Nanorurki, prezentacja cz. 2
Nanorurki, prezentacja cz. 2
Nanorurki, prezentacja cz. 2
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
NANORURKI<br />
Anna Kropidłowska
(8x) jądro<br />
komórki ssaka<br />
(100x) erytrocyt<br />
100 nm<br />
1 nm<br />
1000 Ǻ WYMIARY „NANO”<br />
10 Ǻ<br />
wirus Polio<br />
NANOCZĄSTKI<br />
Ig<br />
fullereny<br />
atomy<br />
Cs Rb Na H<br />
<br />
0.26 0.04
Co już wiemy ... ?<br />
DIAMENT<br />
FULEREN<br />
C 60<br />
GRAFIT<br />
NANORURKA
Co już wiemy ... ?<br />
• SWNT<br />
– jednowarstwowe<br />
– 15 nm<br />
– doskonałe parametry<br />
wytrzymałościowe<br />
• MWNT<br />
– wielowarstwowe ~ 50<br />
– WEW 1,515 nm<br />
– ZEWN 2,530<br />
– defekty strukturalne<br />
Bonard et al, Appl. Phys. A 69 (1999)<br />
Thess et. al, Science (1996)
Co już wiemy ... ?
JAK<br />
OTRZYMAĆ<br />
?<br />
NANORURKI
Metoda elektrołukowa<br />
• stosowana do wytwarzania fullerenów<br />
• umożliwia tworzenie nanorurek (NEC)<br />
• Pręty grafitowe, zasilane prądem<br />
i zbliżone do siebie na odległość kilku<br />
milimetrów. Między prętami pojawia<br />
się wyładowanie łukowe, związane<br />
z przepływem prądu o natężeniu ok.<br />
100A<br />
• Węgiel odparowuje w postaci gorącej<br />
plazmy, a jego <strong>cz</strong>ęść następnie<br />
kondensuje w postaci nanorurek<br />
K<br />
A<br />
• układ jest zasilany prądem stałym co w efekcie prowadzi do ruchu<br />
kationów w polu elektry<strong>cz</strong>nym łuku i osadzaniu na katodzie -<br />
otrzymujemy depozyt katodowy a na ściankach fullereny.<br />
• Wewnątrz depozytu znajdują się NR, a na wierzchu osadza się sadza.<br />
• "kolumnowa” struktura depozytu, w środku znajduje się wiązka NR
ANODA<br />
dopowana<br />
Ni, Co …<br />
He, 400mbar<br />
anoda grafitowa<br />
depozyt<br />
katoda grafitowa<br />
do pompy<br />
ELEKTRODY<br />
GRAFITOWE<br />
DC<br />
SWNT<br />
MWNT
He (50 – 760 torr)<br />
+ -<br />
V: 10 – 30 V<br />
I: 50 – 300 A<br />
sadza<br />
rdzeń<br />
z nanorurkami<br />
Właściwości:<br />
Depozyt katodowy<br />
• wydajność: < 30 %wag.<br />
• T, metali<strong>cz</strong>ny kat. dodany do prętów,<br />
sprawiają, iż powstaje niewielka ilość defektów<br />
• Ө rurki są krótkie
Katalizator gaz Ciśnienie [Torr] [A] [nm]<br />
Fe Ar 10-40 200 0,7-1,6<br />
Co He 100-500 95-105 1,2<br />
Pt He 600 70 1,3-1,7<br />
Y, B He 660 100 2,5<br />
Wpływ parametrów procesu na nanorurki:<br />
• 500 Torr, Hel, 100A 25% anody przemienia się w nanorurki<br />
• 20 Torr, Metan, 30A więcej nanorurek w depozycie<br />
• 100 Torr, Wodór, 90A wysoka jakość nanorurek<br />
• W prosty sposób można zmodyfikować metodę tak, aby otrzymać<br />
nanodrut, <strong>cz</strong>yli nanorurkę "napełnioną”<br />
• Modyfikacja polega tylko na dodaniu do atmosfery (np. do helu)<br />
Fe(CO) 5 , co powoduje otrzymanie nanorurek wypełnionych żelazem.
