Οι νανοσωλήνες άνθρακα: παραγωγή, χρήση, ιδιότητες

Η ενέργεια αποτελεί σημαντική βιομηχανία, η οποία παίζει σημαντικό ρόλο στη ζωή του ανθρώπου. Η ενεργειακή κατάσταση μιας χώρας εξαρτάται από το έργο πολλών επιστημόνων του κλάδου. Σήμερα, που ψάχνουν για εναλλακτικές πηγές ενέργειας. Για τους σκοπούς αυτούς, είναι πρόθυμοι να χρησιμοποιήσουν τα πάντα, από το ηλιακό φως και νερό, τελειώνοντας με τη δύναμη του αέρα. Ο εξοπλισμός που είναι σε θέση να παράγει ενέργεια από το περιβάλλον, είναι πολύ ευπρόσδεκτη.

Επισκόπηση

Οι νανοσωλήνες άνθρακα - μια μακρά έλασης αεροπλάνο γραφίτη με ένα κυλινδρικό σχήμα. Συνήθως, το πάχος τους φτάνει μερικές δεκάδες νανόμετρα έως αρκετά εκατοστά. Στο τέλος του νανοσωλήνα σχηματίζει ένα σφαιρική κεφαλή η οποία είναι ένα μέρος της φουλλερενίου.

Υπάρχουν ορισμένοι τύποι των νανοσωλήνων άνθρακα: μεταλλικά και ημιαγωγού. Η κύρια διαφορά είναι η τρέχουσα αγωγιμότητα. Ο πρώτος τύπος μπορεί να άγουν ρεύμα σε μία θερμοκρασία από 0 ° C, και το δεύτερο - μόνο σε αυξημένες θερμοκρασίες.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα: ακίνητα

Οι περισσότερες σύγχρονες τάσεις, όπως Εφαρμοσμένης Χημείας ή η νανοτεχνολογία, που συνδέονται με τους νανοσωλήνες που έχουν σκελετική δομή του άνθρακα. Τι είναι αυτό; Σύμφωνα με αυτή τη δομή αναφέρεται σε μεγάλα μόρια, τα οποία είναι διασυνδεδεμένα μόνο άτομα άνθρακα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίες βασίζονται στις ιδιότητες της κλειστής μορφής κελύφους, είναι μεγάλης αξίας. Επιπλέον, ο σχηματισμός των δεδομένων είναι κυλινδρικού σχήματος. Τέτοιοι σωλήνες μπορούν να παρασκευαστούν με έλαση φύλλων γραφίτη, είτε να αυξηθεί από ένα συγκεκριμένο καταλύτη. Οι νανοσωλήνες άνθρακα, το οποίο οι εικόνες φαίνονται παρακάτω, έχουν μια ασυνήθιστη δομή. Έρχονται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη: μονού στρώματος και πολλαπλών στρώσεων, κατ 'ευθείαν και ελικοειδής. Παρά το γεγονός ότι οι νανοσωλήνες είναι αρκετά εύθραυστη, είναι το ισχυρότερο υλικό. Ως αποτέλεσμα, πολλές μελέτες έχουν διαπιστώσει ότι είναι εγγενείς ιδιότητες, όπως αντοχή εφελκυσμού και κάμψης. Στο πλαίσιο της δράσης της σοβαρής μηχανικής καταπόνησης, τα στοιχεία δεν βιαστούμε και να μην σπάσει, δηλαδή, μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικές τάσεις.

τοξικότητα

Ως αποτέλεσμα των πολλαπλών ερευνών, διαπιστώθηκε ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να προκαλέσουν τα ίδια προβλήματα όπως ίνες αμιάντου, δηλαδή έχουν μία ποικιλία κακοήθων όγκων, καθώς και καρκίνο του πνεύμονα. Ο βαθμός δυσμενή επίδραση του αμιάντου εξαρτάται από τον τύπο και το πάχος των ινών του. Επειδή νανοσωλήνες άνθρακα έχουν ένα μικρό βάρος και μέγεθος, εισέρχονται εύκολα το σώμα μαζί με τον αέρα. Περαιτέρω, πέφτουν μέσα στον υπεζωκότα και περιλαμβάνονται στο στήθος, και τελικά να προκαλέσει μια ποικιλία των επιπλοκών. Οι επιστήμονες διεξήγαγε ένα πείραμα και προστέθηκαν στα τρόφιμα των σωματιδίων ποντικών νανοσωλήνων. Προϊόντα της μικρής διαμέτρου σχεδόν δεν έμεινε στο σώμα, αλλά μεγαλύτερο - έσκαψαν στα τοιχώματα του στομάχου και να προκαλέσουν διάφορες ασθένειες.

