Karbon nanorør: produksjon, bruk, egenskaper

Energi er en viktig næring, som spiller en viktig rolle i menneskers liv. Den energitilstand i et land avhenger av arbeidet til mange forskere i bransjen. I dag er de søker etter alternative energikilder. For disse formålene, er de villige til å bruke noe, fra sollys og vann, etterbehandling med luftmakt. Utstyret som er i stand til å generere energi fra omgivelsene, er meget verdsatt.

oversikt

Karbon nanorør - en lang valset grafitt planet med en sylindrisk form. Vanligvis, når deres tykkelse flere titalls nanometer til flere centimeter lange. Ved slutten av nanorør danner et kuleformet hode, som er en del av Fulle.

Det er noen typer av karbon nanorør: metalliske og halvledende. Den viktigste forskjellen er den strømledningsevne. Den første typen kan lede strøm ved en temperatur på 0 ° C, og den andre - bare ved forhøyede temperaturer.

Karbon nanorør: egenskaper

De fleste moderne trender som anvendt kjemi eller nanoteknologi, knyttet til nanorør som har et karbonskjelettstruktur. Hva er det? Under denne struktur refererer seg til store molekyler, som er innbyrdes forbundet bare karbonatomer. Karbon nanorør, som er basert på egenskapene til den lukkede skallform, er høyt verdsatt. Videre er dannelsen av dataene er av sylindrisk form. Slike rør kan fremstilles ved rulling grafittplater, enten for å vokse fra en spesifikk katalysator. Karbon nanorør, som bildene er vist nedenfor, har en uvanlig struktur. De kommer i forskjellige former og størrelser: single-layer og multi-layer, rette og slyngete. Til tross for at nanorør er ganske skjøre, de er det sterkeste materialet. Som et resultat har mange studier har funnet at de er iboende egenskaper slik som strekkstyrke og bøyestyrke. Under påvirkning av alvorlig mekanisk stress, gjør elementene ikke jag og ikke bryte, det kan tilpasse seg ulike spenninger.

toksisitet

Som et resultat av flere undersøkelser ble det funnet at karbon nanorør kan forårsake de samme problemer som asbestfibre, dvs. som har en rekke ondartede tumorer, så vel som lungekreft. Graden av skadelig innvirkning av asbest er avhengig av typen og tykkelsen av fibrene. Fordi karbon nanorør har en liten vekt og størrelse, de lett inn i kroppen sammen med luften. Videre faller de inn i pleura og er inkludert i brystet, og til slutt føre til en rekke forskjellige komplikasjoner. Forskere gjennomført et forsøk og tilsettes til næringsmidler av muse partikler nanorør. Produkter med liten diameter nesten ikke bo i kroppen, men større - gravd inn i veggene i magen og forårsake ulike sykdommer.

fremstillingsmetoder

Til dags dato, er det de følgende metoder for fremstilling av karbon nanorør bue ladning, ablasjon, dampavsetning.

Elektrisk utladning. Fremstilling av (karbon nanorør er beskrevet i denne artikkelen) i plasma av den elektriske ladning som brenner med helium. En slik prosess kan utføres ved anvendelse av spesielt teknisk utstyr for fremstilling av fullerener. Men andre arc modi er brukt i denne metoden. For eksempel kan strømtettheten avtar, og katodene anvendes store tykkelser. For å skape en atmosfære av helium som er nødvendig for å heve trykket av dette element. Karbon nanorør oppnådd ved sprøyting. At antallet har økt, må du inngå en grafitt stang katalysator. I de fleste tilfeller er en blanding av forskjellige grupper av metall. Videre, det er en endring i trykk og sputtering metode. Således, en katode pellet, og hvor karbon nanorør er dannet. Ferdige produkter stiger loddrett fra katoden og samlet i bunter. De har en lengde på 40 mikron.

Ablyasatsiya. En slik fremgangsmåte ble oppfunnet av Richard Smalley. Essensen ligger i det faktum at forskjellige Vaporize grafittoverflate i en reaktor, som opererer ved høye temperaturer. Karbon nanorør er dannet ved fordampning av grafitt i den nedre del av reaktoren. Kjøling og samle dem skjer ved hjelp av en kjøleflate. I det første tilfelle, er antall elementer lik 60%, og deretter i denne metoden tallet økt med 10%. Kostnaden for laser absolyatsii metoden er dyrere enn alle de andre. Vanligvis enkeltveggede nanorør fremstilt ved å endre reaksjonstemperaturen.

