Szén nanocső forrásának megtekintése

{{Más|Szénszál}}
{{Nanotechnológia navoszlop/Szén nanoszerkezetek}}

A '''szén nanocső''', angol rövidítéssel gyakran '''CNT''' ('''carbon nanotube'''), a [[szén]] egyik [[allotrópia|allotrop]] módosulata, a [[fullerének]] egy sajátos, hengeres szerkezetű típusa. Más [[nanocső|nanocsövekhez]] és [[nanopálca|nanopálcákhoz]] hasonlóan a szén nanocsövek is kvázi-egydimenziós szerkezetek, azaz a [[Tér (fizika)|tér]] egyik irányában kiterjedtek, míg a másik két irányban nanométeresek. Közel [[atom]]i méreteik miatt szén [[molekula#Makromolekula|makromolekuláknak]] is tekinthetők.

Felfedezésük időpontja vitatott: először 1952-ben közölték észlelésüket, de igazi tudományos érdeklődést csak az [[1990-es évek]]ben keltettek. Bár alkalmazásuk technikailag igen nehéz, sokfelé, így [[Magyarország]]on is intenzíven kutatják. Különleges [[mechanika]]i, [[kémia]]i, [[elektromosság|elektromos]] és [[termodinamika|hőtani]] tulajdonságaik nagyrészt szerkezetüknek köszönhetőek. Igen érdekes fizikai tulajdonságuk a szobahőmérsékletű [[ballisztikus vezetés]]. [[sávszerkezet|Elektronikus sávszerkezetükben]] a kétdimenziós [[kvantumbezárás]]ok [[van Hove-szingularitás]]okat hoznak létre.

Szakítószilárdságuk és hővezetésük a hagyományos [[szerkezeti anyagok]]énál akár százszor is jobb lehet. A belőlük készíthető nanoszerkezetű tömbi anyagok nagy felület-térfogat aránya és nanoporozitása sok alkalmazás felé nyit utat. Ma is kutatják többek között különlegesen szívós ruhák, szerkezeti kompozitok, elektronikai eszközök, [[Ultrakapacitás|szuperkondenzátorok]], [[napelem]]ek, hidrogéntároló üzemanyagcellák, illetve űreszközök, például [[űrlift]]ek szén nanocsövekre alapozott gyártásának lehetőségét. Extrém jellemzőik hatékony alkalmazása még várat magára, sok alkalmazás gyakorlatba ültetése további műszaki fejlesztést igényel.
== Története ==

=== Felfedezése ===
A szén nanocsövek felfedezésének pontos idejét és az első észlelő személyét illetően nincs általános egyetértés.<ref name="carbon1">{{Cite book|title=Carbon Nanotubes as Platforms for Biosensors with Electrochemical and Electronic Transduction|first=Mercè|last=Pacios Pujadó|publisher=Springer Heidelberg|year=2012|pages=XX,208|doi=10.1007/978-3-642-31421-6|isbn=978-3-642-31421-6|subtitle=|language=angol}}</ref><ref name="carbon">{{Cite journal|last=Monthioux|first=Marc|year=2006|title=Who should be given the credit for the discovery of carbon nanotubes?|language=angol|journal=[[Carbon (folyóirat)|Carbon]]|volume=44|issue=9|pages=1621–1623|doi=10.1016/j.carbon.2006.03.019|url=http://nanotube.msu.edu/HSS/2006/1/2006-1.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-26|last2=Kuznetsov|first2=V|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160528120852/http://nanotube.msu.edu/HSS/2006/1/2006-1.pdf|archivedate=2016-05-28}}</ref> A nanoszerkezetű szénszálacskákra vonatkozó első közlemény valószínűleg a [[Szovjetunió|szovjet]] L. V. Raduskevics és V. M. Lukjanovics 1952-es, orosz nyelvű cikke volt.<ref name="CVD">{{cite journal|author=L. V. Raduskevics|coauthors=V. M. Lukjanovics|year=1952|title=O strukture ugleroda, obrazujuce gosja pri termiceskom razlozenii okisi ugleroda na zeleznom kontakte|language=orosz|journal=Journal of Physical Chemistry|volume=26|pages=88–95|url=http://nanotube.msu.edu/HSS/2006/4/2006-4.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-26|script-title=ru:О Структуре Углерода, Образующегося При Термическом Разложении Окиси Углерода На Железном Контакте|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160305060142/http://nanotube.msu.edu/HSS/2006/4/2006-4.pdf|archivedate=2016-03-05}}</ref> Ebben leírták, hogy egyes vékony szénszálak akár a nanométeres méretskálát is elérhetik, és üregesek lehetnek. Ezen eredményeik valóban a szén nanocsövek első észlelései lehettek, azonban a [[hidegháború]] éveiben ez az eredmény nyelvi és politikai okok miatt nem vált széles körben ismertté.

1976-ban a francia [[Centre national de la recherche scientifique|CNRS]] intézet japán fizikusa, [[Endó Morinobu]] feltekert grafitrétegből álló üreges szerkezeteket állított elő kémiai gőzfázisú leválasztással.<ref>{{Cite journal|last=Oberlin|first=A.|year=1976|title=Filamentous growth of carbon through benzene decomposition|language=angol|journal=Journal of Crystal Growth|volume=32|issue=3|pages=335–349|doi=10.1016/0022-0248(76)90115-9|url=http://www.kroto.info/wp-content/uploads/2015/10/1.M.ENdoJCrystalGrowth1976.pdf|accessdate=2017-04-26|last2=Endo|first2=M.|last3=Koyama|first3=T.|bibcode=1976JCrGr..32..335O}}</ref> Későbbi vizsgálatok során, amikor a szén nanoanyagokról már több ismeret állt rendelkezésre, fény derült rá, hogy az Endo által felfedezett alakzatok minden bizonnyal egyfalú szén nanocsövek lehettek.<ref name="carbon2">{{Cite report|title=WTEC Panel Report on "INTERNATIONAL ASSESSMENT OF RESEARCH AND DEVELOPMENT OF CARBON NANOTUBE MANUFACTURING AND APPLICATIONS" FINAL REPORT|author=Eklund, Peter C.|publisher=World Technology Evaluation Center(WTEC)|year=2007|url=http://www.wtec.org/cnm/CNM_final_report.pdf|format=PDF|language=angol|accessdate=2017-03-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170311174000/http://www.wtec.org/cnm/CNM_final_report.pdf|archivedate=2017-03-11}}</ref> Eredményei közt továbbá többfalú szén nanocsőre utaló eredmények is találhatók, illetve ezek ipari léptékű gyártása ma is nagyban támaszkodik az ő eredményeire. Az eljárást a kutató tiszteletére ma Endo-eljárásnak nevezik.<ref>{{cite journal|author=Endo, M.|year=1988|title=Grow carbon fibers in the vapor phase|language=angol|journal=Chemtec|volume=18|issue=9|pages=568–576|url=http://nanotube.msu.edu/nt05/abstracts/NT05_MEndo.pdf|accessdate=2017-03-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20190205160936/http://nanotube.msu.edu/nt05/abstracts/NT05_MEndo.pdf|archivedate=2019-02-05}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Koyama, T.|coauthors=Endo, M. T.|year=1982|title=Method for manufacturing carbon fibers by a vapor phase process|journal=Japanese Patent|volume=58|issue=966}}</ref>

[[John Abrahamson]] 1979-ben, a [[Pennsylvania State University|Pennsylvaniai Állami Egyetem]] egy szénszerkezetekkel foglalkozó konferenciáján mutatta be szén nanocsövek ívkisüléssel való előállítására vonatkozó eredményeit. Abrahamson az eljárás ismertetése mellett a „nanoszálak” részletes jellemzését, és nitrogénatmoszférában, alacsony nyomáson való keletkezésük egy modelljét is megadta.<ref>{{Cite journal|last=Abrahamson|first=John|year=1999|title=Structure of Carbon Fibers Found on Carbon Arc Anodes|url=https://archive.org/details/sim_carbon_1999_37_11/page/1873|language=angol|journal=[[Carbon (folyóirat)|Carbon]]|volume=37|issue=11|pages=1873–1874|doi=10.1016/S0008-6223(99)00199-2|last2=Wiles|first2=Peter G.|last3=Rhoades|first3=Brian L.}}</ref>

1981-ben szovjet kutatók tettek közzé egy beszámolót a szén nanoszerkezetek kémiai és szerkezeti jellemzéséről. A cikkben [[szén-monoxid]]ból, termokatalitikus [[oxidoredukció]]val előállított szén nanorészecskéket vizsgáltak [[Transzmissziós elektronmikroszkóp|TEM]] és [[Röntgendiffrakció|XRD]] eljárásokkal, és „többfalú, csőszerű szénkristályokról” számoltak be, melyek vélekedésük szerint [[grafén]]rétegek feltekeredésével jöhettek létre. Egyben rámutattak, hogy a grafén hatszöges rácsának különféle irány menti hipotetikus feltekerésével elméletben különféle csőszerkezetek nyerhetők, továbbá meghatározták ennek ma is alkalmazott két alaptípusát: a körkörös feltekerésű, azaz „karosszék”-típusú, illetve az általános, helikálisan csavart rácsú, ma egyszerűen királisnak nevezett szén nanocsövet.<ref>{{Cite journal|author=A. Nesterenko|coauthors=N. Kolesnik, Y. Akhmatov, V. Suhomlin, et O. Prilutskii|year=1982|title=Characteristics of the phase composition and structure of products of the interaction of nickel(II) and iron(III) oxide with carbon monoxide|language=orosz|journal=Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Metals|volume=3|pages=12–17}}</ref>

[[Howard G. Tennent]] 1987-ben jegyezte be szabadalmát hengeres, különálló, többfalú, 3,5 és 70 nanométer közötti vastagságú, ezt nagyjából százszorosan meghaladó hosszúságú szénszálak gyártási eljárására.<ref>{{Cite web|url=https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=4663230&KC=&FT=E&locale=en_EP#|title=Carbon fibrils, method for producing same and compositions containing same (US4663230)|accessdate=2017-03-28|author=Howard G. Tennent|date=1987-05-05|work=US. patent|language=angol|archiveurl=https://web.archive.org/web/20181116033426/https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=US&NR=4663230&KC=&FT=E&locale=en_EP|archivedate=2018-11-16}}</ref>
[[Fájl:名城2010Fとともに.jpg|balra|bélyegkép|162x162px|Iidzsima Szumio]]
A fenti részeredmények ellenére sokáig nem történt nagy áttörés a nanocsövek kutatásában. A téma akkor nyert igazán nagy szakmai figyelmet, amikor [[Iidzsima Szumio]] japán fizikus 1991-ben a [[Nature]] folyóiratban közölte ívkisüléssel porlasztott grafitrudakból előálló, többfalú szén nanocsövekkel kapcsolatos kísérleti eredményeit, és a nanocsövek egy részletes jellemzését.<ref name=":0">{{Cite journal|last=Iidzsma|first=Szumio|date=7 November 1991|title=Helical microtubules of graphitic carbon|language=angol|journal=[[Nature]]|volume=354|issue=6348|pages=56–58|doi=10.1038/354056a0|url=http://www.me.berkeley.edu/~lwlin/me138/paper1.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-26|bibcode=1991Natur.354...56I}}</ref> Az új tudományos érdeklődéshez nagyban hozzájárult Mintmire és szerzőtársai Iidzsimáétól független 1992-es munkája, melyben igen jól jósolták meg az egyfalú szén nanocsövek lehetséges vezetési jellemzőit.<ref>{{cite journal|last=Mintmire|first=John W.|coauthors=BI Dunlap, CT White|year=1992|title=Are Fullerene Tubules Metallic?|language=angol|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=68|issue=5|pages=631–634|doi=10.1103/PhysRevLett.68.631|pmid=10045950|bibcode=1992PhRvL..68..631M}}</ref> A témakör kutatásának történetében újabb fontos lépés volt, amikor Bethune és szerzőtársai illetve Iidzsima egymástól független eredményeket közölt az egyfalú szén nanocsövek átmenetifém-katalizátor segítségével, ívkisüléssel történő előállításával kapcsolatban, mely eljárás már korábban használatos volt [[buckminsterfullerén]] előállításához.<ref>{{cite journal|author=DS Bethune, et al.|year=1993|title=Cobalt-catalyzed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls|language=angol|journal=[[Nature]]|volume=363|issue=6430|pages=605–607|doi=10.1038/363605a0|bibcode=1993Natur.363..605B}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Iidzsma Szumio|coauthors=Icsihasi Tosinari|year=1993|title=Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter|language=angol|journal=[[Nature]]|volume=363|issue=6430|pages=603–605|doi=10.1038/363603a0|bibcode=1993Natur.363..603I}}</ref><ref name="Kratschmer-C60">{{Cite journal|last=Krätschmer|first=W.|year=1990|title=Solid C60: a new form of carbon|language=angol|journal=[[Nature]]|volume=347|issue=6291|pages=354–358|doi=10.1038/347354a0|last2=Lamb|first2=Lowell D.|last3=Fostiropoulos|first3=K.|last4=Huffman|first4=Donald R.|bibcode=1990Natur.347..354K}}</ref>

A szén nanocsövek felfedezésének története tehát a [[20. század]] közepéig nyúlik vissza, bár a témakör intenzív kutatása csak Iidzsima 1991-es Nature-cikke után kezdődött, mely egészen a 2010-es évekig tartott, és később sem zárult le teljesen. Bár a szén nanocsövek alkalmazásbeli korlátai miatt a 2010-es évekre az élénk érdeklődés kissé csillapodott, továbbra is hangsúlyos kutatások tárgyai a szén nanoszerkezetek, például a fullerének és a [[grafén]], mely utóbbi felfedezését 2010-ben [[Nobel-díj]]jal jutalmazták.<ref>{{Cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/press.html|title=The 2010 Nobel Prize in Physics - Press Release|accessdate=2017-03-28|work=www.nobelprize.org}}</ref>

=== Hazai kutatások ===
A szén nanoszerkezetek fizikai és kémiai kutatásával Magyarországon több kutatócsoport is foglalkozik. A [[Szegedi Tudományegyetem]] [[Szegedi Tudományegyetem#Természettudományi és Informatikai Kar|Természettudományi és Informatikai Karán]] szén nanocsövek CVD-s előállításával, a csövek funkcionalizálásával, szén nanocsövekből álló [[vékonyréteg]]ekkel illetve különféle önszerveződő folyamatokkal kapcsolatban zajlik kutatás és a Kémia Doktori Iskola programja keretében képzés.<ref>{{Cite web|url=http://www2.sci.u-szeged.hu/chem/phd_chem/program5.htm|title=SZTE KDI, 5. Katalízis, felület, kolloid és anyagtudomány|accessdate=2017-04-03|work=www2.sci.u-szeged.hu|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160529133309/http://www2.sci.u-szeged.hu/chem/phd_chem/program5.htm|archivedate=2016-05-29}}</ref>

Az [[MTA Természettudományi Kutatóközpont]]jához tartozó [[MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet|Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet]] egyes csoportjai szén nanocsövek jellemzésével, elméleti és kísérleti vizsgálatával foglalkoznak. Kiemelendők például a szegediekkel és más csoportokkal együttműködve, a katalitikus nanocsőgyártás terén végzett munka,<ref name="Fonseca Hernadi Piedigrosso Colomer 1998 pp. 11–22">{{cite journal|author=A. Fonseca|coauthors=K. Hernadi, P. Piedigrosso, J.-F. Colomer, K. Mukhopadhyay, R. Doome, S. Lazarescu, L.P. Biro, P. Lambin, P.A. Thiry, D. Bernaerts, J.B. Nagy|year=1998|title=Synthesis of single- and multi-wall carbon nanotubes over supported catalysts|journal=[[Applied Physics A]]|publisher=Springer Nature|volume=67|issue=1|pages=11–22|doi=10.1007/s003390050732|url=https://www.researchgate.net/profile/Klara_Hernadi/publication/225385872_Synthesis_of_single-_and_multi-wall_carbon_nanotubes_over_supported_catalysts/links/0c96052ce3f5e7bfa5000000.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-03}}</ref> továbbá eredmények a bambuszra emlékeztető geometriájú vagy Y-elágazást tartalmazó nanocsövek gyártása,<ref name="Bir{\o 2004 pp. 241–249">{{cite journal|author=Biró László Péter|year=2004|title=Carbon nanotube Y junctions: growth and properties|language=angol|journal=Diamond and Related Materials|publisher=Elsevier BV|volume=13|issue=2|pages=241–249|doi=10.1016/j.diamond.2003.10.014|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/diamond_13_241_Y.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-03|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170427103906/http://www.nanotechnology.hu/reprint/diamond_13_241_Y.pdf|archivedate=2017-04-27}}</ref> a szerkezetek pásztázószontás vizsgálataira,<ref name="Bir{\o 1997 pp. 12490–12498">{{cite journal|author=Biró László Péter|year=1997|title=Scanning tunneling microscope investigation of carbon nanotubes produced by catalytic decomposition of acetylene|language=angol|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|publisher=American Physical Society (APS)|volume=56|issue=19|pages=12490–12498|doi=10.1103/physrevb.56.12490|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/prb_56_12490.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-03|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170427103844/http://www.nanotechnology.hu/reprint/prb_56_12490.pdf|archivedate=2017-04-27}}</ref> és ezek elméleti tárgyalására,<ref name="G{\e 1998 pp. 12645–12648">{{cite journal|author=Géza I. Márk, László P. Biró, and József Gyulai|year=1998|title=Simulation of STM images of three-dimensional surfaces and comparison with experimental data: Carbon nanotubes|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|publisher=American Physical Society (APS)|volume=58|issue=19|pages=12645–12648|doi=10.1103/physrevb.58.12645|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/prb_58_12645.pdf|accessdate=2017-04-03|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170809084605/http://www.nanotechnology.hu/reprint/prb_58_12645.pdf|archivedate=2017-08-09}}</ref> a szén nanocsövek gázérzékelésére vonatkozóan.<ref>{{Cite journal|author=Koós Antal Adolf|year=2006|title=Szén nanocsöveken alapuló szelektív gázérzékelők|journal=[[Fizikai Szemle]]|issue=7|pages=226–229|url=http://www.nanotechnology.hu/preprint/FizSzemle_2006_07_GasSensing.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-03|archiveurl=https://web.archive.org/web/20160409221700/http://www.nanotechnology.hu/preprint/FizSzemle_2006_07_GasSensing.pdf|archivedate=2016-04-09}}</ref><ref name="Horv{\a 2008 pp. 495–504">{{cite journal|author=Horváth Zsolt E. et al.|year=2008|title=The role of defects in chemical sensing properties of carbon nanotube films|language=angol|journal=[[Applied Physics A]]|publisher=Springer Nature|volume=93|issue=2|pages=495–504|doi=10.1007/s00339-008-4843-1|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/apa_93_496_Sensor.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-03|archiveurl=https://web.archive.org/web/20121108202654/http://www.nanotechnology.hu/reprint/apa_93_496_Sensor.pdf|archivedate=2012-11-08}}</ref>

