Какие существуют виды углеродных нанотрубок?

Конструктивно существуют два основных типа углеродных нанотрубок (УНТ) - одностенные нанотрубки (ОСНТ) и многостенные нанотрубки (МСНТ), но расположение групп атомов углерода в этих структурах также различается. Углеродные нанотрубки представляют собой по существу свернутые листы графита, которые построены на серии взаимосвязанных гексагональных связей с шестью атомами углерода. Эти связи могут быть расположены в одной из трех конфигураций: зигзагообразный, где они чередуются по линейной схеме вдоль длины цилиндрической стенки нанотрубки; кресло, где структура представляет собой совокупность прямых линий связей; и киральная, где связи дрейфуют линейным образом на левый или правый угол по длине трубки.

Внутри этого фундаментального класса структур углеродные нанотрубки также различаются тем, что являются прямыми цилиндрами или искажены каким-либо образом, например, в виде спирали или разветвления. Дополнительные формы, которые были созданы, включают нанотрубку с прикрепленной к ней углеродной шарообразной сферой, известную как нанобад, и сложенные в чашку нанотрубки, которые представляют собой серию вогнутых дискообразных структур, выровненных в форме трубки. Также были изготовлены нанотрубные структуры в форме тора или пончика, которые обладают высокими магнитными моментами, что делает их полезными в качестве мощных датчиков.

Структура углеродных нанотрубок также определяет их физические и химические свойства, где нанотрубки кресла всегда являются металлическими с точки зрения электропроводности, а зигзагообразные и киральные формы являются полупроводниковыми. Шесть углеродных связей, составляющих основную гексагональную структуру углеродной нанотрубки, расположены на расстоянии 0,14 нанометра друг от друга в виде прочных молекулярных ковалентных связей. Эти свернутые листы графита затем связываются друг с другом в многостенных нанотрубках, которые по существу являются цилиндрами внутри цилиндров, слабыми ван-дер-ваальсовыми силами на расстоянии около 0,34 нм между стенками цилиндров. Эта слабая молекулярная связь позволяет структурам графитового листа скользить друг против друга, что позволяет легко стирать графит в таких случаях, когда карандаш прижимается к бумаге.

Другие типы углеродных нанотрубок включают экстремальные углеродные нанотрубки, которые являются просто вариациями естественного дизайна, когда они очень длинные, короткие или тонкие. Они используются в строительстве кабеля в 20-100 раз прочнее стали для таких вещей, как космический лифт, и для искусственных мышц, которые могут работать в диапазоне температур от -321 ° до 2800 ° по Фаренгейту (от -196 ° до 1538 ° по Цельсию). ). Некоторые экстремальные пленки из нанотрубок также способны захватывать инфракрасные волны света, известного как излучение черного тела или тепловое излучение. Это сделало бы их полезными в солнечных элементах, которые могли бы улавливать это тепло, излучаемое Землей в космос ночью, что позволило бы круглосуточно генерировать энергию с уровнем эффективности более 35%, что в два-пять раз лучше, чем что из обычных солнечных элементов.