μέθοδοι παρασκευής

Μέχρι σήμερα, υπάρχουν οι ακόλουθες μέθοδοι για την παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα τόξου χρέωση, εκτομή, εναπόθεση ατμών.

Ηλεκτρική εκκένωση. Παρασκευή του (οι νανοσωλήνες άνθρακα περιγράφονται σε αυτό το άρθρο) στο πλάσμα του ηλεκτρικού φορτίου, που καίει με ήλιο. Μια τέτοια διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση ειδικού τεχνικού εξοπλισμού για την παραγωγή φουλερένια. Αλλά οι άλλοι τρόποι τόξου που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο αυτή. Για παράδειγμα, η πυκνότητα του ρεύματος μειώνεται, και οι κάθοδοι χρησιμοποιούνται τεράστιο πάχη. Για να δημιουργήσει μια ατμόσφαιρα ηλίου είναι απαραίτητη για να αυξήσει την πίεση του στοιχείου αυτού. Οι νανοσωλήνες άνθρακα που λαμβάνονται με ψεκασμό. Ο αριθμός τους έχει αυξηθεί, θα πρέπει να τεθεί σε ένα καταλύτη ράβδο γραφίτη. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα μίγμα διαφορετικών ομάδων των μετάλλων. Περαιτέρω, υπάρχει μία αλλαγή στην πίεση και μέθοδο επιμετάλλωσης. Έτσι, ένα σφαιρίδιο κάθοδο, και όπου οι νανοσωλήνες άνθρακα σχηματίζονται. Τα τελικά προϊόντα αυξάνεται κάθετα από την κάθοδο και συλλέγονται σε δέσμες. Έχουν μήκος 40 μικρά.

Ablyasatsiya. Μια τέτοια μέθοδος εφευρέθηκε από τον Richard Smalley. Η ουσία της έγκειται στο γεγονός ότι τα διαφορετικά επιφανειακά ατμοποιείται γραφίτη σε έναν αντιδραστήρα, που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι νανοσωλήνες άνθρακα που σχηματίζεται με την εξάτμιση του γραφίτη στο κάτω μέρος του αντιδραστήρα. Ψύξη και συλλογή τους γίνεται με τη βοήθεια μιας επιφάνειας ψύξης. Στην πρώτη περίπτωση, ο αριθμός των στοιχείων είναι ίση με το 60%, τότε σε αυτή τη μέθοδο αριθμός αυξήθηκε κατά 10%. Το κόστος του λέιζερ absolyatsii μέθοδος είναι πιο ακριβά από όλους τους άλλους. Γενικά, μονά τοιχώματα νανοσωλήνων παρασκευάζονται με μεταβολή της θερμοκρασίας της αντίδρασης.

Η απόθεση από την αέρια φάση. μέθοδος αποθέσεως ατμών άνθρακα εφευρέθηκε στα τέλη της δεκαετίας του '50. Αλλά κανείς δεν μπορούσε να προβλέψει ότι μέσω αυτής είναι δυνατόν να ληφθούν νανοσωλήνες άνθρακα. Έτσι, θα πρέπει πρώτα να προετοιμάσει την επιφάνεια του καταλύτη. Όπως μπορεί να είναι λεπτά σωματίδια από διάφορα μέταλλα, π.χ., κοβάλτιο, νικέλιο και άλλα. Οι νανοσωλήνες αρχίζουν να αναδύονται από το στρώμα του καταλύτη. το πάχος τους εξαρτάται από το μέγεθος της να καταλύει μετάλλου. Η επιφάνεια θερμαίνεται σε μία υψηλή θερμοκρασία, και στη συνέχεια υπάρχει παροχή αερίου που περιέχει άνθρακα. Μεταξύ αυτών, - .., Μεθάνιο, atsetelen, αιθανόλη, κ.λπ. Ως περαιτέρω αέριο επεξεργασίας είναι αμμωνία. Αυτή η μέθοδος παραγωγής είναι η πιο κοινή νανοσωλήνες. Η ίδια διαδικασία λαμβάνει χώρα σε διάφορες βιομηχανικές επιχειρήσεις, έτσι ώστε λιγότερα χρήματα που δαπανώνται για την παραγωγή ενός μεγάλου αριθμού των σωλήνων. Ένα άλλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι μπορούν να ληφθούν τα κατακόρυφα μέλη από οποιαδήποτε μεταλλικά σωματίδια που χρησιμεύουν ως καταλύτη. Παρασκευή του (οι νανοσωλήνες άνθρακα περιγράφονται σε όλες τις πλευρές) κατέστη δυνατή χάρη στην έρευνα Suomi Iijima, ο οποίος παρατήρησε κάτω από το μικροσκόπιο για την εμφάνισή τους ως αποτέλεσμα της σύνθεσης των άνθρακα.