== Szerkezete ==
[[Fájl:Carbon nanotube (single-walled zigzag).gif|bélyegkép|Egyfalú szén nanocső szerkezete]]
A szén nanocsövek szénatomok rácsából álló, kvázi-egydimenziós, hengeres, [[nanoszerkezet]]ű anyagok. A csőfalat szénatomok [[kovalens kötés|kovalensen kötött]] hatszöges [[Kristályszerkezet|rácsa]] alkotja, mely feltekert [[grafén]]hez, azaz a [[grafit]] egyetlen atomból álló rétegéhez hasonló. Az üreges [[nanocső]] átmérője igen sokféle lehet, jellemzően 0,5&nbsp;nm és 100&nbsp;nm közötti, hosszúsága pedig tipikusan mikrométeres nagyságrendű, de extrém esetben akár az 55&nbsp;cm-t is elérheti.<ref>{{cite journal|author=Rufan Zhang|coauthors=Yingying Zhang, Qiang Zhang, Huanhuan Xie, Weizhong Qian, Fei Wei|year=2013|title=Growth of Half-Meter Long Carbon Nanotubes Based on Schulz–Flory Distribution|language=angol|journal=ACS Nano|publisher=American Chemical Society (ACS)|volume=7|issue=7|pages=6156–6161|doi=10.1021/nn401995z|url=http://www.aladdin-e.com/up_files/pdf/nn401995z.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150426071022/http://www.aladdin-e.com/up_files/pdf/nn401995z.pdf|archivedate=2015-04-26}}</ref> A csőfal állhat egy vagy több rétegből. Többfalú szén nanocsövek esetén a koaxiális, fokozatosan növekvő átmérőjű csőfalak nagyjából olyan távolságban helyezkednek el egymástól, mint a grafénrétegek a grafitban.

A nanocsövek gyakran [[Diszlokáció (kristálytan)|hibahelyeket]], kapcsolódó molekulákat, töréseket tartalmaznak. A csőfal rácsa a hibák környezetében torzul, szabályos hatszöges rács helyett néhol más elrendezés alakul ki. A hibahelyek nagy hatással vannak a nanocsövek kémiai kölcsönhatásaira, szerkezeti jellemzőire, mechanikai tulajdonságaira.

A csövek végződhetnek nyíltan, de olykor fullerénmolekulához hasonló, félgömbszerű lezáródásuk van. A csővégződés szerepe viszont gyakran nem jelentős, az igen hosszú nanocsövek fizikai jellemzőit inkább a csőfal szerkezete határozza meg.{{H|Kürti|2013|o=39}}

=== Egyfalú szén nanocsövek ===
Az egyfalú szén nanocsövek egyetlen, üreges, hengeres formában záródó hatszögrácsból állnak, melyek átmérője jellemzően 0,5&nbsp;nm és 2&nbsp;nm közötti, hossza pedig ennek akár milliószorosa is lehet. A szerkezet az alábbiak szerint, egy grafénréteg feltekeréseként képzelhető el (habár a valóságban a szén nanocsövek nem így keletkeznek):
<gallery class="center" widths="180" caption="A szén nanocsövek szerkezetének elméleti származtatása a grafénből">
Fájl:Carbon nanoribbon povray.PNG|1. Kiindulás egy egyatomos vastagságú grafénréteg, melyet szénatomok hatszöges rácsa alkot
Fájl:Carbon nanorim armchair povray.PNG|2. A grafén egy véges tartományát (szalagját) a peremmel párhuzamos tengely mentén gondolatban meggörbítjük.
Fájl:Carbon nanotube armchair povray.PNG|3. A grafén peremeit felül kötéshelyesen összeilletve csőszerű alakzatot nyerünk.
</gallery>A feltekerés iránya a grafén eredeti rácsához képest többféle lehet, ennek megfelelően a nanocső is más-más szerkezetű lesz. Mint minden nanoszerkezetű anyagnál, a szén nanocsövek esetén is jellemző az, hogy a szerkezeti változások alapvetően befolyásolják a fizikai jellemzőket. Ez határozza meg például, hogy egy szén nanocső az elektromos [[sávszerkezet]]ét tekintve [[Elektromos vezetés|fémes vezető]] vagy [[félvezető]] jellegű-e. A félvezető nanocsövek tiltott sávja első közelítésben a csőfal átmérőjével fordítottan arányos, de a pontos jellemzéshez a csőfal hajlottságát is figyelembe kell venni, mely összetettebb fizikai képet eredményez.{{H|Kürti|2013|o=39}}

=== Többfalú szén nanocsövek ===
[[Fájl:Multi-walled Carbon Nanotube.png|bélyegkép|A többfalú szén nanocsöveket egymásba ágyazódó, koaxiális csövek alkotják|balra]]
Ha egy egyfalú szén nanocső köré egy nála kissé nagyobb átmérőjű másik nanocsövet illesztenénk, koaxiális szerkezet jönne létre. A többfalú szén nanocsövek szerkezete ehhez hasonló. A szomszédos csőfalak távolsága nem tetszőleges, hanem geometriailag jól határozott és nagyjából a grafitbeli rétegek távolságának felel meg, azaz nagyjából 0,34&nbsp;nm. A többfalú nanocsövek egy ritkább típusát alkotják azok, melyek nem koaxiális, diszkrét csövekből állnak, hanem egyetlen grafénréteg önmaga körüli többszöri feltekerése révén létrejövő tekercsként képzelhetők el.

A több egymásba ágyazódó cső különféle tiltott sávja jellemzően úgy alakul, hogy ezen szerkezetek együttes vezetési jellege fémes.

A kétfalú szén nanocsövek köztes kategóriát képeznek a többfalúak és az egyfalúak között, ugyanis szerkezetük jellemzői az egyfalúakéit idézi, de azoknál sokkal ellenállóbbak a kémiai hatásokkal szemben. Számottevő a hatás, ha a nanocső falát valamely alkalmazáshoz vagy művelethez szükséges kémiai [[funkciós csoport]]okkal kívánják ellátni. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a csőfal egy lógó kötéséhez kémiai oldalláncot csatolnak. Egy egyfalú csőhöz kívülről csatlakozó oldallánc olykor túl nagy szerkezeti változást, torzulást okoz. Mivel a funkcionalizálás a kétfalú csöveknek csak a külső falát érinti, és a szerkezettorzító hatás jellemzően nem olyan jelentős, ez nem lesz számottevő hatással a vezetési tulajdonságokra. Ezért a kétfalú csövek jobban megfelelnek olyan célokra, ahol egyszerre fontos a kémiai funkcionalizálás kialakítása és a jó vezetőképesség megtartása. A kétfalú csövek hatékony előállítása például Flahaut és szerzőtársai 2003-ban közzétett eredményei alapján lehetséges.<ref>{{cite journal|author=E. Flahaut et al.|year=2003|title=Gram-Scale CCVD Synthesis of Double-Walled Carbon Nanotubes|language=angol|journal=Chemical Communications|volume=12|issue=12|pages=1442–1443|doi=10.1039/b301514a|pmid=12841282}}</ref>

=== Csőkapcsolatok és egyéb alakzatok ===
Az egy- és többfalú nanocsövek egymás közötti kapcsolatai, elágazásai igen sokféleképpen alakulhatnak.<ref name="Chernozatonskii">{{cite journal|last=Chernozatonskii|first=L.A.|year=1992|title=Carbon nanotube connectors and planar jungle gyms|language=angol|journal=[[Physics Letters|Physics Letters A]]|volume=172|pages=173–176|doi=10.1016/0375-9601(92)90978-u}}</ref><ref name="Menon">{{cite journal|last=Menon|first=M.|year=1997|title=Carbon Nanotube "T Junctions": Nanoscale Metal-Semiconductor-Metal Contact Devices|language=angol|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=79|pages=4453– 4456|doi=10.1103/physrevlett.79.4453}}</ref> A kapcsolatok ideális esetekben is gyakran sok hibahelyet tartalmaznak, ahol a szénatomok geometriai okok miatt nem állhatnak hatszöges rácsba, illetve a szénatomok kötéstávolsága is torzul. A kapcsolódások geometriája úgy alakul ki, hogy ezen szükségszerűen jelenlevő hibahelyek által képviselt, a rendezett rácshoz képesti energiatöbblet a lehető legkevesebb legyen. Egy fémes és egy félvezető jellegű nanocső találkozásakor nanoszerkezetű [[heteroátmenet]] jöhet létre, mely a jövőben akár szén nanocsőre alapozott elektronikában is szerephez juthat.<ref name="Lambin">{{cite journal|last=Lambin|first=P.|year=1996|title=Atomic structure and electronic properties of bent carbon nanotubes|journal=Synth. Met|volume=77|pages=249–1254|doi=10.1016/0379-6779(96)80097-x}}</ref>

Elméleti számításokból tudjuk, hogy egy nanocső és egy szén [[nanoszalag]] (azaz egy grafénréteg véges keresztmetszetű sávja) közötti kapcsolat is igen érdekes elektromos és mechanikai jellemzőkkel bír, de az ilyen szerkezetek célzott gyártásának hiánya, illetve ritka fellelhetőségük miatt ezek kísérletileg nehezen tanulmányozhatóak.<ref name="Ma">{{cite journal|last=Ma|first=K.L.|year=2011|title=Electronic transport properties of junctions between carbon nanotubes and graphene nanoribbons|journal=European Physical Journal B|volume=83|pages=487–492|doi=10.1140/epjb/e2011-20313-9}}</ref> A nanocső-nanoszalag kapcsolat lehetőségére alapozva elméleti kutatások folynak, melyek szén nanocsövekkel erősített grafén szerkezetek jellemzőit igyekeznek előrejelezni. Ha az ilyen szerkezetek gyártási módja ismert lenne, például hidrogéntároló cellák nanoszerkezetű alapanyagként lennének hasznosíthatók.<ref>{{cite journal|author=GK Dimitrakakis et al|year=2008|title=Pillared Graphene: A New 3-D Network Nanostructure for Enhanced Hydrogen Storage|journal=[[Nano Letters]]|volume=8|issue=10|pages=3166–3170|doi=10.1021/nl801417w}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=7593.php|title=Novel, conceptual nanotechnology carbon material meets DOE's target for hydrogen storage|accessdate=2017-03-28|author=Michael Berger|date=2008-10-07|work=www.nanowerk.com}}</ref>

Folynak kísérletek olyan makroszkopikus tömbi anyagok előállítására, melyek bizonyos fokig rendezett szén nanocsövekből épülnek fel. Ezen anyagok [[porozitás|nanoporozitása]] miatt olyan alkalmazásokban lehetnek hasznosak, melyekben a nagy felület-térfogat arány, illetve a [[hajszálcsövesség|kapillárisjelleg]] fontos, mint például új [[ultrakapacitás|szuperkondenzátorok]], [[energiatárolás|energiatárolók]], [[térvezérlésű tranzisztor]]ok, [[katalizátor]]ok, [[napelem]]ek és egyes orvosbiológiai alkalmazások.<ref name="Lalwani Kwaczala Kanakia Patel 2013 pp. 90–100">{{cite journal|last=Lalwani|first=Gaurav|year=2013|title=Fabrication and characterization of three-dimensional macroscopic all-carbon scaffolds|journal=[[Carbon (folyóirat)|Carbon]]|publisher=Elsevier BV|volume=53|pages=90–100|doi=10.1016/j.carbon.2012.10.035|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3578711/|format=PDF|accessdate=2017-03-28|last2=Kwaczala|first2=Andrea Trinward|last3=Kanakia|first3=Shruti|last4=Patel|first4=Sunny C.|last5=Judex|first5=Stefan|last6=Sitharaman|first6=Balaji}}</ref>

Nasibulin és szerzőtársai 2007-ben nanocső falához kovalensen kötődő fullerénmolekulákról számoltak be, melyeket a szaknyelv ''[[szén nanorügy]]nek'' nevez.<ref name="Nasibulin Pikhitsa Jiang Brown 2007 pp. 156–161">{{cite journal|last=Nasibulin|first=Albert G.|year=2007|title=A novel hybrid carbon material|journal=[[Nature Nanotechnology]]|publisher=Springer Nature|volume=2|issue=3|pages=156–161|doi=10.1038/nnano.2007.37|accessdate=2017-03-28|last2=Pikhitsa|first2=Peter V.|last3=Jiang|first3=Hua|last4=Brown|first4=David P.|last5=Krasheninnikov|first5=Arkady V.|last6=Anisimov|first6=Anton S.|last7=Queipo|first7=Paula|last8=Moisala|first8=Anna|last9=Gonzalez|first9=David|last10=Lientschnig|first10=GĂźnther|last11=Hassanien|first11=Abdou|last12=Shandakov|first12=Sergey D.|last13=Lolli|first13=Giulio|last14=Resasco|first14=Daniel E.|last15=Choi|first15=Mansoo|last16=Tom{\'a|first16=David}}</ref> Ennek gyakorlati jelentőségét az adja, hogy egyszerre rendelkezik fullerénre és nanocsőre jellemző tulajdonságokkal. A cső jó vezető, a róla lelógó fullerénmolekula pedig például erős [[téremisszió]]s jelenséget mutat. Mechanikai alkalmazásokban továbbá ezek a nanorügyek akadályozzák a szén nanocsövek egymáson való elcsúszását, mely így az anyag makroszkopikus merevségéhez járul hozzá.

Az úgynevezett ''szén borsóhüvelyek'' szintén érdekes szerkezetek: nanocső belsejébe zárt fullerénmolekulákat jelentenek.<ref name="Smith Monthioux Luzzi 1998 pp. 323–324">{{cite journal|last=Smith|first=Brian W.|year=1998|title=Encapsulated C-60 in carbon nanotubes|journal=[[Nature]]|publisher=Springer Nature|volume=396|issue=6709|pages=323–324|doi=10.1038/24521|accessdate=2017-03-28|last2=Monthioux|first2=Marc|last3=Luzzi|first3=David E.}}</ref> Különlegességük az, hogy besugárzás vagy melegedés hatására sajátos mágneses jellemzőket mutatnak. Továbbá ilyen borsóhüvelyeket oszcillátorként alkalmazva bizonyos elméleti számítások ellenőrizhetőek.<ref name="Su Goddard Zhao 2006 pp. 5691–5695">{{cite journal|last=Su|first=Haibin|year=2006|title=Dynamic friction force in a carbon peapod oscillator|journal=[[Nanotechnology]]|publisher=IOP Publishing|volume=17|issue=22|pages=5691–5695|doi=10.1088/0957-4484/17/22/026|url=http://www.wag.caltech.edu/publications/sup/pdf/693.pdf|accessdate=2017-03-28|last2=Goddard|first2=William A|last3=Zhao|first3=Yang|archiveurl=https://web.archive.org/web/20180321192720/http://www.wag.caltech.edu/publications/sup/pdf/693.pdf|archivedate=2018-03-21}}</ref>

Egy nanocső elméletben [[tórusz|tórusszá]] hajlítható, ha a cső két nyílt végét összeillesztjük. Bár ezt a gyakorlatban még nem sikerült igazolni, elméleti számítások szerint egy ilyen szerkezet különleges [[mágnesség|mágneses]] tulajdonságokkal bírhat, mely jellemzők a tórusz és maga a cső átmérőjének megválasztással hangolhatóak.<ref name="Liu Guo Jayanthi Wu 2002">{{cite journal|last=Liu|first=Lei|year=2002|title=Colossal Paramagnetic Moments in Metallic Carbon Nanotori|journal=[[Physical Review Letters]]|publisher=American Physical Society (APS)|volume=88|issue=21|doi=10.1103/physrevlett.88.217206|url=http://eri.louisville.edu/papers_pres/Liu%20PRL%202002.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-28|last2=Guo|first2=G. Y.|last3=Jayanthi|first3=C. S.|last4=Wu|first4=S. Y.|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428142436/http://eri.louisville.edu/papers_pres/Liu%20PRL%202002.pdf|archivedate=2017-04-28}}</ref>

A ''grafénezett szén nanocsöveket'' úgy lehet elképzelni, hogy a csőfalról, mint levelek, ágaznak le kisebb-nagyobb grafénlemezek. Ezen szerkezetek nagy felület-térfogat arányuknak köszönhetően nyerhetnek majd alkalmazást például szuperkondenzátorokban.<ref name="Parker Raut Brown Stoner 2012 pp. 1046–1053">{{cite journal|last=Parker|first=Charles B.|year=2012|title=Three-dimensional arrays of graphenated carbon nanotubes|journal=Journal of Materials Research|publisher=Cambridge University Press (CUP)|volume=27|issue=07|pages=1046–1053|doi=10.1557/jmr.2012.43|accessdate=2017-03-28|last2=Raut|first2=Akshay S.|last3=Brown|first3=Billyde|last4=Stoner|first4=Brian R.|last5=Glass|first5=Jeffrey T.}}</ref>
<gallery class="center">
Fájl:Nanotube junction.jpg|Két többfalú nanocső egy lehetséges kapcsolatának TEM-képe
Fájl:Contub v1 0 02 2.png|Egy ferde csőkapcsolat szimulált kötésrelaxációja
Fájl:DWNT-TEM.jpg|Kétfalú szén nanocső TEM-képe
Fájl:Figure 2. Carbon Peapod 2.png|A szén borsóhüvely elméleti felépítése
Fájl:DWNT peapod TEM.jpg|Kétfalú csőben levő fullerének sokasága egy TEM-képen
Fájl:NanoBud.JPG|A szén nanorügy egy lehetséges szerkezete
Fájl:Addii.png|A lehető legrövidebb szén nanocső a cikloparafenilén molekula
Fájl:SEM of carbon nanotubes with graphene foliates of varying density, deposited via microwave plasma enhanced CVD.tif|Különböző mértékben grafénezett szén nanocsövek
</gallery>

== Fizikai tulajdonságai ==
A szén nanocsövek [[nanoszerkezet]]ű anyagok, így fizikai jellemzőik kialakításában a szén halmaztulajdonságain kívül fontos szerepet játszanak a szerkezeti jellemzők is. Az ideális nanocső falát hatszöges [[Kristályszerkezet|kristályrácsú]], hajlott grafén alkotja. A cső tengelyének és az azt alkotó rács [[bázisvektor]]ainak egymáshoz képesti viszonya alapján a nanocső szerkezete megadható <math>(n, m)</math> indexekkel. [[Fájl:CNTnames.svg|bélyegkép|lang=hu|A csőfal-orientáció és az <math>(n, m)</math> indexek kapcsolata]]Az indexek egy adott nanocső esetén az ábrán látható módon határozhatók meg. Ha az eredeti grafén rácsához képest a cső hossztengelye <math>T</math> irányú, akkor a rá merőleges, a cső falán éppen körbeérő <math>C_h</math> vektor a grafén eredeti rácsában az alábbiak szerint adható meg:

<math>C_h = n\vec{a}_1+m \vec{a}_2</math>.

