Záleží na tom, jak se to ohne

Zvětšit obrázek

Kredit: Wikipedia

O tom, že jednostěnné uhlíkové nanotrubičky (dále jen SWCNT - Single Wall Carbon NanoTubes) jsou úžasným materiálem se ví už hodně dlouho. S tím, jak rostou naše dovednosti při jejich výrobě se rozšiřují i naše vědomosti o různých vlastnostech SWCNT. Zpočátku byly zkoumány především jejich mechanické vlastnosti, především pevnost v tahu, ale jejich elektrické vlastnosti jsou ještě zajímavější.

Zvětšit obrázek

Nanotrubičky lze rozdělit podle jejich průměru centrifugací ve zkumavce na hustotním gradientu. (Kredit: Wikipedia)

 Vše souvisí s uspořádáním základních stavebních šestiúhelníků uhlíků v SWCNT. Pro jednoduchost – představte si, že trubičku stočíte z plátku grafenu. Jako například na obrázku vpravo.

Podle toho, jak trubičku stočíte, může získat vést proud jako kov nebo jako polovodič. A právě vhodně stočená SWCNT může podle výzkumníků z Rice Univerzity vést elektrický proud skoro stejně dobře jako supravodič. To proto, že se stane „Armchair Quantum Wire“, kvantovým vodičem (dále AQW).
 Vše to souvisí s podivnou schopností elektronu za vhodných podmínek se chovat jako dvě kvazičástice, jedna nesoucí elektrický náboj (chargon) a druhá jeho spin (spinon). Podle Cenke Xu a Subira Sachdeva z Harvardské Univerzity se možná jedna dokonce o tři kvazičástice, více zde.

Záleží na tom, jak se to zasadí a pěstuje

Zvětšit obrázek

Nanotrubky jsou v současné době nejpevnějším materiálem Průměr CNT je od 1 nm do 50 nm. Elektrické vlastnosti se liší podle uspořádání atomů C v trubce (podle molekulární struktury je ovlivněna orientace vazeb). V závislosti na volbě vazeb mezi uhlíky Z (zigzag) nebo Armchair konfigurace. „Z“ se chová jako kov, „Armchair“ jako polovodič.

 Hlavním problémem AQW je výroba dostatečně dlouhých a přesně strukturovaných SWCNT. Dosavadní postupy „pěstují“ SWCNT z jader katalyzátorů. Při tomto postupu vznikají vedle sebe všechny možné typy SWCNT a je potřeba nějak odlišit ty správné, které potřebujeme pro konstrukci AQW. Ideální postup je vybrat vhodné SWCNT a ty znovu nasadit na katalyzátor a pěstovat je dále do větší délky. Jenomže nově nasazené trubičky mají tendenci se rozpouštět.
Tým vědců z Rice Univerzity ve složení Alvin Orbaek, Andrew Owens a Andrew R. Barron pod vedením profesora Charlese W. Duncan Jr. se již dlouho věnuje vylepšení procesu výroby SWCNT. Na univerzitě působí též Richard Smalley, držitel Nobelovy ceny a průkopník v oblasti nanotechnologií, který s týmem velice úzce spolupracuje. Vůbec je tato univerzita centrem výzkum AQW. Baron a Orbaek přišli na to, jak nastavit prostředí, aby v něm vznikly pouze metalické nanotrubičky vhodné pro AQW a  výrazně prodloužili jejich  růst. Výroba kabelu spleteného z AQW ale vyžaduje i schopnost slepovat trubičky dohromady, protože je prozatím nereálné vyrobit SWCNT potřebné délky. Tato technologie  je zatím v plenkách, ale Řím také nepostavili za jeden den. Otázkou je, jestli to stihnou dříve, než Anděla Merkelová vypne v Německu poslední atomku.  Asi ne.

Zdroje: RICE, Physorg , Wikipedia