Углеродный нанобуд
В нанотехнологиях углеродный углеродные нанобутон — это материал, который сочетает в себе нанотрубки и сфероидальные фуллерены , аллотропы углерода , образующие « почки », прикрепленные к трубкам. Углеродные нанопочки были открыты и синтезированы в 2006 году. [2]
В этом материале фуллерены связаны ковалентными связями с внешними боковыми стенками нижележащей нанотрубки. Следовательно, нанопочки проявляют свойства углеродных нанотрубок и фуллеренов. Механические свойства и электропроводность нанобутонов аналогичны свойствам углеродных нанотрубок. [3] [4] [5]
Canatu Oy, финская компания, претендует на права интеллектуальной собственности на нанобудки, процессы их синтеза и ряд применений. [6]
Характеристики
[ редактировать ] | Этот раздел может быть слишком техническим для понимания большинства читателей . ( Ноябрь 2022 г. ) |
Углеродные нанотрубки (CNB) обладают некоторыми свойствами углеродных нанотрубок , такими как одномерная электропроводность, гибкость и технологическая технологичность, а также некоторыми химическими свойствами фуллеренов . Примеры этих свойств включают способность участвовать в реакциях циклоприсоединения и легко образовывать химические связи, способные присоединяться к другим молекулам со сложной структурой. УНБ обладают гораздо более высокой химической активностью, чем одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ). [7]
Электрические свойства
[ редактировать ]Было показано, что CNB обладают электронными свойствами, которые отличаются от свойств фуллеренов и углеродных нанотрубок (УНТ). CNB демонстрируют более низкие пороги поля, более высокие плотности тока и электрического поля эмиссию , чем SWCNT. Химические связи между стенкой нанотрубки и фуллеренами на поверхности могут приводить к переносу заряда между поверхностями. Присутствие фуллеренов в УНБ приводит к меньшему образованию пучков и более высокой химической активности. [8] УНБ могут участвовать в реакциях циклоприсоединения и образовывать химические связи, соединяющие молекулы сложной структуры, благодаря большей доступности поверхности УНБ для реагентов, наличию π-сопряженной структуры и 5-атомных колец с избыточной энергией пиримидизации. [9] Энергия образования указала на то, что получение CNB является эндотермическим , а это означает, что его создание невыгодно. [10]
Все CNB могут проводить электричество , независимо от того, является ли одностенная УНТ металлической или полупроводниковой основой. Ширина запрещенной зоны углеродных нанопочек не является постоянной. Оно может меняться в зависимости от размера фуллереновой группы. [7] Присоединение C 60 , добавленное к ориентации кресла SWCNT, открывает запрещенную зону . С другой стороны, добавление его в полупроводниковые ОУНТ может привести к появлению примесных состояний в запрещенной зоне, что уменьшит ширину запрещенной зоны. Запрещенную зону CNB можно также модифицировать, изменяя плотность атомов углерода C 60, прикрепленных к боковой стенке SWCNT. [11]
Магнитные свойства
[ редактировать ]Две структуры УНБ ферромагнитны , а две – немагнитны. в основном состоянии [12] Прикрепленная молекула C 60 на поверхности УНТ дает больше пространства между нанотрубками, а адгезия между одностенными УНТ может быть ослаблена, чтобы предотвратить образование плотных пучков УНТ. [7] Углеродные наноножки можно использовать в качестве молекулярной поддержки, чтобы предотвратить скольжение матрицы в композиционные материалы и повысить их механическую прочность. [8]
Структурные свойства
[ редактировать ]Стабильность CNB зависит от типа углеродной связи, диссоциирующей при циклоприсоединении. Показано, что атомы углерода ОСУНТ вблизи молекулы фуллерена С 60 вытягиваются наружу от исходной поверхности стенки за счет ковалентной связи с циклоприсоединением между фуллереном и нанотрубкой; кроме того, их связь трансформировалась из sp 2 sp 3 гибридизация . [8] Анализ с использованием комбинационного рассеяния света спектроскопии показывает, что образец CNB имел более сильную химическую модификацию по сравнению с УНТ. Это указывает на наличие углерода sp 3 гибридизация, которая происходит после создания химических добавок CNB. [7]
Синтез
[ редактировать ]Одностенные углеродные нанотрубки могут реагировать с фуллеренами в присутствии водяного пара или углекислого газа. Он производит ковалентно связанный материал, похожий на почки на ветке дерева, отсюда и название «Нанобуд». [9]
Нанобутоны образуются в большом количестве при 45 ppm концентрации водяного пара и выше. Однако при концентрации выше 365 ppm реакция даст большее количество неактивных частиц катализатора вместо нанопочек. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Перейти обратно: а б с Горантла, Сандип; Бёрнерт, Феликс; Бахматюк, Алисия; Димитракопулу, Мария; Шенфельдер, Ронни; Шеффель, Франциска; Томас, Юрген; Гемминг, Томас; Боровяк-Пален, Ева; Уорнер, Джейми Х.; Якобсон Борис I; Эккерт, Юрген; Бюхнер, Бернд; Руммели, Марк Х. (2010). «Наблюдения на месте синтеза и выброса фуллеренов в углеродных нанотрубках». Наномасштаб . 2 (10): 2077–2079. Бибкод : 2010Nanos...2.2077G . дои : 10.1039/C0NR00426J . ПМИД 20714658 .
