Ugljenikova Vlakna

0 | P a g e

Univerzitet u Novom Sadu

Tehnicki fakultet

“Mihajlo Pupin”

Zrenjanin

SEMINARSKI RAD:

“Ugljenikova vlakna i nanocevi"

Zrenjanin 2012.

Jovana Stojanov

broj indeksa: MTT4/11

Master odevnih tehnologija

prof.dr. Vasilije Petrović

1 | P a g e

Sadržaj

1.0 Ugljenik kao element .......................................................................................................................................................................2

1.1 Alotropske modifikacije ugljenika............................................................................................................................... 3

2.0 Ugljenikovo vlakno ...........................................................................................................................................................................6

3.0 Ugljenikove nanocevi.................................................................................................................................................................... 10

3.1 Nanotehnologija............................................................................................................................................... 10

3.2 Ugljenik u nanotehnologiji ............................................................................................................................. 11

3.3 Jednoslojne nanotube .................................................................................................................................... 15

3.4 Višeslojne nanotube ....................................................................................................................................... 15

3.5 Nanovlakna ....................................................................................................................................................... 16

3.6 Osobine nanotuba ........................................................................................................................................... 17

3.7 Defekti i toksičnost nanotuba ....................................................................................................................... 18

4.0 Primena ugljeničkih nanocevi ..................................................................................................................................................... 19

5.0 Literatura ......................................................................................................................................................................................... 20

2 | P a g e

1.0 Ugljenik kao element

Ugljenik ili karbon (C, lat. Carboneum) je nemetal, , IV grupe (sl.1). Stabilni izotopi su mu: 12C и 13C. Bitan nestabilan izotop je 14C (nastaje od 14N u gornjim slojevima atmosfere).

Sl.1 položaj ugljenika u periodnom sistemu

Ovaj četvorovalentni nemetal ima nekoliko alotropskih modifikacija:

dijamant (najtvrđi prirodni poznati nemetal) hemijske formule C , vezivne strukture: 4 elektrona u trodimenzionalnim sp3-orbitalama ;

grafit (jedna od najmeksih supstanciiste hemijske formule kao i dijamant – C, vezivne strukture: 3 eletrkona u dvo dimenzionalnim sp2-orbitalama и 1 elektron u p-orbitali;

fuleren : hemijske formule C60, koji danas ima siroku primenu u poljoprivredi.

Ugljenik je zastupljen u zemljinoj kori u količini od 0,018%. Veoma je rasprostranjen u prirodi i to kako u elementarnom obliku tako i u vezanom, gde broj njegovih jedinjenja ide i do 10 puta više od svih ostalih poznatih elemenata. S toga se cela jedna grana u hemiji, koja se naziva organska hemija, bazira na jedinjenjima koja u sebi sadrži ugljenik.

Od njegove ukupne količine na Zemlji, 99,8% je vezano u mineralima, uglavnom u karbonatima, dok je samo 0,01% ugljenika vezan u živim bićima. Ogromna količina ugljenika koncetrinsana je u nalazištima fosilnig goriva (nafta, ugalj, zemni gas). U atmosferi je u obilku gasova ugljen(IV)oksid, ugljen(II)oksid. Takođe ga im ai u morskoj vodi u obliku hidrogen karbonata ili otopljenog ugljen(IV)oksida. Ima ga i u svemiru, gde je jedan od reaktanata prilikom termonuklearnih reakcija na tzv ’vrućim zvezdama’. Po broju jedinjenja koja gradi ugljenik zauzima drugo mesto, odmah posle vodonika Ugljenik stvara vrlo stabilne ugljenik-ugljenik veze, kao i veze sa mnogim drugim elementima što uzrokuje veliki broj ugljenikovih jedinjenja.. Razlog tome je što se ugljenikovi atomi u jedijnenjima mogu

3 | P a g e

međusobno povezivati jednostrukim, dvostrukim i trostrukim konvalentnim vezama na razlčite načine u dugačke lance i prstenove.