Transformacja nanopłasz<strong>cz</strong>yzn<br />
• Dravid wysunął hipotezę, że<br />
źródłem nanorurek w metodzie<br />
elektrołukowej są warstwy<br />
grafitowe, które zwijają się<br />
spiralnie w strefie łuku.<br />
• Poparciem tego są obserwacje<br />
za pomocą elektronowej<br />
mikroskopii transmisyjnej<br />
• Sam fakt tworzenia się w<br />
depozycie katodowym<br />
nanorurek jest bardzo<br />
zagadkowy<br />
[bardzo wysoka temperatura<br />
(3000K), energety<strong>cz</strong>ne<br />
uprzywilejowanie fullerenów]<br />
Płasz<strong>cz</strong>yzny<br />
grafitowe<br />
Fragmenty NR<br />
ulegają zetknięciu<br />
transformacja<br />
NR<br />
NR ulegaja<br />
defragmentacji<br />
w pobliżu katody
Metoda katality<strong>cz</strong>na<br />
• met. opracowana na Univ. Shinshu w Nagano<br />
• opiera się na katality<strong>cz</strong>nym rozkładzie węglowodorów<br />
• gaz zawierający atomy węgla (np. CH 4 ) pozostawiony w<br />
kontakcie z bardzo gorącą powierzchnią metalu powoduje<br />
budowanie się nanorurek na styku.<br />
węglowodór<br />
Nano<strong>cz</strong>ąstki<br />
metalu<br />
• Rekombinacja do postaci nanorurek (CVD)<br />
• np. katality<strong>cz</strong>ny rozkład acetylenu w temperaturze 970K pod ciśnieniem<br />
atmosfery<strong>cz</strong>nym. Katalizatorem może być Fe, Ni, Cu lub Co.<br />
Właściwości:<br />
• Ө otrzymane nanorurki jednościenne zawierają wewnętrzne<br />
zanie<strong>cz</strong>ysz<strong>cz</strong>enia, które bardzo trudno usunąć<br />
• Ө długi jest <strong>cz</strong>as reakcji - rzędu 5 godzin.
Schemat CVD …<br />
rura kwarcowa<br />
wlot gazu<br />
łóde<strong>cz</strong>ka kwarcowa<br />
próbka<br />
wylot gazu<br />
Piec 720 o C<br />
C 2 H 2 N 2
Jak wyglądają NR otrzymane metodą CVD ?<br />
Mikrofotografia TEM<br />
Obraz dyfrakcyjny
Jesz<strong>cz</strong>e o CVD …<br />
Zalety:<br />
Si/SiO 2<br />
fotorezyst<br />
ekspozycja h, ē<br />
możliwość produkcji na duża skalę<br />
met. względnie korzystna finansowo<br />
ułożone nanorurki<br />
SWNT, MWNT<br />
Si/SiO 2<br />
naparowanie<br />
katalizatora<br />
Si/SiO 2<br />
lift-off<br />
Si/SiO 2<br />
wzrost CVD<br />
Si/SiO 2
Metoda laserowa<br />
Schemat reaktora<br />
• prof. Smalley, Rice Univ.<br />
• Gorący gaz atomów węgla, z którego tworzą<br />
się NR, powstają dzięki impulsom światła z<br />
lasera<br />
• Próbka na której kondensowany jest laser<br />
ma powierzchnię ok. 0,3 nm 2<br />
• Na ogół jest to grafit impregnowany różnymi<br />
metalami (Co, Cu, Nb)<br />
• Po sublimacji produkt kondensuje się na<br />
kondenserze<br />
Właściwości:<br />
Nd:YAG Laser<br />
grafit<br />
kolektor<br />
W rezultacie otrzymujemy wyłą<strong>cz</strong>nie nanorurki jednościenne<br />
Wydajność metody jest bardzo wysoka (50-70%)<br />
prawdopodobnie wyprze ona metodę elektrołukową<br />
Ө metoda wymaga potężnych, drogich laserów oraz nakładów energety<strong>cz</strong>nych
Schemat PLV …<br />
Piec 1200 o C<br />
Kolektor Cu<br />
chłodzony wodą<br />
Ar<br />
Laser – puls 60 Hz<br />
Nd:YAG<br />
grafit<br />
+ Ni/Co<br />
NR rosnące<br />
wzdłuż<br />
nasady<br />
kolektora
Wysokociśnieniowa konwersja CO - HiPCO<br />
