מבוא ויישום רקע של צינורות פחמן חד-קירות
צינורות פחמן חד-קירות חד-קירות (SWCNTs) הם מבנים צינוריים הנוצרים על ידי סלסול מקרוב שכבה יחידה של גרפן, וממדי הקוטר שלהם הם בדרך כלל בין 0. 4 ו -2 ננומטרים. צינורות פחמן חד-קירות בעלי ניידות נשאית גבוהה במיוחד. עם ניידות נושאת גבוהה במיוחד של 5 ס"מ ²/V · S, מודולוס אלסטי מדהים של כ- 1TPA, ומוליכות תרמית יוצאת מן הכלל של 3500W/M · K, חומר זה מחזיק פוטנציאל משמעותי בענפים כמו רכבי אנרגיה חדשים ואלקטרוניקה גמישה. מכיוון שמדענים סינתזו בהצלחה חומר זה לראשונה בשנת 1993, SWCNTs משכו תשומת לב נרחבת בקהילה המדעית בגלל המוליכות החשמלית המצוינת שלהם וקידמו את התקדמות המחקר שלהם במגוון תחומי יישום מתקדמים.
המאפיינים הייחודיים של צינורות פחמן חד-קירות
"תכונות מכניות"
אטומי הפחמן בתוך צינורות פחמן חד-קירות מחוברים קשר הדוק על ידי קשרים קוולנטיים CC, ומבנה זה מעניק לו חוזק צירי מצוין, קשיחות ומודולוס אלסטי. תוצאות הניסוי מראות כי המודולוס של הצעיר שלו גבוה כמו 1TPA, הדומה לזו של היהלום ועולה על זה של הפלדה בחמש פעמים. בינתיים, צינורות פחמן חד-קירות בעלי חוזק צירי מדהים, שהוא יותר ממאה פעמים מזה של הפלדה. בנוסף, גמישותו יכולה להגיע ל -5% ל 12%, שהם פי 60 מזה של פלדה, ומפגינה במלואה את הקשיחות והגמישות המצוינת שלה.
ביצועים חשמליים
צינורות פחמן חד-קירות מראים תכונות חשמליות מצטיינות בגלל המבנה הצינורי הסלילי הייחודי שלהן. ניתוח תיאורטי מראה כי האופן בו האלקטרונים מועברים בתוכם דומה לתחבורה בליסטית, מה שמעיין צינורות פחמן חד-קירות עם יכולת נשיאת זרם יוצאת דופן. בניגוד לחומרים אחרים, צינורות פחמן חד-קירות יכולים לווסת בגמישות את המוליכות שלהם על ידי שינוי זווית הכיראל וקוטר, ולהשיג שליטה מדויקת בגודל פער האנרגיה. יש להם יכולת נשיאת זרם גדולה במיוחד ומפגינים עליונות ללא תחרות.
ביצועים תרמיים
צינורות פחמן לא רק מתפקדים היטב בתחום המוליכות החשמלית, אלא יש גם תכונות תרמיות מצוינות. בדומה למוליכים תרמיים מעולים כמו גרפיט ויהלום, צינורות פחמן מחזיקים גם ביכולות הולכה חום ציריות מצטיינות, מה שהופך אותם לחומרים מוליכים תרמיים אידיאליים. המוליכות התרמית הצירית שלה גבוהה כמו 6600 W/M · K, שיכולה אפילו להיות דומה לזו של גרפן שכבתי יחיד. בטמפרטורת החדר, המוליכות התרמית של ננו-צינור פחמן יחיד עם קירות יחיד קרובה ל 3500 W/M · K, שהיא גבוהה בהרבה מזו של היהלום והגרפיט. עם זאת, ביצועי החלפת החום בכיוון האנכי נמוכים יחסית.
ביצועים אופטיים
צינורות פחמן חד-קירות מראים תכונות אופטיות ייחודיות בגלל המבנה הייחודי שלהן. מדענים חקרו את תכונותיו האופטיות באמצעות טכניקות שונות כמו ספקטרוסקופיה של ראמן, ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית וספקטרוסקופיה של אולטרה סגול-ראייה-אינפרא אדום. ביניהם, תבנית הרטט הנשימה הטבעית (RBM) מופיעה בכ -200 ננומטר, ומספקת גישה יעילה לניתוח המיקרו-מבנים של צינורות פחמן וזיהוי צינורות פחמן חד-קירות. יתר על כן, לאחר שינוי מתאים, היא הראתה פוטנציאל בהדמיה פוטו-אקוסטית והיפרתרמיה כמעט אינפרא אדום, מה שמביא ערך יישום חדש לשדה הביו-רפואי.