Qual é a diferença entre nanotubo de carbono e fulereno e nanofibra de carbono?

Inicialmente, todos são alótropos de carbono, mas estão na faixa de nanoescala que é (1–100nm) na dimensão mínima de 1 em 3.

Além do tamanho, existe outra maneira pela qual podemos definir nanomateriais, ou seja, uma grande mudança nas propriedades (elétrica, mecânica, óptica, química e muito mais). Também possui uma área de superfície muito maior em relação ao volume.

Vamos entender todos os três de uma maneira comum.

  • Nanotubos de carbono - é uma estrutura cinlindrical oca cuja única dimensão está na faixa de nanômetros, ou seja, seu diâmetro. Outras dimensões estão em micrômetros.

Isso pode ser simplesmente explicado como um papel enrolado para formar um tubo oco como uma estrutura.

Figura explicativa de um nanotubo de carbono
Imagem de nanotubos de carbono obtidos ao microscópio
  • Fulereno - Possui todas as 3 dimensões da escala em nanoescala e possui formato de bola de futebol. Também é chamado de bola Bucky.

Isso pode ser simplesmente explicado pelo exemplo de papel, onde o papel é triturado e recebe uma bola redonda como a forma.

Figura explicativa do fulereno
  • Nanofibras - São semelhantes aos nanotubos, mas os nanotubos possuem cilindro oco, enquanto as nanofibras são grudadas como estruturas, que possuem apenas uma dimensão na faixa de nanoescala e são de diâmetro.
Figura explicativa das nanofibras
Imagem de nanofibras tirada por um microscópio

Mais perguntas são bem-vindas!

Espero que você esteja satisfeito com a resposta, como tentei explicar da maneira mais simples possível.

Vejo que seu trabalho de pesquisa está em "nanopartículas grafíticas de várias camadas" e presumo que você esteja se referindo ao grafeno em camadas. Nesse caso, é importante adicionar "grafeno" à sua pergunta.

A primeira coisa a considerar são as configurações de ligação conhecidas com carbono… sp2 e sp3. Um bom resumo dos nanocarbonetos que você pode estudar é:

Formas de nanocarbonetos por tipo de ligação

► ligações sp2

• grafite, grafeno, nanofibra de carbono, fulerenos (buckyballs e nanotubos, nanobuds), carbono vítreo (também chamado de carbono vítreo)

► ligações sp3

• diamante, lonsdaleita (diamante hexagonal)

►rácios das ligações sp2 / sp3

• carbono amorfo (poli ou nanocristalino), Carbonado (diamante preto)

Quer você esteja estudando cristalografia e nanoestrutura ou examinando propriedades desses materiais, a ligação tem o impacto mais significativo sobre esses materiais. Por exemplo, os diamantes (sp3) não conduzem eletricidade enquanto uma única folha de grafeno conduz elétrons mais rapidamente do que qualquer outro material conhecido pelo homem. No entanto, se você estiver estudando química ou espectroscopia, existem poucas diferenças entre esses nanocarbonos.

Se você estiver estudando nanocarbonos, considere Raman e STEM-EELS, para melhor distinguir entre esses nanocarbonos.

CNTs

Você não pode realmente criar um nanotubo de carbono enrolando uma folha de grafeno, mas essa metáfora é frequentemente usada para descrever nanotubos. A diferença significativa é que as propriedades dos nanotubos de carbono são significativamente afetadas pelo ângulo em que o nanotubo é "enrolado" em um tubo (isso é chamado quiralidade). Nanotubos são freqüentemente chamados de metálicos ou semicondutores, que dependem amplamente da quiralidade dos nanotubos.

Além disso, lembre-se de que “empilhar” folhas de grafeno para fazer uma configuração de multicamadas também afetará algumas das propriedades do material. Por exemplo, a condutividade elétrica é muito maior em folhas soltas de grafeno do que em uma configuração empilhada.

Fibra de carbono

A fibra de carbono é uma categoria ampla, mas na escala de nanoescala a fibra de carbono é uma proporção de ligações de carbono sp2 e sp3. Pode haver algum grupo que afirma fazer uma fibra de carbono sp2 pura, mas é improvável que não haja ligações sp3 presentes.

