iPon Hírek

Nanocsövek a tökéletesség útján

Dátum | 2012. 06. 21.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Megfelelő hőmérséklet és katalizátor alkalmazásával egy tökéletes, szimplafalú karbon nanocső akár egyméteresre is megnöveszthető. Ez derül ki a Rice, a Hong Kongi Műszaki Egyetem és a Csingua Egyetem tudósainak közös kutatásából, akik a szén nanocsövek öngyógyító mechanizmusát vették górcső alá. Az eredményül kapott szálakból, amelyek 50 ezerszer vékonyabb lesznek az emberi hajnál, nagyon kedvező tulajdonságú anyagok hozhatók létre, kötegekbe fonva például rendkívül erős és ellenálló kábelek gyárthatók belőle.

A kutatók számítógépes szimulációk alapján megállapították, hogy a vas a legjobb és leggyorsabb katalizátor az úgynevezett topológiai hibák kijavításában, vagyis amikor a nanocső falába túl sok vagy túl kevés atom kerül. Ezek a hibák a csövek növesztése során elkerülhetetlennek tűnnek, és javítás nélkül jelentősen rontják az anyag kedvező elektromos és fizikai tulajdonságait. A megfelelő körülmények (pl. hőmérséklet) biztosítása révén viszont a cső fala képes meggyógyítani önmagát, mivel az atomok az energetikailag legkedvezőbb hexagonális rácsformába rendeződnek, kijavítva a növesztés során bekövetkező hibákat.


A felbukkanó hibák ‒ ötszögek, hétszögek stb. ‒ öngyógyulási hajlandósága meglepően magas szintű, mondja Feng Ding, a Rice kutatója. Optimális hőmérséklet és katalizátor jelenlétében 10 milliárdból jó, ha egyetlen egy hiba marad a rácsszerkezetben, ami lenyűgöző tökéletességet eredményez.

Érdekes kérdés az is, hogy pontosan hogyan történik a hibák kijavítása. Ezzel kapcsolatban korábban két teóriájuk volt a tudósoknak. Az egyik, népszerű elmélet szerint a hibák nagy gyakorisággal következnek be a nanocső növesztése közben, de aztán ahogy összeáll körülöttük a rácsszerkezet, valamiféle mechanizmus folytán kijavítódnak. A másik felvetés szerint eleve nem alakulnak ki hibák, ami kevéssé tűnik valószínűnek, mondja Boris Yakobson a kutatás vezetője.

Mindennek a vizsgálatához azonban korábban nem állt rendelkezésre semmiféle adat, és ebben hoz újat a mostani tanulmány, amelyben először végzik el a cső kialakulása során történő események szimulációját és kvantitatív elemzését. A nanocsöveket atomról atomra építik fel, magas hőmérsékletű környezetben újabb és újabb szénatomokat adva a katalizátorhoz. Gyakorlatilag úgy működik a dolog, mintha először megépítenék egy felhőkarcoló csúcsát, majd alulról téglák újabb és újabb sorait adnák hozzá. Mivel azonban a „téglák” elhelyezése rettentően gyors ütemben folyik ‒ percenként több millió épül be a szerkezetbe ‒, előfordulnak hibák, amelyek javítás hiányában az egész épület szerkezetét megváltoztathatják.


Elméletileg, ha egy gyűrűbe öt vagy hét szénatom kerül hat helyett, de körülötte minden a „tervek” szerint alakul, akkor a cső egyenletes átmérő helyett szűkülő kúpba vagy táguló tölcsérbe megy át, mondja Yakobson. A modell alapján azonban ezek a defektusok nem egyesével jelentkeznek, hanem szinte mindig 5/7-es párokban, ami nagyban megkönnyíti a javítást, hiszen egy atom átkerül a hétszögből az ötszögbe, és máris helyreáll a rend.

A tudósok eredményei alapján ez az átrendeződés akkor zajlik a leggyorsabban, ha a nanocsöveket 930 Kelvin (657˚C) körüli hőmérsékleten növesztik, mivel ez az optimális hőmérséklet a vas katalizátor működéséhez. Az 5/7 pár kialakulását követően a javítás nagyon hamar megtörténik, és ha ez valami oknál fogva nem következik be, minél több idő telik el a hiba bekövetkezte óta, annál valószínűbb, hogy végleg benne marad a rácsban. Ha a beépülő új atomok négy atomnál messzebbre „tolják” a defektust a katalizátortól, akkor az már úgy is marad. Optimális esetben azonban ezek a hibák szinte azonnal, a másodperc töredéke alatt kijavítódnak, még mielőtt véglegesen beleépülnének a cső falába.

A kutatók azt is megállapították, hogy minél lassabb a növekedés, annál hosszabb tökéletes nanocső építhető. 700 Kelvines hőmérsékleten a cső másodpercenként egy mikrométerrel hosszabbodik, és elméletileg minden gond nélkül elérheti a méteres hosszúságot, ami alapvető fontosságú lenne a karbon nanocsöves technológiák széleskörű elterjedéséhez.


 

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

5. DogTheDog
2012.06.21. 13:08
Ez eleg absztrakt igy sokadjara isMinel tobbet olvasok ezekrol a nanocsovekrol,annal kevesbe ertem mire is jo ez.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. Supra
2012.06.21. 13:51
Igazából mire nem: kicsit olyan ez, mintha egyszerre több terület szent grálja: erős, jól vezet, jól szigetel, stb, stb.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. sensorprim...
2012.06.21. 16:49
és ügye japán cég már kijelentette eböl épít űrliftet 2050-ben
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. nyerek01
2012.06.21. 22:21
"700 Kelvines hőmérsékleten a cső másodpercenként egy mikrométerrel hosszabbodik..."
Igen, jelenleg ez probléma, mivel kevés van belőle, drága és lassan állítható elő, így drága marad és kevés lesz belőle.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. Humbuk
2012.06.22. 20:52
de most komolyan... 1 méteres nanocsövet 11.57 nap alatt hoznak össze??
jó dolog a nanocső, meg grál, meg stb. de ezeket 10000rével kellene előálltani ennyi idő alatt, hogy életképes legyen.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!