Nanotuburi de carbon: producție, utilizare, proprietăți

Energia este o industrie importantă, care joacă un rol important în viața umană. Starea energetică a unei țări depinde de activitatea de mulți oameni de știință din industrie. Astăzi, ei caută surse alternative de energie. În acest scop, ei sunt dispuși să folosească orice, de la lumina soarelui si apa, terminând cu putere de aer. Echipamentul care este capabil să genereze energie din mediu, este foarte mult apreciat.

Prezentare generală

Nanotuburile de carbon - un plan de lungă durată cu grafit roluită o formă cilindrică. De obicei, grosimea lor ajunge la cateva zeci de nanometri până la câțiva centimetri lungime. La sfârșitul nanotub formează un cap sferic, care este o parte din fulerenei.

Există unele tipuri de nanotuburi de carbon: metalic și materialul semiconductor. Principala diferență este conductivitatea curentă. Primul tip se poate efectua curent la o temperatură de 0 ° C, iar al doilea - numai la temperaturi ridicate.

nanotuburi de carbon: proprietăți

Cele mai multe tendințe moderne, cum ar fi Chimie Aplicată sau nanotehnologiei, legate de nanotuburi care au o structură scheletică de carbon. Ce este? Sub această structură se referă la molecule mari, care sunt interconectate numai atomi de carbon. nanotuburi de carbon, care sunt bazate pe proprietățile formei coajă închise, sunt foarte apreciate. Mai mult, formarea datelor sunt de formă cilindrică. Aceste tuburi pot fi preparate prin laminare foi de grafit, fie să crească de la un catalizator specific. Nanotuburile de carbon, care imaginile sunt prezentate mai jos, au o structură neobișnuită. Ei vin în diferite forme și mărimi: un singur strat și multi-strat, drepte si sinuoase. În ciuda faptului că nanotuburi sunt destul de fragile, ele sunt cel mai puternic material. Ca rezultat, multe studii au constatat că acestea sunt proprietăți inerente, cum ar fi la tracțiune și rezistența la încovoiere. Sub acțiunea solicitărilor mecanice severe, elementele nu se grăbesc și nu se rupe, adică, se poate adapta la diferite tensiuni.

toxicitate

Ca rezultat al investigațiilor multiple, sa constatat că nanotuburi de carbon poate provoca aceleași probleme ca fibrele de azbest, adică având o varietate de tumori maligne precum cancerul pulmonar. Gradul de influență nefavorabilă azbestului depinde de tipul și grosimea fibrelor. Deoarece nanotuburi de carbon au o greutate mică și dimensiune, ele intra cu ușurință corpul, împreună cu aerul. Mai mult, acestea se încadrează în pleurei și sunt incluse în piept, și în cele din urmă cauza o varietate de complicatii. Oamenii de știință au efectuat un experiment și se adaugă la hrana particulelor soareci nanotuburilor. Produse de diametru mic, aproape nu a rămas în corp, dar mai mare - săpate în pereții stomacului și pot provoca diferite boli.

metode de preparare

Până în prezent, există următoarele metode pentru producerea de nanotuburi de carbon cu arc de încărcare, ablație, depunerea de vapori.

descărcare electrică. Prepararea (nanotuburi de carbon sunt descrise în acest articol) în plasma sarcinii electrice, care arde cu heliu. Un astfel de procedeu poate fi realizat folosind echipamente tehnice speciale pentru producția de fullerene. Dar alte moduri de arc sunt utilizate în această metodă. De exemplu, densitatea de curent scade, iar catozii utilizate grosimi mari. Pentru a crea o atmosferă de heliu este necesară pentru a ridica presiunea acestui element. nanotuburi de carbon obținut prin pulverizare. Că numărul lor a crescut, trebuie să încheiați un catalizator tijă de grafit. In cele mai multe cazuri, un amestec de diferite grupuri de metal. Mai mult, există o schimbare a presiunii și metoda pulverizării. Astfel, o peletă catod, și în care sunt formate nanotuburi de carbon. Produsele finite sunt în creștere perpendicular de la catod și colectate în mănunchiuri. Ei au o lungime de 40 de microni.

Ablyasatsiya. O astfel de metodă a fost inventată de Richard Smalley. Esența ei constă în faptul că suprafața diferită vaporiza grafit într-un reactor, care funcționează la temperaturi ridicate. nanotuburi de carbon se formează prin evaporarea grafitului în partea inferioară a reactorului. Răcirea și colectarea acestora are loc prin intermediul unei suprafețe de răcire. În primul caz, numărul de elemente este egal cu 60%, apoi în această cifră metodă a crescut cu 10%. Costul cu laser metoda absolyatsii este mai scump decât toate celelalte. In general, nanotuburi de un singur perete preparat prin modificarea temperaturii de reacție.

