Carbon nanotubes: produksyon, paggamit, mga ari-arian

Enerhiya ay isang mahalagang industriya, na kung saan gumaganap ng isang mahalagang papel sa buhay ng tao. Ang enerhiya ng estado ng isang bansa ay nakasalalay sa mga trabaho ng maraming mga siyentipiko sa industriya. Ngayon, sila ay naghahanap para sa alternatibong pinagkukunan ng enerhiya. Para sa mga layuning ito, ang mga ito payag na gamitin ang anumang bagay, mula sa sikat ng araw at tubig, pagtatapos na may air kapangyarihan. Ang mga kagamitan na ay magagawang upang makabuo ng enerhiya mula sa kapaligiran, ay napaka pinapahalagahan.

Pangkalahatang-ideya

Carbon nanotubes - isang napakahabang pinagsama grapayt eroplano na may isang cylindrical hugis. Kadalasan, ang kanilang mga kapal umabot ng ilang mga sampu-sampung nanometers sa ilang sentimetro ang haba. Sa katapusan ng nanotube bumubuo ng isang spherical ulo na kung saan ay isang bahagi ng fullerene.

Mayroong ilang mga uri ng carbon nanotubes: metallic at semiconducting. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang kasalukuyang koryente. Ang unang uri ay maaaring magsagawa ng kasalukuyang sa isang temperatura ng 0 ° C, at ang pangalawang - lamang sa mataas na temperatura.

Carbon nanotubes: properties

Karamihan sa modernong mga uso tulad ng Applied Chemistry o nanotechnology, naka-link sa nanotubes na kung saan ay may isang carbon skeletal istraktura. Ano ito? Sa ilalim ng istraktura na ito ay tumutukoy sa mga malalaking molecule, na kung saan ay interconnected lamang carbon atoms. Carbon nanotubes, na kung saan ay batay sa mga katangian ng closed shell form, ay lubos na nagkakahalaga. Higit pa rito, pormasyon ng data ay ng cylindrical hugis. Ang ganitong mga tubes ay maaaring maging handa sa pamamagitan ng lumiligid grapayt sheet, mag binabalak na palaguin mula sa isang tiyak katalista. Carbon nanotubes, na larawan ay ipinapakita sa ibaba, mayroon isang hindi karaniwang istraktura. Sila ay dumating sa iba't-ibang hugis at sukat: single-layer at multi-layer, tuwid at makasalanan. Sa kabila ng katotohanan na ang nanotubes ay medyo marupok, sila ang pinakamatibay na materyal. Bilang isang resulta, maraming mga pag-aaral ay natagpuan na ang mga ito ay likas na katangian tulad ng makunat at flexural lakas. Sa ilalim ng pagkilos ng matinding mechanical stress, ang mga elemento huwag tumakbo nang mabilis at huwag masira, samakatuwid nga, ay maaaring ayusin sa iba't ibang mga voltages.

toxicity

Bilang resulta ng maramihang mga pagsisiyasat, ito ay natagpuan na ang carbon nanotubes ay maaaring maging sanhi ng parehong problema tulad ng asbestos fibers, ibig sabihin ng pagkakaroon ng iba't-ibang mga mapagpahamak tumors pati na rin ang baga kanser. Ang antas ng salungat na impluwensiya ng asbestos ay depende sa uri at kapal ng kanyang fibers. Dahil carbon nanotubes ay may isang maliit na timbang at sukat, madali nilang pumasok sa katawan kasama ang hangin. Dagdag dito, nangalalaglag sa pliyura at ay kasama sa dibdib, at sa huli maging sanhi ng iba't-ibang mga komplikasyon. Ang mga siyentipiko na isinasagawa ng isang eksperimento at idinadagdag sa pagkain ng daga particle nanotubes. Produkto ng mga maliliit na diameter halos ay hindi manatili sa katawan, ngunit mas malaki - utong sa mga pader ng tiyan at maging sanhi ng iba't-ibang mga sakit.

mga paraan ng paghahanda

Upang petsa, mayroong mga sumusunod na pamamaraan para sa paggawa ng carbon nanotubes arc bayad, pagputol, singaw aalis.

