Ống nanô cácbon

Các ống nanô cácbon (Tiếng Anh: Carbon nanotube - CNT) là các dạng thù hình của cacbon. Một ống nano cacbon đơn lớp là một tấm than chì độ dày mộtnguyên-tử cuộn tròn lại thành một hình trụ liền, với đường kính cỡ nanomet. Điều này xảy ra trong các cấu trúc nano mà ở đó tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính vượttrên 10.000.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ống nanô cácbon Ống nanô cácbonMô hình 3D của ba loại ống nano cacbon đơn lớp.Hoạt hình cho thấy cấu trúc 3 chiều của một ống nanô.Các ống nanô cácbon (Tiếng Anh: Carbon nanotube - CNT) là các dạng thù hìnhcủa cacbon. Một ống nano cacbon đơn lớp là một tấm than chì độ dày một-nguyên-tử cuộn tròn lại thành một hình trụ liền, với đường kính cỡ nanomet. Điềunày xảy ra trong các cấu trúc nano mà ở đó tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính vượttrên 10.000. Các phân tử cacbon hình trụ đó có các tính chất thú vị làm cho chúngcó khả năng hữu dụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, côngnghiệp điện tử, quang học, và một số ngành khoa học vật liệu khác. Chúng thểhiện độ bền đáng kinh ngạc và các tính chất điện độc đáo, và độ dẫn nhiệt hiệuquả. Các ống nano vô cơ cũng đã được tổng hợp.Ống nano là một loại cấu trúc fullerene, trong đó cũng bao gồm cả buckyball.Trong khi buckyball có dạng hình cầu, một ống nano lại có dạng hình trụ, với ítnhất một đầu được phủ bởi một bán cầu có cấu trúc buckyball. Tên của chúngđược đặt theo hình dạng của chúng, do đường kính của ống nano vào cỡ một vàinanomet (xấp xỉ nhỏ hơn 50.000 lần một sợi tóc), trong khi độ dài của chúng cóthể lên tới vài milimet. Các nhà nghiên cứu ở đại học Cincinnati (UC) đã phát triểnmột quá trình để xây mạng thẳng hàng các ống nano cacbon cực dài. Họ đã có thểsản xuất các ống nano cacbon dài 18mm [1] và có thể xoắn lại thành các sợi nanocacbon. Có hai loại ống nano cacbon chính: ống nano đơn lớp (SWNT) và ốngnano đa lớp (MWNT).Bản chất của liên kết trong ống nano cacbon được giải thích bởi hóa học lượng tử,cụ thể là sự xen phủ orbital. Liên kết hóa học của các ống nano được cấu thànhhoàn toàn bởi các liên kết sp2, tương tự với than chì. Cấu trúc liên kết này, mạnhhơn các liên kết sp3 ở trong kim cương, tạo ra những phân tử với độ bền đặc biệt.Các ống nano thông thường tự sắp xếp thành các sợi dây thừng được giữ vớinhau bởi lực Van der Waals. Dưới áp suất cao, các ống nano có thể trộn với nhau,trao đổi một số liên kết sp2 cho liên kết sp3, tạo ra khả năng sản ra các sợi dâykhỏe, độ dài không giới hạn thông qua liên kết ống nano áp suất cao. [2]Sự khám pháCác loại ống nano cacbonĐơn lớpCách đặt tên ống nano (n,m) có thể tưởng tượng như là một vector (Ch) trong mộttấm than chì vô hạn mà mô tả cách cuộn tấm than chì để tạo ống nano. T thểhiện trục của ống, và a1 với a2 là các vector đơn vị của graphene trong không gianthựcPhần lớn các ống nano đơn lớp (SWNT-Single Wall Nanotube) có đường kính gần1 nanomet, với độ dài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần như vậy. Cấu trúc củamột SWNT có thể được hình dung là cuộn một lớp than chì độ dày một-nguyên-tử(còn gọi là graphene) thành một hình trụ liền. Cách mà tấm graphene được cuộnnhư vậy được biểu diễn bởi một cặp chỉ số (n,m) gọi là vector chiral. Các sốnguyên n và m là số của các vector đơn vị dọc theo hai hướng trong lưới tinh thểhình tổ ong của graphene. Nếu m=0, ống nano được gọi là zigzag. Nếu n=m, ốngnano được gọi là ghế bành. Nếu không, chúng được gọi là chiral.Ống nano đơn lớp là loại ống nano cacbon cực kì quan trọng bởi chúng thể hiệncác tính chất điện quan trọng mà không ống nano đa lớp nào có được. Các ốngnano đơn lớp là ứng cử viên sáng giá trong việc thu nhỏ kích thước sản phẩmngành cơ điện từ cỡ micro hiện nay xuống còn nano. Sản phẩm căn bản của ngànhnày là dây điên, mà SWNT lại dẫn điện rất tốt[3]. Một ứng dụng hữu ích khác củaSWNT là trong việc phát triển các transitor cảm ứng (FET-field effect transitor)nội phân tử. Việc sản xuất cửa luận lý (logic gate) đầu tiên sử dụng FET làm bằngSWNT gần đây đã trở thành hiện thực[4]. Bởi vì SWNT trở thành p-FET khi tiếpxúc với oxy và n-FET khi không tiếp xúc với oxy, chúng đều có thể bảo vệ mộtnửa SWNT khỏi bị tiếp xúc vói oxy, trong khi cho tiếp xúc với oxy nửa c òn lại.Kết quả là một SWNT đơn có thể hoạt động như một cửa luận lý NOT với cả loạiFET n và p trong cùng một phân tử.Ống nano đơn lớp vẫn có chi phí sản xuất cao, khoảng $1500 mỗi gam vào năm2000, và việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn là rất cần thiếtcho tương lai của công nghệ nano. Nếu không thể phát hiện các phương pháp tổnghợp rẻ hơn, nó sẽ trở thành cản trở về mặt tài chính trên con đường đưa ống nanođơn lớp ra ứng dụng trong thực tế.[5] Một vài nhà cung cấp phân phối SWNT arcdischarge với khoảng $50-100 vào năm 2007.[6][7]Đa lớpỐng carbon nano đa lớp (MWNT) gồm nhiều lớp than ch ì(graphite). Có hai môhình được sử dụng để mô tả MWNT. Trong mô hình thứ nhất có tên gọi:Russiandoll, MWNT gồm nhiều ống SWNT đơn lồng vào nhau. Trong mô hình thứ hai:Parchment, MWNT được mô tả như một tấm graphite cuộn lại. Khoảng cách giữacác lớp trong MWNT tương đương lớp khoảng cách các lớp graphite trong cấutrúc than chì, xấp xỉ 3.4 Å.MWNT có đường kính lớn hơn SWNT, và có độ trơ với hóa chất cao hơn. Năm2009, nhóm nghiên cứu của giáo sư Jam ...