What Are Carbon Nanotubes and Why Should You Care?

rubrika: Populárně naučný koutek


Have you heard of carbon nanotubes? Probably not. They sound like a futuristic technology that has lots of vaguely high-tech properties. And that is pretty much exactly what they are. Carbon nanotubes are made from similar materials to carbon fiber, and while the nanotubes do have structural applications like carbon fiber, they also do so, so much more. In this article, we’re going to break down the what, why, and how of carbon nanotubes so that you understand what they are, and why they actually matter to you.

 

Anna Kucirkova


What Are Nanotubes?

 

 

Carbon nanotubes are made from a graphite-like compound – hence the “carbon,” in the name. The same material that makes everything from coal to pencil ‘lead’ to diamonds can be altered to create a tubular, chicken wire-like sheet of nanoparticles. The nanotube part comes from the way the tubes are formed. They are quite literally ‘sheets’ of graphene which are then rolled into small “tubes,” so small that the term ‘nano’ is fully accurate.

 

A nanoScience Instruments notes:

 

A carbon nanotube is a tube-shaped material, made of carbon, having a diameter measuring on the nanometer scale. A nanometer is one-billionth of a meter, or about 10,000 times smaller than a human hair. CNT are unique because the bonding between the atoms is very strong and the tubes can have extreme aspect ratios. A carbon nanotube can be as thin as a few nanometers yet be as long as hundreds of microns. To put this into perspective, if your hair had the same aspect ratio, a single strand would be over 40 meters long.

 

These tubes can exist on their own or be made multi-walled by wrapping layers of varying diameter around each other. The way graphene sheets and carbon nanotubes are actually formed in the manufacturing process involves chemical alchemy and heat curing, but is rather similar to the way carbon fiber sheets are produced.

 

 

How Do They Work?

 

This is where things get interesting. Unlike carbon fiber, which is typically used as a structural component in everything from golf clubs to car bodies, carbon nanotubes operate both as structural components and as conductors.

 

Today, nanotubes are most commonly used as structural reinforcement for carbon-fiber products. In this application, the tubes act somewhat like rebar does in a traditional concrete structure, where they add directional support along the larger, planar ‘sheets’ of carbon fiber.

 

But the application that made headlines when nanotubes were first developed (and continues to promise radical technological breakthroughs) is as conductors, with physical properties and performance specs that make silicon chips seem like Stone Age relics.

 

Single-walled carbon nanotubes can be as small as a single carbon atom across. That means the entire tube has a diameter of one nanometer, which is roughly 1/10,000 the thickness of a human hair. When acting as a semiconductor, carbon nanotubes can fit dramatically more transistors on a same-sized ‘chip’ as today’s silicon versions.

 

More transistors equals more power, less heat generation, and greater reliability across a product’s service life.

 

How Will They Change Our Lives?

 

 

Carbon nanotube chips are not only smaller (or substantially more powerful at comparable size), they also operate more quickly and more efficiently while generating far less heat than today’s silicon chips.

 

There is almost no explanation required to break down the potential developments that carbon nanotubes would allow in the software and hardware realm. Smaller devices, more memory, faster speeds, less overheating, and longer battery life are all obvious implications, and the degree of improvement over today’s technology will not be incremental, it will be radically transformative. 

 

Moore’s Law, which states that every 18 months the number of transistors on a computer chip will double has held true since it was first posited in the 1960’s. However, in recent years, the capacity of chips has slowed down. After all, there is only so much space on a chip. Carbon nanotubes could create the next iteration of Moore’s Law.

 

The higher power, smaller size, lower heat, and faster speeds of carbon nanotube-enabled technology also promises radical improvements over today’s technology. X-ray machines could be more precise with greater processing power, digital cameras could become staggeringly faster and higher resolution, and smartphones could easily offer as much memory as today’s laptop computers.

 

There are myriad medical technology experiments underway involving nanotubes which promise to make the ways we treat many diseases far more advanced and less invasive.