1.1 Alotropske modifikacije ugljenika

Grafit nema tacku topljenja, dok je ta vrednost za dijamant 3500°C. Tačka ključanja za grafit je 3642°C, dok dijamantu nije poznato. Gustina grafita na temperaturi od 25°C je 2,26g/cm3, a

dijamantu 3,51 g/cm3.

Dijamant (sl.2) je najtvrđi poznati mineral. Vezivna struktura mu je: 4 elektrona u sp3-orbitalama. Dijamant je proziran, vrlo tvrd i vrlo skup mineral. Ne provodi električnu struju, a ugljenikovi atomi u dijamantu povezani su sa četiri susedna ugljenikova atoma u dijamantsku

rešetku.

Sl.2 : nebrušeni dijamant

Grafit (sl.3) ima vezivnu strukturu od: 3 elektrona u sp2-orbitalama i 1 elektron u p-orbitali. Grafit je mekana, sivocrna, lomljiva materija, koja deluje kasna na dodir. Grafit provodi

električnu struju. Kristali grafita sastoje se od slojeva, a u svakom sloju atomi su poređani kao šesteročlani prstenovi.

4 | P a g e

Sl.3 : grafit

Fuleren (sl.4) je zatvorene strukture, napravljene od petoročlanih i šestoročlanih, a ponekad i

sedmoročlanih prstenova. Najpoznatiji i najstabilniji fuleren je bakminsterfuleren, C60, čija

struktura podseća na fudbalsku loptu. Fulereni su ime dobili po poznatom američkom arhitektu

Buckminsteru Fulleru (1895-1983.).

Sl.4: fuleren

5 | P a g e

Karbin se sastoji od lanaca ugljenikovih atoma povezanih σ vezama koje se ostvaruju preklapanjem sp hibridnih orbitala i π vezama, koje se ostvaruju preklapanjem p orbitala.

Od svih ugljenikovih alotropskih modifikacija izdvaja se fuleren (sl.5).

Sl.5: izgled strukture atoma fulerena

Fuleren je svaki molekul sastavǉen iskǉučivo od ugǉenika, u obliku šupǉe kugle, elipsoida, ili cevi. Cevasti fulereni se nazivaju i ugǉeničke nanocijevi. Fulereni su po strukturi slični grafitu koji se sastoji od slojeva u kojima su molekule ugǉenika spojeni u šestougaone prstenove, što stoga takvu ploču čini ravnom, dok fulereni sadrže i petougaone (a ponekad i sedugaone) prstenove, što im tada daje zakrivǉenost.

Prvi fuleren, C60, su otkrili 1985. godine Robert Curl, Harold Kroto i Richard Smalley. Tom fulerenu je dato ime bakminsterfuleren (sl.6) u čast Richardu Buckminsteru Fulleru, na čije građevine podseća molekul fulerena. Od tada su fulereni otkriveni i u prirodi, iako im je ta zastupljenost mala.

6 | P a g e

Sl.6 : Montreal Biosphère,Buckminster Fuller, 1967

Otkriće fulerena je jako proširilo broj poznatih ugǉenikovih alotropija, od kojih su do tog otkrića bile poznate samo grafit, dijamant, i amorfni ugǉenik kao čađ ili drveni ugalj. Istraživaǌe fulerena u obliku kugli i cevi je vrlo intenzivno zbog ǌihovih jedinstvenih hemijskih i tehnoloških primjena, posebno u fizici materijala, elektronici i nanotehnologiji. Nanotehnologija je nauka koja uključuje fiziku, hemiju, biologiju, nauke o materijalima. Kao nauka, nanotehnologija proučava fizičke, hemijske i biološke osobine molekula i atomskih čestica. Nanotehnologija je veština pravljenja ili rada sa stvarima tako malim da ih je moguće posmatrati samo pomoću najboljih mikroskopa. Uvidevši sve prednosti ugljenika nanotehnologija stvorila je način stvaranja sitnih vlakana napravljenih od ugljenika. Takozvana ugljenikova vlakna.

