Nanotube karbon: pengeluaran, penggunaan, sifat

Tenaga merupakan industri penting, yang memainkan peranan penting dalam kehidupan manusia. Keadaan tenaga negara bergantung kepada kerja-kerja ramai saintis dalam industri. Hari ini, mereka mencari sumber tenaga alternatif. Untuk tujuan ini, mereka sanggup menggunakan apa-apa, dari cahaya matahari dan air, kemasan dengan kuasa udara. Peralatan yang mampu menjana tenaga dari alam sekitar, adalah amat dihargai.

gambaran Keseluruhan

nanotube karbon - pesawat grafit tergelek panjang dengan bentuk silinder. Biasanya, ketebalan mereka mencapai beberapa puluh nanometer beberapa sentimeter panjang. Pada akhir tiub nano yang membentuk kepala bulat yang merupakan salah sebahagian daripada Fullerene.

Terdapat beberapa jenis nanotube karbon: logam dan semikonduktor. Perbezaan utama ialah kekonduksian semasa. Jenis pertama boleh mengalirkan arus pada suhu 0 ° C, dan kedua - hanya pada suhu tinggi.

nanotube karbon: Sifat

Paling trend moden seperti Kimia Gunaan atau nanoteknologi, yang dikaitkan dengan nanotube yang mempunyai struktur rangka karbon. Apa yang ia? Di bawah struktur ini merujuk kepada molekul besar yang saling hanya atom karbon. nanotube karbon, yang berdasarkan kepada sifat-sifat bentuk shell tertutup, amat dihargai. Tambahan pula, pembentukan data adalah bentuk silinder. tiub itu boleh disediakan oleh rolling lembaran grafit, sama ada untuk berkembang dari pemangkin tertentu. nanotube karbon, yang gambar-gambar yang ditunjukkan di bawah, mempunyai struktur yang luar biasa. Mereka datang dalam pelbagai bentuk dan saiz: satu lapisan dan pelbagai lapisan, lurus dan cerdik. Walaupun pada hakikatnya bahawa nanotube cukup rapuh, mereka adalah bahan yang paling kuat. Akibatnya, banyak kajian telah mendapati bahawa mereka adalah hartanah yang wujud seperti tegangan dan kekuatan lenturan. Di bawah tindakan tekanan mekanikal yang teruk, unsur-unsur tidak tergesa-gesa dan tidak pecah, iaitu, boleh menyesuaikan diri dengan voltan yang berbeza.

ketoksikan

Hasil daripada pelbagai siasatan, didapati bahawa nanotube karbon boleh menyebabkan masalah yang sama seperti gentian asbestos, iaitu mempunyai pelbagai tumor malignan serta kanser paru-paru. Tahap pengaruh buruk asbestos bergantung kepada jenis dan ketebalan serat. Kerana nanotube karbon mempunyai berat badan yang kecil dan saiz, mereka dengan mudah memasuki badan bersama-sama dengan udara. Selanjutnya, mereka jatuh ke dalam pleura dan dimasukkan ke dalam dada, dan akhirnya menyebabkan pelbagai komplikasi. Saintis menjalankan eksperimen dan ditambah kepada makanan zarah tikus nanotube. Produk diameter kecil hampir tidak kekal di dalam badan, tetapi lebih besar - digali ke dalam dinding perut dan menyebabkan pelbagai penyakit.

kaedah penyediaan

Setakat ini, terdapat kaedah-kaedah berikut untuk menghasilkan nanotiub karbon caj arka, ablation, pemendapan wap.

