Förmågan att exakt kontrollera strukturen av CNT:er är avgörande för att låsa upp deras fulla potential och skräddarsy dem för specifika applikationer. En av nyckelaspekterna av strukturkontroll i CNT är rullriktningen, som bestämmer orienteringen av det hexagonala gittret och den resulterande kiraliteten hos nanoröret.
För att förstå hur man rullar ett nanorör, låt oss visualisera ett grafenark, som är ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett hexagonalt gitter. Att rulla upp detta grafenark i en viss riktning resulterar i bildandet av en CNT. Rullriktningen definieras vanligtvis av en vektor som kallas "kiral vektor", som förbinder två ekvivalenta gitterpunkter på grafenarket.
Kiraliteten för en CNT bestäms av vinkeln mellan den kirala vektorn och sicksackriktningen för grafenarket. Beroende på rullriktningen kan CNT klassificeras i tre huvudtyper:
1. Fåtölj nanorör: I nanorör för fåtöljer är den kirala vektorn perfekt inriktad med sicksackriktningen, vilket resulterar i en CNT med ett regelbundet arrangemang av hexagoner.
2. Sicksack nanorör: I sicksacknanorör är den kirala vektorn perfekt anpassad till fåtöljens riktning, vilket resulterar i en CNT med ett sicksackmönster av hexagoner.
3. Chirala nanorör: I kirala nanorör är den kirala vektorn i en vinkel mellan sicksack- och fåtöljriktningen, vilket resulterar i en CNT med ett vridet arrangemang av hexagoner.
Kiraliteten hos en CNT har en djupgående inverkan på dess elektroniska egenskaper. Nanorör för fåtöljer är vanligtvis metalliska, medan sicksack- och kirala nanorör kan vara antingen metalliska eller halvledande. Denna skillnad i elektroniska egenskaper härrör från de kvantmekaniska effekterna av elektroninneslutning i nanorörsstrukturen.
Exakt kontroll över rullningsriktningen och kiraliteten hos CNT:er uppnås genom olika syntestekniker, inklusive kemisk ångavsättning (CVD), ljusbågsurladdning och laserablation. Dessa tekniker involverar kontroll av tillväxtförhållandena, såsom temperatur, tryck och katalysatorsammansättning, för att gynna bildningen av specifika typer av CNT.
I CVD, till exempel, kan rullriktningen för CNTs påverkas av orienteringen av substratytan eller genom att använda mönstrade katalysatorer. Genom att kontrollera tillväxtparametrarna är det möjligt att selektivt syntetisera specifika kiraliteter av CNT.
Sammanfattningsvis innebär rullning av ett nanorör att visualisera ett grafenark och rulla upp det längs en specifik riktning, definierad av den kirala vektorn. Rullriktningen bestämmer kiraliteten hos CNT och dess elektroniska egenskaper. Exakt kontroll över rullriktningen uppnås genom olika syntestekniker, vilket möjliggör skräddarsydd tillväxt av CNT med önskade strukturella och elektriska egenskaper.