2.0 Ugljenikovo vlakno

Ugljenikovo vlakno, ili alternativni naziv grafitno vlakno, ili skraćeno CF (eng. Carbon Fiber). To je materijal kojeg čine vlakna prečnika od 5 do 10 μm sastavljena prevashodno od ugljenika. Atomi ugljenika spojeni su u kristale koji čine paralelne ploče duž ose vlakna. Upravo to slaganje ploča kristala daje vlaknu ekstremno veliku snagu i izdržljivost s obzirom na veličinu vlakna. Nekoliko hiljada vlakanaca skupljenih zajedno čine jednu nit koja zahvaljujući delovanju sila unutar kristala formira sama svoju pređu koja daljim tkanjem formira tkaninu (sl.7).

7 | P a g e

Sl.7: izgled pređe ugljenikovih vlakana

Preteča ugljenikovim vlaknima bili su poliakrilonitrilna vlakna (PAN), veštačka svila i smola

odnosno bitumen. Ugljenikovo predivo se ocenjuje po gustini u jedinici težine (težina na jedinicu dužine, 1g/1000m = 1 tex ), ili po broju filamenata u jedinici jednoj bali prediva. Ono se može

izrađivati u keper, svila ili običnom prepletaju. Takođe može biti pleteno i vezeno.

Ugljenikova vlakna se prave od sintetskih materijala procesom zagrevanja i istezanja materijala (sl.8). U proizvodnji ugljenih vlakana često se koristi poliakrilonitrilna vlakna (PAN) i bitumen. To

je sintetičko vlakno koje se dobija već napravljeno i namotano na kaleme. Bitumen je nusprodukt ugljenika, čvrsta supstanca koja se u ovom procesu koristi u otopljenog obliku od koje se razvlačenjem dobijaju vlakna ugljenika. U prvoj fazi rastegnuta vlakna se zagrevaju do

temperature od 400°C. Ovim korakom se osigurava da lanci ugljenika ostaju zajedno pri visokim

temperaturama. Druga faza u procesu karbonizacije jeste zagrevanje vlakana na 800°C u prostoru bez kiseonika. Ovom fazom se osigurava čišćenje od bilo kojih nečistoća, odn. ne karbonskih materija i preostalih vlakanaca PAN-a. Treća faza rasteže dobijena vlakna i do 50-

100% svoje prvobitne dužine uporedo zagrevajući ih na temperaturama od 1100°C do 3000°C.

Izdužavanje vlakana služi pravilnom orijentisanju kristala ugljenika. I na kraju, finalna faza se sastoji od očvrsnjavanja ugljenih vlakana epoksi smolama.

8 | P a g e

Sl.8 : proces formiranja ugljenikovog vlakna

Svako pojedinačno ugljenikovo vlakno je u stvari snop od više hiljada ugljenikovih filamenata.

Svaki od njih ima oblik tanke tube sa prečnikom od 5 do 8 mikrometara i sastoji se skoro 100%tno od ugljenika. Prve generacije ugljenikovih vlakana imali su prečnik od 7 do 8

mirkometara. Današnja vlakna imaju prečnik otprilike 5 mikrometara.

Atomska struktura ugljenikovih vlakana je vrlo slična sa strukturom grafita. Oba se sastoje od atoma ugljenika koji formiraju slojeve odnosno određene ravni koje svojim slaganjem daju

određenu strukturu.Glavna razlika leži u načinu ređanja tih ploča i njihovim vezama. Grafit je

kristalizovani materijal čiji slojevi ugljenikovih atoma leže paralelno u odnosu jedni na druge i veze (Van der Valsove veze) između ovih ravni su relativno slabe zbog načina orijetnacije ovih paralelnih ploča zbog čega je grafit toliko relativno slab i krt materijal. Upravo kombinacijom

ređanja ovakvih ugljenikovih ploča i njihovim zbijanjem i kombinovanjem ugljenikovih vlakana

dobijenih iz poliakrilonitrilnih molekula, čini ih toliko jakim i izdržljivim. Veze u ugljenikovom vlaknu su turbostatične, što se dobija jakim sabijanjem veza, precizno savijanim ploča ugljenika dobijenih iz poliakrilonitrilnih vlakana. Osobine ovih materijala jeste ono što ih čini veoma

