Uhlíkové nanotrubice: výroba, použitie, vlastnosti

Energia je dôležitým priemyselným odvetvím, ktorá hrá dôležitú úlohu v ľudskom živote. Štátne energetická krajiny, závisí na prácu mnohých vedcov v odbore. V súčasnej dobe sa hľadajú alternatívne zdroje energie. Pre tieto účely sú ochotní použiť čokoľvek od slnečného svetla a vody, končiť s vzdušné sily. Zariadenie, ktoré je schopné generovať energiu z okolitého prostredia, je veľmi cenený.

Prehľad

Uhlíkové nanotrubičky - zdĺhavý valcované za grafit lietadlo s valcovým tvarom. Zvyčajne sa ich hrúbka dosahuje niekoľko desiatok nanometrov až niekoľko centimetrov dlhé. Na konci nanotrubičky tvorí guľovú hlavu, ktorá je jednou z častí Fullerene.

Existujú niektoré typy uhlíkových nanotrubičiek: kovové a polovodičové. Hlavným rozdielom je aktuálna vodivosť. Prvý typ je vedenie prúdu pri teplote 0 ° C, a druhá - len pri zvýšených teplotách.

Uhlíkové nanotrubice: Vlastnosti

Väčšina moderných trendov, ako aplikovanej chémie alebo nanotechnológie, spojené s nanorúrok, ktoré majú skelet uhlíka. Čo je to? Na základe tejto štruktúry sa odkazuje na veľké molekuly, ktoré sú vzájomne spojené iba atómy uhlíka. Uhlíkové nanotrubice, ktoré sú založené na vlastnostiach uzavretého plášťa formy, sú vysoko cenené. Ďalej, tvorba dát sú valcového tvaru. Tieto rúrky môžu byť pripravené valcovanie grafitových hárkov, a to buď na rast zo špecifického katalyzátora. Uhlíkové nanotrubice, ktoré sú obrázky uvedené nižšie, majú nezvyčajnú štruktúru. Prichádzajú v rôznych tvaroch a veľkostiach: jednovrstvové a viacvrstvové, rovné a kľukatá. Napriek skutočnosti, že nanotrubky sú pomerne krehké, oni sú najsilnejšie materiál. Výsledkom je, že mnoho štúdií sa zistilo, že sú inherentné vlastností, ako je pevnosť v ťahu a pevnosť v ohybe. Pôsobením silného mechanického namáhania, prvky neponáhľajte a neporušujú, to znamená, že sa dokáže prispôsobiť rôznym napätím.

toxicity

V dôsledku mnohých výskumov sa zistilo, že uhlíkové nanotrubice môžu spôsobiť rovnaké problémy ako azbestových vlákien, tj, ktoré majú celý rad zhubných nádorov, ako aj rakoviny pľúc. Stupeň nepriaznivého vplyvu azbestu, závisí od druhu a hrúbke jeho vlákien. Vzhľadom k tomu, uhlíkové nanotrubičky majú malú hmotnosť a rozmery, ľahko vstúpiť do tela spoločne so vzduchom. Ďalej, oni sa dostanú do pohrudnice a sú zahrnuté v hrudi, a nakoniec spôsobiť rad komplikácií. Vedci vykonal experiment a pridané do potraviny myši častíc nanotrubičiek. Produkty malým priemerom takmer neostal v tele, ale väčšie - kopal do steny žalúdka a spôsobujú rôzne ochorenia.

spôsoby prípravy

K dnešnému dňu sú tieto spôsoby výroby uhlíkových nanotrubičiek oblúka náboj, ablácia, ukladanie par.

