Tabung nano karbon

Rotasi tabung nano karbon berdinding tunggal berliku-liku

Tabung nano karbon adalah komposisi senyawa karbon yang berbentuk tabung berukuran nano. Dibentuk dengan rasio perbandingan panjang:lebar 132.000.000:1,^[1] lebih besar dibanding material lainnya. Molekul silinder karbon ini memiliki sifat yang tidak biasa dan sangat bermanfaat di bidang nanoteknologi,elektronik, optik, dan berbagai bidang ilmu dan teknologi material. Karena mereka memiliki konduktivitas termal maupun sifat mekanis dan listrik yang dimiliki, tabung nano karbon dapat diaplikasikan untuk berbagai macam bahan struktur.

Tabung nano termasuk salah satu anggota struktural fulerena. Nama tabung nano berasal dari bentuknya yang panjang dan berlubang dengan dinding yang dibentuk oleh lembaran satu atom tebal karbon, disebut grafena. Lembaran karbon ini digulung pada diskret dan sudut tertentu. Tabung nano dikategorikan sebagai tabung nano berdinding tunggal atau SWNTs dan tabung nano berdinding banyak (MWNTs). Suatu tabung nano secara alami akan menyesuaikan diri membentuk ikatan yang dipertahankan oleh gaya van der Waals. Lebih spesifiknya berupa susunan-pi.

Dalam kimia kuantum terapan, secara spesifik, hibridisasi orbital paling baik mendeskripsikan ikatan kimia di dalam tabung nano. Ikatan kimia dari tabung nano terbentuk dari ikatan sp² mirip dengan grafit. Ikatan ini lebih kuat dibanding ikatan sp³ yang ditemukan di alkana dan berlian. Membuat tabung nano memiliki sifat kekuat yang unik.

Tipe tabung nano karbon dan strukturnya

Pengantar

Tidak ada konsensus tentang beberapa istilah yang menjelaskan karbon nanotube ialah literatur ilmiah: baik itu dinding "-wall" dan berdinding "-walled" selalu digunakan dengan kombinasi single, double, atau multi. Dan huruf C sering dihilangkan dalam singkatan, contohnya: multi-walled carbon nanotube (MWNT).

Berdinding tunggal

• 
  Armchair (n,n) i.e.: m=n
• 
  Vektor Translasi dibengkokkan, sedangkan Vektor Kiral tetap lurus
• 
  Graphene nanoribbon
• 
  Vektor Kiral dibengkokan, sedangkan Vektor Translasi tetap lurus
• 
  Zigzag (n,0)
• 
  Kiral (n,m)
• 
  n and m dapat dihitung di akhir tabung
• 
  Graphene nanoribbon

Skema penamaan nanotube (n,m) dapat dianggap sebagai vektor (C_h) dalam lembar graphene yang tak terbatas yang menjelaskan cara menggulung lembar graphene untuk membuat nanotube. T dinotasikan sebagai axis, a₁ dan a₂ ialah unit vektor graphene dalam ruang nyata.

sebuah citra mikroskop scanning tunneling karbon nanotube berdinding tunggal

Sebuah citra mikroskop transmisi elektron karbon nanotube berdinding tunggal

Kebanyakan nanotube berdinding tunggal (SWNT) mempunyai diameter mencapai 1 nanometer dengan lebar tabung dapat mencapai jutaan kalinya. Struktur dari SWNT dapat dikonsepkan dengan membengkokan grafit selebar satu atom yang disebut graphene hingga membentuk silinder. Cara lembaran graphene menggulung dapat dipresentasikan oleh sepasang indeks (n,m). Integral dari n dan m menunjukan jumlah vektor satuan sepanjang dua arah dalam sturuktur kisi sarang lebah kristal graphene. Jika m = 0, nanotube disebut sebagai nanotube Zig-zag, dan jika n = m, disebut sebagai nanotube armchair. Sebaliknya disebut kiral. Diameter nanotube yang ideal dapat dihitung dari indeks (n,m) sebagai berikut

${\displaystyle d={\frac {a}{\pi }}{\sqrt {(n^{2}+nm+m^{2})}}=78.3{\sqrt {((n+m)^{2}-nm)}}{\rm {pm,}}}$

dimana a = 0.246 nm.

SWNT sangat penting dari berbagai nanotube karena sebagian besar sifat mereka berubah secara signifikan dengan nilai (n, m) dan ketergantungan ini bersifat non-monoton. Khususnya, Rentang Energi nanotube dapat bervariasi dari nol sampai sekitar 2 eV dan konduktivitas listrik mereka dapat menunjukkan perilaku logam atau semikonduktor. Nanotube berdinding tunggal ini kemungkinan untuk meminiatur elektronik.satu kegunaan penting dari SWNT ialah pengembangan pertama antarmolekul pertama efek medan transistor (FET). Gerbang logika antar molekul menggunakan SWNT FETs yang dibuat tahun 2001.^[2]

Berdinding ganda

Nanotube berdinding ganda (MWNT) terdiri dari beberapa lapis (tabung konsentris) graphene. Terdapat 2 jenis model yang dapat mendeskripsikan struktur dari nanotube berdinding banyak. Dalam model berputar Ru nanotube berdinding banyak model Doll. Lebar grafit diatur dalam silinder konsentris. Dalam model Parchment, satu lembar grafit yang tergulung disekitar itu sendiri menyerupai gulungan perkamen atau gulungan koran. Jarak lapisan terdalam di dalam nanotube berdinding banyak berjarak dekat di antara lapisan graphene di dalam grafit,sekitar 3.4 Å.

