Mga Bagong Istruktura ng Carbon Nanotube na may mga Hybrid na Materyales na Nagbabago sa Kanilang mga Kahanga-hangang Katangian

Ang mga carbon-based nanomaterials tulad ng carbon nanotubes (CNTs), fullerenes at graphene ay kawili-wili dahil sa kanilang natatanging pisikal na katangian. Isang bagong pag-aaral ang nagsasaliksik sa potensyal ng hybrid nanostructures at nagpapakilala ng isang bagong porous graphene CNT hybrid structure na may makabuluhang thermal at mechanical properties.

Ipinapakita ng pag-aaral na ito kung paano mababago ang mga mahahalagang katangian ng mga bagong heterostructure ng graphene CNT sa pamamagitan ng bahagyang pagbabago sa intrinsic geometric arrangement ng CNT at graphene pati na rin ang iba't ibang filler.

Ang kakayahang tumpak na kontrolin ang thermal conductivity at mechanical strength sa mga graphene CNT hybrid structure ay ginagawa itong isang potensyal na angkop na kandidato para sa iba't ibang aplikasyon, lalo na sa advanced aerospace manufacturing kung saan ang bigat at lakas ay kritikal.

Mga nanostructure ng carbon: mga nanotube ng carbon, graphene, fullerenes

Ang mga carbon nanostructure at mga pinaghalong iba't ibang carbon nanostructure ay kamakailan lamang siniyasat bilang mga potensyal na kandidato para sa maraming aplikasyon sa sensing, photovoltaic, antibacterial, energy storage, fuel cell at environmental enhancement.

Ang mga pinakakilalang carbon-based nanostructures na pinag-aralan ay tila mga CNT, graphene at fullerenes. Dahil sa kanilang napakaliit na laki, ang mga istrukturang ito ay nagpapakita ng natatanging thermal, mechanical, electronic at biological na mga katangian.

Ang mga istrukturang nasusukat sa saklaw na sub-nanometer ay gumagana ayon sa mga espesyal na batas ng quantum physics, kaya maaari itong gamitin upang pagsamantalahan ang mga di-intuitibong penomena tulad ng quantum tunneling, quantum superposition at quantum entanglement.

Ang mga carbon nanotube ay mga tubo na gawa sa carbon at ilang nanometer lamang ang diyametro. Ang mga carbon nanotube ay nagpapakita ng kahanga-hangang electrical conductivity at ang ilan ay mga materyales na semiconductor.

Dahil sa kanilang nanostructure at sa lakas ng mga covalent bond na nabuo sa pagitan ng mga carbon atom, ang mga carbon nanotube ay mayroon ding mataas na tensile strength at thermal conductivity.

Ang mga carbon nanotube ay mga potensyal na mahahalagang materyales para sa electronics, optics at composite, at maaari nilang palitan ang mga carbon fiber sa susunod na mga taon. Gumagamit din ang nanotechnology at materials science ng mga carbon nanotube sa kanilang pananaliksik.

Ang Graphene ay isang carbon isomer sa anyo ng isang patong ng mga atomo ng carbon na nakaayos sa isang two-dimensional na istrukturang lattice na binubuo ng mga hexagon. Nasaksihan noong 2004 ang unang paghihiwalay ng graphene sa isang serye ng mga nangungunang eksperimento ng mga siyentipikong sina Andrew Geim at Konstantin Novoselov sa University of Manchester sa UK, na nagwagi sa kanila ng Nobel Prize sa Physics noong 2010.

Sa mga dekada mula noon, ang graphene ay naging isang kapaki-pakinabang na nanomaterial na may napakataas na tensile strength, transparency at electrical conductivity para sa malawak at magkakaibang hanay ng mga aplikasyon sa electronics, sensing at iba pang mga advanced na teknolohiya.

Ang llerene ay isa pang carbon isomer na matagal nang kilala. Ang molekula nito ay binubuo ng mga atomo ng carbon na konektado sa pamamagitan ng single at double bond sa isang mesh na maaaring sarado o bahagyang sarado. Ang mesh ay pinagdugtong sa isang singsing na may lima, anim, o pitong atomo.

Ang mga molekula ng fullerene ay maaaring maging hungkag na sphere, ellipsoidal, tubular o marami pang ibang hugis at laki. Ang graphene ay maaaring ituring na isang sukdulang miyembro ng pamilya ng fullerene, bagama't ito ay itinuturing na isang miyembro ng sarili nitong uri ng materyal.

Mga hybrid na nanostructure

Bukod sa malawak na pananaliksik na ipinuhunan sa pag-unawa at paglalarawan ng mga carbon nanostructure na ito nang paisa-isa, sinasaliksik din ng mga siyentipiko ang mga katangian ng hybrid nanostructure na pinagsasama ang dalawa o higit pang nanostructured na elemento sa isang materyal.

Halimbawa,mga bulamay mga katangiang naaayos na ginagawa itong angkop para sa mga praktikal na aplikasyon tulad ng disenyo ng mga istrukturang sandwich, mga disenyong biocompatible at ang disenyo ng mga istrukturang mataas ang lakas at mababa ang bigat.

Ang mga carbon-based na nanofoam ay ginagamit din sa medisina upang suriin ang pinsala sa buto at bilang batayan para sa pagpapalit ng tisyu ng buto.

Ang mga istrukturang gawa sa pulot-pukyutan na nakabatay sa carbon ay nalilikha sa pamamagitan ng chemical vapour deposition (CVD) at solution treatment. Ang mga pamamaraan ng spark plasma sintering (SPS) ay ipinatupad din upang magamit ang graphene para sa mga biyolohikal at medikal na aplikasyon.

Samakatuwid, ang mga siyentipiko ay naghahanap ng mga paraan upang gawing matatag ang mga three-dimensional na istruktura ng carbon foam. Ipinakita ng pananaliksik na kailangang bumuo ng matatag na koneksyon sa pagitan ng iba't ibang uri ng istruktura (carbon nanotubes, fullerenes at graphene) upang maging sapat na matatag ang materyal na ito para sa malawak na hanay ng mga aplikasyon.

Bagong pananaliksik sa hybrid nanostructures

Ang bagong pananaliksik ng mga mechanical engineer sa Istanbul Technical University sa Turkey ay nagpapakilala ng isang bagong uri ng hybrid nanostructure na nabuo sa pamamagitan ng chemical bonding.

Ang mga porous na istrukturang CNT ng graphene ay nabubuo sa pamamagitan ng pag-oorganisa ng graphene sa paligid ng mga CNT sa mga nanoribbon. Ang iba't ibang geometric na pagkakaayos ng mga layer ng graphene nanoribbon sa paligid ng mga carbon nanotube (parisukat, hexagonal at diamond pattern) ay humahantong sa iba't ibang pisikal na katangian na naoobserbahan sa materyal, na nagmumungkahi na ang geometric na pagsasaayos na ito ay maaaring gamitin upang pinuhin ang mga bagong istruktura.

Halimbawa, natuklasan ng mga mananaliksik na ang mga istrukturang ipinasok gamit ang fullerenes ay nagpakita ng makabuluhang katatagan at lakas ng compressive nang hindi isinasakripisyo ang lakas ng tensile. Ang geometric arrangement ng mga carbon nanostructure ay nagkaroon din ng malaking epekto sa kanilang mga thermal properties.

Sinasabi ng mga mananaliksik na ang mga bagong hybrid nanostructure na ito ay nag-aalok ng mahahalagang bentahe, lalo na para sa industriya ng aerospace. Ang mga nanostructure na may ganitong hybrid structure ay maaari ding gamitin para sa pag-iimbak ng hydrogen at nanoelectronics.