Hiilinanoputket (Carbon Nano Tubes) ovat sylinterimäisiä rakenteita, jotka koostuvat yksittäisestä hiiliatomikerroksesta. Ne voivat olla joko yksi- tai moniseinäisiä. Putkien halkaisija on vain muutamia metrin miljardisosia (nanometrejä), mutta pituutta niillä voi olla jopa senttimetrejä.
Hiiliatomien väliset sidokset ovat erittäin lujia, mikä tekee hiilinanoputkista painoonsa nähden terästäkin vahvempia. Putket ovat myös joustavia ja taipuvat katkeamatta, sekä johtavat erittäin hyvin sähköä ja lämpöä. Hiilinanoputkien pintaa voidaan myös muokata kemiallisesti, mikä mahdollistaa niiden käytön esimerkiksi sensoreissa, lääketieteessä ja elektroniikassa.
Hiilinanoputkien valmistukseen on useita menetelmiä, mutta yleisin on kemiallinen höyrypinnoitus (CVD). Siinä hiiltä sisältävä kaasu, esimerkiksi metaani, johdetaan kuumaan uuniin, jossa on metallihiukkasia (rauta). Kaasu hajoaa kuumuudessa ja hiili alkaa kasvaa metallihiukkasten pinnalle nanoputkiksi. Edullinen menetelmä sopii teolliseen tuotantoon. Valmistustavan valinta riippuu kuitenkin aina putkien käyttökohteista.
Käyttö ja mahdollisuudet
Eniten hiilinanoputkia on tutkittu elektroniikassa. Niistä kehitettyjä transistoreita pidetään varteenotettavana vaihtoehtona piipohjaisille siruille. Hiilinanoputkia käytetään myös läpinäkyvinä johtimina esimerkiksi näytöissä ja kosketuspinnoissa.
Putkien käyttöä tutkitaan osana akkuja ja superkondensaattoreita, sekä tukimateriaaleina ratkaisuissa, joissa tuotetaan polttoaineita tai energiaa kemiallisten reaktioiden avulla.
Koska jo hyvin pieni määrä nanoputkia voi tehdä materiaalista lujemman, kestävämmän ja paremmin sähköä johtavan; niille on käyttöä rakentamisessa, ilmailussa ja ajoneuvotekniikassa.
Kaiken lisäksi hiilinanoputket ovat hyviä antureita ja niiden avulla voidaan havaita hyvin pieniä määriä kaasuja, epäpuhtauksia tai biologisia aineita. Lääketieteessä hiilinanoputkia on tutkittu esimerkiksi lääkkeiden kuljettamiseen elimistössä.
Näkymät
Hiilinanoputkista odotetaan paljon monilla aloilla, mutta niiden tuotanto on silti vielä kehitysvaiheessa, Esimerkiksi yksiseinäisiä tuotetaan nyt joitain kymmeniä tonneja vuodessa. Laadukkaan materiaalin hinta nousee silti kymmeniin miljooniin tonnilta.
Se on omassa luokassaan verrattuna muihin hiilituotteisiin, kuten grafiittiin, hiilimustaan, grafeeniin jne. Toki kyseisen materiaalin käyttötarvekin on yleensä lopputuotteessa hyvin vähäinen, vain prosentin luokkaa.
Hiilinanoputket ja muutkin nanomateriaalit yhdistyvät tänä päivänä moniin kiinnostavimpiin uusiin innovaatioihin, akuista superkondensaattoreihin, aurinkopaneeleihin sekä näyttö- ja piiriteknologioihin. Puhumattakaan lääketeollisuuden sovelluksista ja antureista. Hiilinanoputkien kehitys ei ole pelkkää materiaalitekniikkaa, vaan osa laajempaa muutosta, jossa teknologinen kehitys siirtyy yhä syvemmälle nanoskaalaan.