Muitas coisas afetam as propriedades das fibras de carbono: o material de origem usado para fabricar as fibras, a técnica de produção, produtos químicos e / ou gases utilizados, técnicas de filtragem e / ou triagem e técnicas de fiação ou montagem para fabricar as fibras.

Em resumo, as fibras de carbono em nanoescala estão na categoria de carbono amorfo.

Por que usar um sobre o outro?

As propriedades desejadas no seu design (e custos) determinarão qual o melhor material da sua parte, como uma raquete de tênis. Supondo que você esteja usando os nanocarbonos para melhorar a rigidez da raquete de tênis, provavelmente estará adicionando os nanocarbonos a uma matriz polimérica (provavelmente um termoplástico termoendurecido ou rígido). Embora a fibra de carbono melhore a rigidez em relação aos nanocarbonos, as fibras de carbono não serão capazes de competir com os nanotubos de carbono na categoria de rigidez.

Olá, obrigado pela A2A! Este é o meu beco.

"Se estamos usando nanotubos de carbono, por que não podemos usar o fulereno?" é semelhante a "Se estamos usando citrus limon, por que não podemos usar limões?"

Fulereno é um termo muito amplo - significa qualquer alótropo (forma molecular) de carbono com a forma de uma esfera, um cilindro, elipsóides e muito mais. De fato, é freqüentemente usado informalmente como qualquer alótropo de carbono que não esteja em conformidade com os alótropos clássicos - o que significa que se é uma molécula de carbono e não é diamante, grafite, grafeno ou amorfo, é um fulereno.

Nanotubos de carbono, ou moléculas de carbono em forma de tubo, são fulerenos. No momento, estamos usando fulerenos em muitos de nossos materiais de primeira linha! De bolas de golfe a raquetes de tênis e joelheiras, o fulereno está em voga. Fulereno é apenas, honestamente, mais esotérico e carece do fator legal. Fulereno? O que é mesmo um fulereno? Mas nanotubos de carbono? Ahh, agora isso é algo que eu posso ficar para trás.

As fibras de carbono são bem diferentes dos nanotubos de carbono. Enquanto os nanotubos de carbono são moléculas que realmente têm o formato de espaguete, as fibras de carbono são simplesmente cristais de grafite em torno de 5 a 30 micrômetros envolvidos por revestimento orgânico, como PEO ou PVA. Embora muito pequenos, eles não são realmente nano-pequenos - lembre-se de que o cabelo humano pode ser tão fino quanto 17 micrômetros, e as fibras de lã podem ter cerca de 10 micrômetros de diâmetro. A estrutura é claramente diferente e a fibra de carbono é muito, muito diferente dos nanotubos de carbono.

Este é apenas um caso de má atribuição. Não digo que as fibras de carbono sejam materiais ruins - elas são excelentes materiais por si só, dando passos largos e plantando bandeiras nas indústrias automobilística e aeroespacial, mas não são apenas nanotubos de carbono, mesmo que os nomes pareçam muito semelhantes. No entanto, pela primeira vez, acho que a escolha aqui é técnica, e não de marketing - enquanto os nanotubos de carbono são fulerenos, eles têm propriedades muito diferentes em comparação às fibras de carbono. A natureza das fibras de carbono significa (e eu estou sendo muito breve aqui) ou você recebe um módulo de Young alto (o que significa que ele pode se esticar e voltar à sua forma original) ou uma resistência à tração muito alta (pode levar forças de alongamento bem). Isso levou a histórias sobre o quanto as bicicletas de fibra de carbono se quebram, o que, embora um pouco exagerado, é bastante plausível. De fato, fabricar compósitos reforçados por fibras de carbono é mais barato e melhor do que usar fibras de carbono puras pela mesma razão!

TL, DR: Fulereno é apenas um nome amplo e diferente para nanotubos de carbono (e outras coisas), enquanto as fibras de carbono são completamente diferentes quimicamente e fisicamente.