SHRNUTÍ Tažení
Fázová separace
Melt-blown
Forcespinning
roztok gel
Vl. vrstva
Syntéza šablonou
Samosestavování
„Ostrovy v moři“
Electrospinning
Poznámka
Tažení polymerních nanovláken jako optických vláken
- Průmyslová výroba ???
Literatura: TONG, L. - SUMETSKY, M. Subwavelength and Nanometer Diameter Optical Fibers. Hangzhou; Heidelberg; New York: Zhejiang University Press ; Springer, 2010. 236 s. [cit. 2012-04-10]. ISBN 9783642033612.
Poznámka
Tažení polymerních nanovláken jako optických vláken
- Průmyslová výroba ??? Literatura: TONG, L. - SUMETSKY, M. Subwavelength and Nanometer Diameter Optical Fibers. Hangzhou; Heidelberg; New York: Zhejiang University Press ; Springer, 2010. 236 s. [cit. 2012-04-10]. ISBN 9783642033612.
Tažení PMMA, PS, PANi/PS
Délky max. několik centimetrů
Poznámka k diskuzi z minulé přednášky
Tažení polymerních nanovláken jako optických vláken - Průmyslová výroba ??? Tažení skleněných mikro nebo nanovláken jako optických vláken JE ZVLÁDNUTO A VELMI DOBŘE V LITERATUŘE POPSÁNO. TONG, L. - SUMETSKY, M. Subwavelength and Nanometer Diameter Optical Fibers. Hangzhou; Heidelberg; New York: Zhejiang University Press ; Springer, 2010. 236 s. [cit. 2012-04-10]. ISBN 9783642033612.
Electron microscope images of glass nanofibers. (a) SEM image of a 260-nm-diameter nanofiber placed on a 5.8-μm-diameter microfiber. (b) SEM image of the cross-section of a 480-nm-diameter nanofiber. (c) TEM image of the edge of a 220-nm-diameter nanofiber. Inset: electron diffraction pattern.
Poznámka: Ostrovy v moři – bikomponentní vlákna – využití - Pojení netkaných textilií
Poznámka: Segmentové koláče – bikomponentní vlákna – využití - Jemná vlákna
Poznámka: Segmentové koláče – bikomponentní vlákna – využití - Jemná vlákna
Poznámka: Segmentové koláče – bikomponentní vlákna – využití - Jemná vlákna
Zvětšování specifického povrchu v netkaných textiliích
Uhlíkové nanotrubice Rozdělení, struktura Eva Košťáková KNT, FT, TUL
CÍL Cíl: Pochopení a zapamatování struktury uhlíkových nanotrubic
UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE 3D VIZUALIZACE
Snímky převzaty z: http://www.turbosquid.com, http://students.chem.tue.nl/ifp03/default.htm, http://www.itap.uni-kiel.de/theo-physik/heinze/Fig2.html
ÚVOD
3D VIZUALIZACE
REÁLNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE – SNÍMEK TEM
REÁLNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE – SNÍMEK SEM
REÁLNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE – FOTOGRAFIE
ÚVOD
Rám kola byl vyztužen uhlíkovým vlákny a ta byla prosycena pryskyřicí s uhlíkovými nanotrubicemi.
VÁHA RÁMU??? Převzato z Kalaugher, L.: Nanotube bike enters Tour de France, Nanotechweb.org, 2005, dostupné na www.nanotechweb.org (20.12.2012)
UHLÍK Uhlík je chemický prvek, tvořící základní kámen všech organických sloučenin a tím i všech živých organizmů. Charakteristickou vlastností atomů uhlíku je schopnost vytvářet řetězce, což je dáno mimořádnou pevností jednoduché a dvojné vazby C-C.
ZÁKLADNÍ FORMY UHLÍKU
GRAFIT
DIAMANT
FULEREN
Formy uhlíkových materiálů
Diamant
Fuleren C60
Grafit
Fuleren C250
Amorfní uhlík Nanotrubice
Formy uhlíkových materiálů Čistý uhlík je obecně znám ve dvou molekulárních formách: diamant, grafit.