 

Ingestible sensors and cameras could allow doctors to closely examine internal conditions that used to require invasive biopsies; the conductivity and heat resistant properties of carbon nanotubes will facilitate more targeted, less damaging radiation and laser treatments than ever before.

 

Nanotubes’ small size, flexibility, and organic chemical makeup offer a promising fusion of health science and high technology that seems long overdue.

 

Sci-Fi Brought to Life

 

There are also truly sci-fi implications of energy storage in carbon nanotubes. From using their capillary-style tube structure to hold hydrogen gas in fuel cells to creating complex batteries with the intricate latticework and, the energy storage, power transmission, and massive strength of nanotubes has the potential to open up new avenues of alternative energy.

 

Nanotubes also possess some unique photovoltaic properties which make them one of the most promising material breakthroughs in solar energy. Because of their structure, carbon nanotubes have applications in nearly every phase of solar power collection and in every type of solar panel, from acting as acid-doped light harvesting media to fitting into the photovoltaic layer to acting as transparent electrodes; then, nanotubes can be used in batteries to store the energy they also gather from sunlight.

 

As if that weren’t enough, the nanoscopic nature of carbon nanotubes means that they will soon act as reusable water filters–and not just for home drinking water. While it has potential to filter drinking water more effectively and with far longer-lasting filtration media than today’s carbon-based filters, the world-changing benefits of carbon nanotubes in water filtration come from researchers’ breakthrough discovery about nanotube-based ‘paper’ that is hydrophobic, meaning it does not absorb water, but can  soak up other organic compounds.

 

Oil and other toxic waste spills could effectively be ‘mopped up’ by nanotube-based mobile filtration systems, which could transform the way we clean up our planet after contaminating precious water resources.

 

Today, when you hear ‘wearable technology,’ you think a smartwatch or perhaps Google Glasses. Soon, that will mean exercise shirts with heart rate monitoring, hospital garments that monitor patients’ vitals, and even casualwear that is capable of monitoring long-term health for a variety of pre-existing conditions.

 

Nanotubes can be woven into fabric without changing the feel or appearance while creating miniature conductive pathways and ‘circuits’ that feed the information to a smartphone or other data monitoring device.

 

The Future Is (Almost) Now

 

 

There are still some technical hurdles to overcome before carbon nanotubes become mainstream in consumer electronics and other public-facing applications, but it is only a matter of time before these tiny graphite-based tubes become a big part of our daily lives.

 

Many applications are already in testing or in use in limited capacities before large-scale industrial and consumer products are ready for mainstream use. Many more are waiting on nanotubes to see widespread manufacturing adoption so that potential bugs are worked out and pricing is low enough to integrate the material into pre-existing designs.

 

The rest are somewhere between theoretical and fully tested, but access to the  manufacturing technology will only make nanotubes more ubiquitous and the most sci-fi applications closer to real-life sooner.

 

So, next time you see ‘Nanotechnology’ on a label or in an article online, this is what they’re talking about. It just might be something that can change the world.

 

(The article is taken from Investment Castings with the consent of the author)

 

 

Luciferovy poznámky:

 

Odkaz na tento článek jsem od autorky dostal emailem včera. Týká se uhlíkových nanotrubiček, o jejichž existenci jsem zde před dávným časem zveřejnil vlastní prezentaci Carbon Fullerenes & Nanotubes. V ní naleznete čtyři názvy čtyř kapitol či částí této prezentace. Když na ně kliknete, obdržíte soubory ve formátu PPS.

 

Autorka článku objevila debatu na NČ, v níž se tato tématika probírala. Její objev však nesouvisel s výše zmíněnou prezentací (na kterou jsem ji již upozornil), ale s Pavučinou v Poetickém koutku. Když se chystala sepsat své pojednání o uhlíkových nanotrubičkách, tak bezpochyby hledala na Internetu zdroje faktů a inspirací. Tímto způsobem dorazila též na NČ. Upozornila mě na svůj článek, který vyšel 3. května tohoto roku, a napsala, že by ráda věděla, do jaké míry mě zaujal, a pokud budu cítit potřebu toto pojednání zveřejnit na svých webových stránkách, že proti tomu nic nemá.

