Nanorurki węglowe
W monografii podsumowano ponad 20 lat badań nanorurek węglowych (NRW) i przedstawiono główne kierunki badań tych ?czarnych diamentów XXI wieku?. Zaprezentowano w niej najnowszy stan wiedzy o fizykochemii nanorurek we wszystkich jej podstawowych obszarach, opierając się na ogólnie dostępnym materiale źródłowym (publikacjach i książkach naukowych, materiałach konferencyjnych, danych internetowych, patentach). Niewątpliwie nie jest to jednak wiedza pełna - bibliografia przedmiotu to dziś dziesiątki tysięcy publikacji, a o zakresie badań aplikacyjnych największych koncernów możemy wnioskować jedynie na podstawie ogólnie dostępnych patentów.
W kolejnych rozdziałach tej książki omówiono: postępy nanotechnologii, historię odkrycia nanorurek, laboratoryjne i technologiczne metody ich syntezy, rozdzielania i oczyszczania, wreszcie techniki identyfikacyjno-charakteryzacyjne wraz z opisem morfologicznym nanorurek oraz mechanizmami ich wzrostu, a także aktualne i perspektywiczne ich zastosowania. Szczególną uwagę poświęcono krajowym badaniom nanorurek, koncentrując się na wynikach kilkunastoletnich już badań w Pracowni Fizykochemii Nanomateriałów (Wydział Chemii UW). Oddzielny rozdział to prezentacja rozległego obszaru patentowego NRW - wskazano w nim najbardziej perspektywiczne kierunki badań i zastosowań nanorurek węglowych.
Monografia adresowana jest do szerokiego grona odbiorców. Skorzystać z niej będą mogli zarówno studenci uniwersytetów i uczelni technicznych (na kierunkach chemicznych, fizycznych, elektronicznych oraz inżynierii materiałowej), jak również chemicy, fizycy oraz naukowcy zajmujący się różnymi badaniami interdyscyplinarnymi nanorurek węglowych - w zakresie elektroniki, inżynierii materiałowej, katalizy, fotooptyki itp.
Bogato ilustrowana monografia napisana jest przystępnym językiem, co nadaje jej charakter niemal popularnonaukowy, jednak 2500 odnośników literaturowych umożliwia zainteresowanym dotarcie do wielu specjalistycznych szczegółów badań nanorurek węglowych.
**********
Carbon Nanotubes. Preparation, characteristics, applications
The monograph summarizes over 20 years of studies on carbon nanotubes as well as main directions of research on these "black diamonds of the 21st century". The work presents state-of-the art knowledge as to all basic areas of
physical chemistry of carbon nanotubes based on publicly available source materials (publications and scientific books, conference materials, Internet data, patents). Obviously, this monograph is just a broad overview of the current knowledge, as tens of thousands of publications have been released on this subject; moreover, the range of applications of the biggest concerns may be inferred only on the basis of publicly available patents.
In the following chapters of this book the main issues discussed are: development of
nanotechnology, history of discovering nanotubes, laboratory and technological methods of their synthesis, separation and purification, finally identification and characterization techniques together with morphological characteristics and growht mechanisms of nanotubes, as well as their present and potential applications. Special attention has been devoted to domestic studies on nanotubes with the focus on the results of more than a dozen years of research conducted in the Laboratory of Physics and
Chemistry of Nanomaterials (the Faculty of Chemistry, University of Warsaw). A separate chapter discusses a large number of patent issues, including the most prospective directions of research and applications of carbon nanotubes.
The monograph is intended for a broad spectrum of readers – both students at universities of technology (faculties of chemistry, physics, electronics and materials engineering) and chemists, physicists, as well as scientists conducting interdisciplinary studies on carbon nanotubes – regarding electronics, materials engineering, catalysis, photoelectronics etc.
Rich in illustrations monograph is written with accessible language, which makes it almost popular science publication, however 2,500 references, provide the people interested in the subject with a great number of specialist details on carbon nanotubes.
