מבוא ננו-חומרי פחמן

במשך זמן רב, אנשים יודעים רק שיש שלושה אלוטרופי פחמן: יהלום, גרפיט ופחמן אמורפי.עם זאת, בשלושת העשורים האחרונים, מהפולרנים האפס-ממדיים, ננו-צינוריות פחמן חד-ממדיות, ועד לגרפן דו-מימדי התגלו ללא הרף, ננו-חומרי פחמן חדשים ממשיכים למשוך את תשומת הלב של העולם.ניתן לסווג ננו-חומרי פחמן לשלוש קטגוריות על פי מידת האילוץ הננו-ממד על הממדים המרחביים שלהם: ננו-חומרי פחמן אפס-ממדיים, חד-ממדיים ודו-ממדיים.
ננו-חומרים 0-ממדיים מתייחסים לחומרים שנמצאים בסולם ננומטר במרחב התלת-מימדי, כגון ננו-חלקיקים, צבירים אטומיים ונקודות קוונטיות.בדרך כלל הם מורכבים ממספר קטן של אטומים ומולקולות.ישנם הרבה ננו-חומרי פחמן באפס-ממד, כגון פחמן שחור, ננו-יהלום, ננו-פולרן C60, חלקיקי ננו-מתכת מצופים בפחמן.

ברגע שהC60התגלה, כימאים החלו לבחון את אפשרות היישום שלהם על הזרז.כיום, פולרנים ונגזרותיהם בתחום החומרים הקטליטיים כוללים בעיקר את שלושת ההיבטים הבאים:

(1) פולרנים ישירות כזרז;

(2) פולרנים ונגזרותיהם כזרז הומוגני;

(3) יישום של פולרנים ונגזרותיהם בזרזים הטרוגניים.
חלקיקי ננו-מתכת מצופים בפחמן הם סוג חדש של חומר מרוכב ננו-פחמן-מתכת אפס ממדי.בשל המגבלה של מעטפת הפחמן והאפקט המגן, חלקיקי המתכת יכולים להיות כלואים בחלל קטן וחלקיקי הננו-מתכת המצופים בהם יכולים להתקיים ביציבות בהשפעת הסביבה החיצונית.לסוג חדש זה של ננו-חומרי פחמן-מתכת אפס ממדי יש תכונות אופטואלקטרוניות ייחודיות ויש לו מגוון רחב מאוד של יישומים בחומרי הקלטה רפואיים, מגנטיים, חומרי מיגון אלקטרומגנטיים, חומרי אלקטרודות סוללת ליתיום וחומרים קטליטיים.

ננו-חומרי פחמן חד-ממדיים פירושם שהאלקטרונים נעים בחופשיות רק בכיוון אחד שאינו ננו-סקאלי והתנועה היא ליניארית.נציגים אופייניים של חומרי פחמן חד מימדיים הם ננו-צינורות פחמן, ננו-סיבי פחמן וכדומה.ההבדל בין השניים יכול להתבסס על קוטר החומר להבחנה, יכול להתבסס גם על מידת הגרפיטיזציה של החומר שיוגדר.לפי קוטר החומר פירושו ש: קוטר D מתחת ל-50nm, המבנה החלול הפנימי מכונה בדרך כלל ננו-צינוריות פחמן, והקוטר בטווח של 50-200nm, בעיקר על ידי יריעת הגרפיט הרב-שכבתית המסולסלת, עם אין מבנים חלולים ברורים המכונים לעתים קרובות ננו-סיבי פחמן.

לפי מידת הגרפיטיזציה של החומר, ההגדרה מתייחסת לגרפיטיזציה טובה יותר, הכיוון שלגרָפִיטגיליון המכוון במקביל לציר הצינור נקרא ננו-צינוריות פחמן, בעוד שמידת הגרפיטיזציה נמוכה או ללא מבנה גרפיטציה, סידור יריעות הגרפיט אינו מאורגן, החומר עם מבנה חלול באמצע ואפילוננו-צינורות פחמן מרובים קירותכולם מחולקים לננו-סיבי פחמן.כמובן, ההבחנה בין ננו-צינורות פחמן לננו-סיבי פחמן אינה ברורה במסמכים שונים.

לדעתנו, ללא קשר למידת הגרפיטיזציה של ננו-חומרי פחמן, אנו מבחינים בין ננו-צינוריות פחמן לננו-סיבי פחמן על סמך נוכחות או היעדר מבנה חלול.כלומר, ננו-חומרי פחמן חד-ממדיים המגדירים מבנה חלול הם ננו-צינוריות פחמן שאין להן מבנה חלול או שהמבנה החלול אינו ברור חד-ממדי ננו-חומרי פחמן ננו-סיבי פחמן.
ננו-חומרי פחמן דו-ממדיים: גרפן הוא נציג של ננו-חומרי פחמן דו-ממדיים.חומרים פונקציונליים דו מימדיים המיוצגים על ידי גרפן היו לוהטים מאוד בשנים האחרונות.חומר כוכב זה מראה תכונות ייחודיות מדהימות במכניקה, חשמל, חום ומגנטיות.מבחינה מבנית, הגרפן הוא היחידה הבסיסית המרכיבה חומרי פחמן אחרים: הוא מתעקם עד לפולרנים באפס מימד, מתפתל לננו-צינוריות פחמן חד-ממדיות ונערם לגרפיט תלת-ממדי.
לסיכום, ננו-חומרי פחמן תמיד היו נושא חם במחקר הננו-מדעי והטכנולוגיה ועשו התקדמות מחקרית חשובה.בשל המבנה הייחודי והתכונות הפיזיקליות והכימיות המעולות שלהם, ננו-חומרי פחמן נמצאים בשימוש נרחב בחומרי סוללת ליתיום-יון, חומרים אופטואלקטרוניים, נושאי זרזים, חיישנים כימיים וביולוגיים, חומרי אחסון מימן וחומרי קבל-על והיבטים אחרים של דאגה.

China Hongwu Micro-Nano Technology Co., Ltd - מבשר התיעוש של חומרים ננו-פחמן, היא היצרנית המקומית הראשונה של ננו-צינורות פחמן וחומרי ננו-פחמן אחרים לייצור תעשייתי ויישום של האיכות המובילה בעולם, ייצור ננו- חומרי פחמן יוצאו לכל רחבי העולם, התגובה טובה.בהתבסס על אסטרטגיית הפיתוח הלאומית והניהול המודולרי, Hongwu Nano דבקה במונחי שוק, מונעי טכנולוגיה, כדי לעמוד בדרישות הסבירות של הלקוחות כמשימתה, ולעשות מאמצים בלתי פוסקים כדי להגביר את החוזק של תעשיית הייצור בסין.