 

Původně jsem měl v úmyslu článek přeložit, ale nakonec jsem dospěl k závěru, že je napsán dostatečně srozumitelnou a nijak zvlášť složitou či náročnou angličtinou, že překladu snad nebude ani zapotřebí.

 

Snad jenom stručně: Základním stavebním kamenem uhlíkových nanotrubiček je benzenové jádro. Šest atomů uhlíku provázaných do šestiúhelníku, jenž je základem grafenu. Tato struktura prezentuje nejpevnější chemickou vazbu. Proč? Odpověď můžete nalézt jak v mé zmíněné prezentaci, tak třeba v článku Stavební kameny života II.


komentářů: 27         



Komentáře (27)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

27
G (neregistrovaný) 01.06.2018, 11:43:59
Taksem spátky spočty, nevidím žáden novej živelnej přírůstek, skrečuju to tady, není nic staršího potsluncem neš předefčerejší úvodník, děcks řádí potnovym, a tak nechávám Voloďa's andr rogalo edvers propadnout do západního turkistánu, máte smolíka pacholka, měl ulámaná křídla, a tak spat kesvejm, do KV vřídla...
Do Tibetu téš nezavítáme, páč šinkanmao stratil šťávu u velké souťezky, hold dalajlámovy teritoristi votpojili veverky, čínskej tu-ri-sta utřel.
Slzu voku. I s pánví.
Čínu jsem už zhlt, mam roupy. Tasemnici eště ne...zato tento kom-ent ji připomíná, tak rači ent, čus bus šílenci, přeju ZHN (novičok, vákuobonbón, smeť i snět v jednom, to bych sněd...) Nevinný

26
G (neregistrovaný) 01.06.2018, 07:16:54
Taksme spátky zvýletu, nezmoklisme, ušsmetu, nebe jako vymetený, tozas bude hic, daleko jest do mňechenic, a já si shrůzou uvjedomil převalení mňesíce, což značí náfštěvu osobního právastrůjce a odeslaní verifikovaného každomňesíčního Potvrzení o žití na smíchof, abych s třítýdenním spoždem obdržel zaslouženou pensi...tágže neturistčik se odkládá na hajnůn, frčím do centra kemhentnu, pak něco skomponuju, sorry jako, ale polední blód, svít a tírs je krutý jak vijetnam. Severní.

https://youtu.be/hDvJiBR67hU

Tak já du...

25
G (neregistrovaný) 01.06.2018, 05:18:56
Průměrný moskefský turisčik fstane ráno po objedě, až klesnou promile, a netváří se ani trochu mile. S rancem na chrbátu, výrazem burlaka zakupuje ve stánku u vagzálu pytel (=14,9 ,ten patnáctej je okousanej ot ratů) pirožků se 100g mletym prý hovjezim z čečny a stočí si do 2l PETky trochu samohonky z nádražní přistavené cisterny...ďežurná během třídenní cesty ho několikrát neomaleně vyzve, aby na ni vybalil to svý nádobíčko...on odolá, přece ji ten prut do ruky nesvjeří...v úterý vystupuje na stanici Bajkal-glávnaja staníca, sejde z očí děžurné i zebřehu k hladince, doplní tu svoji(hladinku) a nadhodí...po devátém jeseteru je na maďěru, a zaspí i čtvrteční expres spjet...v neděli vjéčerom v gastiníce U Iljiče mění jesetera za stakan a usíná potstolem...

Musim, musim, ač nejsem muslim, na tu pravidelnou...
Procházku.
Boří mi vstupní portál.
Psi, né pakistánci...
Netůrisčik cont. po kchombeku, ok?

