Karbon nano borucuklar: üretim, kullanım, özellikleri

Enerji insan hayatında önemli bir rol oynayan önemli bir sektördür. Bir ülkenin enerji hali sektöründe birçok bilim adamının çalışmalarına bağlıdır. Bugün, aradıkları alternatif enerji kaynakları. Bu amaçlar için, onlar hava gücü ile bitirerek güneş ışığı ve sudan şey kullanmak hazırız. çevreden enerjiye üretebileceği ekipman, çok takdir edilmektedir.

genel bakış

Karbon nanotüpleri -, silindirik bir şekle sahip bir uzun bir haddelenmiş grafit düzlemi. Genellikle kendi kalınlığı uzun birkaç santimetreye nanometre onlarca ulaşır. nanotüp sonunda Fulleren bir parçası olan bir küresel kafa oluşturur.

Metalik ve yarı iletken: Karbon nanotüpler bazı türleri vardır. Temel fark, elektrik iletkenliği olan. Birinci tip, 0 ° C arasındaki bir sıcaklıkta akım iletmeye ve ikinci - sadece yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmektedir.

Karbon nanotüpler: özellikler

Bir karbon iskelet yapıya sahip nanotüpler bağlantılı böyle Uygulamalı Kimya veya nanoteknoloji gibi en modern eğilimler. Bu nedir? Bu yapının altında birbirine sadece karbon atomlarıdır büyük moleküllere karşılık gelir. kapalı kabuk formunda özelliklerine göre olan karbon nano borucuklar, oldukça değerlidir. Ayrıca, verinin oluşumu silindir şeklinde bulunmaktadır. Bu tür tüpler, spesifik bir katalizörden büyümesi ya da, grafit levhalar haddeleme ile hazırlanabilir. resimler aşağıda gösterilmiştir Karbon nanotüpler, alışılmadık bir yapıya sahiptir. düz ve kıvrımlı tek katmanlı ve çok katmanlı,: Farklı şekil ve boyutlarda gelir. nanotüpler oldukça kırılgan olmasına rağmen, en güçlü malzemedir. Bunun bir sonucu olarak, pek çok çalışma bu tür gerilme ve bükülme mukavemeti gibi kendiliğinden özellikleri olduğunu bulmuşlardır. Şiddetli mekanik stres etkisi altında elemanları farklı gerilimler ayarlanabilir, yani acele etmeyin ve bozmazlar.

toksisite

Birden araştırmaların bir sonucu olarak, karbon nano borucuklar habis tümörlerin çeşitli sahip olan, yani, asbest liflerinin yanı sıra akciğer kanseri gibi aynı sorunlara neden olabilir bulunmuştur. asbest olumsuz etki derecesi, elyafın tipine ve kalınlığına bağlıdır. Karbon nanotüpler çok az bir ağırlığa ve boyuta sahip olduğundan, bunlar kolaylıkla havayla birlikte vücuda girer. Dahası, plevra içine düşmek ve göğüs dahil edilir ve sonunda komplikasyonların çeşitli neden olur. Bilim adamları, bir deney yapılmış ve farelerin parçacıkları nano borucukların gıda ilave edildi. küçük çaplı Ürünler neredeyse vücuttaki kalmak, ancak daha büyük değildi - mide duvarlarının içine kazılmış ve çeşitli hastalıklara neden olur.

hazırlama yöntemleri

Bugüne kadar, karbon nano borucuklar ark yükü, ablasyon, buharla yerleştirme üretmek için aşağıdaki yöntem bulunmaktadır.