Ez a vektor a nanocső úgynevezett ''királis vektora'', más néven ''Hamada-vektora'',{{H|Kürti|2013|o=41}} melyet a fentiek szerint úgy választunk meg, hogy a hatszögrács rácspontjából rácspontjába mutasson, mert így maga is rácsvektor lesz, azaz egész indexekkel kifejezhető. Másrészt így bizonyos, hogy a cső záródása kötéshelyes lesz.

Ha ismerjük a nanocső indexeit, akkor a cső vastagsága is meghatározható, ugyanis a királis vektor hossza épp a cső kerületével egyezik meg. Egy <math>(n, m)</math> indexekkel jellemzett nanocső esetén az átmérő tehát kifejezhető az indexekkel:

<math>d = \frac{a}{\pi} \sqrt{(n^2 + nm + m^2)}\approx 0,078 \cdot \sqrt{((n+m)^2-nm)} \rm \quad [nm]</math>,

ahol ''a'' = 0,246&nbsp;nm a jellemző másodszomszéd-távolság a grafén hatszögrácsában.{{H|Kürti|2013|o=41}}<ref>{{Cite web|url=http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/ntproperties/equilibriumstructure.html|title=Physical Properties of Carbon Nanotubes|accessdate=2017-04-04|last=II|first=Thomas A. Adams|work=www.pa.msu.edu|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170520101921/http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/ntproperties/equilibriumstructure.html|archivedate=2017-05-20}}</ref>

A csőfal orientációja alapján három alapesetet különböztetnek meg:
* '''Karosszék-nanocső:''' ha a királis vektor a hatszögrács valamely kötésének irányával párhuzamos, akkor a cső egy merőleges keresztmetszetén úgynevezett karosszékperem alakul ki. Ekkor magát a csövet is karosszék-típusúnak nevezik. Az ilyen cső két indexe megegyezik, azaz <math>(n, n)</math> alakú.
* '''Cikkcakk-nanocső:''' ha a királis vektor a hatszögrácson valamely másodszomszédokat összekötő szakasszal párhuzamos, akkor a cső egy merőleges keresztmetszetén cikkcakkperem alakul ki. Ekkor magát a csövet is cikkcakk-típusúnak nevezik. Az ilyen cső királis vektorának valamely bázisvektor irányába eső komponense nulla, ezért indexe <math>(n, 0)</math> alakú.
* '''Királis nanocső:''' ha a királis vektor és a hatszögrács viszonya egyik fenti speciális esetbe sem esik, a nanocsövet általánosan királisnak nevezik.{{H|Kürti|2013|o=41}}
<gallery class="center" widths="180" caption="A nanocső-szerkezetek három alaptípusa">
Fájl:Carbon nanotube armchair povray.PNG|Karosszék-nanocső
Fájl:Carbon nanotube zigzag povray cropped.PNG|Cikkcakk-nanocső
Fájl:Carbon nanotube chiral povray.PNG|Királis nanocső
Fájl:Nanotubos enrolamento.PNG|A három alaptípus összehasonlítása
</gallery>

=== Mechanikai tulajdonságok ===
A szén nanocsövek falát alkotó hatszöges rácsban a szénatomok három elsőszomszéddal kötnek síkbeli [[kovalens kötés]]t. Ez a grafénhoz hasonlóan úgy történik, hogy a szén kötő elektronjai sp<sup>2</sup>-[[hibridizáció|hibridizált]] [[elektronszerkezet|atompályákat]] képeznek. Ezen kötések viszonylagos erőssége és a szerkezet sajátosságai miatt az elméleti számítások extrém mechanikai jellemzőket jósolnak. Az eddigi megfigyelések ezzel összhangban azt mutatják, hogy a szén nanocsövek a legnagyobb [[szakítószilárdság]]ú anyagok, melyek [[Rugalmassági modulus|Young-modulusa]] is kiemelkedik a többi anyagé közül.

{| class="wikitable" style="margin-left: auto; margin-right: auto;"
|+Néhány anyag mechanikai tulajdonságainak összehasonlítása
!Material
![[Rugalmassági modulus|Young-modulus]] (TPa)
![[Szakítószilárdság]] (GPa)
!Max. megnyúlás (%)
|-
|Egyfalú szén nanocső<ref name=":0" group="m">Kísérleti megfigyelés</ref>
|≈1 (1-től 5-ig)
|13–53
|16
|-
|Karosszék szerkezetű szén nanocső<ref name=":1" group="m">Elméleti számítás</ref>
|0,94
|126,2
|23,1
|-
|Cikkcakk szerkezetű szén nanocső<ref name=":1" group="m" />
|0,94
|94,5
|15,6–17,5
|-
|Királis szén nanocső
|0,92
|
|
|-
|Többfalú szén nanocső<ref name=":0" group="m" />
|0,2–0,8–0,95
|11–63–150
|
|-
|[[rozsdamentes acél]]<ref name=":0" group="m" />
|0,186–0,214
|0,38–1,55
|15–50
|-
|[[Poliamid#Aramidok|Kevlár]]–29&149<ref name=":0" group="m" />
|0,06–0,18
|3,6–3,8
|≈2
|-
| colspan="4" |{{Reflist|group=m}}
|}

Egy 2000-ben, többfalú nanocsöveken végzett vizsgálat szerint a szakítószilárdságuk elérheti a 63 GPa-t.<ref name="Yu 2000 pp. 637–640">{{cite journal|last=Yu|first=M.|year=2000|title=Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load|journal=[[Science]]|publisher=American Association for the Advancement of Science (AAAS)|volume=287|issue=5453|pages=637–640|doi=10.1126/science.287.5453.637|url=http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.576.254&rep=rep1&type=pdf|accessdate=2017-03-29}}</ref> Egy 2008-as cikkben Peng és szerzőtársai 100 GPa szakítószilárdságú egyedi nanocsövekről számoltak be, mely nagyságrendjében egybeesik az atomi potenciálokat figyelembe vevő elméleti számításokkal.<ref name="Peng Locascio Zapol Li 2008 pp. 626–631">{{cite journal|last=Peng|first=Bei|year=2008|title=Measurements of near-ultimate strength for multiwalled carbon nanotubes and irradiation-induced crosslinking improvements|journal=[[Nature Nanotechnology]]|publisher=Springer Nature|volume=3|issue=10|pages=626–631|doi=10.1038/nnano.2008.211|url=http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.707.2420&rep=rep1&type=pdf|accessdate=2017-03-29|last2=Locascio|first2=Mark|last3=Zapol|first3=Peter|last4=Li|first4=Shuyou|last5=Mielke|first5=Steven L.|last6=Schatz|first6=George C.|last7=Espinosa|first7=Horacio D.}}</ref> Összehasonlításképpen, ez 100-szorosan meghaladja egy tipikus rozsdamentes acél szakítószilárdságát, azaz például egy mérnöki alkalmazásban egy adott keresztmetszetű acél szerkezeti elem vagy alkatrész század akkora megengedett mechanikai feszültségeket visel el, mint egy azonos keresztmetszetű, nanocsövekből álló szerkezet, mely mindemellett még jelentősen könnyebb is lehetne. Többek között ezek a motivációi az ilyen, szén nanoszerkezeteken alapuló [[szerkezeti anyagok]] intenzív kutatásának.

A nanocsövek szerkezeti anyagként való hasznosítását azonban több tényező nehezíti. Bár az egyedi nanocsövek igen nagy szakítószilárdságúak, de a több nanocsőből álló szerkezetekben a nanocsövek közti kölcsönhatás jóval gyengébb, mint maguk a csőfalak. Emiatt a kötegbe állt csövek egymáson elcsúszhatnak, illetve a többfalú csövek tengelyirányban teleszkopikus módon szétcsúszhatnak. Mindez a kiváló elméleti mechanikai jellemzők leromlásához vezet a gyakorlati, makroszkopikus esetekben, a mérhető szakítószilárdság például akár az elméleti érték századára eshet. A problémára igen sok megoldási javaslat született, például Filleter és szerzőtársai szerint a csőkötegek közt kialakított kovalens keresztkapcsolatokkal az anyag térhálósítható, mellyel viszonylagosan jól kihasználhatóak a nanocsövek mikroszkopikus jellemzői. Ezzel a módszerrel többfalú szén nanocsövek esetén 60 [[Pascal (mértékegység)|GPa]], kétfalú csövekből álló csőkötegek esetén pedig 17 GPa szakítószilárdságú makroszkopikus anyag volt elérhető.<ref name="Filleter Bernal Li Espinosa 2011 pp. 2855–2860">{{cite journal|last=Filleter|first=T.|year=2011|title=Ultrahigh Strength and Stiffness in Cross-Linked Hierarchical Carbon Nanotube Bundles|journal=[[Advanced Materials]]|publisher=Wiley-Blackwell|volume=23|issue=25|pages=2855–2860|doi=10.1002/adma.201100547|url=http://clifton.mech.northwestern.edu/~espinosa/publications/papers/Filleter_Bundle_AdvMat_2011.pdf|accessdate=2017-03-29|last2=Bernal|first2=R.|last3=Li|first3=S.|last4=Espinosa|first4=H.D.|archiveurl=https://web.archive.org/web/20171025102626/http://clifton.mech.northwestern.edu/~espinosa/publications/papers/Filleter_Bundle_AdvMat_2011.pdf|archivedate=2017-10-25}}</ref>

Megemlítendő, hogy a szén nanocsövek csak [[Mechanikai feszültség|húzófeszültség]] esetén mutatnak extrém szilárdságot. Üreges szerkezetük, illetve hosszukhoz képesti kis keresztmetszetük miatt csavaró, nyomó, hajlító vagy nyíró igénybevétel esetén könnyen kihajlanak, esetleg eltörnek.<ref name="Jensen Mickelson Kis Zettl 2007">{{cite journal|last=Jensen|first=K.|year=2007|title=Buckling and kinking force measurements on individual multiwalled carbon nanotubes|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|publisher=American Physical Society (APS)|volume=76|issue=19|doi=10.1103/physrevb.76.195436|url=http://staff.ulsu.ru/moliver/ref/swnt/jens07.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-29|last2=Mickelson|first2=W.|last3=Kis|first3=A.|last4=Zettl|first4=A.}}</ref> A nanocsövek sugárirányban közel sem olyan merevek, mint tengelyirányban. [[Transzmissziós elektronmikroszkóp]]pal végzett megfigyelések arra utalnak, hogy a csőfalat sugárirányban akár [[van der Waals-erők]]kel is érdemben deformálni lehet. [[Nanoindentálás|Nanoindenter]] illetve [[Atomerő-mikroszkóp|AFM]] segítségével végzett kísérletekben a csőfal rugalmasságát számszerűen is megvizsgálták.<ref name="Minary-Jolandan Yu 2008 p=073516">{{cite journal|last=Minary-Jolandan|first=Majid|year=2008|title=Reversible radial deformation up to the complete flattening of carbon nanotubes in nanoindentation|journal=[[Journal of Applied Physics]]|publisher=AIP Publishing|volume=103|issue=7|doi=10.1063/1.2903438|url=http://yu.gatech.edu/Documents/Publications/JAP-1-2008.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-29|last2=Yu|first2=Min-Feng|page=073516|archívurl=https://web.archive.org/web/20170427101515/http://yu.gatech.edu/Documents/Publications/JAP-1-2008.pdf|archívdátum=2017-04-27|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170427101515/http://yu.gatech.edu/Documents/Publications/JAP-1-2008.pdf|archivedate=2017-04-27}}</ref>

=== Elektromos és optikai tulajdonságok ===

==== Vezetési jelleg ====
[[Fájl:Band structure CNT.jpg|bélyegkép|440x440px|A szén nanocső diszperziós relációja, ha a csőfal görbültségétől eltekintünk (a, b), illetve a félvezető (c) és a fémes jelleg (d) grafikus magyarázata. 
Ha a csőfal görbületét is figyelembe vennénk, ennek hatására az összeérő vezetési és vegyértéksáv degenerált pontja felhasad, így a fenti kép némileg módosulna
]]
A szén nanocsövek szerkezetüktől függően lehetnek [[félvezető]] vagy [[Félfém (szilárdtestfizika)|fémes]] jellegűek. A szerkezet és a vezetési jelleg közötti összefüggés magyarázatához a csőfal elektromos [[Sávszerkezet|energia-sávszerkezetének]] megismerése szükséges.

A kvázi-egydimenziós nanocsövekben az elektronok számára a tér egy irányában delokalizáció (szabad elmozdulás), másik két irányban [[kvantumbezárás]] érvényesül. Keresztirányban a cső méretei összemérhetők a sávelektronok hullámhosszával, így az elektronok számára ezekben az irányokban éles [[Potenciálgödör|potenciálgátak]] jelentik a peremfeltételt (valójában ennél helyesebb [[Born–Kármán-féle határfeltétel|Born–Kármán-féle pediodikus határfeltétellel]] számolni). Ezzel szemben tengelyirányban a cső hossza jóval nagyobb a sávelektronok jellemző hullámhosszánál, így ez irányban az elektronok terjedni képesek. A nanocsövek vezetési jellegét alapvetően az határozza meg, hogy a csőtengely irányában [[delokalizált elektron]]ok számára rendelkezésre áll-e olyan hullámszámú állapot, melyen a tiltott sáv szélessége nulla. Ez esetben ugyanis az ennek a feltételnek megfelelő hullámszámú elektronokra nézve a sávszerkezet fémes jellegű lesz.

Ezen állítás egyszerűen szemléltethető a jobb oldali ábrával. Az ábrán a csőfal sávelektronjainak [[diszperziós reláció]]ja látható. A [[Brillouin-zóna]] <math display="inline">\Gamma</math> és <math display="inline">M</math> hullámszámú pontjainál tiltott sáv van, míg a <math display="inline">K</math> hullámszámú pontjánál a vezetési és a vegyértéksáv összeér. Ha a csőfal hatszögrácsa úgy viszonyul a tengely irányához, hogy a hossztengely mentén haladó elektron számára megengedett legyen a <math display="inline">K</math> hullámszámú állapot, akkor a nanocső első közelítésben félfémes vezető, egyébként félvezető lesz.

A fenti feltétel teljesül minden olyan nanocsőre, melynél az <math>(n, m)</math> indexekre igaz az, hogy

<math>|(m-n)/3| = j</math>, ahol <math>j = 0, 1, 2, ...</math>

Mivel a karosszék-nanocsövek indexei <math>(n, n)</math> alakban adhatók meg, melyre a fenti feltétel bármilyen <math>n</math> esetén teljesül, ezért a karosszék-nanocsövek mindig vezetők. Az <math>(n, 0)</math> indexű cikkcakk-nanocsövek esetén ez csak 3-mal osztható <math>n</math>-ekre teljesül. Általános esetben elmondható, hogy a feltétel alapján minden harmadik nanocső-szerkezet fémes, a többi pedig félvezető jelleget eredményez.