Den avsetning fra gassfasen. karbon-dampavsetningsmetode ble oppfunnet på slutten av 50-tallet. Men ingen kunne ha forutsett at ved hjelp av det er mulig å oppnå karbon nanorør. Så, først må du forberede overflaten av katalysatoren. Som det kan være fine partikler av ulike metaller, eksempelvis kobolt, nikkel og andre. Nanorør begynner å komme ut av katalysatorsjiktet. Deres tykkelse er avhengig av størrelsen av katalyserende metall. Overflaten er oppvarmet til en høy temperatur, og da det er tilførsel av gass inneholdende karbon. Blant dem, - .., metan, atsetelen, etanol, etc. Som en ytterligere prosessgassen er ammoniakk. Denne fremstillingsmetode er den mest vanlige nanorør. Selve prosessen foregår på ulike industribedrifter, slik at mindre penger er brukt til produksjon av et stort antall rør. En annen fordel med denne metoden er at de vertikale elementer kan fås fra metallpartikler som tjener som katalysator. Fremstilling av (karbon nanorør er beskrevet på alle sider) gjort mulig takket være forskning Suomi Iijima, som observert under mikroskop for deres utseende som et resultat av syntesen av karbon.

De viktigste typene

Karbonelementer er klassifisert i henhold til det antall lag. Den enkleste form - enkelt-vegger karbon nanorør. Hver av dem har en tykkelse på omtrent 1 nm, og deres lengde kan være mye større. Hvis vi ser på strukturen, ser produktet som grafitt brytes ved hjelp av en sekskantet rutenett. I sine toppunkter ligger karboner. Følgelig har røret en sylindrisk form, som ikke har noen sømmer. Den øvre del lukkes lokk innretningene bestående av Fullerene molekyler.

Neste visning - multiwall karbon nanorør. De består av flere lag av grafitt som er stablet i form av en sylinder. Avstanden mellom dem blir opprettholdt på 0,34 nm. Strukturen av denne type er beskrevet ved hjelp av to metoder. I den første, flere rør - noen nestet en-vegg rør som ser ut som en russisk dukke. I en annen, flerveggede nanorør er grafittark som er viklet flere ganger rundt seg selv, som er lik en brettet avis.

Karbon nanorør: applikasjoner

Elementer er helt nytt medlem av klassen av nanomaterialer. Som tidligere nevnt, har de en stammestruktur som skiller seg fra egenskapene til grafitt eller diamant. Det er derfor brukes oftere enn andre materialer.

På grunn av slike egenskaper som strekkfasthet, bøyefasthet, konduktivitet, blir brukt på mange områder:

• som tilsetningsstoffer til polymerene;
• katalysator for belysning enheter, så vel som flatskjermer og telefoner i telekommunikasjonsnett;
• som en absorbator av elektromagnetiske bølger;
• effektomforming;
• anoder i forskjellige batterityper;
• Lagring av hydrogen;
• produserende sensorer og kondensatorer;
• kompositter produksjon og forsterkning av deres struktur og egenskaper.

For mange år, karbon nanorør, er bruken av dem ikke begrenset til en bestemt bransje, som brukes i vitenskapelig forskning. Et slikt materiale har en svak posisjon i markedet, så er det problemer med produksjon i stor skala. Et annet viktig punkt er den høye kostnaden av karbon nanorør, som er omtrent 120 dollar pr ett gram av stoffet.

De brukes som et grunnleggende element for produksjonen av mange kompositter, som brukes for fremstilling av mange sportsutstyr. En annen industri -avtomobilestroenie. Funksjonalisering av karbon nanorør i faget er redusert til utstyre polymerer ledende egenskaper.

Koeffisient for termisk ledningsevne for nanorør er høy nok, slik at de kan brukes som en avkjølingsinnretning for ulike massive utstyr. Også de har gjort hetter som er festet til sonde rørene.

De viktigste grenen applikasjoner omfatter datateknologi. På grunn av nanorør er spesielt flatskjermer. Med hjelp av dem, kan du redusere størrelsen på datamaskinen, samt å øke teknisk ytelse. Klar utstyr vil være flere ganger større enn dagens teknologi. På grunnlag av disse studiene, kan du skape høy kinescopes.