24
G (neregistrovaný) 01.06.2018, 04:48:56
Ták, milé děti, příhraniční turek Illi dosrknut, vrhněmešse zodpovjeďňe chuťe do díla, slípeného k dnešnímu ranníčku, při fčerejším večerníčku...bo ale nastává ta psí(řecká avegeda má k tomuto času vyhrazené dokonce jedno písmenko) hodina, a fšech pjet dospělých kanisů se hlasitě dožaduje své obvyklé brsceranní kratochvíle, spočívající v dekapitaci bystrouščiného plémňe, bude následující text podán jen telegraficky, doufám, že i tak uspokojí širokou obec i městys čtenářský...
Fčera jsem ucmuchtil k objedu asi 4,19 porce kuřecí číny, a tak s tímto ídejovým pohonem odkládám slípený Tibet na dobu poo, předsijestovou, vydržať...
GM do spláchlé kotlinky, právje taky splachuju, tož ke strojům, ať dílo odsejpá...

23
G (neregistrovaný) 31.05.2018, 20:46:10
Tak jo, budu restovat, ale vjez, že mám v záloze ještě verzi pro Bajkal a Tibet...
Abyses neusmála k inkontinenci, vrazim to sem až kránu, alespoň budeš zejtre kůl a trendy (jé vidíš, ty si budu muset letos konečně přemáchnout, na vánoce nezbyl čas).
Tak tmrw, dočkej jako janek trenek >>

http://videoarchiv.markiza.sk/video/kredenc/najlepsie-pesnicky/63484_hudobne-matine-slipy-se-maj-menit-o-vanocich?page=2

GN a kípete smajla, život je krátkej na mraky( né, nejsem, 0°℅)

22 :)
ZE (neregistrovaný) 31.05.2018, 20:01:17
Usmívající se I rest my case.

21
G (neregistrovaný) 31.05.2018, 19:34:29
e.g.cvaj
Průměrný český tůrista fstane před 5 ranní a sockou dojede na nádraží. Z avizovaného 5min zpoždění se vyvine půlhodina. Návazné busové spojení do vytoužené rekreační destinace již odfrčelo, další za 3hod. Jelikož je Mácháč od dox jen na dostřel SS2, vydává se na cestu pješo. Okolo poledního doráží na přeplňenou pláš, kde si v kijosku zakupuje za nebudhistických 41,9 očouzenou bábiklobásku, se zvýšeným obsahem polysacharidů a polibseparátu. Po smočení nošky v zahnívající vodě, znechucen odstraňuje ulpjelé PE sáčky z nártů, a neoschnut odchází na jedno. Jedno je teplé jak ředitel ČD. Balí fidlátka a frčí stejnou cestou k domovu, kde zrovna začíná Ordinace. Vysílen, vpůlce usíná na gaučíčku zobi...
Průměrný český netůrista fstane ráno přetpátou, na sporáku udělané kafe přeleje do termosky a šupajdí sockou dokolbenky. Posvačí klobásku, obohacenou o lipidy, kancerogeny a 2g masa, na objed nejde, u Toníčka proměňuje Gastro za dvje, pak doplatí qečeru těch 8 dalších, a spokojen s dnešním výkonem odqačí k domovině. Právje začíná Ordinace, dál ušto znáte...
Kdo najde 2 rozdíly v ekologičnosti, obdrží sošku Emana.
Toš tuštese fest, odmňena hajend jest!
GE Smějící se

20
G (neregistrovaný) 31.05.2018, 18:58:11
Sorry jako za brejkdaun, ale byl jsem smočit...
Své vnadné tílko v egejskym kafíčku(19,4°Ré) a celou dobu tam nabíjel přes 4,10 HUBa z 4,91Ah Pavrkampeličky fše, co se dalo, bychbyl stendap na ívnink...

Tákže-díky ZEvíku za nástřel bekendem, cont. následuje za chvíli, na tuzemácké thema...
Zatím, pečenáči držte se, v dáli již dozajista bouří a temná mračna zahalila fátrlant.

