Karbon nanotube atau CNT bukan istilah baru dalam skenario ini sebenarnya adalah alotrop karbon berbagi struktur nano silinder. Panjang-ke-diameter nanotube terletak di antara 132.000.000: 1 dan memiliki sifat yang sangat menarik untuk digunakan dalam nanoteknologi, optik, ilmu material, elektronik dan bidang sains lainnya. Karena konduktivitas termal mereka yang luar biasa, sifat mekanik dan listrik karbon nanotube digunakan sebagai aditif untuk berbagai bahan struktural misalnya, dalam kelelawar bisbol, bagian mobil dan klub golf nanotube membentuk fraksi yang sangat kecil dari material. Nanotubes adalah anggota keluarga fullerene yang juga termasuk buckyballs dan ujung-ujung nanotube ini dapat ditutup dengan belahan buckyballs. Nama mereka telah diturunkan dari struktur panjang dan berongga dengan dinding yang dibentuk oleh satu-atom lembaran tebal karbon yang dikenal sebagai graphene. Lembaran-lembaran ini kemudian digulung pada sudut tertentu dan dicrete dan kombinasi sudut rolling dan radius memutuskan sifat-sifat dari nanotube ini. Nanotubes adalah nanotube berdinding tunggal (SWNTs) atau nanotube multi-dinding (MWNTs). Partikel-partikel nanotube disatukan oleh gaya van der Waals. Kimia kuantum terapan khususnya hibridisasi orbital paling tepat menggambarkan ikatan kimia di dalamnya. Ikatan kimia terutama terdiri dari ikatan sp2 yang mirip dengan yang terjadi pada grafit dan lebih kuat daripada ikatan sp3 yang ditemukan pada intan dan alkana sehingga bertanggung jawab untuk kekuatan besar struktur ini.

Latar belakang sejarah

Pada tahun 1952, L.V. Radushkevich dan L.M. Lukyanovich menerbitkan gambar yang jelas dari 50 nm tabung yang terbuat dari karbon dalam Jurnal Kimia Fisika Soviet tetapi artikel itu gagal membangkitkan minat di kalangan para ilmuwan barat karena itu diterbitkan dalam bahasa Rusia dan aksesnya tidak terbuka karena perang dingin. Penemuan mikroskop elektron transmisi (TEM) membuat visualisasi struktur ini mungkin. Sebuah makalah yang diterbitkan oleh Oberlin, Endo dan Koyama pada tahun 1976 menunjukkan tentang serat karbon berongga dengan diameter skala nanometer dengan menggunakan teknik pertumbuhan uap. Pada tahun 1979, John Abrahamson mempresentasikan bukti karbon nanotube dalam Konferensi Dua Tahunan ke 14 tentang Karbon dari Universitas Negeri Pennsylvania.

Seluruh kredit untuk bunga saat ini di nanotube karbon pergi ke penemuan buckminsterfullerene C60 dan fullerenes serumpun lainnya pada tahun 1985. Penemuan bahwa karbon dapat membentuk struktur stabil lainnya selain dari grafit dan berlian memaksa para peneliti untuk menemukan bentuk-bentuk baru karbon dan hasilnya keluar dalam bentuk C60 yang dapat tersedia di semua laboratorium dalam alat evaporasi busur sederhana. Sumio Lijima, seorang ilmuwan Jepang menemukan nanaotube karbon lengkap terkait dengan menggunakan alat evaporasi busur sederhana pada tahun 1991. Tabung terdiri dari dua lapisan dengan diameter mulai dari 3-30 nm dan ditutup pada kedua ujungnya. Pada tahun 1993 karbon nanotube tunggal berlapis ditemukan dengan diameter 1-2 nm dan dapat melengkung tetapi mereka gagal menciptakan banyak minat di antara para peneliti karena mereka struktural tidak sempurna sehingga para peneliti sekarang bekerja untuk meningkatkan sifat katalitik dari nanotube tersebut.

