WikiDer > Неорганические нанотрубки

Inorganic nanotube

An неорганическая нанотрубка это цилиндрический молекула часто состоит из металл оксиды, или группы III-нитриды[1][2] и морфологически похож на углеродная нанотрубка. Было замечено, что неорганические нанотрубки встречаются в природе в некоторых месторождениях полезных ископаемых.[3]

Через несколько лет после Линус Полинг упомянул возможность изогнутых слоев в минералы еще в 1930 г.[4] некоторые минералы, такие как белый асбест (или хризотил) [5] и имоголит[6] было действительно показано, что они имеют трубчатую структуру. Однако первые синтетические неорганические нанотрубки появились только в Решеф Тенне и другие. сообщили о синтезе нанотрубок, состоящих из дисульфид вольфрама (WS2) в 1992 году.[7]

За прошедшие годы нанотрубки были синтезированы из многих неорганических материалов, таких как ванадий окись и марганец окись, и исследуются для таких приложений, как редокс катализаторы и катод материалы для аккумуляторов.

История и возникновение

Неорганические нанотрубки морфологически похожи на углеродные нанотрубки и наблюдаются в некоторых месторождениях полезных ископаемых природного происхождения.[8] Впервые о синтетических структурах этого типа сообщила группа ученых. Решеф Тенне в 1992 г.[7]

Материалы

Типичные материалы неорганических нанотрубок представляют собой двумерные слоистые твердые тела, такие как сульфид вольфрама (IV) (WS2), дисульфид молибдена (MoS2) и сульфид олова (IV) (SnS2).[9] WS2 и SnS2/сульфид олова (II) (SnS) нанотрубки были синтезированы в макроскопических количествах.[10][11] Однако традиционная керамика любит оксид титана (TiO2), диоксид циркония[12] (ZrO2) и оксид цинка (ZnO) также образуют неорганические нанотрубки.[13] Более свежие нанотрубки и нанопроволока материалы переходный металл/халькоген/галогениды (TMCH), описываемый формулой TM6CуЧАСz, где TM - переходный металл (молибден, вольфрам, тантал, ниобий), C есть халькоген (сера, селен, теллур), H - галоген (йод), а состав задается формулой 8.2 <(y + z) <10. Трубки TMCH могут иметь диаметр субнанометра, длину, настраиваемую от сотен нанометров до десятков микрометров, и демонстрировать отличную дисперсность благодаря чрезвычайно слабой механической связи между трубками.[14]

В 2007 году китайские ученые заявили о создании в лаборатории медь и висмут нанотрубки.[15]

Свойства и потенциальные применения

Неорганические нанотрубки являются альтернативным материалом более изученным углеродным нанотрубкам, демонстрируя такие преимущества, как легкий доступ к синтетическим материалам и высокая кристалличность,[16] хорошая однородность и разброс, предопределенный электрическая проводимость в зависимости от состава исходного материала и игольчатой ​​морфологии хорошо адгезия к ряду полимеров и высокой ударопрочности.[17] Поэтому они являются многообещающими кандидатами в качестве наполнителей для полимер композиты с улучшенными термическими, механическими и электрическими свойствами. Целевыми областями применения этого типа композитов являются материалы для управления теплом, рассеиватели статического электричества, носить защитные материалы, фотоэлектрический элементы и т. д. Неорганические нанотрубки тяжелее, чем углеродные нанотрубки и не так сильно под растягивающее напряжение, но они особенно прочны при сжатии, что позволяет находить применение в ударопрочных приложениях, таких как бронежилеты.[18][19]

Механическая прочность целлюлоза волокна можно увеличить на порядок, добавив всего 0,1 мас.% нанотрубок TMCH, а измерения электрическая проводимость из поликапролактон легированные нанотрубками TMCH выявили перколяционный поведение с крайне низким порог перколяции.[20] Добавление WS2 нанотрубки в эпоксидная смола смола улучшенная адгезия, вязкость разрушения и скорость высвобождения энергии деформации. Износ эпоксидной смолы, армированной нанотрубками, был в восемь раз ниже, чем износ чистой эпоксидной смолы.[21] WS2 нанотрубки также были встроены в полиметилметакрилат) Матрица из нановолокна (ПММА) методом электроспиннинга. Нанотрубки были хорошо диспергированы и ориентированы вдоль оси волокна. Повышенная жесткость и вязкость волоконных сеток из ПММА за счет добавления неорганических нанотрубок может иметь потенциальное применение в качестве материалов, поглощающих удары.[22]