A fenti, valójában csak fel nem tekert nanoszalagra érvényes kijelentések pontosításához ezen felül figyelembe kell venni, hogy a csőfal hajlott alakú. A görbületet figyelembe vevő egyszerű modell a ''zónahajtogatási modell'', mely jellemzően 1-1,5&nbsp;nm-es átmérőjű csövekre általában jó közelítésű leírást ad.{{H|Kürti|2013|o=45}} A modell értelmében a hajlottság miatt a <math>\sigma^*</math> és <math>\pi^*</math> [[lazítópálya|lazítópályák]] kissé hibridizálódnak. Emiatt a <math display="inline">K</math> hullámszámú degenerált pontban a vezetési és vegyértéksáv energiája felhasad, azaz kis tiltott sáv, és enyhe félvezető jelleg jelentkezik.<ref name="Lu Chen 2005 pp. 3643–3696">{{cite journal|last=Lu|first=Xin|year=2005|title=Curved Pi-Conjugation, Aromaticity, and the Related Chemistry of Small Fullerenes (C60) and Single-Walled Carbon Nanotubes|journal=Chemical Reviews|publisher=American Chemical Society (ACS)|volume=105|issue=10|pages=3643–3696|doi=10.1021/cr030093d|accessdate=2017-03-29|last2=Chen|first2=Zhongfang}}</ref>

Összességében tehát elmondható az egyfalú nanocsövekről, hogy:
* Az <math>(n, n)</math> nanocsövek fémes vezetők,
* az <math>(n, n\pm 3j)</math> nanocsövek igen kis tiltott sávval rendelkező félvezetők, majdhogynem félfémesek,
* egyéb nanocsövek pedig nagy tiltott sávval rendelkező félvezetők.
Ezen felül kisebb átmérőjű nanocsöveknél további korrekciók szükségesek, ugyanis a csőfal görbületi sugarának csökkenésével a csőfal elektronszerkezete egyre jobban eltér a neki megfelelő kihajlított nanoszalagétól. Például az <math>(5, 0)</math> nanocsőnek félvezetőnek kellene lennie, azonban a kísérletekben fémesnek mutatkozik, mely a kis görbületi sugara miatti újabb korrekcióval magyarázható.<ref name="Lu Chen 2005 pp. 3643–3696" />

==== Transzportjellemzők ====
A szén nanocsövek falát alkotó szénatomok négy [[vegyértékelektron]]ja közül három a csőfal [[kovalens kötés]]eiben vesz részt, a negyedik pedig a cső belseje és külseje felé kiálló p-pályán helyezkedik el. Ezek a pályák a csőfal mindkét oldalán részben átfednek, a létrejövő <math>\pi</math>-molekulapályákon az elektronok a csőfal hosszán delokalizáltak. Ha egymáson fekvő szén nanocsövek között folyik az áram, a csövek között az elektronok [[alagúthatás|alagúteffektussal]] haladnak át.

A nanocsövek kvázi-egydimenziós szerkezetének következménye, hogy az elektronok haladása diszkrét vezetési csatornákon, diszkrét energiákon történik. Bizonyos feltételek mellett a szén nanocsöveken [[Ballisztikus vezetés|ballisztikus transzport]] is létrejöhet, ami azt jelenti, hogy az elektronok a cső hosszán [[diffrakció|szóródásmentesen]] haladnak, és mivel nincs disszipáció és nem keletkezik [[Elektromos áram#Hőhatás|Joule-hő]], az áram energia betáplálása nélkül is fennmarad. Ilyen esetekben a [[Elektromos vezetés|vezetőképesség]] leírására a két végpontot összekötő n darab vezetési csatornára alkalmazott [[Landauer-formalizmus]] használható:

<math>G(\mu) = G_0 \sum_n T_n (\mu)</math>,

ahol <math>G_0 = e^2/(\pi\hbar) \approx 7,75\times 10^{-5} \Omega^{-1}</math> a [[Vezetőképesség-kvantum|vezetőképesség kvantuma]], n darab vezetési csatorna lehetséges, melyek transzmissziós valószínűsége <math>T_n</math>.

A valós esetekben a ballisztikus vezetés kialakulását azonban több tényező is nehezíti, például a hibahelyeken, csőfal-deformációkon az elektronok szóródnak, azaz a gyakorlati esetekben végső soron a vezetés gyakran diffúz jelleget ölt.<ref name="White Todorov 1998 pp. 240–242">{{cite journal|author=C. T. White|coauthors=T. N. Todorov|year=1998|title=Carbon nanotubes as long ballistic conductors|language=angol|journal=[[Nature]]|publisher=Springer Nature|volume=393|issue=6682|pages=240–242|doi=10.1038/30420|url=https://homepages.dias.ie/dorlas/Copies/White-Tod.pdf|accessdate=2017-03-31|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428052107/https://homepages.dias.ie/dorlas/Copies/White-Tod.pdf|archivedate=2017-04-28}}</ref>

==== Optikai átmenetek ====
Az elektronok [[állapotsűrűség]]e nagyban függ a vezetési jellegtől. A fémes esetekben nincs tiltott sáv, félvezető esetben viszont van. Mivel kvázi-egydimenziós anyagról van szó, az állapotsűrűségben a sávéleken megjelennek a [[van Hove-szingularitás]]ok. Ezeknek köszönhetően a sávélek közelében igen nagy az állapotsűrűség, így ezek között karakteres (~10&nbsp;meV szélességű) optikai átmenetek tapasztalhatók.
[[Fájl:SSPN41.PNG|bélyegkép|350x350px|Vezető és félvezető nanocsövek elektron-állapotsűrűsége]]A szén nanocsövek optikai jellemzését többek között az alábbi jellemzők szabják meg:
* Az ábrán ''v''<sub>1</sub>&nbsp;−&nbsp;''c''<sub>1</sub>, ''v''<sub>2</sub>&nbsp;−&nbsp;''c''<sub>2</sub> stb. betűkkel jelölt optikai átmenetek jele szokásosan ''E''<sub>11</sub>, E<sub>22</sub> stb. Ezek megengedett átmenetek.
* Keverékmintákban, ha félvezető és fémes nanocsövek is jelen vannak, ezek átmeneteit rendre S illetve M betűjellel különböztetik meg arra utalva, hogy az átmenet félvezető vagy fémes nanocsőről származik-e.
* A ''c''<sub>1</sub>&nbsp;−&nbsp;''v''<sub>2</sub>, ''c''<sub>2</sub>&nbsp;−&nbsp;''v''<sub>1</sub> közöttiek [[tiltott átmenet|tiltott dipólátmenetek]], bekövetkezési valószínűségük kicsi, így a spektrumbeli vonalaik igen gyengék.<ref>{{cite journal|author=Y. Miyauchi|year=2006|title=Cross-Polarized Optical Absorption of Single-Walled Nanotubes Probed by Polarized Photoluminescence Excitation Spectroscopy|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|volume=74|issue=20|pages=205440|doi=10.1103/PhysRevB.74.205440|url=https://arxiv.org/ftp/cond-mat/papers/0608/0608073.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-27|arxiv=cond-mat/0608073|bibcode=2006PhRvB..74t5440M|display-authors=etal}}</ref>
* A szingularitások közti átmenetek karakterisztikus energiája a csőfal szerkezetétől függ, így az átmenet spektroszkópiai vizsgálatával a szerkezetről információ nyerhető. Fordítva is: ha a szerkezetet változtatjuk, az optikai jellemzők hangolhatók.<ref name="iak1">{{cite journal|author=K. Iakoubovskii|year=2006|title=Midgap Luminescence Centers in Single-Wall Carbon Nanotubes Created by Ultraviolet Illumination|journal=[[Applied Physics Letters]]|volume=89|issue=17|pages=173108|doi=10.1063/1.2364157|url=https://staff.aist.go.jp/s-kazaoui/kostia-apl-2006.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-27|bibcode=2006ApPhL..89q3108I|display-authors=etal|archiveurl=https://web.archive.org/web/20070824135553/http://staff.aist.go.jp/s-kazaoui/kostia-apl-2006.pdf|archivedate=2007-08-24}}</ref>
* Mivel az átmenetek kellőképpen élesek, ezért lehetőség van a nanocsövek szelektív gerjesztésére. Ez azt jelenti, hogy adott gerjesztő hullámhosszal kiválaszthatunk egy karakterisztikus átmenetet, mely egy adott <math>(n, m)</math> indexű szén nanocső egy adott átmenetéhez tartozik, így biztosíthatjuk azt, hogy az optikai válasz is csak az ilyen nanocsövektől fog érkezni akár egy keverékmintában is.
Az alkalmazásokkal kapcsolatos mérnöki fejlesztések fontos eszközei az optikai vizsgálatok. Ezek segítségével meg lehet mondani, hogy a gyártás során milyen nanocsövek keletkeztek, ezek szerkezete és homogenitása megfelel-e az alkalmazások feltételeinek. Többek között megállapítható, hogy a gyártott anyagban mennyi a valóban csőszerű szénképződmény hányada, milyen a jellemző kiralitás, illetve a keletkezett nanocsöveken milyen hibahelyek száma és eloszlása.

A fenti átmenetek gerjesztésével magyarázhatóak a szén nanocsövek [[fluoreszkálás|fluoreszcencia]]- illetve [[fotolumineszcencia|fotolumineszcencia-]]jelenségei. A gerjesztő fény a szén nanocsövön elnyelődve elektron-lyuk párt, azaz [[exciton]]t kelt. A rekombináció folyamatának egy tipikus példája, amikor egy ''S''<sub>22</sub>-gerjesztés után mind az [[elektron]], mind az [[elektronlyuk]] hamar legerjesztődik, előbbi ''c''<sub>2</sub>→''c''<sub>1</sub>, utóbbi ''v''<sub>2</sub>→''v''<sub>1</sub> átmenettel, melyek jellemzően [[fonon]]gerjesztéssel járnak. Ezt követően az elektron és a lyuk ''c''<sub>1</sub>→''v''<sub>1</sub> sugárzásos elektronátmenet során, viszonylag gyorsan rekombinálódik (karakterisztikus élettartama mindössze 100 ps körüli).<ref name="relax">{{cite journal|author=F. Wang|year=2004|title=Time-Resolved Fluorescence of Carbon Nanotubes and Its Implication for Radiative Lifetimes|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=92|issue=17|pages=177401|doi=10.1103/PhysRevLett.92.177401|url=http://physics.columbia.edu/files/physics/content/Pub116.pdf|format=PDF|pmid=15169189|bibcode=2004PhRvL..92q7401W|display-authors=etal|accessdate=2017-04-26|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170809124125/http://physics.columbia.edu/files/physics/content/Pub116.pdf|archivedate=2017-08-09}}</ref> Ez utóbbi az a [[foton]], amit a fotolumineszcencia-mérésben detektálnak, melynek hullámhossza jellemzően 0,8–2,1&nbsp;µm.<ref name="dwnt1">{{cite journal|author=K. Iakoubovskii|year=2006|title=IR-Extended Photoluminescence Mapping of Single-Wall and Double-Wall Carbon Nanotubes|journal=Journal of Physical Chemistry B|volume=110|issue=35|pages=17420–17424|doi=10.1021/jp062653t|url=https://staff.aist.go.jp/s-kazaoui/kostia-jpc-2006.pdf|pmid=16942079|display-authors=etal|accessdate=2017-04-26|archiveurl=https://web.archive.org/web/20070418041045/http://staff.aist.go.jp/s-kazaoui/kostia-jpc-2006.pdf|archivedate=2007-04-18}}</ref><ref name="dwnt2">{{cite journal|author=K. Iakoubovskii|year=2008|title=Optical Characterization of Double-wall Carbon Nanotubes: Evidence for Inner Tube Shielding|journal=Journal of Physical Chemistry C|volume=112|issue=30|pages=11194–11198|doi=10.1021/jp8018414|url=https://www.researchgate.net/profile/Konstantin_Iakoubovskii/publication/231649893_Optical_Characterization_of_Double-Wall_Carbon_Nanotubes_Evidence_for_Inner_Tube_Shielding/links/02e7e5205a8d7b2f3c000000.pdf|display-authors=etal}}</ref> Az átmenet energiája szerkezetfüggő, a detektált foton szerkezeti információkat ad a vizsgált nanocsövekről. A nanocsövek kvázi-egydimenziós alakja miatt a kibocsátott fény a hossztengely irányában [[Polarizáció|polarizált]]. Ha tehát mérjük a fluoreszcens fény polarizációs irányát, képet kaphatunk a nanocsövek átlagos fizikai orientációjáról is.

<gallery class="center" widths="220" caption="A szén nanocsövek spektrális jellemzői">
Fájl:CNTabsorption.jpg|Egy diszpergált szén nanocső minta jellemző abszorpciós spektruma. A spektrum éles csúcsai a van Hove-szinguláris sávélek közti éles átmenetek következménye
Fájl:PLmap1.jpg|Szén nanocsövek fotolumineszcencia-jelenségei. Az ábra a gerjesztő fény hullámhossza és a legerjesztődés következtében kibocsátott fény hullámhossza közötti összefüggéseket mutatja
Fájl:CNTRaman.jpg|Egyfalú szén nanocső Raman-spektruma. A jelölt módusok közül kiemelendő az RBM (sugárirányú lélegző módus) és a G-módus szerepe
Fájl:KatauraPlot.jpg|Kataura-ábra, mely bizonyos energiaátmenetek szerkezetfüggését mutatja<ref name="Kataura Kumazawa Maniwa Umezu 1999 pp. 2555–2558">{{cite journal | last=Kataura | first=H. | last2=Kumazawa | first2=Y. | last3=Maniwa | first3=Y. | last4=Umezu | first4=I. | last5=Suzuki | first5=S. | last6=Ohtsuka | first6=Y. | last7=Achiba | first7=Y. | title=Optical properties of single-wall carbon nanotubes | journal=Synthetic Metals | publisher=Elsevier BV | volume=103 | issue=1-3 | year=1999 | pages=2555–2558 | url=https://staff.aist.go.jp/h-kataura/Kataura-Synth-Met-103-2555.pdf | format=PDF | doi=10.1016/s0379-6779(98)00278-1 | accessdate=2017-03-31}}</ref>
</gallery>

==== Raman-spektrum ====

A szén nanocsövek [[infravörös spektroszkópia]]i vizsgálata problémás a csövek nagy [[abszorpció (fizika)|abszorpciója]] miatt.{{H|Kürti|2013|o=51}} Mivel azonban a [[Raman-szórás|Raman-spektroszkópia]] jó térbeli felbontást és jó érzékenységet biztosít, elterjedten használják szén nanocső minták összetételének azonosítására.<ref name="fantini2">{{cite journal|author=C. Fantini|year=2004|title=Optical Transition Energies for Carbon Nanotubes from Resonant Raman Spectroscopy: Environment and Temperature Effects|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=93|issue=14|pages=147406|doi=10.1103/PhysRevLett.93.147406|pmid=15524844|bibcode=2004PhRvL..93n7406F|display-authors=etal}}</ref> A szórás egyfalú nanocsövek esetén a van Hove-szingularitások miatt rezonáns, így csak azok a nanocsövek vesznek részt a szórásban, melyek valamely energiaátmenete éppen megfelel a gerjesztő lézer fotonenergiájának.<ref name="fantini2"/>{{H|Kürti|2013|o=51}} A Raman-módusok közül fontosak az alábbiak:
* '''RBM-módus''' (''radial breathing mode'', azaz sugárirányú lélegző módus): a nanocső fala sugárirányban periodikusan összehúzódik-kitágul a gerjesztés hatására, azaz az atomok szinte kizárólag sugárirányban, azonos fázisban mozognak. Ennek frekvenciája fordítottan arányos a csőátmérővel, így ezen csúcs Raman-eltolódásából a cső méretére lehet következtetni. Az RBM-módus nanocsövekre jellemző, nincs analógja a grafénnél, ugyanis végtelen sugarú határesetben ez a módus a grafénsíkra merőleges transzlációba megy át.{{H|Kürti|2013|o=53}}
* '''G-módus''' (grafit-módus): ez a módus a grafénsíkokkal való rokonság eredménye: a csőfal atomjai a fal síkjában hasonlóan vibrálnak, mint ahogy az egy grafén G-módusánál látható, bár ahhoz képest a csőfal hajlottsága miatt eltérések tapasztalhatók: a csúcs kissé alacsonyabb frekvenciák felé tolódik, és több kis csúcsra hasad fel. A felhasadás mértéke fémes nanocsöveken szembetűnőbb a nagyobb elektron-fonon csatolás miatt.{{H|Kürti|2013|o=52}} A csúcs szerkezetéből a csőfal szerkezetére és vezetési jellegére lehet következtetni.
* '''D-módus''': a csőfal hibáival kapcsolatos, így a G-módus csúcsához mért aránya a csőfal hibamentességének mértékeként alkalmazható.

