Od umelo vytvorených syntetických látok zvyčajne neočakávame nejaký estetický zážitok. Vyplýva to najmä z toho, že väčšinou sú z hľadiska svojho zloženia a vlastností homogénne. Jednotné tvary a iné vlastnosti bývajú nezáživné, podmienkou estetického zážitku je pravý opak – buď ako nechcený výsledok zlyhania experimentu, alebo ako vopred cielený zámer.
Uhlíkové nanorúrky, o ktorých bude reč, sú v tomto ohľade veľmi vďačným objektom. Musíme však mať k dispozícii elektrónový mikroskop. Pretože inak vidíme iba čierne (a asi aj nebezpečné) materiály.
Jednovrstvové a viacvrstvové
Uhlíkové nanorúrky známe pod skratkou CNTs (angl. carbon nanotubes) patria do skupiny látok tvorených jediným prvkom – uhlíkom. Najznámejšími zástupcami tejto skupiny tzv. alotropických modifikácií uhlíka sú v prírode sa vyskytujúce minerály diamant a grafit, ktoré však možno pripraviť aj umelo v laboratórnych podmienkach. Ďalšie uhlíkové formy sú výlučne umelé. Patria k nim fullerén, grafén, uhlíkové nanorúrky a uhlíkové nanosteny. S výnimkou diamantu spája štruktúry všetkých ďalších látok rovnaká základná stavebná jednotka, ktorou je šesťuholníková sieť atómov uhlíka. V štruktúre fullerénov je však doplnená aj päťuholníkovými prstencami.
Uhlíkové nanorúrky sú duté valcové rúrky. Zahrnujú dve skupiny. Prvý typ má jednoduchú stenu tvorenú jednou grafénovou vrstvou stočenou do tvaru valca, ktorý môže byť uzavretý fullerénovými hemisférami. Označujú sa skratkou SWCNTs (angl. single-wall carbon nanotubes). Druhý typ sú nanorúrky s viacvrstvovými stenami (MWCNTs: multi-wall carbon nanotubes).
Vo všetkých prípadoch predpona nano súvisí s tým, že ich priemer je pod hranicou 100 nm. (Jeden nanometer je milióntina milimetra.) Dĺžka nanorúrok môže hranicu nanorozmeru výrazne prekračovať. Uhlíkové nanorúrky dosahujú dĺžku niekoľkých mikrometrov až centimetrov. Asi väčšina z nás by si pomyslela, že to by ich bezpodmienečne malo diskvalifikovať z kategórie nanočastíc. Platí tu však konvencia, že do nej patria tie častice, ktorých dva z troch rozmerov sú pod hranicou 100 nm. Pri jednoduchých jednovrstvových nanorúrkach sa ich priemer pohybuje na úrovni jedného až dvoch nanometrov. Priemer viacvrstvových nanorúrok sa však môže približovať až k hranici 100 nm.
Ako ich pripraviť
Je úplne jednoduché vysvetliť vznik uhlíkových nanorúrok abstraktným stočením grafénových vrstiev. No ako ich pripraviť vo forme reálnej látky?
Tu stojí za zmienku, že mnohé veci sa zdajú na prvý pohľad veľmi ľahké, ale v skutočnosti je to presne naopak. (Našťastie, niekedy je to aj opačne.) Skvelý príklad je história prípravy samostatnej grafénovej vrstvy. Dávno sme vedeli ako vyzerá, ale mať ju v rukách sa podarilo až v roku 2004 obyčajným odlepením z kúska grafitu. V roku 2010 bola z toho Nobelova cena za fyziku. Je trochu paradoxné, že na syntézu uhlíkových nanorúrok nestačí mať iba kúsok lepiacej pásky (trochu zjednodušene) ako v prípade grafénu. Musíte byť vybavený komplikovaným zariadením.
Metód syntézy uhlíkových nanorúrok je niekoľko, ale spomeňme iba jednu, pretože v tomto článku sú zobrazené nanorúrky pripravené práve ňou.
Text a foto prof. Ing. Karol Jesenák, CSc.
Ing. Magdaléna Kadlečíková, PhD.
Fakulta elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave
Tento článok vznikol vďaka podpore projektu VEGA 1/0789/21.
