Неуглеродные нанотрубки
Неуглеродная нанотрубка представляет собой цилиндрическую молекулу , часто состоящую из металлов оксидов или нитридов группы III. [1] [2] и морфологически похож на углеродную нанотрубку . Было замечено, что неуглеродные нанотрубки встречаются в природе в некоторых месторождениях полезных ископаемых. [3]
Через несколько лет после того, как Лайнус Полинг упомянул о возможности искривленных слоев в минералах еще в 1930 году, [4] некоторые минералы, такие как белый асбест (или хризотил) [5] и имоголит [6] на самом деле было показано, что они имеют трубчатую структуру. Однако первые синтетические неуглеродные нанотрубки появились только после того, как Решеф Тенне и др. сообщили о синтезе нанотрубок, состоящих из дисульфида вольфрама (WS 2 ) в 1992 году. [7]
За прошедшие годы нанотрубки были синтезированы из многих неуглеродных материалов, таких как ванадия оксид и марганца оксид , и исследуются для таких применений, как окислительно-восстановительные катализаторы и катодные материалы для батарей.
История и возникновение [ править ]
Неуглеродные нанотрубки морфологически сходны с углеродными нанотрубками и наблюдаются в некоторых месторождениях полезных ископаемых природного происхождения. [8] О синтетических структурах этого типа впервые сообщила группа Решефа Тенне в 1992 году. [7]
Материалы [ править ]
Типичными материалами из неуглеродных нанотрубок являются двумерные слоистые твердые тела, такие как сульфид вольфрама (IV) (WS 2 ), дисульфид молибдена (MoS 2 ) и сульфид олова (IV) (SnS 2 ). [9] Нанотрубки WS 2 и SnS 2 / сульфида олова(II) (SnS) синтезированы в макроскопических количествах. [10] [11] Однако традиционная керамика, такая как диоксид титана (TiO 2 ), диоксид циркония [12] (ZrO 2 ) и оксид цинка (ZnO) также образуют неуглеродные нанотрубки. [13] Более поздние нанотрубок и нанопроволок материалы представляют собой переходный металл / халькоген / галогениды (TMCH), описываемые формулой TM 6 C y H z , где TM – переходный металл ( молибден , вольфрам , тантал , ниобий ), C – халькоген ( сера , селен). , теллур), H представляет собой галоген ( йод ), а состав имеет вид 8,2<(y+z)<10. Трубки TMCH могут иметь субнанометровый диаметр, длину, регулируемую от сотен нанометров до десятков микрометров, и демонстрировать превосходную дисперсию благодаря чрезвычайно слабой механической связи между трубками. [14]
В 2007 году китайские учёные заявили о создании в лаборатории медных и висмутовых нанотрубок. [15]
и применение Свойства потенциальное
Неуглеродные нанотрубки являются альтернативой более изученным углеродным нанотрубкам, демонстрируя такие преимущества, как легкий синтетический доступ и высокая кристалличность . [16] хорошая однородность и дисперсность , заданная электропроводность в зависимости от состава исходного материала и игольчатой морфологии, хорошая адгезия к ряду полимеров и высокая ударопрочность. [17] Поэтому они являются перспективными кандидатами в качестве наполнителей для полимерных композитов с улучшенными термическими, механическими и электрическими свойствами. Целевым применением этого вида композитов являются материалы для управления теплом, рассеиватели электростатического заряда, материалы для защиты от износа , фотоэлектрические элементы и т. д. Неуглеродные нанотрубки тяжелее, чем углеродные нанотрубки , и не так прочны при растяжении , но они особенно прочны при сжатии. что приводит к потенциальным применениям в ударостойких изделиях, таких как пуленепробиваемые жилеты . [18] [19]
Механическую прочность целлюлозных волокон можно увеличить на порядок, добавив всего 0,1 мас.% нанотрубок ТМСН, а измерения электропроводности поликапролактона , легированного нанотрубками ТМСН, выявили перколяционное поведение с чрезвычайно низким порогом перколяции . [20] Добавление нанотрубок WS 2 к эпоксидной смоле улучшило адгезию , вязкость разрушения и скорость выделения энергии деформации. Износ эпоксидной смолы, армированной нанотрубками, был в восемь раз ниже, чем у чистой эпоксидной смолы. [21] WS 2 Нанотрубки также были внедрены в матрицу нановолокон полиметилметакрилата (ПММА) посредством электропрядения. Нанотрубки были хорошо диспергированы и ориентированы вдоль оси волокна. Повышенная жесткость и прочность сеток из волокон ПММА за счет добавления неуглеродных нанотрубок может иметь потенциальное применение в качестве ударопоглощающих материалов. [22]
