Was sind die verschiedenen Arten von Kohlenstoffnanoröhren?
Strukturell gibt es zwei Grundtypen von Kohlenstoffnanoröhren (CNT) - einwandige Nanoröhren (SWNT) und mehrwandige Nanoröhren (MWNT) - aber auch die Anordnung der Kohlenstoffatomgruppen in diesen Strukturen variiert. Kohlenstoffnanoröhren sind im Wesentlichen aufgerollte Graphitschichten, die auf einer Reihe ineinandergreifender hexagonaler Sechs-Kohlenstoff-Atom-Bindungen aufgebaut sind. Diese Bindungen können in einer von drei Konfigurationen angeordnet werden: Zick-Zack, wobei sie sich in einem linearen Muster entlang der Länge der zylindrischen Nanoröhrenwand abwechseln; Sessel, in dem die Struktur eine Ansammlung gerader Bindungslinien ist; und chiral, wobei die Bindungen linear in einem linken oder rechten Winkel entlang der Länge der Röhre driften.
Innerhalb dieser grundlegenden Klasse von Strukturen variieren Kohlenstoffnanoröhren auch dadurch, dass sie gerade Zylinder sind oder auf irgendeine Weise verzerrt sind, wie zum Beispiel gewickelt oder verzweigt. Zusätzliche Formen, die geschaffen wurden, umfassen das Nanoröhrchen mit einer daran angebrachten Kohlenstoff-Buckyball-Kugel, die als Nanobud bezeichnet wird, und schalenförmige Nanoröhrchen, bei denen es sich um eine Reihe konkaver, scheibenförmiger Strukturen handelt, die in Röhrchenform ausgerichtet sind. Es wurden auch torus- oder donutförmige Nanoröhrenstrukturen mit hohen magnetischen Momenteigenschaften hergestellt, die sie als leistungsstarke Sensoren nützlich machen würden.
Die Struktur von Kohlenstoffnanoröhren bestimmt auch deren physikalische und chemische Eigenschaften, wobei Nanoröhren für Sessel in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit immer metallisch sind und Zick-Zack- und chirale Formen halbleitend sind. Die sechs Kohlenstoffbindungen, die die hexagonale Grundstruktur einer Kohlenstoffnanoröhre bilden, sind in starken molekularen, kovalenten Bindungen um 0,14 Nanometer voneinander beabstandet. Diese gewalzten Graphitlagen werden dann in mehrwandigen Nanoröhren, die im Wesentlichen Zylinder in Zylinder sind, durch schwache Van-der-Waals-Kräfte in einem Abstand von etwa 0,34 Nanometern zwischen den Zylinderwänden miteinander verbunden. Durch diese schwache molekulare Bindung können die Graphitblattstrukturen gegeneinander rutschen, was das Abreiben von Graphit bei Anwendungen wie dem Drücken eines Bleistifts auf Papier erleichtert.
Andere Arten von Kohlenstoffnanoröhren umfassen extreme Kohlenstoffnanoröhren, bei denen es sich einfach um Variationen des natürlichen Designs handelt, bei denen sie sehr lang, kurz oder dünn sind. Sie haben Anwendungen im Bau von Kabeln, die 20- bis 100-mal stärker als Stahl sind, zum Beispiel für einen Weltraumaufzug und für künstliche Muskeln, die in einem Temperaturbereich von -196 ° bis 1.538 ° Celsius betrieben werden können ). Einige extreme Nanoröhrenfilme können auch Infrarotwellenlängen von Licht erfassen, die als Schwarzkörperstrahlung oder Wärmestrahlung bekannt sind. Dies würde sie in Solarzellen nützlich machen, die diese von der Erde in der Nacht emittierte Wärme in den Weltraum einfangen könnten, wodurch rund um die Uhr Energie mit einem Wirkungsgrad von über 35% erzeugt werden könnte, der zwei- bis fünfmal besser ist als dieser Wert das von herkömmlichen Solarzellen.