primamljivim za korišćenje u nekim industrijama. Neke od tih osobina su visoka krutost, visoka zatezna otpornost, mala masa, visoka hemijska i termalna otpornost, veoma mali nivo širenja na

toploti...itd. Sve ovo ih čini veoma zastupljenim u vazduhoplovnoj, građevinarskoj, vojnoj,

motornoj, sportskoj industriji, i drugim. Međutim, cena im je relativno visoka naspram nekih sličnih vlakana kao što su staklena ili plastična vlakna. Padom cene, otvaraće se sve više vrata gde bi ugljenikovo vlakno moglo naći svoju primenu.

9 | P a g e

Ugljenikovo vlakno (tanja nit) u poređenju sa ljudskom vlasi (deblja nit)

Ugljenikova vlakna se mogu kombinovati i sa drugim materijalima kako bi formirali kompozit. U kombinaciji sa plastičnim smolama, njegova vlakna ili materijali koji su liveni od ovih kompozita,

daju u stvari plastični materijal koji sad ima čvrstinu karbonskih vlakanam odnosno ojačanu karbonom (sl.8). Ovakav materijal, s obzirom na svoju masu, ima izuzetno vosoku jačinu,

doduše veoma krut materijal pa s toga i krt i lomljiv.

Sl.8 : karbonska plastika

10 | P a g e

Takođe se mogu kombinovati sa drugim materijalima, kao što je grafen, pri čemu formiraju karbon-karbon kompozite koji imaju veoma veliku otpornost na visoke temperature.

Zbog ovih odlika vrlo često se koristi pri ojačavanju kompozitnih materijala. To znači da se kao

osnova koja se koristi kao matrica koja se očvršćava mogu koristiti i nepolimerni materijali. Ali

zbog osobine stvaranja metalnih krbida i oksida, ugljenikova primena je ograničena kad su u pitanju metali. Jedan od materijala koji se ojačava karbonskim vlaknimajeste upravo grafit dajući pri tom materijal poznat kao ojačani karbonski grafit – RCC (Reinforced-carbon-carbon). Svoju

primernu našao je u radnjama gde je potrebna visoka izdržljivost na visoke temperature. Ovaj metrijal je takođe našao primenu i kod filtracije gasova visokih temperatura, kao i antistatička

kompomentna. Izlivajući tanak sloj ugljenikovih vlakana značajno unapređuje termo otpornost polimera ili termostatskih kompozita, jer mnogo gušči, zbijeniji i čvršće materijal kao što je

ugljenikova vlakna, efektivno pojačava reflektovanje toplote, što dovodi do smanjene apsorbcije toplote.

3.0 Ugljenikove nanocevi 3.1 Nanotehnologija

Nanotehnologija je interdisciplinarna nauka koja uključuje fiziku, hemiju, biologiju, nauke o materijalima, kao i širok skup inženjerskih disciplina. Reč nanotehnologija, koristi se kao sinonim i za nauku i za tehnologiju. Kao nauka, nanotehnologija proučava fizičke, hemijske i biološke osobine molekula i atomskih čestica. Nanotehnologija kao tehnologija primenjuje istraživanja iz navedenih nauka i različite inženjerske discipline za proizvodnju materijala i funkcionalnih sistema sa posebnim i jedinstvenim osobinama.

Nanotehnologija kao inženjerska disciplina, odnosi se na tehnike i proizvode koji uključuju strukture nanometarskih dimenzija, u rangu od 1 do 100 nanometara, a naročito one koje transformišu materiju, energiju i informaciju, upotrebom nanometarskih komponenti sa precizno definisanim molekularnim osobinama. Različite tehnologije se uklapaju u ovu definiciju, a mnoge mogu doprineti razvoju novih proizvoda i proizvodnih procesa, na primer, napredna molekularna proizvodnja.

