Čo sú uhlíkové nanorúrky?

Vedci nevedia všetko uhlík nanorúrky alebo CNT krátko, vedia však, že sú to veľmi tenké ľahké rúrky vyrobené z atómov uhlíka. uhlík nanotrubica je ako tabuľa grafitu, ktorá je zvinutá do valca, pričom fólia je tvorená výraznou šesťuholníkovou mriežkou. Uhlíkové nanorúrky sú extrémne malé; priemer jednej uhlíkovej nanotrubice je jeden nanometer, čo je jedna desaťtisícina (1/10 000) priemer ľudských vlasov. Uhlíkové nanotrubice sa môžu vyrábať v rôznych dĺžkach.

Uhlíkové nanorúrky sa klasifikujú podľa ich štruktúr: jednovrstvové nanotrubice (SWNTs), dvojstenové nanorúrky (DWNTs) a viacstenové nanorúrky (MWNTs). Rôzne štruktúry majú individuálne vlastnosti, vďaka ktorým sú nanorúrky vhodné pre rôzne aplikácie.

Vďaka svojim jedinečným mechanickým, elektrickým a tepelným vlastnostiam predstavujú uhlíkové nanorúrky vynikajúce príležitosti pre vedecký výskum a priemyselné a komerčné aplikácie. V priemysle kompozitov existuje veľký potenciál pre CNT.

Plameň sviečky tvorí uhlíkové nanorúrky prirodzene. S cieľom používať uhlíkové nanorúrky vo výskume a vývoji vyrobeného tovaru však vedci vyvinuli spoľahlivejšie metódy výroby. Aj keď sa používa celý rad výrobných metód, chemické nanášanie pár, oblúkový výboj a laserová ablácia sú tri najbežnejšie spôsoby výroby uhlíkových nanorúrok.

Pri chemickom nanášaní pár sa uhlíkové nanorúrky pestujú zo semien kovových nanočastíc posypaných substrátom a zahrievajú sa na 700 stupňov Celzia (1292 stupňov Fahrenheita). Dva plyny zavádzané do procesu začínajú tvoriť nanorúrky. (Kvôli reaktivite medzi kovmi a elektrickými obvodmi sa niekedy namiesto oxidu zirkoničitého používa oxid zirkoničitý kov pre nanočasticové semená.) Chemické nanášanie pár je najobľúbenejšou komerčnou metódou výroby.

Výboj v oblúku bol prvým spôsobom použitým na syntézu uhlíkových nanorúrok. Dve uhlíkové tyčinky umiestnené na jednom konci sú oblúkovo odparované, aby vytvorili uhlíkové nanorúrky. Aj keď je to jednoduchá metóda, uhlíkové nanorúrky musia byť ďalej oddelené od pár a sadzí.

Laserová ablácia spáruje pulzujúci laser a inertný plyn pri vysokých teplotách. Impulzný laser odparuje grafit a z výparov vytvára uhlíkové nanorúrky. Podobne ako v prípade metódy oblúkového výboja musia byť uhlíkové nanorúrky ďalej čistené.

Uhlíkové nanotrubice majú množstvo cenných a jedinečných vlastností vrátane:

• Vysoká tepelná a elektrická vodivosť
• Optické vlastnosti
• flexibilita
• Zvýšená tuhosť
• Vysoká pevnosť v ťahu (100-krát silnejšia ako oceľ na jednotku hmotnosti)
• ľahká váha
• Rozsah elektro vodivosti
• Schopnosť manipulovať, napriek tomu zostáva silná

Pri použití na výrobky poskytujú tieto vlastnosti obrovské výhody. Napríklad pri použití v polyméroch môžu objemové uhlíkové nanorúrky zlepšiť elektrické, tepelné a elektrické vlastnosti výrobkov.

Dnes uhlíkové nanorúrky nachádzajú uplatnenie v mnohých rôznych výrobkoch a vedci naďalej skúmajú nové kreatívne aplikácie.

Aktuálne aplikácie zahŕňajú:

• Súčasti bicyklov
• Veterné turbíny
• Ploché displeje
• Mikroskopy skenovacej sondy
• Snímacie zariadenia
• Morské farby
• Športové vybavenie, ako napríklad lyže, bejzbalové pálky, hokejky, šípy na lukostreľbu a surfy
• Elektrické obvody
• Batérie s dlhšou životnosťou
• elektronika

Budúce využitie uhlíkových nanorúrok môže obsahovať:

• Odevy (odolné proti bodnutiu a nepriestrelné)
• Polovodičové materiály
• kozmická loď
• Vesmírne výťahy
• Solárne panely
• Liečba rakoviny
• Dotykové obrazovky
• Ukladanie energie
• optika
• radar
• biopalivo
• LCD
• Submikroskopické skúmavky

Zatiaľ čo vysoké výrobné náklady v súčasnosti obmedzujú komerčné aplikácie, možnosti nových výrobných metód a aplikácií sú povzbudivé. Ako sa rozširuje chápanie uhlíkových nanorúrok, tak sa ich použitie zvyšuje. Vďaka svojej jedinečnej kombinácii dôležitých vlastností majú uhlíkové nanorúrky revolúciu nielen v každodennom živote, ale aj vo vedeckom výskume a zdravotnej starostlivosti.

CNT sú veľmi nový materiál s malou dlhodobou históriou. Aj keď v dôsledku nanorúrok ešte žiadne ochoreli, vedci kážu opatrnosť pri manipulácii s nanočasticami. Ľudia majú bunky, ktoré dokážu spracovať toxické a cudzie častice, napríklad častice dymu. Ak je však určitá cudzia častica príliš veľká alebo príliš malá, telo nemusí byť schopné zachytiť a spracovať túto časticu. To bol prípad azbestu.

Potenciálne zdravotné riziká nie sú príčinou poplachu, avšak ľudia, ktorí manipulujú s uhlíkovými nanorúrkami a pracujú s nimi, by mali prijať potrebné preventívne opatrenia, aby sa vyhli expozícii.