Carbon nanotubes: produksje, gebrûk, eigenskippen

Enerzjy is in wichtige yndustry, dy't spilet in wichtige rol yn it minsklik libben. De enerzjy steat fan in lân hinget ôf fan it wurk fan in protte wittenskippers yn 'e yndustry. Hjoed, se binne sykjen nei alternative enerzjyboarnen. Foar dizze doelen, se binne ree om te brûken neat, út sinneljocht en wetter, afwerking mei lucht macht. De apparatuer dy't by steat is te wekken enerzjy út de omjouwing, is hiel soad wurdearre.

oersjoch

Carbon nanotubes - in lang rôle grafyt fleanmasine mei in silindryske foarm. Meastal, harren dikte berikt inkele tsientallen nanometers oan ferskate sintimeter lang. Oan 'e ein fan' e nanotube foarmet in bolfoarmige holle dat is ien diel fan fullerene.

Der binne in pear typen fan koalstof nanotubes: metallysk en semiconducting. It wichtichste ferskil is de hjoeddeiske conductivity. De earste type kin fiere aktuele by in temperatuer fan 0 ° C, en it twadde - allinnich op ferhege temperatueren.

Carbon nanotubes: eigenskippen

De measte moderne trends lykas Applied Skiekunde of nanotechnology, ferbûn oan 'e nanotubes dy't hawwe koalstof- sjeik struktuer. Wat is it? Under dizze struktuer ferwiist nei grutte molekulen, dy't oare ferbynt allinne koalstofatomen. Koalstof nanotubes, dy't basearre binne op 'e eigenskippen fan' e sletten skulp foarm, wurde tige wurdearre. Fierders foarming fan de gegevens binne fan silindryske foarm. Soksoarte buizen meie wurde taret troch gloaiende grafyt lekkens, óf te groeie út in spesifyk catalyst. Koalstof nanotubes, hokker foto 's binne werjûn hjirûnder, hawwe in ûngewoane struktuer. Se komme yn ferskillende soarten en maten: single-laach en multi-laag, rjochte en sinuous. Nettsjinsteande it feit dat de nanotubes binne moaie breklik, sy binne de sterkste materiaal. As gefolch, in soad stúdzjes hawwe fûn dat se ynherinte eigenskippen lykas tensile en flexural sterkte. Under de aksje fan de strange meganyske stress, de eleminten net rush en do net brekke, dat is, kinne oanpasse oan ferskillende voltages.

Toxicity

As gefolch fan meardere ûndersyk, dat waard fûn dat koalstof nanotubes kinne soargje deselde problemen as asbest fezels, i.e. hawwende in ferskaat oan maligne tumors likegoed as longkanker. De mjitte fan neidielige ynfloed fan asbest hinget ôf fan it type en de dikte fan syn fezels. Omdat koalstof nanotubes hawwe in lyts gewicht en grutte, se maklik Fier it lichem tegearre mei de loft. Fierder, se falle yn de pleura en binne opnaam yn 'e boarst, en úteinlik ta in ferskaat oan komplikaasjes. Wittenskippers útfierd in eksperimint en tafoege oan it iten fan 'e mûzen dieltsjes nanotubes. Produkten fan lytse diameter hast net bliuwe yn it lichem, mar gruttere - groeven yn 'e muorren fan' e mage en feroarsaakje ferskate syktes.

metoaden fan tarieding

Oant no ta binne der de folgjende metoaden foar it produsearjen fan koalstof nanotubes arc lading, ablation, damp deposition.