*********
Dr hab. inż. Andrzej Huczko – profesor Uniwersytetu Warszawskiego. Ukończył w 1972 roku studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej (specjalizacja – ceramika). W latach 1973–1976 asystent w Pracowni Chemii Plazmy na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. W 1977 roku obronił pracę doktorską dotyczącą syntezy plazmowej azotku krzemu i kontynuował pracę w Uniwersytecie Warszawskim na stanowisku adiunkta. W latach 1979–1992 spędził 5 lat na uniwersytetach kanadyjskich, pracując naukowo w dziedzinie fizykochemii plazmy. W ostatnich latach przebywał też kilka miesięcy w Nepalu, pracując jako wolontariusz w Kathmandu University. W 1996 roku obronił pracę habilitacyjną poświęconą reakcjom heterogenicznym w plazmie termicznej. Od 1993 roku kierownik Pracowni Chemii Plazmy (od 2004 roku – Pracownia Fizykochemii Nanomateriałów), od 2010 roku profesor Uniwersytetu Warszawskiego. Autor i współautor kilkuset publikacji i prezentacji naukowych oraz szeregu monografii. Pełni społecznie funkcję redaktora naukowego serii monografii „Świat Nanotechnologii”, wydawanej przez Wydawnictwa UW. Zainteresowania naukowe: fizykochemia układów wysokoenergetycznych,
nanotechnologia, synteza nanomateriałów węglowych i ceramicznych, synteza spaleniowa, technologie plazmowe.
Mgr Magdalena Kurcz – ukończyła w roku 2007 studia na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Aktualnie doktorantka w Pracowni Fizykochemii Nanomateriałów na Wydziale Chemii UW. Tematyka jej pracy dotyczy otrzymywania węglopochodnych materiałów nanostrukturalnych w procesach wysokoenergetycznych. Współautorka kilku artykułów naukowych i jednej monografii. Zainteresowania naukowe: nanomateriały oraz metody ich syntezy.
Dr Magdalena Popławska – ukończyła w 1978 roku studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej (specjalizacja – synteza organiczna). W latach 1978-1982 słuchaczka studiów doktoranckich na tym Wydziale. W okresie 1983-1986 technolog w firmie produkcyjnej Natalex. W roku 1987 wróciła na Politechnikę Warszawską, gdzie w 1988 roku obroniła pracę doktorską i pracowała najpierw jako pracownik naukowo-techniczny, a następnie jako adiunkt w Zakładzie Chemii Organicznej. W latach 1992-1994 przebywała na stażu w University of Kentucky (USA), gdzie prowadziła badania nad modyfikacją fulerenów. Od tego czasu zajmuje się funkcjonalizacją chemiczną różnych nanostruktur węglowych, takich jak fulereny, nanorurki czy magnetyczne kapsułki węglowe.
---------
PhD hab. ing. Andrzej Huczko – since 2010, a professor at the University of Warsaw, author and co-author of several hundred publications and scientific monographs.
MA Magdalena Kurcz – PhD student at the Laboratory of Physicochemistry of Nanomaterials at the Faculty of Chemistry of the University of Warsaw, author and co-author of several scientific articles and scientific monographs.
PhD Magdalena Popławska – a graduate of the Faculty of Chemistry at the Warsaw University of Technology (specialization – organic synthesis).