Nanotube berdinding tunggal (SWNTs)

Sebagian besar nanotube berdinding tunggal berbagi diameter mendekati 1nm dengan panjang satu juta kali lebih panjang dan struktur dapat dibayangkan dengan membungkus satu atom lapisan tebal grafit yang disebut graphene ke dalam silinder mulus. Cara dimana graphene dibungkus diwakili oleh sepasang indeks (n, m) dan bilangan bulat n dan m mewakili vektor unit sepanjang dua arah dalam kisi kristal sisir madu dari graphene. Jika m = 0 maka nanotube disebut sebagai zigzag nanotube dan jika n = m maka mereka disebut kursi jika tidak maka mereka adalah kiral. The SWNTs sangat penting berbagai nanotube karena sifat-sifatnya berubah dengan perubahan nilai-nilai n dan m dan secara luas digunakan dalam pengembangan transistor efek medan molekuler pertama. Harga nanotube ini telah menurun di era sekarang.

Nanotube multi waled (MWNTs)

Mereka terdiri dari beberapa lapisan berguling graphene ada dua lapisan yang lebih baik dapat menentukan struktur nanotube ini. Model Boneka Rusia mengatakan bahwa lapisan grafit disusun dalam silinder konsentris misalnya satu nanotube berdinding dalam satu nanotube berdinding tunggal. Model Parchment mengatakan bahwa satu lembar grafit berguling-guling menyerupai koran yang tergulung. Jarak interlayer dalam nanotube ini adalah 3.4. Model Boneka Rusia umumnya dipertimbangkan saat mempelajari struktur MWNTs. Nanotube berdinding ganda (DWNTs) adalah jenis khusus nanotube dengan morfologi dan sifat yang mirip dengan MWNTs dengan ketahanan yang sangat ditingkatkan terhadap bahan kimia.

Torus

Sebuah nanotorus adalah tekukan karbon nanotube dalam bentuk torus dan mengandung banyak sifat unik seperti momen magnetik 1000 kali lebih banyak. Stabilitas termal dan momen magnetik tergantung pada jari-jari torus serta jari-jari tabung.

Nanobud

Nanobuds adalah bahan yang dibuat baru dengan menggabungkan dua alotrop karbon yaitu karbon nanotube dan fullerene. Dalam bahan ini, tunas fullerene secara kovalen terikat pada sisi luar luar dari nanotube yang mendasari. Bahan baru ini berbagi sifat dari fullerene dan karbon nanotube. Mereka seharusnya menjadi penghasil lapangan yang baik.

Karbon nanotube graphenated

Mereka relatif baru dikembangkan bahan hibrida menggabungkan foliata grafit tumbuh sepanjang dinding samping dari nanotube multiwalled. Stoner dan rekan kerja telah melaporkan bahwa bahan hibrida ini telah meningkatkan kemampuan supercapacitor.

Kacang polong

Karbon peapod adalah bahan hibrida baru yang terdiri dari jaringan fullerene yang terperangkap di dalam nanotube karbon. Ini memiliki sifat magnetik, pemanasan dan penyinaran yang menarik.

Nanotube karbon bertumpuk-cangkir

Mereka berbeda dari bahan quasi 1D karbon lainnya yang berperilaku sebagai konduktor elektron quasi. Perilaku semikonduktor dari struktur ini adalah karena adanya susunan mikro struktur lapisan graphene.

Nanotube karbon ekstrim

Karbon nanotube terpanjang dilaporkan pada tahun 2009 berukuran 18,5 cm tumbuh pada substrat Si oleh metode deposisi uap kimia dan mewakili array elektrik seragam dari nanotube karbon berdinding tunggal. Cycloparaphenylene adalah karbon nantube terpendek yang dilaporkan pada tahun 2009. Karbon nanotube tertipis adalah kursi dengan diameter 3.

Properties

1. Kekuatan

Karbon nanotube memiliki kekuatan tarik terkuat dan modulus elastis di antara semua bahan yang belum ditemukan. Kekuatan tarik adalah karena adanya hibridisasi sp2 di antara atom karbon individu. Kekuatan tarik tabung berdinding ganda dilaporkan menjadi 63 gigapascals (GPa) pada tahun 2000. Studi lebih lanjut yang dilakukan pada tahun 2008 telah menemukan bahwa cangkang tabung ini adalah dari kekuatan 100 gigapascal yang dalam perjanjian yang baik dengan model kuantum. Karena tabung ini memiliki kepadatan rendah, maka kekuatannya tinggi. Jika strain tarik yang berlebihan diberikan dari tabung ini mereka mengalami deformasi plastik yang berarti bahwa mereka secara permanen diubah. Meskipun kekuatan masing-masing tabung sangat tinggi tetapi interaksi geser yang lemah antara cangkang dan tabung yang berdekatan mengakibatkan melemahnya kekuatan tabung berdinding ganda. Mereka juga tidak kuat ketika dikompresi. Karena struktur berongga dan aspek rasio tinggi, mereka menunjukkan tekuk ketika disimpan di bawah tekanan torsional atau lentur.