Elektryske ôfskieding. Tarieding fan (carbon nanotubes wurde beskreaun yn dit artikel) yn de plasma fan 'e elektryske lading, dy't baarnt mei helium. Sa'n proses kin wurde útfierd mei help fan spesjale technyske apparatuer foar de produksje fan fullerenen. Mar oare arc Modes wurde brûkt wurde yn dizze metoade. Bygelyks, de hjoeddeiske tichtheid nimt ôf, en de cathodes brûkt grutte tsjokkens. Om skeppe in sfear fan helium is nedich om te ferheegjen de druk fan dit elemint. Carbon nanotubes verkregen troch spuiten. Dat harren oantal tanommen, moatte jo gean yn in grafyt rod catalyst. Yn de measte gefallen, in mingfoarm fan ferskate groepen fan metaal. Fierder is der in feroaring yn druk en sputtering metoade. Sa, in cathode pellet, en wêrby't it koalstof nanotubes wurde foarme. Klear produkten binne rising perpendicularly út 'e cathode en sammele yn bundels. Se hawwe in lingte fan 40 microns.

Ablyasatsiya. Sa'n metoade waard útfûn troch Richard Smalley. Syn essinsje leit yn it feit dat ferskate vaporize grafyt oerflak yn in reactor, operating by hege temperatueren. Carbon nanotubes wurde foarme troch de ferdamping fan grafyt yn it ûnderste diel fan de reaktor. Cooling en it sammeljen fan harren fynt plak troch middel fan in cooling oerflak. Yn it earste gefal, it oantal eleminten is gelyk oan 60%, dan yn dizze metoade figuer ferhege mei 10%. De kosten fan laser absolyatsii metoade is djoerder as alle oaren. Algemien, single-walled nanotubes taret troch feroarjen de reaksje temperatuer.

De deposition út it gas fase. carbon damp deposition metoade is útfûn yn 'e lette jierren '50. Mar gjinien koe hawwe foreseen dat troch middel fan it mooglik is om te krijen koalstof nanotubes. Dus, earst jo moatte tariede it oerflak fan de katalysator. As it kin wêze moaie dieltsjes fan ferskate metalen, bygelyks, kobalt, nikkel en oaren. Nanotubes begjint te ûntstien út de katalysator laach. Harren dikte hinget ôf fan de grutte fan catalyzing metaal. It oerflak wurdt ferwaarme mei in hege temperatuer, en dan is der leverjen fan gas befettet koalstof. Under harren, - .., metaan, atsetelen, ethanol, ensfh As fierdere proses gas is ammoniak. Dizze produksje metoade is de meast foarkommende nanotubes. It proses sels fynt plak op ferskate ûndernimmings, sadat minder jild wurdt bestege foar de produksje fan in grut oantal buizen. In oar foardiel fan dizze metoade is dat de fertikale leden kinne jo opfreegje by alle metalen dieltsjes dy't tsjinje as de katalysator. Tarieding fan (carbon nanotubes wurde beskreaun oan alle kanten) mooglik makke tanksij ûndersyk Suomi Iijima, dy't observearre ûnder de mikroskoop foar harren oansjen as gefolch fan de synteze fan koalstof.

De wichtichste typen fan

Carbon eleminten wurde yndield neffens it tal lagen. De ienfâldichste soarte - single-walled koalstof nanotubes. Elts fan harren hat in dikte fan likernôch 1 nm, en harren lingte kin folle grutter. As wy beskôgje de struktuer, it produkt liket grafyt wrap mei help fan in hexagonal roaster. Yn syn hoekpunten leit koolstoffen. Sa, de buis hat in silindryske foarm, dat hat gjin naden. It boppeste part slút deksels apparaten besteande út fullerene molekulen.

Next view - multiwall koalstof nanotubes. Se bestean út ferskate lagen fan grafyt dy't steapele yn 'e foarm fan in silinder. De ôfstân therebetween wurdt byhâlden op 0,34 nm. De struktuer fan dit type wurde beskreaun mei help fan twa metoaden. Op de earste, multi-buis - in pear briede ien-muorre pipe, dat liket in Russyske pop. Yn in twadde, multi-walled nanotubes binne grafyt lekken dat wurdt ferpakt ferskate kearen om himsels, dat is fergelykber mei in optearde krante.

