Ang
Enerhiya ay isang mahalagang industriya na may malaking papel sa buhay ng tao. Ang estado ng enerhiya ng bansa ay nakasalalay sa gawain ng maraming mga siyentipiko sa larangang ito. Ngayon ay naghahanap sila ng mga alternatibong mapagkukunan ng enerhiya. Para sa mga layuning ito, handa silang gumamit ng anuman, simula sa sikat ng araw at tubig, na nagtatapos sa enerhiya ng hangin. Ang mga kagamitan na maaaring makabuo ng enerhiya mula sa kapaligiran ay lubos na pinahahalagahan.
Pangkalahatang impormasyon
Ang
Carbon nanotube ay mga pinalawig na rolled graphite planes na may cylindrical na hugis. Bilang isang patakaran, ang kanilang kapal ay umabot sa ilang sampu-sampung nanometer, na may haba na ilang sentimetro. Sa dulo ng nanotubes, nabuo ang isang spherical head, na isa sa mga bahagi ng fullerene.
Mayroong dalawang uri ng carbon nanotubes: metal at semiconductor. Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay ang kondaktibiti ng kasalukuyang. Ang unang uri ay maaaring magsagawa ng kasalukuyang sa isang temperatura na katumbas ng 0ºС, at ang pangalawa - lamang sa matataas na temperatura.
Carbon nanotubes: mga katangian
KaramihanAng mga modernong lugar, tulad ng inilapat na kimika o nanotechnology, ay nauugnay sa mga nanotubes, na may istraktura ng carbon frame. Ano ito? Ang istrukturang ito ay tumutukoy sa malalaking molekula na pinagsama-sama lamang ng mga atomo ng carbon. Ang mga carbon nanotubes, na ang mga katangian ay batay sa isang saradong shell, ay lubos na pinahahalagahan. Bilang karagdagan, ang mga pormasyon na ito ay may cylindrical na hugis. Ang ganitong mga tubo ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagtitiklop ng isang graphite sheet, o paglaki mula sa isang tiyak na katalista. Ang mga carbon nanotube, na ang mga larawan ay ipinakita sa ibaba, ay may kakaibang istraktura.
May iba't ibang hugis at sukat ang mga ito: single-layered at multi-layered, straight at sinuous. Sa kabila ng katotohanan na ang mga nanotubes ay mukhang medyo marupok, sila ay isang malakas na materyal. Bilang resulta ng maraming pag-aaral, napag-alaman na mayroon silang mga katangian tulad ng pag-uunat at pagyuko. Sa ilalim ng pagkilos ng malubhang mekanikal na pag-load, ang mga elemento ay hindi mapunit o masira, iyon ay, maaari silang umangkop sa iba't ibang mga boltahe.
Toxicity
Bilang resulta ng maraming pag-aaral, napag-alaman na ang mga carbon nanotubes ay maaaring magdulot ng parehong mga problema gaya ng mga asbestos fibers, iyon ay, nangyayari ang iba't ibang malignant na tumor, gayundin ang kanser sa baga. Ang antas ng negatibong epekto ng asbestos ay depende sa uri at kapal ng mga hibla nito. Dahil ang carbon nanotubes ay maliit sa timbang at sukat, madali silang pumasok sa katawan ng tao na may hangin. Dagdag pa, pumapasok sila sa pleura at pumasok sa dibdib, at sa paglipas ng panahonnagdudulot ng iba't ibang komplikasyon. Ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng isang eksperimento at nagdagdag ng mga particle ng nanotubes sa pagkain ng mga daga. Ang mga produktong may maliit na diameter ay halos hindi nananatili sa katawan, ngunit ang mga malalaking produkto ay hinukay sa mga dingding ng tiyan at nagdulot ng iba't ibang sakit.
Pagkuha ng Mga Paraan
Ngayon, may mga sumusunod na paraan para sa pagkuha ng carbon nanotubes: arc charge, ablation, vapor deposition.