Rozdział 1. O nanotechnologii słów kilka... 13
Andrzej Huczko
Wybrana literatura 36
Rozdział 2. Otrzymywanie nanorurek węglowych 39
Andrzej Huczko
2.1. Metody laboratoryjne syntezy nanorurek węglowych
57
2.1.1. Metody wysokotemperaturowe 57
2.1.2. Metody oparte na osadzaniu z fazy gazowej
(CVD) 70
2.1.3. Inne metody 82
2.2. Przemysłowe metody syntezy nanorurek węglowych
93
2.3. Wydzielanie i oczyszczanie nanorurek węglowych
105
2.4. Mechanizm wzrostu nanorurek węglowych 114
Wybrana literatura 119
Rozdział 3. Charakterystyka fizykochemiczna nanorurek węglowych 132
Magdalena Kurcz
3.1. Morfologia nanorurek węglowych 132
3.2. Właściwości fizykochemiczne nanorurek węglowych
137
3.2.1. Właściwości mechaniczne 137
3.2.2. Właściwości elektronowe 139
3.2.3. Właściwości optyczne 141
3.2.4. Właściwości termiczne 142
3.3. Fizykochemiczne metody charakteryzowania
nanorurek węglowych 142
3.3.1. Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) 144
3.3.2. Mikroskopia sił atomowych (AFM) 144
3.3.3. Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)
145
3.3.4. Transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM)
145
3.3.5. Spektroskopia w podczerwieni z
transformacją Fouriera (FTIR) 146
3.3.6. Spektroskopia Ramana 146
3.3.7. Spektroskopia fotoelektronów wybijanych
promieniowaniem rentgenowskim (XPS) 149
3.3.8. Pomiary powierzchni właściwej 150
3.3.9. Pomiary gęstości 150
3.3.10. Pomiary termograwimetryczne (TGA) 151
Wybrana literatura 152
Rozdział 4. Modyfikacja i funkcjonalizacja nanorurek węglowych 155
Magdalena Popławska
4.1. Niekowalencyjna modyfikacja nanorurek węglowych
158
4.2. Kowalencyjna modyfikacja nanorurek węglowych 166
Wybrana literatura 176
Rozdział 5. Zastosowania nanorurek węglowych 181
Magdalena Kurcz
5.1. Nanorurki w elektronice 182
5.1.1. Przełączniki 183
5.1.2. Emisja polowa 184
5.1.3. Monitory żarowe 187
5.1.4. Emitery termoelektronowe 188
5.1.5. Fotonika 188
5.1.6. Filtry optyczne 189
5.1.7. Optoelektronika 189
5.1.8. Ogniwa słoneczne 190
5.1.9. Nanoanteny 191
5.1.10. Elektronika elastyczna/giętka 192
5.1.11. Termiczne materiały łączące 194
5.1.12. Magazynowanie energii 194
5.2. Kompozyty nanorurkowe 204
5.3. Sensory 209
5.4. Adsorpcja/magazynowanie 215
5.5. Kataliza 220
5.6. Mikroskopia 221
5.7. Matryce 224
5.8. Analityka 224
5.9. Biomedycyna 226
5.10. Diagnostyka 229
5.11. Sztuczne mięśnie/siłowniki 231
5.12. Tekstylia 232
5.13. Inne zastosowania 233
Wybrana literatura 238
Rozdział 6. Patenty w dziedzinie nanorurek węglowych 259
Andrzej Huczko
Wybrana literatura 278
Rozdział 7. Krajowe badania nanorurek węglowych 279
Magdalena Kurcz, Andrzej Huczko
7.1. Badania nanorurek węglowych w Pracowni
Fizykochemii Nanomateriałów Wydziału Chemii
Uniwersytetu Warszawskiego 279
7.1.1. Diagnostyka spektralna łuku węglowego 280
7.1.2. Synteza nanorurek węglowych w łuku węglowym
285
7.1.3. Inne układy plazmowe 292
7.1.4. Osadzanie z fazy gazowej (CVD) 298
7.1.5. Podsumowanie badań nanostruktur węglowych w
Pracowni Fizykochemii Nanomateriałów 302
7.2. Badania nanorurek węglowych w innych krajowych
ośrodkach badawczych 302
Wybrana literatura 306
Rozdział 8. Zakończenie 312
Andrzej Huczko
8.1. Nanotechnologia a zagrożenia zdrowotne i
środowiskowe 312
8.2. Nanorurki węglowe: czy są niebezpieczne dla
zdrowia? 316
8.3. Uwagi końcowe 321
Wybrana literatura 325
Skorowidz 327
Ważniejsze skróty i akronimy 330
