Kas ir oglekļa nanocaurules?

Zinātnieki nezina visu par oglekļa nanocaurules vai CNT īsumā, taču viņi zina, ka tās ir ļoti plānas, vieglas dobas caurules, kas sastāv no oglekļa atomiem. A oglekļa nanocaurule ir kā grafīta loksne, kas ir ielocīta cilindrā, un loksni veido atšķirīgi sešstūra režģi. Oglekļa nanocaurules ir ārkārtīgi mazas; vienas oglekļa nanocaurules diametrs ir viens nanometrs, kas ir viens desmittūkstošdaļa (1/10 000) no cilvēka matu diametra. Oglekļa nanocaurules var ražot dažāda garuma.

Oglekļa nanocaurules klasificē pēc to struktūras: vienas sienas nanocaurules (SWNT), divsienu nanocaurules (DWNT) un daudzsienu nanocaurules (MWNT). Dažādām struktūrām ir individuālas īpašības, kuru dēļ nanocaurules ir piemērotas dažādiem lietojumiem.

Tā kā oglekļa nanocaurules ir unikālas mehāniskās, elektriskās un termiskās īpašības, tās piedāvā aizraujošas iespējas zinātniskiem pētījumiem un rūpnieciskai un komerciālai izmantošanai. Kompozītmateriālu nozarē CNT ir liels potenciāls.

Sveču liesmas dabiski veido oglekļa nanocaurules. Tomēr, lai izmantotu oglekļa nanocaurules pētniecībā un rūpniecības preču attīstībā, zinātnieki izstrādāja ticamākas ražošanas metodes. Kamēr tiek izmantotas vairākas ražošanas metodes, trīs visizplatītākās oglekļa nanocauruļu ražošanas metodes ir ķīmiskā tvaika pārklāšana, loka izlāde un lāzera ablācija.

Veicot ķīmisko tvaiku pārklāšanu, oglekļa nanocaurules audzē no metāla nanodaļiņu sēklām, kas pārkaisa uz substrāta un tiek uzkarsētas līdz 700 grādiem pēc Celsija (1292 grādi pēc Fārenheita). Divas procesā ievestas gāzes sāk veidot nanocaurules. (Reaģētspējas dēļ starp metāliem un elektrisko ķēdi dažreiz izmanto cirkonija oksīdu nanodaļiņu sēklu metāls.) Ķīmiskā nogulsnēšana ar tvaiku ir vispopulārākā komerciālā metode produkcija.

Loka izlāde bija pirmā oglekļa nanocauruļu sintezēšanas metode. Divi oglekļa stieņi, kas novietoti no viena gala līdz otram, tiek iztvaicēti loka veidā, veidojot oglekļa nanocaurules. Lai gan šī ir vienkārša metode, oglekļa nanocaurules ir tālāk jānodala no tvaikiem un kvēpiem.

Lāzera ablācija savieno pulsējošu lāzeru un inertu gāzi augstā temperatūrā. Impulsu lāzers iztvaiko grafītu, no tvaikiem veidojot oglekļa nanocaurules. Tāpat kā loka izlādes metode, oglekļa nanocaurules ir jātīra tālāk.

Oglekļa nanocaurulēm ir vairākas vērtīgas un unikālas īpašības, tostarp:

• Augsta siltuma un elektrības vadītspēja
• Optiskās īpašības
• Elastība
• Paaugstināta stīvums
• Augsta stiepes izturība (100 reizes spēcīgāka par tēraudu uz svara vienību)
• Viegls
• Elektrovadītspējas diapazons
• Spēja manipulēt, tomēr saglabājas spēcīga

Pielietojot produktus, šīs īpašības sniedz milzīgas priekšrocības. Piemēram, ja oglekļa nanocaurules izmanto polimēros, tās var uzlabot izstrādājumu elektriskās, termiskās un elektriskās īpašības.

Mūsdienās oglekļa nanocaurules ir pielietojamas daudzos dažādos izstrādājumos, un pētnieki turpina izpētīt jaunus radošus pielietojumus.

Pašreizējie lietojumi ietver:

• Velosipēdu komponenti
• Vēja turbīnas
• Plakanā displeja displeji
• Skenējošie zondes mikroskopi
• Sensoru ierīces
• Jūras krāsas
• Sporta inventārs, piemēram, slēpes, beisbola nūjas, hokeja nūjas, loka šaušanas bultas un vējdēļi
• Elektriskās shēmas
• Baterijas ar ilgāku kalpošanas laiku
• Elektronika

Nākotnes lietojumi oglekļa nanocauruļu sastāvā var būt:

• Apģērbs (necaurlaidīgs un ložu necaurlaidīgs)
• Pusvadītāju materiāli
• Kosmosa kuģis
• Kosmosa lifti
• Saules paneļi
• Vēža ārstēšana
• Skārienekrāni
• Enerģijas uzkrāšana
• Optika
• Radars
• Biodegviela
• LCD
• Submikroskopiskās mēģenes

Kaut arī augstās ražošanas izmaksas šobrīd ierobežo komerciālus lietojumus, jaunu ražošanas metožu un lietojumu iespējas ir iepriecinošas. Paplašinoties izpratnei par oglekļa nanocaurulēm, paplašināsies to izmantošana. Tā kā oglekļa nanocaurules ir unikālas un svarīgas īpašības apvieno, tām ir potenciāls mainīt revolūciju ne tikai ikdienas dzīvē, bet arī zinātniskajā izpētē un veselības aprūpē.

CNT ir ļoti jauns materiāls ar nelielu ilgtermiņa vēsturi. Lai arī neviens vēl nav saslimis ar nanocaurulītēm, strādājot ar nanodaļiņām, zinātnieki sludina piesardzīgi. Cilvēkiem ir šūnas, kas var izdalīt toksiskas un svešas daļiņas, piemēram, dūmu daļiņas. Tomēr, ja kāda sveša daļiņa ir vai nu pārāk liela, vai pārāk maza, ķermenis, iespējams, nespēs šo daļiņu uztvert un apstrādāt. Tas bija gadījumā ar azbestu.

Iespējamais veselības apdraudējums nav iemesls trauksmei, tomēr cilvēkiem, kuri strādā ar oglekļa nanocaurulītēm un strādā ar tām, būtu jāveic nepieciešamie piesardzības pasākumi, lai izvairītos no iedarbības.