Teknologjia e Matrialeve të Avancuara

1. Teknologjia e Matrialeve të Avancuara
Arianit Krasniqi

2. Përmbajtja:
• Zbulimi
• Struktura
• Vetitë
• Përfitimi nanotubavetë Karbonit
• Përdorimi
• Përfundim

3.  Nanotubat e karbonit (CNT) janë
zbuluar në vitin 1991 nga
mikroskopisit elektronik japonez
Sumio Iijima i cili ka qenë duke
studiuar depozitimin e materialit në
katode gjatë sintezës me “avullim
harku elektrik” (arc-evaporation) të
fullereneve.
 Ai gjeti që pjesa qëndrore e
depozitimit katodik përmban
struktura të ndryshme grafitike të
mbyllura siç janë nanogrimcat dhe
nanotubat e një lloji që nuk janë
observuar më herët.

4.  Nanotubat e karbonit (CNT) janë të formuar
nga një strukturë nanoskopike e përbërë nga
atome të karbonit në forme të një cilindri të
zbrazet.
 Jane të formuar nga mbështjellja e rrafsheve
(fletave) të grafitit në një cilindër.
4

5.  Këta cilindra zakonisht janë të mbyllur në
fund me struktura gjysmë fullerene.
Lidhjet
kovalente
Atomi i
karbonit
Heksagoni
Pentagoni

6.  Ekzistojnë tri lloje të nanotubave të karbonit:
◦ Armchair
◦ zig-zag
◦ Helik (Chilar)
 Këto lloje të nanotubave
përfitohen varësisht se si është
këputur rrafshi i grafitit para
mbështjelljes në cilindër.

7. Vektori i mbështjelljes:
21 amanCh


SHIRTI I FLETËS SË GRAFITIT I MBËSHTJELLUR NË TUB

8. Nga ky
shembull mund
të nxjerrim
tipet e
nanotubave
sipas
mbështjelljes
së fletave të
grafitit të
orientuar sipas
tipit:
- zigzag
(11,0),
- tipit chair
(11,7) dhe
- tipit armchair
(11,11).

9.  Këtu janë paraqitur nanotubat armchair
(3,3) lart, nanotubat zigzag (9,0) në mes,
dhe nanotubat chair (10,5) poshtë.
 Diametri i nanotubave varet nga vlerat e n
dhe m.

10.  Gjithashtu ndahen në:
◦ Tuba të karbonin me një muri (Single - Walled
Carbon Nano Tubes) – SWCNT
◦ Tubat e karbonit me shumë mure (Multi - Walled
Carbon Nano Tubes) - MWCNT

11. Dimensionet
 Brenda një lloj të nanotubave mund të
gjinden diametra të ndryshëm varësisht sa
është e madhe sipërfaqja e grafinës që është
mbështjell në cilindër.
 Këto tuba mund të jenë ekstremist të gjatë -
qindra nanometra apo më shumë.
 Mund të gjatësi edhe në milimetra.

12. Diametri:
Më pak se 1
nm
Gjatsia:
Zakonisht
disa μm
Fraksion i lartë:
1000
diametri
gjatësia
deri edhe në
132,000,000:1

13. Vetitë
• Nanotubat e karbonit , tregojnë
qëndrueshmëri të jashtëzakonshme dhe veti
elektrike unike, si dhe janë përçues eficient të
nxehtësisë.
• Përdorimi i tyre final, megjithatë, është i
kufizuar për shkak të toksicitetit potencial.

14. Qëndrueshmëria
 Nanotubat e karbonit kanë qëndrueshmëri në
tërheqje më të lartë se cilido materiali i
njohur deri më tani.
 Ata gjithashtu kanë modulin e elasticitetit më
të lartin.

