Νανοσωλήνες : είδη, τρόποι παρασκευής, ιδιότητες, εφαρμογές

Abstract

Οι νανοσωλήνες αποτελούν τις τελευταίες δεκαετίες ένα σημαντικό ερευνητικό πεδίο, στο οποίο έχουν στρέψει το ενδιαφέρουν τους πολλές επιστημονικές ομάδες, κι αυτό λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των αναπτυσσόμενων υλικών. Οι μηχανικές, ηλεκτρικές, θερμοδυναμικές και οπτικές ιδιότητες των νανοσωλήνων τους καθιστούν δυνητικά ως βέλτιστες λύσεις σε πλήθος εφαρμογών. Το αυξανόμενο ενδιαφέρον και ζήτηση των υλικών αυτών έχει οδηγήσει σε μια εκ βαθέων μελέτη καθώς και στην αναζήτηση συμφερουσών τρόπων παραγωγής. Στόχος τις παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της δομής, των τρόπων παρασκευής, των ιδιοτήτων καθώς και οι χρήσεις των νανοσωλήνων. Συγκεκριμένα εξετάζονται οι νανοσωλήνες βάση του δομικού τους στοιχείου. Έτσι υπάρχει η κατηγοριοποίηση σε νανοσωλήνες άνθρακα (carbon nanotubes, CNTs) και ανόργανους νανοσωλήνες (non carbon nanotubes). Οι πρώτοι έχουν τύχει εκτενέστερης μελέτης λόγω και της προγενέστερης ανακάλυψής τους. Συνεπώς στην παρούσα διπλωματική γίνεται μια «αντιπαράθεση» από διάφορες οπτικές γωνίες στις δυο βασικές κατηγορίες νανοσωλήνων. Αναλυτικότερα στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στον όρο των νανοσωλήνων και μια σύντομη ιστορική αναδρομή. Στο δεύτερο κεφάλαιο επιχειρείται μια αναλυτική περιγραφή των ειδών νανοσωλήνων. Έτσι αρχικά εξετάζονται οι νανοσώλήνες άνθρακα και επεξήγεται η υπάρχουσα κατηγοριοποίηση σ’ αυτούς, βάση της δομής τους. Με όμοιο τρόπο διαπραγματεύεται η συνέχεια του κεφαλαίου τους ανόργανους νανοσωλήνες. Στο τρίτο κεφάλαιο δίνονται οι τρόποι παρασκευής νανολήνων. Συγκεκριμένα, αρχικά παρατίθενται οι γνωστές μέθοδοι παρασκευής των νανοσωλήνων άνθρακα και η εξέλιξή τους και στη συνέχεια παρατίθενται μέθοδοι παραγωγής ανόργανων νανοσωλήνων και παράλληλα αναφέρονται συγκεκριμένα παραδείγματα στη εφαρμογή τους Το τέταρτο κεφάλαιο διαπραγματεύεται τις ιδιότητες των νανοσωλήνων. Οι μοναδικές ιδιότητες των υλικών αυτών είναι και ο λόγος για τον οποίο έχει εστιάσει η επιστήμη την προσοχή της σ’ αυτά, συνεπώς εξετάζονται λεπτομερώς μηχανικές, θερμικές, ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες. Σε αντιστοιχία με τα προηγούμενα κεφάλαια υπάρχει ομαδοποίηση οργανικών και ανόργανων νανοσωλήνων. Το πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται στις εφαρμογές και χρήσεις των νανοσωλήνων. Εξετάζεται το μέγεθος εισχώρησης των εφαρμογών με νανοσωλήνες στη καθημερινότητα και η δυνατότητα μαζικής παραγωγής για χρήση σε εφαρμογές. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την έρευνα που παρουσιάστηκε στις προηγούμενες σελίδες.

Considering the last decades, nanotube technology has been an important research field. This fact triggered the interest of many scientific groups. The mechanical, electrical, thermodynamic and optical properties of nanotubes make them potentially one of the best solutions for numerous applications. The growing interest and demand of nanotubes has led to a deeper study of these materials. The aim of this thesis is to study the structure, the methods of preparation, the properties and the uses of nanotubes. There are two classifications of nanotubes, the carbon nanotubes (CNTs) and the inorganic nanotubes (non carbon nanotubes). Therefore in this thesis is a "controversy" in the two main types of nanotubes. In extension, furthermore applications of nanotubes are examined in everyday uses and the possibility of mass production. In particular, at the beginning of this thesis there is a brief introduction on nanotubes. The following chapters examine a detailed description of the existing nanotube types. Initially nanotubes are studied based on their structure. Issues referring to their formation are being explained in detail, as well as the existing classification. Also, this study contains the manufacturing methods of nanotubes. Specifically, known methods of manufacturing carbon nanotubes are listed, as are the production methods and the development. Similarly information is given about inorganic nanotubes. The unique properties of nanotubes are the reason why science has focused its attention on these materials. Therefore, the last chapters deal with them, focusing on mechanical, thermal, electrical and optical properties. Furthermore, applications of nanotubes are studied. The progress and the size of ingress in everyday uses are examined. The thesis studies the possibility of mass production and the incorporated financial factor concerning manufacturing. Finally the conclusions drawn from this research are presented in the last chapter.