How big is Karbon Nanotüp?

Karbon nanotüp, karbon atomlarından yapılmış, içi boş, minik bir tüptür; atomlar, grafiti oluşturan tabakalardaki gibi altıgenlerden oluşan bir desenle birbirine bağlanmıştır. Duvarı bir atom kalınlığındaki tek duvarlı bir nanotüp, tipik olarak yaklaşık 1 nanometre çapındadır. Bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir. Nanotüpler genişliklerinden çok daha uzundur; uzunlukları mikrometre, yani metrenin milyonda biri cinsinden ölçülür.

Boyut

Bu sitedeki 1 nanometre, tipik bir tek duvarlı nanotüpün, tüpün bir yanından öbür yanına ölçülen çapıdır. Genişlik tüpten tüpe değişir. 34 tek duvarlı nanotüp üzerinde yapılan bir çalışmada çaplar 0,7 ile 1,2 nanometre arasında ölçüldü.

Çok duvarlı nanotüpler, birbirinin içine geçmiş birkaç tüpten oluşur; bu yüzden daha geniştir. Sumio Iijima’nın 1991’de tanımladığı nanotüplerin 2 ila yaklaşık 50 duvarı vardı ve birkaç ila birkaç on nanometre genişliğindeydi.

Uzunluklar da değişir. 34 tüp üzerindeki çalışmada yalnızca 3 mikrometreden uzun tüpler ölçüldü; bu yüzden her biri, genişliğinin en az 2.500 katı uzunluktaydı.

Boyut karşılaştırmaları

Yan yana dizilen yaklaşık 80.000–100.000 tek duvarlı nanotüp, bir insan saçının genişliğini baştan başa kaplardı; saçın kalınlığı 0,08–0,1 milimetredir.
60 karbon atomundan oluşan kapalı bir top olan bir buckyball, yaklaşık 1 nanometre çapındadır; yani tipik bir tek duvarlı nanotüple yaklaşık aynı genişliktedir.
1 nanometre genişliğinde ve 3 mikrometre uzunluğunda bir nanotüp, bir insan saçının kalınlığına, yani 0,1 milimetreye büyütülse, yaklaşık 30 santimetre uzunluğunda olurdu; bu, bir cetvelin uzunluğudur.

Nanotüpler nasıl bulundu

Iijima, karbon nanotüplerin varlığını 7 Kasım 1991’de Nature dergisinde bildirdi. Nanotüpleri, buckyball yapımında kullanılana benzer bir yöntemle, elektrik arkıyla üretti. Arkın negatif elektrodunda iğneye benzeyen tüpler büyüdü. Elektron mikroskobuyla bakıldığında her iğnenin, karbon tabakalarından oluşan ve birbirinin içine geçmiş 2 ila yaklaşık 50 tüpten meydana geldiği görüldü.

Her tüpteki karbon atomlarının altıgenleri, tüpün çevresinde bir sarmal çizerek dolanır. Iijima, bu tüpleri üretmenin, karbon yapıların buckyball’lardan çok daha büyük ölçeklerde kurulabileceğini düşündürdüğünü belirtti.

1993’te iki ekip, tek duvarlı nanotüplerin varlığını bildirdi. Iijima ve Toshinari Ichihashi, yaklaşık 1 nanometre çapında tüpler buldu. Karbona kobalt ekleyen D. S. Bethune ve çalışma arkadaşları ise yaklaşık 1,2 nanometre çapında tüpler buldu.

Tek bir nanotüpü izlemek

Tek bir nanotüp görülemeyecek kadar incedir, ama bazı türleri yakın kızılötesi bir parıltı yayar. 2009’daki bir çalışmada araştırmacılar bu parıltıyı kullanarak tek tek nanotüpleri su içinde floresan mikroskobuyla filme aldı. Çevrelerindeki sıvı onları rastgele itip kakarken tüpler ileri geri bükülüyordu; bu harekete Brown hareketi denir.

Araştırmacılar bu bükülmeden yola çıkarak, bir nanotüpün sertliğinin çapının küpü ile orantılı olarak arttığını buldu. İki kat daha geniş bir tüpü bükmek sekiz kat daha zordur. Genişliklerine oranla çok uzun olmaları, dayanıklılıkları ve elektriksel özellikleri, nanotüpleri mühendislik malzemelerinde ve tıpta kullanıma çok uygun hale getirir.