Polymerní nanomateriályP319

Zač je toho uhlíkpokračování

- grafit- diamant- fullereny, fullerity, fulleridy- uhlíkatá vlákna- nanotrubičky

FullerenPojmenováno podle Richarda Buckminstera Fullera,který se zabýval stavbou kulových staveb.C

60 popsán v r. 1985, Nobelova cena za chemii v r. 1996 (H. Kroto, R.Curl, R.F.Smalley)

http://arcadenw.org/events/the-love-song-of-r-buckminster-fuller

molekula C60

Fullereny

fulleren - počet izomerůC

60 - 1

C70

- 1C

76 - 1

C78

- 5C

80 - 7

C82

- 9C

84 - 24...

b ca

Izomery C80

http://thenanoage.com/carbon.htm

G.A.Dolgonos, G.H.Peslherbe, Chem. Phys. Lett 398 (2004) 217-223

Fullerenyzpůsoby přípravy

Použití plazmatu či ohřevu v inertní atmosféře

- obloukový výboj mezi C elektrodami- laserová ablace C terče- odporové zahřívání C tyče- oxidační spalování z prekurzorů

Odporové zahřívání

http://www.youtube.com/watch?v=FASzxNJdhFM

Y-K.Choi, H-S. Im, K-W. Jung, Int. J. Mass Spec. 189 (1999) 115-123.

Obloukový výboj

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1996/illpres/carbon.html

http://www.icmm.csic.es/fis/english/evaporacion_resistencia.html

Laserová ablace

Fullerenyčištění

- Rozpouštěcí metoda - fulleren do roztoku (toluen), saze nerozpustné, následná filtrace nebo dekantace

- Sublimační metoda - ohřev v křemenné trubici (He atmosféra) - fullereny sublimují a kondenzují na studených částech, saze zůstávají v teplých místech

- Chromatografie

Fullerity

Fullerit z vrstev C70

- čtverečná

Teplota a tlak - snižování mřížových parametrů, vznik jiných struktur (romboedrická u C

60).

Fullerit z vrstev C60

- kubická

V.D. Blank, B.A. Kulnitskiy, O.M. Zhigalina, Carbon 38 (2000), 2051-2054.

Fullereny tvořící krystalické struktury

FulleridyFullereny či fullerity dopované cizími atomy či organickými molekulami- endoedrické- substituční- exoedrické

http://eng.thesaurus.rusnano.com/wiki/article9866

http://rubingroup.org/home/publications/http://www.univie.ac.at/spectroscopy/fks/forschung/ergebnisse/fullerene.htm

Uhlíkatá vlákna

Mechanické vlastnosti - dle stupně uspořádání(s teplotou konečné přípravy roste uspořádanost, stoupá youngův modul pružnosti, tepelná i elektrická vodivost, klesá pevnost v tahu)

Hlavní prekurzory pro výrobu:PANdehet, smola, hedvábí

http://www.kth.se/che/kemi2011/2.27954/mataug-1.191518

Uhlíkatá vlákna

E=σε

deformace

http://cs.wikipedia.org/wiki/Modul_pru%C5%BEnosti_v_tahu

Youngův modul pružnosti(Hookeův zákon)

napětí

http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=107

Uhlíkatá vlákna

Podle Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

Základní dělení do 3 typů:

Typ I - HM vlákna (High Modulus)Vysoký stupeň orientace grafenových vrstev podél osy vláken

Vlastnosti některých HM vláken:

Typ II - HS vlákna (High Strenght)Spíše náhodná orientace vrstev

Vlastnosti některých HS vláken:

Typ III - IM vlákna (Intermediate)Přechodový typ

Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3]

Smola P-100 Amoco 724 2,24 2,15

Smola E-105 DuPont 724 3,31 2,17

PAN GY-70 BASF/Celion 517 1,86 1,96

Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3]

PAN AS-4 Herkules 231 3,64 1,80

PAN T-40 Amoco 290 3,45 1,78

PAN T-1000 Amoco 200-300 až 7 1,75

M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229.

Uhlíkatá vláknaVýroba

Výrobní postupy

melt spinning (vytlačování z taveniny)

wet spinning (mokré zvlákňování)

dry spinning (suché zvlákňování)

Podle prekurzoru a cílových vlastností a struktury je zvolena metoda

Uhlíkatá vláknaVýroba

PAN – stabilizace

Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

PAN – wet spinning

Uhlíkatá vláknaVýroba

M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229.

.

Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

Uhlíkatá vláknaVýroba

D.D.Edie, Carbon 39 (1998) 345-362..

Smola, mezofáze – melt spinning

Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

Nanotubulární uhlík

Poprvé popsán v r. 1991 (Iijima, Nature 354, p.56-58) - nalezen na povrchu uhlíkových elektrod po elektrickém výbojiTrubička z uhlíkových atomů s průměrem v řádu nm.- SWNT (single wall nano tube)- MWNT (multiwall nano tube)

.

http://coecs.ou.edu/Brian.P.Grady/nanotube.htmlZ.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9

Nanotubulární uhlík

.

http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml

http://www.gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/gecko-feet.htm070821081446.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2007/08/070821081446.htm

http://www.diytrade.com/china/pd/2441687/Carbon_Nanotubes.html

Nanotubulární uhlík

.

Vysoká pevnost v tahu (SWNT cca 60GPa)

http://students.chem.tue.nl/ifp03/synthesis.html

Předpokládané mechanismy růstu CNT

http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml

Nanotubulární uhlíkSyntéza

.

Prekurzory v pevném nebo plynném stavu

Pevný prekurzor - obloukový výboj, laserová ablace, solární pec

Plynný prekurzor - CVD (Chemical vapor deposition) - použití plazmatu, katalyzátorůa) pevný katalyzátor + plynný prekurzorb) plynný katalyzátor + plynný prekurzor

Čištění

Ohřev v oxidační atmosféře - hoření hlavně uhlíkatých částic - zbudou CNTOxidace v silných kyselináchRozpuštění v polární kapalině - centrifugace