stringtranslate.com

Углеродный нанобутон

Компьютерные модели нескольких стабильных структур нанопочек
Наблюдение in situ за углеродным нанобутином с помощью просвечивающей электронной микроскопии [1]
Захват дополнительной молекулы фуллерена нанопочкой [1]
Генерация молекул фуллерена ( углеродного стручка ) внутри нанопочки [1]

В нанотехнологии углеродный нанобутон — это материал, который объединяет углеродные нанотрубки и сфероидальные фуллерены , оба аллотропа углерода , образуя « бутоны », прикрепленные к трубкам. Углеродные нанобутончики были обнаружены и синтезированы в 2006 году. [2]

В этом материале фуллерены связаны ковалентными связями с внешними боковыми стенками лежащей в основе нанотрубки. Следовательно, нанопочки проявляют свойства углеродных нанотрубок и фуллеренов. Механические свойства и электропроводность нанопочек аналогичны свойствам углеродных нанотрубок. [3] [4] [5]

Финская компания Canatu Oy заявляет права интеллектуальной собственности на нанопочки, процессы их синтеза и несколько приложений. [6]

Характеристики

Углеродные нанопочки (CNB) обладают некоторыми свойствами углеродных нанотрубок , такими как одномерная электропроводность, гибкость и технологичность, а также некоторыми химическими свойствами фуллеренов . Примерами этих свойств являются способность участвовать в реакциях циклоприсоединения и легко образовывать химические связи, способные присоединяться к другим молекулам со сложными структурами. CNB обладают гораздо более высокой химической активностью, чем однослойные углеродные нанотрубки (SWCNT). [7]

Электрические свойства

Было показано, что CNB имеют электронные свойства, которые отличаются от свойств фуллеренов и углеродных нанотрубок (CNT). CNB демонстрируют более низкие пороги поля, более высокую плотность тока и эмиссию электрического поля , чем SWCNT. Химические связи между стенкой нанотрубки и фуллеренами на поверхности могут приводить к переносу заряда между поверхностями. Присутствие фуллеренов в CNB приводит к образованию меньших пучков и более высокой химической реакционной способности. [8] CNB могут участвовать в реакциях циклоприсоединения и образовывать химические связи, прикрепляя молекулы со сложными структурами, из-за большей доступности поверхности CNB для реагентов, наличия π-сопряженной структуры и 5-атомных колец с избыточной энергией пиримидизации. [9] Энергия образования показала, что получение CNB является эндотермическим , что означает, что оно невыгодно для создания. [10]

Все CNB могут проводить электричество , независимо от того, является ли однослойная CNT металлической или полупроводниковой основой. Ширина запрещенной зоны углеродных наночастиц не является постоянной. Она может изменяться в зависимости от размера фуллереновой группы. [7] Присоединение C 60 к ориентации кресла SWCNT открывает запрещенную зону . С другой стороны, добавление его к полупроводниковой SWCNT может ввести примесные состояния в запрещенную зону, что уменьшит запрещенную зону. Ширина запрещенной зоны CNB также может быть изменена путем изменения плотности углерода C 60, прикрепленного к боковой стенке SWCNT. [11]

Магнитные свойства

Две структуры CNB являются ферромагнитными в своем основном состоянии, а две - немагнитными. [12] Прикрепленная молекула C 60 на поверхности CNT дает больше пространства между нанотрубками, и адгезия между однослойными CNTS может быть ослаблена, что предотвращает образование плотных пучков CNT. [7] Углеродные нанопочки могут использоваться в качестве молекулярной поддержки для предотвращения проскальзывания матрицы в композитные материалы и повышения их механической прочности. [8]

Структурные свойства

Стабильность CNB зависит от типа углеродной связи, которая диссоциирует при циклоприсоединении. Было показано, что атомы углерода SWCNT вблизи молекулы фуллерена C60 были вытянуты наружу от исходной поверхности стенки из-за ковалентной связи с циклоприсоединением между фуллереном и нанотрубкой; кроме того, их связь была преобразована из sp2 в sp3 гибридизацию . [ 8] Анализ с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния показывает, что образец CNB имел более сильную химическую модификацию по сравнению с CNT. Это указывает на то, что существует углеродная sp3 гибридизация , которая происходит после создания CNB путем химического присоединения. [7]

