Các ống nano carbon: sản xuất, sử dụng, tài sản

Năng lượng là một ngành công nghiệp quan trọng, đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người. Các trạng thái năng lượng của một quốc gia phụ thuộc vào công việc của nhiều nhà khoa học trong ngành. Hôm nay, họ đang tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế. Đối với những mục đích này, họ sẵn sàng sử dụng bất cứ điều gì, từ ánh sáng mặt trời và nước, kết thúc với sức mạnh không quân. Thiết bị có khả năng tạo ra năng lượng từ môi trường, được rất nhiều đánh giá cao.

Tổng quan

Các ống nano carbon - một máy bay graphite cán dài với một hình dạng hình trụ. Thông thường, độ dày của họ đạt đến vài chục nanomet đến vài cm dài. Vào cuối của ống nano tạo thành một đầu cầu mà là một phần của fullerene.

Có một số loại ống nano carbon: kim loại và bán dẫn. Sự khác biệt chính là độ dẫn hiện hành. Loại thứ nhất có thể tiến hành hiện tại ở nhiệt độ từ 0 ° C, và lần thứ hai - chỉ ở nhiệt độ cao.

Ống nano cacbon: tính

Hầu hết các xu hướng hiện đại như Applied Chemistry hoặc công nghệ nano, liên kết với các ống nano có một cấu trúc xương carbon. nó là gì? Theo cấu trúc này đề cập đến các phân tử lớn, đó là kết nối với nhau chỉ nguyên tử carbon. Các ống nano carbon, mà là dựa trên các tính chất của hình thức vỏ khép kín, được đánh giá cao. Bên cạnh đó, hình thành dữ liệu của hình trụ. ống này có thể được điều chế bằng cách lăn tấm graphite, hoặc là để phát triển từ một chất xúc tác cụ thể. Các ống nano carbon, mà hình ảnh được hiển thị dưới đây, có một cấu trúc bất thường. Họ có hình dạng khác nhau và kích cỡ: đơn lớp và đa lớp, thẳng và uốn lượn. Mặc dù thực tế rằng các ống nano là khá mong manh, họ là những chất liệu bền. Kết quả là, nhiều nghiên cứu đã phát hiện ra rằng họ là tài sản vốn có như độ bền kéo và độ bền uốn. Dưới tác động của căng thẳng cơ khí nặng, các yếu tố không vội vàng và không phá vỡ, có nghĩa là, có thể điều chỉnh để điện áp khác nhau.

tính độc

Theo kết quả của nhiều cuộc điều tra, chúng tôi thấy rằng các ống nano carbon có thể gây ra những vấn đề tương tự như sợi amiăng, ví dụ: có một loạt các khối u ác tính cũng như ung thư phổi. Mức độ ảnh hưởng tiêu cực của amiăng phụ thuộc vào loại và độ dày của sợi của nó. Bởi vì các ống nano carbon có trọng lượng nhỏ và kích thước, họ dễ dàng đi vào cơ thể cùng với không khí. Hơn nữa, họ rơi vào màng phổi và được bao gồm trong ngực, và cuối cùng gây ra nhiều biến chứng. Các nhà khoa học đã tiến hành một thử nghiệm và bổ sung vào thức ăn của các hạt chuột ống nano. Sản phẩm có đường kính nhỏ gần như đã không ở lại trong cơ thể, nhưng lớn hơn - đào vào các bức tường của dạ dày và gây ra các bệnh khác nhau.

phương pháp chuẩn bị

Cho đến nay, có những phương pháp sau đây để sản xuất ống nano carbon phụ trách hồ quang, cắt bỏ, lắng đọng hơi.

bằng tia lửa điện. Chuẩn bị (ống nano carbon được mô tả trong bài viết này) trong huyết tương của các điện tích, mà bỏng với heli. Quá trình này có thể được thực hiện bằng thiết bị kỹ thuật đặc biệt để sản xuất fullerene. Nhưng chế độ hồ quang khác được sử dụng trong phương pháp này. Ví dụ, mật độ dòng giảm, và cathodes sử dụng độ dày rất lớn. Để tạo một bầu không khí heli là cần thiết để tăng áp lực của yếu tố này. Ống nano cacbon thu được bằng cách phun. Đó là số của họ đã tăng lên, bạn phải tham gia vào một chất xúc tác thanh graphite. Trong hầu hết các trường hợp, một hỗn hợp của các nhóm khác nhau của kim loại. Hơn nữa, có một thay đổi áp suất và phương pháp phún xạ. Do đó, một viên cathode, và trong đó các ống nano carbon được hình thành. Thành phẩm đang tăng lên vuông góc từ cathode và tổng hợp theo bó. Họ có một chiều dài 40 micron.

