Carbon nanotubes: წარმოება, გამოყენება, თვისებები

ენერგეტიკის მნიშვნელოვანი ინდუსტრიის, რომელიც მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ადამიანის ცხოვრებაში. ენერგეტიკული მდგომარეობის ქვეყანაში დამოკიდებულია მრავალი მეცნიერი ინდუსტრიაში. დღეს, ისინი ეძებენ ალტერნატიული ენერგიის წყაროების. ამ მიზნით, ისინი მზად არიან გამოიყენონ არაფერი, მზის და წყლის, დამთავრებული საჰაერო ძალა. აღჭურვილობა, რომ შეუძლია გენერირება ენერგია გარემო, ძალიან დაფასებული.

მიმოხილვა

Carbon nanotubes - ხანგრძლივი ნაგლინი გრაფიტის თვითმფრინავი ცილინდრული ფორმის. როგორც წესი, მათი სისქე აღწევს რამდენიმე ათეული ნმ რამდენიმე სანტიმეტრი. ბოლოს ერთი nanotube აყალიბებს სფერული ხელმძღვანელი, რომელიც არის ერთ-ერთი ნაწილი ფულერენული.

არსებობს რამდენიმე სახის ნახშირბადის nanotubes: მეტალის და ნახევარგამტარული. მთავარი განსხვავება არის მიმდინარე გამტარობის. პირველი ტიპის შეიძლება ჩატარდეს მიმდინარე ტემპერატურა 0 ° C, ხოლო მეორე - მხოლოდ მომატებული ტემპერატურა.

Carbon nanotubes: თვისებები

ყველაზე თანამედროვე ტენდენციები, როგორიცაა გამოყენებითი ქიმიის და ნანოტექნოლოგიის, უკავშირდება nanotubes რომელსაც აქვს ნახშირბადის ჩონჩხის სტრუქტურა. რა არის ეს? ამ სტრუქტურის ეხება დიდი მოლეკულები, რომლებიც ერთმანეთთან მხოლოდ ნახშირბადის ატომები. Carbon nanotubes, რომელიც ეფუძნება თვისებები დახურულ shell ფორმა, ძლიერ აფასებენ. გარდა ამისა, ფორმირების მონაცემები ცილინდრული ფორმის. ასეთი მილები შეიძლება მომზადდეს მოძრავი გრაფიტის sheets, ან იზრდება კონკრეტული კატალიზატორი. Carbon nanotubes, რომელიც სურათები ნაჩვენებია ქვემოთ, აქვს არაჩვეულებრივი სტრუქტურა. ისინი სხვადასხვა ფორმის და ზომის: ერთ ფენას და მრავალ ფენას, სწორი და sinuous. მიუხედავად იმისა, რომ nanotubes საკმაოდ მყიფე, ისინი ძლიერი მასალა. შედეგად, მრავალი კვლევების აღმოაჩინა, რომ ისინი თანდაყოლილი თვისებები, როგორიცაა tensile და flexural ძალა. მოქმედების მძიმე მექანიკური სტრესი, ელემენტები არ გამოიქცევიან და არ დაარღვიოს, რომ არის, შეუძლია შეცვალოს სხვადასხვა ძაბვების.

ტოქსიკურობის

შედეგად მრავალი გამოძიება, აღმოჩნდა, რომ ნახშირბადის nanotubes შეიძლება გამოიწვიოს იგივე პრობლემები, როგორც აზბესტის ბოჭკოები, ანუ რომელსაც სხვადასხვა ავთვისებიანი სიმსივნეები, ასევე ფილტვის კიბოს. ხარისხი მავნე ზემოქმედების აზბესტის დამოკიდებულია ტიპის და სისქის მისი ბოჭკოები. იმის გამო, რომ ნახშირბადის nanotubes აქვს პატარა წონა და ზომა, ისინი ადვილად შედის სხეულის ერთად ჰაერში. გარდა ამისა, მათ მოხვდება პლევრის და შედის მკერდზე, და საბოლოოდ იწვევს სხვადასხვა გართულებები. მეცნიერებმა ჩაატარეს ექსპერიმენტი და დასძინა, რომ საკვები მაუსები ნაწილაკების nanotubes. პროდუქტები მცირე დიამეტრის თითქმის არ დარჩება ორგანიზმში, მაგრამ უფრო დიდი - გათხრილი კედლები კუჭის და გამოიწვიოს სხვადასხვა დაავადებები.