• Źródłem węgla jest CO<br />
• CO + CO C + CO 2<br />
• zachodzi rozkład<br />
termi<strong>cz</strong>ny Fe(CO) 5<br />
w reaktorze ogrzewanym<br />
do 8001200 o C<br />
• Proces prowadzony jest<br />
pod dużym ciśnieniem, by<br />
przyspieszyć wzrost NR<br />
(~10 atm)<br />
Właściwości:<br />
woda<br />
chłodząca<br />
zimny CO<br />
+ Fe(CO) 5<br />
piec<br />
gorący CO<br />
(P. Nikolaev et al.)<br />
otrzymanie SWNT<br />
możliwość produkcji na dużą skale<br />
brak konie<strong>cz</strong>ności o<strong>cz</strong>ysz<strong>cz</strong>ania
Wysokotemperaturowa elektroliza soli<br />
• Kroto 1996<br />
Schemat reaktora<br />
• W tyglu grafitowym znajduje się stopiony<br />
chlorek litu.<br />
• W nim zanurzony jest pręcik grafitowy (K)<br />
K<br />
• Całość znajduje się w T ~ 900K<br />
• Z zewnątrz przyłą<strong>cz</strong>one jest źródło<br />
prądowe a kilku amperach.<br />
• W wyniku elektrolizy w tyglu otrzymuje<br />
się fullereny i wielościenne nanorurki.<br />
LiCl<br />
Piec elektry<strong>cz</strong>ny<br />
Zaskakujący fakt zrywania w temperaturze<br />
900K wiązań węglowe w płasz<strong>cz</strong>yznach<br />
grafitowych (t.t grafitu > 3500K)<br />
A<br />
rura<br />
kwarcowa
O<strong>cz</strong>ysz<strong>cz</strong>anie<br />
Obecne zanie<strong>cz</strong>ysz<strong>cz</strong>enia:<br />
• <strong>cz</strong>ąste<strong>cz</strong>ki katalizatorów<br />
• klastery węglowe<br />
• fulereny: C 60 /C 70<br />
traktowanie kwasami (+ultradźw)<br />
oksydacja termi<strong>cz</strong>na<br />
separacja magnety<strong>cz</strong>na (Fe)<br />
wygrzewanie<br />
oksydacja termi<strong>cz</strong>na<br />
mikrofiltracja<br />
ekstrakcja z CS 2<br />
PRZED<br />
PO<br />
NR otrzymane<br />
technika elektrołukową<br />
Ebbsen et al.
WŁAŚCIWOŚCI<br />
NANORUREK
Sięganie<br />
do<br />
granic…<br />
parametr SWNT porównanie<br />
rozmiar<br />
0,61,8 nm<br />
Ścieżki w fotolitografii ē o<br />
szer.50 nm i grub.kilku nm<br />
gęstość 1,331,40 g/cm 3 Al =2,7 g/cm 3<br />
wytrzymałość<br />
na rozciąganie<br />
odporność na<br />
zginanie<br />
45 GP<br />
Zginanie pod prostowanie<br />
bez uszkodzenia<br />
Odporne gatunki stali<br />
pękają przy ok. 2 GP<br />
Metale i włókna węglowe<br />
pękają na granicach ziaren<br />
obciążalność<br />
prądem elekt.<br />
~1 GA/cm 2 Drut miedziany 1 MA/cm 2<br />
emisja polowa<br />
przewodność<br />
cieplna<br />
odporność na<br />
temperaturę<br />
Pobudzenie luminoforu w<br />
odl.1m, U=13 V<br />
RT - sięga 6000 W/mK<br />
Stabilne do 2800 o C w<br />
próżni i 750 o C<br />
Ostrza Mo wymagają pola o<br />
natęż. 50 100 V/m<br />
Diament 3320 W/mK<br />
Ścieżki w układach<br />
scalonych 600 1000 o C<br />
cena<br />
1000 US$/g–<strong>cz</strong>yste SWNT<br />
300 US$/g - inne<br />
Złoto – 12,6 US$/g
Własności elektronowe<br />
• własności elektry<strong>cz</strong>ne nanorurek ściśle zależą od ich skrętności.<br />
METAL<br />
PÓŁPRZEWODNIK<br />
elektrony mogą swobodnie pasmo walencyjne<br />
poruszać się po całym i pasmo przewodnictwa<br />
przewodniku bez konie<strong>cz</strong>ności oddzielone są od siebie<br />
dostar<strong>cz</strong>ania energii. pasmem zabronionym<br />
PÓŁMETAL<br />