Οι κύριοι τύποι

στοιχεία Carbon ταξινομούνται ανάλογα με τον αριθμό των στρωμάτων. Το απλούστερο είδος - μονού τοιχώματος νανοσωλήνες άνθρακα. Κάθε ένα από αυτά έχει ένα πάχος περίπου 1 nm, και το μήκος τους μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη. Αν λάβουμε υπόψη τη δομή, το προϊόν μοιάζει με περιτύλιγμα γραφίτη χρησιμοποιώντας ένα εξαγωνικό πλέγμα. Στις κορυφές του βρίσκεται άνθρακες. Έτσι, ο σωλήνας έχει ένα κυλινδρικό σχήμα, το οποίο δεν έχει ραφές. Το επάνω μέρος κλείνει καπάκια συσκευές αποτελείται από μόρια φουλλερενίου.

Επόμενη προβολή - πολλαπλών τοιχωμάτων νανοσωλήνες άνθρακα. Αποτελούνται από πολλές στρώσεις γραφίτη που στοιβάζονται στο σχήμα κυλίνδρου. Η απόσταση μεταξύ αυτών διατηρείται σε 0,34 nm. Η δομή αυτού του τύπου περιγράφονται χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους. Την πρώτη, multi-σωλήνα - μερικά ένθετα σωλήνα μονού τοιχώματος που μοιάζει με ρωσική κούκλα. Σε μια δεύτερη, Πολύτοιχες νανοσωλήνες είναι γραφίτης φύλλο το οποίο τυλίγεται αρκετές φορές γύρω από τον εαυτό, το οποίο είναι παρόμοιο με ένα διπλωμένο εφημερίδα.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα: εφαρμογές

Τα στοιχεία είναι ολοκαίνουργια μέλος της κατηγορίας των νανοϋλικών. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, έχουν μια δομή σκελετού η οποία διαφέρει από τις ιδιότητες του γραφίτη ή διαμάντι. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται πιο συχνά από ό, τι άλλα υλικά.

Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, όπως αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή σε κάμψη, αγωγιμότητας, χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς:

• ως πρόσθετα σε πολυμερή?
• καταλύτης για τις συσκευές φωτισμού, καθώς και επίπεδες οθόνες και συσκευές σε δίκτυα τηλεπικοινωνιών?
• ως απορροφητής των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων?
• μετατροπή ενέργειας?
• άνοδοι σε διάφορους τύπους μπαταριών?
• Αποθήκευση του υδρογόνου?
• την παραγωγή αισθητήρων και πυκνωτές?
• παραγωγή σύνθετων υλικών και την ενίσχυση της δομής και των ιδιοτήτων τους.

Για πολλά χρόνια, οι νανοσωλήνες άνθρακα, η χρήση του οποίου δεν περιορίζεται σε ένα συγκεκριμένο κλάδο, που χρησιμοποιούνται στην επιστημονική έρευνα. Ένα τέτοιο υλικό έχει ασθενή θέση στην αγορά, καθώς υπάρχουν προβλήματα με την παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι το υψηλό κόστος των νανοσωλήνων άνθρακα, η οποία είναι περίπου 120 δολάρια ανά ένα γραμμάριο της ουσίας.