- ^ Насибулин Альберт Георгиевич; Пихица, Петр Васильевич; Цзян, Хуа; Браун, Дэвид П.; Крашенинников Аркадий Владимирович; Анисимов Антон С.; Кейпо, Паула; Мойсала, Анна; Гонсалес, Дэвид; Лиеншниг, Гюнтер; Хасаниен, Абду (март 2007 г.). «Новый гибридный углеродный материал» . Природные нанотехнологии . 2 (3): 156–161. Бибкод : 2007NatNa...2..156N . дои : 10.1038/nnano.2007.37 . ISSN 1748-3395 . ПМИД 18654245 .
- ^ Насибулин Альберт Георгиевич; и др. (2007). «Новый гибридный углеродный материал» (PDF) . Природные нанотехнологии . 2 (3): 156–161. Бибкод : 2007NatNa...2..156N . дои : 10.1038/nnano.2007.37 . ПМИД 18654245 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2012 года . Проверено 31 августа 2009 г.
- ^ Насибулин Альберт Георгиевич; и др. (2007). «Исследования формирования НаноБудов» (PDF) . Письма по химической физике . 446 (1–3): 109–114. Бибкод : 2007CPL...446..109N . дои : 10.1016/j.cplett.2007.08.050 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2011 года . Проверено 31 августа 2009 г.
- ^ Фюрст, Иоахим А.; и др. (2009). «Электронно-транспортные свойства углеродных нанотрубок, функционализированных фуллеренами: расчеты Ab initio и сильной связи» (PDF) . Физический обзор B . 80 (3): 115117. Бибкод : 2009PhRvB..80c5427F . дои : 10.1103/PhysRevB.80.035427 . S2CID 7334189 .
- ^ «Европейское патентное ведомство: поиск в КАНАТУ» . Проверено 3 июня 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Альберт Г. Насибулин Илья В. Аношкин, Прасанта Р. Мудимела, Янне Раула, Владимир Ермолов, Эско И. Кауппинен, «Селективная химическая функционализация углеродных наноночков», Carbon 50, вып. 11 (2012).
- ^ Перейти обратно: а б с Ахангари, М. Горбанзаде; Ганджи, доктор медицины; Монтасар, Ф. (2015). «Механические и электронные свойства углеродных нанозачатков: исследование первых принципов». Твердотельные коммуникации . 203 : 58–62. Бибкод : 2015SSCom.203...58G . дои : 10.1016/j.ssc.2014.11.019 .
- ^ Перейти обратно: а б с Анисимов Антон. «Аэрозольный синтез углеродных нанотрубок и нанобутонов». (2010).
- ^ Сейф, А.; Захеди, Э.; Ахмади, ТС (2011). «Dft-исследование углеродных нанозачатков». Европейский физический журнал Б. 82 (2): 147–52. Бибкод : 2011EPJB...82..147S . дои : 10.1140/epjb/e2011-20139-5 . S2CID 121728071 .
- ^ Сяоцзюнь Ву и Сяо Чэн Цзэн, «Исследование первых принципов углеродного нанозачатка», ACS Nano 2, вып. 7 (2008)
- ^ Минь Ван и Чанг Мин Ли, «Магнитные свойства полностью углеродных графен-фуллереновых нанобутонов», Физическая химия, химическая физика 13, вып. 13 (2011).