Nanoröhrchen: Ein Kohlenstoff-basierte Nanopartikel
Eine signifikante Nanotechnologie Entdeckung, dass im Jahr 1991 ans Licht kam, war Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind zylindrische Strukturen, die Durchmesser so klein wie 1 nm und Längen bis zu mehreren Zentimetern auf. Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben die höchste Stärke-Gewicht-Verhältnis aller bekannten Materialien. Obwohl Kohlenstoff-Nanoröhrchen stark sind, sind sie nicht spröde. Sie können gebogen werden, und wenn sie losgelassen, werden sie in ihre ursprüngliche Form zurückspringen.
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Eine Art von Kohlenstoff-Nanoröhrchen-hat eine zylindrische Form mit offenen Enden.
Eine andere Art von nanotube hat geschlossenen Enden, die von einigen der Kohlenstoffatome gebildete Kombination in pentagons auf dem Ende des Nanoröhrchens.
Kohlenstoff-Nanoröhrchen können als mehrere konzentrische Zylinder an Kohlenstoffatomen auftreten, mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (MWCTs) genannt. Logischerweise, Kohlenstoff-Nanoröhren, die nur einen Zylinder aufweisen, werden einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (SWCTs) genannt. Sowohl MWCT und SWCT werden verwendet, um Verbundwerkstoffe zu stärken.
Elektrische Eigenschaften von Nanoröhrchen
Die elektrischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen davon abhängen, wie die Sechsecke entlang der Achse des Rohres orientiert sind. Drei Orientierungen sind möglich: Sessel, zickzack, und chiral.
Sessel Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben elektrische Eigenschaften ähnlich wie Metalle. Wenn man eine Spannung zwischen zwei Enden eines Sessels nanotube anwenden, wird ein Strom fließen. Ein Sessel Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist ein besserer Leiter als Kupfer oder einem anderen Metall.
Forscher entwickeln Methoden Kohlenstoff-Nanoröhren zusammen zu machen niederohmigen elektrischen Drähte zu drehen, der das elektrische Stromnetz verwandeln könnte, reduzieren die Energie verbraucht, und das Gewicht der Verkabelung in gewichtsempfindlichen Anwendungen wie Satelliten und Flugzeugen zu reduzieren. Die Forscher erwägen, Sessel Kohlenstoff-Nanoröhren mit den Metallleitungen in integrierten Schaltungen zu ersetzen.
Die Zick-Zack-und chirale Kohlenstoffnanoröhren teilen elektrischen Eigenschaften ähnlich wie Halbleiter. Diese beiden Konfigurationen von Nanoröhren nur einen elektrischen Strom leiten, wenn zusätzliche Energie in Form von Licht oder ein elektrisches Feld auf die freien Elektronen von den Kohlenstoffatomen angewendet wird. Halbleitenden Nanoröhren könnten in integrierten Schaltungen für alle Arten von elektronischen Vorrichtungen verwendet, die in Gebäude immer kleinere Transistoren sein.
Eine weitere interessante Eigenschaft von Kohlenstoff-Nanoröhren ist, dass ihr elektrischer Widerstand ändert sich deutlich, wenn andere Moleküle selbst zu ihren Kohlenstoffatomen befestigen. Die Unternehmen sind mit dieser Eigenschaft Sensoren zu entwickeln, die chemische Dämpfe wie Kohlenmonoxid oder biologische Moleküle erkennen kann.
Nanoröhrchen mit anderen Materialien verbunden bilden super starke Komposite
Die Kohlenstoffatome in Nanoröhren sind groß bei kovalente Bindungen mit vielen anderen Arten von Atomen aus mehreren Gründen bilden:
Die Kohlenstoffatome haben eine natürliche Kapazität wegen einer Eigenschaft namens electronegativity kovalente Bindungen mit vielen anderen Elementen zu bilden. Elektronegativität ist ein Maß dafür, wie stark ein Atom auf Elektronen hält darüber in Umlauf bringt. Da Kohlenstoff eine Elektronegativität Bewertung in der Mitte des Bereichs aufweist, kann er mit einer großen Anzahl von Elementen stabile kovalente Bindungen bilden.
Alle Kohlenstoffatome in Nanoröhrchen auf der Oberfläche der Nanoröhre und damit zugänglich für andere Atome.
Die Kohlenstoffatome in Nanoröhrchen sind nur drei andere Atome gebunden ist, so dass sie die Fähigkeit haben, mit einem vierten Atom zu binden.
Diese Faktoren machen es relativ einfach, die kovalent eine Vielzahl von Atomen oder Molekülen an Nanoröhrchen zu binden, die die chemischen Eigenschaften der Nanoröhre verändert. (Dieses Verfahren wird Funktionalisierung bezeichnet.)
Wobei diese Bindung etwas weiter, wenn die Moleküle an die Kohlenstoffnanoröhrchen gebunden auch Kohlefasern befestigen, können die funktionalisierten Kohlenstoff-Nanoröhren mit den Fasern in einem Verbund zu verbinden, ein stärkeres Material.