Navigácia

Prihlásenie

Zaujímavé odkazy


Nový kompozit z uhlíkových nanorúrok

Nový kompozit z uhlíkových nanorúrok 22.10.2009 -
Firma Fujitsu Laboratories vytvorila nový uhlíkový nanokompozit, vyznačujúci sa štruktúrou s vlastným organizovaním, a to kombináciou uhlíkových nanorúrok a grafénu.
Novoobjavená kompozitná štruktúra sa syntetizuje pri teplote 510ºC, ktorá je nižšia ako pre bežný grafén, vznikajúci pri teplotách, ktoré sú pre aplikácie v elektronických zariadeniach príliš vysoké. Takto je umožnené praktické využitie grafénu ako materiálu, v budúcnosti vhodného pre elektronické zariadenia, citlivé na teplo. Vlastnosti uhlíkových nanorúrok zahŕňajú vysokú tepelnú vodivosť a vysokú toleranciu voči hustote prúdu, zatiaľ čo grafén sa vyznačuje vysokou pohyblivosťou elektrónov. Uhlíkové nanoštruktúry, v ktorých sú skombinované tieto dva materiály, sú prísľubom vytvorenia nových možností pre materiálový výskum a aplikácie.
Podrobnosti o tejto technológii boli prezentované na sympóziu “34th Fullerene Nanotubes General Symposium”, ktoré sa konalo od 3. do 5. marca 2008 v japonskej Nagoyi.
Uhlíkové nanorúrky aj grafén sú nanoštruktúrami, ktoré obsahujú atómy uhlíka. Grafén má atómy uhlíka v hexagonálnej mriežke plošného tvaru, zatiaľ čo nanorúrky možno popísať ako grafén zvinutý do valca s nanopriemerom.
Napriek skutočnosti, že oba materiály sú tvorené rovnakými atómami uhlíka, majú veľmi rozdielne vlastnosti. V porovnaní so všetkými prírodnými materiálmi majú uhlíkové nanorúrky najvyššiu tepelnú vodivosť a mechanické napätie, ako aj schopnosť odolávať najvyšším hustotám prúdu. Týmto sa stávajú atraktívnym materiálom pre elektroinštalácie, rozptyl tepla, emitory elektrónového poľa a iné aplikácie. Prebieha výskum a vývoj technológií na syntézu uhlíkových nanorúrok pri teplotách iba okolo 400ºC, čo je teplota, umožňujúca ich využitie v elektronických prístrojoch, citlivých na teplo. Od objavenia jeho vysokej elektrónovej mobility v roku 2004 sa grafén stal atraktívnym materiálom pre tranzistory. Avšak bežné metódy syntézy grafénu fungujú iba pri teplote 700ºC, ktorá je považovaná za príliš vysokú pre využitie v elektronických zariadeniach, alebo vyžadujú časovo náročný a nespoľahlivý postup odstraňovania kryštálov grafitu.
Firma Fujitsu Laboratories hľadá cesty vývoja elektronických zariadení, ktoré by mohli využiť vynikajúce vlastnosti uhlíkových nanorúrok.
Kvôli lepšiemu porozumeniu rastového mechanizmu uhlíkových nanorúrok vykonali vo firme Fujitsu Laboratories pokusy s využitím chemickej depozície pár, pri ktorej sa privádzaný plyn tepelne štiepi vo vákuovej komore a vytvára pritom povlak alebo štruktúru na substráte. Výsledkom toho bol vznik a objav uhlíkových nanorúrok so zoradenými viacerými vrstvami, v ktorých navrchu boli vrstvy grafénu (od niekoľkých po niekoľko desiatok), vytvorené s vlastným organizovaním, čím vznikol zložený kompozit.
Materiály na báze uhlíka sú známe v mnohých formách, ktoré závisia na tom, ako sú v nich navzájom spojené atómy, ako sú nula-rozmerné fulerény, jednorozmerné nanorúrky, dvojrozmerný (2-D) grafén a trojrozmerné (3-D) diamanty. Boli už vytvorené zložité štruktúry, pozostávajúce z nula- a jednorozmerných prvkov, známe ako štruktúry "peapod". Nový zložitý kompozit, vyvinutý vo firme Fujitsu Laboratories, je na svete prvým kompozitom, ktorý spája jedno- a dvojrozmerné prvky na báze grafénu a nanorúrok, kolmo spojených. Kompozit bol syntetizovaný pri relatívne nízkej teplote 510ºC.
Nakoľko uhlíkové nanorúrky sú lineárne jednorozmerné štruktúry, v dvojrozmerných smeroch, kolmých na os rúrok, nemajú takmer žiadnu tepelnú alebo elektrickú vodivosť medzi rúrkami. Oproti tomu grafén má elektrickú aj tepelnú vodivosť naprieč oboma smermi. Očakáva sa, že novoobjavená uhlíková nanoštruktúra bude mať elektrickú vodivosť a tepelný rozptyl vo všetkých smeroch. Bežné uhlíkové nanorúrky mali relatívne zlú rovnomernosť štruktúry po dĺžke, takže boli nestabilné, keď sa spájali vo vrchných oblastiach, čoho výsledkom bol zvýšený tepelný a elektrický odpor. Keďže nové uhlíkové nanoštruktúry firmy Fujitsu Laboratories obsahujú uhlíkové nanorúrky, ktoré sú takmer všetky spojené s grafénom s dobrou rovnomernosťou na koncoch, a povrch grafénu je rovinný, očakáva sa, že nové uhlíkové nanoštruktúry poskytnú vynikajúcu elektrickú a tepelnú vodivosť. Táto technológia posúva využitie grafénu v elektronických zariadeniach smerom k praktickým aplikáciám.
Grafén
Grafén

Zdroj:
http://www.netcomposites.com/news.asp?4879
http://www.fujitsu.com/global/
http://www.matnet.sav.sk/