Napredovanje u nanotehnologiji se može posmatrati preko mnogih parametara, uključujući preciznost, složenost, isplativost i izbor proizvoda. Dugoročni ciljevi nanotehnologije

11 | P a g e

su atomska preciznost, arbitrarna složenost nanostruktura, ušteda u proizvodnji i masovna proizvodnja. Kombinacija ovih ciljeva izgleda izvodljiva, ali samo kroz višeslojni proces koji počinje sa razumijevanjem da trenutno stanje razvoja nanotehnologije ima ograničene sposobnosti.

Tehnologije koje se koriste u nanotehnologiji su vrlo različite, brzo se menjaju, a često nisu međusobno povezane. Tipični proizvodi nanotehnologije su nanočestice, vlakna i filmovi različitih materijala i struktura. Tu su takođe litografske nanostrukture za elektronska integralna kola, strukture nastale spontanim dodavanjem molekula, odnosno autosklapanjem, kao i čvrsti, hrapavi, ili porozni nanomaterijali. Mediji i materijali koji se koriste za proizvodnju nanostruktura i nanotekstura, često međusobno nemaju mnogo zajedničkog, a nalaze praktičnu primjenu počev od proizvodnje odjeće otporne na fleke pa sve do naprednih elektronskih komponenti. Mnogi tipovi nanotehnologija su nasljednici naučnih istraživanja iz već postojećih nauka, ali sada pod novim imenom.

3.2 Ugljenik u nanotehnologiji

Ugljenična nanocev ili ugljenička nanotuba (eng. - CNT – Carbon nanotubes) je alotropska modifikacija ugljenika u obliku cilindrične nanostrukture. Građene su od grafenske ravni uvijene u bešavni cilindar (sl.9). Konstruisane su tako da im odnos dužine prema prečniku iznosi i do 132.000.000 : 1, što je znatno više nego kod bilo kog drugog materijala. Ti cilindrični molekuli ugljenika imaju svojstva koja im omogućavaju mnoge primene u nanotehnologiji, elektronici, optici i drugim oblastima tehnologije.

Sl.9 - Strukturna ugljeničkih građa nanocevi

12 | P a g e

Konkretno, zbog velike toplotne provodnosti, mehanilkih i električkih osobina, ugljenične nanocevi nalaze primenu kao aditivi materijala za poboljšanje njihovih osobina. Na primer, već su našle primernu za ojačavanje bejzbol palica, štapova za golf, ili auto delova izrađenih pre svega od karbonskih vlakana (ugljenikovih vlakana) što je predtavljeno slikom sl.10. Ugljenikove nanocevi dodavaju se materijalima u malom procentu. Nanocevi su po strukturi članovi porodice fulerena. Krajevi nanocevi su zatvoreni kapama sfernog oblika. U zavisnosti od broja zidova, odnosno grafenskih ravni koje obrazuju koncentrične cevi, postoje u dva oblika , kao jednoslojne ili višeslojne strukture.

a)

b) c)

d)

13 | P a g e

e)

Sl.10 – različita primena materijala načinjenog od nanocevi ugljenika

(a-šema rasporeda ugljenikovog materijala duž palice

b,c,d-razni predmeti presvučeni slojem polimera ugljenikovg vlakna

e-kola sa čitavim oklopom od materijala sačinjenog od nanocevi ugljenika)

Svoju ulogu kao očvršćujući film na materijalima ima i u nekim drugim granama čovekove industrije, muzika ili čak moda sl.11 .

Sl.11 - Levo-violončelo presvučeno karbonskim materijalom,

desno-narukvice presvučene karbonskim materijalom

14 | P a g e

Poslednjih dvadeset godina se radi na razvoju „nanokompozita“, dobijenog od polimera ojačanih

ugljeničnim nanocevima (engl. Carbon nanotube reinforced polymer CNRP). Prelazak na materijal

CNRP za izradu struktura aviona je tek sada zastupljen, i ako je taj kompozit razvijen još 1991.

godine. On se smatra jednim od najjačih materijala ikada razvijenih. Nekoliko puta je jači od

dosadašnjih kompozita od ugljeničnih vlakana i smole, a lakši je za oko 25-30%. CNRP konkuriše

primeni aluminijuma i čelika, kao materijal za osnovne vazduhoplovne strukture. Rasprostranjena

upotreba CNRP za noseće komponente komercijalnih i vojnih avionskih struktura, počela je

poslednjih godina, a masovnije će biti prvi put upotrebljen na serijskom avionu F-35 lajtning II. Od

toga materijala će se izraditi i zameniti oko 100 komponenata, do sada napravljenih od drugih

kompozita i metala, za avion F-35 lajtning II.

