How big is Kolnanorör?

Ett kolnanorör är ett pyttelitet ihåligt rör av kolatomer, sammanlänkade i ett mönster av hexagoner som i de lager som bygger upp grafit. Ett enväggigt nanorör, vars vägg är en atom tjock, är vanligtvis ungefär 1 nanometer i diameter. En nanometer är en miljarddel av en meter. Nanorör är mycket längre än de är breda, med längder som mäts i mikrometer, alltså miljondelar av en meter.

Storlek

Utforskarens 1 nanometer är diametern hos ett typiskt enväggigt nanorör, mätt tvärs över röret. Bredden varierar från rör till rör. En studie av 34 enväggiga nanorör mätte diametrar mellan 0,7 och 1,2 nanometer.

Flerväggiga nanorör är flera rör som sitter inuti varandra, så de är bredare. De som Sumio Iijima beskrev 1991 hade från 2 till ungefär 50 väggar och var några få till några tiotal nanometer i diameter.

Längderna varierar också. Studien av 34 rör mätte bara rör som var längre än 3 mikrometer, så varje rör var minst 2 500 gånger så långt som det var brett.

Storleksjämförelser

Ungefär 80 000–100 000 enväggiga nanorör sida vid sida skulle spänna över ett människohår, som är 0,08–0,1 millimeter brett.
En buckyboll, en sluten boll av 60 kolatomer, är ungefär 1 nanometer i diameter, ungefär lika bred som ett typiskt enväggigt nanorör.
Om ett nanorör som är 1 nanometer brett och 3 mikrometer långt förstorades till bredden av ett människohår, 0,1 millimeter, skulle det bli ungefär 30 centimeter långt, lika långt som en linjal.

Hur nanorör upptäcktes

Iijima rapporterade kolnanorör i tidskriften Nature den 7 november 1991. Han framställde dem med en elektrisk ljusbåge, en metod som liknar den som användes för att tillverka buckybollar. Nålformade rör växte på ljusbågens negativa elektrod. I ett elektronmikroskop visade sig varje nål vara en uppsättning av 2 till ungefär 50 rör av kolskikt som satt inuti varandra.

Kolatomernas hexagoner i varje rör slingrar sig runt det i en spiral. Iijima noterade att tillverkningen av rören tydde på att kolstrukturer kunde byggas i mycket större skalor än buckybollarnas.

År 1993 rapporterade två forskargrupper enväggiga nanorör. Iijima och Toshinari Ichihashi fann rör som var ungefär 1 nanometer i diameter. D. S. Bethune och hans kollegor, som tillsatte kobolt till kolet, fann rör som var ungefär 1,2 nanometer i diameter.

Att betrakta ett enskilt nanorör

Ett enskilt nanorör är alldeles för tunt för att kunna ses, men vissa sorter ger ifrån sig ett sken av nära infrarött ljus. I en studie från 2009 använde forskare det skenet för att filma enskilda nanorör i vatten med ett fluorescensmikroskop. Rören böjdes fram och tillbaka när vätskan runt dem slumpmässigt knuffade till dem, en rörelse som kallas brownsk rörelse.

Utifrån den böjningen fann forskarna att ett nanorörs styvhet växer med diameterns kub. Ett rör som är dubbelt så brett är åtta gånger så svårt att böja. Nanorörens stora längd i förhållande till bredden, deras styrka och deras elektriska egenskaper gör dem väl lämpade för användning i tekniska material och inom medicin.