Energie is 'n belangrike industrie wat 'n groot rol in die menslike lewe speel. Die energietoestand van die land hang af van die werk van baie wetenskaplikes op hierdie gebied. Vandag soek hulle alternatiewe energiebronne. Vir hierdie doeleindes is hulle gereed om enigiets te gebruik, begin met sonlig en water, wat eindig met die energie van lug. Toerusting wat energie uit die omgewing kan opwek, word hoog op prys gestel.
Algemene inligting
Koolstof-nanobuise is verlengde gerolde grafietvlakke met 'n silindriese vorm. As 'n reël bereik hul dikte 'n paar tientalle nanometer, met 'n lengte van 'n paar sentimeter. Aan die einde van die nanobuise word 'n bolvormige kop gevorm, wat een van die dele van die fullereen is.
Daar is twee tipes koolstofnanobuise: metaal en halfgeleier. Hul belangrikste verskil is die geleidingsvermoë van die stroom. Die eerste tipe kan stroom gelei by 'n temperatuur gelyk aan 0ºС, en die tweede - slegs by verhoogde temperature.
Koolstof-nanobuise: eienskappe
Meestemoderne gebiede, soos toegepaste chemie of nanotegnologie, word geassosieer met nanobuise, wat 'n koolstofraamstruktuur het. Wat dit is? Hierdie struktuur verwys na groot molekules wat slegs deur koolstofatome aan mekaar gekoppel is. Koolstof-nanobuise, waarvan die eienskappe op 'n geslote dop gebaseer is, word hoog aangeslaan. Daarbenewens het hierdie formasies 'n silindriese vorm. Sulke buise kan verkry word deur 'n grafietvel te vou, of uit 'n sekere katalisator te groei. Koolstof-nanobuise, waarvan foto's hieronder aangebied word, het 'n ongewone struktuur.
Hulle kom in verskillende vorms en groottes: enkellae en meerlagige, reguit en kronkelend. Ten spyte van die feit dat nanobuise redelik broos lyk, is dit 'n sterk materiaal. As gevolg van baie studies is gevind dat hulle eienskappe het soos strek en buig. Onder die werking van ernstige meganiese ladings skeur of breek die elemente nie, dit wil sê hulle kan by verskillende spannings aanpas.
toksisiteit
As gevolg van veelvuldige studies, is gevind dat koolstofnanobuise dieselfde probleme as asbesvesels kan veroorsaak, dit wil sê dat verskeie kwaadaardige gewasse voorkom, sowel as longkanker. Die mate van negatiewe impak van asbes hang af van die tipe en dikte van sy vesels. Aangesien koolstofnanobuisies klein is in gewig en grootte, gaan hulle maklik die menslike liggaam binne met lug. Verder gaan hulle die pleura binne en gaan die bors binne, en mettertydverskeie komplikasies veroorsaak. Wetenskaplikes het 'n eksperiment uitgevoer en deeltjies van nanobuise by die kos van muise gevoeg. Produkte van klein deursnee het feitlik nie in die liggaam vertoef nie, maar groteres het in die mure van die maag ingegrawe en verskeie siektes veroorsaak.
Kry metodes
Vandag is daar die volgende metodes om koolstofnanobuise te verkry: booglading, ablasie, dampneerslag.
Elektriese boogontlading. Verkry (koolstof nanobuise word in hierdie artikel beskryf) in 'n plasma van elektriese lading, wat brand met die gebruik van helium. So 'n proses kan uitgevoer word met behulp van spesiale tegniese toerusting vir die vervaardiging van fullerene. Maar met hierdie metode word ander maniere van boogbrand gebruik. Die stroomdigtheid word byvoorbeeld verminder, en katodes van enorme dikte word ook gebruik. Om 'n atmosfeer van helium te skep, is dit nodig om die druk van hierdie chemiese element te verhoog. Koolstof nanobuise word verkry deur sputtering. Om hul getal te verhoog, is dit nodig om 'n katalisator in die grafietstaaf in te voer. Meestal is dit 'n mengsel van verskillende metaalgroepe. Verder is daar 'n verandering in druk en metode van bespuiting. Sodoende word 'n katodiese afsetting verkry, waar koolstofnanobuise gevorm word. Voltooide produkte groei loodreg op die katode en word in bondels versamel. Hulle is 40 µm lank.
Ablasie. Hierdie metode is deur Richard Smalley uitgevind. Die essensie daarvan is om verskillende grafietoppervlaktes te verdamp in 'n reaktor wat by hoë temperature werk. Koolstof nanobuise word gevorm as gevolg van die verdamping van grafiet op die bodemdele van die reaktor.
Hulle word afgekoel en met 'n verkoelende oppervlak opgevang. As die aantal elemente in die eerste geval gelyk was aan 60%, dan het die syfer met hierdie metode met 10% toegeneem. Die koste van die laser-absolasiemetode is duurder as al die ander. As 'n reël word enkelwandige nanobuise verkry deur die reaksietemperatuur te verander.
