Carbon nanorør dyrket i forbrændingsflammer

Et internationalt forskerholds teoretiske simulering af syntesen af ​​enkeltvæggede carbon-nanorør har afsløret vigtige detaljer om de mekanismer, der spiller. Dette kan føre til bedre måder at kontrollere produktionen af ​​carbon nanorør.

Syntesen af ​​carbon nanorør (CNT'er), med henblik på deres industrielle produktion, tiltrækker stor videnskabelig interesse. Deres unikke kemiske egenskaber lover en lang række banebrydende anvendelser inden for akustisk, biomedicinsk, elektronisk, miljø, optiske og strukturelle teknologier.

Anført af professor Stephan Irle fra Institute of Transformative Bio-Molecules ved Nagoya University, et team af forskere i Japan, USA og Kina gennemførte computersimuleringer, der viser lignende molekylære mekanismer på arbejdet i væksten af ​​kulstofnanorør og forbrænding af kulbrinter til dannelse af sod. Denne opdagelse udfordrer en tidligere accepteret opfattelse af, at metalcarbider er nødvendige for at skabe nanorør, gennem en proces kaldet kemisk dampaflejring.

Teamets egne modeller tyder på, at alternative kemiske processer såsom hydrogen-baktion/acetylentilsætning- en mekanisme, der ofte observeres i forbrændingsprocesser- også kunne bruges til at dyrke kulstofnanorør. "Dette fund er meget spændende i den forstand, at disse processer længe blev anset for at forløbe ved helt andre mekanismer, «siger professor Irle.

I 2014, teamet rapporterede de første vækstsimuleringer af enkeltvægget carbon nanorør syntese, ved hjælp af acetylen som råstof. Deres simuleringsmodel brugte acetylen på grund af de relativt lave temperaturer, der var nødvendige for at katalysere kemisk dampaflejring, og fordi selv små mængder fremskynder reaktionerne markant. Ifølge forskerne, deres modellering tyder på, at acetylens potentielle rolle kræver yderligere undersøgelse, det samme gør den aktuelt accepterede model for kulstof -nanorørproduktion.

Siden de offentliggjorde deres resultater, forskerne er begyndt at modellere syntesen af ​​grafen - et enkelt tykt lag rent carbon - ved hjælp af nikkel og kobber med en metankatalysator. De håber at offentliggøre den nye simuleringsmodel - baseret på en direkte version af en kinetisk Monte Carlo -simulering, hvor reaktionskanaler automatisk forudsiges i farten, mens vækstprocessen skrider frem - i 2015.

Carbon nanorør er nanocylindre, der består af et atom-tykke lag carbon (eller grafen). De bruges i øjeblikket som tilsætningsstoffer til at styrke forskellige strukturelle materialer, og kan også bruges til energilagring såvel som til den næste generation af nanoelektronik og biomedicinsk udstyr. CNT'er syntetiseres ofte via kemisk dampaflejring, hvor carbonhydriddamp afsættes på metalkatalysatorer under en strøm af ikke-reaktiv gas ved høje temperaturer. Imidlertid, kvalitetskontrol er en udfordring, da denne metode normalt resulterer i produktion af CNT'er med variable diametre og forskellige sidevægskonstruktioner.