Diamant Krystalizace v kubické struktuře nejčastěji v osmistěnech.
Grafit Ve formě grafitu uhlík krystalizuje ve vrstvách.
Grafit
Struktura grafitu je vysoce anizotropní. Je tvořen grafenovými vrstvami. V jejich rovině jsou atomy pojeny pevnými kovalentními vazbami
Ve směru kolmém na tyto vrstvy jsou slabé vazby – Van der Waalsovy.
Fullereny
Představují třetí známou formu uhlíku! Od C20 dále (mimo C22)
C20
C60
Uhlíkové nanomateriál - Fullereny
Pak téměř pro každý sudý počet atomů uhlíku (vyjma 22) existuje další fulleren.
C540 Nejméně stabilní C20 – pravidelný dvanáctistěn jehož stěny jsou pětiúhelníky.
Fulereny jsou „kulovité“ (často mnohostěnné) obří molekuly tvořené dvaceti a více atomy uhlíku.
Uhlíkové nanomateriály – kulovité fullereny
Fuleren C60 Uhlík je čtyřmocný!
Nejobvyklejší fuleren C60 (povrchové napětí) Mezi šestiúhelníky musí být pětiúhelníkové poruchy – vytvoření uzavřeného prostorového útvaru. CENA: Sigmaaldrich.com C60 25mg = 1300Kč (97% čistota), 1kg = 21000Kč
Jméno fulleren – dle podoby ke kopulím geodetických budov architekta Richard Buckminster Fullera == Buckminsterfullerene C60
The first fullerene to be discovered, and the family's namesake, was buckminsterfullerene C60, made in 1985 by Robert Curl, Harold Kroto and Richard Smalley. By 1991, it was relatively easy to produce gram-sized samples of fullerene powder Kroto, Curl, and Smalley were awarded the 1996 Nobel Prize in Chemistry for their roles in the discovery of this class of compounds.
Nobelova cena za chemii - 1996
Fulereny jsou „kulovité“ (často mnohostěnné) obří molekuly tvořené dvaceti a více atomy uhlíku. nano-onions
Fullerene (Buckyball) colloids, 1,000,000X.
The nucleus to nucleus diameter of a C60 molecule is about 0.71 nm
http://www.nature.com/nnano/journal/v1/n2/full/nnano.2006.62.html
Uhlíkové nanomateriál – válcovité fullereny - Nanotrubice
A large percentage of academic and popular literature attributes the discovery of hollow, nanometer-size tubes composed of graphitic carbon to Sumio Iijima in 1991. Sumio Iijima (born 1939) is a Japanese physicist, often cited as the discoverer of carbon nanotubes.
STRUKTURA UHLÍKOVÝCH NANOTRUBIC JEDNOSTĚNNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE SWNTs
Grafen – Nobelova cena 2010 http://www.ceskatelevize.cz/ivysilani/10095523948prizma/211411058100020/obsah/157448-nobelova-cena-za-fyziku/
DÉLKA VAZBY MEZI DVĚMA ATOMY UHLÍKU V UHLÍKOVÉ NANOTRUBICI = 0,14 nm
STRUKTURA UHLÍKOVÝCH NANOTRUBIC JEDNOSTĚNNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE SWNTs
JEDNOSTĚNNÁ UHLÍKOVÁ NANOTRUBICE - OTEVŘENÁ
STRUKTURA UHLÍKOVÝCH NANOTRUBIC JEDNOSTĚNNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE SWNTs
JEDNOSTĚNNÁ UHLÍKOVÁ NANOTRUBICE - UZAVŘENÁ
SWNTs (single wall nanotubes) – jednostěnné uhlíkové nanotrubice
Diameter of SWNTs Optimal 1,4nm Possible 0,4 – 2,5 nm
TEM microstructure of SWNT-rope
Carbon nanotubes - struktura
a) Zigzag structure Struktura Zig zag b) Armchair structure Křesílková struktura c) Chiral structure Chirální struktura Chiralita označuje asymetrii prostorového rozložení objektu
3. CARBON NANOTUBES, NANOFIBERS AND NANOWIRES
1
Most single-walled nanotubes (SWNT) have a diameter of close to 1 nanometer, with a tube length that can be many millions of times longer. The structure of a SWNT can be conceptualized by wrapping a one-atom-thick layer of graphite called graphene into a seamless cylinder. The way the graphene sheet is wrapped is represented by a pair of indices (n,m) called the chiral vector. The integers n and m denote the number of unit vectors along two directions in the honeycomb crystal lattice of graphene. If m = 0, the nanotubes are called "zigzag". If n = m, the nanotubes are called "armchair". Otherwise, they are called "chiral".