Electric arc discharge. Pagkuha ng (carbon nanotubes ay inilarawan sa artikulong ito) sa isang plasma ng electric charge, na nasusunog sa paggamit ng helium. Ang ganitong proseso ay maaaring isagawa gamit ang mga espesyal na teknikal na kagamitan para sa paggawa ng fullerenes. Ngunit sa pamamaraang ito, ginagamit ang iba pang mga mode ng pagsunog ng arko. Halimbawa, ang kasalukuyang density ay nabawasan, at ginagamit din ang mga cathode ng napakalaking kapal. Upang lumikha ng isang kapaligiran ng helium, kinakailangan upang madagdagan ang presyon ng elementong kemikal na ito. Ang carbon nanotubes ay nakukuha sa pamamagitan ng sputtering. Upang madagdagan ang kanilang bilang, kinakailangan upang ipakilala ang isang katalista sa graphite rod. Kadalasan ito ay isang halo ng iba't ibang mga grupo ng metal. Dagdag pa, mayroong pagbabago sa presyon at paraan ng pag-spray. Kaya, ang isang cathodic deposit ay nakuha, kung saan ang carbon nanotubes ay nabuo. Ang mga natapos na produkto ay lumalaki nang patayo sa katod at kinokolekta sa mga bundle. 40 µm ang haba ng mga ito.
Ablation. Ang pamamaraang ito ay naimbento ni Richard Smalley. Ang kakanyahan nito ay ang pagsingaw ng iba't ibang mga graphite na ibabaw sa isang reaktor na tumatakbo sa mataas na temperatura. Ang carbon nanotubes ay nabuo bilang isang resulta ng pagsingaw ng grapayt sa ilalimmga bahagi ng reactor.
Sila ay pinalamig at kinokolekta gamit ang isang cooling surface. Kung sa unang kaso, ang bilang ng mga elemento ay katumbas ng 60%, kung gayon sa pamamaraang ito ang figure ay tumaas ng 10%. Ang halaga ng paraan ng laser absolation ay mas mahal kaysa sa lahat ng iba pa. Bilang panuntunan, ang mga nanotube na may isang pader ay nakukuha sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura ng reaksyon.
Deposition mula sa gas phase. Ang carbon vapor deposition method ay naimbento noong huling bahagi ng 50s. Ngunit walang sinuman ang nag-isip na ang carbon nanotubes ay maaaring makuha dito. Kaya, kailangan mo munang ihanda ang ibabaw gamit ang isang katalista. Ang mga maliliit na particle ng iba't ibang mga metal, halimbawa, kob alt, nikel at marami pang iba, ay maaaring magsilbi bilang ito. Nagsisimulang lumabas ang mga nanotube mula sa kama ng katalista. Ang kanilang kapal ay direktang nakasalalay sa laki ng catalyzing metal. Ang ibabaw ay pinainit sa mataas na temperatura, at pagkatapos ay isang gas na naglalaman ng carbon ay ibinibigay. Kabilang sa mga ito ay methane, acetylene, ethanol, atbp. Ang ammonia ay nagsisilbing karagdagang teknikal na gas. Ang pamamaraang ito ng pagkuha ng mga nanotubes ay ang pinakakaraniwan. Ang proseso mismo ay nagaganap sa iba't ibang mga pang-industriya na negosyo, dahil kung saan mas kaunting mga mapagkukunan sa pananalapi ang ginugol para sa paggawa ng isang malaking bilang ng mga tubo. Ang isa pang bentahe ng pamamaraang ito ay ang mga vertical na elemento ay maaaring makuha mula sa anumang mga particle ng metal na nagsisilbing isang katalista. Ang pagkuha ng (carbon nanotubes ay inilarawan mula sa lahat ng panig) ay naging posible salamat sa pananaliksik ni Suomi Iijima, nanaobserbahan sa ilalim ng mikroskopyo para sa kanilang hitsura bilang resulta ng carbon synthesis.
Pangunahing species
Ang mga elemento ng carbon ay inuri ayon sa bilang ng mga layer. Ang pinakasimpleng uri ay single-walled carbon nanotubes. Ang bawat isa sa kanila ay may kapal na humigit-kumulang 1 nm, at ang kanilang haba ay maaaring mas mahaba. Kung isasaalang-alang namin ang istraktura, kung gayon ang produkto ay mukhang pambalot ng grapayt na may isang hexagonal na grid. Sa tuktok nito ay mga carbon atom. Kaya, ang tubo ay may hugis ng isang silindro, na walang mga tahi. Ang itaas na bahagi ng mga device ay sarado na may mga takip na binubuo ng mga fullerene molecule.
Ang susunod na view ay multilayer carbon nanotubes. Binubuo ang mga ito ng ilang mga layer ng grapayt, na nakatiklop sa isang hugis ng silindro. Ang distansya na 0.34 nm ay pinananatili sa pagitan nila. Ang isang istraktura ng ganitong uri ay inilarawan sa dalawang paraan. Ayon sa una, ang multilayer tubes ay ilang single-layer tubes na nakapugad sa isa't isa, na mukhang isang nesting doll. Ayon sa pangalawa, ang multilayer nanotubes ay isang sheet ng graphite na bumabalot sa sarili nito ng ilang beses, na mukhang isang nakatiklop na pahayagan.
