Nanotuburi de carbon

1. SCURT ISTORIC

Nanotehnologia este un domeniu multidisciplinar care aduce marile realizari stiintifice din Fizica, Chimie, Biologie, Matematica si Stiinta materialelor spre aplicarea lor la a construi cu atomi si molecule materiale la scala nanometrica cu inteligenta artificiala, structuri biocompatibile, surse de energie neconventionale, nanoroboti pentru medicina, cipuri cu densitate mare a componentelor si biomateriale auto-replicabile etc.

Metoda de constructie de jos in sus este astazi cunoscuta ca "building from bottom-up". Este domeniul unde structurile biologice (ADN, proteine, oligomeri si bio-oligomeri) sunt arhitecturate cu materiale sintetizate la scala nanometrica utilizand tehnici combinte din fizica si chimie (microscopia de forte atomice, nanolitografia, fascicule moleculare, nanoelectrochimie, sol-gel) cu cele din genetica; domeniul unde moleculele si polimerii devin dispozitive electronice (electronica moleculara); domeniul unde proprietatile materialelor sunt exploatate la extrem pentru tehnica spatiala; domeniul unde se dezvolta intrega tehnologie a informatiei.

Nanotehnologia reprezinta abilitatea de a construi obiecte prin asamblarea de atomi in secvente de timp bine precizate. A construi structuri pornind de la atomi si molecule este necesar inventarea de dispozitive de asamblare la scala nanometrica. Rolul lor este de a asambla atomii si moleculele in miliarde de configuratii specifice unei structuri nanometrice. Capacitatea ansamblurilor de a se autoreplica este una din cerintele de baza a instrumentelor nanometrice. Fiecare nanoinstrument va trebui sa opereze in mod propriu si sa fie programabil.

Descoperirea lor este legata de cea a fulerenelor, forme alotropice ale carbonului, molecule compuse din carbon in forma unor sfere, elipsoid sau de tuburi. Fulerenele sferice se numesc buckyball si acelea cilindrice se numesc buckytub sau simplu nanotuburi de carbon (CNT).

Fig.1-Fulerene.

Fiecare dintre ele poate fi considerat ca un mod de organizare spatiala a grafenelor (planele bazale din grafit). Fulerenele au fost descoperite de in 1985 de Curl, Kroto si Smalley la

Universitatea Sussex, UK si Rice University (Houston, Texas), iar denumirea lor provine de la arhitectul Richard Buckminster Fuller care a construit un dom cu acest tip de geometrie. In 1996 cei trei chimisti primesc premiul Nobel pentru aceasta descoperire.

Aceasta familie era diferita de cea a grafitului si diamantului, C60 este o molecula formata din 60 de atomi de carbon. Aceasta noua molecula de carbon (C60) a primit numele de buckyball.In timp ce grafitul contine atomi de carbon sub forma plane grafenice ,,suprapuse", buckyballs sunt similare unor custi sferice ce au legaturile carbon-carbon foarte puternice cu acelasi tip de hibridizare ca in planele grafenice.

In 1991, au fost descoperite nanotuburi de carbon in funinginea depusa pe un catod de carbon a unui arc voltaic. Acestea au fost descoperite de Sumio Iijima in laboartoarele de cercetare fundamentala a firmei NEC din Tsukuba, Japonia. Micrografiile observate cu un microscope electronic de inalta rezolutie au aratat ca nanotuburile de carbon multistrat(MWNT) ale lui Iijima erau inrudite cu fulerenele. Desi MWNT sunt inrudite cu fulerenele, ele nu sunt molecular perfecte.

In 1993, s-au descoperit simultan nanotuburile cu carbon unistrat (SWNT) de catre Iijima si Toshinari Ichihashi de la NEC si Donald S. Bethune et col de la IBM Almaden Research Center din San Jose, California. Cele doua grupuri au descris rolul de catalizator pentru fier, nichel sau cobalt, introduse in anodul arcului voltaic din reactorul de sinteza pentru nanotuburi si C60. Rezultatul a fost o funingine pe peretii camerei, iar microscopia de transmisie electronic (TEM) a pus in evidenta ca funinginea era alcatuita din mai multe SWNT ce aveau o distributie variata a diametrelor. Funinginea nu continea nici un MWNT.

In prezent sunt dezvoltate o serie de metode de sinteza pentru fulerene (ablatie laser) respective pentru nanotuburi (ablatie laser, CVD, CTR-chemical transport reaction) unde se folosesc descompunerile termice ale gazelor (metan, acetilena, etilena) in prezenta catalizatorilor nanometrici din grupa fierului.

Paul Holister-Nanotubes White Paper CMP Cientifica January 2003

P. M. Ajayan, T. W. Ebbesen, Rep. Prog. Phys. , 2003

P. M. Ajayan, O. Z. Zhou, Carbon Nanotubes, 2001

http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/phkhtt/2004_1_4/0503-01.pdf

http://lib.semi.ac.cn:8080/tsh/dzzy/wsqk/science/vol321/321-385.pdf

Ioan Stamatin-Nanomateriale aplicatii in biosenzori, surse de energie, medicina,biologie-Elemente de nanotehnologie,2008

http://www.minatech.ro/nanoel/Rezumat-rom-75ceex.pdf