STRUKTURA UHLÍKOVÝCH NANOTRUBIC JEDNOSTĚNNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE SWNTs
rolování grafenu do tvaru trubice
Jednostěnná uhlíková nanotrubice (SWNT) Různé typy struktur dle uspořádání atomů uhlíku
Rolování
Grafenový plát
Struktura cik-cak
Křesílková struktura (židličková)
SWNT
Chirální struktura
„chiral"
"zig-zag"
The end caps of a nanotube are one of a half bucky ball and the repeating axial hexagonal patterns are graphite structures; however, the electrical properties of nanotubes are dependent on the precise orientation[5] of the repeating hexagons. The nanotubes can be semiconductors (similar to “doped silicon” used in integrated circuits) or metal-like conductors (such as copper used as electric wiring). The inset micrographs show the orientation axes that distinguish between these electronic behaviors. These micrographs also show another important development – that of singlewalled nanotubes or SWNT. Using optimum synthesis conditions one can make SWNT tubes with diameters of 1.38 ± 0.02 nm, very close to the diameter of geometrically ideal nanotubes.
Optimální průměr SWNT = 1,4nm Kolik šestiúhelníků je v obvodu takové trubice, např. při uspořádání zig-zag?
Vzdálenost atomů uhlíku v šesterečné struktuře je 1,44 Å
Postup při kreslení nanotrubic
1 CH3
Freeware ChemSketch (3D Wiever)
CH3
5
2
3
4
MWNTs (multi wall nanotubes)
Multi-walled nanotubes (MWNT) consist of multiple rolled layers (concentric tubes) of graphite. There are two models which can be used to describe the structures of multi-walled nanotubes. In the Russian Doll model, sheets of graphite are arranged in concentric cylinders, e.g. a (0,8) singlewalled nanotube (SWNT) within a larger (0,10) single-walled nanotube
TEM microstructure of MWNTs and nanoparticle
the multi-walled nanotubes are concentric (a good analogy is a Russian babushka doll). The inset diagram shows micrographs for 5, 2 and 7 MWNT respectively from left to right
STRUKTURA UHLÍKOVÝCH NANOTRUBIC VÍCESTĚNNÉ UHLÍKOVÉ NANOTRUBICE MWNTs
A teď je řada na vás… Vyrobte model vícestěnné uhlíkové nanotrubice
c-MWNTs (multi wall nanotubes) cb-MWNTs (bamboo multi wall nanotubes) Vícestěnná uhlíková trubice typu „bambus“
Typical TEM images of BCNTs grown at 850 ºC using a 10 wt.% Cu/Mo/MgO catalyst: (a) low magnification TEM image of BCNTs, (b) TEM image of catalyst particles located inside and at the tips of the nanotubes, (c) TEM image of carbon nanotubes filled with a catalyst nanoparticle which is responsible for the formation of BCNTs with an outer diameter of 20 nm, (d) a high-resolution TEM image of a BCNT with the curved graphite sheets. www.azonano.com/Details.asp?ArticleID=2037
www.materials.ox.ac.uk/peoplepages/grobert.html
h-MWNTs ( herringboneMWNTs – rybí kost) hb-MWNTs (bamboo herringbone multi wall nanotubes)
h-MWNTs KNT, FT, TUL
h-MWNTs KNT, FT, TUL
Hetero-nanotubes X@SWNT or X@MWNT - Hybrid carbon nanotubes
An uncapped single-wall carbon nanotube with encapsulated buckyballs. This type of tube is sometimes referred to as a ‘peapod’ carbon nanotube.
