Uhlíková nanotrubice

Uhlíkové nanotrubice (anglicky carbon nanotubes, zkratka CNTs) jsou podlouhlé útvary, jejichž stěny jsou tvořeny atomy uhlíku (podobné kulovitým fullerenům) o průměru 1 až 100 nanometrů a o délce do 100 µm. Mohou být jedno- či vícestěnné a vyznačují se vysokou pevností a výbornou elektrickou vodivostí. Výroba uhlíkových nanotrubic je významným výsledkem výzkumu v oblasti nanotechnologií.

Typy uhlíkových nanotrubic – schémata

Vlastnosti a použití
Disperze mikročástic, nanovláken a nanotrubic v omezeném objemu látky
Nanotrubice – mikrosnímek

Když jsou vloženy do matrice materiálu, dobře rozptýlené nanotrubičky vytvářejí 3D zesílenou a vodivou síť, přičemž výrazně sníží dopad na originální barvu a další klíčové vlastnosti materiálu. Díky svým malým rozměrům, nanotrubice mají velmi velký specifický povrch (Plocha povrchu pevné látky, vztažená na jednotku hmotnosti (obvykle m2 g−1).

Uhlíkové nanotrubice se využívají např. v elektrotechnice.[1] Mohou sloužit jako výborné elektrické vodiče, neboť se v nich mohou elektrony pohybovat téměř volně, odpor nanotrubic je velmi malý a téměř nezávisí na její délce.[2]

Druhy nanotrubic
  • Jednostěnné uhlíkové nanotrubky (SWCNT)
  • Dvoustěnný uhlíkové nanotrubky (DWCNT)
  • Vícestěnné uhlíkové nanotrubky (MWCNT)
  • Nekarbonové nanotrubky

Pokusy s použitím nanotrubic k výrobě textilních vláken

V roce 1985 byly při pokusech vaporizace grafitu s pomocí laseru s vysokou energií nalezeny tzv. buckminsterské fulereny (C60).[3] V roce 1991 objevili japonští vědci, že tyto molekuly mají válcový tvar a že uhlíkové nanotrubice mohou dosáhnout pevnosti kolem 1 TPa (200 x vyšší než molekuly oceli ve stejné velikosti). Syntéza nanotrubic se dá provádět několika metodami:

MetodaVýtěžekVýhodyNevýhody
Obloukový výboj30–90 %jednoduchý, nenákladný proces,
vysoký výtěžek, vysoká čirost,
průměr trubic = 1–20 nm		krátké trubice s náhodnými délkami,
dávkovaný proces
Laserové vypařování70 %vysoká čirost, dobrá regulace
stejnoměrnosti průměru		vysoké náklady na zařízení,
dávkovaný proces
Nános chemickým
vypařováním		95 %vysoká čirost, dlouhé trubice,
nepřetržitý proces, průměr t. = 0,8–2 nm		mnoho závad
ve výsledných trubicích
Solární pec60 %průměr trubic = 1,2–1,6 nmvelmi pomalý proces,
náhodné délky trubic

S cílem zvýšení pevnosti textilních vláken byly prováděny pokusy s kompozity z různých polymerů s příměsí uhlíkových nanotrubic. Výsledky pokusů s polyamidem, polypropylenem, UHMWPE a dalšími zůstaly však daleko za teoretickými předpoklady.

V roce 2013 bylo v Číně z uhlíkových nanotrubic získaných (pravděpodobně) pyrolýzou celulózy při teplotách 1500 až 2200 °C laboratorně vyrobeno textilní vlákno o délce 550 mm s tažnou pevností 120 GPa. Filamenty z uhlíkových nanotrubic zpracovaných gelovým zvlákňováním byly pokusně vyrobeny s průměrem 46 nm. Maximální tažná pevnost dosáhla cca 270 MPa s modulem do 10 GPa.

Zdravotní rizika

Američtí vědci prokázali mnohé toxické a rakovinotvorné zplodiny z výroby uhlíkových nanotrubic, například 15 aromatických uhlovodíků jako benzo(a)pyren nebo benzen, ale i další látky jako 1,3-butadien.[4]

V květnu 2008 zveřejnil britsko-americký výzkumný tým studii, podle které uhlíkové nanotrubice v dutině břišní pokusných zvířat způsobují podobné patologické změny jako např. vlákna azbestu. Švédský výzkum zase ukázal, že u myší způsobuje vdechování jednostěnných uhlíkových nanotrubic plicní zánět a fibrózu. Zjištěny byly i genotoxické účinky uhlíkových nanotrubic.[4] Některé jiné studie však strach z použití uhlíkových trubic zmírňují.[5] Podle IARC nebyla provedena žádná epidemiologická studie na CNT. Pokud jde o karcinogenitu u experimentálních zvířat, byly informace pro MWCNT-7 dostatečné, ale pro dva typy MWCNT s rozměry podobnými MWCNT-7 byly informace nedostatečné. Rovněž byly nedostatečné informace i pro SWCNT. MWCNT-7 byla klasifikována jako možná karcinogenní látka pro člověka (skupina 2B). SWCNT a MWCNT, s výjimkou MWCNT-7, byly kategorizovány jako neklasifikovatelné, pokud jde o jejich karcinogenitu pro lidskou populaci(skupina 3) .[6]

Ekologická rizika

Uhlíkové nanotrubice jsou v životním prostředí biologicky dostupné pro živé organismy, mají schopnost dlouhodobě přetrvávat v prostředí a hromadit se v potravních řetězcích.[7]

Odkazy

Reference
  1. Rádio z uhlíkové nanotrubice, Vesmír 87, 241, 2008/4
  2. Nanotechnologie – malé rozměry, velké příležitosti[nedostupný zdroj]
  3. Bhat: Structure and Properties of High-Performance Fibers, Woodhead Publishing 2017, ISBN 978-0-08-100550-7, str, 79-110
  4. Miroslav Šuta: Uhlíkové nanotrubice a jejich rizika, EKO - ekologie a společnost, 5-6/2009
  5. MIHULKA, Stanislav. První lidský enzym degradující nanotrubičky [online]. Osel.cz, 2010. Dostupné online.
  6. http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/ClassificationsGroupOrder.pdf Archivováno 25. 10. 2011 na Wayback Machine – Agents Classified by the IARC Monographs
  7. Miroslav Šuta: Nanotechnologie: Velké přísliby i značná rizika nanotrubic Archivováno 16. 10. 2009 na Wayback Machine, respekt.cz, 28. srpna 2007

Literatura
  • Miroslav Šuta: Uhlíkové nanotrubice a jejich rizika, EKO - ekologie a společnost, 5–6/2009

Související články

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.