Uhlíkové nanotrubice (anglicky: carbon nanotubes - CNTs) jsou podlouhlé útvary, jejichž stěny jsou tvořeny atomy uhlíku (podobná kulovitým fullerenům) o průměru 1 až 100 nanometrů a o délce do 100 µm. Mohou být jedno- či vícestěnné.
Vlastnosti a použití
Uhlíkové nanotrubice se využívají např. v elektrotechnice. Mohou sloužit jako výborné vodiče, neboť se v nich mohou elektrony pohybovat téměř volně, odpor nanotrubic je velmi malý a téměř nezávisí na její délce.
Zplodiny z výroby
Američtí vědci prokázali mnohé toxické a rakovinotvorné zplodiny z výroby uhlíkových nanotrubic, například 15 aromatických uhlovodíků jako benzo(a)pyren nebo benzen, ale i další látky jako 1,3-butadien.
Zdravotní rizika
V květnu 2008 zveřejnil britsko-americký výzkumný tým studii, podle které uhlíkové nanotrubice v dutině břišní pokusných zvířat způsobují podobné patologické změny jako např. vlákna azbestu. Švédský výzkum zase ukázal, že u myší způsobuje vdechování jednostěnných uhlíkových nanotrubic plicní zánět a fibrózu. Zjištěny byly i genotoxické účinky uhlíkových nanotrubic. Některé jiné studie však strach z použití uhlíkových trubic zmírňují.
Ekologická rizika
Uhlíkové nanotrubice jsou v životním prostředí biologicky dostupné pro živé organismy, mají schopnost dlouhodobě přetrvávat v prostředí a hromadit se v potravních řetězcích.
Zajímavé odkazy:
Uhlíkové nanotrubice - Vlastnosti a uplatnění
Uhlíkové nanotrubice - Rozdělení, struktura
Uhlíkové nanotrubice - Vlastnosti a uplatnění
zdroj: http://cs.wikipedia.org
Fullereny jsou molekuly, tvořené atomy uhlíku uspořádanými do vrstvy z pěti- a šestiúhelníků s atomy ve vrcholech, která je prostorově svinuta do uzavřeného tvaru (nejčastěji do tvaru koule nebo elipsoidu). Vzhledem k této struktuře jsou mimořádně odolné vůči vnějším fyzikálním vlivům. V dutině molekuly fullerenu může být uzavřený jiný atom, několik atomů či malá molekula.
Zatím nejstabilnější známý fulleren obsahuje 60 atomů uhlíku. Jeho čistá krystalická forma, která je tvrdší než diamant, dostala název fullerit.
Fullereny se uměle připravují nejčastěji pyrolýzou organických sloučenin laserem.
Fullereny byly nazvány po americkém architektovi Buckminsteru Fullerovi, který projektoval geodetické kopule podobného tvaru. Za objev a studium vlastností fullerenů byla v roce 1996 udělena Nobelova cena za chemii Robertu F. Curlovi a Richardu E. Smalleymu a Haroldu W. Krotoovi. V současné době je výzkum vlastností a metod přípravy fullerenů velmi intenzivně studován na řadě vědeckých institucí po celém světě.
Objev a vlastnosti
V roce 1992 předpověděl P. R. Buseck, že fullereny mohou být nalezeny ve fulguritech neboli sklech protavených úderem blesku. O rok později tento předpoklad potvrdil T. K. Dally při výzkumu fulguritu ze Sheep Mountain v Coloradu.
Systematicky byly prozkoumány fullereny až do molekuly obsahující 96 atomů uhlíku. Organická chemie se nejvíce rozvíjí kolem molekul s 60 a 70 atomy. Pro metallofullereny, tedy fullereny které mají ve své dutině umístěn atom či i několik atomů kovu, se jako základ používají i vyšší molekuly jako třeba C80 či C82. Z fullerenů se odvozují i uhlíkaté nanotrubičky. Ty na jedné straně respektují hlavní topologický rys fullerenů - výstavba z proměnlivého počtu šestiúhelníků a dvanácti pětiúhelníků, jejich typickým tvarem je ale protažený válec. Vlastní fullereny přitom bývají tvarem poměrně blízké kouli.
Typy fullerenů
- buckyball klastry: nejmenší z nich je C20, ale nejčastější typ je C60
- polymerní: řetěze dvou a třídimenzionálních polymerů utvářených pod vysokým tlakem a teplotou;
- nano"onions": vícevrstvé sférické fullereny (využití jako mazivo)
Strukturu blízkou fullerenům (tedy tvořené vrstvou nebo několika málo vrstvami atomů uhlíku uspořádaných do pětiúhelníků a šestiúhelníků) mají:
- Grafen (nesvinutá vrstva)
- Uhlíkové nanotrubičky (vrstva svinuta do válcového tvaru)
Příprava fullerenů
Jsou známy čtyři způsoby přípravy pyrolýzou:
- Rozhodující metoda přípravy využívá vypařování grafitu v elektrickém oblouku v atmosféře inertního plynu.
- Metoda přípravy fullerenu v plamenech různých organických látek se zatím příliš nevžila.
- Třetí metoda pracuje se slunečním zářením koncentrovaným pomocí zrcadla do ohniska, ve kterém je umístěn grafit.
- Poslední metoda využívá pyrolýzy organických sloučenin laserem.
Postupný rozvoj průmyslové produkce významně snížil ceny fullerenů. Časově nejnáročnější fází celého procesu je separace jednotlivých fullerenů pomocí kapalinové chromatografie.
Využití fullerenů
Největší prostředky jsou v současnosti vynakládány na výzkum fullerenů jako nových perspektivních materiálů pro techniku. Mezi nejdůležitější vlastnosti patří jejich supravodivost. Ukázalo se, že je možno vytvářet sloučeniny C60 s alkalickými kovy, které jsou supravodivé při teplotách 18 K i vyšších.
Dalším perspektivním oborem, kde se dá předpokládat jejich využití, je lékařství. Např. by je šlo využít jako léčiva na AIDS.
Nanokovy
“nanokovy“ jsou kovy a oxidy kovů s velikostí částic v jednotkách až desítkách nanometrů.
Příklady nanokovů:
-Nanostrukturní kovové membrány k redukci organických kontaminantů
-Nanomateriály na bázi elementárního (nulmocného) železa
-Nanostříbro a další
Příklady použití nanočástic kovů a jejich oxidů:
– odstranění fosforu (z vody, z krve)
– Magnetické nanočástice pro uložení dat a proti rakovině apod.
– Nové typy baterií (La, Ce, Sr, NiOx) aj.
Nanokeramika
Jako nanokeramika bývá označován nanostrukturní keramický materiál na bázi oxidů, karbidů, nitridů, boridů a jiných anorganických sloučenin, který se skládá z krystalů (zrn) s průměrnou velikostí 100 nm. Bývá obvykle připravený z nanoprášků metodou formování a spékáním.
Struktura a vlastnosti nanokeramických materiálů se mohou lišit od vlastností tradičních keramických materiálů s mikronovou velikosti zrn, s možným zlepšením mechanických, elektrických,nebo optických vlastností. Změna vlastností s velikostí zrna je velmi individuální a závisí na fyzikálních vlastnostech a fyzikálně-chemických vlastnostech použité keramiky.
