Nanotubi tal-karbonju: produzzjoni, l-użu, il-proprjetajiet

Enerġija hija industrija importanti, li għandu rwol importanti fil-ħajja tal-bniedem. L-istat ta 'enerġija ta' pajjiż jiddependi fuq il-ħidma ta 'ħafna xjentisti fl-industrija. Illum, dawn huma tiftix għal sorsi ta 'enerġija alternattiva. Għal dawn il-finijiet, huma lesti li jużaw xejn, mix-xemx u l-ilma, spiċċa bl enerġija arja. It-tagħmir li huwa kapaċi li tiġġenera l-enerġija mill-ambjent, huwa ferm apprezzat.

Ħarsa ġenerali

nanotubi tal-karbonju - pjan twal grafita irrumblati bil-forma ċilindrika. Normalment, ħxuna tagħhom jilħaq diversi għexieren ta 'nanometers għal diversi ċentimetri twal. Fl-aħħar tal-nanotube jifforma ras sferika li hija parti waħda mill fullerene.

Hemm xi tipi ta 'nanotubes karbonju: metalliku u semikunduttur. Id-differenza prinċipali hija l-konduttività kurrenti. L-ewwel tip tista 'twettaq kurrenti f'temperatura ta' 0 ° Ċ u t-tieni - biss f'temperaturi elevati.

nanotubi tal-karbonju: proprjetajiet

Ħafna xejriet moderni bħal Applikata Kimika jew nanoteknoloġija, marbuta mal-nanotubes li għandhom struttura skeletali tal-karbonju. X'inhu dan? Taħt din l-istruttura jirreferi għal molekuli kbar, li huma interkonnessi biss atomi tal-karbonju. nanotubes karbonju, li huma bbażati fuq il-proprjetajiet tal-formola qoxra magħluqa, huma apprezzati ħafna. Barra minn hekk, il-formazzjoni tad-data huma ta 'forma ċilindrika. Tali tubi jistgħu jiġu ppreparati mill rolling folji tal-grafita, jew tikber minn katalista speċifiku. nanotubes karbonju, li stampi jidhru hawn taħt, għandhom struttura mhux tas-soltu. Huma daħlu fil-forom u daqsijiet differenti: wieħed saff u multi-saff, dritta u sinuous. Minkejja l-fatt li l-nanotubes huma pjuttost fraġli, dawn huma l-materja aktar b'saħħithom. Bħala riżultat, ħafna studji sabu li huma karatteristiċi inerenti bħal tensjoni u s-saħħa flexural. Taħt l-azzjoni ta 'stress mekkaniku qawwi, l-elementi ma għaġla u ma jqassmux, jiġifieri, tista' taġġusta għall vultaġġi differenti.

tossiċità

Bħala riżultat ta 'investigazzjonijiet multipli, instab li nanotubes karbonju jista' jikkawża l-istess problemi bħall fibri tal-asbestos, jiġifieri li jkollhom varjetà ta 'tumuri malinni kif ukoll kanċer tal-pulmun. Il-grad ta 'influwenza negattiva ta' l-asbestos jiddependi mit-tip u l-ħxuna ta 'fibri tiegħu. Minħabba nanotubi tal-karbonju jkollhom piż żgħir u daqs, huma faċilment jidħlu fil-ġisem flimkien ma 'l-arja. Barra minn hekk, huma jaqgħu fil-plewra u huma inklużi fis-sider, u eventwalment jikkawża varjetà ta 'kumplikazzjonijiet. Ix-xjentisti mexxa esperiment u miżjuda mal-ikel ta 'nanotubes partiċelli ġrieden. Prodotti ta 'dijametru żgħir kważi ma jibqgħu fil-ġisem, iżda akbar - dug fil-ħitan tal-istonku u jikkawżaw mard differenti.

metodi ta 'preparazzjoni

Sal-lum, hemm il-metodi li ġejjin għall-produzzjoni nanotubi tal-karbonju ħlas ark, catheters, depożizzjoni fwar.

kwittanza elettriku. Preparazzjoni ta '(nanotubes karbonju huma deskritti f'dan l-artikolu) fil-plażma tal-ċarġ elettriku, li ħruq bil elju. Proċess bħal dan jista 'jitwettaq bl-użu ta' tagħmir tekniku speċjali għall-produzzjoni ta fullerenes. Iżda modi ark oħra jintużaw f'dan il-metodu. Per eżempju, id-densità attwali tonqos, u l-katodi użati ħxuna enormi. Biex tinħoloq atmosfera ta 'elju hija meħtieġa biex tgħolli l-pressjoni ta' dan l-element. nanotubi tal-karbonju miksub bl-isprej. Dak in-numru tagħhom żdied, trid tidħol fis-katalista virga grafita. F'ħafna każijiet, taħlita ta 'gruppi differenti ta' metall. Barra minn hekk, hemm bidla fil-pressjoni u l-metodu sputtering. Għalhekk, pritkuna katodu, u fejn l-nanotubi tal-karbonju huma ffurmati. prodotti lesti qed jiżdiedu b'mod perpendikulari miċ l katodu u miġbura fis gzuz. Huma għandhom tul ta '40 mikroni.