15. Materiali
Moduli i
Young-ut (TPa)
Qëndrueshmëri
a në tërheqje
(GPa)
Zgjatimi ne
këputje (%)
SWNT ~1 (nga 1 në 5) 13-53E 16
Armchair SWNT 0.94T 126.2T 23.1
Zigzag SWNT 0.94T 94.5T 15.6-17.5
Chiral SWNT 0.92
MWNT 0.8-0.9E 150
Çeliku jo
korodues
~0.2 ~0.65-1 15-50
Kevlari ~0.15 ~3.5 ~2
KevlarT 0.25 29.6

16. Vetite mekanike
 Nanotubat janë mjaft fleksibil
Nanoscience
Reasearch
Group
University of
North
Carolina
(SHBA)

17. Vetitë Elektrike
 Nëse struktura e nanotubit është
armchair vetit e tij elektrike janë
metalike.
 Nëse struktura e nanotubit është
chair, vetit e tij elektrike mund të
jenë semikontuktive me një
shkëputje energjie “band gap” shumë
të vogël, apo nanotubi është një
semikontuktor mesatar.
 Në teori nanotubat metalik mund të
bartin një rrymë elektrike me densitet
4×109 A/cm2 që është më shumë se
1,000 herë se metalet siç është
bakri.

18. Vetitë termike
• Të gjithë nanotubat parashihen të jenë konduktor
(përçues) shumë të mirë termik përgjatë tubit,
por izolator të mirë përgjatë seksionit tërthorë
të aksit të tubit.
• Parashihet që nanotubat e karbonit do të jenë në
gjendje të transmetojnë deri në 6000 vat për
metër për kelvin (W/mK) në temperaturë dhome;
duke krahasuar ketë me bakrin, një metal i
njohur për konduktivitetin e tij të mirë termik i
cili transmeton 385 W/mK.
• Stabiliteti në temperaturë i tubave të karbonit
është parapa që të jetë 2800oC dhe rreth 750oC
ne ajër.

19. Disa Vetit
Konduktanca elektrike varet nga heliciteti
21 amanCh


• Kapaciteti
Nanotuba e karbonit 1 GAmps / cm2
Teli i bakrit 1 MAmps / cm2
• Transmetimi i nxehtesise
Krahasuar me diamanti ne paster (3320 W / m.K)
• Stabiliteti ne temperature
Nanotubat e karbonit 750 oC (in air)
Telat metalik ne mikroçipa 600 – 1000 oC
i
mn


3
2nese , atehere metallik
perndryshe
semikonductor

20. • Defektet mund të paraqiten në formë të
zbraztësirave atomike. Niveli i lartë i defekteve të
tilla mund ta ulë qëndrueshmërinë në tërheqje deri
në 85%.
• Për shkak të strukturës shumë të vogël të CNT,
qëndrueshmëria në tërheqje e tubit është e varur nga
segmenti i tij më i dobët në mënyre të ngjashme me
zinxhirin ku qëndrueshmëria e lidhëses me të dobët
bëhet qëndrueshmëria e zinxhirit.
Defektet

21. Transporti Një - Dimensional
 Bazuar në dimensionet e tyre
nanometrike, transporti i
elektroneve në nanotuba të
karbonit do të kryhet përmes
efekteve kuantike dhe do të
përhapet vetëm përgjatë
akseve të tubit.
 Për shkak të vetive speciale
transportuese, nanotubat e
karbonit shpesh referohen si
“një dimensional”

22. Përfitimi i nanotubave të
karbonit
 Ekzistojnë katër metoda më të njohura për
përfitimin e nanotubave të karbonit:
◦ Me shkarkim me hark elektrik (arc discharge)
◦ Me amputim (ablation) laserik
◦ Me depozitim me avullim kimik (chemical vapor)
◦ Përpunim me sfera (ball milling)

23. Përfitimi me shkarkim me hark
elektrik
 Metoda me shkarkim të harkut të karbonit,
fillimisht e përdorur për të prodhuar fullerenin
C60, është mënyra më e zakonshme dhe
ndoshta më e lehta për të prodhuar nanotuba
të karbonit.
 Por është një teknike që prodhon një përzije
komplekse të komponenteve që kërkojnë
pastrim të mëtutjeshëm për të ndarë CNT nga
zgjyra dhe mbetjet katalitike të metaleve të
pranishme në produkte të pa pastruara.