Ablyasatsiya. một phương pháp như vậy được phát minh bởi Richard Smalley. bản chất của nó nằm trong thực tế rằng bề mặt bốc hơi graphite khác nhau trong một lò phản ứng, hoạt động ở nhiệt độ cao. Các ống nano carbon được hình thành bởi sự bay hơi của graphite ở phần dưới của lò phản ứng. Làm mát và thu thập chúng diễn ra bằng phương tiện của một bề mặt làm mát. Trong trường hợp đầu tiên, số lượng các yếu tố tương đương với 60%, sau đó trong phương pháp này con số tăng 10%. Chi phí của phương pháp absolyatsii laser là đắt hơn so với tất cả những người khác. Nói chung, đơn vách ống nano chuẩn bị bằng cách thay đổi nhiệt độ phản ứng.

Sự lắng đọng từ pha khí. carbon phương pháp lắng đọng hơi được phát minh vào cuối những năm 50. Nhưng không ai có thể đoán trước đó bằng phương tiện của nó có thể để có được các ống nano carbon. Vì vậy, trước tiên bạn cần phải chuẩn bị bề mặt của chất xúc tác. Vì nó có thể hạt li ti của các kim loại khác nhau, ví dụ, coban, niken và những người khác. Ống nano đang bắt đầu nổi lên từ lớp chất xúc tác. độ dày của họ phụ thuộc vào kích thước của xúc tác kim loại. Bề mặt được đun nóng đến nhiệt độ cao, và sau đó là cung cấp carbon khí chứa. Trong số đó, - .., Methane, atsetelen, ethanol, vv Là một khí quá trình tiếp tục là amoniac. phương pháp sản xuất này là các ống nano phổ biến nhất. Quá trình tự diễn ra tại các doanh nghiệp công nghiệp khác nhau, do đó ít tiền được chi cho việc sản xuất một số lượng lớn các ống. Một ưu điểm khác của phương pháp này là các thành viên dọc có thể được lấy từ bất kỳ các hạt kim loại đóng vai trò như chất xúc tác. Chuẩn bị (ống nano carbon được mô tả trên tất cả các bên) thực hiện nhờ nghiên cứu Suomi Iijima, người quan sát dưới kính hiển vi cho sự xuất hiện của họ là kết quả của quá trình tổng hợp của carbon.

Các loại chính của

yếu tố carbon được phân loại theo số lượng lớp. Các loại đơn giản nhất - các ống nano carbon đơn vách. Mỗi trong số họ có độ dày khoảng 1 nm, và thời gian của họ có thể lớn hơn nhiều. Nếu chúng ta xem xét cơ cấu, sản phẩm trông giống như bọc graphite sử dụng một mạng lưới hình lục giác. Trong đỉnh của nó nằm nguyên tử cacbon. Do đó, các ống có hình dạng hình trụ, mà không có đường may. Phần trên đóng thiết bị nắp bao gồm các phân tử fullerene.

Xem tiếp - ống nano carbon multiwall. Họ bao gồm một số lớp graphite được xếp chồng lên nhau trong hình dạng của một hình trụ. Các therebetween khoảng cách được duy trì ở mức 0,34 nm. Cấu trúc của loại hình này được mô tả bằng hai phương pháp. Vào ngày đầu tiên, nhiều ống - một vài lồng ống đơn tường trông giống như một con búp bê Nga. Trong một giây, các ống nano đa vách là tấm graphite được bao bọc nhiều lần xung quanh chính nó, mà là tương tự như một tờ báo gấp.