pelepasan elektrik. Penyediaan (nanotube karbon diterangkan dalam artikel ini) dalam plasma caj elektrik, yang membakar dengan helium. Proses tersebut boleh dilakukan dengan menggunakan peralatan teknikal khas untuk pengeluaran fullerenes. Tetapi mod arc lain yang digunakan dalam kaedah ini. Sebagai contoh, ketumpatan arus berkurangan, dan katod digunakan ketebalan besar. Untuk mewujudkan suasana helium adalah perlu untuk meningkatkan tekanan elemen ini. nanotube karbon diperolehi dengan menyembur. Bahawa bilangan mereka telah meningkat, anda mesti memasukkan ke dalam pemangkin grafit rod. Dalam kebanyakan kes, campuran kumpulan yang berbeza daripada logam. Di samping itu, terdapat perubahan dalam tekanan dan kaedah sputtering. Oleh itu, pelet katod, dan di mana nanotube karbon terbentuk. produk siap yang semakin meningkat tegak lurus dari katod dan dipungut ke dalam berkas. Mereka mempunyai panjang 40 mikron.

Ablyasatsiya. Kaedah ini telah dicipta oleh Richard Smalley. Asasnya terletak pada hakikat bahawa yang berbeza permukaan menguap grafit dalam reaktor, yang beroperasi pada suhu tinggi. nanotube karbon dibentuk oleh penyejatan grafit di bahagian bawah reaktor. Penyejukan dan perhimpunan mereka berlaku melalui permukaan penyejukan. Dalam kes pertama, bilangan unsur adalah sama dengan 60%, maka dalam kaedah ini angka meningkat sebanyak 10%. Kos kaedah absolyatsii laser adalah lebih mahal daripada yang lain. Secara umumnya, nanotube tunggal berdinding disediakan dengan menukar suhu tindak balas.

Pemendapan dari fasa gas. karbon kaedah pemendapan wap telah dicipta pada tahun 50-an lewat. Tetapi tiada siapa yang dapat meramalkan dengan cara ia adalah mungkin untuk mendapatkan nanotube karbon. Jadi, pertama anda perlu menyediakan permukaan pemangkin. Kerana ia mungkin zarah halus pelbagai logam, misalnya, kobalt, nikel dan lain-lain. Nanotube mula muncul dari lapisan pemangkin. ketebalan mereka bergantung kepada saiz pemangkin logam. permukaan dipanaskan kepada suhu yang tinggi, dan kemudian ada bekalan gas yang mengandungi karbon. Antaranya, - .., metana, atsetelen, etanol, dan lain-lain Sebagai gas proses selanjutnya adalah ammonia. kaedah pengeluaran ini adalah nanotube yang paling biasa. Proses itu sendiri berlaku di pelbagai syarikat industri, supaya wang yang kurang dibelanjakan untuk pengeluaran sejumlah besar tiub. Satu lagi kelebihan kaedah ini adalah bahawa ahli-ahli menegak boleh diperolehi dari mana-mana zarah logam yang bertindak sebagai pemangkin. Penyediaan (nanotube karbon diterangkan di semua sisi) dijayakan hasil penyelidikan Suomi Iijima, yang diperhatikan di bawah mikroskop untuk penampilan mereka sebagai hasil daripada sintesis karbon.

Jenis-jenis utama

unsur-unsur karbon dikelaskan mengikut bilangan lapisan. Jenis yang paling mudah - nanotube karbon tunggal berdinding. Setiap daripada mereka mempunyai ketebalan kira-kira 1 nm, dan panjang mereka mungkin lebih besar. Jika kita mengambil kira struktur, produk kelihatan seperti bungkus grafit menggunakan grid heksagon. Di mercunya karbon terletak. Oleh itu, tiub mempunyai bentuk silinder, yang tidak mempunyai sesak. Bahagian atas menutup peranti penutup terdiri daripada molekul Fullerene.

Paparan seterusnya - nanotube karbon multiwall. Mereka terdiri daripada beberapa lapisan grafit yang disusun dalam bentuk silinder. The therebetween jarak dikekalkan pada 0.34 nm. Struktur jenis ini diterangkan dengan menggunakan dua kaedah. Pada pertama, pelbagai tiub - beberapa bersarang paip tunggal-dinding yang kelihatan seperti anak patung Rusia. Dalam kedua, nanotube pelbagai berdinding adalah kira-kira grafit yang dibalut beberapa kali mengelilingi dirinya, yang serupa dengan akhbar dilipat.

nanotube karbon: aplikasi

Item adalah ahli baru jenama kelas bahan nano. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, mereka mempunyai struktur bangkai yang berbeza daripada sifat-sifat grafit atau berlian. Oleh itu, ia digunakan lebih kerap daripada bahan lain.