Elektrik deşarj. helyum ile yakar elektrik yükü, plazmasında (karbon nano borucuklar, bu makalede açıklanan) hazırlanması. Böyle bir işlem, fulleren üretimi için özel bir teknik ekipman kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ama diğer ark modları Bu yöntemde kullanılır. Örneğin, akım yoğunluğu azalır ve katotlar büyük kalınlıkları kullanılır. helyum atmosferi oluşturmak için bu elemanın basıncını yükseltmek için gereklidir. Karbon nano borucuklar püskürtülmesi ile elde. sayıları arttı Yani, bir grafit çubuk katalizör içine girmelidir. Çoğu durumda, metalin farklı grupların bir karışımı olabilir. Bundan başka, basınç ve püskürtme yönteminde bir değişiklik vardır. Bu durumda, bir katod pelet ve karbon nano borucuklar, burada oluşturulur. Bitmiş ürünler katottan dik yükselen demetler haline toplanır. Bunlar 40 mikron arasında bir uzunluğa sahiptir.

Ablyasatsiya. Bu tür bir yöntem Richard Smalley tarafından icat edilmiştir. Bunun özü, yüksek sıcaklıklarda çalışan bir reaktör içinde aslında farklı buharlaştığı grafit yüzeyi yer almaktadır. Karbon nanotüpleri, reaktörün alt kısmında grafit buharlaştırma ile oluşturulmaktadır. Soğutma ve bunları toplayan bir soğutma yüzeyinin vasıtasıyla gerçekleşir. İlk durumda, elemanların sayısı% 10 artmıştır, bu yöntem, şekilde, daha sonra 60% eşittir. Lazer absolyatsii yöntemin maliyeti tüm diğerlerine göre daha pahalıdır. Genel olarak, tek duvarlı nanotupler, reaksiyon sıcaklığının değiştirilmesi ile hazırlanabilir.

gaz fazından birikimi. Karbon buhar depozisyon yöntemi geç 50s icat edilmiştir. Ama kimse bunun vasıtasıyla karbon nanotüpler elde etmenin mümkün olduğunu tahmin edemezdi. Yani, önce sen katalizör yüzeyini hazırlamak gerekir. çeşitli metallerin, örneğin, kobalt, nikel ve diğer ince parçacıklar gibi olabilir. Nanotupler katalizör tabakasından çıkan başlıyor. Kalınlıkları metal katalize büyüklüğüne bağlıdır. Yüzey yüksek bir sıcaklığa ısıtılır, ve bundan sonra da gazlar karbon içeren besleme vardır. Bunlar arasında, - başka bir işlem gazı olarak vs .., metan, atsetelen, etanol, amonyaktır. Bu üretim yöntemi, en yaygın nanotüpler olup. az para tüplerinin çok sayıda üretimi için harcanan böylece sürecin kendisi, çeşitli endüstriyel işletmelerde gerçekleşmektedir. Bu yöntemin diğer bir avantajı, dikey elemanlar katalizör olarak hizmet metal partiküllerinden elde edilebilir olmasıdır. (Karbon nanotupler her tarafta tarif edilmiştir) hazırlanması karbon sentezi sonucu olarak bir görünüm için bir mikroskop altında incelendiğinde Fince Iijima araştırma sayesinde mümkün.

başlıca türleri

Karbon elemanları tabaka sayısına göre sınıflandırılır. En basit tür - tek duvarlı karbon nanotüpleri. Bunların her biri, yaklaşık 1 nm arasında bir kalınlığa sahiptir, ve bunların uzunluğu çok daha büyük olabilmektedir. Biz durumu göz önüne alındığında, ürün bir altıgen ızgara kullanarak grafit sarma gibi görünüyor. kendi noktaların içinde karbon bulunan. Bu nedenle, boru hiç ek yeri yoktur, silindirik bir şekle sahiptir. Üst kısım fulleren moleküllerinin oluşturduğu kapaklar cihazları kapatır.

Sonraki görünüm - cidarlı karbon nanotüp. Bir silindir şeklinde dizilir grafit birkaç tabakadan oluşur. aradaki mesafe 0.34 nm 'de muhafaza edilmektedir. Bu tür bir yapı, iki yöntemler kullanılarak tarif edilir. Bir Rus bebek gibi görünen bir kaç iç içe tek cidarlı borunun - İlk, çoklu tüp üzerinde. Bir ikinci, çok duvarlı nanotupler katlanmış bir gazete benzer kendi etrafında birkaç kez sarılan grafit levha vardır.