=== Hőtani tulajdonságok ===
A szén nanocsövek hőtani jellemzőit is alapvetően befolyásolja a szerkezetük. A tengely irányában hővezetésük kiváló, ami a bennük akár [[szobahőmérséklet]]en is létrejövő [[Ballisztikus vezetés|ballisztikus transzportnak]] köszönhető. Pop és szerzőtársai közleményében 3500 W/mK [[hővezetés]]ű egyfalú nanocsövekről számolt be, mely nagyjából tízszeresen haladja meg a réz [[hővezetési tényező]]jét.<ref name="Pop Mann Wang Goodson 2006 pp. 96–100">{{cite journal|last=Pop|first=Eric|year=2006|title=Thermal Conductance of an Individual Single-Wall Carbon Nanotube above Room Temperature|journal=[[Nano Letters]]|publisher=American Chemical Society (ACS)|volume=6|issue=1|pages=96–100|doi=10.1021/nl052145f|url=https://arxiv.org/pdf/cond-mat/0512624.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-30|last2=Mann|first2=David|last3=Wang|first3=Qian|last4=Goodson|first4=Kenneth|last5=Dai|first5=Hongjie}}</ref> Ezzel szemben sugárirányban igen rossz a nanocsövek hővezetése, ennek nagyságrendje mindössze 1 W/mK körüli.<ref name="Sinha Barjami Iannacchione Schwab 2005 pp. 651–657">{{cite journal|last=Sinha|first=Saion|year=2005|title=Off-axis Thermal Properties of Carbon Nanotube Films|journal=Journal of Nanoparticle Research|publisher=Springer Nature|volume=7|issue=6|pages=651–657|doi=10.1007/s11051-005-8382-9|url=http://users.wpi.edu/~gsiannac/pubs_files/jnr07p00651y05.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-30|last2=Barjami|first2=Saimir|last3=Iannacchione|first3=Germano|last4=Schwab|first4=Alexander|last5=Muench|first5=George|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170329114730/http://users.wpi.edu/~gsiannac/pubs_files/jnr07p00651y05.pdf|archivedate=2017-03-29}}</ref> Hőmérsékleti stabilitásuk igen jó, vákuumban kb. 2800&nbsp;°C-ig, míg levegőn kb. 750&nbsp;°C-ig stabilak.<ref>{{Cite journal|last=Thostenson|first=Erik|year=2005|title=Nanocomposites in context|journal=Composites Science and Technology|volume=65|issue=3–4|pages=491–516|doi=10.1016/j.compscitech.2004.11.003|url=http://imechanica.org/files/Thostenson-Li-Chou-05-CST.pdf|last2=Li|first2=C|last3=Chou|first3=T}}</ref> A szerkezeti hibák a fenti ideális jellemzőket nagymértékben rontják, ugyanis egy-egy hibahely fononszóráshoz vezet, azaz lecsökken a fononok szabad úthossza, ami a makroszkopikus hővezetés romlását eredményezi.<ref>{{Cite journal|last=Mingo|first=N.|year=2008|title=Phonon transmission through defects in carbon nanotubes from first principles|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|volume=77|issue=3|doi=10.1103/PhysRevB.77.033418|page=033418|last2=Stewart|first2=D. A.|last3=Broido|first3=D. A.|last4=Srivastava|first4=D.|bibcode=2008PhRvB..77c3418M}}</ref>

== Kémiai tulajdonságai ==

=== Oldhatóság ===
A szén nanocsövek nem oldódnak vízben, de kötegekbe, csomókba állva vízzel diszperz heterogén rendszert alkothatnak. Az egyfalú szén nanocsövek a CVD-vel történő gyártásuk után gyakran kötegekbe rendeződnek. Különféle oldószerekben való eloszlatásukhoz [[felületaktív anyag]]okat szoktak használni, melyek a csőfalakhoz csatlakozva taszítóerőt keltenek a kötegbeli csövek között, így azok szétválnak. A nanocsövek részleges szétoszlatása [[ultrahang]]os rázással is lehetséges. A többfalú nanocsövek kevésbé hajlamosak kötegekbe rendeződni, így azok egyedi csövekké való szétválasztása nem ennyire körülményes feladat.<ref name="Physical and Chemical Properties of Carbon Nanotubes 2013">{{cite book|title=Physical and Chemical Properties of Carbon Nanotubes|publisher=InTech|year=2013|doi=10.5772/46029|accessdate=2017-04-13|subtitle=|author=Satoru Suzuki|pages=185–308}}</ref>

=== Funkcionalizálás ===
{{Több kép
| fejléc = Szén nanocsövek funkcionalizálása
| kép1 = Noncovalent carboncarbonnanotube.png
| szélesség1 = 110
| szöveg1 = másodrendű kötéssel
| kép2 = CNT Covalent.png
| szélesség2 = 136
| szöveg2 = kovalens kötéssel
}}
A hibamentes szén nanocsövek fala kevéssé reakcióképes, így annak egyes felhasználáshoz kémiai oldalláncokkal ([[Funkciós csoport|funkciós csoportokkal]]) való ellátása szükséges. A nanocső funkcionalizálása során a pusztán szénatomokból álló csőfalhoz kémiai úton oldalláncot kötnek. Ez többféleképpen történhet: lehetséges a csőfal hibahelyeinél levő lógó kötésekkel való kovalens kötés vagy a csőfal síkjából erősen kilógó kötő <math>\pi</math>-pályákkal való van der Waals-kötés kialakítása. Tehát a funkciós csoportokat elsőrendű vagy másodrendű kötőerők tartják a nanocső falán.

A nanocsövek kovalens funkciós csoportokkal való ellátásának tipikus módszere, hogy a nanocső mintát erős [[Redoxireakció|oxidálószerrel]], illetve szervetlen [[sav]]val kezelik, melynek hatására a csőfalon lógó kötések keletkeznek. Ez a lépés gyakran sok hibahelyet, a csőfalak torzulását, törését eredményezi, így a folyamat nagyfokú kontrollálása szükséges. Ezt követően a nanocső diszperziót kapcsolatba hozzák azzal az anyaggal, melyből a funkciós csoportok felépülnek. A folyamat olykor az anyag disszociálódását követő nanocsőre kötődésével történik.<ref name="Balasubramanian Burghard 2005 pp. 180–192">{{cite journal|last=Balasubramanian|first=Kannan|year=2005|title=Chemically Functionalized Carbon Nanotubes|journal=Small|publisher=Wiley-Blackwell|volume=1|issue=2|pages=180–192|doi=10.1002/smll.200400118|url=http://www.fkf.mpg.de/49647/kk373.pdf|accessdate=2017-04-13|last2=Burghard|first2=Marko}}</ref> Elterjedt módszer ezen kívül az elektron- vagy ionnyalábbal való, ionizációt okozó besugárzás, mellyel a nanocső egyes területein célzottan alakíthatók ki a funkciós csoportok csatolásához szükséges lógó kötések. Ezen eljárások során a legvalószínűbb végbemenő folyamat az, hogy a beérkező töltött részecske szénatomot üt ki a rácsból, mely kötések létesítésére alkalmas hibahelyet hagy maga után.<ref name="Krasheninnikov Nordlund 2004 pp. 355–366">{{cite journal|last=Krasheninnikov|first=A.V.|year=2004|title=Irradiation effects in carbon nanotubes|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms|publisher=Elsevier BV|volume=216|pages=355–366|doi=10.1016/j.nimb.2003.11.061|url=https://www.researchgate.net/profile/Kai_Nordlund2/publication/222692966_Irradiation_effects_in_carbon_nanotubes/links/57739fe308ae4645d609cec2.pdf|accessdate=2017-04-13|last2=Nordlund|first2=K.}}</ref>

A van der Waals-kötéssel kötődő oldalláncokat leggyakrabban [[felületaktív anyag]]ok, [[oligomer]]ek, [[biomolekula|biomolekulák]] illetve [[polimer]]ek alkalmazásával alakítják ki.

A funkcionalizálási eljárás célja sokféle lehet. Segítségükkel befolyásolhatók a szén nanocsövek kémiai jellemzői. Strano és szerzőtársai olyan eljárást dolgoztak ki, ahol funkciós csoportokkal ellátott szén nanocsövek elektromos jellegük szerint szelektíven kezelhetők, illetve bizonyos hatásfokkal szétválogathatók.<ref name="Strano Dyke Usrey Barone 2003 pp. 1519–1522">{{cite journal|last=Strano|first=Michael S.|date=2003-09-12|title=Electronic Structure Control of Single-Walled Carbon Nanotube Functionalization|journal=[[Science]]|volume=301|issue=5639|pages=1519–1522|doi=10.1126/science.1087691|url=http://science.sciencemag.org/content/301/5639/1519|accessdate=2017-04-13|issn=0036-8075|pmid=12970561|last2=Dyke|first2=Christopher A.|last3=Usrey|first3=Monica L.|last4=Barone|first4=Paul W.|last5=Allen|first5=Mathew J.|last6=Shan|first6=Hongwei|last7=Kittrell|first7=Carter|last8=Hauge|first8=Robert H.|last9=Tour|first9=James M.|last10=Smalley|first10=Richard E.|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170414080647/http://science.sciencemag.org/content/301/5639/1519|archivedate=2017-04-14}}</ref> Különféle funkciós csoportokkal, például [[polianilin]] a szén nanocsövek segítségével gázérzékelők alakíthatók ki.<ref name="Jorio 2008 p.">{{cite book|title=Carbon nanotubes|url=https://archive.org/details/carbonnanotubesa0003unse|publisher=Springer|location=Berlin New York|year=2008|isbn=978-3-540-72864-1|page=|subtitle=advanced topics in the synthesis, structure, properties, and applications|coauthors=G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus|author=A. Jorio}}</ref>

== Előállítása ==
=== Ívkisüléssel ===
[[Fájl:Arc discharge nanotube.png|bélyegkép|Az ívkisülésen alapuló eljárás elvi vázlata]]
A nanocsövek 1991-es megfigyelése grafitelektródák között létrejövő [[szikrakisülés|ívkisülés]] által képzett [[korom]]ban történt, miközben a [[NEC Corporation|NEC]] kutatói fullerének előállításán dolgoztak.<ref name=":0" /> Később ugyanitt dolgozták ki a szén nanocsövek hasonló elvű tömeggyártásának egy korai módszerét.<ref name="Ebbesen Ajayan 1992 pp. 220–222">{{cite journal|last=Ebbesen|first=T. W.|year=1992|title=Large-scale synthesis of carbon nanotubes|journal=[[Nature]]|publisher=Springer Nature|volume=358|issue=6383|pages=220–222|doi=10.1038/358220a0|accessdate=2017-03-30|last2=Ajayan|first2=P. M.}}</ref> Az eljárás lényege az, hogy a negatív elektróda anyaga a kisülés magas hőmérséklete miatt [[Szublimáció|elszublimál]], majd rekombinálódás során más szén allotrópok mellett nanocsöveket is képez. A nanocsövek hozama más termékek arányában nagyjából 30 tömeg%-os. A kisülésben egy- és többfalú, aránylag hibamentes nanocsövek képződnek, melyek hossza elérheti az 50 mikrométert is. A kisülés jellemzően igen nagy hőmérsékleten, 1700&nbsp;°C felett zajlik, ami a többi eljáráshoz képest nagyfokú hibamentességet eredményez.<ref name="nanotubes for electronics">{{cite journal|last=Collins|first=P.G.|year=2000|title=Nanotubes for Electronics|journal=Scientific American|pages=67–69|url=http://www.scientificamerican.com/article/nanotubes-for-electronics/}}</ref>

=== Lézeres porlasztással ===
[[Fájl:Mutr-nanotubes1.jpg|link=https://hu.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1jl:Mutr-nanotubes1.jpg |bélyegkép|293x293px|Többfalú szén nanocsövekből álló keverék]]A lézerporlasztásos módszer során egy grafitból készült céltárgyra nagy energiájú [[lézer|impulzuslézer]]-nyalábot vetítenek. A reakció során, mely igen magas hőmérsékleten, [[inert gáz|inertgáz]]-környezetben zajlik, a céltárgy szénatomjai kiporlasztódnak, majd a reaktorkamra hidegebb felületein kiválva nanocsöveket képeznek. Az eszközben gyakran kialakítanak vízhűtésű felületet, mely a csőképződés szempontjából preferált lesz. A módszert egy eredetileg fém porlasztására alkalmazott berendezéssel fejlesztették ki a [[texas]]i [[Rice Egyetem]]en.<ref>{{Cite journal|last=Guo|first=Ting|year=1995|title=Self-Assembly of Tubular Fullerenes|journal=Journal of Physical Chemistry|volume=99|issue=27|pages=10694–10697|doi=10.1021/j100027a002|url=http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/eprint/DT085.pdf|last2=Nikolaev|first2=Pavel|last3=Rinzler|first3=Andrew G.|last4=Tomanek|first4=David|last5=Colbert|first5=Daniel T.|last6=Smalley|first6=Richard E.|accessdate=2017-03-30|archívurl=https://web.archive.org/web/20170808213722/http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/eprint/DT085.pdf|archívdátum=2017-08-08|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170808213722/http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/eprint/DT085.pdf|archivedate=2017-08-08}}</ref> Később ugyanitt dolgozták ki e módszer [[katalizátor|fémkatalizátorokkal]] segített változatát, mely nagyobb hozamot eredményezett.<ref name="Guo Nikolaev Thess Colbert 1995 pp. 49–54">{{cite journal|last=Guo|first=T.|year=1995|title=Catalytic growth of single-walled manotubes by laser vaporization|journal=[[Chemical Physics Letters]]|publisher=Elsevier BV|volume=243|issue=1-2|pages=49–54|doi=10.1016/0009-2614(95)00825-o|url=http://nanofast.ucdavis.edu/Publications/Catalytic%20growth%20single-walled%20nanotubes_1995.pdf?_ob=MImg&_imagekey=B6TFN-3YCN33N-5W-2&_cdi=5231&_orig=search&_coverDate=09/08/1995&_qd=1&_sk=997569998&view=c&wchp=dGLbVtz-lSzBk&|format=PDF|accessdate=2017-03-30|last2=Nikolaev|first2=P.|last3=Thess|first3=A.|last4=Colbert|first4=D.T.|last5=Smalley|first5=R.E.}}{{Halott link|url=http://nanofast.ucdavis.edu/Publications/Catalytic%20growth%20single-walled%20nanotubes_1995.pdf?_ob=MImg&_imagekey=B6TFN-3YCN33N-5W-2&_cdi=5231&_orig=search&_coverDate=09/08/1995&_qd=1&_sk=997569998&view=c&wchp=dGLbVtz-lSzBk& |date=2024-08 }}</ref>

A keletkező nanocsövek hozama 70% körüli, a csövek jellemzően egyfalúak, átmérőjük bizonyos fokig szabályozható a reakció hőmérsékletének beállításával.<ref name="nanotubes for electronics" />

=== Termikus plazmával ===
Egyfalú szén nanocsövek [[plazma|termikus plazma]] keltésével is előállíthatók. A 2000-ben kifejlesztett módszer lényege, hogy széntartalmú gázból, plazma keltésével jöjjenek létre a nanocsövek. A módszer előnye, hogy a gáz bontása jóval kisebb energia befektetését igényli, mint a grafit porlasztása, továbbá a grafitporlasztásos technikáknál alkalmazott impulzusüzem helyett ez az eljárás folytonosan végrehajtható. A [[mikrohullám]]ú elektromágneses térrel gerjesztett, légköri nyomású plazmanyalábba [[argon]]-[[Etén|etilén]]-[[ferrocén]] gázkeveréket juttatnak. A reakcióban az egyfalú szén nanocsövek mellett egyéb fém és szén nanorészecskék, illetve amorf szén keletkezik.<ref>{{cite journal|last=Smiljanic|first=Olivier|date=22 April 2002|title=Gas-phase synthesis of SWNT by an atmospheric pressure plasma jet|journal=[[Chemical Physics Letters]]|volume=356|issue=3–4|pages=189–193|doi=10.1016/S0009-2614(02)00132-X|url=http://www.nanotechnologies.qc.ca/wp-content/uploads/2010/02/cpl356_189.pdf|first2=B.L.|last2=Stansfield|first3=J.-P.|last3=Dodelet|first4=A.|last4=Serventi|first5=S.|last5=Désilets|bibcode=2002CPL...356..189S|accessdate=2017-04-27|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170427193528/http://www.nanotechnologies.qc.ca/wp-content/uploads/2010/02/cpl356_189.pdf|archivedate=2017-04-27}}</ref><ref>{{cite web|url=http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=4&f=G&l=50&co1=AND&d=PTXT&s1=7,591,989&OS=7,591,989&RS=7,591,989|title=Method and apparatus for producing single-wall carbon nanotubes|accessdate=2017-04-26|author=Olivier Smiljanic et al.|date=2009-09-22|work=US Patent|archiveurl=https://web.archive.org/web/20190212131214/http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-bool.html&r=4&f=G&l=50&co1=AND&d=PTXT&s1=7,591,989&OS=7,591,989&RS=7,591,989|archivedate=2019-02-12}}</ref>

=== Katalitikus gőzfázisú leválasztással ===
[[Fájl:PICT0111.JPG|bélyegkép|Szén nanocsövek gyártása PECVD-vel]]
Bár a szén katalitikus gőzfázisú leválasztásának eljárása már 1952-ben ismert volt, szén nanocsövek célzott gyártására csak 1993 után alkalmazták.<ref>{{Cite journal|last=José-Yacamán|first=M.|year=1993|title=Catalytic growth of carbon microtubules with fullerene structure|journal=[[Applied Physics Letters]]|volume=62|issue=6|doi=10.1063/1.108857|page=657|last2=Miki-Yoshida|first2=M.|last3=Rendón|first3=L.|last4=Santiesteban|first4=J. G.|bibcode=1993ApPhL..62..657J}}</ref> 2007-ben a [[Cincinnati Egyetem]] kutatói ezt továbbfejlesztve 18&nbsp;mm hosszúságú, irányított nanocsövek gyártására is alkalmas készüléket mutattak be.<ref>{{Cite web|url=http://www.uc.edu/News/NR.aspx?ID=5700|title=UC Researchers Shatter World Records with Length of Carbon Nanotube Arrays|accessdate=2017-03-30|author=Wendy Beckman|date=2007-04-27|work=www.uc.edu|language=angol}}</ref>

A [[katalitikus gőzfázisú leválasztás]] (CVD) során egy hordozó felületen fémkatalizátor nanorészecskéket (amely anyaga gyakran nikkel, kobalt vagy vas) helyeznek el, melyek a nanocsövek növekedését segítik majd.<ref name="Inami Mohamed Shikoh Fujiwara 2007 pp. 292–295">{{cite journal|last=Inami|first=Nobuhito|year=2007|title=Synthesis-condition dependence of carbon nanotube growth by alcohol catalytic chemical vapor deposition method|journal=Science and Technology of Advanced Materials|publisher=Informa UK Limited|volume=8|issue=4|pages=292–295|doi=10.1016/j.stam.2007.02.009|url=http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1016/j.stam.2007.02.009|format=PDF|accessdate=2017-03-30|last2=Mohamed|first2=Mohd Ambri|last3=Shikoh|first3=Eiji|last4=Fujiwara|first4=Akihiko}}</ref> A keletkező nanocsövek méreteloszlása és a katalizátorrészecske méreteloszlása összefügg, így mód van a nanocsövek méretének szabályozására. A fém nanorészecskék méretének beállítása történhet maszkolt [[Vékonyréteg-leválasztás|leválasztással]], [[hőkezelés]]sel vagy [[plazmamarás]]sal. A hordozó felületét nagyjából 700&nbsp;°C-ra fűtik.

