2. 1. varga ionut nanotuburi de carbon
TRANSCRIPT
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 1/15
Universitatea POLITEHNICA Bucureşti Facultatea de Chimie Aplica tă şi Ştiinţa Materialelor
Prof.coordonator: Masterand:Sorina Girea Varga Ionut Daniel
NANOTUBURI DE CARBON
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 2/15
I. Nanocompozite polimer-Nanotuburi decarbon
• Nanomaterialele pe bază de carbon suntdefinite ca acele materiale în care“nanocomponentul” este carbonul ;
• Carbonul, poate forma în a fară de grafit ovarietate de alte structuri (mai cunoscutăeste structura materialului C 60 ,fulerena) ;
•
În 1991 cercetătorul japonez Iijima aobservat pentru prima dată structuratubulară a carbonului ;
• Primul polimer nanocompozit având camaterial de umplere nanotuburi de carbona fost descoperit în 1994;
• CNT-ul este caracterizat de flexibilitate,densitate joasă şi un raport dimensionalmărit ;
• Combin ă excelent propriet ăţ ile electrice,mecanice şi termice, făcându -l un
candidat sigur şi eficace la fabricarea denanocompozite polimerice.
Fig.1.Nanotuburi de carbon
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 3/15
Clasificarea nanotuburilor:1) Nanotuburi unistrat (SWNT), alcătuite dintr -o singura foaie de grafit, ce
pare învelit într-un tub cilindric, (fig.2). [6]2) Nanotuburi multistrat (MWNT), cuprind o serie de nanotuburi care sunt
concentrice precum inelele unui trunchi de copac, (fig.3), (Khare andBose 2005). [6]
Fig.2. Nanotuburi cu structurăunistrat (SWNT)
Fig.3. Nanotuburi cu structurămultistrat (MWNT)
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 4/15
1) Nanotuburile unistrat prezintă trei structuridiferite:
• zigzag, scaun, chiral
Fig.4. Cele trei structuri ale nanotuburilor unistrat
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 5/15
II. Metode de sinteză ale nanotuburilor decarbon
1- descărcarea în arc electric ;2- îndepărtarea cu laser ; 3- catalitică - depunerea chimică în fază de vapori (CVD).
1. Sinteza prin descărcare în arc electric Se creează o plasmă de descărcare între anod şi catod, anodul
(confecţionat din carbon) vaporizează şi precipită pe catod, ca CNTs. În proces se pot obţine de asemenea şi alte forme de carbon, alteleCNTs. MWNTs se obţin fără catalizator, iar SWNTs cu catalizator de Fe,Ni- Y. Variabilele includ: presiunea gazului în reactor, condiţiile de arc.
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 6/15
2. Sinteza prin îndepărtarea cu laser
În această metodă o undă laser vaporizează grafitul într -un reactor la temperatură ridicată, în timp ce un gaz inert este introdus în cameră,nanotuburile se depun pe suprafeţele reci ale reactorului, deoarececarbonul vaporizat condensează.
3) Sinteza catalitică - depunerea chimică în fază de vapori (CVD)
Depunerea catalitică în fază de vapori a fost prima dată raportată în1959 [12], dar până în 1993 [13], nu s -au putut obţine nanotuburi decarbon pe această cale.
În timpul CVD, se pregăteşte un strat de particule metalice catalitice, cel mai obişnuit de nichel, cobalt, fier sau combinate. Pentru a iniţia dezvoltarea nanotuburilor, se introduc în reactor
două gaze: - un gaz de proces, cum ar fi: amoniac, azot, hidrogen etc- un gaz ce conţine carbon, cum ar fi: acetilena, etilena, etanol,
metan etc.Nanotuburile se dezvoltă în locurile metalului catalitic, gazul ceconţine carbon este suport de suprafaţa particulelor de catalizator şi,carbonul este transportat la marginile particulei, unde formeazănanotuburile.
Dintre toate metodele de sinteză, CVD indică o speranţă pentrudepunerea la scară industrială în termeni de raport preţ/unitate.
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 7/15
Fig.5. Distribuţia nanotuburilor de carbon în răşină(imagine SEM)
Schadler et al (1998) a
relatat despre dispersia a5% masice MWNT-urilor
într- o răşină epoxi printratare cu ultrasunete.Cu toate ca MWNT-urileau fost bine separate, elenu rămân bine distribuite(fig.5).
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 8/15
III. Proprietăţile nanotuburilor de carbon 1) Proprietăţi mecanice:
- rezistenţa axială excepţional de mare 2) Proprietăţi electrice: - conductori unidimensionali
3) Proprietăţi termice: - conductivitate termică mare, valorile teoretice sunt cuprinse în
intevalul 2800-6000 W/mK- căldură specifică mare (se pot folosi ca aditivi în adezivi şi
conducte încălzite) a ) Proprietăţile mecanice ale CNT -urilor au fost mult studiate, atât prinutilizarea de tehnici experimentale [15- 16], cât şi prin mijloacecomputaţionale [17]. Structura asemănătoare fibrelor, densitate joasă,raportul dimensional mărit şi proprietăţile mecanice excelente facCNT-urile atractive pentru armarea polimerilor.b) Conductivitatea electrică -posibilitatea utilizării CNT -urilor dreptumpluturi conductoare în compozitele polimerice a fost deja raportată
în literatura de specialitate [17- 20]. Datorită ariei mari a suprafeţei,CNT-urile constituie medii interesante pentru stocarea energieielectrice.
