náhled|250px|Typy uhlíkových nanotrubic – schémata Uhlíkové nanotrubice (, zkratka CNTs) jsou podlouhlé útvary, jejichž stěny jsou tvořeny atomy uhlíku (podobné kulovitým fullerenům) o průměru 1 až 100 nanometrů a o délce do 100 µm. Mohou být jedno- či vícestěnné a vyznačují se vysokou pevností a výbornou elektrickou vodivostí. Výroba uhlíkových nanotrubic je významným výsledkem výzkumu v oblasti nanotechnologií. Historie nanotrubic Začátek vývoje nanotrubic není známý. Podle některých nálezů z 21. století měly existovat nanotrubice už v 6. století před n. l. jako povrstvení keramických výrobků v Indii aj. Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 776–798 Uhlík jako chemický prvek byl definován v 18. století, uhlíková vlákna (obsahující pravděpodobně tehdy neznámé nanotrubice) byla navrhována koncem 80. let 19. století k použití do Edisonovy lampy. O stavu dalšího vývoje byla poprvé informována širší veřejnost v roce 1952, když sovětští vědci Raduškjevič a Lukjanovič publikovali mikroskopické snímky "svých" dutých uhlíkových nanovláken (Ø 50 nm). 1991 definoval Japonec Iijima syntézu a mimořádné vlastnosti trubic a dal tím podnět k intenzivnímu výzkumu technologie jejich výroby. První gram komerčně vyrobené jednostěnné trubice z roku 1993 stál 2000 USD.

Průmyslová produkce nanotrubic začala v roce 2004, v roce 2014 bylo celosvětově vyrobeno 5 kilotun. V roce 2022 se očekávalo zvýšení na 20 kilotun, celkový výnos z prodeje měl dosáhnout 2 miliardy USD,  z toho 22 % za jednostěnné a 78 % za vícestěnné trubice.

Ve 2. dekádě 21. století se platilo za jednostěnné trubice s čirostí nad 90 % až 1000 USD/g. V roce 2022 se udávaly ceny za jednostěnné od 1 do 100 €/g, za vícestěnné trubice 25–500 €/g. Za jednostěnné trubice s určitou speciální funkcí se platilo až 1000 €/g, za vícestěnné do 300 €/g.

Vlastnosti a použití náhled|250px|Disperze mikročástic, nanovláken a nanotrubic v omezeném objemu látky náhled|250px|Nanotrubice – mikrosnímek Druhy nanotrubic Jednostěnné uhlíkové nanotrubky (SWCNT) Dvoustěnné uhlíkové nanotrubky (DWCNT) Vícestěnné uhlíkové nanotrubky (MWCNT) Nekarbonové nanotrubky Vlastnosti Když jsou vloženy do matrice materiálu, dobře rozptýlené nanotrubičky vytvářejí 3D zesílenou a vodivou síť, přičemž výrazně sníží dopad na originální barvu a další klíčové vlastnosti materiálu. Díky svým malým rozměrům, nanotrubice mají velmi velký specifický povrch (Plocha povrchu pevné látky, vztažená na jednotku hmotnosti (obvykle m² g−1).

Porovnání některých vlastností uhlíkových trubic a nanovláken: Strukturatrubic/vlákenPrůměr(nm)Délka(mm)Poměrdélka/průměrTaž.pevnost(GPa)term. vodivost (W/m.K)jednostěnné t. 0,6-2 <1 <10 000 50-100 3000-6000vícestěnné t. 7-10 <1 50-4000 10-50 2000-3000nanovlákna 50-200 0,1 250-2000 2,92 1950Bhat: Structure and Properties of High-Performance Fibers, Woodhead Publishing 2017, ISBN 9780081005514, str. 80-106 Způsoby výroby MetodaVýtěžekVýhody Nevýhody Obloukový výboj 30–90 % jednoduchý, nenákladný proces, vysoký výtěžek, vysoká čirost, průměr trubic = 1–20 nm krátké trubice s náhodnými délkami,dávkovaný proces Laserové vypařování 70 % vysoká čirost, dobrá regulacestejnoměrnosti průměruvysoké náklady na zařízení, dávkovaný proces Nános chemickým vypařováním 95 % vysoká čirost, dlouhé trubice, nepřetržitý proces, průměr t. = 0,8–2 nm mnoho závadve výsledných trubicích Solární pec60 % průměr trubic = 1,2–1,6 nm velmi pomalý proces, náhodné délky trubic Hlavní sektory použití Elektronika a polovodiče, akumulátory, kompozity pro mechanické konstrukce, astronautika a vojenství, chemické přípravky, zdravotnictví a lékárenství.

