Nanoputki

Nanoputki on putki, jonka ulko-, sisähalkaisija tai seinämän paksuus on maksimissaan muutama sata nanometriä. Nanoputken pituus voi valmistustavasta riippuen vaihdella muutamasta mikrometristä jopa useisiin metreihin.

Hiilinanoputken kolmiulotteinen rakenne.

Hiilinanoputki elektronimikroskoppilla suurennettuna.

Valmistusmenetelmät

• kaasufaasista
  • PVD (Physical Vapor Deposition)
  • CVD (Chemical Vapor Deposition)
  • ALD/ALE (Atomic Layer Deposition/Epitaxy)
• liuoksesta kasvattamalla
  • ansitrooppinen kiteen kasvatus
  • templaattikasvatus
• sähköisillä menetelmillä
• mekaanisella työstöllä

Nanoputkimateriaalit

• Hiili
• Epäorgaaniset oksidit
• Epäorgaaniset sulfidit
• Orgaaniset yhdisteet

Hiilinanoputki

Hiilinanoputki on hiiliatomeista muodostunut molekyyli, jonka pituus voi olla jopa millimetrin suuruusluokkaa. Nanoputki on kuin venytetty fullereeni. Hiilinanoputket johtavat sähköä, ja niistä voidaan rakentaa myös mekaanisia nanokoneita. Nanoputket tai -renkaat saadaan pyörimään niihin suunnatun laserin avulla ja soveltuvat siksi niin kutsuttuihin nanorobotteihin. Sisäkkäiset nanoputket pyörivät ilman sanottavaa kitkaa. Niitä voidaan mahdollisesti myös käyttää vedyn varastoimiseksi ympäristöystävällisissä vetyakuissa. Myös tietotekniikassa on löydetty käyttötarkoitus. Nanoputket soveltuvat hyvin valon johtamiseen optisissa prosessoreissa.

Hiilinanoputken keksi vuonna 1991 japanilaisprofessori Sumio Iijima.

Eläinkokeissa hiilinanoputkien on todettu vaikuttavan asbestikuitujen tapaan keuhkoihin, mikäli ne joutuvat sinne hengitysilman mukana. Kuluttajille ongelmia ei juurikaan ole odotettavissa, mutta runsaasti hiilinanoputkia käsittelevien tulisi suojautua.

Hiilinanoputkia voidaan valmistaa usealla eri menetelmällä. "Kaaripurkaus"-menetelmässä käytetään hiilielektrodeja, joiden läpi johdetaan 50–100 A tasavirtaa n. 20–30 V jännitteellä. Mikäli halutaan yksiseinäisiä nanoputkia on anodiin seostettava katalyytiksi sopivia metalleja kuten Fe, Co, Ni, Y, Mo, Gd. Prosessi suoritetaan inertissä matalapaineisessa kaasukehässä, jossa on 50–700 mbar paineessa argonin ja heliumin seosta. Hiilitankojen päät ovat millimetrin päässä toisistaan.

Kun järjestelmään kytketään sähkövirta syntyvä purkaus höyrystää toista hiilitangoista (anodi), jonka hiiliatomit lopulta muodostavat katodille ja reaktorin seinämiin tuotetta. Saanto riippuu plasmakaaren tasaisuudesta ja muodostuvan kappaleen lämpötilasta. Saatavien nanoputkien ominaisuuksia voidaan muuttaa monilla eri tavoilla modifioimalla prosessiparametrejä. Moniseinäisiä nanoputkia saadaan käyttämällä grafiitista valmistettuja seostamattomia elektrodeja. "Kaaripurkaus"-menetelmä synnyttää paljon erilaisia sivutuotteita kuten fullereeneja, amorfista hiiltä ja grafiitin nanohiukkasia, joiden seasta nanoputket on saatava talteen. Menetelmästä on olemassa monia eri variaatioita, joilla pyritään optimoimaan prosessia.

Katso myös

• Nanoteknologia
• Nanotiede
• Nanoepoksi
• Nanonuppu
• Grafeeni
• Fullereeni

Lähteet

• DiVentra, Massimiliano: Introduction to nanoscale science and technology. Kluwer Academic Publishers, 2004. Teoksen verkkoversio. (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
• Ikonen, Päivi: Sahajauhosta syntyy nanoputkia. Kemia, 2014, 41. vsk, nro 8, s. 58.
• Lu, Wen, Baek, Jong-Beom & Dai, Liming: Carbon nanomaterials for advanced energy systems : advances in materials synthesis and device applications. Wiley, 2015. ISBN 978-1-118-58078-3. (englanniksi)

Aiheesta muualla

• Video: nanoputkien käsittelyä "nanokädellä"