Sl.12- avion F-35 Lightening sačinjen od CNRP-a

Ugljenične nanotube su jedan od izomernih oblika ugljenika sa

cilindričnom nanostrukturom. Njihovo ime potiče od njihove veličine,jer je prečnik nanotube reda nekoliko nanometara (aproksimativno 1/50 000 debljina ljudske vlasi) dok

im dužina može biti i nekoliko mikrometara. Ovi cilindrični molekuli još uvek imaju neispitane osobine.Ono što otežava proučavanje je to što nanotube imaju veoma velik opseg električkih,termičkih i stukturnih osobina koje su različite kod različitih vrsta nanotuba.Upravo te osobine ih čine potencijalnim kandidatima za primenu u

nanotehnologiji,elektronici,optici kao i drugim poljima nauke o materijalima i takođe u oblasti arihitekture.Oni imaju izvanrednu snagu i jedinstvene elektične osobine i vrlo su

dobri termički provodnici.Njihova upotreba je dosta široka, međutim, može biti ograničena njihovom potencijalnom toksičnošću.Nanotube imaju sfernu strukturu i

pripadaju familiji fulerena. Krajevi nanotube poseduju kape sfernog oblika,slične fulerenima.Nanocevi postoje u dva oblika kao jednoslojne nanocevi (single-walled

15 | P a g e

nanotubes - SWNT) i kao višeslojne nanocevi (multi-walled nanotubes - MWNT).

3.3 Jednoslojne nanotube

Većina jednosložnih nanotuba ima prečnik blizu jednog nanometra,dok njihova dužina može biti nekoliko miliona puta veća. Teoretski minimalna dužina prečnika je oko 0.4

nanometra,dok prosečna dužina prečnika teži da bude oko 1.2 nanometra u zavisnosti

načina pravljenja nanotuba. Struktura SWNT se može shvatiti kao kada bismo uzeli jedan sloj atoma grafita,zvanog

grafen, i uvili ga u cilindar,tako da na krajevima ima kape (sl.13),mada se te kape mogu i ukloniti.Kape nastaju “miksovanjem” petougaonika sa šestougaonicima i zato se smatra da su nanotube bliske familiji fulerena.

Sl.13 – kupaste kape na krajevima nanotuba

3.4 Višeslojne nanotube

Višeslojne nanotube Sl. 14 se sastoje od više uvijenih slojeva grafita.Postoje dva modela koja se koriste za opisivanje njihove strukture.U modelu „Russian Doll” slojevi grafita su

poređani u koncentrične cilindre.Na primer (0,8) jednoslojna nanotuba se nalazi u većoj (0,10) jednoslojnoj nanotubi. Drugi model je „Parchment” gde je jednoslojna nanotuba uvijena sama oko sebe. Međusobna udaljenost slojeva u višeslojnim nanotubama je bliska udaljenosti

slojeva grafena u grafitu.

16 | P a g e

Sl.14 – višeslojna nanotuba

Postoji više egzotičnih oblika i načina slaganja,često sa izmišljenim imenima poput

morski jež (sea urchin),ogrlica (necklace)... koji su takođe bili posmatrani pod različitim uslovima nastajanja.Raznovrsnost formi je interesantna ali ima negativnu stranu,jer se,do sada,pokazalo da MWNT (višeslojna nanotuba) imaju više defekata nego SWNT (jednoslojna nanotuba).

Sada se dosta razmišlja o većem korišćenju višeslojnih nanotuba u praksi,jer ih je lakše proizvoditi u većim količinama po razumnoj ceni. Posebnu pažnju treba obratiti na dvoslojne nanotube (DWNT) jer su njihova struktura i

osobine dosta slične SWNT ali je njihova otpornost na hemijske reakcije značajno poboljšana,što ima velik značaj na mehaničke i električne osobine.