A reakció úgy zajlik, hogy a reaktorba egy hordozógázt (pl. [[ammónia|ammóniát]], [[nitrogén]]t vagy [[hidrogén]]t) és egy széntartalmú gázt (pl. [[acetilén]]t, [[etilén]]t, [[etanol]]t vagy [[metán]]t) engednek. A hő hatására a széntartalmú gáz disszociál a katalizátorrészecske felületén, majd a szén beépül a keletkező nanocső falába.<ref name="Naha Puri 2008 p=065304">{{cite journal|last=Naha|first=Sayangdev|year=2008|title=A model for catalytic growth of carbon nanotubes|journal=[[Journal of Physics|Journal of Physics D: Applied Physics]]|publisher=IOP Publishing|volume=41|issue=6|doi=10.1088/0022-3727/41/6/065304|url=http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/8812555/jpd_2008.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1493305245&Signature=ja0BMUZ%2FQse56LhDOtwVCeiODp8%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DA_model_for_catalytic_growth_of_carbon_n.pdf|accessdate=2017-03-30|last2=Puri|first2=Ishwar K|page=065304}}</ref> Egyes reakciókban a katalizátorrészecske végig a hordozó felületén marad, míg más reakciókban a növekvő nanocső csúcsán elhelyezkedve egyre távolabb kerül a hordozótól, közben maga alatt „építi” a nanocsövet.<ref name="Banerjee Naha Puri 2008 p=233121">{{cite journal|last=Banerjee|first=Soumik|year=2008|title=Molecular simulation of the carbon nanotube growth mode during catalytic synthesis|journal=[[Applied Physics Letters]]|publisher=AIP Publishing|volume=92|issue=23|doi=10.1063/1.2945798|url=https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/47394/1.2945798.pdf?sequence=1&isAllowed=y|accessdate=2017-03-30|last2=Naha|first2=Sayangdev|last3=Puri|first3=Ishwar K.|page=233121|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428051517/https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/47394/1.2945798.pdf?sequence=1&isAllowed=y|archivedate=2017-04-28}}</ref>

A folyamat plazmakeltéssel egészíthető ki (ez a [[plazmával segített katalitikus gőzfázisú leválasztás|plasma-enhanced CVD]], azaz PECVD), ekkor a gőzfázisú leválasztás közben a nanocsövek a plazmabeli elektromágneses térerősség irányába növekednek.<ref name="Ren 1998 pp. 1105–1107">{{cite journal|last=Ren|first=Z. F.|year=1998|title=Synthesis of Large Arrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes on Glass|journal=[[Science]]|publisher=American Association for the Advancement of Science (AAAS)|volume=282|issue=5391|pages=1105–1107|doi=10.1126/science.282.5391.1105|url=https://www.bc.edu/content/dam/files/schools/cas_sites/physics/pdf/Ren/p53.pdf|accessdate=2017-03-30|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170427194238/https://www.bc.edu/content/dam/files/schools/cas_sites/physics/pdf/Ren/p53.pdf|archivedate=2017-04-27}}</ref>

A szén nanocsövek legelterjedtebb gyártási módja a CVD valamely fajtája.<ref name="Kumar Ando 2010 pp. 3739–3758">{{cite journal|last=Kumar|first=Mukul|year=2010|title=Chemical Vapor Deposition of Carbon Nanotubes: A Review on Growth Mechanism and Mass Production|journal=Journal of Nanoscience and Nanotechnology|publisher=American Scientific Publishers|volume=10|issue=6|pages=3739–3758|doi=10.1166/jnn.2010.2939|url=http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.459.5003&rep=rep1&type=pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-30|last2=Ando|first2=Yoshinori}}</ref> Ennek oka például a más módszerekhez képesti költséghatékonysága, illetve hogy segítségével például egy adott felületre növeszthetők irányított szén nanocsövek. A katalizátorok helyes elrendezésével a növekvő nanocső-szőnyeg mintázata is beállítható.<ref name="Neupane Lastres Chiarella Li 2012 pp. 2641–2650">{{cite journal|last=Neupane|first=Suman|year=2012|title=Synthesis and field emission properties of vertically aligned carbon nanotube arrays on copper|journal=[[Carbon (folyóirat)|Carbon]]|publisher=Elsevier BV|volume=50|issue=7|pages=2641–2650|doi=10.1016/j.carbon.2012.02.024|accessdate=2017-03-30|last2=Lastres|first2=Mauricio|last3=Chiarella|first3=Melissa|last4=Li|first4=Wenzhi|last5=Su|first5=Qingmei|last6=Du|first6=Gaohui}}</ref>

=== Természetben előforduló szén nanocsövek ===
Bár a nanocsövek célzott előállítása összetett feladat, más fullerénekkel együtt a természetben is megtalálható, például kormozó lángok égéstermékében. Ezek azonban kontrollálatlan folyamatokban képződnek, igen sok hibahelyet tartalmaznak, így tudományos és technikai alkalmazásuk nem célszerű.

== Alkalmazásai ==

=== Lehetőségek és megvalósult alkalmazások ===
[[Fájl:Floyd-landis-toctt.jpg|bélyegkép|Szén nanocsővel adalékolt kerékpárváz]]
A szén nanoanyagok alkalmazásainak fejlesztését az hajtja, hogy mérnöki alkalmazásokban váljanak hasznossá kivételes fizikai jellemzőik. A kiváló szakítószilárdságuk és rugalmassági modulusuk melletti kis tömegük miatt [[szerkezeti anyagok]]ban való alkalmazásuk a cél. Elektromos és optikai jellemzőik a szerkezetüktől nagymértékben függnek, így ha erre a gyártáskor hatást lehet gyakorolni, nanoméretű gépezetekhez juthatunk. Felmerült a nanocsövek alkalmazása a [[MEMS]]/[[NEMS]]-eszközökben,<ref name="Zang Zhou Chang Liu 2015 pp. 192–206">{{cite journal|last=Zang|first=Xining|year=2015|title=Graphene and carbon nanotube (CNT) in MEMS/NEMS applications|journal=Microelectronic Engineering|publisher=Elsevier BV|volume=132|pages=192–206|doi=10.1016/j.mee.2014.10.023|url=https://www.researchgate.net/profile/Xining_Zang/publication/267928856_Graphene_and_carbon_nanotube_CNT_in_MEMSNEMS_applications/links/550b4b350cf265693cef72c3.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-30|last2=Zhou|first2=Qin|last3=Chang|first3=Jiyoung|last4=Liu|first4=Yumeng|last5=Lin|first5=Liwei}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=11804.php|title=Integrating nanotube-based NEMS into large scale MEMS|accessdate=2017-03-30|author=Michael Berger|date=2009-07-23|work=www.nanowerk.com}}</ref> [[Atomerő-mikroszkóp|AFM]]-mérőtűk hegyének gyártásakor,<ref name="Cheung Hafner Lieber 2000 pp. 3809–3813">{{cite journal|last=Cheung|first=C. L.|year=2000|title=Carbon nanotube atomic force microscopy tips: Direct growth by chemical vapor deposition and application to high-resolution imaging|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|publisher=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=97|issue=8|pages=3809–3813|doi=10.1073/pnas.050498597|url=http://www.pnas.org/content/97/8/3809.full|accessdate=2017-03-30|last2=Hafner|first2=J. H.|last3=Lieber|first3=C. M.}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.brukerafmprobes.com/p-3308-mcnt-500.aspx|title=MCNT-500 - Bruker AFM Probes|accessdate=2017-03-30|work=www.brukerafmprobes.com|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170417073913/http://www.brukerafmprobes.com/p-3308-mcnt-500.aspx|archivedate=2017-04-17}}</ref> [[Nanotechnológia|nanotechnológián]] alapuló orvoslási módszerekben,<ref name="bone">{{cite journal|last=Haddon|first=Robert C.|year=2006|title=Bone Cell Proliferation on Carbon Nanotubes|journal=[[Nano Letters]]|volume=6|issue=3|pages=562–567|doi=10.1021/nl051861e|pmid=16522063|bibcode=2006NanoL...6..562Z|author2=Laura P. Zanello|author3=Bin Zhao|author4=Hui Hu}}</ref> illetve egyéb nanoméretű szerkezetek kifejlesztésében.<ref>{{cite web|url=http://nano.byu.edu/publications/|title=Publications on carbon nanotube applications including scaffold microfabrication|accessdate=2017-04-27|date=27 May 2014|work=nano.byu.edu|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170417160006/http://nano.byu.edu/publications/|archivedate=2017-04-17}}</ref>

[[Szerkezeti anyagok]]ban ma még jellemzően nem nanoméretű, hanem tömbi állapotban jellemző a szén nanoanyagok alkalmazása, azaz például más anyagok adalékaként:
* Az [[Easton-Bell Sports, Inc.|Easton-Bell Sports]] sportszergyártó és a [[Zyvex Performance Materials]] anyagtudományi fejlesztőcég szén nanocső adalékolású kerékpár-alkatrészeket, például vázat, kormányt, kerékvillát, illetve túrabotokat és egyéb sportszereket fejlesztett ki.<ref>{{Cite web|url=http://www.zyvextech.com/sports|title=Sports|accessdate=2017-03-30|work=Zyvex Technologies|language=angol|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170421201552/http://www.zyvextech.com/sports|archivedate=2017-04-21}}</ref> Ezek előnye a jó szilárdság mellett a szerkezet könnyebb súlya.
* Az [[Amroy Europe Oy]] fejlesztőcég Hybtonite nevű terméke egy szén nanocső adalékolású [[epoxigyanta]], mely a gyártó szerint 20–30%-kal erősebb a hozzá hasonló, de adalékolatlan műgyantákhoz képest. Alkalmazásai közt szerepelnek szélturbinák, vízi járművek, sporteszközök.<ref>{{Cite web|url=https://www.swiss-composite.ch/pdf/t-Nano-Haerter-HybtoniteCA35-CA40.pdf|title=HYBTONITE® – CNT modified Epoxy (Technical datasheet)|accessdate=2017-03-30|language=angol|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150701194341/http://www.swiss-composite.ch/pdf/t-Nano-Haerter-HybtoniteCA35-CA40.pdf|archivedate=2015-07-01}}</ref>

=== Nehézségek ===
[[Fájl:Cnt diameter effect.jpg|bélyegkép|170x170px|Centrifugálásal a csőtípusok bizonyos fokig elválaszthatók]]
Az alkalmazásoknak gátat szab a szén nanocsövek előállításának néhány jelenlegi korlátja. Nincs például hatékony módszer arra, hogy azonos csőtípusokat megbízható eljárással gyártsanak. Egyes eljárásokban bizonyos csőtípusok jellemzőbbek, de további kutatásra és mérnöki fejlesztésre van szükség. Az egyfalú szén nanocsövek gyártás után gyakran kötegekbe állnak, így a csövek különféle jellemzői az elektromos alkalmazásokban kiátlagolódnak. Így speciális, szerkezetfüggő optikai és elektromos jelenségeik kihasználására még nincs kielégítő mérnöki megoldás.

=== A jövő ===
Ha a jövőben némely technikai gát átléphetővé válna, a nanocsövekre alapozva igen érdekes eszközök kifejlesztésére lenne lehetőség.

==== Biológiai és orvosi alkalmazások ====
Folynak kutatások nanocsővel adalékolt, természetben lebomló nanokompozitokkal kapcsolatban, melyeket bizonyos [[csont]]okat,<ref name="Newman Minett Ellis-Behnke Zreiqat 2013 pp. 1139–1158">{{cite journal|last=Newman|first=Peter|year=2013|title=Carbon nanotubes: Their potential and pitfalls for bone tissue regeneration and engineering|journal=Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine|publisher=Elsevier BV|volume=9|issue=8|pages=1139–1158|doi=10.1016/j.nano.2013.06.001|url=http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/44987610/Carbon_Nanotubes_their_Potential_and_Pit20160422-24870-12qt43c.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1493308843&Signature=H6KgmT0dER%2F1x1PZdzqEI3iMNAM%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DCarbon_nanotubes_Their_potential_and_pit.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-04|last2=Minett|first2=Andrew|last3=Ellis-Behnke|first3=Rutledge|last4=Zreiqat|first4=Hala}}</ref> [[Porcszövet|porcokat]]<ref name="Chahine Collette Thomas Genetos 2014 pp. 2305–2315">{{cite journal|last=Chahine|first=Nadeen O.|year=2014|title=Nanocomposite Scaffold for Chondrocyte Growth and Cartilage Tissue Engineering: Effects of Carbon Nanotube Surface Functionalization|journal=Tissue Engineering Part A|publisher=Mary Ann Liebert Inc|volume=20|issue=17-18|pages=2305–2315|doi=10.1089/ten.tea.2013.0328|url=https://www.researchgate.net/profile/Gabriela_Loots/publication/260520604_Nanocomposite_Scaffold_for_Chondrocyte_Growth_and_Cartilage_Tissue_Engineering_Effects_of_Carbon_Nanotube_Surface_Functionalization/links/5491ed8a0cf2ac83c53dbc39.pdf|accessdate=2017-04-04|last2=Collette|first2=Nicole M.|last3=Thomas|first3=Cynthia B.|last4=Genetos|first4=Damian C.|last5=Loots|first5=Gabriela G.}}</ref> illetve [[Izom|izmokat]]<ref name="MacDonald Laurenzi Viswanathan Ajayan 2005 pp. 489–496">{{cite journal|last=MacDonald|first=Rebecca A.|year=2005|title=Collagen-carbon nanotube composite materials as scaffolds in tissue engineering|journal=Journal of Biomedical Materials Research Part A|publisher=Wiley-Blackwell|volume=74A|issue=3|pages=489–496|doi=10.1002/jbm.a.30386|accessdate=2017-04-04|last2=Laurenzi|first2=Brendan F.|last3=Viswanathan|first3=Gunaranjan|last4=Ajayan|first4=Pulickel M.|last5=Stegemann|first5=Jan P.}}</ref> érintő beavatkozásoknál használnának. Kis [[tömegszázalék]]nyi (~0,02%) adalékolásnál is nagy szilárdságnövekedést tapasztaltak a [[Biokompatibilitás|biokompatibilis]] anyagok esetén.<ref name="Sitharaman Shi Walboomers Liao 2008 pp. 362–370">{{cite journal|last=Sitharaman|first=Balaji|year=2008|title=In vivo biocompatibility of ultra-short single-walled carbon nanotube/biodegradable polymer nanocomposites for bone tissue engineering|journal=Bone|publisher=Elsevier BV|volume=43|issue=2|pages=362–370|doi=10.1016/j.bone.2008.04.013|url=https://www.researchgate.net/profile/Xinfeng_Shi/publication/5314877_In_vivo_biocompatibility_of_ultra-short_single-walled_carbon_nanotubebiodegradable_polymer_nanocomposites_for_bone_tissue_engineering/links/00b4951b898d7aecca000000/In-vivo-biocompatibility-of-ultra-short-single-walled-carbon-nanotube-biodegradable-polymer-nanocomposites-for-bone-tissue-engineering.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-04|last2=Shi|first2=Xinfeng|last3=Walboomers|first3=X. Frank|last4=Liao|first4=Hongbing|last5=Cuijpers|first5=Vincent|last6=Wilson|first6=Lon J.|last7=Mikos|first7=Antonios G.|last8=Jansen|first8=John A.}}</ref> A szén nanocsövek kémiailag kompatibilisek a [[Dezoxiribonukleinsav|DNS]]- és [[fehérje]]molekulákkal. Ezen felül lehetőség van arra, hogy a nanocsöveket biológiai minták fluoreszcens vagy fotoakusztikus anyagvizsgálati módszerekkel való megfigyelésénél alkalmazzák, illetve segítségükkel infravörös besugárzással a biológiai minták lokális melegítése valósítható meg. Az egyfalú szén nanocsövek felületére abszorbeálódó molekulák és biológiai anyagok nagymértékben befolyásolják a csövek elektromos és optikai jellemzőit, így igen jó szelektivitású és érzékenységű [[Érzékelő|szenzorok]] készítésére lehetnek alkalmasak. A jó szenzorok kialakításához szükség van a szén nanocsövek célzott előállításának, a szerkezet pontosabb befolyásolásának további kutatása. Kutatás zajlik például kémiai szenzorok, bioszenzorok, illetve ezek orvosi, katonai alkalmazásainak kifejlesztésére.<ref name="Horv{\a 2008 pp. 495–504" />{{h|Volder|2013}} Egyes szenzorokat például [[mikrofluidika]]i rendszerekben célzott növesztéssel alakítják ki, és [[kromatográfia]]i mérésekben alkalmazzák: ezen eszközökben a nanocsövek nagy felület-térfogat aránya miatti jó érzékenységet kívánják kiaknázni.<ref name="Mogensen Chen Molhave Boggild 2011 p=2116">{{cite journal|last=Mogensen|first=Klaus B.|year=2011|title=Carbon nanotube based separation columns for high electrical field strengths in microchip electrochromatography|journal=Lab on a Chip|publisher=Royal Society of Chemistry (RSC)|volume=11|issue=12|doi=10.1039/c0lc00672f|url=https://www.researchgate.net/profile/Klaus_Mogensen/publication/252024191_Electrical_insulation_of_carbon_nanotube_separation_columns_for_microchip_electrochromatography/links/00b7d51f5702e9ca77000000.pdf|accessdate=2017-04-04|last2=Chen|first2=Miaoxiang|last3=Molhave|first3=Kristian|last4=Boggild|first4=Peter|last5=Kutter|first5=Jรถrg P.|page=2116}}</ref>

