2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon

7/28/2019 2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon

http://slidepdf.com/reader/full/2-1-varga-ionut-nanotuburi-de-carbon 1/15

Universitatea POLITEHNICA Bucureşti Facultatea de Chimie Aplica tă şi Ştiinţa Materialelor

Prof.coordonator: Masterand:Sorina Girea Varga Ionut Daniel

NANOTUBURI DE CARBON



I. Nanocompozite polimer-Nanotuburi decarbon

• Nanomaterialele pe bază de carbon suntdefinite ca acele materiale în care“nanocomponentul” este carbonul ;

• Carbonul, poate forma în a fară de grafit ovarietate de alte structuri (mai cunoscutăeste structura materialului C 60 ,fulerena) ;

•

În 1991 cercetătorul japonez Iijima aobservat pentru prima dată structuratubulară a carbonului ;

• Primul polimer nanocompozit având camaterial de umplere nanotuburi de carbona fost descoperit în 1994;

• CNT-ul este caracterizat de flexibilitate,densitate joasă şi un raport dimensionalmărit ;

• Combin ă excelent propriet ăţ ile electrice,mecanice şi termice, făcându -l un

candidat sigur şi eficace la fabricarea denanocompozite polimerice.

Fig.1.Nanotuburi de carbon



Clasificarea nanotuburilor:1) Nanotuburi unistrat (SWNT), alcătuite dintr -o singura foaie de grafit, ce

pare învelit într-un tub cilindric, (fig.2). [6]2) Nanotuburi multistrat (MWNT), cuprind o serie de nanotuburi care sunt

concentrice precum inelele unui trunchi de copac, (fig.3), (Khare andBose 2005). [6]

Fig.2. Nanotuburi cu structurăunistrat (SWNT)

Fig.3. Nanotuburi cu structurămultistrat (MWNT)



1) Nanotuburile unistrat prezintă trei structuridiferite:

• zigzag, scaun, chiral

Fig.4. Cele trei structuri ale nanotuburilor unistrat



II. Metode de sinteză ale nanotuburilor decarbon

1- descărcarea în arc electric ;2- îndepărtarea cu laser ; 3- catalitică - depunerea chimică în fază de vapori (CVD).

1. Sinteza prin descărcare în arc electric Se creează o plasmă de descărcare între anod şi catod, anodul

(confecţionat din carbon) vaporizează şi precipită pe catod, ca CNTs. În proces se pot obţine de asemenea şi alte forme de carbon, alteleCNTs. MWNTs se obţin fără catalizator, iar SWNTs cu catalizator de Fe,Ni- Y. Variabilele includ: presiunea gazului în reactor, condiţiile de arc.



2. Sinteza prin îndepărtarea cu laser

În această metodă o undă laser vaporizează grafitul într -un reactor la temperatură ridicată, în timp ce un gaz inert este introdus în cameră,nanotuburile se depun pe suprafeţele reci ale reactorului, deoarececarbonul vaporizat condensează.

3) Sinteza catalitică - depunerea chimică în fază de vapori (CVD)

Depunerea catalitică în fază de vapori a fost prima dată raportată în1959 [12], dar până în 1993 [13], nu s -au putut obţine nanotuburi decarbon pe această cale.

În timpul CVD, se pregăteşte un strat de particule metalice catalitice, cel mai obişnuit de nichel, cobalt, fier sau combinate. Pentru a iniţia dezvoltarea nanotuburilor, se introduc în reactor

două gaze: - un gaz de proces, cum ar fi: amoniac, azot, hidrogen etc- un gaz ce conţine carbon, cum ar fi: acetilena, etilena, etanol,

metan etc.Nanotuburile se dezvoltă în locurile metalului catalitic, gazul ceconţine carbon este suport de suprafaţa particulelor de catalizator şi,carbonul este transportat la marginile particulei, unde formeazănanotuburile.

Dintre toate metodele de sinteză, CVD indică o speranţă pentrudepunerea la scară industrială în termeni de raport preţ/unitate.



Fig.5. Distribuţia nanotuburilor de carbon în răşină(imagine SEM)

Schadler et al (1998) a

relatat despre dispersia a5% masice MWNT-urilor

într- o răşină epoxi printratare cu ultrasunete.Cu toate ca MWNT-urileau fost bine separate, elenu rămân bine distribuite(fig.5).



III. Proprietăţile nanotuburilor de carbon 1) Proprietăţi mecanice:

- rezistenţa axială excepţional de mare 2) Proprietăţi electrice: - conductori unidimensionali

3) Proprietăţi termice: - conductivitate termică mare, valorile teoretice sunt cuprinse în

intevalul 2800-6000 W/mK- căldură specifică mare (se pot folosi ca aditivi în adezivi şi

conducte încălzite) a ) Proprietăţile mecanice ale CNT -urilor au fost mult studiate, atât prinutilizarea de tehnici experimentale [15- 16], cât şi prin mijloacecomputaţionale [17]. Structura asemănătoare fibrelor, densitate joasă,raportul dimensional mărit şi proprietăţile mecanice excelente facCNT-urile atractive pentru armarea polimerilor.b) Conductivitatea electrică -posibilitatea utilizării CNT -urilor dreptumpluturi conductoare în compozitele polimerice a fost deja raportată

în literatura de specialitate [17- 20]. Datorită ariei mari a suprafeţei,CNT-urile constituie medii interesante pentru stocarea energieielectrice.