Оптические свойства гибридов полупроводниковых квантовых точек и неорганических нанотрубок показывают эффективную резонансную передачу энергии от квантовой точки к неорганическим нанотрубкам при фотовозбуждении. Наноустройства на основе одномерных наноматериалов считаются электронными и фотоэлектронными системами следующего поколения, имеющими небольшие размеры, более высокую скорость транспортировки, более высокую эффективность и меньшее потребление энергии. Высокоскоростной фотоприемник видимого и ближнего инфракрасного света на основе индивидуальных WS2 нанотрубки были приготовлены в лаборатории. Неорганические нанотрубки являются полыми и могут быть заполнены другим материалом, чтобы сохранить или направить его в желаемое место или создать новые свойства в материале наполнителя, который ограничен диаметром в нанометровом масштабе. С этой целью были созданы гибриды неорганических нанотрубок путем заполнения WS2 нанотрубки с расплавом соли свинца, сурьмы или йодида висмута в результате процесса смачивания капилляров, в результате чего образуется PbI2@WS2, SbI3@WS2 или BiI3@WS2 нанотрубки ядро-оболочка.[23]

Биомедицинские приложения

Нанотрубки из дисульфида вольфрама были исследованы в качестве усиливающих агентов для улучшения механических свойств биоразлагаемых полимерных нанокомпозитов для инженерии костной ткани.[24] Добавление ~ 0,02 мас.% Нанотрубок из дисульфида вольфрама значительно улучшило механические свойства при сжатии и изгибе нанокомпозитов полипропиленфумарата по сравнению с углеродными нанотрубками. Это было связано с повышенной дисперсией нанотрубок дисульфида вольфрама в полимерной матрице, обеспечивающей эффективную передачу нагрузки от матрицы к лежащей ниже наноструктуре.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ахмади А., Бехештиан Дж., Хадипур Н.Л. (2011). «Взаимодействие NH3 с нанотрубкой нитрида алюминия: электростатические против ковалентных». Physica E: низкоразмерные системы и наноструктуры. 43 (9): 1717–1719. Дои:10.1016 / j.physe.2011.05.029.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  2. ^ Бехештиан Дж, Бэй М.Т., Пейган А.А., Багери З. (2012). «Электронный датчик диоксида сульфида на основе нанотрубок AlN: вычислительное исследование». Модель J Mol. 18: 4745–4750. Дои:10.1007 / s00894-012-1476-2.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ Харрис, П.Ф.Дж. (2002). Углеродные нанотрубки и родственные структуры (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 213–32. ISBN 978-0-521-00533-3.
  4. ^ Полинг Л. (1930). «Структура хлоритов». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 16 (9): 578–82. Дои:10.1073 / pnas.16.9.578. ЧВК 526695. PMID 16587609.
  5. ^ Бейтс; и другие. (1950). «Трубчатые кристаллы хризотилового асбеста». Наука. 111 (2889): 512–513. Дои:10.1126 / science.111.2889.512. PMID 15418177.
  6. ^ Крэдвик и др. (1972). «Имоголит, гидратированный силикат алюминия трубчатой ​​структуры». Природа Физические науки. 240 (104): 187–189. Дои:10.1038 / Physci240187a0.
  7. ^ а б Тенне Р., Маргулис Л., Генут М., Ходес Г. (1992). «Полиэдрические и цилиндрические структуры из дисульфида вольфрама». Природа. 360 (6403): 444–446. Дои:10.1038 / 360444a0.
  8. ^ Питер Дж. Ф. Харрис; Питер Джон Фредерик Харрис (12 ноября 2001 г.). Углеродные нанотрубки и родственные структуры: новые материалы для двадцать первого века. Издательство Кембриджского университета. С. 213–. ISBN 978-0-521-00533-3. Получено 3 ноября 2011.
  9. ^ Р. Тенн (2002). «Фуллереноподобные материалы и нанотрубки из неорганических соединений со слоистой (2-D) структурой». Коллоиды и поверхности A. 208 (1–3): 83–92. Дои:10.1016 / S0927-7757 (02) 00104-8.
