Strutturi Ġodda ta' Nanotubi tal-Karbonju b'Materjali Ibridi li Jimmodifikaw il-Proprjetajiet Notevoli tagħhom

Nanomaterjali bbażati fuq il-karbonju bħal nanotubi tal-karbonju (CNTs), fullereni u grafene huma ta’ interess minħabba l-proprjetajiet fiżiċi uniċi tagħhom. Studju ġdid jesplora l-potenzjal ta’ nanostrutturi ibridi u jintroduċi struttura ibrida ġdida ta’ CNT poruż tal-grafene bi proprjetajiet termali u mekkaniċi sinifikanti.

Dan l-istudju juri kif il-proprjetajiet sinifikanti ta' eterostrutturi ġodda tas-CNT tal-grafene jistgħu jinbidlu billi jinbidel ftit l-arranġament ġeometriku intrinsiku tas-CNT u l-grafene kif ukoll diversi fillers.

Il-kapaċità li jiġu kkontrollati b'mod preċiż il-konduttività termali u s-saħħa mekkanika fl-istrutturi ibridi tas-CNT tal-grafene tagħmilha kandidat potenzjalment adattat għal varjetà ta' applikazzjonijiet, partikolarment fil-manifattura aerospazjali avvanzata fejn il-piż u s-saħħa huma kritiċi.

Nanostrutturi tal-karbonju: nanotubi tal-karbonju, grafen, fullereni

In-nanostrutturi tal-karbonju u t-taħlitiet ta' nanostrutturi multipli tal-karbonju ġew investigati reċentement bħala kandidati potenzjali għal bosta applikazzjonijiet ta' sensing, fotovoltajċi, antibatteriċi, ħażna tal-enerġija, ċelloli tal-fjuwil u titjib ambjentali.

L-aktar nanostrutturi prominenti bbażati fuq il-karbonju li ġew studjati jidhru li huma s-CNTs, il-grafene u l-fullereni. Minħabba d-daqs żgħir ħafna tagħhom, dawn l-istrutturi juru proprjetajiet termali, mekkaniċi, elettroniċi u bijoloġiċi uniċi.

Strutturi mkejla fil-medda sub-nanometrika joperaw skont il-liġijiet speċjali tal-fiżika kwantistika, għalhekk jistgħu jintużaw biex jisfruttaw fenomeni mhux intuwittivi bħat-tunnellar kwantistiku, is-superpożizzjoni kwantistika u t-tħabbil kwantistiku.

In-nanotubi tal-karbonju huma tubi magħmula mill-karbonju u għandhom dijametru ta’ ftit nanometri biss. In-nanotubi tal-karbonju juru konduttività elettrika notevoli u xi wħud huma materjali semikondutturi.

Minħabba n-nanostruttura tagħhom u s-saħħa tal-bonds kovalenti ffurmati bejn l-atomi tal-karbonju, in-nanotubi tal-karbonju għandhom ukoll saħħa tensili għolja u konduttività termali.

In-nanotubi tal-karbonju huma materjali potenzjalment siewja għall-elettronika, l-ottika u l-kompożiti, u jistgħu jissostitwixxu l-fibri tal-karbonju fis-snin li ġejjin. In-nanoteknoloġija u x-xjenza tal-materjali qed jużaw ukoll in-nanotubi tal-karbonju fir-riċerka tagħhom.

Il-grafene huwa isomeru tal-karbonju fil-forma ta’ saff wieħed ta’ atomi tal-karbonju rranġati fi struttura ta’ kannizzata bidimensjonali li tikkonsisti minn eżagoni. Fl-2004 sar l-ewwel iżolament tal-grafene f’sensiela ta’ esperimenti pijunieri mix-xjentisti Andrew Geim u Konstantin Novoselov fl-Università ta’ Manchester fir-Renju Unit, li rebħulhom il-Premju Nobel fil-Fiżika fl-2010.

Fid-deċennji minn dakinhar 'l hawn, il-grafene sar nanomaterjal utli b'saħħa tensili estremament għolja, trasparenza u konduttività elettrika għal firxa wiesgħa u diversa ta' applikazzjonijiet fl-elettronika, is-sensing u teknoloġiji avvanzati oħra.