Depunerea din faza gazoasă. Metoda de depunere de vapori de carbon a fost inventat la sfarsitul anilor '50. Dar nimeni nu ar fi putut prevedea că, prin intermediul este posibil să se obțină nanotuburi de carbon. Deci, mai întâi trebuie să se pregătească suprafața catalizatorului. După cum poate fi particule fine de diferite metale, de exemplu, cobalt, nichel și altele. Nanotuburile încep să iasă din stratul de catalizator. Grosimea lor depinde de mărimea catalizeze metal. Suprafața este încălzită la o temperatură ridicată, și apoi există o ofertă de carbon gazos conținând. Printre acestea, - .., metan, atsetelen, etanol, etc. Ca gaz suplimentar proces este amoniacul. Această metodă de producție este cel mai frecvent nanotuburi. Procesul în sine are loc la diferite întreprinderi industriale, astfel încât mai puțini bani sunt cheltuiți pentru producerea unui număr mare de tuburi. Un alt avantaj al acestei metode este faptul că membrii verticali pot fi obținute din orice particule de metal care servesc drept catalizator. Prepararea (nanotuburi de carbon sunt descrise pe toate laturile) posibil datorită cercetării Suomi Iijima, care a observat la microscop pentru aspectul lor, ca rezultat al sintezei de carbon.

Principalele tipuri de

Elementele de carbon sunt clasificate în funcție de numărul de straturi. Cel mai simplu tip - nanotuburi de carbon cu un singur perete. Fiecare dintre ele are o grosime de aproximativ 1 nm, iar lungimea lor poate fi mult mai mare. Dacă luăm în considerare structura, produsul arata ca folie de grafit cu ajutorul unei grile hexagonală. În nodurile sale situate carboni. Astfel, tubul are o formă cilindrică, care nu are cusături. Partea superioară se închide capacele dispozitivelor care constau din molecule fullerene.

Ecranul următor - nanotuburi de carbon multiwall. Ele constau din mai multe straturi de grafit care sunt stivuite în forma unui cilindru. Distanța între acestea se menține la 0,34 nm. Structura acestui tip sunt descrise două metode. Pe primul, multi-tub - o țeavă imbricată câteva singur perete, care arată ca o păpușă rusească. Intr-un al doilea, nanotuburi cu pereți sunt foaie de grafit care este înfășurat de mai multe ori în jurul său, care este similar cu un ziar pliat.

Nanotuburile de carbon: aplicatii

Elementele sunt membru nou brand de clasa a nanomaterialelor. Așa cum am menționat anterior, acestea au o structură de carcasă care diferă de proprietățile grafit sau diamant. Prin urmare, este folosit mai des decât alte materiale.

Datorită caracteristicilor, cum ar fi rezistența la tracțiune, rezistența la încovoiere, conductivitate, sunt folosite în multe domenii:

• ca aditivi la polimeri;
• catalizator pentru dispozitivele de iluminat, precum și ecrane plate și telefoane mobile în rețelele de telecomunicații;
• ca un absorbant al undelor electromagnetice;
• de conversie a energiei;
• anozi în diferite tipuri de baterii;
• Stocarea hidrogenului;
• producerea de senzori și condensatoare;
• producție compozite și amplificarea structurii și proprietăților lor.

Timp de mulți ani, nanotuburi de carbon, a căror utilizare nu este limitată la o anumită industrie, utilizate în cercetarea științifică. Un astfel de material are o poziție slabă pe piață, deoarece există probleme cu producție la scară largă. Un alt punct important este costul ridicat al nanotuburilor de carbon, care este de aproximativ 120 de dolari pe un gram de substanță.

Ele sunt folosite ca element de bază pentru producerea multor materiale compozite, care sunt folosite pentru a face mai multe articole sportive. Un alt -avtomobilestroenie industrie. Functionalizarea nanotuburilor de carbon în domeniu este redus pentru a conferi polimeri proprietăți conductive.

Coeficientul de conductivitate termică a nanotuburilor este suficient de mare, astfel încât acestea să poată fi utilizat ca dispozitiv de răcire pentru diverse echipamente masive. De asemenea, ei au făcut capace care sunt atașate la conductele de sondă.

Cele mai importante aplicații de ramură includ tehnologia de calculator. nanotuburi Due sunt în special ecrane plate. Cu ajutorul ei, puteți reduce semnificativ dimensiunea computerului, precum și pentru a crește performanțele sale tehnice. Echipamente Ready va fi de mai multe ori mai mare decât tehnologia actuală. Pe baza acestor studii, puteți crea imagini de înaltă filme pentru cinescop.