3.5 Nanovlakna

Ovaj termin se odnosi na šuplja i čvrsta ugljenična vlakna čija je dužina reda nekoliko

mikrometara,a širina varira od nekoliko desetina nanometara do oko 200 nanometara.Iako ovi materijali nemaju cilindričnu strukturu jednoslojnih i višeslojnih nanotuba,već se

sastoje od mešavine formi ugljenika (slojeva grafita spojenih pod različitim uglovima) ipak se nazivaju nanotubama.Zbog ovakve strukture ne ispoljavaju snagu kakvu imaju

prave nanotube,ali su ipak dosta snažni materijali.

17 | P a g e

3.6 Osobine nanotuba

Ugljenične nanotube su najjači i najčvršći materijal otkriven do sada.Ove osobine su rezultat kovalentnih sp2 veza formiranih između ugljenikovih atoma.Odnosno svaki atom je spojen sa još tri atoma,kao u grafitu.Dobro je poznato da se grafit transformiše u dijamant na visokoj temperaturi i pri visokom pristisku,a dijamant je

poznat kao jedan od najčvršćih materijala. 2000. godine testirana je snaga MWNT i eksperiment je pokazao da imaju snagu od

63GPa.Radi ilustracije to znači da težinu od 6300 kg može da izdrži kabal poprečnog preseka od 1mm2.Nanotube pod pritiskom nisu tako jake,zbog njihove šupljikave

strukture i odnosa između prečnika i dužine. Eksperimentima je pokazano da su ugljenične nanotube mekše u radijalnom pravcu nego

duž ose.

Sl.15 – poređenje nekih od mehaničkih osobina

Zbog simetrije i jedinstvene elektronske strukture grafena,struktura nanotube

snažno utiče na njene električne osobine. Neka je dat chiral vektor (n,m).Ukoliko je n = m nanotuba je metal,ako je n-m umnožak broja 3 nanotuba je poluprovodnik sa malim propusnim opsegom,inače je poluprovodnik.

U teoriji,metalne nanotube mogu da ponesu struju gustine od 4x109 A/cm2 što je više od 1000 puta veće od bakra.

18 | P a g e

Sve nanotube su dobri provodnici toplote duž tube,a dobri izolatori bočno.Merenjima je pokazano da je provodnost SWNT na sobnoj temperaturi oko 3500 W·m−1·K−1,dok je

za bakar,koji je poznat po dobroj toplotnoj provodnosti oko 385 W·m−1·K−1.Temperaturna stabilnost ugljeničnih nanotuba je oko 2800°C u vakuumu i

oko 750°C u vazduhu.

3.7 Defekti i toksičnost nanotuba

Kod svih materijala,postojanje kristalografskih defekata utiče na njegove osobine.Defekti mogu biti u formi vakancija atoma.Velik broj takvih defekata može

uticfati na smanjenje jačine na pritisak i do 85%.Druga forma defekata koji se javljaju je Stone Wale-ov defekt,koji stvara par pentagon-heptagon preuređivanjem veza.Zbog veoma sitne strukture jačina na pritisak kod nanotuba zavisi od njenih najslabijih

segmenata. Kristalografski defekti takođe utiču i na električne osobine.Odnosno dolazi do smanjenja provodnosti kroz deo u kom je došlo do defekta.Defekti kod armchair tipa

mogu prouzrokovati da deo obuhvaćen defektom postane poluprovodnički,dok vakancije utiču na magnetne osobine.

Pored toga defekti utiču i na termičke osobine i dovode do rasejanja fonona,što dovodi do redukcije provodnosti.

Preliminarni rezultati ispitivanja toksičnosti su pokazala poteškoće u proceni toksičnosti ovih heterogenih materijala.Pod određenim uslovima nanotube mogu probiti barijere membrane,što nagoveštava da ukoliko bi ovi materijali dospeli do

organa mogli bi da im naštete i dovedu do upale. Izlaganje može dovesti do mesothelioma - vrste raka koja napada pluća.

