Koolstofnanobuizen (CNT) zijn allotropen van koolstof die cilindrisch honingraatvormig zijn met een nanodiameter.
Er zijn talrijke eigenschappen van CNTs zoals mechanische sterkte, elasticiteit, lichtgewicht, elektrische en thermische geleidbaarheid die het tot het meest veelbelovende materiaal maken.
Veel industrieën, zoals elektronica, geneeskunde, energieopslag en sensoren, gebruiken CNT's in grote aantallen. Door de toenemende vraag staat de productie van CNT's onder constante druk.
Deze grootschalige productie van CNT's is de grootste uitdaging geworden die hun toepassingen in de weg staat.
De uitdaging aangaan :
Wetenschappers geven meestal de voorkeur aan het kweken van CNT bossen in plaats van ze individueel te kweken. CNT bossen zijn verticaal uitgelijnde CNT arrays die zelf worden samengesteld.
Dit gebeurt meestal door middel van chemische dampdepositie in aanwezigheid van een vaste katalysator op een substraat dat later van het CNT-woud wordt gescheiden om zeer zuiver materiaal op te leveren.
Hoewel dit proces een overvloed aan voordelen biedt, is het enige grote probleem de lengte.
Tot nu toe zijn de onderzoekers in staat geweest om CNT-bossen tot 2 cm te laten groeien met behulp van katalysatoren zoals ijzerhoudend (Fe) op aluminiumoxide (Al2O3) drager (de lengte van CNT's speelt een cruciale rol als het gaat om hun eigenschappen, dus het is noodzakelijk om dit aspect in overweging te nemen).
Dit beïnvloedt de industriële waarde ervan door het aanbod te beperken en de kosten van het materiaal te verhogen.
Er is een revolutionaire ontdekking gedaan die het spel totaal heeft veranderd.
Onlangs heeft een team wetenschappers uit Japan de lengte van CNT-bossen tot 14 cm vastgelegd via een nieuwe benadering. Hun studie is onlangs gepubliceerd in Carbon.
Hisashi Sugime, assistent-professor aan de Waseda Universiteit, en zijn team ontdekten dat de CNT's stopten met groeien door de geleidelijke structuurverandering in de katalysator (Fe-Al2Ox) die eerder werd gebruikt.
Als de dichtheid van de CNTs, die afhankelijk is van het aantal actieve katalysatoren, onvoldoende is om een zelfdragende structuur te behouden, stopt de bosgroei.
Daarom moet de gebruikte katalysator structureel en chemisch stabiel blijven.
Hun aanpak was om de techniek te veranderen om deze instabiliteit te onderdrukken.
Ze bereikten dit door de gadoliniumlaag (Gd) toe te voegen aan de eerdere katalysator die bedekt was met een n-type siliciumsubstraat.
De gadoliniumlaag hielp voorkomen dat de katalysator verslechterde, waardoor het CNT-bos 5 cm kon groeien.
Om de gewenste lengte te bereiken, hielden ze de katalysator in een kamer die de koudgaskamer voor chemische dampdepositie (CVD) wordt genoemd.
De katalysator werd voorbehandeld door de temperatuur op 750 °C te houden en kleine concentraties Fe- en Al-damp bij kamertemperatuur toe te voegen.
Dit hielp om de katalysatorstructuur tot 26 uur te behouden, wat op zijn beurt de groei van het CNT-woud bevorderde.
Na zorgvuldige analyses konden ze met succes de lengte van het CNT-bos vastleggen op 14 cm.
Deze opmerkelijke vooruitgang heeft de toepassingsaspecten van CNTs verbreed.
Het zou de benadering van nanotechnologie en nanowetenschap voor toekomstig onderzoek kunnen veranderen.
Om het volledige gepubliceerde onderzoeksartikel te lezen, zie de DOI hieronder.
Referentie :
Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Ultralang koolstofnanobuisbos via in situ supplementen van ijzer- en aluminiumdampbronnen. Koolstof, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
Als je een onderzoeker bent op het gebied van Nanotechnologie, kunnen we je helpen met het maken van infografieken over gerelateerde onderwerpen in Mind the graph.
Abonneer u op onze nieuwsbrief
Exclusieve inhoud van hoge kwaliteit over effectieve visuele
communicatie in de wetenschap.
Dutch 
English 
Chinese 
Japanese 
German 
Spanish 
Portuguese 
Russian 
French 
Italian