მეთოდები მომზადების

დღემდე, არსებობს შემდეგი მეთოდები მწარმოებელ ნახშირბადის nanotubes arc ბრალდებით, აბლაცია, ორთქლის განთავსება.

ელექტრო შესრულებისათვის. მომზადება (ნახშირბადის nanotubes აღწერილია ამ მუხლის) პლაზმაში ელექტრო ბრალდებით, რომელიც წვავს ჰელიუმი. ასეთი პროცესი შეიძლება განხორციელდეს სპეციალური ტექნიკური აღჭურვილობის წარმოების fullerenes. მაგრამ სხვა arc რეჟიმი გამოიყენება ამ მეთოდით. მაგალითად, მიმდინარე სიმჭიდროვე მცირდება და cathodes გამოიყენება დიდი სისქის. ატმოსფეროს ქმნის ჰელიუმის აუცილებელია დააყენებს ზეწოლა ამ ელემენტს. Carbon nanotubes მიღებული გამფრქვევი. რომ მათი რიცხვი გაიზარდა, თქვენ უნდა დადოს გრაფიტის rod კატალიზატორი. უმეტეს შემთხვევაში, ნარევი სხვადასხვა ჯგუფების ლითონის. გარდა ამისა, არსებობს ცვლილება ზეწოლის და sputtering მეთოდი. ამდენად, კათოდური ნალექი, და სადაც ნახშირბადის nanotubes წარმოიქმნება. მზა პროდუქცია იზრდება perpendicularly კათოდური და გროვდება შევიდა ჩალიჩებისთვის. მათ აქვთ სიგრძე 40 მიკრონი.

Ablyasatsiya. ასეთი მეთოდი გამოიგონეს რიჩარდ Smalley. მისი არსი მდგომარეობს იმაში, რომ სხვადასხვა vaporize გრაფიტის ზედაპირზე reactor, ფუნქციონირებს მაღალი სიცხე. Carbon nanotubes იქმნება აორთქლების გრაფიტის ქვედა ნაწილი რეაქტორი. გაგრილების და შეგროვება მათ ხდება მეშვეობით გაგრილების ზედაპირზე. პირველ შემთხვევაში, რაოდენობის ელემენტები უდრის 60%, მაშინ ამ მეთოდით მაჩვენებელი გაიზარდა 10% -ით. ღირებულება ლაზერული absolyatsii მეთოდი არის უფრო ძვირი, ვიდრე ყველა სხვა. საერთოდ, ერთ walled nanotubes მიერ მომზადებული შეცვლის რეაქცია ტემპერატურა.

დეპონირების გაზის ფაზაში. ნახშირბადის ორთქლის განთავსება მეთოდი გამოიგონეს გვიან 50s. მაგრამ არავინ არ შეეძლო გათვალისწინებული, რომ მისი საშუალებით შესაძლებელია ნახშირბადის nanotubes. ასე რომ, პირველი თქვენ უნდა მოამზადოს ზედაპირზე კატალიზატორი. როგორც ეს შეიძლება იყოს ჯარიმის ნაწილაკების სხვადასხვა ლითონები, მაგ, კობალტის, ნიკელის და სხვები. Nanotubes იწყებენ დააღწევს კატალიზატორი ფენას. მათი სისქე დამოკიდებულია ზომა შეასრულეს ლითონის. ზედაპირი გათბობის მაღალი ტემპერატურა, და შემდეგ არსებობს გაზის მიწოდების შემცველი ნახშირის. მათ შორის, - .., მეთანის, atsetelen, ეთანოლი, და ა.შ., რაც შემდგომი პროცესი გაზის ამიაკი. ეს წარმოების მეთოდი არის ყველაზე გავრცელებული nanotubes. თვითონ პროცესი ხდება სხვადასხვა სამრეწველო საწარმოები, ისე, რომ ნაკლები ფული იხარჯება წარმოების დიდი რაოდენობით მილები. სხვა ამ მეთოდის უპირატესობა ის არის, რომ ვერტიკალური წევრები შეიძლება მიღებული ნებისმიერი ლითონის ნაწილაკების, რომელიც ემსახურება როგორც კატალიზატორი. მომზადება (ნახშირბადის nanotubes აღწერილია ყველა მხარეს) შესაძლებელი გახდა კვლევაზე Suomi Iijima, რომელიც აკვირდებოდა მიკროსკოპის ქვეშ მათი გამოჩენა შედეგად სინთეზია ნახშირბადის.