tylko niewielka <strong>cz</strong>ęść ē<br />
ma dostęp do pasma<br />
przewodnictwa
Własności elektronowe<br />
NR mogą zachowywać się zarówno jak metale jak i półprzewodniki.<br />
PROSTE NANORURKI<br />
• Geometria pozwala ē<br />
przyjmować stany tylko w<br />
niektórych fr. pasm energet.<br />
grafitu<br />
• Punkt Fermiego (brama dla ē)<br />
• 2/3 nanorurek o skrętności<br />
fotelowej wykazuje właściwości<br />
podobne do metali.<br />
2/3<br />
1/3<br />
1/3<br />
SKRĘCONE NANORURKI<br />
• Pasy, na których układaj się<br />
stany energet. ē biegną na ukos<br />
• 2/3 NR o konfiguracji<br />
zygzakowatej i chiralnej<br />
wykazuje właściwości takie, jak<br />
półprzewodniki.<br />
2/3
Własności elektronowe<br />
• Na szerokość przerwy<br />
energety<strong>cz</strong>nej opró<strong>cz</strong> skrętności<br />
wpływa również średnica NR<br />
• Dla nanorurek o najmniejszej<br />
średnicy zbiór dozwolonych<br />
stanów energety<strong>cz</strong>nych jest<br />
niewielki.<br />
• Wraz ze wzrostem średnicy rośnie<br />
li<strong>cz</strong>ba dozwolonych stanów, a<br />
odległości pomiędzy nimi maleją.<br />
metal<br />
URZĄDZENIA<br />
ELEKTRONICZNE<br />
Zastosowania:<br />
• Stąd nanorurki mogą mieć w<br />
przyszłości bardzo wiele<br />
zastosowań w konstrukcji całej<br />
gamy przyrządów<br />
półprzewodnikowych.<br />
półprzewodnik
Współ<strong>cz</strong>esne trendy w miniaturyzacji<br />
Mniejsza skala w technologii<br />
półprzewodników<br />
Urządzenia<br />
molekularne<br />
Mniejsze i szybsze urządzenia<br />
konwencjonalne<br />
hybrydowe<br />
nowe<br />
- Ultra małe MOSFET<br />
- Urządzenia bazujące na zj. interferencji<br />
- SET<br />
- <strong>Nanorurki</strong> węglowe<br />
- Diody molekularne<br />
- DNA?
Źródła światła i wyświetla<strong>cz</strong>e<br />
• Zastosowanie nanorurek jako źródeł<br />
światła jest związane ze zjawiskiem<br />
emisji polowej<br />
• Jeżeli uporządkowaną strukturę<br />
nanorurkową (kilka tysięcy<br />
pojedyn<strong>cz</strong>ych NR) umieści się w polu<br />
elektry<strong>cz</strong>nym<br />
(różnica potencjału rzędu 100V)<br />
za<strong>cz</strong>ynają one emitować elektrony<br />
(emisja polowa)<br />
• Jeśli taki strumień elektronów<br />
odpowiednio skieruje się na ekran<br />
luminoforowy to otrzymuje się obraz<br />
• <strong>Nanorurki</strong> mają małą pracę wyjścia ē<br />
(E jakiej trzeba dostar<strong>cz</strong>yć do ich<br />
uwolnienia) - od 1,22 eV (przy<br />
temperaturze 400800 K), dzięki<br />
<strong>cz</strong>emu emisja polowa jest tu bardzo<br />
efektywna (~kilku A/cm 2 )<br />
Zastosowanie komercyjne<br />
Pierwsze prototypowe przyrządy tego typu<br />
(otrzymane za ich pomocą obrazy)
Porównanie technologii TV*<br />
*Skala: 1 10;<br />
1—pnajgorszy 10—najlepszy<br />
Rozdziel<strong>cz</strong>ość Rozmiar Integracja Trwałość Cena ocena<br />
CRT 7 1 2 8 10 28<br />
plazma 7 10 10 3 3 33<br />
LCD 6 10 10 3 5 34<br />
FED 6 10 10 5 5 36<br />
NT 10 10 10 10 3 46
Nano-tube Flat Panel Display<br />
płyta szklana<br />
teksturowany P<br />
łą<strong>cz</strong>nik<br />
CNT/<br />
teksturowany<br />
metal<br />
2,4 mm<br />
200 m<br />
(Choi et al.)