Elektrický výboj. Príprava (uhlíkové nanotrubičky sú popísané v tomto článku) v plazme elektrického náboja, ktorý horí héliom. Takýto spôsob môže byť vykonávaný s použitím špeciálne technické vybavenie na výrobu fullerenov. Ale iné režimy oblúkové sú použité v tejto metóde. Napríklad hustota prúdu sa znižuje, a katódy používa veľké hrúbky. Vytvoriť atmosféru hélia, je potrebné zvýšiť tlak tohto prvku. Uhlíkové nanotrubice získané rozprašovaním. Že ich počet zvýšil, je nutné zadať do grafitovej tyče katalyzátora. Vo väčšine prípadov, zmes rôznych skupín kovu. Ďalej dochádza k zmene tlaku a rozprašovaním. Tak, katóda pelety, a v ktorom sú vytvorené uhlíkové nanotrubice. Hotové výrobky sú stúpa kolmo z katódy a zhromaždené do zväzkov. Majú dĺžku 40 mikrónov.

Ablyasatsiya. Takýto spôsob bol vynájdený Richard Smalley. Jeho podstata spočíva v tom, že rôzne odvetrávacie grafitovú povrch v reaktore, pracujúcom pri vysokých teplotách. Uhlíkové nanotrubičky sú tvorené odparovaním grafitu v spodnej časti reaktora. Chladiace a ich zber sa vykonáva pomocou chladiaceho povrchu. V prvom prípade sa počet prvkov je rovný 60%, potom sa v tomto spôsobe obr zvýšil o 10%. Náklady na laserovej absolyatsii metódy je drahšie ako všetky ostatné. Všeobecne platí, jednostenné nanotrubice pripravené zmenou reakčnej teploty.

Depozície z plynnej fázy. Spôsob nanášania par oxidu bol vynájdený v neskorých 50. rokov. Ale nikto nemohol predvídať, že jej prostredníctvom je možné získať uhlíkových nanotrubičiek. Takže najprv je potrebné si pripraviť povrchu katalyzátora. Ako to môže byť jemné častice rôznych kovov, napríklad kobaltu, niklu a ďalších. Nanotrubice sa začínajú objavovať z vrstvy katalyzátora. Ich hrúbka je závislá na veľkosti katalyzujúcou kovu. Povrch sa zahrieva na vysokú teplotu, a potom je prívod plynu s obsahom uhlíka. Medzi nimi, - .., metán, atsetelen, etanol, atď. Ako ďalšie procesné plyn je amoniak. Tento spôsob výroby je najbežnejší nanotrubičky. Samotný proces prebieha v rôznych priemyselných podnikoch, takže menej peňazí vynaložených na výrobu veľkého počtu rúrok. Ďalšou výhodou tohto spôsobu je, že vertikálne prvky môžu byť získané z kovových častíc, ktoré slúžia ako katalyzátor. Príprava (uhlíkové nanotrubičky sú popísané na všetkých stranách), možné vďaka výskumu Suomi Iijima, ktorý pozorovaná pod mikroskopom na ich vzhľad v dôsledku syntézy uhlíka.

hlavnými druhmi

Uhlíkové prvky sú klasifikované podľa počtu vrstiev. Najjednoduchšie druh - jednostenné uhlíkové nanotrubice. Každý z nich má hrúbku asi 1 nm a ich dĺžka môže byť oveľa väčší. Ak vezmeme do úvahy štruktúru výrobok vyzerá grafitového zábal pomocou hexagonálne mriežku. Vo svojich vrcholov nachádza uhlíkov. To znamená, že rúrka má valcový tvar, ktorý nemá žiadne švy. Horná časť sa uzavrie pokrievky zariadenie pozostávajúce z molekúl fullerenov.

Nasledujúci prehľad - viacvrstvový uhlíkové nanotrubičky. Skladajú sa z niekoľkých vrstiev grafitu, ktoré sa ukladajú do tvaru valca. Vzdialenosť medzi nimi sa udržiava na 0,34 nm. Štruktúra tohto typu sú popísané pomocou dvoch metód. Na prvý, multi-trubky - niekoľko vnorené single-steny rúrky, ktorá vyzerá ako ruské bábiky. U druhého, viac nanotrubice sú grafitové fólie, ktorá je zabalená niekoľkokrát okolo seba, ktorá je podobná zložené noviny.