Carbon nanotube: mga application
Ang mga elemento ay isang ganap na bagong kinatawan ng klase ng mga nanomaterial.
Tulad ng nabanggit kanina, mayroon silang frame structure, na naiiba sa mga katangian mula sa graphite o diamond. Kaya naman mas madalas na ginagamit ang mga ito kaysa sa iba pang materyales.
Dahil sa mga katangian nito gaya ng lakas, baluktot, conductivity, ginagamit ito sa maraming larangan:
- bilang mga additives sa polymers;
- catalyst para sa mga lighting device, pati na rin ang mga flat panel display at handset sa mga telecommunications network;
- bilang isang electromagnetic wave absorber;
- para sa conversion ng enerhiya;
- paggawa ng mga anode sa iba't ibang uri ng mga baterya;
- imbak ng hydrogen;
- paggawa ng mga sensor at capacitor;
- produksyon ng mga composite at pagpapalakas ng istruktura at katangian ng mga ito.
Sa loob ng maraming taon, ang mga carbon nanotubes, na ang paggamit ay hindi limitado sa isang partikular na industriya, ay ginamit sa siyentipikong pananaliksik. Ang nasabing materyal ay may mahinang posisyon sa merkado, dahil may mga problema sa malakihang produksyon. Ang isa pang mahalagang punto ay ang mataas na halaga ng carbon nanotubes, na humigit-kumulang $120 bawat gramo ng naturang substance.
Ginagamit ang mga ito bilang pangunahing elemento para sa paggawa ng maraming composite, na ginagamit sa paggawa ng maraming gamit sa palakasan. Ang isa pang industriya ay ang industriya ng sasakyan. Ang functionalization ng mga carbon nanotube sa lugar na ito ay nababawasan sa pagbibigay ng mga polymer na may conductive properties.
Ang thermal conductivity ng mga nanotubes ay sapat na mataas na maaari silang magamit bilang isang cooling device para sa iba't ibang malalaking kagamitan. Ginagamit din ang mga ito sa paggawa ng mga tip na nakakabit sa mga probe tubes.
Ang pinakamahalagang lugar ng aplikasyon ay teknolohiya ng computer. Salamat sa nanotubes, lalo na ang mga flat display ay nilikha. Maaari silang magamit upang makabuluhang bawasanang kabuuang sukat ng computer mismo, pati na rin ang pagtaas ng teknikal na pagganap nito. Ang natapos na kagamitan ay magiging ilang beses na mas mataas kaysa sa kasalukuyang mga teknolohiya. Batay sa mga pag-aaral na ito, maaaring gumawa ng mga high-voltage na kinescope.
Sa paglipas ng panahon, ang mga tubo ay gagamitin hindi lamang sa electronics, kundi pati na rin sa mga larangang medikal at enerhiya.
Production
Carbon tubing, na ang produksyon ay ipinamamahagi sa pagitan ng dalawang uri, ay hindi pantay na ipinamamahagi.
Kaya ang mga MWNT ay kumikita ng higit pa kaysa sa mga SWNT. Ang pangalawang uri ay ginagawa sa kaso ng agarang pangangailangan. Ang iba't ibang kumpanya ay patuloy na gumagawa ng carbon nanotubes. Ngunit halos hindi sila in demand, dahil masyadong mataas ang kanilang gastos.
Mga pinuno ng produksyon
Ngayon, ang nangungunang lugar sa paggawa ng mga carbon nanotubes ay inookupahan ng mga bansang Asyano, na ang mga kakayahan sa produksyon ay 3 beses na mas mataas kaysa sa ibang mga bansa sa Europa at Amerika. Sa partikular, ang Japan ay nakikibahagi sa paggawa ng MWNT. Ngunit ang ibang mga bansa, gaya ng Korea at China, ay hindi mababa sa indicator na ito.
Produksyon sa Russia
Ang domestic production ng carbon nanotubes ay nahuhuli nang malayo sa ibang mga bansa. Sa katunayan, ang lahat ay nakasalalay sa kalidad ng pananaliksik sa lugar na ito. Hindi ito naglalaan ng sapat na mapagkukunang pinansyal upang lumikha ng mga sentrong pang-agham at teknolohikal sa bansa. Maraming tao ang hindi tumatanggap ng mga development sa larangan ng nanotechnology dahil hindi nila alam kung paano ito magagamit sa industriya. Samakatuwid, ang paglipat ng ekonomiyamedyo mahirap ang bagong landas.