<strong>Nanorurki</strong> w elektronice<br />
• Elektronika jest dziedziną, która wiąże z<br />
nanorurkami największe nadzieje.<br />
• NR mogą być przewodnikami bądź<br />
półprzewodnikami (przerwa<br />
energety<strong>cz</strong>na jest zależna od ),<br />
potencjalne zastosowania:<br />
* jako heterozłą<strong>cz</strong>a metal-półprzewodnik<br />
* nanodruty kwantowe.<br />
Ө konie<strong>cz</strong>ność możliwości kontroli nad<br />
wzrostem nanorurek<br />
Fuhrer et al, Science (2000)<br />
DIODY<br />
• Złą<strong>cz</strong>a pomiędzy NR metali<strong>cz</strong>nymi i półprzewodzącymi zachowują się<br />
jak diody<br />
• Pozwalają na przepływ prądu tylko w jednym kierunku<br />
• Teorety<strong>cz</strong>nie złą<strong>cz</strong>a pomiędzy NR o różnych przerwach energet.<br />
powinny działać jak diody elektroluminescencyjne, a nawet jak<br />
nanolasery
Tranzystor polowy (FET =Field Effect Transistor)<br />
• Naukowcom z laboratorium IBM udało<br />
się stworzyć tranzystor, którego<br />
komponentem jest nanorurka<br />
• Pełni ona rolę kanału, wewnątrz<br />
którego przepływ elektronów jest<br />
sterowany napięciem przyłożonym<br />
na bramkę<br />
tranzystor taki pracuje w RT<br />
parametry zbliżone do osiąganych<br />
w tradycyjnych elementach<br />
krzemowych<br />
zużywa mnie energii.<br />
ŹRÓDŁO (Au)<br />
NR<br />
Dren (Au)<br />
Przewiduje się, że przełą<strong>cz</strong>nik o takich<br />
rozmiarach mógłby współpracować z<br />
zegarem o <strong>cz</strong>ęstotliwości 1 THz<br />
SiO 2<br />
BRAMA Si
FET<br />
s<br />
d<br />
TubeFET<br />
(McEuen et al., Berkeley)<br />
Nanotube Logic<br />
(Avouris et al., IBM)<br />
1 m<br />
brama<br />
PMMA<br />
250 nm<br />
SiO 2<br />
-V<br />
CNTFET<br />
V out<br />
V in<br />
+V
I SD [nA]<br />
I SD [nA]<br />
I SD [nA]<br />
I SD [nA]<br />
50<br />
40<br />
Ilość prądu I SD przepływająca przez<br />
kanał NR może być zmieniana<br />
poprzez zmianę V G<br />
30<br />
80<br />
20<br />
10<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-4 0 4 8<br />
V GATE [V]<br />
• Wpływ temperatury<br />
– W RT zachowanie typu FET<br />
– W 4K zachwoanie typu SET<br />
0<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-10 -5<br />
-20 -15 -10<br />
0<br />
-5<br />
5<br />
0<br />
V G [V]<br />
V G [V]<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
-14<br />
-10<br />
V G [V]
Komunikacja bezprzewodowa<br />
• Emisja elektronów przy stosunkowo<br />
niskim napięciu<br />
• Próby generowania mikrofal na drodze<br />
emisji polowej z nanorurek w celu<br />
zastosowania w telekomunikacji<br />
bezprzewodowej<br />
• Telefony wysyłają słabe sygnały do<br />
lokalnych stacji bazowych, w których są<br />
one wzmacniane<br />
• Z racji dużej stabilności NR możliwe<br />
byłoby zmniejszenie rozmiarów stacji<br />
bazowych, jak i wydłużenie <strong>cz</strong>asu ich<br />
pracy
Tranzystor jednoelektronowy<br />
(SET = Single Electron Transistor)<br />
• Politechnika w Delft (Holandia)<br />
• Tranzystor, którego główną cechą jest to,<br />
że można za jego pomocą sterować<br />