Afsetting vanaf die gasfase. Die koolstofdampneerslagmetode is in die laat 50's uitgevind. Maar niemand het eers gedink dat koolstofnanobuise daarmee verkry kan word nie. Dus, eers moet u die oppervlak met 'n katalisator voorberei. Klein deeltjies van verskillende metale, byvoorbeeld kob alt, nikkel en vele ander, kan as dit dien. Nanobuise begin uit die katalisatorbed te voorskyn kom. Hul dikte hang direk af van die grootte van die kataliserende metaal. Die oppervlak word tot hoë temperature verhit, en dan word 'n gas wat koolstof bevat, voorsien. Onder hulle is metaan, asetileen, etanol, ens. Ammoniak dien as 'n bykomende tegniese gas. Hierdie metode om nanobuise te verkry is die algemeenste. Die proses self vind plaas in verskeie industriële ondernemings, waardeur minder finansiële hulpbronne bestee word vir die vervaardiging van 'n groot aantal buise. Nog 'n voordeel van hierdie metode is dat vertikale elemente verkry kan word uit enige metaaldeeltjies wat as 'n katalisator dien. Verkryging (koolstofnanobuise word van alle kante beskryf) het moontlik geword danksy die navorsing van Suomi Iijima, watonder 'n mikroskoop waargeneem vir hul voorkoms as gevolg van koolstofsintese.
Hoofspesie
Koolstofelemente word volgens die aantal lae geklassifiseer. Die eenvoudigste tipe is enkelwandige koolstofnanobuise. Elkeen van hulle het 'n dikte van ongeveer 1 nm, en hul lengte kan baie langer wees. As ons die struktuur in ag neem, lyk die produk soos om grafiet met 'n seskantige rooster toe te draai. Aan sy bopunte is koolstofatome. Die buis het dus die vorm van 'n silinder, wat geen nate het nie. Die boonste gedeelte van die toestelle is toegemaak met deksels wat uit fullereenmolekules bestaan.
Die volgende aansig is multilaag koolstof-nanobuise. Hulle bestaan uit verskeie lae grafiet, wat in 'n silindervorm gevou word.’n Afstand van 0,34 nm word tussen hulle gehandhaaf. 'n Struktuur van hierdie tipe word op twee maniere beskryf. Volgens die eerste is meerlaagbuise verskeie enkellaagbuise wat in mekaar geneste is, wat soos 'n nespop lyk. Volgens die tweede is multilaag nanobuise 'n vel grafiet wat verskeie kere om homself draai, wat soos 'n gevoude koerant lyk.
Koolstof-nanobuise: toepassings
Elemente is 'n absolute nuwe verteenwoordiger van die klas nanomateriale.
Soos vroeër genoem, het hulle 'n raamstruktuur, wat in eienskappe van grafiet of diamant verskil. Dit is hoekom hulle baie meer dikwels as ander materiale gebruik word.
As gevolg van sy kenmerke soos sterkte, buiging, geleidingsvermoë, word dit in baie velde gebruik:
- as bymiddels vir polimere;
- katalisator vir beligtingstoestelle, sowel as platpaneelskerms en selfone in telekommunikasienetwerke;
- as 'n elektromagnetiese golfabsorbeerder;
- vir energie-omskakeling;
- vervaardiging van anodes in verskeie tipes batterye;
- waterstofberging;
- vervaardiging van sensors en kapasitors;
- produksie van komposiete en versterking van hul struktuur en eienskappe.
Koolstofnanobuise, waarvan die toepassing nie tot een spesifieke industrie beperk is nie, word al vir baie jare in wetenskaplike navorsing gebruik. Sulke materiaal het 'n swak posisie in die mark, aangesien daar probleme met grootskaalse produksie is. Nog 'n belangrike punt is die hoë koste van koolstofnanobuise, wat ongeveer $120 per gram van so 'n stof is.
Hulle word gebruik as 'n basiese element vir die vervaardiging van baie komposiete, wat gebruik word om baie sportgoedere te maak. Nog 'n bedryf is die motorbedryf. Die funksionalisering van koolstofnanobuise in hierdie area word verminder om polimere met geleidende eienskappe te gee.
Die termiese geleidingsvermoë van nanobuise is hoog genoeg dat hulle as 'n verkoelingstoestel vir verskeie massiewe toerusting gebruik kan word. Hulle word ook gebruik om punte te maak wat aan die sondebuisies vasgemaak word.
Die belangrikste toepassingsarea is rekenaartegnologie. Danksy nanobuise word veral plat skerms geskep. Hulle kan gebruik word om aansienlik te verminderdie algehele afmetings van die rekenaar self, sowel as verhoog sy tegniese werkverrigting. Die voltooide toerusting sal 'n paar keer beter wees as die huidige tegnologie. Op grond van hierdie studies kan hoëspanning-kineskope geskep word.
Bype sal mettertyd nie net in elektronika gebruik word nie, maar ook in mediese en energievelde.
Production
Koolstofbuis, waarvan die produksie tussen die twee tipes versprei is, is oneweredig versprei.
