Nanotuburi de carbon

Carbonul, un element chimic din tabelul periodic, aparținând categoriei “nemetale”, cu numărul atomic 6 și reprezentat de simbolul C, este un ingredient de bază din compoziția organismelor vii de pe Terra, având, de asemenea, o mare importanță pentru foarte multe industrii. Carbonul se găsește în natură sub formă de diamant (cea mai dură formă a sa) sau grafit (cea mai moale formă a sa). Are o capacitate deosebită de a forma legături chimice cu alți atomi mici, iar mărimea sa îl face capabil de a forma legături multiple. Datorită proprietăților sale, carbonul poate forma aproape zece milioane de compuși chimici diferiți, singurul element ce îl poate depăși fiind hidrogenul. În plus, carbonul are cele mai înalte puncte de topire/sublimare dintre toate elementele.

Carbonul a fost descoperit încă din preistorie și era cunoscut anticilor, care îl preparau prin arderea materialului organic în spații fără mult oxigen, creând așadar cărbunele. Numele său vine din franțuzescul charbone, care, la rândul său, vine din latinescul carbo, însemnând cărbune.

1.2. Nanotehnologia

Nanotehnologia este un termen colectiv pentru dezvoltările tehnologice la scară nanometrică, adică moleculară sau atomică. În sens larg, nanotehnologia reprezintă orice tehnologie al cărei rezultat finit e de ordin nanometric: 10-9 metri. Un nm reprezintă o milionime de milimetru sau 1/10 000 din grosimea firului de păr uman. Un nanometru reprezinta grosimea a 4-6 atomi. Particulele de pe scara nano, numite astfel nanoparticule sau polimeri (mai mici de 100nm) stau la baza nanotehnologiei. Structurile nanometrice nu numai că sunt foarte mici, ajungându-se chiar până la scara atomică, dar ele posedă unele proprietăți deosebite, în comparație cu aceeași substanță la nivel macroscopic.

Conceptul a fost discutat pentru prima oară în anul 1959, de către renumitul fizician Richard Feynman, atunci când a descris posibilitatea sintezei prin manipularea directă a atomului. Termenul de “nanotehnologie” a fost utilizat pentru prima oară de către Norio Taniguchi în anul 1974.

Nanotehnologia trasează direcția pentru următoarele decade și deschide noi piețe, experții și media numind-o tehnologia- cheie a secolului XXI. Este o tehnologie revoluționară, care deschide perspective uriașe, în special în domeniul creării de noi materiale, iar o bună parte din cercetările nanotehnologice din toata lumea se concentrează pe nanotuburile de carbon.

1.3. Fulerenele

Fulerenele (sau C60) reprezintă o clasă de compuși de atomi de carbon, care prezintă fie forme sferice de tip dom geodezic, fie forme cilindrice de "tip cușcă"- nanotuburile. Această clasă de substanțe este considerată, alături de carbonul amorf, grafitul și diamantul, o formă alotropică distinctă a carbonului. Din punct de vedere al legăturilor chimice dintre atomii de carbon constituenți, fulerenele sunt înrudite structural cu grafitul. Au fost descoperite de Harold Kroto, Richard Smalley și Robert Curl în 1985 la Rice University, primind pentru aceasta Premiul Nobel pentru chimie în 1996. O clasă de compuși strâns înrudiți, practic fulerene mult alungite, sunt nanotuburile de carbon, descoperite după 1991 de către japonezul Sumio Iijima, specialist în microscopie electronică.

2. Nanotuburile de carbon (prezentare generală)

În anul 1991, când fizicianul japonez Sumio Iijima a descoperit nanotuburile de carbon în timp ce studia fulerenele, aceastea au fost descrise ca fiind “cel mai puternic material ce va fi făcut vreodată”. În 1993, doi cercetători ce lucrau independent, Iijima în Japonia și fizicianul american Donald S. Bethune din California, au produs un nanotub ce era gros numai cât un atom.

Nanotuburile de carbon (NTC) sunt alotropi ai carbonului cu nanostructură cilindrică. Nanotuburile sunt construcții cu raport între lungime și diametru de până la 132.000.000:1 semnificativ mai lung decât în cazul oricărui alt material. Acest cilindru format din molecule de carbon are proprietăți neobișnuite, care sunt valoroase pentru nanotehnologie, electronică, optică și în alte domenii ale științei și tehnologiei. Un nanotub de carbon poate avea o grosime de ordinul atomilor și totuși ar avea o lungime de sute de microni. Pentru a face o corelație cu dimensiunile unui nanotub de carbon, putem spune ca dacă am considera aceleași proporții cu un fir de păr uman, atunci firul de păr ar avea o lungime de peste 40 de metri.