Karbon nanotüpler: uygulamalar

Öğeler nanomalzemelerin sınıfının yepyeni üyesisiniz. Daha önce belirtildiği gibi, bunlar, grafit ya da elmas özellikleri farklı olan bir karkas yapıya sahiptir. Bu nedenle diğer malzemelere göre daha sık kullanılır.

Nedeniyle gerilme mukavemeti, esneme mukavemeti, iletkenlik gibi özellikleri nedeniyle, birçok alanda kullanılır:

• polimerlere katkı maddeleri olarak;
• aydınlatma cihazlarının yanı sıra telekomünikasyon ağlarında düz panel ekranlar ve cep telefonları için katalizör;
• elektromanyetik dalgaların bir emici olarak;
• güç dönüşümü;
• Çeşitli pil tipleri anotlar;
• hidrojen depolama;
• sensörleri ve kondansatörler üretilmesi;
• kompozitler üretimi ve bunların yapısı ve özellikleri amplifikasyonu.

Uzun yıllar, karbon nanotüpler için kullanımı bilimsel araştırmalarda kullanılan, belirli bir sektöre sınırlı değildir. Büyük ölçekli üretim ile ilgili sorunlar olarak bu malzeme piyasada zayıf bir konuma sahiptir. Diğer bir önemli nokta, bir maddenin bir gramı başına yaklaşık 120 dolar karbon nanotüplerin yüksek maliyeti vardır.

Pek çok spor malzemeleri yapmak için kullanılan birçok kompozitler, üretimi için temel bir unsur olarak kullanılmaktadır. Başka endüstri -avtomobilestroenie. Teknikte içerisinde karbon nanotuplerın işlevselleştirilmesi polimerler iletken özelliklere kavuşturulması indirgenir.

nanotüplerin termal iletkenlik katsayısı yeterince yüksek, yani bunlar, çeşitli büyük ekipmanlar için bir soğutma cihazı olarak kullanılabilir. Ayrıca onlar prob borulara bağlı kapaklar yaptık.

En önemli dal uygulamaları bilgisayar teknolojisini içerir. Due nanotüpler özellikle düz panel ekranlar bulunmaktadır. Bunların yardımı ile, önemli ölçüde bilgisayarın boyutunu azaltabilir, hem de teknik performansı artırmak için. Hazır ekipman mevcut teknoloji birkaç kat daha büyük olacaktır. Bu çalışmaların temelinde, yüksek-kineskopların oluşturabilir.

Zamanla, tüpler de sağlık ve enerji sektörlerini sadece elektronik ürünlerde kullanılan fakat edilecektir.

üretim

Karbon tüpler üretimi bunların iki tür arasında dağıtılır, eşit olarak dağıtılır. Yani, MWNT SWNT'nın çok daha fazla üretir. Acil bir durumda do ikinci tür. Çeşitli şirketler, sürekli karbon nano borucuklar üretir. onlar çok yüksek maliyeti nedeniyle Ama talep onlar pratik, kullanmayın.

liderler üretimi

Şu anda, karbon nanotüpler üretiminde lider pozisyonu Asya ülkeleri işgal üretim kapasitesini Avrupa ve Amerika diğer ülkelere göre daha yüksek oranla 3 kat daha fazladır. Özellikle, MWNT üretimi Japonya devreye girer. Ama böyle Kore ve Çin gibi diğer ülkeler, bu gösterge ödün vermedi.

Rusya'da Üretim

Karbon nanotüp Yurtiçi üretim kadar diğer ülkelerin gerisinde olduğunu. Aslında, her şey bu alandaki araştırmaların kalitesine bağlıdır. Orada ülkede bilim ve teknoloji merkezlerinin gelişmesi için yeterli kaynak tahsis edilmez. Ben sektöründe nasıl kullanılabileceğini bilmiyorum çünkü birçok insan, nanoteknoloji gelişimini algıladıkları yok. Bu nedenle yeni ekonomi izi çalıştıktan geçiş oldukça zordur.