Оптические свойства гибридов полупроводниковой квантовой точки и неуглеродных нанотрубок обнаруживают эффективный резонансный перенос энергии от квантовой точки к неуглеродным нанотрубкам при фотовозбуждении. Наноустройства на основе одномерных наноматериалов рассматриваются как электронные и фотоэлектронные системы следующего поколения, имеющие небольшой размер, более высокую скорость транспортировки, более высокую эффективность и меньшее энергопотребление. высокоскоростной фотодетектор видимого и ближнего инфракрасного диапазона на основе индивидуальных нанотрубок WS 2 В лаборатории изготовлен . Неуглеродные нанотрубки являются полыми и могут быть заполнены другим материалом, чтобы сохранить или направить его в нужное место или создать новые свойства в материале наполнителя, который ограничен диаметром нанометра. С этой целью были изготовлены гибриды неуглеродных нанотрубок путем заполнения нанотрубок WS 2 расплавленной солью йодида свинца, сурьмы или висмута посредством процесса капиллярного смачивания, в результате чего получали PbI 2 @WS 2 , SbI 3 @WS 2 или BiI 3 @WS 2 нанотрубки ядро-оболочка. [23]
приложения Биомедицинские
Нанотрубки дисульфида вольфрама были исследованы в качестве армирующих агентов для улучшения механических свойств биоразлагаемых полимерных нанокомпозитов для применения в инженерии костной ткани. [24] Добавление ~0,02 мас.% нанотрубок дисульфида вольфрама значительно улучшило механические свойства при сжатии и изгибе нанокомпозитов полипропиленфумарата, превосходя их по сравнению с углеродными нанотрубками. Это было объяснено увеличением дисперсии нанотрубок дисульфида вольфрама в полимерной матрице, что обеспечивает эффективную передачу нагрузки от матрицы к нижележащей наноструктуре.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Ахмади А., Бехештян Дж., Хадипур Н.Л. (2011). «Взаимодействие NH3 с нанотрубкой нитрида алюминия: электростатическое и ковалентное». Физика E: Низкоразмерные системы и наноструктуры . 43 (9): 1717–1719. Бибкод : 2011PhyE...43.1717A . дои : 10.1016/j.physe.2011.05.029 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Бехештян Дж., Баэй М.Т., Пейган А.А., Багери З. (2012). «Электронный датчик диоксида сульфида на основе нанотрубок AlN: вычислительное исследование». Модель Дж Мол . 18 (10): 4745–4750. дои : 10.1007/s00894-012-1476-2 . ПМИД 22678082 . S2CID 36157701 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Харрис, PFJ (2002). Углеродные нанотрубки и родственные структуры (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 213–32. ISBN 978-0-521-00533-3 .
- ^ Полинг Л. (1930). «Строение хлоритов» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 16 (9): 578–82. Бибкод : 1930PNAS...16..578P . дои : 10.1073/pnas.16.9.578 . ПМК 526695 . ПМИД 16587609 .
- ^ Бейтс; и др. (1950). «Трубчатые кристаллы хризотил-асбеста». Наука . 111 (2889): 512–513. Бибкод : 1950Sci...111..512B . дои : 10.1126/science.111.2889.512 . ПМИД 15418177 .
- ^ Кредвик; и др. (1972). «Имоголит, гидратированный силикат алюминия трубчатой структуры». Природа Физика . 240 (104): 187–189. Бибкод : 1972НПфС..240..187С . дои : 10.1038/physci240187a0 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Тенне Р., Маргулис Л., Генут М., Ходес Г. (1992). «Многогранные и цилиндрические структуры дисульфида вольфрама». Природа . 360 (6403): 444–446. Бибкод : 1992Natur.360..444T . дои : 10.1038/360444a0 . S2CID 4309310 .
- ^ Питер Дж. Ф. Харрис; Питер Джон Фредерик Харрис (12 ноября 2001 г.). Углеродные нанотрубки и родственные структуры: новые материалы XXI века . Издательство Кембриджского университета. стр. 213–. ISBN 978-0-521-00533-3 . Проверено 3 ноября 2011 г.
- ^ Р. Тенне (2002). «Фуллереноподобные материалы и нанотрубки из неорганических соединений со слоистой (2-D) структурой». Коллоиды и поверхности А . 208 (1–3): 83–92. дои : 10.1016/S0927-7757(02)00104-8 .
- ^ А. Зак; Л. Саллакан Экер; Н. Флейшер; Р. Тенне (2011). «Крупномасштабный синтез многостенных нанотрубок WS2: обновление» . J. Датчики и преобразователи . 12 (10): 1–10.
- ^ Г. Радовский; Р. Поповиц-Биро; М. Штайгер; К. Гарцман; К. Томсен; Т. Лоренц; Г. Зейферт; Р. Тенне (2011). «Синтез больших количеств нанотрубок SnS 2 и SnS 2 /SnS с упорядоченными сверхструктурами». Энджью. хим. Межд. Эд . 50 (51): 12316–12320. дои : 10.1002/anie.201104520 . ПМИД 22038979 .