Ablyasatsiya. Tali metodu kienet ivvintata minn Richard Smalley. Essenza tiegħu tinsab fil-fatt li wiċċ differenti grafita vaporizzazzjoni f'reattur, li joperaw f'temperaturi għoljin. nanotubi tal-karbonju huma ffurmati mill-evaporazzjoni ta 'grafita fil-parti t'isfel tar-reattur. Tkessiħ u l-ġbir tagħhom iseħħ permezz ta 'wiċċ tat-tkessiħ. Fl-ewwel każ, in-numru ta 'elementi hija ugwali għal 60%, imbagħad din il-figura metodu żdied b'10%. L-ispiża tal-metodu absolyatsii laser tiswa aktar mill-oħrajn kollha. Ġeneralment, nanotubes wieħed b'ħitan imħejji mill ibiddlu t-temperatura reazzjoni.

-Depożizzjoni mill-fażi tal-gass. Metodu depożizzjoni bil-fwar tal-karbonju ġiet ivvintata fl-50s tard. Imma l-ebda wieħed jista 'jipprevedi l permezz ta' dan huwa possibbli li tinkiseb nanotubes karbonju. Allura, ewwel li għandek bżonn biex jitħejja l-wiċċ tal-katalist. Kif jista 'jkun partikuli fini ta' metalli differenti, eż, kobalt, nikil u oħrajn. Nanotubes qegħdin ifiġġu mis-saff katalizzatur. ħxuna tagħhom jiddependi mid-daqs ta 'tikkatalizza metall. Il-wiċċ huwa msaħħan għal temperatura għolja, u allura hemm provvista ta 'gass li fih karbonju. Fost dawn, - .., Metanu, atsetelen, etanol, eċċ Bħala gass proċess ulterjuri huwa ammonja. Dan il-metodu ta 'produzzjoni huwa l-nanotubes aktar komuni. Il-proċess innifsu iseħħ lejn impriżi industrijali varji, hekk li anqas flus jintefqu għall-produzzjoni ta 'numru kbir ta' tubi. Vantaġġ ieħor ta 'dan il-metodu hija li l-membri vertikali jistgħu jinkisbu minn kwalunkwe frak tal-metall li jservu bħala l-katalista. Preparazzjoni ta '(nanotubi tal-karbonju huma deskritti min-naħat kollha) magħmula possibbli grazzi għar-riċerka Suomi Iijima, li osserva taħt il-mikroskopju għad-dehra tagħhom bħala riżultat tal-sintesi ta' karbonju.

It-tipi ewlenin ta '

Elementi tal-karbonju huma kklassifikati skond in-numru ta 'saffi. It-tip sempliċi - nanotubes karbonju wieħed b'ħitan. Kull wieħed minnhom għandu ħxuna ta 'madwar 1 nm, u t-tul tagħhom jista jkun ħafna akbar. Jekk inqisu li l-istruttura, il-prodott qisu wrap grafita użu ta 'grid eżagonali. Fil vertiċi tiegħu jinsabu karbonju. Għalhekk, it-tubu għandu forma ċilindrika, li m'għandha l-ebda ħjatat. Il-parti ta 'fuq jagħlaq apparati għotjien li jikkonsistu minn molekuli fullerene.

Li jmiss fehma - nanotubes karbonju multiwall. Huma jikkonsistu minn diversi saffi ta 'grafita li huma f'munzelli fil-forma ta' ċilindru. Il therebetween distanza tinżamm 0.34 nm. L-istruttura ta 'dan it-tip huma deskritti bl-użu żewġ metodi. Fuq l-ewwel, multi-tubu - a nested pajp ħajt wieħed ftit li qisu pupa Russa. Fit-tieni, nanotubes multi b'ħitan huma karta tal-grafita li hija mgeżwra diversi drabi madwar innifsu, li huwa simili għal gazzetta mitwi.

nanotubi tal-karbonju: l-applikazzjonijiet

Punti huma membru ġdid marka tal-klassi tan-nanomaterjali. Kif imsemmi qabel, dawn għandhom struttura karkassa li hija differenti mill-proprjetajiet tal-grafita jew djamant. Għalhekk huwa użat aktar spiss milli materjali oħra.