Bu nedenle, Rusya Başkanı karbon elementleri içeren nanoteknoloji çeşitli alanlarda, gelişimini belirleyen bir kararname yayınladı. Bu amaçla, özel bir gelişim programı oluşturulduğu kendi üretme teknolojileri. düzenin tüm hususlar ortaya konmuştur böylece Şirketi "Nanoteknolojiler" oluşturuldu ,. Onun işleyen devlet bütçesinden önemli miktarda tahsis edildi. Karbon nanotüpler endüstriyel uygulamalarda tasarım, üretim ve uygulama kontrol etmelidir kişi oydu. miktarı çeşitli araştırma enstitüleri ve laboratuarların geliştirilmesi üzerinde harcama, yanı sıra yerli bilim adamlarının mevcut başarıları güçlendirmek yardımcı olmak için tahsis etti. Ayrıca, bu fonların karbon nanotüp üretimi için yüksek kaliteli ekipman alımı için kullanılacaktır. materyal hastalıklarının çeşitli nedenleri oldugu için de insan sağlığını koruyacak bu cihazların dikkat etmelisiniz.

Daha önce belirtildiği gibi, bütün sorun para toplama yatıyor. Çoğu yatırımcı özellikle uzun süre, araştırma ve geliştirme yatırım yapmak istemiyoruz. Tüm işletmeler kar görmek istiyorum, ama Nano olabilir yıllarca devam. Yani küçük ve orta ölçekli işletmelerin temsilcileri iter budur. Buna ek olarak, kamu yatırım yapılmadan tamamen nanomalzemelerin üretimini başlamaz. iş çeşitli aşamaları arasında hiçbir aracı olmadığı için başka sorun, hukuki altyapının olmaması. Bu nedenle, iddia edilmez Rusya'da karbon nanotüp üretimi, mali sadece, aynı zamanda zihinsel yatırımın değil gerektirir. Rusya Federasyonu Asya ülkelerinden uzakta iken nanoteknoloji gelişiminde öncü olduğunu.

Bugüne kadar sektördeki gelişmeler Moskova, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk ve Kazan'da çeşitli üniversitelerin kimya bölümlerinden yapan. Karbon nanotüpler lider üreticileri "Lal" ve Tambov bitki "Komsomolets" sağlam.

Pozitif ve negatif yönleri

avantajları arasında Karbon nanotüplerin özel nitelikleri ayırt edebilir. Bunlar, mekanik stres etkisi yok edilmez altında dayanıklı bir materyal vardır. Buna ek olarak, bükme ve gerilme iyi çalışır. Bu, çerçevenin kapalı yapısı sağlanmıştır. Bunların kullanımı bir sektöre sınırlı değildir. Tüpler otomotiv, elektronik, tıp ve enerji kullanılmaktadır.

İri dezavantajı insan sağlığı üzerinde olumsuz etkisi olduğunu. İnsan vücuduna giren Parçacıklar nanotüpler, habis tümörler ve kansere yol açar.

Bir önemli yönü bu sektörün finansman olduğunu. Birçok kişi size kazanç için çok fazla zaman ihtiyaç olarak, bilim yatırım yapmak istemiyoruz. Ve bir işleyişi olmadan araştırma laboratuarları nanoteknoloji geliştirme olamaz.

Sonuç

Karbon nanotüpler yenilikçi teknolojiler önemli bir rol oynamaktadır. Birçok uzman önümüzdeki yıllarda bu sektörün büyümesini öngörüyor. Malların maliyetini azaltacaktır üretim kapasitesinde önemli bir artış, olacak. fiyatlarındaki düşüşle birlikte, tüp büyük talep olacak ve birçok cihaz ve ekipman için yeri doldurulamaz bir malzeme haline gelecektir.

Yani, biz bu ürünleri nelerin öğrendim.