Electric discharge. Paghahanda ng (carbon nanotubes ay inilarawan sa artikulong ito) sa plasma ng electric singil, na Burns na may helium. Ang naturang proseso ay maaaring gumanap gamit ang mga espesyal na teknikal na kagamitan para sa produksyon ng mga fullerenes. Ngunit ang iba pang arc mode ay ginagamit sa ganitong paraan. Halimbawa, ang kasalukuyang density ay nababawasan, at ang cathodes ginamit malaking thicknesses. Upang lumikha ng isang kapaligiran ng helium ay kinakailangan upang taasan ang presyon ng elementong ito. Carbon nanotubes nakuha sa pamamagitan ng pag-spray. Na ang kanilang mga numero ay nadagdagan, dapat kang pumasok sa isang grapayt baras katalista. Sa karamihan ng mga kaso, ang isang halo ng iba't-ibang grupo ng metal. Dagdag dito, mayroong isang pagbabago sa presyon at sputtering pamamaraan. Samakatuwid, ang isang katod bulitas, at siyang kinatunawan ng carbon nanotubes ay nabuo. Tapos mga produkto ay umaangat paperpendikular mula sa katod at kinolekta sa bundle. Mayroon silang isang haba ng 40 microns.

Ablyasatsiya. Ang ganitong paraan ay imbento sa pamamagitan Richard Smalley. Nito kakanyahan ay namamalagi sa ang katunayan na ang iba't ibang mga gawing usok grapayt ibabaw sa isang reactor, operating sa mataas na temperatura. Carbon nanotubes ay nabuo sa pamamagitan ng pagsingaw ng grapayt sa ibabang bahagi ng reactor. Paglamig at pangangalap ng mga ito ay tumatagal ng lugar sa pamamagitan ng isang paglamig surface. Sa unang kaso, ang bilang ng mga elemento ay katumbas ng 60%, at pagkatapos ay sa ang paraan na ito figure ay nadagdagan ng 10%. Ang gastos ng laser absolyatsii pamamaraan ay mas mahal kaysa sa lahat ng iba. Sa pangkalahatan, single-walled nanotubes na inihanda sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura reaksyon.

Ang pagtitiwalag mula sa phase gas. carbon pawis salaysay pamamaraan ay imbento sa huli 50s. Subalit walang sinuman ang maaaring magkaroon ng foreseen na sa pamamagitan ng paraan ng ito ay posible upang makakuha ng carbon nanotubes. Kaya, kailangan mo munang ihanda ang ibabaw ng katalista. Bilang ito ay maaring maging fine particle ng iba't ibang metal, hal, kobalt, nikel at iba pa. Nanotubes ay nagsisimula sa sumulpot mula sa katalista layer. Ang kanilang kapal ay depende sa laki ng catalyzing bakal. Ang ibabaw ay pinainit sa isang mataas na temperatura, at pagkatapos ay doon supply ng gas na naglalaman ng carbon. Kabilang sa mga ito, - .., methane, atsetelen, ethanol, atbp Bilang isang karagdagang proseso gas ay amonya. Ito produksyon pamamaraan ay ang pinaka-karaniwang nanotubes. Ang proseso mismo ay tumatagal ng lugar sa iba't-ibang mga pang-industriya enterprise, kaya na mas mababa ng pera ay ginugol para sa produksyon ng isang malaking bilang ng mga tubes. Isa pang bentahe ng ang paraan na ito ay na ang vertical na mga miyembro ay maaaring makuha mula sa anumang mga particle metal na nagsisilbing ang katalista. Paghahanda ng (carbon nanotubes ay inilarawan sa lahat ng panig) ginawa posibleng salamat sa pananaliksik Suomi Iijima, na-obserbahan sa ilalim ng mikroskopyo para sa kanilang mga hitsura bilang isang resulta ng ang synthesis ng carbon.

Ang pangunahing uri ng mga

Carbon elemento ay inuri ayon sa bilang ng mga layer. Ang pinakasimpleng uri - single-walled carbon nanotubes. Ang bawat isa sa kanila ay may isang kapal ng tungkol sa 1 nm, at ang kanilang haba ay maaaring marami mas mataas. Kung isaalang-alang namin ang istraktura, ang produkto kamukha grapayt wrap ang paggamit ng isang heksagunal grid. Sa kanyang vertices matatagpuan carbons. Kaya, ang mga tubo ay may isang cylindrical hugis, na walang seams. Ang itaas na bahagi magsasara lids device na binubuo ng fullerene molecules.

Kasunod na tanaw - multiwall carbon nanotubes. Binubuo ang mga ito ng ilang mga layer ng grapayt na isinalansan sa hugis ng isang silindro. Ang distansya therebetween ay pinananatili sa 0.34 nm. Ang istraktura ng ganitong uri ay inilarawan gamit ang dalawang mga pamamaraan. Sa una, multi-tube - ng ilang nakapugad single-wall pipe na ganito ang hitsura ng isang Russian manika. Sa isang segundo, multi-walled nanotubes ay grapayt sheet na kung saan ay nakabalot sa ilang mga beses sa buong kanyang sarili, na kung saan ay katulad sa isang nakatuping pahayagan.

