Uhlíková nanotrubice

Uhlíkové nanotrubice (anglicky carbon nanotubes, zkratka CNTs) jsou podlouhlé útvary, jejichž stěny jsou tvořeny atomy uhlíku (podobné kulovitým fullerenům) o průměru 1 až 100 nanometrů a o délce do 100 µm. Mohou být jedno- či vícestěnné a vyznačují se vysokou pevností a výbornou elektrickou vodivostí. Výroba uhlíkových nanotrubic je významným výsledkem výzkumu v oblasti nanotechnologií.

Historie nanotrubic

Začátek vývoje nanotrubic není známý. Uhlík jako chemický prvek byl definován v 18. století, uhlíková vlákna (obsahující pravděpodobně tehdy neznámé nanotrubice) byla navrhována koncem 80. let 19. století k použití do Edisonovy lampy.^[1] O stavu dalšího vývoje byla poprvé informována širší veřejnost v roce 1952, když sovětští vědci Raduškjevič a Lukjanovič publikovali mikroskopické snímky "svých" dutých uhlíkových nanovláken (Ø 50 nm). 1991 definoval Japonec Iijima syntézu a mimořádné vlastnosti trubic a dal tím podnět k intenzivnímu výzkumu technologie jejich výroby. První gram komerčně vyrobené jednostěnné trubice z roku 1993 stál 2000 USD.^[2]

Ve 2. dekádě 21. století se platilo za jednostěnné trubice s čirostí nad 90 % cca 1000 USD/g.^[3] V roce 2022 se udával celosvětový výnos z prodeje uhlíkových nanotrubic částkou 2 miliardy USD, z toho 22 % za jednostěnné a 78 % za vícestěnné trubice.^[4] Výrobní kapacita se odhadovala na 500 ročních tun v Číně a v Japonsku, největší evropský výrobce firma OCSiAl (se sídlem v Lucembursku) plánovala 50 ročních tun.^[5]

Vlastnosti a použití

Druhy nanotrubic

• Jednostěnné uhlíkové nanotrubky (SWCNT)
• Dvoustěnné uhlíkové nanotrubky (DWCNT)
• Vícestěnné uhlíkové nanotrubky (MWCNT)
• Nekarbonové nanotrubky

Vlastnosti

Když jsou vloženy do matrice materiálu, dobře rozptýlené nanotrubičky vytvářejí 3D zesílenou a vodivou síť, přičemž výrazně sníží dopad na originální barvu a další klíčové vlastnosti materiálu. Díky svým malým rozměrům, nanotrubice mají velmi velký specifický povrch (Plocha povrchu pevné látky, vztažená na jednotku hmotnosti (obvykle m² g⁻¹).

^[6]

Způsoby výroby

^[6]

Hlavní sektory použití

Elektronika a polovodiče, akumulátory, kompozity pro mechanické konstrukce, astronautika a vojenství, chemické přípravky, zdravotnictví a lékárenství.^[4]

Pokusy s použitím nanotrubic k výrobě textilních vláken

S cílem zvýšení pevnosti textilních vláken byly prováděny pokusy s kompozity z různých polymerů s příměsí uhlíkových nanotrubic. Výsledky pokusů s polyamidem, polypropylenem, UHMWPE a dalšími zůstaly však daleko za teoretickými předpoklady.

V roce 2013 bylo v Číně z uhlíkových nanotrubic získaných (pravděpodobně) pyrolýzou celulózy při teplotách 1500 až 2200 °C laboratorně vyrobeno textilní vlákno o délce 550 mm s tažnou pevností 120 GPa. Filamenty z uhlíkových nanotrubic zpracovaných gelovým zvlákňováním byly pokusně vyrobeny s průměrem 46 nm. Maximální tažná pevnost dosáhla cca 270 MPa s modulem do 10 GPa.^[7]

V roce 2018 bylo použití nanotrubic pro textilie ve stádiu výzkumu. Výzkum se zaměřuje na úpravu textilií nanotrubicemi, která má přinést širokou škálu výrobků s různou elektrickou vodivostí a výrobu kompozitních materiálů pro technické i oděvní účely.^[8]

Zdravotní rizika

Američtí vědci prokázali mnohé toxické a rakovinotvorné zplodiny z výroby uhlíkových nanotrubic, například 15 aromatických uhlovodíků jako benzo(a)pyren nebo benzen, ale i další látky jako 1,3-butadien.^[9]

V květnu 2008 zveřejnil britsko-americký výzkumný tým studii, podle které uhlíkové nanotrubice v dutině břišní pokusných zvířat způsobují podobné patologické změny jako např. vlákna azbestu. Švédský výzkum zase ukázal, že u myší způsobuje vdechování jednostěnných uhlíkových nanotrubic plicní zánět a fibrózu. Zjištěny byly i genotoxické účinky uhlíkových nanotrubic.^[9] Některé jiné studie však strach z použití uhlíkových trubic zmírňují.^[10] Podle IARC nebyla provedena žádná epidemiologická studie na CNT. Pokud jde o karcinogenitu u experimentálních zvířat, byly informace pro MWCNT-7 dostatečné, ale pro dva typy MWCNT s rozměry podobnými MWCNT-7 byly informace nedostatečné. Rovněž byly nedostatečné informace i pro SWCNT. MWCNT-7 byla klasifikována jako možná karcinogenní látka pro člověka (skupina 2B). SWCNT a MWCNT, s výjimkou MWCNT-7, byly kategorizovány jako neklasifikovatelné, pokud jde o jejich karcinogenitu pro lidskou populaci(skupina 3) .^[11]

Ekologická rizika

Uhlíkové nanotrubice jsou v životním prostředí biologicky dostupné pro živé organismy, mají schopnost dlouhodobě přetrvávat v prostředí a hromadit se v potravních řetězcích.^[12]

Odkazy

Reference

Literatura

• Miroslav Šuta: Uhlíkové nanotrubice a jejich rizika, EKO - ekologie a společnost, 5–6/2009

Související články

• Vantablack

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu uhlíková nanotrubice na Wikimedia Commons
• Galerie uhlíková nanotrubice na Wikimedia Commons
• (anglicky) Nanohedron.com image gallery with carbon nanotubes
• (anglicky) New Scientist Special Report: a collection of nanotechnology articles, most on nanotubes
• (anglicky) Applications and Markets of Carbon Nanotubes: from issue 6 of Nano Magazine which focused solely on Carbon Nanotubes
• (anglicky) Risk management of carbon nanotubes, Health and Safety Executive.

Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace. Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.