So MWNT'e maak baie meer as SWNT'e. Die tweede tipe word gedoen in geval van dringende behoefte. Verskeie maatskappye vervaardig voortdurend koolstofnanobuise. Maar hulle is feitlik nie in aanvraag nie, aangesien hul koste te hoog is.
Produksieleiers
Vandag word die voorste plek in die vervaardiging van koolstofnanobuise beklee deur Asiatiese lande, wie se produksievermoë 3 keer hoër is as in ander lande van Europa en Amerika. Japan is veral besig met die vervaardiging van MWNT. Maar ander lande, soos Korea en China, is nie minderwaardig in hierdie aanwyser nie.
Produksie in Rusland
Binnelandse produksie van koolstofnanobuise is ver agter ander lande. Trouens, dit hang alles af van die kwaliteit van die navorsing op hierdie gebied. Dit ken nie genoeg finansiële hulpbronne toe om wetenskaplike en tegnologiese sentrums in die land te skep nie. Baie mense aanvaar nie ontwikkelings op die gebied van nanotegnologie nie omdat hulle nie weet hoe dit in die industrie gebruik kan word nie. Daarom is die oorgang van die ekonomiedie nuwe pad is nogal moeilik.
Daarom het die president van Rusland 'n dekreet uitgereik wat die ontwikkeling van verskeie gebiede van nanotegnologie aandui, insluitend koolstofelemente. Vir hierdie doeleindes is 'n spesiale program vir die ontwikkeling en vervaardiging van ons eie tegnologieë geskep.
Om al die punte van die bestelling te vervul, is die Rosnanotech-maatskappy geskep. 'n Beduidende bedrag is uit die staatsbegroting vir die funksionering daarvan bewillig. Dit is sy wat die proses van ontwikkeling, produksie en bekendstelling van koolstofnanobuise in die industriële sfeer moet beheer. Die toegekende bedrag sal bestee word aan die skepping van verskeie navorsingsinstitute en laboratoriums, en sal ook die bestaande prestasies van huishoudelike wetenskaplikes versterk. Hierdie fondse sal ook gebruik word om toerusting van hoë geh alte vir die vervaardiging van koolstofnanobuise aan te koop. Dit is ook die moeite werd om te sorg vir daardie toestelle wat menslike gesondheid sal beskerm, aangesien hierdie materiaal baie siektes veroorsaak.
Soos vroeër genoem, is die hele probleem om fondse in te samel. Die meeste beleggers wil nie in navorsing en ontwikkeling belê nie, veral vir 'n lang tyd. Alle sakemanne wil wins sien, maar nano-ontwikkeling kan jare neem. Dit is wat verteenwoordigers van klein en mediumgrootte ondernemings afstoot. Boonop sal dit nie moontlik wees om die vervaardiging van nanomateriale ten volle te loods sonder staatsbelegging nie.
Nog 'n probleemis die gebrek aan 'n wetlike raamwerk, aangesien daar geen intermediêre verband tussen verskillende stadiums van besigheid is nie. Daarom vereis koolstofnanobuise, waarvan die produksie nie in Rusland in aanvraag is nie, nie net finansiële nie, maar ook geestelike beleggings. Tot dusver is die Russiese Federasie ver van Asiatiese lande, wat voorloper is in die ontwikkeling van nanotegnologie.
Vandag word ontwikkelings in hierdie bedryf by die chemiese departemente van verskeie universiteite in Moskou, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk en Kazan uitgevoer. Die voorste vervaardigers van koolstofnanobuise is die Granat-maatskappy en die Komsomolets-aanleg in Tambov.
Goeie en slegte kante
Onder die voordele is die spesiale eienskappe van koolstofnanobuise. Hulle is 'n duursame materiaal wat nie ineenstort onder die invloed van meganiese invloede nie. Daarbenewens werk hulle goed om te buig en strek. Dit word moontlik gemaak deur die geslote raamstruktuur. Hul toepassing is nie beperk tot een bedryf nie. Die buise word in motor, elektronika, medisyne en energie gebruik.
'n Groot nadeel is die negatiewe impak op menslike gesondheid.
Deeltjies van nanobuise wat die menslike liggaam binnedring, lei tot die opkoms van kwaadaardige gewasse en kanker.
Die noodsaaklike kant is die finansiering van hierdie bedryf. Baie mense wil nie in wetenskap belê nie, want dit neem lank om wins te maak. En sonder die funksionering van navorsingslaboratoriums, die ontwikkeling van nanotegnologieonmoontlik.
Gevolgtrekking
Koolstof-nanobuise speel 'n belangrike rol in innoverende tegnologieë. Baie kenners voorspel die groei van hierdie bedryf in die komende jare. Daar sal 'n aansienlike toename in produksievermoëns wees, wat sal lei tot 'n afname in die koste van goedere. Met die prys wat daal, sal buise in groot aanvraag wees, en sal 'n onontbeerlike materiaal vir baie toestelle en toerusting word.
So, ons het uitgevind wat hierdie produkte is.
