Nanorurki

Trójwymiarowe modele struktury jednowarstwowych nanorurek węglowych
Animacja pokazująca trójwymiarową strukturę nanorurki

Nanorurki – struktury nadcząsteczkowe, mające postać pustych w środku walców. Współcześnie najlepiej poznane są nanorurki węglowe. Istnieją jednak także niewęglowe nanorurki (m.in. utworzone z siarczku wolframu)[1] oraz nanorurki utworzone z DNA[2].

Nanorurki węglowe

Nanorurki węglowe (CNTs, z ang. carbon nanotubes) są odmianą alotropową węgla obok grafitu, diamentu i fullerenów[3]. Zbudowane są zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu). Odkryte zostały niedługo po fullerenach, bo w 1991[4] roku przez Sumio Iijimę w sadzy wygenerowanej poprzez odparowywanie łukowo-wyładowcze elektrody grafitowej. Najcieńsze nanorurki węglowe mają średnicę od rzędu jednego nanometra, a ich długość może być miliony razy większa, przez co przypominają igły lub włosy. Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozciąganie i własności elektryczne, oraz są znakomitymi przewodnikami ciepła. Te własności sprawiają, że są badane jako obiecujące materiały do zastosowań w nanotechnologii, elektronice, optyce i badaniach materiałowych. Obecnie znane są wydajne i stabilne oraz stosunkowo niedrogie metody produkcji, np. metoda CVD (Chemical Vapour Deposition)[5].

Nanorurki DNA

Z odpowiednio zmodyfikowanego DNA, poprzez przyłączenie do końców jego łańcucha odpowiednich grup umożliwiających kontrolowane sklejanie można w specjalnych warunkach tworzyć złożone kompleksy, które spontanicznie krystalizują, tworząc dwuwymiarowe struktury nazywane warstwami DX[6].

Struktury te, oprócz tworzenia płaskich warstw można także w odpowiednich warunkach skłonić do utworzenia pustych w środku rurek o średnicy 4-20 nm przypominających rozmiarem i kształtem nanorurki węglowe. Nanorurki DNA mają znacznie gorsze własności mechaniczne i elektryczne od węglowych, można je jednak łatwiej modyfikować chemicznie i łączyć z innymi strukturami nadcząsteczkowymi[2].

Nanorurki nieorganiczne

Nanorurki udało się również otrzymać na bazie związków nieorganicznych. Możliwość taką przewidział już w 1930 r. Linus Pauling[7], jednak po raz pierwszy udało się dowieść istnienia takiej struktury dopiero zespołowi Reshefa Tenne w 1992, który otrzymał je z siarczku wolframu[1].

W kolejnych latach opracowano metody otrzymywania nanorurek z wielu innych związków nieorganicznych, m.in. z tlenku wanadu, tlenku magnezu, tlenku tytanu, krzemionki, pochodnych borazolu[8], a także czystej miedzi i bizmutu[9], które można stosować jako materiały przewodzące prąd elektryczny, suche elektrolity oraz katalizatory reakcji redoks.

Nanorurki nieorganiczne mają zwykle większą gęstość od węglowych i mają mniejszą odporność na rozciąganie, ale za to większą na ściskanie, dzięki czemu można je potencjalnie stosować do produkcji materiałów o wysokiej odporności na przebicie i rozerwanie, np.: do produkcji kamizelek kuloodpornych[8].

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ a b R. Tenne i inni, Polyhedral and cylindrical structures of tungsten disulphide, „Nature”, 360 (6403), 1992, s. 444–446, DOI: 10.1038/360444a0 [dostęp 2022-05-12] (ang.).
  2. ↑ a b Paul W.K. Rothemund i inni, Design and Characterization of Programmable DNA Nanotubes, „Journal of the American Chemical Society”, 126 (50), 2004, s. 16344–16352, DOI: 10.1021/ja044319l [dostęp 2022-05-12] (ang.).
  3. ↑ H.W. Kroto i inni, C60: Buckminsterfullerene, „Nature”, 318 (6042), 1985, s. 162–163, DOI: 10.1038/318162a0 [dostęp 2022-05-12] (ang.).
  4. ↑ Sumio Iijima, Helical microtubules of graphitic carbon, „Nature”, 354 (6348), 1991, s. 56–58, DOI: 10.1038/354056a0 [dostęp 2022-05-12] (ang.).
  5. ↑ Xiao-Di Wang, K. Vinodgopal, Gui-Ping Dai, Synthesis of Carbon Nanotubes by Catalytic Chemical Vapor Deposition, [w:] Hosam Saleh (red.), Perspective of Carbon Nanotubes, IntechOpen, 11 grudnia 2019, DOI: 10.5772/intechopen.86995, ISBN 978-1-78984-401-6 (ang.).
  6. ↑ Erik Winfree i inni, Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals, „Nature”, 394 (6693), 1998, s. 539–544, DOI: 10.1038/28998 [dostęp 2022-05-13] (ang.).
  7. ↑ L. Pauling, The Structure Of The Chlorites, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 16 (9), 1930, s. 578–582, DOI: 10.1073/pnas.16.9.578, PMID: 16587609, PMCID: PMC526695 [dostęp 2022-05-13] (ang.).
  8. ↑ a b Bethany Halford, Inorganic Menagerie, „Chemical & Engineering News”, 83 (35), 29 sierpnia 2005, s. 30–33 [dostęp 2022-05-13] (ang.).
  9. ↑ Dachi Yang i inni, Electrochemical synthesis of metal and semimetal nanotube–nanowire heterojunctions and their electronic transport properties, „Chemical Communications” (17), 2007, s. 1733–1735, DOI: 10.1039/B614147A [dostęp 2022-05-13] (ang.).

Linki zewnętrzne

Media użyte na tej stronie

Types of Carbon Nanotubes.png
Autor: User Mstroeck on en.wikipedia, Licencja: CC-BY-SA-3.0

Opis

A diagram showing the types of carbon nanotubes. (Created by Michael Ströck (mstroeck) on February 1, 2006. Released under the GFDL).

The (n,m) nanotube naming scheme can be thought of as a vector (Ch) in an infinite graphene sheet that describes how to 'roll up' the graphene sheet to make the nanotube. T denotes the tube axis, and a1 and a2 are the unit vectors of graphene in real space.

If m=0, the nanotubes are called zigzag. If n=m, the nanotubes are called armchair. Otherwise, they are called chiral.
Kohlenstoffnanoroehre Animation.gif
Autor: Original hochgeladen von Schwarzm am 30. Aug 2004; Selbst gemacht mit C4D/Cartoonrenderer, GNU FDL, Licencja: CC-BY-SA-3.0
Carbon nanotube