חומרי ננו-פחמן מבוא

במשך זמן רב אנשים רק יודעים שיש שלושה אלוטרופי פחמן: יהלום, גרפיט ופחמן אמורפי. עם זאת, בשלושת העשורים האחרונים, החל מה fullerenes בממדים האפסיים, צינורות פחמן חד-ממדיים, ועד גרפן דו-ממדי התגלה ברציפות, ננו-חומרי פחמן חדשים ממשיכים למשוך את תשומת לב העולם. ניתן לסווג חומרים ננו-פחמניים לשלוש קטגוריות בהתאם למידת האילוץ בקנה מידה ננו בממדיהם המרחביים: אפס ממדי אפס, חד ממדי ושני ממדי פחמן.
חומרים ננו-ממדיים מתייחסים לחומרים שנמצאים בסולם הננומטר במרחב התלת ממדי, כמו חלקיקי ננו, אשכולות אטומים ונקודות קוונטיות. הם מורכבים בדרך כלל ממספר קטן של אטומים ומולקולות. ישנם הרבה חומרי ננו-פחמן אפס ממדיים, כמו שחור פחמן, ננו-יהלום, ננו-פולרן C60, חלקיקי ננו-מתכת מצופה פחמן.

Carbon nanomaterial

ברגע שהתגלה ה- C60, כימאים החלו לבדוק את אפשרות היישום שלהם לזרז. נכון לעכשיו, פולרנים ונגזרותיהם בתחום החומרים הקטליטיים כוללים בעיקר את שלושת ההיבטים הבאים:

(1) פולרן באופן ישיר כזרז;

(2) פולרנים ונגזרותיהם כזרז הומוגני;

(3) יישום Fullerenes ונגזרותיהם בזרזים הטרוגניים.
חלקיקי ננו-מתכת מצופה פחמן הם סוג חדש של קומפוזיט מתכת-ננו-פחמן-ממדי. בשל מגבלת מעטפת הפחמן והאפקט המגן, ניתן להכיל את חלקיקי המתכת בחלל קטן וניתן להתקיים ביציבות תחת השפעת הסביבה החיצונית החלקיקים המתכתיים המצופים בתוכם. לסוג חדש זה של אפס ממדי ננו-חומרים-פחמן יש תכונות אופטו-אלקטרו ייחודיות ויש לו מגוון רחב מאוד של יישומים בחומרים רפואיים, מגנטיים להקלטה, חומרי מיגון אלקטרומגנטיים, חומרי אלקטרודה סוללת ליתיום וחומרים קטליטיים.
ננו-חומרי פחמן חד-ממדיים פירושם שאלקטרונים נעים בחופשיות בכיוון אחד שאינו ננומטרי בלבד והתנועה היא לינארית. נציגים אופייניים לחומרי פחמן חד-ממדיים הם צינורות פחמן, ננו-סיבי פחמן וכדומה. ההבדל בין השניים יכול להתבסס על קוטר החומר להבחנה, יכול להתבסס גם על מידת הגרפיטציה של החומר שיש להגדיר. על פי קוטר החומר פירושו כי: הקוטר D מתחת ל 50 ננומטר, בדרך כלל מכונה המבנה החלול הפנימי צינורות פחמן, והקוטר בטווח של 50-200 ננומטר, בעיקר על ידי גיליון הגרפיט הרב שכבתי מכורבל, עם אין מבנים חלולים ברורים מכונים לעתים קרובות ננו-סיבי פחמן.

על פי מידת הגרפיטיזציה של החומר, ההגדרה מתייחסת לגרפיטיזציה טובה יותר, הכיוון של גיליון הגרפיט המכוון במקביל לציר הצינור נקרא צינורות פחמן, בעוד שמידת הגרפיטציה נמוכה או ללא מבנה גרפיטציה, ההסדר הוא מגיליונות הגרפיט אינו מאורגן, החומר עם מבנה חלול באמצע ואפילו צינורות הפחמן הרב-קירות מחולקים כולם לננו-סיבי פחמן. כמובן שההבחנה בין צינורות פחמן לננו-סיבי פחמן אינה ברורה במסמכים שונים.

לדעתנו, ללא קשר למידת הגרפיטיזציה של חומרי ננו-פחמן, אנו מבחינים בין צינורות פחמן לננו-סיבי פחמן על בסיס נוכחות או היעדר מבנה חלול. כלומר, ננו-חומרי פחמן חד-ממדיים המגדירים מבנה חלול הם צינורות פחמן שאין להם מבנה חלול או שהמבנה החלול אינו מובן מאליו ננו-חומרי פחמן חד-ממדיים ננו-סיבי פחמן.
ננו-חומרי פחמן דו-ממדיים: גרפן מייצג ננו-חומרי פחמן דו-ממדיים. חומרים פונקציונליים דו מימדיים המיוצגים על ידי גרפן היו חמים מאוד בשנים האחרונות. חומר כוכבים זה מראה תכונות ייחודיות מדהימות במכניקה, חשמל, חום ומגנטיות. מבחינה מבנית גרפן היא היחידה הבסיסית המרכיבה חומרים פחמניים אחרים: היא מתפתלת עד מלאים מלאים אפסיים, מתכרבלת ל צינורות פחמן חד-ממדיים, ומערמת לגרפיט תלת ממדי.
לסיכום, חומרי ננו-פחמן היו תמיד נושא חם במדעי הננו ובטכנולוגיה ועשו התקדמות מחקרית חשובה. בשל המבנה הייחודי שלהם ותכונותיהם הפיזיקליות והכימיות המצוינות, ננו-חומרי פחמן נמצאים בשימוש נרחב בחומרי סוללת ליתיום-יון, חומרים אופטואלקטריים, נשאי זרז, חיישנים כימיים וביולוגיים, חומרי אחסון מימן וחומרי-דלקים עליים והיבטים אחרים של דאגה.

סין הונגווו מיקרו-ננו טכנולוגיה ושות 'בע"מ - קודמת התיעוש של חומרי ננו-פחמן, היא היצרנית המקומית הראשונה של צינורות פחמן וחומרים אחרים-פחמן ננו לייצור תעשייתי ויישום באיכות המובילה בעולם, ייצור ננו- חומרי פחמן מיוצאים לכל רחבי העולם, התגובה טובה. בהתבסס על אסטרטגיית הפיתוח הלאומית והניהול המודולרי, הונגווו ננו דבוק במכוון שוק, מונע טכנולוגיה, בכדי לעמוד בדרישות הסבירות של הלקוחות כמשימתה, ולעשות מאמצים בלתי פוסקים בכדי לשפר את חוזק תעשיית הייצור של סין.

 


זמן הודעה: 13-2020 ביולי