How big is Karbona nanotubo?
1 nanometro!
Karbona nanotubo estas eta kava tubo el karbonaj atomoj, ligitaj laŭ ŝablono de heksagonoj, kiel la tavoloj, kiuj konsistigas grafiton. Unumura nanotubo, kies muro havas dikecon de unu atomo, estas tipe ĉirkaŭ 1 nanometron larĝa. Nanometro estas miliardono de metro. Nanotuboj estas multe pli longaj ol larĝaj, kun longoj mezuritaj en mikrometroj, tio estas miliononoj de metro.
Grando
La 1 nanometro en la esplorilo estas la diametro de tipa unumura nanotubo, mezurita laŭ la larĝo de la tubo. La larĝoj varias de tubo al tubo. Unu studo pri 34 unumuraj nanotuboj mezuris diametrojn inter 0,7 kaj 1,2 nanometroj.
Multmuraj nanotuboj estas pluraj tuboj enkonstruitaj unu en alia, tial ili estas pli larĝaj. Tiuj, kiujn Sumio Iijima priskribis en 1991, havis de 2 ĝis ĉirkaŭ 50 murojn kaj estis kelkajn ĝis kelkajn dekojn da nanometroj larĝaj.
Ankaŭ la longoj varias. La studo pri 34 tuboj mezuris nur tubojn pli longajn ol 3 mikrometroj, do ĉiu estis almenaŭ 2 500 fojojn pli longa ol larĝa.
Komparoj de grando
- Ĉirkaŭ 80 000–100 000 unumuraj nanotuboj, vicigitaj unu apud alia, atingus la dikecon de homa haro, kiu estas 0,08–0,1 milimetrojn dika.
- Bakibalo, fermita pilko el 60 karbonaj atomoj, estas ĉirkaŭ 1 nanometron larĝa, ĉirkaŭ same larĝa kiel tipa unumura nanotubo.
- Se nanotubo, 1 nanometron larĝa kaj 3 mikrometrojn longa, pligrandiĝus ĝis la dikeco de homa haro, 0,1 milimetroj, ĝi estus ĉirkaŭ 30 centimetrojn longa, la longo de liniilo.
Kiel oni trovis nanotubojn
Iijima raportis karbonajn nanotubojn en la revuo Nature la 7-an de novembro 1991. Li faris ilin per elektra arko, metodo simila al tiu, per kiu oni faras bakibalojn. Pinglosimilaj tuboj kreskis sur la negativa elektrodo de la arko. Sub elektrona mikroskopo ĉiu pinglo montriĝis esti aro de 2 ĝis ĉirkaŭ 50 tuboj el karbonaj tavoloj, enkonstruitaj unu en alia.
La heksagonoj de karbonaj atomoj en ĉiu tubo volviĝas ĉirkaŭ ĝi en spiralo. Iijima notis, ke la farado de tiuj tuboj sugestas, ke karbonaj strukturoj povas esti konstruataj je skaloj multe pli grandaj ol tiu de bakibaloj.
En 1993 du teamoj raportis unumurajn nanotubojn. Iijima kaj Toshinari Ichihashi trovis tubojn ĉirkaŭ 1 nanometron larĝajn. D. S. Bethune kaj kolegoj, kiuj aldonis kobalton al la karbono, trovis tubojn ĉirkaŭ 1,2 nanometrojn larĝajn.
Observado de unuopa nanotubo
Unuopa nanotubo estas multe tro maldika por vidi, sed kelkaj specoj elsendas brilon en la proksima infraruĝo. En studo de 2009 esploristoj uzis tiun brilon por filmi unuopajn nanotubojn en akvo per fluoreska mikroskopo. La tuboj fleksiĝis tien kaj reen, dum la likvaĵo ĉirkaŭ ili hazarde puŝadis ilin, kaj tia movado nomiĝas Brown-a movado.
El tiu fleksiĝo la esploristoj trovis, ke la rigideco de nanotubo kreskas laŭ la kubo de ĝia diametro. Tubo dufoje pli larĝa estas ok fojojn pli malfacile fleksebla. La granda longo de nanotuboj kompare kun ilia larĝo, ilia forto kaj iliaj elektraj ecoj faras ilin tre taŭgaj por uzoj en inĝenieraj materialoj kaj en medicino.
Fontoj
- Diameter-dependent bending dynamics of single-walled carbon nanotubes in liquids. Fakhri et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009.
- Helical microtubules of graphitic carbon. Sumio Iijima, Nature, 1991.
- Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Iijima and Ichihashi, Nature, 1993.
- Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls. Bethune et al., Nature, 1993.
- Thermally Activated Sliding of C60 on Gold. Pierno et al., ACS Omega, 2025.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.