Samakatuwid, ang Pangulo ng Russia ay naglabas ng isang atas, na nagpapahiwatig ng pag-unlad ng iba't ibang larangan ng nanotechnology, kabilang ang mga elemento ng carbon. Para sa mga layuning ito, nilikha ang isang espesyal na programa para sa pagbuo at paggawa ng sarili nating mga teknolohiya.
Upang matupad ang lahat ng mga punto ng order, nilikha ang kumpanyang Rosnanotech. Malaking halaga ang inilaan mula sa badyet ng estado para sa paggana nito. Siya ang dapat na kontrolin ang proseso ng pag-unlad, paggawa at pagpapakilala ng carbon nanotubes sa industriyal na globo. Ang inilalaang halaga ay gagastusin sa paglikha ng iba't ibang mga institusyong pananaliksik at mga laboratoryo, at palalakasin din ang mga umiiral na tagumpay ng mga domestic scientist. Gayundin, ang mga pondong ito ay gagamitin para bumili ng de-kalidad na kagamitan para sa paggawa ng mga carbon nanotubes. Sulit ding pangalagaan ang mga device na iyon na magpoprotekta sa kalusugan ng tao, dahil ang materyal na ito ay nagdudulot ng maraming sakit.
Tulad ng nabanggit kanina, ang buong problema ay ang paglikom ng pondo. Karamihan sa mga namumuhunan ay hindi gustong mamuhunan sa pananaliksik at pagpapaunlad, lalo na sa mahabang panahon. Ang lahat ng mga negosyante ay gustong makakita ng kita, ngunit ang nanodevelopment ay maaaring tumagal ng mga taon. Ito ang nagtataboy sa mga kinatawan ng maliliit at katamtamang laki ng mga negosyo. Bilang karagdagan, kung walang pamumuhunan ng gobyerno, hindi magiging posible na ganap na mailunsad ang produksyon ng mga nanomaterial.
Isa pang problemaay ang kakulangan ng legal na balangkas, dahil walang intermediate link sa pagitan ng iba't ibang yugto ng negosyo. Samakatuwid, ang carbon nanotubes, ang produksyon na hindi hinihiling sa Russia, ay nangangailangan ng hindi lamang pinansiyal, kundi pati na rin ang mga pamumuhunan sa isip. Sa ngayon, malayo ang Russian Federation sa mga bansang Asyano, na nangunguna sa pagbuo ng nanotechnology.
Ngayon, ang mga pagpapaunlad sa industriyang ito ay isinasagawa sa mga departamento ng kemikal ng iba't ibang unibersidad sa Moscow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk at Kazan. Ang mga nangungunang tagagawa ng carbon nanotube ay ang kumpanya ng Granat at ang planta ng Komsomolets sa Tambov.
Mabuti at masamang panig
Kabilang sa mga pakinabang ay ang mga espesyal na katangian ng carbon nanotubes. Ang mga ito ay isang matibay na materyal na hindi bumagsak sa ilalim ng impluwensya ng mga mekanikal na impluwensya. Bilang karagdagan, mahusay silang gumagana para sa baluktot at pag-uunat. Ito ay ginawang posible sa pamamagitan ng saradong istraktura ng frame. Ang kanilang aplikasyon ay hindi limitado sa isang industriya. Ang mga tubo ay ginagamit sa automotive, electronics, gamot at enerhiya.
Ang malaking kawalan ay ang negatibong epekto sa kalusugan ng tao.
Ang mga particle ng nanotubes, na pumapasok sa katawan ng tao, ay humahantong sa paglitaw ng mga malignant na tumor at cancer.
Ang mahalagang bahagi ay ang pagpopondo ng industriyang ito. Maraming mga tao ang ayaw mamuhunan sa agham, dahil ito ay tumatagal ng mahabang panahon upang kumita. At nang walang paggana ng mga laboratoryo ng pananaliksik, ang pagbuo ng nanotechnologyimposible.
Konklusyon
Ang mga carbon nanotube ay may mahalagang papel sa mga makabagong teknolohiya. Hinuhulaan ng maraming eksperto ang paglago ng industriyang ito sa mga darating na taon. Magkakaroon ng makabuluhang pagtaas sa mga kakayahan sa produksyon, na hahantong sa pagbaba sa halaga ng mga kalakal. Sa pagbaba ng presyo, malaki ang pangangailangan ng mga tubo, at magiging isang kailangang-kailangan na materyal para sa maraming device at kagamitan.
Kaya, nalaman namin kung ano ang mga produktong ito.