19
Zuzana (neregistrovaný) 31.05.2018, 17:32:54
A přidávám, že průměrný Amik nemá 5 týdnu dovolené ani náhodou - musí to opalování stihnout za těch deset dní max., včetně obědů a večeří. ;)

Měl by sem někdo taky napsat, jak se dopravují třeba Češi. Pokud vím, v rodinách jsou běžné dvě tři auta a v Brně, ačkoliv z předměstí do středu je to pěšky kousek - neudělají pěšky krok. Neštěstí střed zakázali. A na dovolenou stojí v jamu aut hodiny aby pak na místě dělali co? Opikali se do nepříčetna.

Byl tu ale jeden inteligentní herec jménem Nárožny a ten po zdejší zkušenosti moudře prohlásil, že až se vrátí do srdce Evropy, už nikdy tam neřekne, že je někam daleko, nebo že je
někde horko.

18 G.:
Zuzana (neregistrovaný) 31.05.2018, 16:41:27
Až na to, že průměrný Američan musí v práci pracovat a 20km pěšky ráno do práce a dalších 20 km z práce by ho jako pracovníka prakticky eliminovalo. To by bylo za dva a půl dne 100 jarních kilometrů. ;)

Fakt je, že nepřestanu s úžasem pozorovat lidí, kteří hodinu objíždí parkoviště před supermarketem aby našli volně parkovací místo ačkoliv můžou zaparkovat dál a k tomu obchodu se projít.

Jenže to už taky přestává, do práce jezdí z na Manhattan na kole i 'executivove' a čím dál víc lidí jezdí na kole kde a kam může. To ale nejsou zrovna Donikovi voliči. ;)

A taky se ji daleko zdravěji než dřív..

A my jsme taky průměrní Amici a na kole jezdíme často a už dlouhé roky.. S vyplazeným jazykem

17
G (neregistrovaný) 31.05.2018, 15:15:22
E.g. >
Průměrný americký turista nakoupí ráno 5l benzínu za $4, a vyrazí na blízké letiště, kde na něj čeká samaljot s plnou 500l nádrží a 50 podobných zájemců o dofču.Po příletu na Havaj se 14 dní sluní na pláži, s přestávkou na lanč a dinr, což obnáší 5 100gr hovězích burgrů/pd.
Průměrný americký neturista nakupuje těchto 14 dní 10x 10l benzínu, aby se v 3 hod dopravní zácpě dostal do 20 km vzdáleného pracoviště. Tam zpodsívá 10x 5burgrů, a o víkend 1/2 krocana...
Kdo pozná 2 rozdíly v ekologičtějším chování neturisty, vyhrává sošku Doníka.
Tak se snašte.
Jináč se smašte.
Uf, na nádvoří 94,1°.
Faradejovejch, nebo jak se ten rusák menoval...
Ale byl kapacita, o tom žádná...

16
G (neregistrovaný) 31.05.2018, 14:11:25
{[7 a další související]
Vážený pane, vzhledem k prokázaným skutečnostem, shrnutým v přiloženém článku, chápu Váš váhsvý postoj k mému pozvání a uděluji Vám tímto omluvenku...

https://cestovani.idnes.cz/turismus-turiste-ekologie-ekologicka-stopa-fmj-/kolem-sveta.aspx?c=A180530_131415_kolem-sveta_hig

Bože, božíčku, vidíš i todle? Copa se fšichni zbláznili? Asi jó.
GA chrr, písk

15
G (neregistrovaný) 30.05.2018, 16:20:25
Holup letí přes Stellin kurník, rád bych si něco ovjeřil...

14
G (neregistrovaný) 30.05.2018, 16:04:53
Za chvíli čekej holuba s nostalgyckym "kabalskym zátiším"
Plznička kumému podivu došla, ani si nevzpo jak ktomu došlo,nevratné láhve se nepočítaj, asi že?
Vedro jak nabalkáně tu i tam, a bude hůř, sorry jako, pospješ, ta volba je Tvá...
Uš si to sviští(holup), 5kbps, večer cao

13
ZE (neregistrovaný) 30.05.2018, 16:02:45
Do PUBu jedine na 'tyden nezdravych jidel" - drzivali to Steklik s Neprasem, Honza to prezil dyl...

«     1    2   »