ძირითადი ტიპის

Carbon ელემენტების მიხედვით რაოდენობის ფენებს. უმარტივესი სახის - ერთ walled ნახშირბადის nanotubes. თითოეულ მათგანს აქვს სისქე დაახლოებით 1 ნმ და მათი სიგრძე შეიძლება იყოს გაცილებით მეტი. თუ გავითვალისწინებთ, სტრუქტურა, პროდუქტის ჰგავს გრაფიტი გადატანა გამოყენებით ექვსკუთხა ქსელის. თავის vertices მდებარეობს carbons. ამგვარად, მილი აქვს ცილინდრული ფორმის, რომელსაც არ აქვს seams. ზედა ნაწილი იხურება სახურავები მოწყობილობები შედგება ფულერენული მოლეკულების.

შემდეგი კალენდარი - მრავალფენიანი ნახშირბადის nanotubes. ისინი შედგება რამდენიმე ფენა გრაფიტის, რომლებიც stacked ფორმის ცილინდრიანი. მანძილი therebetween შენარჩუნებულია 0.34 ნმ. სტრუქტურა ამ ტიპის აღწერილია გამოყენებით ორი მეთოდები. პირველ, მრავალ მილის - რამდენიმე წყობილი ერთ კედელზე მილის რომ ჰგავს რუსეთის თოჯინა. მეორე, მრავალ walled nanotubes არიან გრაფიტის ფურცელი, რომელიც გახვეული რამდენჯერმე გარშემო თავად, რომელიც მსგავსია დაკეცილი გაზეთი.

Carbon nanotubes: პროგრამები

ელემენტი ახალი წევრი კლასის nanomaterials. როგორც ადრე აღვნიშნეთ, მათ აქვთ მდგომარეობაში სტრუქტურა, რომელიც განსხვავდება თვისებები გრაფიტის ან ალმასის. ამიტომ, უფრო ხშირად გამოიყენება, ვიდრე სხვა მასალები.

იმის გამო, რომ ისეთი მახასიათებლები, როგორც tensile ძალა, flexural ძალა, გამტარობის, გამოიყენება ბევრ სფეროებში:

• დანამატები პოლიმერები;
• კატალიზატორი განათების მოწყობილობები, ისევე როგორც თხევადკრისტალიანი მონიტორები და ტელეფონები სატელეკომუნიკაციო ქსელები;
• როგორც ამორტიზატორები ელექტრომაგნიტური ტალღების;
• ელექტრო კონვერტაციის;
• anodes სხვადასხვა ბატარეის ტიპის;
• შენახვის წყალბადის;
• მწარმოებელ სენსორები და capacitors;
• კომპოზიტების წარმოება და გაძლიერება მათი სტრუქტურა და თვისებები.

მრავალი წლის განმავლობაში, ნახშირბადის nanotubes, რომლის გამოყენება არ შემოიფარგლება კონკრეტული ინდუსტრიის, რომელიც გამოიყენება სამეცნიერო კვლევა. ასეთი მასალა აქვს სუსტი პოზიცია ბაზარზე, არსებობს პრობლემები ფართომასშტაბიანი წარმოება. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მომენტი არის მაღალი ღირებულება ნახშირბადის nanotubes, რომელიც დაახლოებით 120 დოლარს ერთი გრამი ნივთიერება.

ისინი გამოიყენება როგორც ძირითადი ელემენტია წარმოების ბევრი კომპოზიტების, რომლებიც გამოიყენება მიღების ბევრი ფეხსაცმელები. სხვა ინდუსტრიის -avtomobilestroenie. Functionalization ნახშირბადის nanotubes ხელოვნების მცირდება მინიჭება პოლიმერები გამტარ თვისებები.