Χρησιμοποιούνται ως βασικό στοιχείο για την παραγωγή πολλών σύνθετων υλικών, τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πολλών αθλητικών ειδών. Μια άλλη -avtomobilestroenie βιομηχανία. Λειτουργοποίηση των νανοσωλήνων άνθρακα στην τεχνική μειώνεται σε προικίσει πολυμερή αγώγιμες ιδιότητες.

Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας των νανοσωλήνων είναι αρκετά υψηλή, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συσκευή ψύξης για διάφορα μαζική εξοπλισμό. Επίσης έχουν γίνει καπάκια που είναι συνδεμένα με τους σωλήνες ανιχνευτή.

Οι πιο σημαντικές εφαρμογές κλάδος περιλαμβάνει την τεχνολογία των υπολογιστών. Λόγω νανοσωλήνες είναι ιδιαίτερα επίπεδες οθόνες. Με τη βοήθεια τους, μπορείτε να μειώσετε σημαντικά το μέγεθος του υπολογιστή, καθώς και να αυξήσει την τεχνική απόδοσή του. Έτοιμος ο εξοπλισμός θα είναι αρκετές φορές μεγαλύτερη από την τρέχουσα τεχνολογία. Με βάση αυτές τις μελέτες, μπορείτε να δημιουργήσετε υψηλής Kinescopes.

Με τον καιρό, οι σωλήνες θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο σε ηλεκτρονικά είδη, αλλά και τους τομείς της υγείας και της ενέργειας.

παραγωγή

σωλήνες άνθρακα, η παραγωγή των οποίων κατανέμεται μεταξύ των δύο ειδών από αυτούς, ομοιόμορφα κατανεμημένη. Δηλαδή, MWNT παράγει πολύ περισσότερο από ό, τι SWNT. Το δεύτερο είδος κάνετε σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Διάφορες εταιρίες παράγουν συνεχώς νανοσωλήνες άνθρακα. Όμως, η ζήτηση που σχεδόν δεν χρησιμοποιούν, επειδή κοστίζουν πολύ υψηλή.

παραγωγής ηγέτες

Προς το παρόν, η ηγετική θέση στην παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα που καταλαμβάνει χώρες της Ασίας, της παραγωγικής ικανότητας η οποία είναι μεγαλύτερη από 3 φορές υψηλότερη από ό, τι σε άλλες χώρες της Ευρώπης και της Αμερικής. Ειδικότερα, η παραγωγή MWNT ασχολείται με την Ιαπωνία. Αλλά και άλλες χώρες, όπως η Κορέα και η Κίνα, δεν παραδέχονται αυτού του δείκτη.

Η παραγωγή στη Ρωσία

Η εγχώρια παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα είναι πολύ πίσω από άλλες χώρες. Στην πραγματικότητα, όλα εξαρτώνται από την ποιότητα της έρευνας στον τομέα αυτό. Εκεί δεν διαθέτει επαρκείς πόρους για την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας κέντρα της χώρας. Πολλοί άνθρωποι δεν αντιλαμβάνονται την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας, γιατί δεν ξέρω πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία. Ως εκ τούτου, η μετάβαση σε ένα νέο τρέχει μονοπάτι οικονομία είναι αρκετά δύσκολο.