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 9/15
Fig.6. Rezistivitatea volumică electrică acompozitelor MWNT/PP funcţie de
conţinutul nanotubului
Fig.7. Variaţia vâscozităţiicompozitului MWNT /PP funcţie de
conţinutul de nanotuburi de carbon
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 10/15
IV. Aplicaţii ale nanotuburilor de carbon
Fig.8. Imagine SEM a spumelor
super-compresibile
Fig.9. Nanotuburi de carbon: fiecarebiluţă este un atom de carbon legat
covalent cu vecinii săi
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 11/15
Fig.10. Nanotuburi de carbonfolosite pentru obţinerea vestei
antiglonţ
Fig.11. Formarea diodei prinunirea a doua nanotuburi de
carbon
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 12/15
Fig.12. Structura nanotuburilor
de carbon
Fig.13. Nanotuburi de carbon
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 13/15
V. Concluzii
1) Nanotuburile unistrat sunt încă foarte scumpe (costisitoareproducerea lor) şi, dezvoltarea unor tehnici de sinteză posibile estevitală pentru viitorul nanotehnologiei carbonului. Dacă nu se vor descoperi căi de sinteză mai ieftine, această tehnologie va fi imposibilde aplicat, la scară comercială [9].
2) Nanoparticulele, în general şi, nanotuburile de carbon, înparticular, sunt particule potrivite pentru a modifica proprietăţile dematerial ale polimerilor.
3) S- a constatat că rezistenţa la compresiune a CNT -urilor cupereţi subţiri şi groşi este cu două ordine de mărire mai mare decâtrezistenţa la compresiune a oricărui alt material cunoscut (Laurie et al1998).
4) Datorită proprietăţilor excelente pe care le prezintă,nanotuburile sunt folosite în numeroase domenii, urmărindu -se încontinuare lărgirea sferei de aplicaţii a acestora.
5) În urma evaluării toxicităţii nanotuburilor de carbon, cercetătoriisugerează luarea unor serioase măsuri de precauţie, deoarece folosireaacestora produce aceleaşi efecte ca şi în cazul utilizării azbestului.
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 14/15
BIBLIOGRAFIE
1)Mon thi ou x, Marc; K uznets ov, Vladim ir L. (2006). "
Who should begiven the credit for the discovery of carbon nanotubes? ", Carbo n 44 ; 2) Радушкевич, Л. В.; Лукьянович, В. М. (1952). " О Структуре
Углерода, Образующегося При Термическом Разложении Окиси Углерода На Железном Контакте " (PDF). Журнал Физической Химии 26: 88 – 95 ;
3) Oberlin , A.; M. End o, and T. Ko yam a, J . Cryst . Grow th (March 1976). F i lam entou s gro wth o f carbon th rou gh b enzene decom po si t ion . 32.pp . 335 –349 ;
4 ) Endo, Morinobu; Dresselhaus, M. S. (October 26, 2002), CarbonFibers and Carbon Nanotubes (Interview, Nagano, Japan) ;
5) Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Metals. 1982, 3, p.12-17 [in
Russian] ;6) Bull. Mater. Sci., Vol. 30, No. 4, August 2007, p. 379-386. Indian
Academy of Sciences ;7) Iijima, Sumio (1991). " Helical microtubules of graphitic carbon ".
Nature 354: 56 –58 ;8) Ebbesen, T. W.; Ajayan, P. M. (1992). " Large-scale synthesis of
carbon nanotubes ". Nature 358: 220 –222 ;
7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon
http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 15/15
9) Collins, Philip G.; Phaedon Avouris (December 2000),Scientific American: 67, 68, and 69 ;
10) Guo, Ting (1995). " Self-Assembly of Tubular Fullerenes ". J.Phys. Chem. 99: 10694 –10697;
11) Guo, Ting (1995). " Catalytic growth of single-wallednanotubes by laser v aporization ". Chem. Phys. Lett. 243: 49 –54;12) Walker Jr., P. L. (1959). " Carbon Formation from Carbon
Monoxide-Hydrogen Mixtures over Iron Catalysts. I. Properties of Carbon Formed ", J. Phys. Chem. 63: 133 ;
13) José-Yacamán, M. (1993). " Catalytic growth of carbonmicrotubules with fullerene structure ", Appl. Phys. Lett. 62: 657;
14) Eftekhari, A.; Jafarkhani, Parvaneh; Moztarzadeh, Fathollah(2006), " High-yield synthesis of carbon nanotubes using a water-soluble ca talyst support in catalytic chemical vapor deposition ".Carbon 44: 1343;
15) P.M. Ajayan, L.S. Schadler, C.Giannaris, A. Rubio, Single-walled carbon nanotube-polymer composites: strenght and weakness,Adv. Mater. 12, 750, 2000 ;
6) J.P. Salvetat. J.M. Bonard, N.H. Thompson, A.J. Kulik, L. Forro,W. Benoit, L. Zuppiroli, Mechanical properties of carbon nanotubes,Apll. Phys. A, 69, 255, 1999 ;