Torus

Secara teori, nanotorus ialah karbon nanotube yang menggulung membentuk bentuk donat. Nanotori diperkirakan memiliki berbagai macam sifat unik, seperti memiliki momen magnetik 1000 kali lebih besar dibanding perkiraan sebelumnya untuk radius tertentu.^[3] Seperti sifat momen magnetik, kesetimbangan thermal,dll.^[3][4]

Nanobud

Karbon Nanobud ialah material terbaru yang dibentuk oleh Karbon Nanotube dan fulerena. Material hibrida ini memiliki sifat yang berguna baik bagi fullerene maupun nanotube. Terutama, nanobud telah dibuat untuk menjadi medan emitter yang efisien.

Peapod

Karbon peapod ^[5][6] adalah bahan karbon hybrid baru yang merangkap fullerene dalam nanotube karbon. Hal ini dapat memiliki sifat magnet yang menarik dengan pemanasan dan penyinaran. Hal ini juga dapat diterapkan sebagai osilator selama investigasi teoretis dan prediksi.^[7][8]

Karbon Nanotube Ekstrem

Cycloparafenilin

Pengamatan nanotube karbon terpanjang tumbuh sejauh ini lebih dari 1/2 m (Panjang: 550 mm) disampaikan pada 2013.^[9] nanotube ini ditumbuhkan pada substrat Si menggunakan metode deposisi uap kimia yang ditingkatkan (CVD) dan mewakili susunan elektrik yang seragam pada nanotube karbon berdinding tunggal.^[1]

Tabung karbon nano terpendek adalah senyawa organik cycloparafenilin yang disintesis pada tahun 2009.^[10][11]

Karbon nanotube tertipis ialah armchair (2,2) CNT dengan diametrnya 3 Å. Nanotube ini ditumbuhkan di dalam nanotube karbon berdinding multi. Merupan jenis karbon nanotube yang dilakukan dengan kombinasi mikroskop elektron transmisi beresolusi tinggi (HRTEM), spektroskopi raman, kalkulasi teori kerapatan fungsional (DFT).^[12]

Tertipis berdiri bebas karbon nanotube berdinding tunggal adalah sekitar 4,3 Å diameter. Para peneliti mengemukakan bahwa karbon nanotube itu dapat berupa (5,1) atau (4,2) SWCNT, tapi jenis dari karbon nanotube tetap dipertanyakan.^[13] (3,3), (4,3) dan (5,1) nanotube karbon (semua diameter 4 Å ) yang dengan jelas diidentifikasi menggunakan penyimpangan-dikoreksi resolusi tinggi mikroskop elektron transmisi dalam CNT berdinding ganda.^[14]

Kepadatan tertinggi CNT dicapai pada tahun 2013, tumbuh pada permukaan tembaga berlapis titanium konduktif yang dilapisi dengan co-katalis kobalt dan molibdenum pada lebih rendah dari suhu 450 °C. Ketinggian tabung rata-rata 0,38 m dan kepadatan massa 1,6 g cm-3. Materi yang menunjukkan konduktivitas ohmik (resistensi terendah ~ 22 kΩ)^[15][16]

Lihat juga

• Boron nitrida nanotube
• Karbon nanofiber
• Karbon nanopartikel
• Kimia karbon nanotube
• Tabung karbon kolossal
• Karbon filamentous
• Buckypaper
• Semikonduktor organik
• Silikon nanotube
• Nanoflower
• Ninithi (Pemodelan Software nanotube)