Nanotube peapod – hrachový lusk If the nanotube is big enough, there is room for metal atoms, molecules, and even fullerenes to fit inside.
A nanotube filled with fullerenes is known as a "peapod". A model of a peapod is shown below.
Under electron irradiation in TEM mesurements, the fullerenes become mobile and merge to a second tube inside the tube http://iffwww.iff.kfa-juelich.de/~cmeyer/filling/fillCNTs.html
Nanotrubice se dají „plnit“ oxidy kovů Ni, Co, Fe, Zr, Cd, Sn atd. a čistými kovy Ag, Au, Pd, Rh atd a fulereny.
MWNT Ag
Snaha o výrobu extrémně jemných kovových drátků – významné zlepšení elektrických vlastností. http://gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/NANOTUBE.html
Cena uhlíkových nanotub
SWNTs – 70%purity 1g = 300Euro
MWNTs – 90%purity 1kg = 1000Euro MWNTs – 95%purity 1g = 40 Euro MWNTs – 95%purity surface modified 1g = 50-65Euro
Orientace MWNTs
http://www.youtube.com/watch?v=ZwiXUAY2LuE
http://www.popsci.com/technology/article/2012-11/nanotube-yarn-infused-waxmakes-incredibly-strong-artificial-muscles
https://www.youtube.com/watch?v=Mk2sqnA5W6U Carbon nanotube yarn with polymer – kombinace https://www.youtube.com/watch?v=iaZX6G34GPk Netkaná textilie přímo z vrstvy uhlíkových nanotrubic
https://www.youtube.com/watch?v=4XDJC64tDR0 Další postup výroby přízí z uhlíkových nanotrubic Výroba přízí přímo z CVD pece Science Express on 11 March 2004 Science 9 April 2004: Vol. 304. no. 5668, pp. 276 – 278 DOI: 10.1126/science.1094982
ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI CNTs Comparison of mechanical properties[
Material
SWNT
Young's Modulus Tensile strength Elongation at break (%) (TPa) (GPa) ~1 (from 1 to 5)
Armchair SWNT 0.94
T
13–53 126.2
T
16
T
23.1
T
Zigzag SWNT
0.94
Chiral SWNT
0.92
MWNT
0.8–0.9
Stainless Steel
~0.2
~0.65–3
15–50
Kevlar
~0.15
~3.5
~2
0.25
29.6
Kevlar
T
EExperimental observation; TTheoretical
94.5
E
E
prediction
11–150
15.6–17.5 E
ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI CNTs
Because of the symmetry and unique electronic structure of graphene, the structure of a nanotube strongly affects its electrical properties. For a given (n,m) nanotube, if n = m, the nanotube is metallic; if n − m is a multiple of 3, then the nanotube is semiconducting with a very small band gap, otherwise the nanotube is a moderate semiconductor. Thus all armchair (n = m) nanotubes are metallic, and nanotubes (5,0), (6,4), (9,1), etc. are semiconducting. In theory, metallic nanotubes can carry an electrical current density of 4 × 109 A/cm2 which is more than 1,000 times greater than metals such as copper[25].
Carbon nanofibers: no hollow, diameter between 50-200nm, micrometers.
length
–
several
Carbon nanotubes: presence of hollow,
from 1nm to several tens of micrometers (It depends on number of walls), length – several micrometers.
Nanowires:
presence of hollow, - Not from CARBON, from 1nm to several tens of micrometers (It depends on number of walls), length – several micrometers.
3. CARBON NANOTUBES, NANOFIBERS AND NANOWIRES
32
PŘÍŠTĚ
Uhlíkové nanotrubice VÝROBA, VLASTNOSTI A POUŽITÍ
https://www.youtube.com/watch?v=19nzPt62UPg Výroba CNT video