Pokusy s použitím nanotrubic k výrobě textilních vláken S cílem zvýšení pevnosti textilních vláken byly prováděny pokusy s kompozity z různých polymerů s příměsí uhlíkových nanotrubic. Výsledky pokusů s polyamidem, polypropylenem, UHMWPE a dalšími zůstaly však daleko za teoretickými předpoklady.

V roce 2013 bylo v Číně z uhlíkových nanotrubic získaných (pravděpodobně) pyrolýzou celulózy při teplotách 1500 až 2200 °C laboratorně vyrobeno textilní vlákno o délce 550 mm s tažnou pevností 120 GPa. Filamenty z uhlíkových nanotrubic zpracovaných gelovým zvlákňováním byly pokusně vyrobeny s průměrem 46 nm. Maximální tažná pevnost dosáhla cca 270 MPa s modulem do 10 GPa.

V roce 2018 bylo použití nanotrubic pro textilie ve stádiu výzkumu. Výzkum se zaměřuje na úpravu textilií nanotrubicemi, která má přinést širokou škálu výrobků s různou elektrickou vodivostí a výrobu kompozitních materiálů pro technické i oděvní účely.

Zdravotní rizika Američtí vědci prokázali mnohé toxické a rakovinotvorné zplodiny z výroby uhlíkových nanotrubic, například 15 aromatických uhlovodíků jako benzo(a)pyren nebo benzen, ale i další látky jako 1,3-butadien.Miroslav Šuta: Uhlíkové nanotrubice a jejich rizika, EKO - ekologie a společnost, 5-6/2009

V květnu 2008 zveřejnil britsko-americký výzkumný tým studii, podle které uhlíkové nanotrubice v dutině břišní pokusných zvířat způsobují podobné patologické změny jako např. vlákna azbestu. Švédský výzkum zase ukázal, že u myší způsobuje vdechování jednostěnných uhlíkových nanotrubic plicní zánět a fibrózu. Zjištěny byly i genotoxické účinky uhlíkových nanotrubic. Některé jiné studie však strach z použití uhlíkových trubic zmírňují. Podle IARC nebyla provedena žádná epidemiologická studie na CNT. Pokud jde o karcinogenitu u experimentálních zvířat, byly informace pro MWCNT-7 dostatečné, ale pro dva typy MWCNT s rozměry podobnými MWCNT-7 byly informace nedostatečné. Rovněž byly nedostatečné informace i pro SWCNT. MWCNT-7 byla klasifikována jako možná karcinogenní látka pro člověka (skupina 2B). SWCNT a MWCNT, s výjimkou MWCNT-7, byly kategorizovány jako neklasifikovatelné, pokud jde o jejich karcinogenitu pro lidskou populaci(skupina 3) .http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/ClassificationsGroupOrder.pdf – Agents Classified by the IARC Monographs

Ekologická rizika Uhlíkové nanotrubice jsou v životním prostředí biologicky dostupné pro živé organismy, mají schopnost dlouhodobě přetrvávat v prostředí a hromadit se v potravních řetězcích.Miroslav Šuta: Nanotechnologie: Velké přísliby i značná rizika nanotrubic , respekt.cz, 28. srpna 2007

Odkazy Reference

Literatura Morris: Graphene, Carbon Nanotubes, and Nanostructures, CRC Press 2017, ISBN 9781466560574 Bhat: Structure and Properties of High-Performance Fibers, Woodhead Publishing 2017, ISBN 9780081005514, str. 80-106 Qing: Carbon Nanotubes and Their Application, Pan Stanford Publishing 2012, ISBN 978-981-4303-18-7  Miroslav Šuta: Uhlíkové nanotrubice a jejich rizika, EKO – ekologie a společnost, 5–6/2009

Související články Nanovlákna Uhlíkové vlákno Vantablack

Externí odkazy

Nanohedron.com image gallery with carbon nanotubes New Scientist Special Report: a collection of nanotechnology articles, most on nanotubes Applications and Markets of Carbon Nanotubes: from issue 6 of Nano Magazine which focused solely on Carbon Nanotubes Risk management of carbon nanotubes, Health and Safety Executive.

Kategorie:Nanotechnologie Kategorie:Sloučeniny uhlíku Kategorie:Supravodiče