Az [[orvosbiológia]] egyes mérnöki kutatásaiban felmerült, hogy a szén nanocsövek [[gyógyszer]]ek célba juttatására alkalmazhatók. Ez például úgy képzelhető el, hogy a hatóanyag a csőfalhoz kötődik, vagy a csőfalakon belül helyezkedik el, a nanocső ezzel együtt kerül a sejtbe, majd például közeli [[infravörös sugárzás]]t alkalmazva a hatóanyag felszabadítható. Ezen alkalmazásoknak azonban korlátot szab, hogy nem ismert még, hogy a hordozó nanocsövek mennyire hajlamosak a szervezetben felhalmozódni, illetve maguk is szövődményeket okozni. Azonban a hatás igen összetett lehet: 2012-ben például egy kutatás rámutatott, hogy a szén nanocsövek segíthetnek a DNS-láncok oxidáció ellenében mutatott ellenállásának javításában is.<ref name="Petersen Tu Dizdaroglu Zheng 2012 pp. 205–208">{{cite journal|last=Petersen|first=Elijah J.|year=2012|title=Protective Roles of Single-Wall Carbon Nanotubes in Ultrasonication-Induced DNA Base Damage|journal=Small|publisher=Wiley-Blackwell|volume=9|issue=2|pages=205–208|doi=10.1002/smll.201201217|url=http://ws680.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=911310|accessdate=2017-04-04|last2=Tu|first2=Xiaomin|last3=Dizdaroglu|first3=Miral|last4=Zheng|first4=Ming|last5=Nelson|first5=Bryant C.|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428052726/http://ws680.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=911310|archivedate=2017-04-28}}</ref>

Az orvosbiológiai alkalmazások egyik elsődleges célja jelenleg a szén nanocsövek immunválaszainak megértése, és a biokompatibilitás esetleges célzott előidézése. Bár az már ismert, hogy a levegőben szálló nanocsövek tüdőbe kerülve gyulladást okozhatnak, további kutatást és a különféle inkorporációs típusokra vonatkozó határértékek meghatározása szükséges a szén nanocsövek egészségügyi hatásainak megértéséhez.{{h|Volder|2013}}

==== [[Szerkezeti anyagok]], kompozitok ====
A kiváló mechanikai jellemzőkben rejlő lehetőségeket az alkalmazások széles skálájával igyekeznek kihasználni. A hétköznapi életben is használt tárgyak, például [[ruházat]]i- és sporteszközök mellett extrém szerkezetekben is felmerült a nanocsövek alkalmazása, például [[űrlift]] kialakításánál. Bár a nanocsövek szakítószilárdsága elég nagy, sűrűsége pedig elég kicsi lenne ahhoz, hogy egy űrbe közlekedő felvonó tartókábelét ebből alakítsák ki, a valós esetekben a nanocsövek nem állíthatók elő hibamentesen, illetve problémát okoz az is, hogy a nanocsövek egymás közötti kölcsönhatása gyenge.<ref name="Edwards 2003 p.">{{cite book|last=Edwards|first=Bradley|title=The space elevator|url=https://archive.org/details/spaceelevator0000edwa|publisher=BC Edwards|location=Houston, TX|year=2003|isbn=978-0-9746517-1-2|page=}}</ref> Mindazonáltal több eredmény, például Baughman és szerzőtársaié, is arra mutat, hogy ebben a közeljövőben előrelépések lehetségesek, és új, mainál sokkal nagyobb szilárdságú és könnyebb [[szerkezeti anyagok]] előállítására lesz lehetőség.<ref name="Zhang 2005 pp. 1215–1219">{{cite journal|last=Zhang|first=M.|year=2005|title=Strong, Transparent, Multifunctional, Carbon Nanotube Sheets|journal=[[Science]]|publisher=American Association for the Advancement of Science (AAAS)|volume=309|issue=5738|pages=1215–1219|doi=10.1126/science.1115311|url=http://www-eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/MATERIALS&COMPONENTS/CNTsheets.pdf|accessdate=2017-04-05|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170206235000/http://www-eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/MATERIALS%26COMPONENTS/CNTsheets.pdf|archivedate=2017-02-06}}</ref>
[[Fájl:CSIRO ScienceImage 1074 Carbon nanotubes being spun to form a yarn.jpg|bélyegkép|Nanocső-fonat készítése CVD-vel készült szénnanocső-szőnyegből]]
A ruházati alkalmazásokhoz kapcsolódóan folynak kutatások a szén nanocső alapú [[fonal]]ak, szálak, illetve [[vékonyréteg]]ek kifejlesztésére.<ref name="Janas Koziol 2014 p=3037">{{cite journal|last=Janas|first=D.|year=2014|title=A review of production methods of carbon nanotube and graphene thin films for electrothermal applications|journal=Nanoscale|publisher=Royal Society of Chemistry (RSC)|volume=6|issue=6|doi=10.1039/c3nr05636h|url=https://www.researchgate.net/profile/Krzysztof_Koziol/publication/260149856_A_review_of_production_methods_of_carbon_nanotube_and_graphene_thin_films_for_electrothermal_applications/links/5574417108ae7521586a9157.pdf|accessdate=2017-04-05|last2=Koziol|first2=K. K.|page=3037}}</ref> Ezek készítését a katalitikus gőzfázisú leválasztással gyártott szén nanocső szőnyegekből, egy hőkezeléssel kísért húzó-csavaró folyamattal képzelik el, mely során a nanocsövek a szőnyegből kiszakadva és kötegekbe rendeződve hosszú szálakat képeznek. Bár a nanocsövek elméleti, kb. 100 GPa körüli szakítószilárdságához képest ezen szálaké jelentősen kisebb, a rövid, kb. 1&nbsp;mm-es hosszú szálaknál sikerült elérni a 9 GPa szakítószilárdságot.<ref name="Miaudet Badaire Maugey Derr{\e 2005 pp. 2212–2215">{{cite journal|last=Miaudet|first=P.|year=2005|title=Hot-Drawing of Single and Multiwall Carbon Nanotube Fibers for High Toughness and Alignment|journal=[[Nano Letters]]|publisher=American Chemical Society (ACS)|volume=5|issue=11|pages=2212–2215|doi=10.1021/nl051419w|accessdate=2017-04-05|last2=Badaire|first2=S.|last3=Maugey|first3=M.|last4=Derr{\'e|first4=A.}}</ref> A problémát ez esetben is a szálban található nanocsövek egymás közötti elcsúszása okozza, melyet például szénion-besugárzással elősegített térhálósítással igyekeznek megoldani.<ref name="Mulvihill OBrien Curtin McCarthy 2016 pp. 1138–1156">{{cite journal|last=Mulvihill|first=Daniel M.|year=2016|title=Potential routes to stronger carbon nanotube fibres via carbon ion irradiation and deposition|journal=[[Carbon (folyóirat)|Carbon]]|publisher=Elsevier BV|volume=96|pages=1138–1156|doi=10.1016/j.carbon.2015.10.055|url=http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/40251749/1-s2.0-S0008622315303651-main.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1493305304&Signature=6UBILLH6bnsUrHFi0WPlIwEMIDc%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DPotential_routes_to_stronger_carbon_nano.pdf|accessdate=2017-04-05|last2=O'Brien|first2=Nathan P.|last3=Curtin|first3=William A.|last4=McCarthy|first4=Michael A.}}</ref> A nanocső szálakat más, ma is alkalmazott anyagokkal, például [[kevlár]]ral kombinálva is vizsgálják. Elképzelhető, hogy a jövőben ezeket a nehezen elszakítható szálakat például golyóálló katonai ruházatban alkalmazzák, bár ehhez még további kutatómunka szükséges.<ref name="Yildirim GĂźlseren {\cC 2000 pp. 12648–12651">{{cite journal|last=Yildirim|first=T.|year=2000|title=Pressure-induced interlinking of carbon nanotubes|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|publisher=American Physical Society (APS)|volume=62|issue=19|pages=12648–12651|doi=10.1103/physrevb.62.12648|url=http://www.seas.upenn.edu/~jefnano/pdf/PRL82_343.pdf|accessdate=2017-04-05|last2=GĂźlseren|first2=O.|author3={\cC|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170517092858/http://www.seas.upenn.edu/~jefnano/pdf/PRL82_343.pdf|archivedate=2017-05-17}}</ref>

A nanocsövek [[Elektromos vezetés|vezetőképessége]] a csőfalon jellemzően igen jó, továbbá a kívülről érintkező nanocsövekkel is vezető kontaktusokat képesek kialakítani. Ha egy szigetelő anyagba nanocső adalékot juttatnak, elképzelhető, hogy a nanocsövek a szigetelő mátrixban olyan tárhálót alkotnak, amely a makroszkopikus vezetőképesség jelentős növekedését okozza, így az eredetileg szigetelő anyag vezetővé válik.

A [[polimer]]technológia elmúlt évtizedekre jellemző felívelése miatt ma már sok igen jó mechanikai jellemzővel bíró, polimer alapú szerkezeti anyag gyártási eljárását ismerjük. Viszont ezen anyagok jellemzően jó szigetelők. Ha valamely alkalmazásban vezető polimerre lenne szükség, a probléma például szén nanocső adalékolásával oldható meg. Az autóiparban például fontos, hogy az alkatrészek könnyűek legyenek, de közben bizonyos alkatrészek, például az üzemanyag-vezetékek jó, ha vezető jellegűek, ugyanis akkor nem léphet fel rajtuk töltésfelhalmozódás, és emiatt egy esetleges [[elektrosztatika|elektrosztatikus]] kisülés. A nanocső-adalékolás további következménye lehet egyes polimer- vagy műgyantamátrixokban a [[keménység]], a [[merev test|merevség]] illetve a [[szívósság]] növekedése.{{h|Volder|2013}}

==== Mikroelektronika ====
[[Fájl:Cntfet.png|bélyegkép|Egy lehetséges szénnanocső-FET kialakítás, illetve annak helyettesítő áramköre|balra]]
Ha egy szén nanocső két végén elektromos kontaktust alakítanak ki, a csőfal közelében pedig kapuelektródát helyeznek el, [[térvezérlésű tranzisztor]] hozható létre. Két kapuelektródával [[egyelektron-tranzisztor]] is kialakítható, melyen az elektronok gyakorlatilag egyesével engedhetők át. Az elektródák kialakítására sokféle módszer és elrendezés lehetséges, de alapvetően kétféleképpen történhet. Az egyik esetben a szén nanocsövet üres hordozó felületére helyezik (például az oldószerben diszpergált (eloszlatott) nanocsöveket lecseppentik a hordozó felületére, majd az oldószert fűtéssel elpárologtatják), ezt követően [[nanolitográfia|nanolitográfiás]] eljárással (például [[elektronsugaras litográfia|elektronsugaras litográfiával]]) a maszk segítségével mintázott króm-arany réteget választanak le a minta felületére, így a nanocső makroszkopikus áramkörbe lesz köthető. A másik lehetőség a nanocsövek kontaktálására, hogy az elektromos kontaktusokat előre kialakítják a hordozón, amire a nanocsöveket utólag, véletlenszerűen helyezik el. Ekkor csak bizonyos nanocsövek kerülnek valóban tranzisztor-elrendezésbe, de a folyamat jóval egyszerűbb, például nem szükséges a nanocsövek megkeresésére pásztázószondás (pl. [[Atomerő-mikroszkóp|AFM]], [[Pásztázó alagútmikroszkóp|STM]]) vizsgálatokat folytatni.

Az eljárásban problémát jelent, hogy a nanocsövek a gyártásukkor véletlenszerűen félvezető vagy vezető jellegűek. A vezető csövek ugyanis a [[téreffektus|térvezérelt]] kapcsolást megvalósító félvezető nanocsövekkel párhuzamosan kapcsolva [[rövidre zárás|rövidzárként]] viselkednek. Az [[IBM]] egy kutatócsoportja 2001-ben állt elő az ötlettel, hogy a kontaktussal ellátott csövek közül a fémesek célzottan „tönkretehetők”, így a mintában csak a félvezető nanocsövek maradnak működőképesek.<ref name="Collins 2001 pp. 706–709">{{cite journal|last=Collins|first=P. G.|year=2001|title=Engineering Carbon Nanotubes and Nanotube Circuits Using Electrical Breakdown|journal=[[Science]]|publisher=American Association for the Advancement of Science (AAAS)|volume=292|issue=5517|pages=706–709|doi=10.1126/science.1058782|url=http://nano.cc.gatech.edu/documents/Avouris%20-%20Engineering%20Carbon%20Nanotubes%20Gates%20and%20Nanotube%20C.pdf|accessdate=2017-04-05|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170427193836/http://nano.cc.gatech.edu/documents/Avouris%20-%20Engineering%20Carbon%20Nanotubes%20Gates%20and%20Nanotube%20C.pdf|archivedate=2017-04-27}}</ref> Azonban ez a módszer is csak részleges megoldást ad, a nanocsövek szerkezetének gyártás során történő befolyásolása továbbra is komoly probléma.

A szén nanocsőből nyomtatási eljárással kialakított elektronikus eszközök ([[nyomtatott elektronika]], mely nem tévesztendő össze a [[nyomtatott áramkör]]rel) ma igen komoly mérnöki kutatás alatt állnak. A következő évtizedben áttörés várható a hajlékony, átlátszó [[Vékonyréteg-tranzisztor|TFT]]- és [[OLED]]-kijelzők gyártása terén, melyben szerephez juthatnak a nanocső alapú eszközök is. A szén nanocső TFT-k [[elektronmobilitás|mobilitása]] elérheti a 35&nbsp;cm<sup>2</sup> V<sup>−1</sup> s<sup>−1</sup> értéket is, mely összemérhető a témakör más kutatás alatt álló anyagainak mobilitásaival is.<ref name="Sun Timmermans Tian Nasibulin 2011 pp. 156–161">{{cite journal|last=Sun|first=Dong-ming|year=2011|title=Flexible high-performance carbon nanotube integrated circuits|journal=[[Nature Nanotechnology]]|publisher=Springer Nature|volume=6|issue=3|pages=156–161|doi=10.1038/nnano.2011.1|url=http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/33044049/nnano.2011.1-3.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1493305136&Signature=l52ywFsdnibdrmm4ui3VhfUnRb8%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DNnano_2011_1-3.pdf|accessdate=2017-04-05|last2=Timmermans|first2=Marina Y.|last3=Tian|first3=Ying|last4=Nasibulin|first4=Albert G.|last5=Kauppinen|first5=Esko I.|last6=Kishimoto|first6=Shigeru|last7=Mizutani|first7=Takashi|last8=Ohno|first8=Yutaka}}</ref>

==== Napelemek ====
A szén nanocsövekre alapozva többféle [[Napelem|fotovoltaikus eszköz]] is fejlesztés alatt áll. Más szerves félvezető anyagok, például konjugált polimerek mellett nanocsövekkel is kísérleteznek a napkutatásban. Erős UV/látható/IR-abszorpciójuk miatt maguk a szén nanocsövek jól alkalmazhatók lehetnek fényelnyelőként. Az elnyelt fény a nanocső-konjugáltpolimer keverékben keltene töltéseket, melyek kialakítják a fotovoltaikus effektust.<ref name="KymakisAmaratunga2002">{{cite journal|author=E. Kymakis|year=2002|title=Single-wall carbon nanotube/conjugated polymer photovoltaic devices|journal=[[Applied Physics Letters]]|volume=80|issue=1|pages=112–114|doi=10.1063/1.1428416|issn=0003-6951|last1=Kymakis|first1=E.|last2=Amaratunga|first2=G. A. J.}}</ref> A New Jersey Institute of Technology munkatársai egy erre épülő, újszerű megoldáson dolgoznak, melyben a polimerhez szén nanocsövekből és fullerénmolekulákból képezett, kígyószerű szerkezetet adalékolnak. A napelem félvezető átmenetébe belépő fotonok a polimerben töltéseket keltenek, melyeket a fullerénmolekulák becsapdáznak. A töltések elvezetését a fullerénhez kapcsolt szén nanocső végezhetné.<ref>{{cite news|title=New Flexible Plastic Solar Panels Are Inexpensive And Easy To Make|author=New Jersey Institute of Technology|url=http://www.sciencedaily.com/releases/2007/07/070719011151.htm|publisher=ScienceDaily|date=2007-07-19}}</ref><ref>S.A. Chivilikhin, V.V. Gusarov, I.Yu. Popov [http://nanojournal.ifmo.ru/en/articles-2/volume3/3-1/physics/paper01/ "Flows in nanostructures: hybrid classical-quantum models"] {{Wayback|url=http://nanojournal.ifmo.ru/en/articles-2/volume3/3-1/physics/paper01/ |date=20170613105401 }} Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, p 7</ref>

==== Hidrogéntárolás ====
[[Fájl:CNTSEM.JPG|bélyegkép|Szén nanocső kötegek hálózata, mely nanoporózus jellegű anyagot alkot (SEM-kép)]]
A nanoszerkezet miatti [[Hajszálcsövesség|kapillaritásuk]] és nagy felület-térfogat arányuk miatt felmerült, hogy a szén nanocsöveket hidrogénalapú [[üzemanyagcella|üzemanyagcellák]] tárolóelemeiben lehetne hasznosítani. A csőfalak belső és külső felülete illetve több csőből álló hálózatnál a csőkapcsolatok, illetve ezen anyagok nagy makroszkopikus porozitása igen sok gázmolekula fiziszorpciójára (van der Waals-kötésekkel történő [[adszorpció]]jára) ad lehetőséget, így a cella üzemanyagát nem gáz vagy folyadék halmazállapotban, hanem felülethez kötve, sokkal kisebb térfogatban, így sokkal nagyobb atomsűrűséggel lehetne tárolni. Ez például hidrogénüzemű járművekben lenne hasznosítható.<ref name="Dillon Jones Bekkedahl Kiang 1997 pp. 377–379">{{cite journal|last=Dillon|first=A. C.|year=1997|title=Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes|journal=[[Nature]]|publisher=Springer Nature|volume=386|issue=6623|pages=377–379|doi=10.1038/386377a0|url=http://ads.kexue.com.cn/upload/blog/file/2009/11/20091142054240210.pdf|accessdate=2017-04-11|last2=Jones|first2=K. M.|last3=Bekkedahl|first3=T. A.|last4=Kiang|first4=C. H.|last5=Bethune|first5=D. S.|last6=Heben|first6=M. J.}}{{Halott link|url=http://ads.kexue.com.cn/upload/blog/file/2009/11/20091142054240210.pdf |date=2019-04 }}</ref> Az ilyen irányú alkalmazások legnagyobb akadálya a nanocsövek hidrogéntároló képességének korlátja. A nanocsöveken alapuló cellákban nagy tisztaságot kell elérni, nem tartalmazhatnak sok grafént, amorf szenet, illetve különféle, csőfalra kötődő [[adatom]]okat, ugyanis ezek csökkentik a nanocsőszerkezet hidrogéntároló kapacitását.<ref name="Jhi Kwon Bradley Gabriel 2004 pp. 769–773">{{cite journal|last=Jhi|first=Seung-Hoon|year=2004|title=Hydrogen storage by physisorption: beyond carbon|journal=Solid State Communications|publisher=Elsevier BV|volume=129|issue=12|pages=769–773|doi=10.1016/j.ssc.2003.12.032|url=http://nanophys.khu.ac.kr/publications/pdf/j.ssc.2003.12.032.pdf|accessdate=2017-04-11|last2=Kwon|first2=Young-Kyun|last3=Bradley|first3=Keith|last4=Gabriel|first4=Jean-Christophe P.|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428142321/http://nanophys.khu.ac.kr/publications/pdf/j.ssc.2003.12.032.pdf|archivedate=2017-04-28}}</ref>

==== Energiatárolás ====
Ismeretes, hogy a [[kondenzátor (áramköri alkatrész)|kondenzátorok]] töltéstároló képessége, azaz a [[elektromos kapacitás|kapacitás]] egy síkkondenzátor esetén a kondenzátor fegyverzeteinek területével, és a szigetelő közeg dielektromos állandójával egyenesen, a fegyverzetek távolságával pedig fordítottan arányos:

<math>C = \frac{\varepsilon A}{d}</math>.

