How big is Nanotub de carbon?

Un nanotub de carbon este un tub minuscul și gol din atomi de carbon, legați într-un model de hexagoane, ca foile din care este alcătuit grafitul. Un nanotub cu un singur perete, al cărui perete are grosimea unui atom, are de obicei aproximativ 1 nanometru în diametru. Un nanometru este o miliardime de metru. Nanotuburile sunt mult mai lungi decât late, cu lungimi măsurate în micrometri, adică în milionimi de metru.

Dimensiune

Valoarea de 1 nanometru din explorator este diametrul unui nanotub tipic cu un singur perete, măsurat de la o parte la alta a tubului. Lățimea diferă de la un tub la altul. Un studiu asupra a 34 de nanotuburi cu un singur perete a măsurat diametre între 0,7 și 1,2 nanometri.

Nanotuburile cu pereți multipli sunt alcătuite din mai multe tuburi introduse unele în altele, de aceea sunt mai late. Cele descrise de Sumio Iijima în 1991 aveau de la 2 la aproximativ 50 de pereți și măsurau de la câțiva la câteva zeci de nanometri în diametru.

Și lungimile variază. Studiul asupra celor 34 de tuburi a măsurat doar tuburi mai lungi de 3 micrometri, așa că fiecare era de cel puțin 2.500 de ori mai lung decât lat.

Comparații de dimensiune

Aproximativ 80.000–100.000 de nanotuburi cu un singur perete puse una lângă alta ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care este de 0,08–0,1 milimetri.
Un buckyball, o minge închisă de 60 de atomi de carbon, are aproximativ 1 nanometru în diametru, de aproximativ aceeași lățime cu un nanotub tipic cu un singur perete.
Dacă un nanotub lat de 1 nanometru și lung de 3 micrometri ar fi mărit până la grosimea unui fir de păr uman, de 0,1 milimetri, ar avea aproximativ 30 de centimetri în lungime, adică lungimea unei rigle.

Cum au fost descoperite nanotuburile

Iijima a raportat nanotuburile de carbon în revista Nature pe 7 noiembrie 1991. Le-a produs cu un arc electric, o metodă asemănătoare celei folosite pentru a produce buckyball-uri. Pe electrodul negativ al arcului au crescut tuburi în formă de ace. La microscopul electronic, fiecare ac s-a dovedit a fi un ansamblu de 2 până la aproximativ 50 de tuburi din foi de carbon, introduse unele în altele.

Hexagoanele de atomi de carbon din fiecare tub se înfășoară în jurul lui în spirală. Iijima a observat că obținerea acestor tuburi sugera că structurile de carbon ar putea fi construite la scări mult mai mari decât cea a buckyball-urilor.

În 1993, două echipe au raportat nanotuburi cu un singur perete. Iijima și Toshinari Ichihashi au găsit tuburi de aproximativ 1 nanometru în diametru. D. S. Bethune și colegii săi, care au adăugat cobalt în carbon, au găsit tuburi de aproximativ 1,2 nanometri în diametru.

Observarea unui singur nanotub

Un singur nanotub este mult prea subțire pentru a fi văzut, dar unele tipuri emit o strălucire în infraroșu apropiat. Într-un studiu din 2009, cercetătorii au folosit această strălucire pentru a filma nanotuburi individuale în apă, cu un microscop cu fluorescență. Tuburile se îndoiau înainte și înapoi pe măsură ce lichidul din jurul lor le împingea la întâmplare, o mișcare numită mișcare browniană.

Pornind de la această îndoire, cercetătorii au constatat că rigiditatea unui nanotub crește proporțional cu cubul diametrului său. Un tub de două ori mai lat este de opt ori mai greu de îndoit. Lungimea lor mare în raport cu lățimea, rezistența și proprietățile lor electrice fac nanotuburile foarte potrivite pentru utilizări în materiale de inginerie și în medicină.