Wat zijn koolstof nanobuisjes?

Wetenschappers weten niet alles over koolstof nanobuizen of kortweg CNT's, maar ze weten wel dat het zeer dunne lichtgewicht holle buizen zijn die zijn opgebouwd uit koolstofatomen. EEN koolstof nanobuis is als een vel grafiet dat in een cilinder wordt gerold, met opvallend hexagonaal traliewerk dat het vel vormt. Koolstof nanobuisjes zijn extreem klein; de diameter van één koolstof nanobuisje is één nanometer, dat is één tienduizendste (1 / 10.000) de diameter van een mensenhaar. Nanobuizen van koolstof kunnen in verschillende lengtes worden geproduceerd.

Koolstofnanobuizen worden geclassificeerd op basis van hun structuren: enkelwandige nanobuizen (SWNT's), dubbelwandige nanobuizen (DWNT's) en meerwandige nanobuizen (MWNT's). De verschillende structuren hebben individuele eigenschappen waardoor de nanobuizen geschikt zijn voor verschillende toepassingen.

Vanwege hun unieke mechanische, elektrische en thermische eigenschappen bieden koolstof nanobuizen opwindende mogelijkheden voor wetenschappelijk onderzoek en industriële en commerciële toepassingen. Er is veel potentieel voor CNT's in de composietenindustrie.

Kaarsvlammen vormen van nature koolstofnanobuisjes. Om koolstofnanobuisjes te gebruiken in onderzoek en bij de ontwikkeling van gefabriceerde goederen, ontwikkelden wetenschappers echter betrouwbaardere productiemethoden. Hoewel er een aantal productiemethoden in gebruik zijn, zijn chemische dampafzetting, boogontlading en laserablatie de drie meest gebruikelijke methoden voor het produceren van koolstofnanobuisjes.

Bij chemische dampafzetting worden koolstofnanobuisjes gekweekt uit metalen nanodeeltjeszaden die op een substraat zijn gestrooid en verwarmd tot 700 graden Celsius (1292 graden Fahrenheit). Twee in het proces geïntroduceerde gassen starten de vorming van de nanobuizen. (Vanwege reactiviteit tussen de metalen en elektrische circuits wordt zirkoniumoxide soms gebruikt in plaats van metaal voor de zaden van nanodeeltjes.) Chemische dampafzetting is de meest populaire commerciële methode productie.

Boogontlading was de eerste methode die werd gebruikt voor het synthetiseren van koolstof nanobuisjes. Twee koolstofstaven die van begin tot eind zijn geplaatst, worden verdampt om de koolstofnanobuisjes te vormen. Hoewel dit een eenvoudige methode is, moeten de koolstofnanobuisjes verder worden gescheiden van de damp en roet.

Laserablatie koppelt een pulserende laser en een inert gas bij hoge temperaturen. De gepulseerde laser verdampt het grafiet en vormt koolstofnanobuisjes uit de dampen. Net als bij de boogontladingsmethode moeten de koolstof nanobuisjes verder worden gezuiverd.

Koolstofnanobuisjes hebben een aantal waardevolle en unieke eigenschappen, waaronder:

• Hoge thermische en elektrische geleidbaarheid
• Optische eigenschappen
• Flexibiliteit
• Verhoogde stijfheid
• Hoge treksterkte (100 keer sterker dan staal per gewichtseenheid)
• Lichtgewicht
• Bereik van geleidbaarheid
• Te manipuleren en toch sterk te blijven

Toegepast op producten bieden deze eigenschappen enorme voordelen. Bij gebruik in polymeren kunnen bijvoorbeeld koolstof nanobuisjes in bulk de elektrische, thermische en elektrische eigenschappen van de producten verbeteren.

Tegenwoordig vinden koolstofnanobuisjes toepassing in veel verschillende producten en onderzoekers blijven creatieve nieuwe toepassingen verkennen.

Huidige toepassingen zijn onder meer:

• Fietsonderdelen
• Windturbines
• Platte beeldschermen
• Scanning microscopen
• Detectieapparaten
• Mariene verven
• Sportuitrusting, zoals ski's, honkbalknuppels, hockeysticks, boogschietpijlen en surfplanken
• Elektrische schakelingen
• Batterijen met een langere levensduur
• Elektronica

Toekomstig gebruik koolstof nanobuisjes kunnen zijn:

• Kleding (steek- en kogelvrij)
• Halfgeleidermaterialen
• Ruimtevaartuig
• Ruimteliften
• Zonnepanelen
• Kankerbehandeling
• Aanraakschermen
• Energie opslag
• Optiek
• Radar
• Biobrandstof
• LCD-schermen
• Submicroscopische reageerbuizen

Terwijl hoge productiekosten momenteel commerciële toepassingen beperken, zijn de mogelijkheden voor nieuwe productiemethoden en toepassingen bemoedigend. Naarmate het begrip van koolstofnanobuisjes toeneemt, zal ook hun gebruik toenemen. Vanwege hun unieke combinatie van belangrijke eigenschappen hebben koolstofnanobuizen de potentie om niet alleen een revolutie teweeg te brengen in het dagelijks leven, maar ook in wetenschappelijke verkenning en gezondheidszorg.

CNT's zijn een heel nieuw materiaal met weinig lange-termijngeschiedenis. Hoewel er nog geen ziek zijn geworden door nanobuisjes, wetenschappers prediken voorzichtigheid bij het hanteren van nanodeeltjes. Mensen hebben cellen die giftige en vreemde deeltjes zoals rookdeeltjes kunnen verwerken. Als een bepaald vreemd deeltje echter te groot of te klein is, kan het lichaam dat deeltje mogelijk niet opvangen en verwerken. Dit was het geval bij asbest.

De potentiële gezondheidsrisico's zijn geen reden tot ongerustheid, maar mensen die omgaan met en werken met koolstof nanobuisjes moeten de nodige voorzorgsmaatregelen nemen om blootstelling te vermijden.