Въглеродните нанотръби: производство, употреба, свойства

Енергетиката е една индустрия, която играе важна роля в живота на човека. Състоянието на енергия на една страна зависи от работата на много учени в бранша. Днес те търсят алтернативни източници на енергия. За тази цел те са готови да използвате всичко, от слънчева светлина и вода, за довършителни работи с въздушни сили. Оборудването, което е в състояние да генерира енергия от околната среда, е много оценявам.

Преглед

Въглеродните нанотръби - дълъг валцуваните графит самолет с цилиндрична форма. Обикновено дебелината им достига няколко десетки нанометра до няколко сантиметра дълги. В края на нанотръба образува сферична глава, която е една част от фулерен.

Има някои видове въглеродни нанотръби: метални и полупроводников. Основната разлика е в текущата проводимост. Първият вид може да провежда ток при температура от 0 ° С, а втората - само при повишени температури.

Въглеродните нанотръби: свойства

Повечето съвременни тенденции като приложна химия или нанотехнологии, свързани с нанотръби, които имат въглероден скелетната структура. Какво е това? Съгласно тази конструкция се отнася до големи молекули, които са свързани помежду си само въглеродни атоми. Въглеродните нанотръби, които се основават на свойствата на формата на затворена обвивка, са високо ценени. Освен това, образуването на данните са с цилиндрична форма. Тези тръби могат да бъдат получени чрез валцоване графитни листи или да растат от специфичен катализатор. Въглеродните нанотръби, които снимки са показани по-долу, са с интересна структура. Те се предлагат в различни форми и размери: еднослойни и многослойни, прави и криволичещи. Въпреки факта, че нанотръбичките са доста крехки, те са най-силният материал. В резултат на това много изследвания са установили, че те са присъщи свойства като якост на опън и якост на огъване. Под действието на тежка механичен стрес, елементите не бързат и не се счупят, това е, може да се адаптира към различни напрежения.

токсичност

В резултат на многобройни изследвания, беше установено, че въглеродни нанотръби могат да причинят същите проблеми като азбестови влакна, т.е. с различни злокачествени тумори, както и рак на белия дроб. Степента на неблагоприятно влияние на азбест, зависи от вида и дебелината на влакната. Защото въглеродни нанотръби имат малък размер и тегло, те лесно навлизат в организма заедно с въздуха. Освен това, те попадат в плеврата и са включени в гръдния кош, и в крайна сметка да доведе до различни усложнения. Учените провеждат експеримент и се добавят към храната на мишки частици нанотръби. Продукти с малък диаметър почти не остават в тялото, но по-големи - забиха в стените на стомаха и да предизвика различни заболявания.

методи за получаване

Към днешна дата, са следните методи за получаване на въглеродни нанотръби дъга заряд, аблация, отлагане на пари.

Електрически разряд. Получаване на (въглеродни нанотръби са описани в тази статия) в плазмата на електрическия заряд, който гори с хелий. Такъв процес може да се извърши с помощта на специални технически средства за производство на фулерени. Но други видове дъга се използват в този метод. Например, плътността на тока намалява и катоди, използвани огромни дебелини. За да се създаде атмосфера на хелий е необходимо да се повиши налягането на този елемент. Въглеродните нанотръби получени чрез напръскване. Това броят им се е увеличил, трябва да влиза в катализатор графит прът. В повечето случаи, смес от различни групи от метал. Освен това, има промяна в налягането и метод за разпрашаване. Така катод пелети, при което се образуват нанотръби въглеродните. Готовите продукти се покачват перпендикулярно от катода и се събират в пакети. Те имат дължина от 40 микрона.

Ablyasatsiya. Такъв метод е изобретен от Ричард Smalley. Същността му се състои в това, че различните повърхност изпари графит в реактор, работещ при високи температури. Въглеродните нанотръби са образувани чрез изпаряване на графит в долната част на реактора. Охлаждане и събиране на тях се извършва с помощта на охлаждаща повърхност. В първия случай, броят на елементите, е равно на 60%, след това в този метод цифра се увеличи с 10%. Цената на лазерна absolyatsii метод е по-скъпо от всички останали. Обикновено, единични стени нанотръби получени чрез промяна на температурата на реакцията.

Отлагането от газовата фаза. метод въглероден отлагане на пари е изобретен в края на 50. Но никой не би могъл да предвиди, че с помощта на това е възможно да се получи въглеродни нанотръби. Така че, първо трябва да се подготви повърхността на катализатора. Както може да бъде фини частици от различни метали, например, кобалт, никел и др. Нанотръби започват да се появяват от катализаторния слой. Дебелината им зависи от размера на катализиращ метал. Повърхността се нагрява до висока температура, и след това има доставка на газ, съдържащ въглерод. Сред тях, - .., метан, atsetelen, етанол и др Като допълнителен технологичен газ е амоняк. Този метод на производство е най-често срещаните нанотръби. Самият процес се извършва в различни промишлени предприятия, така че по-малко пари се харчат за производството на голям брой тръби. Друго предимство на този метод е, че вертикалните елементи могат да бъдат получени от метални частици, които служат като катализатор. Получаване на (въглеродни нанотръби са описани от всички страни) стана възможно благодарение на изследвания Суоми Ииджима, който наблюдава под микроскоп за появата им в резултат на синтеза на въглерод.