Iako su dalja istraživanja neophodna,dosadašnji rezultati jasno pokazuju da pod određenim uslovima,posebno onim koji uključuju dugotrajno izlaganje,mogu

predstavljati ozbiljnu pretnju po ljudsko zdravlje.

19 | P a g e

4.0 Primena ugljeničkih nanocevi

Glavna funkcija ugljeničkih materijala jeste povećčanje snage nekog predmeta, otpornosti na toplotu kao i na korozivnost i njihovo antistatičko svosjstvo. Zahvaljujući svojoj jedinstvenoj građi, ugljenička vlakna dodata nekom polimeru imaju osobinu da ravnomerno raspoređuju silu prisitiska po materijalu i zahvaljujući svojim vezama čvrsto prijanja uz polimer te time povećava znatno snagu celokupnog materijala.

Konkretno u tekstilnoj industriji, tretiranje materijala ugljenikovim vlaknima kao deo završnog procesa u izradi materijala, u velikoj meri izmenio je polje primene tih istih materijala. Zahvaljujući napretku tehnologije, ovi materijali dostižu do sad najviše standarde kad je u pitanju snaga i itdržljivost materijala.

Jedini održivi problem kod proizvodnje ugljeničkih nanomaterijala jeste taj što do sad njie stvoren nijedan proces serijske proizvodnje ovog materijala. Tokom jednog procesa nije moguće dobiti velike količine nanomaterijala, ali naučnici rade trenutno na poboljšanju tog procesa i otkrivanju načina proizvodnje na veliko.

20 | P a g e

5.0 Literatura

(13.07.2012.)

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon-fiber-reinforced_polymer

2. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_(fiber)

3. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube

4. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon

5. http://endomoribu.shinshu-u.ac.jp/topics_j/images/endo-chemtech-1988.pdf

6. http://flex.phys.tohoku.ac.jp/~rsaito/rsj/p458.pdf

7. http://www.relax-forum.com/t11648-medicinski-tekstil-karakteristike-i-primjena

8. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_fiber_reinforced_plastic

(14.07.2012.)

9. http://endomoribu.shinshu-u.ac.jp/topics_j/images/endo-chemtech-1988.pdf

10. http://flex.phys.tohoku.ac.jp/~rsaito/rsj/p458.pdf

11. http://carbonsales.com/Carbon-Fabrics-Tapes-Yards-Rolls/

12. http://www.ua-business.com.ua/ukraine-business-news/ukraine-in-2013-will-go-to-the-stock-market-form-of-carbon-trading.html

13. http://www.tfsgreen.com/

14. http://www.howstuffworks.com/fuel-efficiency/fuel-economy/carbon-fiber-oil-crisis1.htm

15. http://www.enotes.com/topic/Allotropes_of_carbon

16. http://www.thetruthaboutcars.com/2012/04/fiber-fever-carbon-goes-mainstream/

17. http://www.carbonfibergear.com/jimmy-wongs-all-raw-carbon-fiber-lotus-elise/

18. http://www.google.com/search?hl=en&q=carbon+fabric&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&biw=1024&bih=610&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=6MEBUL6BAZDHtAaXjuCPBg

(19.07.2012.)

19. http://www.arrhenius.ucsd.edu/miakel/Miakel_B.html

20. http://nanopatentsandinnovations.blogspot.com/2010/06/lockheed-martin-discloses-carbon.html

21 | P a g e

21. http://compositeenvisions.com/raw-fabric-cloth-2/reflections-carbon-fiber-145/blue-reflections-carbon-fiber-fabric-2x2-twill-50-3k-5-9oz-815.html

22. http://www.freepatentsonline.com/6759352.html

23. http://www.carbonframerepair.com/index.php/fixing-a-carbon-fiber-bike/

(05.08.2012.)

24. http://www.takatori-g.co.jp/english/products/products_textile/index.html#01

25. http://xm-carbon.com/carbon-fiber.htm

Documents

Ugljenikova Vlakna