Disebabkan ciri-ciri seperti kekuatan tegangan, kekuatan lenturan, kekonduksian, yang digunakan dalam pelbagai bidang:

• sebagai bahan tambahan kepada polimer;
• pemangkin untuk peranti lampu, serta paparan panel rata dan telefon bimbit dalam rangkaian telekomunikasi;
• sebagai penyerap gelombang elektromagnet;
• penukaran kuasa;
• anodes dalam pelbagai jenis bateri;
• Penyimpanan hidrogen;
• menghasilkan sensor dan kapasitor;
• pengeluaran komposit dan penguatan struktur dan sifat-sifat mereka.

Untuk beberapa tahun, nanotube karbon, penggunaan yang tidak terhad kepada industri tertentu, yang digunakan dalam penyelidikan saintifik. bahan-bahan tersebut mempunyai kedudukan yang lemah dalam pasaran, kerana ada masalah dengan pengeluaran besar-besaran. Satu lagi perkara penting adalah kos yang tinggi nanotube karbon, iaitu kira-kira 120 dolar per satu gram bahan.

Ia digunakan sebagai elemen asas untuk pengeluaran banyak komposit, yang digunakan untuk membuat banyak barangan sukan. Satu lagi -avtomobilestroenie industri. Functionalization nanotube karbon dalam seni dikurangkan untuk memberkati polimer sifat konduktif.

Pekali kekonduksian terma nanotube cukup tinggi, supaya ia boleh digunakan sebagai alat penyejukan untuk pelbagai peralatan besar-besaran. Juga mereka telah membuat topi yang melekat pada paip siasatan.

Permohonan cawangan yang penting termasuk teknologi komputer. nanotube disebabkan terutamanya paparan skrin rata. Dengan bantuan mereka, anda boleh mengurangkan saiz komputer, serta untuk meningkatkan prestasi teknikal. peralatan bersedia akan beberapa kali lebih besar daripada teknologi semasa. Berdasarkan kajian ini, anda boleh membuat-kinescopes tinggi.

Lama kelamaan, tiub akan digunakan bukan sahaja dalam bidang elektronik, tetapi juga sektor kesihatan dan tenaga.

pengeluaran

tiub karbon, pengeluaran yang diedarkan antara kedua-dua jenis mereka, sama rata. Ie, MWNT menghasilkan lebih daripada SWNT. Jenis kedua do dalam keadaan kecemasan. Pelbagai syarikat terus menghasilkan nanotiub karbon. Tetapi permintaan mereka boleh dikatakan tidak digunakan, kerana mereka kos terlalu tinggi.

pengeluaran pemimpin

Pada masa ini, kedudukan utama dalam pengeluaran karbon nanotube diduduki negara-negara Asia, kapasiti pengeluaran yang lebih tinggi daripada 3 kali lebih tinggi daripada di negara-negara lain di Eropah dan Amerika. Khususnya, pengeluaran MWNT terlibat di Jepun. Tetapi negara-negara lain seperti Korea dan China, tidak mengalah dalam penunjuk ini.

Pengeluaran di Rusia

Pengeluaran domestik nanotube karbon jauh di belakang negara-negara lain. Malah, segala-galanya bergantung kepada kualiti penyelidikan dalam bidang ini. Terdapat tidak diperuntukkan dana yang mencukupi untuk pembangunan pusat-pusat sains dan teknologi di negara ini. Ramai orang tidak sedar pembangunan nanoteknologi, kerana saya tidak tahu bagaimana ia boleh digunakan dalam industri. Oleh itu, peralihan kepada baru berjalan ekonomi jejak agak sukar.