კოეფიციენტი თერმოკონდუქტომეტრიული nanotubes არის საკმაოდ მაღალი, ასე რომ, ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას, როგორც გაციების მოწყობილობის სხვადასხვა მასიური აღჭურვილობა. ასევე მათ caps, რომლებიც ერთვის გამოძიების მილები.

ყველაზე მნიშვნელოვანი ფილიალი პროგრამები მოიცავს კომპიუტერული ტექნიკით. იმის გამო, nanotubes განსაკუთრებით ბინა- panel მონიტორები. მოცემული ანალიზის დახმარებით მათ, შეგიძლიათ მნიშვნელოვნად შეამცირებს ზომის კომპიუტერი, ისევე, როგორც, რომ გაიზარდოს მისი ტექნიკური შესრულება. მზად აღჭურვილობა იქნება რამდენჯერმე მეტია მიმდინარე ტექნოლოგია. საფუძველზე ამ კვლევებში, თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ მაღალი კინოსკოპები.

დროთა განმავლობაში, მილები გამოყენებული იქნება არა მხოლოდ ელექტრონიკა, არამედ ჯანმრთელობის და ენერგეტიკის სექტორებში.

წარმოება

Carbon მილები, წარმოება, რომელიც ნაწილდება შორის ორი სახის, მათ შორის, თანაბრად ნაწილდება. ანუ, MWNT აწარმოოს უფრო მეტია, ვიდრე SWNT. მეორე სახის do საგანგებო. სხვადასხვა ფირმების მუდმივად წარმოიქმნება ნახშირბადის nanotubes. მაგრამ მოთხოვნა პრაქტიკულად არ იყენებენ, იმიტომ, რომ ისინი ძალიან ძვირი მაღალი.

ლიდერები წარმოება

დღეისათვის, წამყვანი პოზიცია ნახშირის nanotubes ოკუპირებულ აზიის ქვეყნებში, წარმოების მოცულობა უფრო მაღალია, ვიდრე 3-ჯერ უფრო მაღალია, ვიდრე სხვა ქვეყნებში ევროპასა და ამერიკაში. კერძოდ, წარმოების MWNT ეწევა იაპონიაში. მაგრამ სხვა ქვეყნებში, როგორიცაა კორეა და ჩინეთი, არ დათმობს ეს მაჩვენებელი.

წარმოების რუსეთში

შიდა წარმოების ნახშირბადის nanotubes ბევრად ჩამორჩება სხვა ქვეყნებში. სინამდვილეში, ყველაფერი დამოკიდებულია ხარისხის კვლევა ამ სფეროში. არ არის გამოყოფილი საკმარისი თანხები განვითარების მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ცენტრები ქვეყანაში. ბევრი ხალხი არ აღიქვამს განვითარების ნანოტექნოლოგიის, იმიტომ, რომ მე არ ვიცი, როგორ შეიძლება იქნას გამოყენებული ინდუსტრიაში. აქედან გამომდინარე, გარდამავალი ეკონომიკის ახალი ბილიკი მუშაობს საკმაოდ რთულია.

აქედან გამომდინარე, რუსეთის პრეზიდენტის განკარგულება, რომელიც აყალიბებს განვითარების სხვადასხვა სფეროებში ნანოტექნოლოგიის, მათ შორის ნახშირბადის ელემენტებს. ამ მიზნით, სპეციალური განვითარების პროგრამა შეიქმნა , რათა აწარმოოს საკუთარი ტექნოლოგიები. კომპანია "ნანოტექნოლოგიები" შეიქმნა ისე, რომ ყველა რაოდენობა მიზნით გაკეთდა ,. მისი ფუნქციონირების დაეთმო მნიშვნელოვანი თანხა სახელმწიფო ბიუჯეტში. ეს იყო ის, ვინც უნდა გააკონტროლოს დიზაინი, წარმოება და განხორციელების სამრეწველო განაცხადების ნახშირბადის nanotubes. გამოყოფილი თანხა დაიხარჯოს განვითარების სხვადასხვა კვლევითი ინსტიტუტები და ლაბორატორიები, ისევე როგორც გააძლიეროს არსებული მიღწევები შიდა მეცნიერები. გარდა ამისა, ეს თანხები გამოყენებული იქნება შეძენის მაღალი ხარისხის ტექნიკის წარმოების ნახშირბადის nanotubes. ის ასევე უნდა იზრუნოს იმ მოწყობილობების, რომ ადამიანის ჯანმრთელობის დაცვის, ვინაიდან მატერიალური იწვევს სხვადასხვა დაავადებებს.