Ως εκ τούτου, ο Ρώσος πρόεδρος εξέδωσε διάταγμα, το οποίο καθορίζει την ανάπτυξη των διαφόρων περιοχών της νανοτεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των στοιχείων του άνθρακα. Για το σκοπό αυτό, ένα ειδικό αναπτυξιακό πρόγραμμα δημιουργήθηκε για να κατασκευάσει τις δικές τους τεχνολογίες. Εταιρεία «Νανοτεχνολογίες» δημιουργήθηκε έτσι ώστε να έγιναν όλα τα σημεία της τάξης ,. Η λειτουργία της διατέθηκε ένα σημαντικό ποσό από τον κρατικό προϋπολογισμό. Ήταν εκείνη που θα πρέπει να ελέγχουν το σχεδιασμό, την παραγωγή και την εφαρμογή σε βιομηχανικές εφαρμογές των νανοσωλήνων άνθρακα. Το ποσό που διατίθεται να δαπανήσει για την ανάπτυξη των διαφόρων ερευνητικών ινστιτούτων και εργαστηρίων, καθώς και να συμβάλει στην ενίσχυση των υφιστάμενων επιτεύγματα της εγχώριας επιστήμονες. Επίσης, τα κεφάλαια αυτά θα χρησιμοποιηθούν για την αγορά εξοπλισμού υψηλής ποιότητας για την παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα. Θα πρέπει επίσης να φροντίσει αυτές τις συσκευές που θα προστατεύουν την υγεία του ανθρώπου, αφού το υλικό που προκαλεί μια ποικιλία ασθενειών.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το όλο πρόβλημα έγκειται στην άντληση κεφαλαίων. Οι περισσότεροι επενδυτές δεν θέλουν να επενδύσουν στην έρευνα και την ανάπτυξη, ειδικά για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Όλες οι επιχειρήσεις θέλουν να δουν το κέρδος, αλλά Nano-μπορεί να πάει για χρόνια. Αυτό είναι που ωθεί τους εκπροσώπους των μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων. Επιπλέον, χωρίς δημόσιες επενδύσεις δεν θα ξεκινήσει πλήρως την παραγωγή των νανοϋλικών. Ένα άλλο πρόβλημα είναι η έλλειψη νομικής βάσης, δεδομένου ότι δεν υπάρχει ενδιάμεσος μεταξύ των διαφόρων σταδίων της επιχείρησης. Ως εκ τούτου, η παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα στη Ρωσία, η οποία δεν υποστηρίζεται, δεν απαιτεί μόνο οικονομική, αλλά και της ψυχικής επένδυσης. Αν και η Ρωσική Ομοσπονδία είναι μακριά από ασιατικές χώρες, που οδηγούν στην ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας.

Μέχρι σήμερα, οι εξελίξεις στον κλάδο που ασχολούνται με τα χημικά τμήματα των διαφόρων πανεπιστημίων της Μόσχας, Tambov, Αγία Πετρούπολη, Νοβοσιμπίρσκ και Καζάν. Οι κορυφαίους κατασκευαστές των νανοσωλήνων άνθρακα είναι σταθερή «γρανάτης» και Ταμπόφ φυτό «Komsomolets».

Θετικές και αρνητικές πτυχές

Ανάμεσα στα πλεονεκτήματα που μπορούμε να διακρίνουμε τις ειδικές ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα. Αποτελούν ένα ανθεκτικό υλικό, το οποίο είναι κάτω από την επίδραση της μηχανικής καταπόνησης δεν καταστρέφεται. Επιπλέον, λειτουργούν καλά σε κάμψη και το τέντωμα. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω του κλειστού δομή του πλαισίου. Η χρήση τους δεν περιορίζεται σε έναν τομέα. Οι σωλήνες έχουν χρησιμοποιηθεί στην αυτοκινητοβιομηχανία, ηλεκτρονική, την ιατρική και την ενέργεια.

Τεράστια μειονέκτημα είναι οι αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου. Σωματίδια νανοσωλήνες εισέρχονται στο ανθρώπινο σώμα, προκαλούν κακοήθεις όγκους και καρκίνο.

Μια σημαντική πτυχή είναι η χρηματοδότηση του εν λόγω τομέα. Πολλοί άνθρωποι δεν θέλουν να επενδύσουν στην επιστήμη, όπως θα πρέπει να έχετε πολύ χρόνο με σκοπό το κέρδος. Και χωρίς τη λειτουργία ερευνητικών εργαστηρίων δεν μπορεί να είναι η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας.

συμπέρασμα

Οι νανοσωλήνες άνθρακα διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε καινοτόμες τεχνολογίες. Πολλοί εμπειρογνώμονες προβλέπουν την ανάπτυξη αυτού του κλάδου τα επόμενα χρόνια. Θα υπάρξει σημαντική αύξηση της παραγωγικής ικανότητας, η οποία θα μειώσει το κόστος των αγαθών. Με τη μείωση των τιμών, ο σωλήνας θα είναι σε μεγάλη ζήτηση, και θα γίνει ένα αναντικατάστατο υλικό για πολλές συσκευές και εξοπλισμό.

Έτσι, μάθαμε τι συνιστά αυτά τα προϊόντα.