Language
Country/Area
No result found
Từ than chì đến công nghệ nano: Các hạt nano carbon được tạo ra như thế nào?
Các nano carbon là các cấu trúc carbon có tính chuyên biệt cao, có thể đạt kích thước micron hoặc nhỏ hơn. Những cấu trúc hình nón này có những đặc điểm hình học độc đáo và đóng vai trò quan trọng trong công nghệ nano hiện đại. Khi các ứng dụng của vật liệu nano carbon ngày càng phát triển, điều quan trọng là phải hiểu được quy trình sản xuất các hạt nano carbon và các ứng dụng tiềm năng của chúng.
Đặc điểm của nano carbon
Chiều cao của các hạt nano carbon tương tự như đường kính của đế, điều này giúp phân biệt chúng với các dây nano dài. Sự xuất hiện của chúng chỉ có thể được nhìn thấy rõ ràng dưới kính hiển vi điện tử.
Theo quan sát bằng kính hiển vi điện tử, góc mở của hình nón carbon không phải là tùy ý mà hiển thị các giá trị ưa thích là khoảng 19°, 39°, 60°, 85° và 113°.
Phương pháp lịch sử và tổng hợp
Quá trình tổng hợp các hạt nano carbon có thể bắt nguồn từ năm 1994, khi các nhà khoa học lần đầu tiên quan sát cấu trúc này qua kính hiển vi điện tử. Sau phát hiện này, các nhà khoa học đã phân tích sâu hơn cấu trúc nguyên tử của nó bằng các mô hình lý thuyết.
Ngày nay, việc sản xuất công nghiệp các hạt nano carbon chủ yếu dựa vào công nghệ có tên là Quy trình Kvaerner Carbon Black & Hydrogen. Quá trình này dựa vào ngọn đuốc plasma có độ phân giải cao để phân hủy hydrocarbon thành carbon và hydro, thường hoạt động ở nhiệt độ plasma trên 2.000°C.
Quy trình này được biết đến với tính chất tương đối "không phát thải", nghĩa là nó tạo ra rất ít chất gây ô nhiễm không khí.
Trong những điều kiện tối ưu hóa nhất định, khoảng 20% sản phẩm cacbon rắn là các hạt nano cacbon, 70% là các đĩa cacbon phẳng và 10% là muội than.
Mô hình và quan sát
Hình dạng mở của các nano carbon có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng các tấm graphene cuộn. Để đạt được bao bì hình tròn không bị căng, một phần phải được cắt ra khỏi tấm graphene. Góc của khu vực này cần phải là n × 60°, trong đó n nằm trong khoảng từ 1 đến 5.
Các quan sát thực nghiệm đã xác nhận các dự đoán của mô hình, mặc dù ảnh hưởng của điện tích và hình dạng ba chiều cần được tính đến trong các quan sát dưới kính hiển vi.
Mẫu nhiễu xạ electron thu thập được cho thấy độ dày của thành tế bào hình nón là từ 10 đến 30 nanomet, và một số tế bào hình nón thậm chí còn dày tới 80 nanomet. Phân tích sâu hơn về các mẫu này cho thấy khả năng sắp xếp và sự hiện diện của carbon vô định hình.
Nón carbon khác
Ngay từ năm 1968, các nhà khoa học đã phát hiện ra các nón cacbon tồn tại trên bề mặt than chì tự nhiên. Đế của những hình nón xuất hiện tự nhiên này được gắn vào than chì và có chiều cao khác nhau, từ dưới 1 micron đến 40 micron. Nghiên cứu chỉ ra các đặc tính của các tế bào hình nón tự nhiên này khác với các tế bào hình nón nano được tổng hợp trong phòng thí nghiệm, đặc biệt là độ cong cao hơn của thành tế bào.
Các ứng dụng tiềm năng
Các nano carbon có nhiều triển vọng ứng dụng và một trong những ứng dụng quan trọng là đóng gói trên các kim vàng siêu mịn. Những chiếc kim vàng này được sử dụng rộng rãi trong kính hiển vi thăm dò quét do tính ổn định hóa học và độ dẫn điện cao, nhưng đầu kim loại của chúng dễ bị mòn. Nắp carbon mỏng được sử dụng để tăng độ ổn định cơ học mà không ảnh hưởng đến hiệu suất ban đầu của nó.
Liệu việc khám phá sâu hơn về tiềm năng của công nghệ nano cacbon có thể đưa chúng ta đến kỷ nguyên của những vật liệu tuyệt vời hơn không?