Carbon nanotubes: mga aplikasyon

Mga item ay bagong-bagong miyembro ng klase ng mga nano-materyales. Tulad ng naunang nabanggit, mayroon silang isang patay na hayop na istraktura na kung saan ay naiiba mula sa mga katangian ng grapayt o diyamante. samakatuwid ito ay ginagamit mas madalas kaysa sa iba pang mga materyales.

Dahil sa naturang mga katangian ng makunat lakas, flexural lakas, koryente, ay ginagamit sa maraming mga lugar:

• bilang additives sa Polymer;
• katalista para sa mga aparatong lighting, pati na rin ang flat panel display at mga handset sa mga network telekomunikasyon;
• bilang isang absorber ng electromagnetic waves;
• kapangyarihan ng conversion;
• anodes sa iba't-ibang uri ng baterya;
• Imbakan ng hydrogen;
• paggawa ng mga sensor at capacitors;
• composites produksyon at paglaki ng kanilang mga istraktura at mga katangian.

Para sa maraming taon, carbon nanotubes, ang paggamit ng mga na kung saan ay hindi limitado sa isang partikular na industriya, na ginagamit sa pang-agham na pananaliksik. Ang ganitong mga materyal ay may isang mahina posisyon sa merkado, tulad ng may mga problema sa malakihang produksyon. Ang isa pang mahalagang punto ay ang mataas na halaga ng carbon nanotubes, na kung saan ay tungkol sa 120 dolyar bawat isang gramo ng mga sangkap.

Sila ay ginagamit bilang isang pangunahing elemento para sa produksyon ng maraming mga composites, na kung saan ay ginagamit para sa paggawa ng maraming sporting goods. Ang isa pang industriya -avtomobilestroenie. Functionalization ng carbon nanotubes sa ang sining ay nabawasan upang magbigay ng mapagkakakitaan polymers kondaktibo katangian.

Koepisyent ng thermal kondaktibiti ng nanotubes ay sapat na mataas na, kaya maaari nilang magamit bilang isang paglamig aparato para sa iba't-ibang mga napakalaking equipment. Kanila ring ginawa caps na nakakabit sa pipe probe.

Ang pinaka-mahalagang mga application sangay ay kinabibilangan ng computer na teknolohiya. Dahil nanotubes ay lalo flat-panel display. Sa tulong ng mga ito, maaari mong makabuluhang bawasan ang laki ng mga computer, pati na rin upang madagdagan ang mga teknikal na pagganap. Handa na kagamitan ay magiging ilang beses na mas malaki kaysa sa kasalukuyang teknolohiya. Sa batayan ng mga pag-aaral, maaari kang lumikha ng mataas na kinescopes.

Sa paglipas ng panahon, ang mga tubes ay gagamitin hindi lamang sa electronics, ngunit din sa kalusugan at enerhiya sektor.

produksyon

Carbon tubes, ang produksyon ng mga na kung saan ay ipinamamahagi sa pagitan ng mga dalawang uri ng mga ito, pantay-pantay ipinamamahagi. Ie, MWNT makagawa ng higit pa kaysa SWNT. Ang ikalawang uri ng do sa isang emergency. Iba't-ibang mga kumpanya ay patuloy na makabuo ng carbon nanotubes. Ngunit ang demand sila talaga ay hindi gamitin, dahil sila gastos masyadong mataas.

mga lider sa produksyon

Sa kasalukuyan, ang nangungunang posisyon sa produksyon ng carbon nanotubes inookupahan Asian bansa, produksyon kapasidad na kung saan ay mas mataas kaysa sa 3 beses na mas mataas kaysa sa ibang mga bansa ng Europa at Amerika. Sa partikular, ang produksyon ng mga MWNT ay nakikibahagi sa Japan. Ngunit sa ibang mga bansa, tulad ng Korea at China, ay hindi pumayag sa ito tagapagpahiwatig.

Produksyon sa Russia

Domestic produksyon ng carbon nanotubes ay malayo sa likod ng iba pang mga bansa. Sa katunayan, lahat ng bagay ay depende sa kalidad ng pananaliksik sa lugar na ito. May ay hindi inilalaan ng sapat na pondo para sa pag-unlad ng agham at teknolohiya centers sa bansa. Maraming mga tao ang hindi naniniwala na ang pag-unlad ng Nanotechnology, dahil hindi ko alam kung paano maaari itong gamitin sa industriya. Samakatuwid, ang paglipat sa isang bagong ekonomiya trail tumatakbo ay lubos na mahirap.

