Az anyagok fejlesztsvel a mretek cskkennek Feynman 1959

Az anyagok fejlesztésével a méretek csökkennek [Feynman, 1959]. Szén nanocsövek Szeibert Janka 2017. Május 19.

A jövő - és részben már a jelen - ígéretes anyagai

Nano mérettartomány Természet 10 -2 m Emberkéz 1 cm 10 mm Gombostű feje 1 -2 mm Hangy a ~ 5 mm Poratka 0. 1 mm 100 mm 10 -5 m 0. 01 mm 10 mm Infrared Vörösvértestek fehérvérsejt ~ 2 -5 mm 10 -4 m 10 -6 m ~10 nm átmérő 1, 000 nanométer = 1 mikrométer (mm) 10 -8 m 21. Század kihívásai Röntgen-sugár “lencsék” gyűrűk távolsága ~35 nm 0. 1 mm 100 nm Ultraviolet Nanovilág 10 -7 m Mikro. Elektro. Mechanikus eszköz 10 -100 mm Vörösvértest Pollen szemcse Visible Légytojás ~ 10 -20 mm Mikrovilág 200 mm Emberi haj ~ 10 -50 mm 1, 000 nanométer = 1 milliméter (mm) Microwave 10 -3 m 0. 01 mm 10 nm Nanocső elektród Nanocső tranzisztor Hogyan lehet kombinálni a nanoméretű építőköveket, hogy új eszközöket építsünk? pl. , fotoszintetikus reakciócentrum egy félvezető részecskével összekapcsolva ATP szintetáz 10 -9 m Soft x-ray 1 nanométer (nm) DNS ~2 -1/2 nm átmérő Szilícium atomok 10 -10 m 0. 1 nm Kvantum korál - 48 Fe atom egyesével pozícionálva Cu felületen STM tűvel Korál átmérő 14 nm Szén nanocső ~2 nm

Nanotechnológia=nanotudomány? Nanotudomány: A nanoszerkezetű anyagok Ø vizsgálata Ø modellezése Ø tulajdonságainak megismerése Ø előállítása Nanotechnológia = nanoszerkezetű anyagok előállítási eljárásai

A szén – C

Szén néhány allotróp módosulata • Gyémánt • Grafit

Szén néhány allotróp módosulata • • Grafén: egyetlen atom vastagságú grafitréteg Felfedezése: ismétlés

Szén néhány allotróp módosulata Fullerén=C 60

A szén néhány allotróp módosulata

Az egyfalú szén nanocső

Szén nanocsövek története 1991: Tsukuba (Japán) Sumio Iijima: Koromrészecskék vizsgálata: Hosszú, szálszerű alakzatokat a szénrészecskék között=szén nanocsövek

Szén nanocső származtatása a hatszöges rács feltekeréséből

Szén nanocső

Fullerén "sapkával" lezárt szén nanocső

Azért egyfalú, mert vannak többfalúak 1991 -ben Iijima első nanocsövei, Több koncentrikus egyfalú nanocső Többfalú szén nanocső

Az egyfalú szén nanocsövek típusai

1. karosszék típusúak: A cső hossztengelye ilyenkor merőleges a szén-szén kötések egy részére. Fémként viselkedik.

2. cikk-cakk típusúak: A nanocső hossztengelye ilyenkor párhuzamos a szén kötések egy részével. A cikk-cakk típusú csövek kétharmada fémként, míg egyharmada félvezetőként viselkedik.

3. királis típusúak: (Az összes egyéb fajta cső. ) A cső tengelye és a hozzá legközelebb eső szén-szén kötés 0 o és 30 o közötti szöget zár be. A kiralitás határozza meg a cső viselkedését. Egyharmada fém, kétharmada félvezető tulajdonsággal rendelkezik.

Nanocsövek tulajdonságai, avagy a végtelen hosszú szuperlista

Nanocsövek tulajdonságai Méret, vastagság: Az egyfalú nanocsövek átmérője 0. 6 -1. 8 nanométer, míg a többfalú nanocsövek átmérője 1 -100 nanométer között változik.