Minħabba l tali karatteristiċi bħal saħħa tensili, is-saħħa flexural, konduttività, huma użati f'bosta oqsma:

• bħala addittivi għall polimeri;
• katalist għall-mezzi tad-dawl, kif ukoll displays pannelli ċatti u handsets fin-netwerks tat-telekomunikazzjoni;
• bħala assorbitur ta 'mewġ elettromanjetiku;
• konverżjoni ta 'enerġija;
• anodi fit-tipi ta 'batteriji varji;
• Ħażna tal-idroġenu;
• jipproduċu sensors u kapaċitaturi;
• komposti produzzjoni u amplifikazzjoni ta 'l-istruttura u l-proprjetajiet tagħhom.

Għal ħafna snin, nanotubes karbonju, l-użu tagħhom mhuwiex limitat għal industrija partikolari, użati fir-riċerka xjentifika. Materjal bħal dan għandha pożizzjoni dgħajfa fis-suq, kif hemm problemi bil-produzzjoni fuq skala kbira. Punt importanti ieħor huwa l-ispiża għolja ta 'nanotubes karbonju, li huwa madwar 120 dollaru kull gramma waħda tas-sustanza.

Dawn huma użati bħala element bażiku għall-produzzjoni ta 'ħafna komposti, li huma użati biex isiru oġġetti sportivi ħafna. Ieħor -avtomobilestroenie industrija. Functionalization ta nanotubes karbonju fl-arti hija mnaqqsa għal mgħonija polimeri proprjetajiet konduttivi.

Koeffiċjent ta 'konduttività termali tal nanotubes huwa għoli biżżejjed, sabiex ikunu jistgħu jintużaw bħala strument li jkessaħ għat-tagħmir massiva varji. Barra minn hekk dawn għamlu tappijiet li huma marbuta mal-pajpijiet sonda.

L-applikazzjonijiet fergħa l-aktar importanti jinkludu teknoloġija tal-kompjuter. nanotubi Minħabba huma speċjalment displays fissa panel. Bl-għajnuna ta 'dawn, inti tista' tnaqqas b'mod sinifikanti l-daqs tal-kompjuter, kif ukoll biex jiżdiedu l-prestazzjoni teknika tiegħu. tagħmir lest se jkun diversi drabi akbar mill-teknoloġija kurrenti. Abbażi ta 'dawn l-istudji, inti tista' toħloq-kineskopiċi għolja.

Maż-żmien, it-tubi se jintużaw mhux biss fl-elettronika, iżda wkoll is-setturi tas-saħħa u l-enerġija.

produzzjoni

tubi tal-karbonju, il-produzzjoni tagħhom hija mqassma bejn iż-żewġ tipi minnhom, imqassma ndaqs. Jiġifieri, MWNT jipproduċu ħafna aktar minn SWNT. It-tieni tip ta 'do f'emerġenza. Diversi kumpaniji kontinwament jipproduċu nanotubes karbonju. Iżda d-domanda li prattikament ma jużawx, minħabba dawn l-ispejjeż għoljin wisq.

mexxejja produzzjoni

Fil-preżent, il-pożizzjoni ewlenija fil-produzzjoni ta 'nanotubes karbonju okkupati pajjiżi Asjatiċi, kapaċità ta' produzzjoni li huwa ogħla minn 3 darbiet ogħla minn f'pajjiżi oħra tal-Ewropa u l-Amerika. B'mod partikolari, il-produzzjoni ta 'MWNT hija involuta fil-Ġappun. Iżda pajjiżi oħra, bħall-Korea u ċ-Ċina, ma jammettu fil dan l-indikatur.

Produzzjoni fir-Russja

produzzjoni domestika ta 'nanotubi tal-karbonju huwa ferm lura pajjiżi oħra. Fil-fatt, kollox jiddependi fuq il-kwalità tar-riċerka f'dan il-qasam. Hemm mhuwiex allokat fondi biżżejjed għall-iżvilupp ta 'ċentri tax-xjenza u t-teknoloġija fil-pajjiż. Ħafna nies ma jaraw l-iżvilupp tan-nanoteknoloġija, minħabba I do not know kif din tista 'tintuża fl-industrija. Għalhekk, it-tranżizzjoni għal runs ġdid traċċa ekonomija hija pjuttost diffiċli.