2. Kekerasan

Standar nanotube berdinding tunggal dapat mentolerir tekanan sekitar 24GPa tanpa mengalami deformasi dan dapat mengalami transformasi ke fase nanotube superhard. Tekanan maksimum yang ditoleransi di bawah teknik eksperimental saat ini adalah 55 GPa. Tapi nanotube superhard ini dapat runtuh pada tekanan lebih tinggi dari 55 GPa. Modulus massal dari nanotube ini adalah 462-546 GPa jauh lebih tinggi daripada berlian.

3. Sifat Kinetik

Multi-walled nanotube adalah nanotube multi-konsentris yang dilipat satu sama lain dan berbakat dengan properti teleoskopik yang mencolok di mana tabung dalam dapat meluncur tanpa gesekan di dalam kulit terluarnya karena itu, menciptakan bantalan rotasi. Ini mungkin merupakan contoh sejati pertama nanoteknologi molekuler yang berguna dalam pembuatan mesin. Properti ini telah digunakan untuk membuat motor rotasi terkecil di dunia.

4. Properti Listrik

Simetri dan struktur elektronik unik graphene bertanggung jawab untuk menyediakan karbon naotubes sifat listrik mereka yang menakjubkan. Superkonduktivitas intrinsik telah diamati dalam nanotube tetapi itu adalah masalah kontroversial dalam konteks saat ini.

5. Penyerapan gelombang

Sifat yang paling baru bekerja dari nanotube karbon berdinding ganda adalah efisiensi mereka untuk menunjukkan penyerapan gelombang mikro dan merupakan daerah penelitian saat ini oleh para peneliti untuk bahan penyerap radar (RAM) sehingga memberikan kekuatan yang lebih baik untuk pesawat dan kendaraan militer. Penelitian ini sedang berlangsung di mana para peneliti mencoba untuk mengisi MWNTs dengan logam seperti besi, nikel atau kobalt untuk meningkatkan efektivitas tabung ini untuk rezim microwave dan hasilnya telah menunjukkan peningkatan penyerapan maksimum dan bandwidth penyerapan yang memadai.

6. Properti Termal

Semua nanotube umumnya diyakini sebagai konduktor termal yang baik yang menunjukkan sifat konduksi balistik.

Cacat

Cacat kristalografi mempengaruhi sifat material dari setiap bahan dan cacat adalah karena adanya lowongan atom dan cacat tersebut dapat mengurangi kekuatan tarik material menjadi sekitar 85%. Cacat Wales yang kuat menciptakan segi lima dan segi tujuh oleh penataan ulang ikatan. Kekuatan tarik nanotube karbon tergantung dari segmen terlemah. Cacat kristalografi juga mempengaruhi sifat listrik dari tabung dengan menurunkan konduktivitas. Defek crystallograhic juga mempengaruhi konduktivitas termal dari tabung yang menghasilkan hamburan fonon yang mengurangi jalur bebas berarti.

Aplikasi

Nanotubes banyak digunakan dalam pembuatan ujung-ujung probe mikroskopis gaya atom. Mereka juga digunakan dalam rekayasa jaringan bertindak sebagai perancah untuk pertumbuhan tulang. Kekuatan potensial mereka membantu mereka untuk digunakan sebagai bahan pengisi untuk meningkatkan kekuatan tarik nanotube lainnya. Sifat mekanis mereka membantu mereka untuk digunakan dalam pembuatan pakaian, jaket olahraga, dan elevator ruang angkasa. Mereka juga digunakan dalam membuat sirkuit listrik, kabel kabel iklan.

Next post
Karbon Nanotube: Pro dan Kontra

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *