudljive mogućnosti za znanstvena istraživanja i industrijske i komercijalne primjene. U industriji kompozita postoji puno potencijala za CNT-ove.
Kako se prave ugljikove nanocjevčice?
Plamen svijeće prirodno formira ugljikove nanocjevčice. Kako bi koristili ugljikove nanocjevčice u istraživanju i razvoju proizvedene robe, znanstvenici su, međutim, razvili pouzdanije metode proizvodnje. Iako su u uporabi brojne proizvodne metode, kemijsko taloženje para, lučno pražnjenje i laserska ablacija tri su najčešće metode proizvodnje ugljikovih nanocjevčica.
Pri kemijskom taloženju isparavanja ugljikove nanocjevčice uzgajaju se iz sjemenki metalnih nanočestica koje su posipane na supstrat i zagrijane na 700 stupnjeva Celzijusa (1292 stupnjeva celzijusa). Dva plina uvedena u proces pokreću stvaranje nanocjevčica. (Zbog reaktivnosti metala i električnog kruga, ponekad se umjesto cirkonijevog oksida koristi cirkonijev oksid metal za sjeme nanočestica.) Kemijsko taloženje isparenja najpopularnija je metoda za komercijalnu upotrebu proizvodnja.
Lučno ispuštanje bila je prva metoda koja se koristila za sintezu ugljikovih nanocjevčica. Dvije karbonske šipke postavljene kraj do kraja luk se isparava radi formiranja ugljikovih nanocjevčica. Iako je ovo jednostavna metoda, ugljikove nanocjevčice moraju se dalje odvojiti od pare i čađe.
Laserska ablacija spara pulsirajući laser i inertni plin pri visokim temperaturama. Impulsni laser isparava grafit, formirajući ugljikove nanocjevčice iz para. Kao i kod metode lučnog pražnjenja, ugljikove nanocjevčice moraju se dodatno očistiti.
Prednosti ugljikovih nanocjevčica
Ugljične nanocjevčice imaju niz vrijednih i jedinstvenih svojstava, uključujući:
- Visoka toplinska i električna vodljivost
- Optička svojstva
- savitljivost
- Povećana krutost
- Visoka vlačna čvrstoća (100 puta jača od čelika po jedinici težine)
- lak
- Raspon elektrovodljivosti
- Sposobnost manipuliranja, ali ostaje jaka
Kada se primjenjuju na proizvode, ta svojstva pružaju ogromne prednosti. Na primjer, kada se koriste u polimerima, nanocjevčice s velikim ugljikom mogu poboljšati električna, toplinska i električna svojstva proizvoda.
Primjene i načini uporabe
Danas ugljikove nanocjevčice nalaze primjenu u mnogim različitim proizvodima, a istraživači nastavljaju istraživati nove kreativne aplikacije.
Trenutne prijave uključuju:
- Dijelovi bicikla
- Vjetrenjače
- Prikazivači ravnih ploča
- Skeniranje mikroskopa
- Senzorski uređaji
- Morske boje
- Sportska oprema, kao što su skije, palice za bejzbol, hokejske palice, strelice za streličarstvo i daske za surfanje
- Električni krug
- Baterije s duljim vijekom trajanja
- Elektronika
Buduće uporabe ugljikove nanocjevčice mogu uključivati:
- Odjeća (neprobojna i neprobojna)
- Poluvodički materijali
- kosmički brod
- Svemirska dizala
- Solarni paneli
- Liječenje raka
- Zasloni osjetljivi na dodir
- Pohrana energije
- Optika
- Radar
- Biogorivo
- LCD
- Submikroskopske epruvete
Iako visoki troškovi proizvodnje trenutno ograničavaju komercijalne primjene, mogućnosti za nove načine proizvodnje i primjene su ohrabrujuće. Kako se razumijevanje ugljikovih nanocjevica širi, tako će se povećati i njihova upotreba. Zbog svoje jedinstvene kombinacije važnih svojstava, ugljikove nanocjevčice mogu revolucionirati ne samo svakodnevni život, već i znanstvena istraživanja i zdravstvenu zaštitu.
Mogući zdravstveni rizici ugljikovih nanocjevčica
CNT-ovi su vrlo novi materijal s malo dugoročne povijesti. Iako se još nitko nije razbolio od nanocjevčica, znanstvenici propovijedaju oprez pri rukovanju s nano česticama. Ljudi imaju stanice koje mogu prerađivati otrovne i strane čestice, poput čestica dima. Međutim, ako je neka strana čestica prevelika ili premala, tijelo možda neće moći uhvatiti i obraditi tu česticu. To je bio slučaj s azbestom.
Potencijalni zdravstveni rizici nisu razlog za uzbunu, međutim, ljudi koji rukuju i rade s ugljikovim nanocjevčicama trebali bi poduzeti potrebne mjere opreza kako bi izbjegli izlaganje.