Синтез

Однослойные углеродные нанотрубки могут реагировать с фуллеренами в присутствии водяного пара или углекислого газа. Это производит ковалентно связанный материал, который выглядит как почки на ветке дерева, отсюда и название «Nanobud». [9]

Нанопочки образуются в изобилии при 45 ppm водяного пара и выше. Однако выше 365 ppm реакция даст большее количество неактивных частиц катализатора вместо нанопочек. [9]

Смотрите также

Ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Углеродные нанопочки .
  1. ^ abc Горантла, Сандип; Бёрнерт, Феликс; Бахматюк, Алисия; Димитракопулу, Мария; Шенфельдер, Ронни; Шеффель, Франциска; Томас, Юрген; Гемминг, Томас; Боровяк-Пален, Ева; Уорнер, Джейми Х.; Якобсон Борис И.; Эккерт, Юрген; Бюхнер, Бернд; Руммели, Марк Х. (2010). «Наблюдения на месте синтеза и выброса фуллеренов в углеродных нанотрубках». Наномасштаб . 2 (10): 2077–2079. Бибкод : 2010Nanos...2.2077G. дои : 10.1039/C0NR00426J. ПМИД  20714658.
  2. ^ Насибулин, Альберт Г.; Пихица, Питер В.; Цзян, Хуа; Браун, Дэвид П.; Крашенинников, Аркадий В.; Анисимов, Антон С.; Кейпо, Паула; Моисала, Анна; Гонзалес, Дэвид; Линчниг, Гюнтер; Хассаниен, Абду (март 2007 г.). "Новый гибридный углеродный материал". Nature Nanotechnology . 2 (3): 156–161. Bibcode :2007NatNa...2..156N. doi :10.1038/nnano.2007.37. ISSN  1748-3395. PMID  18654245.
  3. ^ Nasibulin, Albert G.; et al. (2007). "Новый гибридный углеродный материал" (PDF) . Nature Nanotechnology . 2 (3): 156–161. Bibcode :2007NatNa...2..156N. doi :10.1038/nnano.2007.37. PMID  18654245. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2012 г. . Получено 31 августа 2009 г. .
  4. ^ Nasibulin, Albert G.; et al. (2007). "Исследования формирования NanoBud" (PDF) . Chemical Physics Letters . 446 (1–3): 109–114. Bibcode :2007CPL...446..109N. doi :10.1016/j.cplett.2007.08.050. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2011 г. . Получено 31 августа 2009 г. .
  5. ^ Фюрст, Иоахим А.; и др. (2009). "Электронные транспортные свойства углеродных нанотрубок с функциональными фуллеренами: расчеты Ab initio и сильной связи" (PDF) . Physical Review B. 80 ( 3): 115117. Bibcode : 2009PhRvB..80c5427F. doi : 10.1103/PhysRevB.80.035427. S2CID  7334189.
  6. ^ "Европейское патентное ведомство: поиск CANATU" . Получено 3 июня 2010 г.
  7. ^ abcd Альберт Г. Насибулин, Илья В. Аношкин, Прасанта Р. Мудимела, Янне Раула, Владимир Ермолов, Эско И. Кауппинен, «Селективная химическая функционализация углеродных нанопочек», Carbon 50, № 11 (2012).
  8. ^ abc Ahangari, M. Ghorbanzadeh; Ganji, MD; Montazar, F. (2015). «Механические и электронные свойства углеродных наночастиц: исследование первых принципов». Solid State Communications . 203 : 58–62. Bibcode : 2015SSCom.203...58G. doi : 10.1016/j.ssc.2014.11.019.
  9. ^ abc Анисимов, Антон. «Аэрозольный синтез углеродных нанотрубок и нанопочек». (2010).
  10. ^ Сейф, А.; Захеди, Э.; Ахмади, ТС (2011). «Исследование углеродных наночастиц методом Dft». The European Physical Journal B. 82 ( 2): 147–52. Bibcode :2011EPJB...82..147S. doi :10.1140/epjb/e2011-20139-5. S2CID  121728071.
  11. ^ Сяоцзюнь Ву и Сяо Чэн Цзэн, «Изучение углеродного нанопочка на основе первых принципов», ACS Nano 2, № 7 (2008)
  12. ^ Мин Ван и Чан Мин Ли, «Магнитные свойства полностью углеродных графен-фуллереновых нанопочек», Физическая химия, Химическая физика 13, № 13 (2011).