Các ống nano carbon: ứng dụng

Items là thành viên mới toanh của lớp vật liệu nano. Như đã đề cập trước đó, họ có một cấu trúc thịt mà khác với các thuộc tính của graphite hoặc kim cương. do đó nó được sử dụng thường xuyên hơn các vật liệu khác.

Do đặc điểm như độ bền kéo, độ bền uốn, độ dẫn, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực:

• như phụ gia cho polyme;
• chất xúc tác cho các thiết bị chiếu sáng, cũng như màn hình phẳng và điện thoại di động trong các mạng viễn thông;
• như một chất hấp thụ sóng điện từ;
• chuyển đổi năng lượng;
• cực dương trong các loại pin khác nhau;
• Lưu trữ hydro;
• sản xuất cảm biến và tụ;
• sản xuất vật liệu tổng hợp và khuếch đại của cấu trúc và tính chất của chúng.

Trong nhiều năm, các ống nano carbon, việc sử dụng mà không bị giới hạn vào một ngành công nghiệp đặc biệt, được sử dụng trong nghiên cứu khoa học. tài liệu như vậy có một vị trí yếu trên thị trường, như có vấn đề với sản xuất quy mô lớn. Một điểm quan trọng là chi phí cao của các ống nano carbon, đó là khoảng 120 đô la cho mỗi một gam chất.

Chúng được sử dụng như một yếu tố cơ bản để sản xuất nhiều vật liệu tổng hợp, được sử dụng để làm nhiều mặt hàng thể thao. Một -avtomobilestroenie ngành công nghiệp. Functionalization của ống nano carbon trong nghệ thuật được giảm xuống phú cho polyme thuộc tính dẫn điện.

Hệ số dẫn nhiệt của ống nano là đủ cao, để họ có thể được sử dụng như một thiết bị làm mát cho thiết bị khổng lồ khác nhau. Ngoài ra họ đã thực hiện mũ được gắn vào đường ống thăm dò.

Các ứng dụng chi nhánh quan trọng nhất bao gồm công nghệ máy tính. ống nano do đặc biệt màn hình phẳng. Với sự giúp đỡ của họ, bạn có thể làm giảm đáng kể kích thước của máy tính, cũng như để tăng hiệu suất kỹ thuật của nó. thiết bị sẵn sàng sẽ được nhiều lần hơn so với công nghệ hiện nay. Trên cơ sở những nghiên cứu này, bạn có thể tạo-kinescopes cao.

Theo thời gian, các ống sẽ được sử dụng không chỉ trong ngành điện tử, mà còn các lĩnh vực y tế và năng lượng.

sản xuất

ống carbon, sản xuất được phân phối giữa hai loại trong số họ, phân bố đều. Tức là, MWNT sản xuất nhiều hơn SWNT. Loại thứ hai của việc phải làm trong trường hợp khẩn cấp. các công ty khác nhau liên tục tạo ra các ống nano carbon. Tuy nhiên, nhu cầu thực tế họ không sử dụng, bởi vì họ có giá quá cao.

sản xuất các nhà lãnh đạo

Hiện nay, vị trí dẫn đầu trong việc sản xuất các ống nano cacbon chiếm đóng các nước châu Á, năng lực sản xuất mà là cao hơn so với các nước khác của châu Âu và Mỹ cao hơn 3 lần. Đặc biệt, việc sản xuất của MWNT là tham gia vào Nhật Bản. Nhưng các nước khác, chẳng hạn như Hàn Quốc và Trung Quốc, đã không thừa nhận trong chỉ số này.

Sản xuất ở Nga

sản xuất trong nước của các ống nano carbon là xa phía sau các nước khác. Trong thực tế, tất cả mọi thứ phụ thuộc vào chất lượng của các nghiên cứu trong lĩnh vực này. Không được phân bổ đủ vốn cho sự phát triển của các trung tâm khoa học và công nghệ trong cả nước. Nhiều người không nhận thức được sự phát triển của công nghệ nano, bởi vì tôi không biết làm thế nào nó có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp. Do đó, việc chuyển đổi sang một nền kinh tế đường mòn mới chạy là khá khó khăn.

