Синтез углеродных нанотрубок (УНТ) с целью их промышленного производства вызывает большой научный интерес. Их уникальные химические свойства обещают широкий спектр новаторских применений в акустических, биомедицинских, электронных, экологических, оптических и структурных технологиях.Под руководством профессора Стефана Ирле из Института трансформирующих биомолекул Университета Нагоя группа исследователей из Японии, США и Китая провела компьютерное моделирование, демонстрирующее схожие молекулярные механизмы, действующие в процессе роста углеродных нанотрубок и горения углеводородов. образовывать сажу.
Это открытие ставит под сомнение ранее принятую точку зрения о том, что карбиды металлов необходимы для создания нанотрубок с помощью процесса, называемого химическим осаждением из паровой фазы.Собственные модели команды предполагают, что альтернативные химические процессы, такие как водород-бстракция / добавление ацетилена — механизм, часто наблюдаемый в процессах горения, — также могут быть использованы для выращивания углеродных нанотрубок. «Это открытие очень интригует в том смысле, что долгое время считалось, что эти процессы происходят с помощью совершенно разных механизмов», — говорит профессор Ирле.
В 2014 году команда сообщила о первом моделировании роста синтеза однослойных углеродных нанотрубок с использованием ацетилена в качестве сырья. В их имитационной модели использовался ацетилен из-за относительно низких температур, необходимых для катализа химического осаждения из паровой фазы, и потому, что даже небольшие количества значительно ускоряют реакции. По словам исследователей, их моделирование предполагает, что потенциальная роль ацетилена требует дальнейшего изучения, как и принятая в настоящее время модель производства углеродных нанотрубок.
После публикации своих результатов исследователи начали моделировать синтез графена — слоя чистого углерода толщиной в один атом — с использованием никеля и меди с метановым катализатором. Они надеются публично выпустить новую имитационную модель — основанную на прямой версии кинетической симуляции Монте-Карло, где каналы реакции предсказываются автоматически на лету по мере продолжения процесса роста — в 2015 году.Фон
Углеродные нанотрубки — это наноцилиндры, состоящие из листов углерода (или графена) толщиной в один атом. В настоящее время они используются в качестве добавок для упрочнения различных конструкционных материалов, а также могут использоваться для накопления энергии, а также в следующем поколении наноэлектроники и биомедицинских устройств. УНТ часто синтезируют путем химического осаждения из паровой фазы, при котором пары углеводородов осаждаются на металлических катализаторах в потоке инертного газа при высоких температурах.
Однако контроль качества представляет собой проблему, поскольку этот метод обычно приводит к производству УНТ с переменным диаметром и различной структурой боковых стенок.