Wetenschappers verbouwen bossen met koolstofnanobuizen veel langer dan enig ander bos

Tegenwoordig innoveren een groot aantal industrieën, waaronder optica, elektronica, waterzuivering en medicijnafgifte, op een ongekende schaal met nanometerbrede rollen van honingraatvormige grafietplaten die koolstofnanobuisjes (CNT’s) worden genoemd. Kenmerken zoals lichtgewicht, handige structuur, immense mechanische sterkte, superieure thermische en elektrische geleidbaarheid en stabiliteit plaatsen CNT’s een tandje hoger dan andere materiaalalternatieven. Om aan hun stijgende industriële vraag te voldoen, moet hun productie echter voortdurend worden opgeschaald, en daarin ligt de grootste uitdaging bij het gebruik van CNT’s.

Hoewel wetenschappers in staat zijn geweest om individuele CNT’s met een lengte van ongeveer 50 cm te laten groeien, raken ze bij het proberen van arrays of bossen een plafond van ongeveer 2 cm. Dit komt omdat de katalysator, die de sleutel is tot het optreden van CNT-groei, deactiveert en / of opraakt voordat CNT’s in een bos nog langer kunnen groeien, waardoor de monetaire en grondstofkosten van de CNT-productie stijgen en het industriële gebruik ervan dreigt te worden beperkt.

Nu is er een strategie voor het doorbreken van het plafond bedacht door een team van wetenschappers uit Japan. In hun studie gepubliceerd in Koolstofpresenteert het team een ​​nieuwe benadering van een conventionele techniek die CNT-bossen oplevert met een recordlengte van: ~ 14 cm – zeven keer groter dan het vorige maximum. Hisashi Sugime, universitair docent aan de Waseda University, die het team leidde, legt uit: “ Bij de conventionele techniek stoppen de CNT’s met groeien als gevolg van een geleidelijke structurele verandering in de katalysator, dus hebben we ons gericht op het ontwikkelen van een nieuwe techniek die deze structurele verandering onderdrukt. laat de CNT’s groeien voor een langere periode. “

Het team creëerde om te beginnen een katalysator op basis van hun bevindingen in een eerdere studie. Ze voegden een gadolinium (Gd) -laag toe aan het conventionele ijzer-aluminiumoxide (Fe / Al₂O_X) katalysator gecoat op een silicium (Si) substraat. Deze Gd-laag voorkwam tot op zekere hoogte de achteruitgang van de katalysator, waardoor het bos tot ongeveer 5 cm lang kon worden.

Om verslechtering van de katalysator verder te voorkomen, plaatste het team de katalysator in hun oorspronkelijke kamer, de zogenaamde cold-gas chemical vapor deposition (CVD) -kamer. Daar verwarmden ze het tot 750 ° C en voorzagen het van kleine concentraties (delen per miljoen) Fe- en Al-dampen op kamertemperatuur.

Hierdoor bleef de katalysator 26 uur lang sterk, in welke tijd een dicht CNT-bos kon groeien tot 14 cm. Diverse analyses om de gegroeide CNT’s te karakteriseren, toonden aan dat ze van hoge zuiverheid en concurrentiekracht waren.

Deze prestatie overwint niet alleen hindernissen voor de wijdverspreide industriële toepassing van CNT’s, maar opent deuren in nanowetenschappelijk onderzoek. “Deze eenvoudige maar nieuwe methode die de levensduur van de katalysator drastisch verlengt door het leveren van dampbronnen op ppm-niveau, is inzichtelijk voor katalysatortechniek op andere gebieden, zoals petrochemie en kristalgroei van nanomaterialen”, zegt Sugime. “De kennis hierin zou cruciaal kunnen zijn om nanomaterialen een alomtegenwoordige realiteit te maken.”