koolstofnanobuizen

Koolstofnanobuizen zijn cilindrische koolstofatomen die zijn opgebouwd uit grafietstructuren en op nanoschaal voorkomen. Ze bestaan meestal uit één grafietlaag die is opgerold tot een buis (enkelwandige CNT’s, SWNT) of uit meerdere concentrische lagen (meervoudige-wand CNT’s, MWNT). De diameter ligt doorgaans tussen ongeveer 0,4 en enkele tientallen nanometer, terwijl lengtes variëren van micrometers tot millimeters. De structuur en de tangentie van de buis (chirality) bepalen de elektrische eigenschappen, die kunnen variëren tussen metaalachtig en semiconducterend gedrag.

Eigenschappen van koolstofnanobuizen zijn onder meer een hoge treksterkte en een hoge Young’s modulus, een laag massa-per-gewicht en uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid. SWNT’s kunnen zowel metallic als semiconducting zijn, afhankelijk van hun chirality en diameter. CNT’s vertonen ook chemische stabiliteit en kunnen worden gecombineerd met diverse materialen. De eigenschappen kunnen sterk variëren door onzuiverheden, defecten en bundeling.

Productie en verwerking vinden plaats via verschillende methoden, zoals arc discharge, laserablasie en chemical vapour deposition (CVD). Hierbij worden katalysatormaterialen zoals ijzer, nikkel of kobalt gebruikt. Na productie ondergaan CNT’s zuivering en functionalisatie om aggregatie te verminderen en compatibiliteit met andere materialen te verbeteren.

Toepassingen van koolstofnanobuizen bestrijken elektronica (bijvoorbeeld transistors en interconnects), versterkte materialen en composieten, sensoren en nanomechanische systemen. Ook in energieopslag en -omzetting wordt onderzoek gedaan, evenals in fundamentele studies naar nanomechanica en transportprocessen.

Historisch hebben koolstofnanobuizen de belangstelling gewekt na hun ontdekking door Sumio Iijima in 1991. Sindsdien is onderzoek gericht op controle over chirality, zuivering en schaalbare productie, terwijl nog steeds uitdagingen bestaan op het gebied van kosten, massale productie en deterministische elektronische eigenschappen.