Fig.6. Rezistivitatea volumică electrică acompozitelor MWNT/PP funcţie de

conţinutul nanotubului

Fig.7. Variaţia vâscozităţiicompozitului MWNT /PP funcţie de

conţinutul de nanotuburi de carbon



IV. Aplicaţii ale nanotuburilor de carbon

Fig.8. Imagine SEM a spumelor

super-compresibile

Fig.9. Nanotuburi de carbon: fiecarebiluţă este un atom de carbon legat

covalent cu vecinii săi



Fig.10. Nanotuburi de carbonfolosite pentru obţinerea vestei

antiglonţ

Fig.11. Formarea diodei prinunirea a doua nanotuburi de

carbon



Fig.12. Structura nanotuburilor

de carbon

Fig.13. Nanotuburi de carbon



V. Concluzii

1) Nanotuburile unistrat sunt încă foarte scumpe (costisitoareproducerea lor) şi, dezvoltarea unor tehnici de sinteză posibile estevitală pentru viitorul nanotehnologiei carbonului. Dacă nu se vor descoperi căi de sinteză mai ieftine, această tehnologie va fi imposibilde aplicat, la scară comercială [9].

2) Nanoparticulele, în general şi, nanotuburile de carbon, înparticular, sunt particule potrivite pentru a modifica proprietăţile dematerial ale polimerilor.

3) S- a constatat că rezistenţa la compresiune a CNT -urilor cupereţi subţiri şi groşi este cu două ordine de mărire mai mare decâtrezistenţa la compresiune a oricărui alt material cunoscut (Laurie et al1998).

4) Datorită proprietăţilor excelente pe care le prezintă,nanotuburile sunt folosite în numeroase domenii, urmărindu -se încontinuare lărgirea sferei de aplicaţii a acestora.

5) În urma evaluării toxicităţii nanotuburilor de carbon, cercetătoriisugerează luarea unor serioase măsuri de precauţie, deoarece folosireaacestora produce aceleaşi efecte ca şi în cazul utilizării azbestului.



BIBLIOGRAFIE

1)Mon thi ou x, Marc; K uznets ov, Vladim ir L. (2006). "

Who should begiven the credit for the discovery of carbon nanotubes? ", Carbo n 44 ; 2) Радушкевич, Л. В.; Лукьянович, В. М. (1952). " О Структуре

Углерода, Образующегося При Термическом Разложении Окиси Углерода На Железном Контакте " (PDF). Журнал Физической Химии 26: 88 – 95 ;

3) Oberlin , A.; M. End o, and T. Ko yam a, J . Cryst . Grow th (March 1976). F i lam entou s gro wth o f carbon th rou gh b enzene decom po si t ion . 32.pp . 335 –349 ;

4 ) Endo, Morinobu; Dresselhaus, M. S. (October 26, 2002), CarbonFibers and Carbon Nanotubes (Interview, Nagano, Japan) ;

5) Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Metals. 1982, 3, p.12-17 [in

Russian] ;6) Bull. Mater. Sci., Vol. 30, No. 4, August 2007, p. 379-386. Indian

Academy of Sciences ;7) Iijima, Sumio (1991). " Helical microtubules of graphitic carbon ".

Nature 354: 56 –58 ;8) Ebbesen, T. W.; Ajayan, P. M. (1992). " Large-scale synthesis of

carbon nanotubes ". Nature 358: 220 –222 ;

http://www.cemes.fr/fichpdf/GuestEditorial.pdf


http://carbon.phys.msu.ru/publications/1952-radushkevich-lukyanovich.pdf



http://web.mit.edu/tinytech/Nanostructures/Spring2003/MDresselhaus/i789.pdf


http://www.nature.com/nature/journal/v354/n6348/abs/354056a0.html

















9) Collins, Philip G.; Phaedon Avouris (December 2000),Scientific American: 67, 68, and 69 ;

10) Guo, Ting (1995). " Self-Assembly of Tubular Fullerenes ". J.Phys. Chem. 99: 10694 –10697;

11) Guo, Ting (1995). " Catalytic growth of single-wallednanotubes by laser v aporization ". Chem. Phys. Lett. 243: 49 –54;12) Walker Jr., P. L. (1959). " Carbon Formation from Carbon

Monoxide-Hydrogen Mixtures over Iron Catalysts. I. Properties of Carbon Formed ", J. Phys. Chem. 63: 133 ;

13) José-Yacamán, M. (1993). " Catalytic growth of carbonmicrotubules with fullerene structure ", Appl. Phys. Lett. 62: 657;

14) Eftekhari, A.; Jafarkhani, Parvaneh; Moztarzadeh, Fathollah(2006), " High-yield synthesis of carbon nanotubes using a water-soluble ca talyst support in catalytic chemical vapor deposition ".Carbon 44: 1343;

15) P.M. Ajayan, L.S. Schadler, C.Giannaris, A. Rubio, Single-walled carbon nanotube-polymer composites: strenght and weakness,Adv. Mater. 12, 750, 2000 ;

6) J.P. Salvetat. J.M. Bonard, N.H. Thompson, A.J. Kulik, L. Forro,W. Benoit, L. Zuppiroli, Mechanical properties of carbon nanotubes,Apll. Phys. A, 69, 255, 1999 ;

http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jpchax/1995/99/i27/f-pdf/f_j100027a002.pdf?sessid=6006l3

http://www.orgchem.science.ru.nl/molmat/mm-web/education/caput-college/ChemPhysLett-1995-243-49.pdf







http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=APPLAB000062000006000657000001&idtype=cvips&gifs=yes


http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TWD-4J0NY78-6&_user=10&_coverDate=06%2F30%2F2006&_rdoc=39&_fmt=summary&_orig=browse&_srch=doc-info(%23toc%235560%232006%23999559992%23618829%23FLA%23display%23Volume)&_cdi=5560&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=47&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=5931efe541d32e5529d787bce8405279






















Documents

2. 1. Varga Ionut Nanotuburi de Carbon