Die Chiralität bezieht sich auf die strukturelle Anordnung von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) und hat einen erheblichen Einfluss auf ihre Eigenschaften.
CNT können je nach ihrer Struktur entweder chiral oder achiral sein.
Die Chiralität beeinflusst die elektronischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften von CNTs.
5 Schlüsselerkenntnisse über die Auswirkungen der Chiralität auf Kohlenstoffnanoröhrchen
1. Mechanische Eigenschaften
Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften wirkt sich die Chiralität von CNTs auf ihre Elastizität aus.
Die axialen und umlaufenden Elastizitätsmodule, die Poissonzahl und der Schermodul von CNTs hängen von ihrer Chiralität und dem Rohrradius ab.
Wenn der Rohrradius größer als 0,5 nm ist, ähneln diese mechanischen Eigenschaften denen einer Graphitplatte.
2. Elektronische Eigenschaften
Was die elektronischen Eigenschaften betrifft, so beeinflusst die Chiralität die Bandstruktur der CNTs.
Chirale CNTs können je nach Chiralität entweder metallisch oder halbleitend sein.
Metallische CNTs haben eine kontinuierliche Bandstruktur, die den freien Fluss von Elektronen ermöglicht.
Halbleitende CNTs haben eine Bandlücke, die ihre elektrische Leitfähigkeit bestimmt.
3. Thermische Eigenschaften
Die Chiralität wirkt sich auch auf die thermischen Eigenschaften von CNTs aus.
Die Wärmeleitfähigkeit von CNTs ist stark anisotrop, d. h. sie variiert je nach Richtung des Wärmeflusses.
Chirale CNTs weisen unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten in axialer und in Umfangsrichtung auf, was für bestimmte Anwendungen, bei denen das Wärmemanagement von entscheidender Bedeutung ist, von Vorteil sein kann.
4. Synthese
Bei der Synthese spielt die Chiralität eine Rolle für das Wachstum und die Bildung der CNTs.
Für die Synthese von CNTs können verschiedene Kohlenstoffquellen wie Methan, Ethylen und Acetylen verwendet werden.
Die Wahl der Kohlenstoffquelle kann die Chiralität der entstehenden CNTs beeinflussen.
Darüber hinaus kann die Wachstumsrate der CNTs durch die Chiralität beeinflusst werden, wobei für CNTs, die mit Ethylen synthetisiert wurden, andere Wachstumsraten als bei Acetylen beobachtet wurden.
5. Auswirkungen auf die Umwelt
In Anbetracht des umweltfreundlichen Charakters von CNTs ist es wichtig, ihre gesamten Umweltauswirkungen während ihres Lebenszyklus zu bewerten.
Dazu gehört die Bewertung der verwendeten Rohstoffe, der Produktionsprozesse und der Endnutzung.
Auch wenn CNTs potenziell umweltfreundliche Anwendungen haben, z. B. in Lithium-Ionen-Batterien und anderen umweltfreundlichen Technologien, ist es wichtig, sie mit alternativen Materialien und Produktionsmethoden zu vergleichen, um sicherzustellen, dass ihre Leistung, ihr Preis und andere Kriterien vergleichbar sind.
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