De-a lungul timpului, tuburile vor fi utilizate nu numai în electronică, dar, de asemenea, sectoarele sănătății și energiei.

producere

Tuburi de carbon, a căror producție este distribuită între cele două tipuri de ele, distribuite uniform. Adică, MWNT produc mult mai mult decât SWNT. Al doilea tip de rezolvat în caz de urgență. Diferite firme produc în mod continuu nanotuburi de carbon. Dar cererea ei, practic, nu folosesc, deoarece acestea costa prea mare.

liderii de producție

În prezent, poziția de lider în producția de nanotuburi de carbon ocupate de tari din Asia, capacitatea de producție care este mai mare de 3 ori mai mare decât în alte țări din Europa și America. În special, producția de MWNT este angajată în Japonia. Dar alte țări, cum ar fi Coreea și China, nu a ceda în acest indicator.

Producția în Rusia

Producția internă a nanotuburilor de carbon este mult în urma altor țări. De fapt, totul depinde de calitatea cercetării în acest domeniu. Nu este alocat fonduri suficiente pentru dezvoltarea centrelor de știință și tehnologie în țară. Mulți oameni nu percep dezvoltarea nanotehnologiei, pentru că nu știu cum poate fi utilizat în industrie. Prin urmare, trecerea la o nouă economie este pista este destul de dificil.

Prin urmare, președintele rus a emis un decret, care stabilește dezvoltarea diferitelor domenii ale nanotehnologiei, inclusiv elemente de carbon. În acest scop, un program special de dezvoltare a fost creat pentru fabricarea propriile tehnologii. Compania „Nanotehnologii“ a fost creat astfel încât au fost făcute toate punctele de ordine ,. Funcționarea sa a fost alocată o sumă substanțială din bugetul de stat. Era ea, care ar trebui să controleze proiectarea, producerea și implementarea în aplicații industriale de nanotuburi de carbon. Suma alocată pentru a cheltui pe dezvoltarea diferitelor institute de cercetare și laboratoare, precum și contribuie la consolidarea realizărilor existente de oameni de știință interne. De asemenea, aceste fonduri vor fi utilizate pentru achiziționarea de echipamente de înaltă calitate pentru producerea de nanotuburi de carbon. Acesta ar trebui să aibă, de asemenea, grijă de acele dispozitive care vor proteja sănătatea umană, deoarece materialul determină o varietate de boli.

Așa cum am menționat anterior, întreaga problemă constă în strângerea de fonduri. Majoritatea investitorilor nu doresc să investească în cercetare și dezvoltare, mai ales pentru o lungă perioadă de timp. Toate întreprinderile doresc să vadă un profit, dar Nano-poate merge de ani de zile. Asta e ceea ce împinge reprezentanții întreprinderilor mici și mijlocii. În plus, fără investiții publice nu va începe pe deplin producția de nanomateriale. O altă problemă este lipsa de temei juridic, deoarece nu există nici un intermediar între diferitele etape ale afacerii. Prin urmare, producția nanotub de carbon în Rusia, care nu este revendicată, nu necesită numai financiar, ci și de investiții mentale. În timp ce Federația Rusă este departe de țările din Asia, care sunt lider în dezvoltarea nanotehnologiei.

Până în prezent, evoluțiile din industria angajate în departamentele chimice ale diferitelor universități din Moscova, Tambov, Sankt-Petersburg, Novosibirsk și Kazan. Cei mai importanti producatori de nanotuburi de carbon sunt ferme „Garnet“ și planta Tambov „Komsomolets“.

Aspecte pozitive și negative

Printre avantajele pe care le putem distinge proprietățile speciale ale nanotuburilor de carbon. Ele sunt un material durabil, care se află sub influența stresului mecanic nu este distrus. În plus, ele funcționează bine în îndoire și întindere. Acest lucru a fost posibil datorită structurii închise a cadrului. Utilizarea lor nu este limitat la un singur sector. Tuburile au fost utilizate în industria auto, electronica, medicina si energie.

mare dezavantaj este impactul negativ asupra sănătății umane. Particulele nanotuburi care intră în corpul uman, dau naștere la tumori maligne și a cancerului.

Un aspect esențial este finanțarea acestui sector. Mulți oameni nu doresc să investească în știință, așa cum ai nevoie de o mulțime de timp pentru profit. Și fără o bună funcționare laboratoare de cercetare nu poate fi dezvoltarea nanotehnologiei.

concluzie

Nanotuburile de carbon joacă un rol major în tehnologii inovatoare. Mulți experți prezic creșterea acestei industrii în următorii ani. Nu va fi o creștere semnificativă a capacității de producție, ceea ce va reduce costul mărfurilor. Odată cu scăderea prețurilor, tubul va fi în cerere mare, și va deveni un material de neînlocuit pentru mai multe dispozitive și echipamente.

Deci, am aflat ce constituie aceste produse.