Referensi

1. Wang, X.; Li, Qunqing; Xie, Jing; Jin, Zhong; Wang, Jinyong; Li, Yan; Jiang, Kaili; Fan, Shoushan (2009). "Fabrication of Ultralong and Electrically Uniform Single-Walled Carbon Nanotubes on Clean Substrates". Nano Letters. 9 (9): 3137–3141. Bibcode:2009NanoL...9.3137W. doi:10.1021/nl901260b. PMID 19650638. 
2. Martel, R.; Derycke, V.; Lavoie, C.; Appenzeller, J.; Chan, K.; Tersoff, J.; Avouris, Ph. (2001). "Ambipolar Electrical Transport in Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes". Phys. Rev. Lett. 87 (25): 256805. Bibcode:2001PhRvL..87y6805M. doi:10.1103/PhysRevLett.87.256805. PMID 11736597. 
3. Liu, L.; Guo, G.; Jayanthi, C.; Wu, S. (2002). "Colossal Paramagnetic Moments in Metallic Carbon Nanotori". Phys. Rev. Lett. 88 (21): 217206. Bibcode:2002PhRvL..88u7206L. doi:10.1103/PhysRevLett.88.217206. PMID 12059501. 
4. Huhtala, M.; Kuronen, A.; Kaski, K. (2002). "Carbon nanotube structures: Molecular dynamics simulation at realistic limit" (PDF). Computer Physics Communications. 146: 30. Bibcode:2002CoPhC.146...30H. doi:10.1016/S0010-4655(02)00432-0. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2008-06-27. Diakses tanggal 2014-05-14. 
5. Smith, Brian W.; Monthioux, Marc; Luzzi, David E. (1998). "Encapsulated C-60 in carbon nanotubes". Nature. 396: 323–324. Bibcode:1998Natur.396R.323S. doi:10.1038/24521. 
6. Smith, B.W.; Luzzi, D.E. (2000). "Formation mechanism of fullerene peapods and coaxial tubes: a path to large scale synthesis". Chem. Phys. Lett. 321: 169–174. Bibcode:2000CPL...321..169S. doi:10.1016/S0009-2614(00)00307-9. 
7. Su, H.; Goddard, W.A.; Zhao, Y. (2006). "Dynamic friction force in a carbon peapod oscillator". Nanotechnology. 17 (22): 5691–5695. arXiv:cond-mat/0611671 . Bibcode:2006Nanot..17.5691S. doi:10.1088/0957-4484/17/22/026. 
8. Wang, M.; Li, C.M. (2010). "An oscillator in a carbon peapod controllable by an external electric field: A molecular dynamics study". Nanotechnology. 21 (3): 035704. Bibcode:2010Nanot..21c5704W. doi:10.1088/0957-4484/21/3/035704. 
9. DOI:10.1021/nn401995z
   Rujukan ini akan diselesaikan secara otomatis dalam beberapa menit. Anda dapat melewati antrian atau membuat secara manual
10. "A Better Way to Make Nanotubes". Lawrence Berkeley National Laboratory. January 5, 2009. 
11. Bertozzi, C. (2009). "Carbon Nanohoops: Shortest Segment of a Carbon Nanotube Synthesized" (PDF). Lawrence Berkeley National Laboratory. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2011-06-05. Diakses tanggal 2014-05-20. 
12. Zhao, X.; Liu, Y.; Inoue, S.; Suzuki, T.; Jones, R.; Ando, Y. (2004). "Smallest Carbon Nanotube is 3 Å in Diameter". Phys. Rev. Lett. 92 (12): 125502. Bibcode:2004PhRvL..92l5502Z. doi:10.1103/PhysRevLett.92.125502. PMID 15089683. 
13. Hayashi, Takuya; Kim, Yoong Ahm; Matoba, Toshiharu; Esaka, Masaya; Nishimura, Kunio; Tsukada, Takayuki; Endo, Morinobu; Dresselhaus, Mildred S. (2003). "Smallest Freestanding Single-Walled Carbon Nanotube". Nano Letters. 3 (7): 887–889. Bibcode:2003NanoL...3..887H. doi:10.1021/nl034080r. 
14. Guan, L.; Suenaga, K.; Iijima, S. (2008). "Smallest Carbon Nanotube Assigned with Atomic Resolution Accuracy". Nano Letters. 8 (2): 459–462. Bibcode:2008NanoL...8..459G. doi:10.1021/nl072396j. PMID 18186659. 
15. "Densest array of carbon nanotubes grown to date". KurzweilAI. 2013-09-27. 
16. DOI:10.1063/1.4818619
    Rujukan ini akan diselesaikan secara otomatis dalam beberapa menit. Anda dapat melewati antrian atau membuat secara manual

Pranala luar

• Nanohedron.com Diarsipkan 2007-10-29 di Wayback Machine. galeri foto karbon tabung nano
• [1] Diarsipkan 2013-11-11 di Wayback Machine.
• The stuff of dreams, CNET
• The Nanotube site Diarsipkan 2017-07-21 di Wayback Machine..
• EU Marie Curie Network CARBIO: Multifunctional carbon nanotubes for biomedical applications
• Carbon nanotube on arxiv.org
• C₆₀ and Carbon Nanotubes a short video explaining how nanotubes can be made from modified graphite sheets and the three different types of nanotubes that are formed
• Carbon Nanotubes & Buckyballs Diarsipkan 2016-03-03 di Wayback Machine..
• The Wondrous World of Carbon Nanotubes Diarsipkan 2014-06-10 di Wayback Machine.
• Learning module for Bandstructure of Carbon Nanotubes and Nanoribbons
• Durability of carbon nanotubes and their potential to cause inflammation Diarsipkan 2011-06-01 di Wayback Machine. by Dr Megan Osmond and others. (SafeWork Australia, May 2011). This was a collaboration between the Institute of Occupational Medicine, Edinburgh University and CSIRO in Australia.
• NT06 Seventh International Conference on the Science and Application of Nanotubes
• NT05 Sixth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
• Selection of free-download articles on carbon nanotubes^{[pranala nonaktif permanen]}
• First computer made of carbon nanotubes is unveiled (BBC News) 2013-09-25