Do đó, Tổng thống Nga đã ban hành một sắc lệnh, trong đó đặt ra sự phát triển của khu vực khác nhau của công nghệ nano, bao gồm các yếu tố cacbon. Với mục đích này, một chương trình phát triển đặc biệt được tạo ra để sản xuất riêng của họ công nghệ. Công ty "Công nghệ nano" đã được tạo ra để tất cả các điểm theo thứ tự đã được thực hiện ,. chức năng của nó được phân bổ một số lượng đáng kể từ ngân sách nhà nước. Đó là cô ai sẽ kiểm soát việc thiết kế, sản xuất và thực hiện trong các ứng dụng công nghiệp của các ống nano carbon. Lượng phân bổ chi cho sự phát triển của các viện nghiên cứu khác nhau và các phòng thí nghiệm, cũng như góp phần tăng cường những thành tựu hiện tại của các nhà khoa học trong nước. Ngoài ra, các quỹ này sẽ được sử dụng để mua các thiết bị chất lượng cao để sản xuất các ống nano carbon. Nó cũng nên chăm sóc của các thiết bị đó sẽ bảo vệ sức khỏe con người, vì vật liệu gây ra nhiều loại bệnh.

Như đã đề cập trước đây, toàn bộ vấn đề nằm ở việc huy động vốn. Hầu hết các nhà đầu tư không muốn đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, đặc biệt là trong một thời gian dài. Tất cả các doanh nghiệp muốn nhìn thấy lợi nhuận, nhưng Nano-có thể đi trong nhiều năm. Đó là những gì đẩy các đại diện của các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Bên cạnh đó, mà không cần đầu tư công sẽ không bắt đầu hoàn toàn sản xuất vật liệu nano. Một vấn đề khác là thiếu cơ sở pháp lý, vì không có trung gian giữa các giai đoạn khác nhau của doanh nghiệp. Do đó, việc sản xuất ống nano cacbon ở Nga, mà không tuyên bố, đòi hỏi không chỉ tài chính, mà còn đầu tư tâm thần. Trong khi Liên bang Nga là xa từ các nước châu Á đang dẫn đầu trong việc phát triển công nghệ nano.

Cho đến nay, sự phát triển trong ngành công nghiệp tham gia vào các bộ phận hóa học của các trường đại học khác nhau của Moscow, Tambov, St Petersburg, Novosibirsk và Kazan. Các nhà sản xuất hàng đầu của ống nano cacbon là công ty "Garnet" và Tambov cây "Komsomolets".

khía cạnh tích cực và tiêu cực

Trong số những lợi thế chúng ta có thể phân biệt các tính chất đặc biệt của các ống nano carbon. Họ là một loại vật liệu bền, đó là do ảnh hưởng của áp lực cơ học không bị phá hủy. Ngoài ra, họ làm việc tốt trong uốn và kéo dài. Điều này có thể được thực hiện do cấu trúc khép kín của khung. sử dụng của họ không được giới hạn trong một khu vực. Các ống đã được sử dụng trong ô tô, điện tử, y tế và năng lượng.

nhược điểm rất lớn là tác động tiêu cực đối với sức khỏe con người. Hạt nano vào cơ thể con người, làm phát sinh các khối u ác tính và ung thư.

Một khía cạnh quan trọng là các nguồn tài chính của lĩnh vực này. Nhiều người không muốn đầu tư vào khoa học, như bạn cần nhiều thời gian để kiếm lời. Và không có chức năng phòng thí nghiệm nghiên cứu không thể là sự phát triển của công nghệ nano.

phần kết luận

Các ống nano carbon đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ tiên tiến. Nhiều chuyên gia dự đoán sự phát triển của ngành công nghiệp này trong những năm tới. Sẽ có một sự gia tăng đáng kể trong năng lực sản xuất, mà sẽ làm giảm chi phí của hàng hoá. Với việc giảm giá, các ống sẽ có nhu cầu rất lớn, và sẽ trở thành một vật liệu không thể thay thế cho nhiều thiết bị và thiết bị.

Vì vậy, chúng tôi phát hiện ra những gì tạo nên các sản phẩm này.