Nanocsövek tulajdonságai

Nanocsövek tulajdonságai Szakítószilárdság: Példa nélküli: 75 -ször nagyobb az acélénál

Nanocsövek tulajdonságai Rugalmasság: • • • Hajlítás Eredeti alak felvétele Fémek (pl. acél) már kis hajlítás esetén törnek.

Nanocsövek tulajdonságai

Nanocsövek tulajdonságai Hővezetés: Becsülhetően 6000 W/(m*K) lehet szobahőmérsékleten, míg a nagy tisztaságú gyémánt hővezető képessége ennek kb. a fele (3320 W/(m*K)).

Nanocsövek tulajdonságai Hőstabilitás: A nanocsövek vákuumban 2800 o. C-ig és levegőn 750 o. C-ig stabilak. A fémek 600 -1000 o. C között már olvadnak.

Nanocsövek tulajdonságai Ár: A nanocsövek grammonként 1500, míg az arany egy grammja 10 dollárba került 2000. októberében.

A nanocsövek felhasználási területei

A nanocsövek felhasználási területei Gázok adszorpciója: • nanocsövek belsejében • kötegek intersticiális járataiban található. Ez a szerkezet előrevetíti nagymennyiségű gáz tárolásának lehetőségét.

A nanocsövek felhasználási területei Hidrogéntároló képesség kutatása Egyelőre tárolását még nem sikerült az Amerikai Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának hidrogénprogramja által előírt mennyiségben megvalósítani (6, 5 tömeg%).

A nanocsövek felhasználási területei Műanyagok erősítőanyaga: Szénszálak hasznosítása: űrhajózás, sporteszközök, építkezések, egészségügyi segédeszközök. A kompozitokban: szál + polimer Most nanocsövekkel: könnyű + erős

A nanocsövek felhasználási területei Pl. : A 2006 -os Tour de France kerékpárverseny győztese például olyan kerékpárt használt, melynek a szénszálas vázát szén nanocsövekkel erősítették meg, és a rendkívül erős váz így mindössze 1 kg volt.

A nanocsövek felhasználási területei Szén nanocsövekből szupererős fonalat lehet fonni. Szívósság: 570 J/g (kevlár*17) (pókselyem*4) Ez maga A Gyűrűk Urából ismert "mithril láncing"

A nanocsövek felhasználási területei Szaracénok híres, damaszkuszi acélból kovácsolt kardja A kard élében: szén nanoszerkezetek = nanocsövek és szénszálak

Ha a fantázia beindul Űrlift: Kábelen szállítanánk pl. az embereket Horribilis összeg Jelenleg ismert anyagok közül az ehhez szükséges mechanikai igénybevételt egyedül a szén nanocsövek bírnák ki

Ha a fantázia beindul Tengervízből ivóvíz: Kísérleti stádiumban vannak szén nanocsövekből álló olyan membránok, amelyek - a nanométeres átmérőjű csövekben történő áramlások tulajdonságai miatt - alkalmasak különböző molekulák hatékony szétválasztására.

Ha a fantázia beindul Gyógyszer • célzott eljuttatása A nanocsövek belsejébe a nyitott végükön viszonylag könnyen be lehet juttatni különböző molekulákat. + A szén nanocsövek külsejére rá lehet kötni különféle oldalcsoportokat. nanokapszulaként szolgálhatnak: gyógyszermolekulákat célzottan lehetne eljuttatni a szervezet megadott helyére. •

Ha a fantázia beindul Daganatos sejtek szelektív elpusztítása. Amerikai kutatók sikeres egérkísérletei: • Daganatos sejtekhez nanocsövek hozzákötése. Állat megvilágítása - a fényt a test szövetei jórészt átengedik, a szén nanocsövek viszont nagymértékben elnyelik. Ezáltal a nanocsövek közvetlen környéke annyira fölmelegedett, hogy ettől elpusztultak a daganatos sejtek.

Hivatkozások http: //fizikaiszemle. hu/archivum/fsz 0703/mindentud 0703. html Sápi András: Nanorészecske-szén nanocső nanpompozitok előállítása, jellemzése és katalitikus tulajdonságainak vizsgálata. Szeged, 2012