Koolstofnanobuisjes (CNT's) zijn cilindrische nanostructuren gemaakt van koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster. Ze hebben opmerkelijke eigenschappen zoals hoge sterkte, elektrische en thermische geleidbaarheid en chemische stabiliteit, waardoor ze veelbelovende materialen zijn voor verschillende toepassingen, waaronder elektronica, composieten en energieopslag.

Het vermogen om de structuur van CNT’s nauwkeurig te controleren is cruciaal om hun volledige potentieel te ontsluiten en ze af te stemmen op specifieke toepassingen. Een van de belangrijkste aspecten van structuurcontrole in CNT's is de rolrichting, die de oriëntatie van het hexagonale rooster en de resulterende chiraliteit van de nanobuis bepaalt.

Om te begrijpen hoe je een nanobuisje moet rollen, visualiseren we een grafeenvel, dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster. Het oprollen van dit grafeenvel in een bepaalde richting resulteert in de vorming van een CNT. De rolrichting wordt doorgaans gedefinieerd door een vector die de 'chirale vector' wordt genoemd en die twee equivalente roosterpunten op de grafeenplaat met elkaar verbindt.

De chiraliteit van een CNT wordt bepaald door de hoek tussen de chirale vector en de zigzagrichting van het grafeenvel. Afhankelijk van de rolrichting kunnen CNT's worden ingedeeld in drie hoofdtypen:

1. Fauteuil Nanobuisjes: In nanobuisjes in fauteuils is de chirale vector perfect uitgelijnd met de zigzagrichting, wat resulteert in een CNT met een regelmatige opstelling van zeshoeken.

2. Zigzag nanobuisjes: In zigzagnanobuisjes is de chirale vector perfect uitgelijnd met de richting van de fauteuil, wat resulteert in een CNT met een zigzagpatroon van zeshoeken.

3. Chirale nanobuisjes: In chirale nanobuisjes bevindt de chirale vector zich in een hoek tussen de zigzag- en fauteuilrichting, wat resulteert in een CNT met een gedraaide opstelling van zeshoeken.

De chiraliteit van een CNT heeft een diepgaande invloed op zijn elektronische eigenschappen. Nanobuisjes van fauteuils zijn doorgaans van metaal, terwijl zigzag- en chirale nanobuisjes van metaal of halfgeleidend kunnen zijn. Dit verschil in elektronische eigenschappen komt voort uit de kwantummechanische effecten van elektronenopsluiting binnen de nanobuisstructuur.

Nauwkeurige controle over de rolrichting en chiraliteit van CNT's wordt bereikt door verschillende synthesetechnieken, waaronder chemische dampafzetting (CVD), boogontlading en laserablatie. Deze technieken omvatten het beheersen van de groeiomstandigheden, zoals temperatuur, druk en katalysatorsamenstelling, om de vorming van specifieke soorten CNT's te bevorderen.

Bij CVD kan de rolrichting van de CNT's bijvoorbeeld worden beïnvloed door de oriëntatie van het substraatoppervlak of door gebruik te maken van patroonkatalysatoren. Door de groeiparameters te controleren is het mogelijk om selectief specifieke chiraliteiten van CNT's te synthetiseren.

Samenvattend betekent het rollen van een nanobuisje het visualiseren van een grafeenvel en het oprollen ervan in een specifieke richting, gedefinieerd door de chirale vector. De rolrichting bepaalt de chiraliteit van de CNT en zijn elektronische eigenschappen. Nauwkeurige controle over de rolrichting wordt bereikt door middel van verschillende synthesetechnieken, waardoor de op maat gemaakte groei van CNT's met gewenste structurele en elektrische kenmerken mogelijk wordt.