  10. ^ А. Зак; Л. Саллакан Эккер; Н. Флейшер; Р. Тенн (2011). «Крупномасштабный синтез многостенных нанотрубок WS2: обновление». J. Датчики и преобразователи. 12 (10): 1–10.
  11. ^ Г. Радовский; Р. Поповиц-Биро; М. Штайгер; К. Гарцман; К. Томсен; Т. Лоренц; Г. Зайферт; Р. Тенн (2011). «Синтез большого количества SnS2 и SnS2/ SnS-нанотрубки с упорядоченными надстройками ». Энгью. Chem. Int. Эд. 50 (51): 12316–12320. Дои:10.1002 / anie.201104520. PMID 22038979.
  12. ^ Мухаммад, Ибрагим Д .; Аванг, Мохтар. «Обзор геометрических размеров нанотрубок с кубическим цирконием». www.academia.edu. Получено 2016-02-20.
  13. ^ S.I. Na; С.С. Ким; В. К. Хонг; J.W. Парк; Дж. Джо; Y.C. Неа; Т. Ли; Д.Ю. Ким (2008). «Производство TiO2 нанотрубки с использованием электроосажденного шаблона наностержней ZnO и их применение в гибридных солнечных элементах ». Electrochimica Acta. 53 (5): 2560–2566. Дои:10.1016 / j.electacta.2007.10.041.
  14. ^ А. Кис; Д. Михайлович; М. Ремскар; А. Мрзель; А. Йесих; И. Пивонски; А. Дж. Кулик; В. Бенуа; Л. Форро (2003). "Модули сдвига и Юнга MoS2 Канаты для нанотрубок ». Современные материалы. 15 (9): 733–736. Дои:10.1002 / adma.200304549.
  15. ^ Ян, Дачи; Мэн, Гоуэн; Чжан, Шуюань; Хао, Юфэн; Ань Сяохун; Вэй, Цин; Е, Мин; Чжан, Лидэ (2007). «Электрохимический синтез металлических и полуметаллических гетеропереходов нанотрубка – нанопроволока и их электронные транспортные свойства». Chem. Сообщество. 0 (17): 1733–1735. Дои:10.1039 / B614147A. PMID 17457424.
  16. ^ М. Краузе; А. Маклих; А. Зак; Г. Зайферт; С. Гемминг (2011). "Исследование WS с помощью ПЭМ высокого разрешения2 нанотрубки ». Физика Статус Solidi B. 248 (11): 2716–2719. Дои:10.1002 / pssb.201100076.
  17. ^ Y. Q. Zhu; Х. В. Крото (2003). «Ударно-волновое сопротивление WS2 Нанотрубки ». Варенье. Chem. Soc. 125 (5): 1329–1333. Дои:10.1021 / ja021208i. PMID 12553835.
  18. ^ ApNano Materials объявляет о крупном прорыве в производстве промышленных нанотрубок для пуленепробиваемых жилетов. Нанотехнологии сейчас
  19. ^ «Неорганический зверинец. Необычные свойства нанотрубок из неорганических материалов открывают интригующие возможности для применения». Новости химии и техники. 83 (35): 30–33. Август 2005 г. Дои:10.1021 / cen-v083n040.p030.
  20. ^ С.Дж. Подбородок; П. Хорнсби; Д. Венгуст; Д. Михайлович; Дж. Митра; П. Доусон; Т. МакНелли (2011). «Композиты поли (ε-капролактона) и Мо6S3я6 Нанопроволока ». Полимеры для передовых технологий. 23 (2): 149–160. Дои:10.1002 / pat.1838.
  21. ^ Э. Зохар; С. Барух; М. Шнейдер; Х. Додиу; С. Кениг; Д. Х. Вагнер; А. Зак; А. Мошковит; Л. Рапопорт; Р. Тенн (2011). «Механические и трибологические свойства эпоксидных нанокомпозитов с WS2 Нанотрубки ». Журнал датчиков и преобразователей. 12 (Специальный выпуск): 53–65.
  22. ^ К. С. Редди; А. Зак; Э. Зуссман (2011). "WS2 нанотрубки, встроенные в нановолокна ПММА в качестве энергопоглощающего материала ». J. Mater. Chem. 21 (40): 16086–16093. Дои:10.1039 / C1JM12700D.
  23. ^ Р. Крейзман; А. Н. Еняшин; Ф. Л. Дипак; А. Альбу-Ярон; Р. Поповиц-Биро; Г. Зайферт; Р. Тенн (2010). «Синтез неорганических нанотрубок Core-Shell». Adv. Функц. Матер. 20 (15): 2459–2468. Дои:10.1002 / adfm.201000490.
  24. ^ Лалвани Г., Хенсли А.М., Фаршид Б., Пармар П., Линь Л., Цинь YX, Каспер Ф.К., Микос А.Г., Ситараман Б. (2013). «Биоразлагаемые полимеры, армированные нанотрубками из дисульфида вольфрама, для инженерии костной ткани». Acta Biomater. 9 (9): 8365–73. Дои:10.1016 / j.actbio.2013.05.018. ЧВК 3732565. PMID 23727293.

внешняя ссылка