Jakie są różne rodzaje nanorurek węglowych?

Strukturalnie istnieją dwa podstawowe typy nanorurek węglowych (CNT) - nanorurki jednościenne (SWNT) i nanorurki wielościenne (MWNT) - ale rozmieszczenie grup atomów węgla w tych strukturach również jest różne. Nanorurki węglowe to zasadniczo zwinięte arkusze grafitu, które są zbudowane na szeregu zazębiających się, sześciokątnych, sześciowęglowych wiązań atomowych. Wiązania te można ułożyć w jednej z trzech konfiguracji: zygzakowatej, gdzie naprzemiennie układają się liniowo wzdłuż długości cylindrycznej ściany nanorurki; fotel, gdzie konstrukcja jest zbiorem prostych linii wiązań; i chiralny, gdzie wiązania dryfują w sposób liniowy do lewego lub prawego kąta wzdłuż długości rurki.

W tej podstawowej klasie struktur nanorurki węglowe również różnią się tym, że są prostymi cylindrami lub są w jakiś sposób zniekształcone, takie jak zwoje lub rozgałęzienia. Dodatkowe formy, które zostały utworzone, obejmują nanorurkę z dołączoną do niej kulą węglową typu buckyball, znaną jako nanobud, oraz nanorurki w stosach kubkowych, które są serią wklęsłych struktur w kształcie dysku ustawionych w kształcie tuby. Wykonano również struktury nanorurek w kształcie torusa lub w kształcie pączka, które mają wysokie właściwości momentu magnetycznego, dzięki czemu byłyby użyteczne jako silne czujniki.

Struktura nanorurek węglowych determinuje także ich właściwości fizyczne i chemiczne, przy czym nanorurki fotelowe są zawsze metaliczne pod względem przewodności elektrycznej, a formy zygzakowate i chiralne są półprzewodnikowe. Sześć wiązań węglowych, które tworzą podstawową heksagonalną strukturę nanorurki węglowej, jest rozmieszczonych w odległości około 0,14 nanometra od siebie w silnych cząsteczkowych, kowalencyjnych wiązaniach. Te walcowane arkusze grafitu są następnie łączone ze sobą w wielościennych nanorurkach, które są zasadniczo cylindrami w cylindrach, za pomocą słabych sił van der Waalsa, w odległości około 0,34 nanometra między ściankami cylindra. To słabe wiązanie molekularne umożliwia ślizganie się struktur arkusza grafitu względem siebie, co ułatwia ścieranie grafitu w aplikacjach, takich jak na przykład, kiedy ołówek jest dociskany do papieru.

Inne rodzaje nanorurek węglowych obejmują nanorurki węglowe ekstremalne, które są po prostu odmianami naturalnego projektu, w których są bardzo długie, krótkie lub cienkie. Mają zastosowania w budowie kabla od 20 do 100 razy mocniejszego niż stal do takich rzeczy jak winda kosmiczna i do sztucznych mięśni, które mogą pracować w zakresie temperatur od -321 ° do 2800 ° Fahrenheita (-196 ° do 1538 ° Celsjusza) ). Niektóre ekstremalne filmy nanorurkowe są również w stanie przechwytywać fale świetlne w podczerwieni, znane jako promieniowanie ciała czarnego lub promieniowanie cieplne. Dzięki temu byłyby użyteczne w ogniwach słonecznych, które mogłyby wychwytywać w nocy ciepło emitowane przez Ziemię w kosmos, co pozwoliłoby na generowanie energii przez całą dobę z wydajnością ponad 35%, czyli dwa do pięciu razy lepszą niż konwencjonalnych ogniw słonecznych.