24. Përfitimi me shkarkim me hark
elektrik
 Kjo metodë krijon CNT
përgjatë avullimit me
hark të dy shufrave të
karbonit (katoda dhe
anoda) duke vendosur
pjesët e fundme në
distancë afërsisht 1mm
nga njëra – tjetra, dhe
hapësira përreth e
mbushur me gaz inert
në presion të ulët.
Katod
a
Anoda
Depozitimi
Gasi inert

25.  Nje rrymë e drejtëpërdrejtë 50
deri 100A, me nje ndryshim ne
potencial afersisht 20V, krijon
nje shkarkim ne temperature te
larte ne mes te dy elektrodave.
 Ky shkarkim e avullon
siperfaqen e njeres nga
elektrodat e karbonit dhe
formon nje depozitim te vogel
ne forme shufre ne elektroden
tjeter.
Depoziti
Katoda
Anoda
C-zgjyra

26.  Prodhimi i CNT në sasi të mëdha varet nga
uniformiteti i harkut të plazmës, dhe
temperatura e formimit të depozitit në
elektrodën e karbonit.
 Hulumtimet e kohëve të fundit kanë treguar që
gjithashtu është e mundur për të krijuar CNT me
metodën me hark elektrik në nitrogjen të lëngët.
 Produktiviteti me metodën me hark elektrik arrin
deri në 30% sipas peshës dhe prodhohen
nanotuba me një dhe shumë mure me gjatësi
deri në 50 mikrometra, me pak defekte
strukturale.

27.  Përparësitë
 Procedurë e thjeshtë
 Produkte të
kualitetit të lartë
 E lirë
 Të metat
 Kërkon pastrim të
mëtutjeshëm
 Tubat tentojnë të jenë
të shkurtër me
madhësi të
çfarëdoshme

28. Amputimi laserik
 Gjatë amputimit laserik (laser ablation) një
laser pulsues e avullon një objekt grafiti në
një reaktor në temperaturë të lartë
përderisa një gas inert rrjedh në dhomën ku
kryhet ky proces.
 Nanotubat krijohen në sipërfaqet e ftohësit
të reaktorit gjatë kondezimit të karbonit të
avulluar.
 Një sipërfaqe e ftohur me ujë mund të futet
në sistem për ti mbledhur nanotubat.

29. Paraqitja skematike e
metodës së amputimit
laserik për përfitimin e
nanotubave të karbonit

30.  Ky proces është zhvilluar me 1995 nga Dr. Richard
Smalley dhe bashkëpunëtorët e tij në Rice
University, të cilët në kohën kur u zbuluan
nanotubat e karbonit ishin duke bombarduar
metalet me laser për të prodhuar molekula të
ndryshme të metaleve.
 Kur ata dëgjuan për ekzistencën e nanotubave ata
e zëvendësuan metalin me grafit për të krijuar
nanotuba të karbonit me shumë mure.
 Më vonë përdoren kompozite të grafitit dhe grimca
të katalistëve metalik (prodhimi më i mirë ka qene
nga përzija e kobaltit dhe nikelit) për ti sintezuar
nantotubat e karbonit me një muri.

31.  Produktiviteti me ketë metodë arrin deri në
70% dhe prodhon nanotuba karboni me një
muri me diametër të kontrollueshëm
përmes kontrollimit të temperaturës me të
cilën veprohet.
 Është më e shtrenjtë se metoda me
shkarkim të harkut elektrik dhe depozitimit
me avull kimik.

32. KU DHE PSE PERDOREN CNT-t?
Teknologji
Mjedis
Mjeksi

33. CNT-t në Teknologji
 0.3 nm madhesi.
 6-10 herë më të shpejtë.
 CNT+Si, përmirson baterine.

34. CNT-t në mjedis
 Për të pastruar derdhjet e naftës.
 Për të pastruar ujin.
 Për detektimin e avujve kimik.

35. CNT-t në mjeksi
 Amputim, në sipërfaqen e materialit të implantit.
 Sensorë, nën lekure.
 Trajtim, kundra kancerit.

36.  Përparsitë
 Kontroll i mirë i diametrit
 Vetëm disa defekte
 Produkte të pastra
 Të metat
 E shtrenjtë për shkak
të laserit dhe pajisjeve
të fuqisë së lartë