- ^ Мухаммад, Ибрагим Д.; Аванг, Мохтар. «Обзор геометрических размеров нанотрубок кубического циркония» . www.academia.edu . Проверено 20 февраля 2016 г.
- ^ СИ На; СС Ким; В. К. Хонг; Дж. В. Парк; Джей Джо; YC Нет; Т. Ли; ДЯ Ким (2008). «Изготовление нанотрубок TiO 2 с использованием электроосажденного шаблона наностержней ZnO и их применение в гибридных солнечных элементах». Электрохимика Акта . 53 (5): 2560–2566. дои : 10.1016/j.electacta.2007.10.041 .
- ^ А. Кис; Д. Михайлович; М. Ремскар; А. Мрзель; А. Джезих; И. Пивоньский; А.Дж. Кулик; В. Бенуа; Л. Форро (2003). «Модули сдвига и Юнга веревок из нанотрубок MoS 2 » . Продвинутые материалы . 15 (9): 733–736. Бибкод : 2003AdM....15..733K . дои : 10.1002/adma.200304549 . S2CID 136420653 .
- ^ Ян, Дачи; Мэн, Гуовэнь; Чжан, Шуюань; Хао, Юфэн; Ань, Сяохун; Вэй, Цин; Да, Мин; Чжан, Лиде (2007). «Электрохимический синтез металлических и полуметаллических гетеропереходов нанотрубка-нанопроволока и их электронные транспортные свойства». хим. Коммун. (17): 1733–1735. дои : 10.1039/B614147A . ПМИД 17457424 . S2CID 2534957 .
- ^ М. Краузе; А. Муклих; А. Зак; Г. Зейферт; С. Гемминг (2011). «ТЭМ-исследование нанотрубок WS 2 с высоким разрешением » . Физический статус Solidi B. 248 (11): 2716–2719. Бибкод : 2011ПССБР.248.2716К . дои : 10.1002/pssb.201100076 . S2CID 121701880 .
- ^ ЮК Чжу; Х.В. Крото (2003). «Ударно-волновая стойкость нанотрубок WS 2 ». Дж. Ам. хим. Соц . 125 (5): 1329–1333. дои : 10.1021/ja021208i . ПМИД 12553835 .
- ^ ApNano Materials объявляет о крупном прорыве в промышленном производстве нанотрубок для бронежилетов . Нанотехнологии сейчас
- ^ «Неорганический зверинец. Необычные свойства нанотрубок, изготовленных из неорганических материалов, открывают интригующие возможности их применения» . Новости химии и техники . 83 (35): 30–33. Август 2005 г. doi : 10.1021/cen-v083n040.p030 .
- ^ С. Дж. Чин; П. Хорнсби; Д. Венгуст; Д. Михайлович; Дж. Митра; П. Доусон; Т. МакНелли (2011). «Композиты поли(ε-капролактона) и нанопроволок Mo 6 S 3 I 6 ». Полимеры для передовых технологий . 23 (2): 149–160. дои : 10.1002/пат.1838 .
- ^ Э. Зоар; С. Барух; М. Шнейдер; Х. Додиу; С. Кениг; Д.Х. Вагнер; А. Зак; А. Мошковит; Л. Рапопорт; Р. Тенне (2011). «Механические и трибологические свойства эпоксидных нанокомпозитов с WS 2 нанотрубками » . Журнал «Сенсоры и преобразователи» . 12 (Специальный выпуск): 53–65.
- ^ КС Редди; А. Зак; Э. Зуссман (2011). «Нанотрубки WS 2 , встроенные в нановолокна ПММА в качестве энергопоглощающего материала». Дж. Матер. Хим . 21 (40): 16086–16093. дои : 10.1039/C1JM12700D .
- ^ Р. Крейзман; А. Н. Еняшин; ФЛ Дипак; А. Албу-Ярон; Р. Поповиц-Биро; Г. Зейферт; Р. Тенне (2010). «Синтез неорганических нанотрубок ядро-оболочка». Адв. Функц. Мэтр . 20 (15): 2459–2468. дои : 10.1002/adfm.201000490 . S2CID 136725896 .
- ^ Лалвани Г., Хенсли А.М., Фаршид Б., Пармар П., Лин Л., Цинь Ю.С., Каспер Ф.К., Микос А.Г., Ситхараман Б. (2013). «Нанотрубки дисульфида вольфрама, армированные биоразлагаемыми полимерами для инженерии костной ткани» . Акта Биоматер . 9 (9): 8365–73. doi : 10.1016/j.actbio.2013.05.018 . ПМЦ 3732565 . ПМИД 23727293 .