przepływem pojedyn<strong>cz</strong>ych elektronów.<br />
• Jest to specyfi<strong>cz</strong>nie wygięta nanorurka<br />
(odległość pomiędzy wygięciami ok.<br />
20nm)<br />
• Takie ułożenie zapewnia, że w<br />
środkowym obszarze siły<br />
elektrostaty<strong>cz</strong>ne wiążą elektrony i<br />
dopiero przyłożone napięcie może<br />
spowodować ich dalszy przepływ, przy<br />
<strong>cz</strong>ym można je przepusz<strong>cz</strong>ać pojedyn<strong>cz</strong>o.<br />
Właściwości:<br />
działa w temperaturze pokojowej<br />
bardzo prosta budowa
SET<br />
Cees Dekker, Delft University
Manipulacje nanorurkami<br />
Konie<strong>cz</strong>ność zmiany:<br />
- położenia NR<br />
AFM – mikroskopia sił atomowych<br />
- kształtu<br />
- orientacji<br />
- możliwość cięcia NR<br />
• Tryb niekontaktowy w celu otrzymania obrazu<br />
NR poprzez skanowanie końcówką AFM<br />
• Opusz<strong>cz</strong>enie ostrza AFM, które jest używanie<br />
jak malutki pług spychający NR<br />
• Z racji silnych oddziaływań pomiędzy NR a<br />
powierzchnią poprzez oddz. van der Waals’a,<br />
zgięta NR pozostaje tak, jak została<br />
umiesz<strong>cz</strong>ona i zachowuje swój kształt.
Jesz<strong>cz</strong>e o manipulacjach nanorurkami<br />
Przykład manipulacji NR:<br />
głowica AFM użyta do stworzenia<br />
greckiej litery „theta” z nanorurki<br />
o długości 2,5 mikrona
Nie tylko manipulacje…<br />
Końcówki SPM<br />
Scanning Probe Microscope<br />
Końcówki AFM<br />
J. Hafner et al, Nature 398, 761 (1999)<br />
duża smukłość<br />
odpowiednie zakoń<strong>cz</strong>enie<br />
odporność
Macierz z nanodrutów<br />
styk wyłą<strong>cz</strong>ony<br />
styk włą<strong>cz</strong>ony<br />
Nanodruty spełniają podwójną role:<br />
• sa przewodami<br />
• elementami aktywnymi<br />
Każde złą<strong>cz</strong>e to miniaturowy<br />
przekaźnik elektromechani<strong>cz</strong>ny,<br />
który jest:<br />
• włą<strong>cz</strong>ony (druty stykają się)<br />
• wyłą<strong>cz</strong>ony (druty rozseparowane)<br />
• Aby zmienić stan przełą<strong>cz</strong>nika trzeba<br />
doprowadzić do drutów napięcie<br />
elektroda<br />
wspornik<br />
NR<br />
izolator<br />
• Krzyżujące się półprzewodnikowe nanodruty można również<br />
wykorzystać do budowy wyłą<strong>cz</strong>ników sterowanych elektry<strong>cz</strong>nie,<br />
których działanie nie wymaga ruchu.<br />
• Mogą posłużyć jako elementy pamięciowe i macierze logi<strong>cz</strong>ne
NIE TYLKO ELEKTRONIKA …<br />
… CZYLI INNE ZASTOSOWANIA
Ach, ta energia …<br />
Biomasa<br />
Woda<br />
Wiatr<br />
Słońce<br />
WYSOKA EFEKTYWNOŚĆ<br />
I NIEZAWODNOŚĆ<br />
Transport<br />
.<br />
Jądrowa<br />
Oleje<br />
Węgiel<br />
SZKODLIWE EMISJE ~ O<br />
magazynowanie<br />
Gaz<br />
naturalny<br />
• powszechnie występujące<br />
• „<strong>cz</strong>yste”<br />
• efektywne
Magazynowanie energii<br />
H 2<br />
Próby eksperymentalne i modelowe<br />
tankowanie<br />
• elektrochemi<strong>cz</strong>ne magazynowanie litu<br />
• elektrochemi<strong>cz</strong>ne magaznowanie<br />
wodoru<br />
• interkalacja wodoru<br />
• superkondensatory<br />