Samakatuwid, ang Russian president ng pasiya, na nagtatakda ng pag-unlad ng iba't-ibang mga lugar ng Nanotechnology, kabilang ang mga elemento carbon. Para sa layuning ito, ang isang espesyal na pag-unlad na programa ay nilikha sa paggawa ng kanilang sariling mga teknolohiya. Kumpanya "Nanotechnologies" ay nilikha upang ang lahat ng mga punto ng pagkakasunod-sunod ay ginawa ,. Nito functioning ay inilalaan ng isang malaking halaga mula sa badyet ng estado. Ito ay siya na dapat kontrolin ang disenyo, produksyon at pagpapatupad sa pang-industriya mga aplikasyon ng carbon nanotubes. Ang halaga na inilalaan na gastusin sa pag-unlad ng iba't-ibang institutes pananaliksik at laboratoryo, pati na rin makatulong sa palakasin ang umiiral na mga nagawa ng mga domestic mga siyentipiko. Gayundin, ang mga pondong ito ay gagamitin para sa pagbili ng mataas na kalidad na kagamitan para sa produksyon ng carbon nanotubes. Dapat din itong alagaan ng mga aparato na magpoprotekta kalusugan ng tao, dahil ang materyal na nagiging sanhi ng iba't-ibang mga sakit.

Tulad ng naunang nabanggit, ang buong problema ay namamalagi sa pagtataas ng mga pondo. Karamihan sa mga mamumuhunan hindi nais na mamuhunan sa pananaliksik at pag-unlad, lalo na para sa isang mahabang panahon. Lahat ng mga negosyo na nais upang makita ang isang tubo, ngunit Nano-ay maaaring pumunta para sa taon. Iyan ay kung ano ang pushes ang mga kinatawan ng mga maliliit at katamtaman ang laki na mga negosyo. Sa karagdagan, walang mga pampublikong investment ay hindi ganap na simulan ang produksyon ng mga nano-materyales. Ang isa pang problema ay ang kakulangan ng legal na batayan, dahil walang tagapamagitan sa pagitan ng mga iba't-ibang yugto ng negosyo. Samakatuwid, ang carbon nanotube produksyon sa Russia, na kung saan ay hindi na-claim, ay nangangailangan ng hindi lamang sa pananalapi, ngunit din ng mental investment. Habang ang Russian Federation ay malayo mula sa Asian bansa na humahantong sa pag-unlad ng Nanotechnology.

Upang petsa, mga pagpapaunlad sa industriya ng pansin sa kemikal kagawaran ng iba't-ibang mga unibersidad ng Moscow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk at Kazan. Ang nangungunang tagagawa ng carbon nanotubes ay firm "Garnet" at Tambov plant "Komsomolets".

Positibo at negatibong aspeto

Kabilang sa mga pakinabang maaari naming makilala ang mga espesyal na katangian ng carbon nanotubes. Ang mga ito ay isang matibay na materyal, na kung saan ay sa ilalim ng impluwensiya ng mechanical ng stress ay hindi nawasak. Sa karagdagan, gumagana ang mga iyon nang maayos sa bending at kahabaan. Ito ay ginawa posible dahil sa ang closed istraktura ng frame. Ang kanilang paggamit ay hindi limitado sa isang sektor. Ang tubes ay ginagamit sa automotive, electronics, gamot at enerhiya.

Malaking sagabal ay ang negatibong epekto sa kalusugan ng tao. Particle nanotubes pagpasok ng katawan ng tao, pagsimulan mapagpahamak tumor at kanser.

Isang mahalagang aspeto ay ang financing ng mga sektor na ito. Maraming mga tao ay hindi nais na mamuhunan sa agham, tulad ng kailangan mo ng isang pulutong ng mga oras para sa profit. At walang isang gumaganang pananaliksik laboratoryo ay hindi maaaring maging ang pag-unlad ng Nanotechnology.

konklusyon

Carbon nanotubes play ng isang pangunahing papel sa makabagong teknolohiya. Maraming mga eksperto mahulaan ang paglago ng industriya na ito sa mga darating na taon. Magkakaroon ng isang makabuluhang pagtaas sa produksyon kapasidad, na kung saan ay mabawasan ang gastos ng mga kalakal. Sa pamamagitan ng pagbaba sa mga presyo, ang tubo ay sa malaking demand, at ay lagi nang magiging materyal na para sa maraming mga aparato at kagamitan.

Kaya, natagpuan namin out kung ano ang bumubuo ng mga produktong ito.