Oleh itu, Presiden Rusia mengeluarkan perintah, yang menggariskan pembangunan pelbagai bidang teknologi nano, termasuk unsur-unsur karbon. Bagi tujuan ini, program pembangunan khas diwujudkan untuk mengeluarkan mereka sendiri teknologi. Syarikat "Nanotechnologies" telah diwujudkan supaya semua mata perintah telah dibuat ,. fungsi Its telah memperuntukkan sejumlah besar daripada bajet negara. Ia adalah dia yang perlu mengawal reka bentuk, pengeluaran dan pelaksanaan dalam aplikasi industri nanotube karbon. jumlah yang diperuntukkan untuk dibelanjakan pada pembangunan pelbagai institut penyelidikan dan makmal, serta membantu mengukuhkan pencapaian yang sedia ada ahli-ahli sains domestik. Juga, dana ini akan digunakan untuk pembelian peralatan berkualiti tinggi untuk pengeluaran tiub nano karbon. Ia juga perlu menjaga orang-orang peranti yang akan melindungi kesihatan manusia, kerana bahan menyebabkan pelbagai penyakit.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, seluruh masalah ini terletak pada mengumpul dana. Kebanyakan pelabur tidak mahu melabur dalam penyelidikan dan pembangunan, terutama untuk masa yang lama. Semua perniagaan mahu melihat keuntungan, tetapi Nano-boleh pergi selama bertahun-tahun. Itulah yang menolak wakil-wakil perniagaan kecil dan sederhana. Di samping itu, tanpa pelaburan awam tidak akan sepenuhnya memulakan pengeluaran bahan nano. Satu lagi masalah ialah kekurangan asas undang-undang, kerana tidak ada perantara antara pelbagai peringkat perniagaan. Oleh itu, pengeluaran karbon nanotube di Rusia, yang tidak dituntut, tidak hanya memerlukan kewangan, tetapi juga pelaburan mental. Walaupun Persekutuan Rusia adalah jauh dari negara-negara Asia yang terkemuka dalam pembangunan teknologi nano.

Setakat ini, perkembangan dalam industri yang terlibat dalam jabatan kimia pelbagai universiti di Moscow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk dan Kazan. Pengeluar terkemuka nanotube karbon firma "Garnet" dan tumbuhan Tambov "Komsomolets".

Aspek-aspek positif dan negatif

Antara kelebihan kita dapat membezakan sifat-sifat khas nanotube karbon. Mereka adalah bahan tahan lama, yang berada di bawah pengaruh tekanan mekanikal tidak dimusnahkan. Selain itu, mereka bekerja dengan baik dalam lenturan dan regangan. Ini dapat dilakukan kerana struktur tertutup bingkai. penggunaannya tidak terhad kepada satu sektor. Tiub telah digunakan dalam automotif, elektronik, perubatan dan tenaga.

kelemahan yang besar adalah kesan negatif ke atas kesihatan manusia. Zarah nanotube memasuki tubuh manusia, menimbulkan tumor malignan dan kanser.

Satu aspek penting ialah pembiayaan sektor ini. Ramai orang tidak mahu melabur dalam bidang sains, seperti yang anda perlu banyak masa untuk keuntungan. Dan tanpa fungsi yang makmal penyelidikan tidak boleh menjadi pembangunan nanoteknologi.

kesimpulan

nanotube karbon memainkan peranan utama dalam teknologi inovatif. Ramai pakar meramalkan pertumbuhan industri ini pada tahun-tahun akan datang. Akan terdapat peningkatan yang ketara dalam kapasiti pengeluaran, yang akan mengurangkan kos barangan. Dengan penurunan harga, tiub akan berada dalam permintaan yang besar, dan akan menjadi bahan yang boleh ditukar ganti untuk banyak peranti dan peralatan.

Jadi, kita dapati apa yang merupakan produk-produk ini.