Polymerní nanomateriály 1 1 1

Zač je toho uhlík pokračování - grafit - diamant - fullereny, fullerity, fulleridy - uhlíkatá vlákna - nanotrubičky 2 2 2

Fulleren Pojmenováno podle Richarda Buckminstera Fullera, který se zabýval stavbou kulových staveb. C60 popsán v r. 1985, Nobelova cena za chemii v r. 1996 (H. Kroto, R.Curl, R.F.Smalley) http://arcadenw.org/events/the-love-song-of-r-buckminster-fuller molekula C60 3 3 3

fulleren - počet izomerů Fullereny a b c fulleren - počet izomerů C60 - 1 C70 - 1 C76 - 1 C78 - 5 C80 - 7 C82 - 9 C84 - 24 ... http://thenanoage.com/carbon.htm Izomery C80 G.A.Dolgonos, G.H.Peslherbe, Chem. Phys. Lett 398 (2004) 217-223 4 4 4

Fullereny způsoby přípravy Použití plazmatu či ohřevu v inertní atmosféře - obloukový výboj mezi C elektrodami - laserová ablace C terče - odporové zahřívání C tyče - oxidační spalování z prekurzorů Obloukový výboj Laserová ablace Odporové zahřívání http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1996/illpres/carbon.html Y-K.Choi, H-S. Im, K-W. Jung, Int. J. Mass Spec. 189 (1999) 115-123. http://www.icmm.csic.es/fis/english/evaporacion_resistencia.html http://www.youtube.com/watch?v=FASzxNJdhFM 5 5 5

Fullereny čištění - Rozpouštěcí metoda - fulleren do roztoku (toluen), saze nerozpustné, následná filtrace nebo dekantace - Sublimační metoda - ohřev v křemenné trubici (He atmosféra) - fullereny sublimují a kondenzují na studených částech, saze zůstávají v teplých místech - Chromatografie 6 6 6

Fullerity Fullereny tvořící krystalické struktury Fullerit z vrstev C60 - kubická Fullerit z vrstev C70 - čtverečná V.D. Blank, B.A. Kulnitskiy, O.M. Zhigalina, Carbon 38 (2000), 2051-2054. Teplota a tlak - snižování mřížových parametrů, vznik jiných struktur (romboedrická u C60). 7 7 7

Fulleridy Fullereny či fullerity dopované cizími atomy či organickými molekulami - endoedrické - substituční - exoedrické http://eng.thesaurus.rusnano.com/wiki/article9866 http://www.univie.ac.at/spectroscopy/fks/forschung/ergebnisse/fullerene.htm http://rubingroup.org/home/publications/ 8 8 8

Uhlíkatá vlákna Mechanické vlastnosti - dle stupně uspořádání (s teplotou konečné přípravy roste uspořádanost, stoupá youngův modul pružnosti, tepelná i elektrická vodivost, klesá pevnost v tahu) Hlavní prekurzory pro výrobu: PAN dehet, smola, hedvábí http://www.kth.se/che/kemi2011/2.27954/mataug-1.191518 9 9 9

Youngův modul pružnosti Uhlíkatá vlákna Youngův modul pružnosti (Hookeův zákon) napětí deformace http://cs.wikipedia.org/wiki/Modul_pru%C5%BEnosti_v_tahu http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=107 10 10 10

Uhlíkatá vlákna Základní dělení do 3 typů: Typ I - HM vlákna (High Modulus) Vysoký stupeň orientace grafenových vrstev podél osy vláken Vlastnosti některých HM vláken: Typ II - HS vlákna (High Strenght) Spíše náhodná orientace vrstev Vlastnosti některých HS vláken: Typ III - IM vlákna (Intermediate) Přechodový typ Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3] Smola P-100 Amoco 724 2,24 2,15 E-105 DuPont 3,31 2,17 PAN GY-70 BASF/Celion 517 1,86 1,96 Surovina Vlákno Výrobce E [Gpa] σ [GPa] ρ [g.cm-3] PAN AS-4 Herkules 231 3,64 1,80 T-40 Amoco 290 3,45 1,78 T-1000 200-300 až 7 1,75 Podle Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229. 11 11 11

Uhlíkatá vlákna Výroba Výrobní postupy melt spinning (vytlačování z taveniny) wet spinning (mokré zvlákňování) dry spinning (suché zvlákňování) Podle prekurzoru a cílových vlastností a struktury je zvolena metoda 12 12 12

Uhlíkatá vlákna Výroba PAN – wet spinning PAN – stabilizace 13 13 13 Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 13 13 13

Uhlíkatá vlákna Výroba 14 14 14 . Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 M. Shioya, M. Nakatani, Composites Science and Technology 60 (2000) 219-229. 14 14 14

Uhlíkatá vlákna Výroba Smola, mezofáze – melt spinning 15 15 15 . D.D.Edie, Carbon 39 (1998) 345-362. Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 15 15 15

Nanotubulární uhlík Poprvé popsán v r. 1991 (Iijima, Nature 354, p.56-58) - nalezen na povrchu uhlíkových elektrod po elektrickém výboji Trubička z uhlíkových atomů s průměrem v řádu nm. - SWNT (single wall nano tube) - MWNT (multiwall nano tube) . Z.Weiss et al. Nanostruktura uhlíkatých materiálů (2005) ISBN 80-7329-083-9 http://coecs.ou.edu/Brian.P.Grady/nanotube.html 16 16 16

Nanotubulární uhlík http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml http://www.sciencedaily.com/releases/2007/08/070821081446.htm . http://www.gtresearchnews.gatech.edu/newsrelease/gecko-feet.htm070821081446.htm http://www.diytrade.com/china/pd/2441687/Carbon_Nanotubes.html 17 17 17

Nanotubulární uhlík Vysoká pevnost v tahu (SWNT cca 60GPa) Předpokládané mechanismy růstu CNT http://students.chem.tue.nl/ifp03/synthesis.html http://www.asdn.net/asdn/nano4kids/nanotube.shtml . 18 18 18

Nanotubulární uhlík Syntéza Prekurzory v pevném nebo plynném stavu Pevný prekurzor - obloukový výboj, laserová ablace, solární pec Plynný prekurzor - CVD (Chemical vapor deposition) - použití plazmatu, katalyzátorů a) pevný katalyzátor + plynný prekurzor b) plynný katalyzátor + plynný prekurzor Čištění Ohřev v oxidační atmosféře - hoření hlavně uhlíkatých částic - zbudou CNT Oxidace v silných kyselinách Rozpuštění v polární kapalině - centrifugace . 19 19 19