ท่อนาโนคาร์บอนเป็นสิ่งที่เหลือเชื่อ พวกมันสามารถแข็งแกร่งกว่าเหล็กในขณะที่บางกว่าเส้นผมของมนุษย์

นอกจากนี้ยังมีความเสถียรสูง น้ำหนักเบา และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความร้อน และทางกลที่น่าทึ่ง ด้วยเหตุนี้จึงมีศักยภาพในการพัฒนาวัสดุในอนาคตที่น่าสนใจมากมาย

พวกเขายังอาจเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างวัสดุและโครงสร้างแห่งอนาคต เช่น ลิฟต์อวกาศ

ที่นี่ เราจะสำรวจว่ามันคืออะไร วิธีการผลิต และการใช้งานที่พวกมันมีแนวโน้มที่จะมี ข้อมูลนี้ไม่ได้มีไว้เพื่อเป็นแนวทางที่ครบถ้วนสมบูรณ์และมีไว้เพื่อใช้เป็นภาพรวมโดยย่อเท่านั้น

มีอะไรบ้างท่อนาโนคาร์บอนและคุณสมบัติของพวกเขาเหรอ?

ท่อนาโนคาร์บอน (เรียกสั้น ๆ ว่า CNT) เป็นโครงสร้างทรงกระบอกขนาดเล็กที่ทำจากคาร์บอนตามชื่อ แต่ไม่ใช่แค่คาร์บอนใดๆ CNT ประกอบด้วยแผ่นม้วนของโมเลกุลคาร์บอนชั้นเดียวที่เรียกว่ากราฟีน

มักจะมาในสองรูปแบบหลัก:

1. ท่อนาโนคาร์บอนผนังชั้นเดียว(SWCNTs) - สิ่งเหล่านี้มักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 นาโนเมตร

2. ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น(MWCNTs) - ประกอบด้วยท่อนาโนที่มีศูนย์กลางเชื่อมต่อกันหลายท่อ และมีแนวโน้มที่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่สามารถเข้าถึงได้เกิน 100 นาโนเมตร

ไม่ว่าในกรณีใด CNT สามารถมีความยาวผันแปรได้ตั้งแต่หลายไมโครเมตรไปจนถึงเซนติเมตร

เนื่องจากหลอดถูกสร้างขึ้นจากกราฟีนโดยเฉพาะ จึงมีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายอย่างร่วมกัน ตัวอย่างเช่น CNT ถูกสร้างพันธะด้วยพันธะ sp2 ซึ่งมีความแข็งแรงอย่างมากในระดับโมเลกุล

ท่อนาโนคาร์บอนยังมีแนวโน้มที่จะพันกันโดยใช้แรงแวนเดอร์วาลส์ ทำให้มีความแข็งแรงสูงและมีน้ำหนักเบา พวกเขายังมีแนวโน้มที่จะเป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าและนำความร้อนสูง

“ผนัง CNT แต่ละผนังอาจเป็นโลหะหรือสารกึ่งตัวนำก็ได้ ขึ้นอยู่กับการวางแนวของโครงตาข่ายเทียบกับแกนของท่อ ซึ่งเรียกว่าไคราลิตี”

ท่อนาโนคาร์บอนยังมีคุณสมบัติทางความร้อนและทางกลที่น่าทึ่งอื่นๆ ซึ่งทำให้น่าสนใจสำหรับการพัฒนาวัสดุใหม่

ท่อนาโนคาร์บอนทำหน้าที่อะไร?

ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าท่อนาโนคาร์บอนมีคุณสมบัติที่ผิดปกติมาก ด้วยเหตุนี้ CNT จึงมีแอปพลิเคชันที่น่าสนใจและหลากหลายมากมาย

ในความเป็นจริง ในปี 2013 ตามวิกิพีเดียผ่าน Science Direct การผลิตท่อนาโนคาร์บอนเกินหลายพันตันต่อปี ท่อนาโนเหล่านี้มีการใช้งานมากมาย รวมถึงการใช้งานใน:

• โซลูชั่นการจัดเก็บพลังงาน
• การสร้างแบบจำลองอุปกรณ์
• โครงสร้างคอมโพสิต
• ชิ้นส่วนยานยนต์ รวมถึงศักยภาพในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
• ลำเรือ
• สินค้ากีฬา
• เครื่องกรองน้ำ
• อิเล็กทรอนิกส์แบบฟิล์มบาง
• สารเคลือบ
• แอคชูเอเตอร์
• การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า
• สิ่งทอ
• การใช้งานทางชีวการแพทย์ รวมถึงวิศวกรรมเนื้อเยื่อของกระดูกและกล้ามเนื้อ การนำส่งสารเคมี ไบโอเซนเซอร์ และอื่นๆ

มีอะไรบ้างท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น?

ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าท่อนาโนคาร์บอนหลายชั้นเป็นท่อนาโนที่ทำจากท่อนาโนหลายท่อที่มีศูนย์กลางเชื่อมโยงกัน พวกมันมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่สามารถเข้าถึงได้เกิน 100 นาโนเมตร

พวกมันสามารถมีความยาวเกินเซนติเมตรและมีแนวโน้มที่จะมีอัตราส่วนที่แตกต่างกันระหว่าง 10 ถึง 10 ล้าน

ท่อนาโนที่มีผนังหลายชั้นสามารถมีผนังที่มีศูนย์กลางอยู่ระหว่าง 6 ถึง 25 ผนังขึ้นไป

MWCNT มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมบางประการซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์จำนวนมาก ซึ่งรวมถึง:

• ไฟฟ้า: MWNT มีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูงเมื่อรวมเข้ากับโครงสร้างคอมโพสิตอย่างเหมาะสม ควรสังเกตว่าผนังด้านนอกเพียงอย่างเดียวกำลังนำไฟฟ้า ผนังด้านในไม่ได้เป็นเครื่องมือในการนำไฟฟ้า
• สัณฐานวิทยา: MWNT มีอัตราส่วนกว้างยาวสูง โดยมักจะมีความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 เท่า และในบางกรณีจะสูงกว่ามาก ประสิทธิภาพและการใช้งานไม่ได้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนกว้างยาวเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับระดับของการพันกันและความตรงของท่อด้วย ซึ่งจะเป็นหน้าที่ของทั้งระดับและขนาดของข้อบกพร่องในท่อด้วย
• ทางกายภาพ: MWNT แต่ละตัวที่ปราศจากข้อบกพร่องมีความต้านทานแรงดึงที่ดีเยี่ยม และเมื่อรวมเข้ากับคอมโพสิต เช่น สารประกอบเทอร์โมพลาสติกหรือเทอร์โมเซต จะสามารถเพิ่มความแข็งแรงได้อย่างมาก