Għalhekk, il-President Russu ħareġ digriet, li jistabbilixxi l-iżvilupp ta 'diversi oqsma ta' nanoteknoloġija, inklużi elementi tal-karbonju. Għal dan il-għan, programm ta 'żvilupp speċjali inħoloq għall-manifattura tagħhom stess teknoloġiji. Kumpanija "Nanoteknoloġiji" inħoloq sabiex il-punti kollha ta 'ordni saru ,. funzjonament tiegħu kien allokat ammont sostanzjali mill-baġit statali. Li kienet hi li għandhom jikkontrollaw id-disinn, il-produzzjoni u l-implimentazzjoni fl-applikazzjonijiet industrijali ta 'nanotubes karbonju. L-ammont allokat biex jonfqu fuq l-iżvilupp ta 'istituti ta' riċerka varji u laboratorji, kif ukoll tgħin sabiex tissaħħaħ il-kisbiet eżistenti ta 'xjentisti domestiċi. Ukoll, dawn il-fondi se jintużaw għax-xiri ta 'tagħmir ta' kwalità għolja għall-produzzjoni ta 'nanotubes karbonju. Għandu wkoll jieħu ħsieb ta 'dawk il-mezzi li jipproteġi s-saħħa tal-bniedem, peress li l-materjal jikkawża varjetà ta' mard.

Kif imsemmi qabel, il-problema kollha tinsab fil ġbir ta 'fondi. Ħafna investituri ma jridu jinvestu fir-riċerka u żvilupp, speċjalment għal żmien twil. In-negozji kollha trid tara profitt, imma Nano-tista 'tmur għas-snin. Dak hu pushes-rappreżentanti ta 'negozji żgħar u ta' daqs medju. Barra minn hekk, mingħajr l-investiment pubbliku ma tibdiex kompletament produzzjoni ta 'nanomaterjali. Problema oħra hija n-nuqqas ta 'bażi legali, peress li m'hemm l-ebda intermedjarju bejn l-istadji differenti tan-negozju. Għalhekk, il-produzzjoni nanotube karbonju fir-Russja, li mhijiex mitluba, jeħtieġ mhux biss finanzjarju, iżda wkoll ta 'investiment mentali. Filwaqt li l-Federazzjoni Russa hija 'l bogħod mill-pajjiżi Asjatiċi li qed iwasslu fl-iżvilupp tan-nanoteknoloġija.

Sal-lum, l-iżviluppi fl-industrija involuta fid-dipartimenti kimiċi ta 'universitajiet differenti ta' Moska, Tambov, St Petersburg, Novosibirsk u Kazan. Il-manifatturi ewlenin ta 'nanotubes karbonju huma ditta "Garnet" u impjant Tambov "Komsomolets".

Aspetti pożittivi u negattivi

Fost il-vantaġġi nistgħu jiddistingwu l-propjetajiet speċjali tal nanotubes karbonju. Dawn huma materjali dewwiemi, li hija taħt l-influwenza ta 'stress mekkaniku ma tkunx meqruda. Barra minn hekk, dawn jaħdmu tajjeb fil liwi u tiġbid. Dan sar possibbli minħabba l-istruttura magħluqa tal-qafas. L-użu tagħhom mhuwiex limitat għal settur wieħed. It-tubi ġew użati fil-karozzi, l-elettronika, mediċina u l-enerġija.

iżvantaġġ Enormi huwa l-impatt negattiv fuq is-saħħa tal-bniedem. Partiċelli nanotubi li jidħlu fil-ġisem tal-bniedem, jagħtu lok għal tumuri malinni u kanċer.

Aspett essenzjali huwa l-iffinanzjar ta 'dan is-settur. Ħafna nies ma jridu jinvestu fix-xjenza, kif għandek bżonn ħafna ħin għall-profitt. U mingħajr funzjonament laboratorji ta 'riċerka ma tistax tkun l-iżvilupp tan-nanoteknoloġija.

konklużjoni

nanotubi tal-karbonju għandhom rwol ewlieni fit-teknoloġiji innovattivi. Bosta esperti jbassru t-tkabbir ta 'din l-industrija fis-snin li ġejjin. Se jkun hemm żieda sinifikanti fil-kapaċità tal-produzzjoni, li se tnaqqas l-ispiża tal-merkanzija. Mat-tnaqqis fil-prezzijiet, it-tubu se tkun fid-domanda enormi, u se jsiru materjal insostitwibbli għal ħafna mezzi u tagħmir.

Allura, sibna dak li jikkostitwixxi dawn il-prodotti.