Nuwe koolstof-nanobuisstrukture met hibriede materiale wat hul merkwaardige eienskappe verander

Koolstofgebaseerde nanomateriale soos koolstofnanobuise (CNT's), fullerene en grafeen is van belang as gevolg van hul unieke fisiese eienskappe. 'n Nuwe studie ondersoek die potensiaal van hibriede nanostrukture en stel 'n nuwe poreuse grafeen CNT-hibriede struktuur met beduidende termiese en meganiese eienskappe bekend.

Hierdie studie toon hoe die beduidende eienskappe van nuwe grafeen-CNT-heterostrukture verander kan word deur die intrinsieke geometriese rangskikking van CNT en grafeen, sowel as verskeie vulstowwe, effens te verander.

Die vermoë om die termiese geleidingsvermoë en meganiese sterkte in grafeen-CNT-hibriede strukture akkuraat te beheer, maak dit 'n potensieel geskikte kandidaat vir 'n verskeidenheid toepassings, veral in gevorderde lugvaartvervaardiging waar gewig en sterkte krities is.

Koolstof-nanostrukture: koolstofnanobuise, grafeen, fullerene

Koolstof-nanostrukture en mengsels van veelvuldige koolstof-nanostrukture is onlangs ondersoek as potensiële kandidate vir talle sensoriese, fotovoltaïese, antibakteriese, energiebergings-, brandstofsel- en omgewingsverbeteringstoepassings.

Die mees prominente koolstofgebaseerde nanostrukture wat bestudeer is, blyk CNT's, grafeen en fullerene te wees. As gevolg van hul uiters klein grootte, vertoon hierdie strukture unieke termiese, meganiese, elektroniese en biologiese eienskappe.

Strukture wat in die sub-nanometer-reeks gemeet word, werk volgens die spesiale wette van kwantumfisika, sodat hulle gebruik kan word om nie-intuïtiewe verskynsels soos kwantumtonnelwerk, kwantumsuperposisie en kwantumverstrengeling te benut.

Koolstofnanobuise is buise gemaak van koolstof en is slegs 'n paar nanometer in deursnee. Koolstofnanobuise toon merkwaardige elektriese geleidingsvermoë en sommige is halfgeleiermateriale.

As gevolg van hul nanostruktuur en die sterkte van die kovalente bindings wat tussen die koolstofatome gevorm word, het koolstofnanobuise ook hoë treksterkte en termiese geleidingsvermoë.

Koolstof-nanobuise is potensieel waardevolle materiale vir elektronika, optika en komposiete, en hulle kan koolstofvesels in die volgende paar jaar vervang. Nanotegnologie en materiaalwetenskap gebruik ook koolstof-nanobuise in hul navorsing.

Grafeen is 'n koolstofisomeer in die vorm van 'n enkele laag koolstofatome wat in 'n tweedimensionele roosterstruktuur gerangskik is wat uit seshoeke bestaan. In 2004 is grafeen vir die eerste keer geïsoleer in 'n reeks baanbrekerseksperimente deur wetenskaplikes Andrew Geim en Konstantin Novoselov aan die Universiteit van Manchester in die Verenigde Koninkryk, wat hulle in 2010 die Nobelprys vir Fisika besorg het.

In die dekades sedertdien het grafeen 'n nuttige nanomateriaal geword met uiters hoë treksterkte, deursigtigheid en elektriese geleidingsvermoë vir 'n wye en diverse reeks toepassings in elektronika, sensoriek en ander gevorderde tegnologieë.

llereen is nog 'n koolstofisomeer wat al 'n geruime tyd bekend is. Die molekule daarvan bestaan ​​uit koolstofatome wat deur enkel- en dubbelbindings in 'n gaas verbind is wat geslote of gedeeltelik geslote kan wees. Die gaas is saamgesmelt met 'n ring van vyf, ses of sewe atome.

Fullereenmolekules kan hol sfere, ellipsvormig, buisvormig of baie ander vorms en groottes wees. Grafeen kan as 'n uiterste lid van die fullereenfamilie beskou word, hoewel dit as 'n lid van sy eie materiaalklas beskou word.

Hibriede nanostrukture

Benewens die uitgebreide navorsing wat belê is in die verstaan ​​en karakterisering van hierdie koolstof-nanostrukture individueel, ondersoek wetenskaplikes ook die eienskappe van hibriede nanostrukture wat twee of meer nanogestruktureerde elemente in een materiaal kombineer.

Byvoorbeeld,skuimhet verstelbare eienskappe wat hulle geskik maak vir praktiese toepassings soos die ontwerp van toebroodjiestrukture, bioversoenbare ontwerpe en die ontwerp van hoësterkte, lae-gewig strukture.

Koolstofgebaseerde nanoskuim is ook in medisyne gebruik om beenskade te ondersoek en as basis vir die vervanging van beenweefsel.

Koolstofgebaseerde heuningkoekstrukture word vervaardig deur chemiese dampafsetting (CVD) en oplossingsbehandeling. Vonkplasmasintermetodes (SPS) is ook geïmplementeer om grafeen vir biologiese en mediese toepassings te gebruik.

Wetenskaplikes het dus gesoek na maniere om driedimensionele koolstofskuimstrukture stabiel te maak. Navorsing het getoon dat stabiele verbindings tussen verskillende tipes strukture (koolstofnanobuise, fullerene en grafeen) gevorm moet word om hierdie materiaal stabiel genoeg te maak vir 'n wye reeks toepassings.

Nuwe navorsing oor hibriede nanostrukture

Nuwe navorsing deur meganiese ingenieurs aan die Tegniese Universiteit van Istanbul in Turkye stel 'n nuwe tipe hibriede nanostruktuur bekend wat deur chemiese binding gevorm word.

Poreuse grafeen-CNT-strukture word gemaak deur grafeen rondom CNT's in nanolinte te organiseer. Die verskillende geometriese rangskikkings van die grafeen-nanolintlae rondom die koolstofnanobuise (vierkantige, seshoekige en diamantpatrone) lei tot verskillende fisiese eienskappe wat in die materiaal waargeneem word, wat daarop dui dat hierdie geometriese herrangskikking gebruik kan word om die nuwe strukture fyn af te stem.

Die navorsers het byvoorbeeld bevind dat strukture wat met fullerene ingevoeg is, beduidende drukstabiliteit en sterkte vertoon het sonder om treksterkte prys te gee. Die geometriese rangskikking van die koolstof-nanostrukture het ook 'n beduidende effek op hul termiese eienskappe gehad.

Die navorsers sê dat hierdie nuwe hibriede nanostrukture belangrike voordele bied, veral vir die lugvaartbedryf. Nanostrukture met hierdie hibriede strukture kan ook vir waterstofberging en nano-elektronika gebruik word.