Ez alapján könnyen érzékelhető, hogy ha rendelkezésre állna egy olyan kondenzátor, melyben igen nagy felületű vezetőket alakítottak ki egymáshoz igen közel, melyeket nagy dielektromos állandójú, igen vékony közeg választ el, akkor nagyon nagy kapacitás lenne elérhető. A szén nanocsövekből alkothatók olyan nanoszerkezetű makroszkopikus szerkezetek, melyek porozitása, felület-térfogat aránya nagy. Ha egy ilyen szerkezetre szigetelő [[vékonyréteg]]et, majd egy másik vezetőt választanak le, akkor elvileg rendkívüli kapacitású kondenzátor áll elő.<ref name="Pandolfo Hollenkamp 2006 pp. 11–27">{{cite journal|last=Pandolfo|first=A.G.|year=2006|title=Carbon properties and their role in supercapacitors|journal=Journal of Power Sources|publisher=Elsevier BV|volume=157|issue=1|pages=11–27|doi=10.1016/j.jpowsour.2006.02.065|url=http://download.xuebalib.com/xuebalib.com.7974.pdf|accessdate=2017-04-13|last2=Hollenkamp|first2=A.F.|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428050839/http://download.xuebalib.com/xuebalib.com.7974.pdf|archivedate=2017-04-28}}</ref> Ezért a [[Ultrakapacitás|szuperkondenzátorok]] fejlesztésében felmerült a szén nanocsövek alkalmazása is. Továbbá a szén nanocsöveken alapuló porózus tömbi anyagokban megtalálható apró üregek mérete befolyásolható, méreteloszlásuk szűkebb határok között tartható, mint például porózus amorf szénen alapuló eljárásoknál.<ref name="Halber 2006">{{cite web|url=http://news.mit.edu/2006/batteries-0208|title=Researchers fired up over new battery|accessdate=2017-04-11|last=Halber|first=Deborah|date=2006-02-08|website=MIT News}}</ref> Bár a kilátások biztatóak, a jelenlegi eredmények még nem hoztak áttörést, a szén nanocsöveken alapuló szuperkondenzátorok kapacitása még nem kirívó, illetve további kutatás szükséges az eszközök stabilitásának növelésére.<ref name="Pan Li Feng 2010 pp. 654–668">{{cite journal|last=Pan|first=Hui|year=2010|title=Carbon Nanotubes for Supercapacitor|journal=Nanoscale Research Letters|publisher=Springer Nature|volume=5|issue=3|pages=654–668|doi=10.1007/s11671-009-9508-2|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2894167/|accessdate=2017-04-11|last2=Li|first2=Jianyi|last3=Feng|first3=Yuan Ping}}</ref>

== Környezeti és egészségügyi hatásai ==
[[Fájl:Carbon nanotubes penetrating lung cell.tif|bélyegkép|A tüdő egy sejtjébe ágyazódó nanocső. Az ismert egészségügyi kockázatok egyike a nanocsövek azbesztszálakhoz hasonló légzőszervi hatása]]

=== Egészségügyi hatások ===
Mivel a nanocsövek mérete, szerkezete és kémiai funkcionalitása igen sokféle lehet, az esetleges káros élettani hatásainak meghatározása összetett feladat. A témában több tanulmány is megjelent, melyek a szén nanoanyagok használatából falakó veszélyek közt az alábbiakat említik:<ref name="Helland Wick Koehler Schmid 2008 pp. 441–452">{{cite journal|last=Helland|first=Aasgeir|year=2008|title=Reviewing the environmental and human health knowledge base of carbon nanotubes|journal=Ciencia & Saude Coletiva|publisher=FapUNIFESP (SciELO)|volume=13|issue=2|pages=441–452|doi=10.1590/s1413-81232008000200019|url=http://www.steptoe.com/assets/htmldocuments/Helland%20et%20al%202007.pdf|accessdate=2017-03-30|last2=Wick|first2=Peter|last3=Koehler|first3=Andreas|last4=Schmid|first4=Kaspar|last5=Som|first5=Claudia|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170428051745/http://www.steptoe.com/assets/htmldocuments/Helland%20et%20al%202007.pdf|archivedate=2017-04-28}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.scientificamerican.com/article/carbon-nanotube-danger/|title=Study Says Carbon Nanotubes as Dangerous as Asbestos|accessdate=2017-03-30|author=Larry Greenemeier|date=2008-05-20}}</ref>
* levegőben szálló szén nanoanyagok légzőszervi hatásokat okozhatnak, mely egyes vélemények szerint az [[azbeszt]]ével összemérhető, ahhoz hasonló;
* szerkezetük miatt nem zárható ki, hogy a táplálékláncba kerülnek, illetve az emberi szervezetben felhalmozódnak;
* nem zárható ki a [[karcinogének|karcinogén]] hatás, a DNS-sel kontaktusba kerülő szén nanocső annak törését, funkcióváltozását okozhatja.
A fenti hatások természetének jobb megismerése, a veszélyt jelentő expozíciós szintek és módok meghatározása további orvosbiológiai és kémiai kutatást igényel.<ref>{{Cite book|title=Modeling Nanofiber Transport and Deposition in Human Airways|subtitle=doktori értekezés|isbn=978-91-7439-171-8|author=Sofie Högberg|url=http://www.alphagalileo.org/AssetViewer.aspx?AssetId=40583&CultureCode=en|format=PDF|accessdate=2017-04-26|year=2010|language=angol|publisher=Luleå University of Technology|location=Luleå|archívurl=https://web.archive.org/web/20170331211113/http://www.alphagalileo.org/AssetViewer.aspx?AssetId=40583&CultureCode=en|archívdátum=2017-03-31|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170331211113/http://www.alphagalileo.org/AssetViewer.aspx?AssetId=40583&CultureCode=en|archivedate=2017-03-31}}</ref>

=== Környezeti hatások ===
Bár a nanocsövek alapállapotukban nem oldódnak vízben, de kolloidot képezhetnek. A csövek kis kötegei, csomói viszonylag hosszú ideig le nem ülepedő diszperziót alkotva lebeghetnek a vízben, mely elősegíti a földi bioszférában való elterjedésüket. Nem kizárt, hogy ha a nanocsövek használata tömegessé válik, ez a hatás környezeti károsodáshoz vezet. Emiatt a szén nanocsövek kontrollált kibocsátásával, környezeti monitorozásával, esetleges káros hatások csökkentésével kapcsolatban további kutatás szükséges.<ref name="The Future Of Things 2009">{{cite web|url=http://thefutureofthings.com/4077-carbon-nanotubes-dangerous-to-the-environment/|title=Carbon Nanotubes Dangerous to the Environment|accessdate=2017-04-13|author=Anni Shaer Levitt|date=2009-06-25|website=The Future Of Things|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170414000210/http://thefutureofthings.com/4077-carbon-nanotubes-dangerous-to-the-environment/|archivedate=2017-04-14}}</ref>

=== Határértékek, szabályozások ===
[[Fájl:Worker weighing carbon nanotubes.png|bélyegkép|136x136px|Szén nanocsövekkel foglalkozó laboráns védőöltözetben|balra]]A NIOSH egyesült államokbeli munkaegészségügyi szervezet 2013-as tanulmányában közölte a szén nanocsövekkel és nanoszálakkal kapcsolatos irányelveit. Ebben felhívja a figyelmet arra, hogy a szén nanoanyagok egyes esetekben károsabbak lehetnek, mint a szénalapú anyagok más, tömbi formái. Állatkísérletek alapján valószínűsítik, hogy a levegőben szálló szén nanocsövek légzőszervi megbetegedést okozhatnak, és 1 μg/m<sup>3</sup>-ben határozták meg a 8 órás munkanap során maximálisan belélegezendő szén nanoanyag mennyiségét. A tanulmányban további ajánlásokat tettek közzé.<ref>{{Cite journal|author=John Howard|year=2013|month=április|title=Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers|language=angol|publisher=[https://www.cdc.gov/niosh/docs/2013-145/default.html The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)]|issue=2013–145|url=https://www.cdc.gov/niosh/docs/2013-145/pdfs/2013-145.pdf|format=PDF|accessdate=2017-03-20|archiveurl=https://web.archive.org/web/20170412061618/https://www.cdc.gov/niosh/docs/2013-145/pdfs/2013-145.pdf|archivedate=2017-04-12}}</ref>

Az [[Európai Parlament]] és a [[Európai Tanács|Tanács]] 2006. december 18-án elfogadott, vegyi anyagok regisztrálásáról, értékeléséről, engedélyezéséről és korlátozásáról szóló 1907/2006/EK rendelete, azaz a [[REACH]] munkaegészségügyi szabályozást vezetett be a szén nanocsövek lehetséges veszélyei miatt. Ennek értelmében a szén nanocső kereskedelmi formalomba kerülhet 10 tonnáig. Ez a szabályozás jelenleg az OCSiAl által gyártott egyik speciális egyfalú szín nanocsőre vonatkozik.<ref>{{Cite web|url=http://www.pcimag.com/articles/102634-reach-registration-completed-for-single-wall-carbon-nanotubes|title=REACH Registration Completed for Single-Wall Carbon Nanotubes|accessdate=2017-03-30|date=2016-10-16|archiveurl=https://web.archive.org/web/20161124221024/http://www.pcimag.com/articles/102634-reach-registration-completed-for-single-wall-carbon-nanotubes|archivedate=2016-11-24}}</ref>{{-}}

== Galéria ==
<gallery class="center">
Fájl:Chiraltube.png|Királis szén nanocső AFM-képe
Fájl:CntHAADF.jpg|Egyfalú szén nanocső TEM-képe
Fájl:Fe-cat CVD MWCNT SEM overview mats with scalebar.jpg|Többfalú szén nanocsövek CVD-vel létrehozott szőnyege
Fájl:Las nanorurek uzyskanych w laboratorium IMSI.png|Irányított növesztésű szén nanocsövek szőnyege
Fájl:Nanogold.jpg|Szilíciumszelet felületére leválasztott, nanocsövek hálózatából álló réteg, melyre arany nanorészecskéket ültettek
Fájl:Transistor CNFET.jpg|Szénnanocső-tranzisztor elvi felépítését mutató grafika
Fájl:Süsiniknanotorufiiber.jpg|Szén nanocsövekből álló mikroszál színezett SEM-képe
Fájl:TEM nanotubos.jpg|Több- két- és egyfalú nanocsövek TEM-képei
Fájl:MX@DWNT.png|Szén nanocső belsejébe csapdázott különféle atomi láncok sötét látóterű TEM-képeken<ref name="Senga Suenaga 2015 p=7943">{{cite journal | last=Senga | first=Ryosuke | last2=Suenaga | first2=Kazu | title=Single-atom electron energy loss spectroscopy of light elements | journal=[[Nature|Nature Communications]] | publisher=Springer Nature | volume=6 | year=2015 | page=7943 | url=http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.811.3195&rep=rep1&type=pdf | doi=10.1038/ncomms8943 | accessdate=2017-04-11}}</ref>
</gallery>

== Jegyzetek ==
{{jegyzetek}}

== Fordítás ==
* {{Fordítás|en|Carbon nanotube|oldid=771747963}}
* {{Fordítás|en|Mechanical properties of carbon nanotubes|oldid=770741678}}
* {{Fordítás|en|Optical properties of carbon nanotubes|oldid=765556287}}
* {{Fordítás|en|Synthesis of carbon nanotubes|oldid=772085597}}

== Források ==

=== Szakkönyvek, publikációk ===
* {{cite book|last=Saitō|first=Riichirō|title=Physical properties of carbon nanotubes|publisher=Imperial College Press|location=London|year=1998|isbn=978-1-86094-223-5|page=|subtitle=|coauthors=M. S. Dresselhaus, G.Dresselhaus}}
* {{cite book|last=Dresselhaus|first=M. S.|title=Science of fullerenes and carbon nanotubes|url=https://archive.org/details/scienceoffullere0000dres|publisher=Academic Press|location=San Diego|year=1996|page=|subtitle=|isbn=978-0-08-054077-1|coauthors=G. Dresselhaus, P. C. Eklund}}
* {{cite journal|last=Tanaka|first=K|coauthors=T. Yamabe, K. Fukui, Eds|year=2000|title=The Science and Technology of Carbon Nanotubes|journal=Fullerene Science and Technology, Elsevier Science|location=Amsterdam|publisher=Informa UK Limited|volume=8|issue=6|pages=639–640|doi=10.1080/10641220009351440|url=http://www.stat.phys.titech.ac.jp/ando/treport/pdf/bswcnmf.pdf|accessdate=2017-03-30}}
* {{cite book|last=Shinar|first=Joseph|title=Optical and electronic properties of fullerenes and fullerene-based materials|publisher=M. Dekker|location=New York|year=2000|isbn=978-0-8247-8257-3|page=|subtitle=|coauthors=et al}}
* {{cite book|last=Dresselhaus|first=M. S.|title=Carbon nanotubes : synthesis, structure, properties, and applications|url=https://archive.org/details/springer_10.1007-3-540-39947-X|publisher=Springer|location=Berlin, New York|year=2001|isbn=978-3-540-41086-7|page=|subtitle=|coauthors=G. Dresselhaus, Ph. Avouris}}
* {{cite book|last=Reich|first=S|title=Carbon nanotubes : basic concepts and physical properties|publisher=Wiley-VCH|location=Weinheim Cambridge|year=2004|isbn=3-527-40386-8|page=|subtitle=|coauthors=C. Thomsen, J. Maultzsch}}
* {{cite book|last=Ebbesen|first=Thomas|title=Carbon nanotubes|publisher=CRC Press|location=Boca Raton|year=1997|isbn=978-0-8493-9602-1|page=|subtitle=preparation and properties}}
* {{href|Volder|2013|{{cite journal|last=Volder|first=M. F. L. De|year=2013|title=Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications|journal=[[Science]]|publisher=American Association for the Advancement of Science (AAAS)|volume=339|issue=6119|pages=535–539|doi=10.1126/science.1222453|url=http://romeo.if.usp.br/~mcsantos/INN/CNT.pdf|format=PDF|accessdate=2017-04-04|last2=Tawfick|first2=S. H.|last3=Baughman|first3=R. H.|last4=Hart|first4=A. J.}}}}

=== Ismeretterjesztő weblapok ===
* {{Cite web|url=http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz0311/biro0311.html|title=Nanovilág: A szén nanocsőtől a kék lepkeszárnyig|accessdate=2017-03-30|author=[[Biró László Péter]]|year=2003|work=Fizikai Szemle 2003/11. 385.o.}}
* {{Cite web|url=http://www.matud.iif.hu/03sze/008.html|title=Szén nanocsövek előállítása és alkalmazásai|accessdate=2017-03-30|author=Kónya Zoltán, B. Nagy János, Kiricsi Imre|year=2003|work=Magyar Tudomány, 2003/9 1114. o.}}
* {{Cite web|url=http://fizikaiszemle.hu/archivum/fsz0703/mindentud0703.html|title=Szén nanocsövek|accessdate=2017-03-30|author=Kürti Jenő|year=2007|work=Fizikai Szemle 2007/3. 106.o.}}
* {{href|Kürti|2013|{{Cite web|url=http://fizipedia.bme.hu/images/2/26/Szennano.pdf|title=Szén nanoszerkezetek|accessdate=2017-03-30|author=Kürti Jenő, Koltai János|year=2013|format=PDF|pages=38–53}}}}
* {{Cite web|url=http://www.nano-lab.com/imagegallery.html|title=SEM images & TEM images of carbon nanotubes, aligned carbon nanotube arrays, and nanoparticles|accessdate=2017-03-30|work=www.nano-lab.com|language=angol}}

== További információk ==
* [https://web.archive.org/web/20170716094143/http://www.nanotechnology.hu/topics.html Az MTA TTK MFA Nanoszerkezetek Osztályának kutatási témái]
* [http://fizipedia.bme.hu/index.php/Nanofizika_tud%C3%A1sb%C3%A1zis A BME Fizipédia Nanotechnológia Tudásbázisa]

== Kapcsolódó szócikkek ==
* [[MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet]]
* [[Szegedi Tudományegyetem]]
* [[Pásztázó alagútmikroszkóp]]

{{Nemzetközi katalógusok}}
{{Portál|fizika}}

{{kiemelt}}

[[Kategória:A szén allotrópjai]]
[[Kategória:Nanoszerkezetek]]