Carbon nanotubes: applikaasjes

Items binne gloednij lid fan 'e klasse fan' e nanomaterials. Lykas earder neamd, se hawwe in ies struktuer dy't ôfwykt fan 'e eigenskippen fan' e grafyt of diamant. It wurdt dêrom brûkt faker as oare materialen.

Troch sokke skaaimerken as tensile sterkte, flexural sterkte, conductivity, wurde brûkt yn in soad gebieten:

• as additieven to polymearen;
• katalysator foar ferljochting apparaten, lykas ek flakke paniel byldskermen en handsets yn Telecommunication netwurken;
• as absorber fan elektromagnetyske weagen;
• power conversion;
• anodes yn ferskate batterij typen;
• Opslach fan wetterstof;
• produksje sensors en capacitors;
• Composites produksje en amplification fan harren struktuer en eigenskippen.

Foar in soad jierren, koalstof nanotubes, it brûken dêrfan is net beheind ta in bepaalde yndustry, brûkt yn in wittenskiplik ûndersyk. Sa'n materiaal hat in swakke posysje yn de merk, lykas binne der problemen mei grutskalige produksje. In oar wichtich punt is de hege kosten fan koalstof nanotubes, dy't ûngefear 120 dollar per ien gram fan de stof.

Se wurde brûkt as basis elemint foar de produksje fan in protte Composites, dy't brûkt wurde foar it meitsjen fan in soad sportive guod. In oare yndustry -avtomobilestroenie. Functionalization fan koalstof nanotubes yn de keunst wurdt werombrocht nei endow polymearen conductive eigenskippen.

Koëffisjint fan termyske conductivity fan nanotubes is heech genôch is, sadat se kinne brûkt wurde as koeling apparaat foar ferskate massive apparatuer. Ek sy hawwe makke Caps dy't hechte oan de sonde liedingen.

De meast wichtige tûke applikaasjes befetsje kompjûter technology. Due nanotubes binne benammen flat-panel byldskermen. Mei help dêrfan, kinne jo gâns ferlytsje de grutte fan 'e kompjûter, en ek te fergrutsje syn technyske prestaasje. Klear apparatuer sil wêze meardere kearen grutter as de hjoeddeistige technology. Op grûn fan dy ûndersiken, kinne jo oanmeitsje hege-kinescopes.

Nei ferrin fan tiid, de buizen sille brûkt wurde net allinnich yn elektroanika, mar ek de sûnens en enerzjy sektoaren.

produksje

Koalstof buizen, de produksje dêrfan wurdt ferdield tusken de twa soarten fan har, evenredich ferdield. Ie, MWNT produsearje folle mear as SWNT. De twadde soarte fan do by in kalamiteit. Ferskate bedrijven kontinu produsearje koalstof nanotubes. Mar de fraach se praktysk net brûke, omdat se kosten te heech.

lieders produksje

Op dit stuit, de liedende posysje yn 'e produksje fan koalstof nanotubes beset Aziatyske lannen, produksje kapasiteit dat is heger as 3 kear heger as yn oare lannen fan Europa en Amearika. Benammen de produksje fan MWNT hâldt him dwaande mei Japan. Mar oare lannen, lykas Korea en Sina, net ynskikke yn dizze yndikator.

Produksje yn Ruslân

Domestic produksje fan koalstof nanotubes leit fier efter oare lannen. Yn feite, alles hinget ôf fan de kwaliteit fan it ûndersyk op dit mêd. Der wurdt net takend genôch fûnsen foar de ûntwikkeling fan de wittenskip en technology sintra yn it lân. In protte minsken net waarnimme de ûntwikkeling fan nanotechnology, om't ik net wit hoe't it kin brûkt wurde yn de yndustry. Dêrom, de oergong nei in nije ekonomy route rint is hiel dreech.