Uhlíkové nanotrubice: Aplikácia

Položky sú zbrusu nový člen triedy nanomateriálov. Ako už bolo uvedené, majú konštrukciu kostry, ktoré sa líšia od vlastností grafitu alebo diamant. Preto sa používajú častejšie ako iné materiály.

Vzhľadom k týmto vlastnostiam ako je pevnosť v ťahu, pevnosť v ohybe, vodivosť, sa používajú v mnohých oblastiach:

• ako prísady do polymérov;
• katalyzátor pre osvetľovacie zariadenie, ako aj plochých obrazoviek a mobilných telefónov v telekomunikačných sieťach;
• ako absorbér elektromagnetických vĺn;
• konverzie energie;
• anódy v rôznych typov batérií;
• Skladovanie vodíka;
• výrobu snímačov a kondenzátory;
• Výroba kompozitov a amplifikácie ich štruktúry a vlastností.

Po mnoho rokov, uhlíkové nanotrubice, ktorého použitie nie je obmedzené na konkrétne odvetvia, sa používajú vo vedeckom výskume. Takýto materiál má slabú pozíciu na trhu, ako sú problémy s výrobou vo veľkom meradle. Ďalším dôležitým bodom je vysoké náklady na uhlíkových nanorúrok, čo je asi 120 dolárov za jeden gram látky.

Sú používané ako základný prvok pre výrobu mnohých kompozitov, ktoré sa používajú na výrobu mnohých športových potrieb. Ďalšie odvetvia -avtomobilestroenie. Funkcionalizace uhlíkových nanotrubíc v danom odbore je znížená vybaviť polyméry vodivé vlastnosti.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti nanotrubičiek je dostatočne vysoká, takže môžu byť použité ako chladiace zariadenie pre rôzne masívne zariadenie. Tiež urobili uzávery, ktoré sú pripojené k rúrkam sondy.

Medzi najvýznamnejšie odborové aplikácie patrí výpočtovej techniky. Vzhľadom nanotrubice obzvlášť plochou obrazovkou displeja. Pomocou nich možno výrazne zmenšiť veľkosť počítača, ako aj k zvýšeniu jeho technickej úrovne. Ready zariadenia budú niekoľkonásobne vyššie ako súčasné technológie. Na základe týchto štúdií, môžete vytvárať vysoko kineskopu.

Postupom času budú rúrky byť použité nielen v elektronike, ale aj odvetvia zdravotníctva a energetiky.

výroba

Uhlíkové rúrky, ktorého výroba je rozdelený medzi dvoma druhmi ne rovnomerne distribuovaná. Tj MWNT produkujú oveľa viac než SWNT. Druhým typom úloh v prípade núdze. Rôzne firmy neustále vyrábať uhlíkové nanotrubice. Ale dopyt to prakticky nepoužívajú, pretože náklady príliš vysoké.

výroba vodcovia

V súčasnej dobe vedúce postavenie vo výrobe uhlíkových nanotrubičiek obsadené ázijských krajín, výrobnej kapacity , ktorá je vyššia ako 3 krát vyššia ako v ostatných krajinách Európy a Ameriky. Najmä výroba MWNT sa zaoberá v Japonsku. Ale aj ďalšie krajiny, napríklad Kórei a Číne, nemali pripustiť v tomto ukazovateli.

Výroba v Rusku

Domáca výroba uhlíkových nanorúrok je ďaleko za ostatnými krajinami. V skutočnosti, všetko závisí na kvalite výskumu v tejto oblasti. Tam nie je pridelený dostatok finančných prostriedkov na rozvoj vedy a technologických centier v krajine. Mnohí ľudia nevnímajú vývoj nanotechnológií, pretože ja neviem, ako to môže byť používané v priemysle. Preto je prechod na novú ekonomiku chodník vedie je pomerne ťažké.

