Karbon nanotüplerin özellikleri sayesinde elektronik,optik ve nanoteknoloji gibi çok çeşitli alanlarda kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu malzemeler,
- mükemmel gerilme mukavemeti,
- termal iletkenlik ve
- elektriksel iletkenlik gibi dikkat çekici özelliklere sahiptir.
Karbon Nanotüp (Carbon Nanotubes-CNT) Nedir?
Sıcak metal nanopartiküller ile etkileşime girdiğinde hidrokarbon buharı öncelikle karbon ve hidrojen türlerine ayrışır. Tepkime sonucu hidrojen çıkar ve karbon metale ayrılır. Bu sıcaklıkta metalde karbon çözünürlüğü sınırına ulaşır. Ardından, parçalanmış karbon hızlanır ve sarkan bağları olmayan ve dolayısıyla aktif olarak stabil olan tüp şeklindeki bir sistem olarak şekillenir. Bu karbon nanotüpler (Carbon nanotubes-CNT) şeklinde adlandırılır.
Nanoteknoloji ile üretilen pek çok üründe karbon nanotüpler kullanılıyor. Silindir biçimindeki karbon nanotüplerin çapları birkaç nanometreyken uzunlukları milimetrelerle ifade edilmekte. Karbon nantüpler çaplarının milyonlarca katı uzunluklara ulaşabilmekte.Sağlamlık, elektrik iletkenliği, ısı iletkenliği gibi karbon nanotüplerin özellikleri sayesinde başka malzemelere göre daha avantajlı sayılmakta.
Karbon Nanotüplerin Özellikleri Nelerdir?
Elektriksel iletkenlik
CNT’ler çok iletken olabilir ve metalik olduğu söylenebilir. İletkenliklerinin, kiralliklerinin bir fonksiyonu olduğu, aynı genişliklerinde olduğu gibi bükülme seviyesinin olduğu gösterilmiştir. Çok duvarlı akrbon nanotüplerde (MWNT’lerde) iletkenlik oldukça karmaşıktır. Birkaç çeşit “koltuk” yapılandırılmış CNT’ler diğer metalik CNT’lerden daha üstün görünmektedir.
Ayrıca, çok duvarlı nanotüpler içindeki bölücü tepkileri arasındaki akımın, münferit silindirler üzerinde tutarlı olmayan bir şekilde yeniden dağıldığı bulunmuştur. Metalik tek duvarlı nanotüplerin çeşitli kısımlarında akımda bir değişiklik yoktur. Yarı iletken tek duvarlı nanotüplerin halatlarının davranışı benzersizdir; böylelikle taşıma akımı CNT’lerin farklı durumlarında beklenmedik şekilde değişir.
Mukavemet ve elastikiyet
Yalnız bir grafit tabakasının karbon atomları, her bir atomun üç komşu atoma güçlü bir bağ vasıtasıyla bağlandığı düzlemsel bir petek çapraz parçasını yapılandırır. Bu katı bağlar üzerine bir bakış açısıyla, grafitin bazal düzlem esnek modülü, bilinen herhangi bir malzemenin en büyüklerinden biridir. Bu şekilde, CNT’ler son derece yüksek kaliteli lifler olmaya bağımlıdır.
Tek duvarlı nanotüpler çelikten daha serttir ve fiziksel kuvvetlerin verdiği hasarla delinmez. Bir nanotüpün ucunu itmek, uca zarar vermeden bükülmesini sağlayacaktır. Tam olarak kuvvet temizlendiğinde, nanotüp benzersiz durumuna geri döner. Bu özellik, CNT’leri yüksek çözünürlüklü tarama probu mikroskopisi için test ipuçları olarak önemli kılar.
Atomik kuvvet mikroskopisi kullanılarak, bağlı olmayan bir nanotüpün izinsiz sonlandırmaları denge konumundan itilebilir ve nanotüpü itmek için gereken güç değerlendirilebilir. Mevcut Young’ın tek duvarlı nanotüplerin modül tahmini 1 Tpa civarındadır. Diğerleri teorik olarak Young modülünün 1.22’den 1.26 Tpa’ya giden tek duvarlı nanotüplerin boyutuna ve kiralitesine bağlı olduğunu göstermiştir.
Termal iletkenlik ve genleşme
CNT’lerin 20 ° K altında (kabaca −253 ° C’de) süperiletkenlik gösterdiği görülmüştür. Araştırmalar, şu andaki ilgi çekici tellerin, yarı iletkenlerin veya mükemmel metallerin elektriksel özelliklerini teşvik etmek için benzersiz güçleri ve benzersiz kapasiteleri nedeniyle ilan edildiğinden, çok uzak olmayan bir gelecekte de beklenmedik sıcak borulardaki uygulamaları keşfedebileceğini önermektedir.
Düzlem içi grafitli katı karbon-karbon bağları, bunları, esaslı suşlara karşı özellikle katı ve katı hale getirir. Düzlemde neredeyse sıfır termal genleşme, ancak tek duvarlı nanotüplerin büyük düzlemler arası genişlemesi, düzlem içi katı bağlantıyı ve eksenel olmayan suşlara karşı yüksek plastisiteyi ortaya çıkarır.
Nano ölçekli moleküler elektronik algılama ve çalıştırma cihazlarında olduğu gibi CNT’lerin sayısız uygulaması vardır.
CNT’ler istisnai olarak uzun bir sıcak iletkenlik olarak görünür. Bu nedenle, polimerik malzemelerdeki nanotüp takviyesinin, kompozitlerin termal ve termomekanik özelliklerini de kayda değer ölçüde ilerletebileceği öngörülmektedir.
Alan emisyonu
Alan emisyonu, güçlü bir elektrik alanının kullanılması altında, metal bir uçtan elektronların tünellenmesinden vakum haline gelir. Karbon nanotüplerin az genişlik ve yüksek en boy oranı, alan deşarjı için olağanüstü idealdir. Doğrudan voltajlar için inkar edilemez bir şekilde, güçlü bir elektrik alanı, keskinlikleri nedeniyle destekli karbon nanotüplerin serbest sonucunu çıkarır.
Yüksek en boy oranı
Karbon nanotüpler, çok çeşitli tiplerdeki plastikler için son derece minimal yüksek en boy oranlı iletken ilave maddeye yöneliktir. Yüksek en-boy oranları, eşdeğer elektrik iletkenliğini algılamak için daha fazla karbon nanotüp istiflenmesinin, diğer iletken ilave maddelerle kontrast teşkil ettiğini göstermektedir.
Bu düşük yükleme, çoğunlukla düşük sıcaklıklarda polimer reçinelerinin daha fazla sağlamlığını korur ve matris reçinesinin diğer önemli performans özelliklerini korur.
Karbon nanotüplerin plastiklerde elektrik iletkenliği sağlamak için şaşırtıcı bir ilave madde olduğu gösterilmiştir. Yüksek açı oranları, yaklaşık 1000: 1, standart koyulaştırılmış madde malzemeleri, örneğin karbon karanlık, bölünmüş karbon fiber veya paslanmaz çelik fiber ile zıt olarak düşük yüklerde elektrik iletkenliği sağlar.
Emicilik
Geniş yüzey alanı ve CNT’lerin yüksek emiciliği, onları hava, çeşitli gazlar ve su arıtmada kullanmak için mükemmel bir rakip haline getirir. Bazı ultra yüksek saflaştırma amaçları için aktif kömürün CNT’lerle ikame edilmesinde birçok araştırma yapılmaktadır.
Kaynak : Britannica