Over tid vil rørene brukes ikke bare i elektronikk, men også helse- og energisektoren.

produksjon

Karbonrør, blir produksjonen av hvilken fordelt mellom de to typer av dem, jevnt fordelt. Dvs, Mwnt produsere mye mer enn SWNT. Den andre typen gjøre i en nødssituasjon. Forskjellige firmaer produsere kontinuerlig karbon nanorør. Men etterspørselen de praktisk talt ikke bruker, fordi de koster for høy.

ledere produksjon

I dag er den ledende posisjon innen produksjon av karbon nanorør okkupert asiatiske land, produksjonskapasitet som er høyere enn 3 ganger høyere enn i andre land i Europa og Amerika. Spesielt er produksjon av Mwnt engasjert i Japan. Men andre land, som Korea og Kina, ikke innrømme i denne indikatoren.

Produksjon i Russland

Innenlandsk produksjon av karbon nanorør er langt bak andre land. Faktisk, alt avhengig av kvaliteten på forskningen på dette området. Det er ikke avsatt tilstrekkelige midler til utvikling av vitenskap og teknologi sentre i landet. Mange folk ikke oppfatter utviklingen av nanoteknologi, fordi jeg ikke vet hvordan det kan brukes i industrien. Derfor er overgangen til en ny økonomi Løypa går ganske vanskelig.

Derfor, utstedt den russiske presidenten et dekret, som setter ut utvikling av ulike områder av nanoteknologi, inkludert karbon elementer. For dette formålet, ble en spesiell utvikling program laget for å produsere sine egne teknologier. Selskapet "Nanoteknologi" er laget slik at alle punktene i orden ble gjort ,. Dens funksjon ble tildelt et betydelig beløp fra statsbudsjettet. Det var hun som skulle styre design, produksjon og implementering i industrielle anvendelser av karbon nanorør. Beløpet fordeles til å bruke på utvikling av ulike forskningsinstitutter og laboratorier, samt bidra til å styrke de eksisterende prestasjoner av innenlandske forskere. Dessuten vil disse midlene skal brukes til innkjøp av utstyr av høy kvalitet for produksjon av karbon nanorør. Det bør også ta vare på de enhetene som vil beskytte menneskers helse, siden materialet fører til en rekke sykdommer.

Som tidligere nevnt, er hele problemet ligger i å skaffe midler. De fleste investorer ikke ønsker å investere i forskning og utvikling, spesielt for en lang tid. Alle bedrifter ønsker å se en fortjeneste, men Nano-kan gå i årevis. Det er det som skyver representanter for små og mellomstore bedrifter. I tillegg uten offentlige investeringer ikke fullt ut vil starte produksjon av nanomaterialer. Et annet problem er mangelen på rettslig grunnlag, siden det ikke er noen mellomledd mellom de ulike faser av virksomheten. Derfor karbon nanorør produksjon i Russland, som ikke er hevdet, krever ikke bare økonomisk, men også mental investering. Mens Russland er langt fra asiatiske land som er ledende i utviklingen av nanoteknologi.

Til dags dato, utviklingen i bransjen engasjert i kjemiske avdelinger av ulike universiteter i Moskva, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk og Kazan. De ledende produsenter av karbon nanorør er fast "Garnet" og Tambov plante "Komsomolets".

Positive og negative aspekter

Blant fordelene kan vi skille de spesielle egenskapene til karbon nanorør. De er et slitesterkt materiale, som er under påvirkning av mekaniske påkjenninger ikke ødelegges. I tillegg jobber de godt i bøying og strekking. Dette ble gjort mulig på grunn av den lukkede konstruksjon av rammen. Deres bruk er ikke begrenset til én sektor. Rørene har blitt brukt i bil, elektronikk, medisin og energi.

Stor ulempe er den negative innvirkning på menneskers helse. Partikler nanorør inn i menneskekroppen, gi opphav til ondartede svulster og kreft.

Et viktig aspekt er finansieringen av denne sektoren. Mange mennesker ønsker ikke å investere i vitenskap, som du trenger mye tid for profitt. Og uten en fungerende forskningslaboratorier kan ikke være utviklingen av nanoteknologi.

konklusjon

Karbonnanorør spille en viktig rolle i innovative teknologier. Mange eksperter spår at veksten i denne industrien i årene som kommer. Det vil være en betydelig økning i produksjonskapasiteten, noe som vil redusere kostnadene for varene. Med nedgangen i prisene, vil røret være i stor etterspørsel, og vil bli en uerstattelig materiale for mange enheter og utstyr.

Så fant vi ut hva som utgjør disse produktene.