როგორც ადრე აღვნიშნეთ, მთელი პრობლემა იმაში მდგომარეობს, თანხების. ყველაზე ინვესტორებს არ სურთ ინვესტირებას კვლევებისა და განვითარების, განსაკუთრებით დიდი ხნის განმავლობაში. ყველა ბიზნესი გვინდა, რომ მოგება, მაგრამ Nano-წავიდეთ წლის განმავლობაში. ეს არის ის, რაც უბიძგებს მცირე და საშუალო ბიზნესის. გარდა ამისა, გარეშე საჯარო საინვესტიციო სრულად ვერ წარმოებაში nanomaterials. კიდევ ერთი პრობლემა არის ნაკლებობა სამართლებრივ საფუძველს, ვინაიდან არ არსებობს შუამავალს სხვადასხვა ეტაპზე ბიზნეს. აქედან გამომდინარე, ნახშირბადის nanotube წარმოების რუსეთში, რომელიც არ აცხადებდა, მოითხოვს არა მხოლოდ ფინანსური, არამედ ფსიქიკური საინვესტიციო. მიუხედავად იმისა, რომ რუსეთის ფედერაციის შორს არის აზიის ქვეყნებში რომლებიც წამყვან განვითარების ნანოტექნოლოგიის.

დღემდე, განვითარებული მოვლენების ინდუსტრიაში ჩართული ქიმიური დეპარტამენტების სხვადასხვა უნივერსიტეტებში მოსკოვში, Tambov, პეტერბურგში, ნოვოსიბირსკის Kazan. წამყვანი მწარმოებლები ნახშირბადის nanotubes ფირმა "ბროწეული" და Tambov ქარხანა "კომსომოლეცი".

დადებითი და უარყოფითი მხარეები

მათ შორის, უპირატესობა ჩვენ შეიძლება გამოიყოს სპეციალური თვისებები ნახშირბადის nanotubes. ისინი გამძლე მასალა, რომელიც გავლენის ქვეშ მექანიკური სტრესი არ არის განადგურებული. გარდა ამისა, მათ კარგად მუშაობს bending და გაჭიმვა. ეს შესაძლებელი გახდა იმის გამო, დახურულ სტრუქტურა ჩარჩო. მათი გამოყენება არ შემოიფარგლება ერთი სექტორი. მილები გამოყენებულ იქნა ავტომობილები, ელექტრონიკა, მედიცინისა და ენერგია.

დიდი პრობლემა ის არის, უარყოფითი ზეგავლენა ადამიანის ჯანმრთელობაზე. ნაწილაკების nanotubes შესვლის ადამიანის სხეულის, წარმოშობს ავთვისებიანი სიმსივნეები და კიბოს.

მნიშვნელოვანი ასპექტი არის დაფინანსების ამ სექტორში. ბევრი ადამიანი არ სურთ ინვესტირებას მეცნიერების, როგორც თქვენ უნდა ბევრი დრო მოგება. და გარეშე ფუნქციონირების კვლევითი ლაბორატორიები არ შეიძლება იყოს განვითარების ნანოტექნოლოგიის.

დასკვნა

Carbon nanotubes ითამაშოს მნიშვნელოვანი როლი ინოვაციური ტექნოლოგიები. ბევრი ექსპერტების პროგნოზით, ზრდის ამ ინდუსტრიის უახლოეს წლებში. იქნება მნიშვნელოვანი ზრდა წარმოების მოცულობა, რაც შეამცირებს საქონლის ღირებულებას. ერთად კლება, მილის იქნება დიდი მოთხოვნა, და გახდება შეუცვლელი მასალა ბევრი მოწყობილობები და აღჭურვილობა.

ასე რომ, ჩვენ გავარკვიეთ, თუ რას წარმოადგენს ეს პროდუქტი.