Preto je ruský prezident vydal dekrét, ktorý stanovuje rozvoj rôznych oblastiach nanotechnológie, vrátane uhlíkových prvkov. Pre tento účel špeciálny rozvojový program bol vytvorený na výrobu svoje vlastné technológie. Firemné "Nanotechnológie", bol vytvorený tak, aby boli vykonané všetky body poradí,. Jej fungovanie bolo pridelené podstatnú časť zo štátneho rozpočtu. Bola to ona, kto by mal riadiť návrh, výrobu a realizáciu v priemyselných aplikáciách uhlíkových nanotrubíc. Suma vyčlenená vynaložiť na rozvoj rôznych výskumných ústavov a laboratórií, ako aj prispieť k posilneniu existujúcich úspechy tuzemských vedcov. Ďalej budú tieto prostriedky použiť na nákup kvalitného vybavenia pre výrobu uhlíkových nanotrubičiek. Malo by sa tiež postarať sa o tých zariadení, ktoré budú chrániť ľudské zdravie, pretože materiál spôsobuje rad chorôb.

Ako už bolo spomenuté, celý problém spočíva v získavaní finančných prostriedkov. Väčšina investorov nechcú investovať do výskumu a vývoja, a to najmä po dlhú dobu. Všetky podniky chcú vidieť zisk, ale Nano-môže ísť po celé roky. To je to, čo tlačí predstaviteľa MSP. Okrem toho, bez verejné investície nebude plne začať výrobu nanomateriálov. Ďalším problémom je nedostatok právneho základu, pretože neexistuje žiadny sprostredkovateľ medzi rôznymi fázach podnikania. Preto je výroba na báze uhlíkových nanorúrok v Rusku, ktorá je požadovaná, vyžaduje nielen finančné, ale aj duševnú investícia nie je. Kým Ruská federácia je ďaleko od ázijských krajín, ktoré vedú vo vývoji nanotechnológií.

K dnešnému dňu, vývoj v priemysle zaoberajúca sa chemickými oddeleniach rôznych univerzitách v Moskve, Tambov, Petrohradu, Novosibirsku a Kazani. Poprední výrobcovia uhlíkových nanotrubíc sú pevné "Garnet" a Tambov rastlina "Komsomolets".

Pozitívne a negatívne aspekty

Medzi výhody môžeme rozlíšiť špeciálnych vlastností uhlíkových nanotrubíc. Sú trvanlivý materiál, ktorý je pod vplyvom mechanického namáhania nie je zničená. Okrem toho sa dobre fungovať v ohýbanie a naťahovanie. To bolo možné vzhľadom k uzavretej konštrukcii rámu. Ich použitie nie je obmedzené na jeden sektor. Skúmavky boli použité v automobilovom priemysle, elektroniky, medicíny a energie.

Obrovské nevýhodou je negatívny vplyv na ľudské zdravie. Častice nanotrubičky vstupe do ľudského tela, viesť k zhubných nádorov a rakoviny.

Podstatným aspektom je financovanie tohto sektora. Mnohí ľudia nechcú investovať do vedy, ako budete potrebovať veľa času pre zisk. A bez fungovanie výskumné laboratóriá nemôže byť vývoj nanotechnológií.

záver

Uhlíkové nanotrubičky hrajú významnú úlohu v inovatívnych technológiách. Mnohí odborníci predpovedajú rast tohto odvetvia v nadchádzajúcich rokoch. Tam bude výrazné zvýšenie výrobnej kapacity, čo povedie k zníženiu nákladov na tovar. S poklesom cien, bude rúrka bude obrovský dopyt, a stane nenahraditeľným materiálom pre mnoho prístrojov a zariadení.

Takže sme zistili, čo tvorí tieto produkty.