Dêrom, de Russyske presidint joech in oarder jown, dat bepaalt út de ûntwikkeling fan de ferskate gebieten fan nanotechnology, ynklusyf koalstof eleminten. Foar dit doel, in spesjaal ûntwikkeling programma wie makke om te meitsjen harren eigen technologyen. Company "Nanotechnologies" waard makke sadat alle punten fan oarder waarden makke ,. Syn funksjonearjen waard tawiisd is in substansjeel bedrach út de steat budzjet. It wie se, dy't moatte behearskje it ûntwerp, produksje en útfiering yn yndustriële applikaasjes fan koalstof nanotubes. It bedrach tarekkene oan besteegje oan de ûntwikkeling fan de ferskate kennisynstituten en laboratoaria, en ek helpe fersterkjen fan de besteande prestaasjes domestisearre wittenskippers. Ek dizze middels sille brûkt wurde foar de oankeap fan hege kwaliteit apparatuer foar de produksje fan koalstof nanotubes. It moat ek nimme soarch fan dy apparaten dy't sil beskermjen minsklike sûnens, sûnt it materiaal feroarsaket in ferskaat oan syktes.

Lykas earder neamd, it hiele probleem leit yn it grutbringen fan fûnsen. De measte ynvestearders wolle ynvestearje yn ûndersyk en ûntwikkeling, benammen foar in lange tiid. Alle bedriuwen wolle sjen winst, mar Nano-terjochte kinne foar jierren. Dat is wat triuwt de fertsjintwurdigers fan de lytse en middelgrutte bedriuwen. Dêrneist sûnder publike ynvestearrings sille net folslein begjinne produksje fan nanomaterials. In oar probleem is it ûntbrekken fan juridyske basis, om't der gjin tuskenpersoan tusken de ferskillende fazen fan it bedriuw. Dêrom, de koalstof nanotube produksje yn Ruslân, dat is net opeaske, fereaskje net allinnich finansjeel, mar ek fan de geastlike ynvestearrings. Wylst de Russyske Federaasje is fier út Aziatyske lannen dy't liedend yn de ûntwikkeling fan nanotechnology.

Oant datum, ûntwikkelings yn de yndustry dwaande mei it gemyske ôfdielings fan ferskate universiteiten fan Moskou, Tambov, Sint-Petersburch, Novosibirsk en Kazan. De foaroansteande fabrikanten fan koalstof nanotubes binne stevige "Garnet" en Tambov plant "Komsomolets".

Positive en negative aspekten

Under de foardielen kinne wy ûnderskiede de spesjale eigenskippen fan koalstof nanotubes. Se binne in duorsum materiaal, dat is ûnder de ynfloed fan meganyske stress is net fernield. Boppedat, se wurkje goed yn bûgen en stretching. Dat is mooglik makke fanwege it besletten struktuer fan it frame. Harren gebrûk is net beheind ta ien sektor. De buizen binne brûkt yn 'e auto, elektroanika, medisinen en enerzjy.

Huge nadeel is de negative ynfloed op de folkssûnens. Dieltsjes nanotubes ynfieren fan it minsklik lichem, oanlieding jaan ta maligne tumors en kanker.

In essinsjele aspekt is de finansiering fan dizze sektor. In protte minsken wolle net te ynvestearje yn de wittenskip, lykas jo nedich in protte tiid foar de winst. En sûnder in wurkjend ûndersyk laboratoaria kin net wêze de ûntwikkeling fan nanotechnology.

konklúzje

Carbon nanotubes spylje in grutte rol yn ynnovative techniken. In protte saakkundigen foarsizze de groei fan dizze yndustry yn de kommende jierren. Der sil in wichtige tanimmen fan produksje kapasiteit, dat sil ferminderje de kosten fan it guod. Mei it ôfnimmen fan prizen, de buis sil wêze yn grutte fraach, en wurdt in onvervangbaar materiaal foar in soad apparaten en apparatuer.

Sa, wy fûnen út wat foarmet dizze produkten.