L-llerene huwa isomeru ieħor tal-karbonju li ilu magħruf għal xi żmien. Il-molekula tiegħu tikkonsisti f'atomi tal-karbonju li huma konnessi permezz ta' rabtiet singoli u doppji f'malja li tista' tingħalaq jew tingħalaq parzjalment. Il-malja hija magħquda ma' ċirku ta' ħames, sitt jew seba' atomi.

Il-molekuli tal-fullerene jistgħu jkunu sferi vojta, ellissojdali, tubulari jew ħafna forom u daqsijiet oħra. Il-grafene jista' jitqies bħala membru estrem tal-familja tal-fullerene, għalkemm huwa kkunsidrat bħala membru tal-klassi materjali tiegħu stess.

Nanostrutturi ibridi

Minbarra r-riċerka estensiva investita fil-fehim u l-karatterizzazzjoni ta' dawn in-nanostrutturi tal-karbonju individwalment, ix-xjentisti qed jesploraw ukoll il-proprjetajiet ta' nanostrutturi ibridi li jikkombinaw żewġ elementi nanostrutturati jew aktar f'materjal wieħed.

Per eżempju,ragħwagħandhom proprjetajiet aġġustabbli li jagħmluhom adattati għal applikazzjonijiet prattiċi bħad-disinn ta' strutturi sandwich, disinji bijokompatibbli u d-disinn ta' strutturi ta' saħħa għolja u piż baxx.

Nanofoams ibbażati fuq il-karbonju ntużaw ukoll fil-mediċina biex jeżaminaw il-ħsara fl-għadam u bħala bażi għas-sostituzzjoni tat-tessut tal-għadam.

Strutturi tax-xehda bbażati fuq il-karbonju huma prodotti permezz ta' depożizzjoni kimika tal-fwar (CVD) u trattament ta' soluzzjoni. Ġew implimentati wkoll metodi ta' sinterizzazzjoni bi spark plasma (SPS) biex jintuża l-grafene għal applikazzjonijiet bijoloġiċi u mediċi.

Għalhekk, ix-xjentisti ilhom ifittxu modi kif jagħmlu l-istrutturi tridimensjonali tal-fowm tal-karbonju stabbli. Ir-riċerka wriet li jeħtieġ li jiġu ffurmati konnessjonijiet stabbli bejn tipi differenti ta’ strutturi (nanotubi tal-karbonju, fullereni u grafene) sabiex dan il-materjal ikun stabbli biżżejjed għal firxa wiesgħa ta’ applikazzjonijiet.

Riċerka ġdida dwar nanostrutturi ibridi

Riċerka ġdida minn inġiniera mekkaniċi fl-Università Teknika ta' Istanbul fit-Turkija tintroduċi tip ġdid ta' nanostruttura ibrida ffurmata permezz ta' twaħħil kimiku.

Strutturi CNT porużi tal-grafene jsiru billi l-grafene jiġi organizzat madwar CNTs f'nano-ribbons. L-arranġamenti ġeometriċi differenti tas-saffi tan-nano-ribbon tal-grafene madwar in-nanotubi tal-karbonju (mudelli kwadri, eżagonali u tad-djamanti) iwasslu għal proprjetajiet fiżiċi differenti osservati fil-materjal, u dan jissuġġerixxi li dan ir-riarranġament ġeometriku jista' jintuża biex jirfina l-istrutturi l-ġodda.

Ir-riċerkaturi sabu, pereżempju, li strutturi mdaħħla bil-fullereni wrew stabbiltà u saħħa kompressiva sinifikanti mingħajr ma ssagrifikaw is-saħħa tensili. L-arranġament ġeometriku tan-nanostrutturi tal-karbonju kellu wkoll effett sinifikanti fuq il-proprjetajiet termali tagħhom.

Ir-riċerkaturi jgħidu li dawn in-nanostrutturi ibridi ġodda joffru vantaġġi importanti, speċjalment għall-industrija aerospazjali. Nanostrutturi b'dawn l-istrutturi ibridi jistgħu jintużaw ukoll għall-ħażna tal-idroġenu u n-nanoelettronika.