• Magazynowanie wodoru dla ruchomych ogniw paliwowych<br />
Wymagania:<br />
• > 6.5 %<br />
• 62 kg / m 3<br />
• ~RT<br />
• ~kilka bar
Baterie<br />
• Jedną elektrodę w litowej baterii jonowej<br />
stanowi porowaty węgiel, w który<br />
interkaluje Li +<br />
• Próby zastosowania nanorurek
Ogniwo 3-elektrodowe<br />
Elektroda robo<strong>cz</strong>a<br />
redukcja<br />
CNT + x H 2 O + x ē CNT + x H + + x OH -<br />
reduction<br />
+ -<br />
<br />
Ni OH NiOOH H e<br />
2<br />
oxidation<br />
utlenianie<br />
V<br />
A<br />
6 M KOH<br />
Ni(OH) 2<br />
NiOOH<br />
0,4 – 2,3 %wag. H<br />
CNT<br />
e. odniesienia<br />
Hg/HgO/OH -<br />
przeciwelektroda
Interkalacja wodoru<br />
• Bardzo duże różnice w otrzymanych wynikach przez posz<strong>cz</strong>ególne<br />
grupy badaw<strong>cz</strong>e 0-67 %
H [nm]<br />
Węglowy termometr<br />
• Jednowymiarowa kolumna galu w<br />
CNT<br />
• zakres płynności (30 2403 °C)<br />
• Wysokość (H) ciekłego galu<br />
zmienia się liniowo z temperaturą (T)<br />
– Współ<strong>cz</strong>ynnik rozszerzalności<br />
jak w skali makro<br />
– Menisk Ga do wewnętrznej<br />
powierzchni CNT<br />
• Łatwość „od<strong>cz</strong>ytu”<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
0 100 200 300 400<br />
500<br />
T [ o C]
Gwiezdne windy<br />
• Ultramocne liny<br />
uformowane z nanorurek<br />
węglowych<br />
• „Kosmi<strong>cz</strong>na winda”<br />
mogłaby zapewnić<br />
niedrogi dostęp do orbity<br />
T. Ferris, NY Times Magazine (1999)
Nano-maszyny …
„Jedyna gałąź przemysłu,<br />
którą zrewolucjonizowały fullereny<br />
to produkcja …<br />
… prac naukowych.”<br />
The Economist
„<strong>Nanorurki</strong> stanowią wspaniałe poletko<br />
doświad<strong>cz</strong>alne pozwalające zrozumieć<br />
właściwości elektry<strong>cz</strong>ne w najmniejszej skali.<br />
Pewnego dnia, w ten <strong>cz</strong>y w inny sposób – dzięki<br />
nanorurkom, krzemowi lub tzw. elektronice<br />
molekularnej – dojdziemy do nanoświata”<br />
Avouris
Literatura<br />
[1] Collins P.S., Avouris P., Sci. Am., 62, 2000<br />
[2] Pichler T., M.Knupfer,Fink J., Smalley R.E., Phys. Rev. Lett. 80,4729, 1998<br />
[3] Dai H., et al., Chemical Physical Letters 260 1996<br />
[4] Franklin N.R., et al., Advanced Materials, 12, 2000<br />
[5] Journet C., et al., Nature 388, 1997<br />
[6] Nikolaev P., et al., Chemical Physics Letters, 313, 1999<br />
[7] Scott C.D., et al., Applied Physics A 72 2001<br />
[8] Kong J., et al., Science, 287, 622, 2000<br />
[9] Choi et al., Appl. Phys. Lett., 75, 1999<br />
[10] Iijima S., Nature, 354, 56,1991<br />
[11] Vigolo et. al., Science, 290, 1331, 2000)<br />
[12] Martel R., et al., Applied Physics Letters, 73, 2447-2249<br />
1. http://www.photon.t.utokyo.ac.jp/~maruyama/nanotube.html<br />
2. http://jcrystal.com/steffenweber/JAVA/jnano/jnano.html<br />
3. http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/nasa/<br />
4. http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/nanotube.htm<br />
5. http://www.itp.ucsb.edu<br />
6. http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/nanotube.htm
Change language