Основните видове

Въглеродните елемента се класифицират в зависимост от броя на слоевете. Най-простият вид - едностенни въглеродни нанотръби. Всеки от тях има дебелина от около 1 пМ, и тяхната дължина може да бъде много по-голяма. Ако разгледаме структурата, продуктът изглежда като графит обвивка с помощта на шестоъгълна решетка. В своите върхове намира въглерода. Така, тръбата има цилиндрична форма, която няма шевове. Горната част затваря капаци устройства, състоящи се от фулерен молекули.

Следващ изглед - многостенни въглеродни нанотръби. Те се състоят от няколко слоя графит, които са подредени във формата на цилиндър. между тях на разстояние се поддържа при 0.34 пМ. Структурата на този тип са описани с помощта на два метода. На първо място, мулти-тръба - няколко вложени тръба единична стена, която прилича на руската кукла. Във втората, мулти-стени нанотръби са графит лист, който се увива няколко пъти около себе си, което е подобно на един сгънат вестник.

Въглеродните нанотръби: приложения

Предмети са чисто нов член на класа на наноматериали. Както вече споменахме, те имат структура труп, който се различава от свойствата на графит или диамант. Поради това се използва по-често в сравнение с други материали.

Благодарение на тези характеристики като якост на опън, якост на огъване, проводимост, се използват в много области:

• като добавки към полимери;
• катализатор за осветителни устройства, както и дисплеи с плосък екран и мобилни телефони в телекомуникационни мрежи;
• като абсорбер на електромагнитни вълни;
• преобразуване на енергията;
• аноди в различни видове батерии;
• Съхранение на водород;
• производство на сензори и кондензатори;
• производство композити и усилване на тяхната структура и свойства.

В продължение на много години, въглеродни нанотръби, чието използване не е ограничено до определена индустрия, използвани в научни изследвания. Такъв материал има слаба позиция на пазара, тъй като има проблеми с производство в големи мащаби. Друг важен момент е високата цена на въглеродни нанотръби, който е около 120 долара за един грам от веществото.

Те се използват като основен елемент за производството на много композити, които се използват за направата на много спортни стоки. Друга промишленост -avtomobilestroenie. Функционализиране на въглеродни нанотръби в областта е намалена до придаде полимери проводими свойства.

Коефициент на топлопроводимост на нанотръби е достатъчно висока, така че те може да се използва като охлаждащо устройство за различни масивна оборудване. Също така те са капачки, които са прикрепени към тръбите на сондата.

Най-важните браншови приложения включват компютърни технологии. Поради нанотръби са особено плоски дисплеи. С помощта на тях, можете значително да намалите размера на компютъра, както и да увеличи своето техническо изпълнение. Готов оборудване ще бъде няколко пъти по-голяма от сегашната технология. Въз основа на тези изследвания, можете да създадете високи kinescopes.

С течение на времето, тръбите ще бъдат използвани не само в областта на електрониката, но също така и сектора на здравеопазването и енергетиката.

производство

Въглеродните тръби, при производството на които се разпределя между двата вида им, равномерно разпределено. Т.е., MWNT произвежда много повече, отколкото SWNT. Вторият вид задачи в спешни случаи. Различни фирми непрекъснато произвеждат въглеродни нанотръби. Но търсенето на практика те не се използват, тъй като те струват твърде висока.

производство лидери

В момента, водеща позиция в производството на въглеродни нанотръби заета азиатски страни, производствения капацитет , който е по-висок от 3 пъти по-висока, отколкото в други страни на Европа и Америка. По-специално, производството на MWNT се занимава с Япония. Но други страни, като Корея и Китай, не признават по този показател.

Производството в Русия

Местното производство на въглеродни нанотръби е далеч зад себе си други страни. Всъщност, всичко зависи от качеството на научните изследвания в тази област. Там не се разпределят достатъчно средства за развитието на науката и технологиите центрове в страната. Много хора не възприемат развитието на нанотехнологиите, защото аз не знам как може да се използва в промишлеността. Поради това, преходът към нова икономика пътека писти е доста трудно.

Поради това, руският президент издаде указ, който определя развитието на различни области на нанотехнологиите, включително въглеродни елементи. За тази цел специална програма за развитие е създадена за производство на собствените си технологии. Фирма "Нанотехнологии" е създаден така, че са направени всички точки на ред ,. Нейното функциониране е разпределена значителна сума от държавния бюджет. Именно тя трябва да контролира проектирането, производството и внедряването в промишлени приложения на въглеродни нанотръби. Сумата, отпусната за харчене за разработването на различни изследователски институти и лаборатории, както и помогне за укрепване на съществуващите достижения на местни учени. Също така, тези средства ще бъдат използвани за закупуването на висококачествено оборудване за производство на въглеродни нанотръби. Също така трябва да се грижи за тези устройства, които ще защитят човешкото здраве, тъй като материалът причинява различни заболявания.

Както вече споменахме, целият проблем се състои в набирането на средства. Повечето инвеститори не искат да инвестират в научноизследователска и развойна дейност, особено за по-дълго време. Всички обекти искат да видят на печалба, но Nano-може да отиде в продължение на години. Това е, което избутва представителите на малките и средни предприятия. В допълнение, без публични инвестиции няма да започне изцяло производство на наноматериали. Друг проблем е липсата на правно основание, тъй като няма посредник между различните етапи на бизнеса. Ето защо, производството на въглеродни нанотръби в Русия, които не се иска, а не изискват само финансово, но и на психичното инвестиции. Докато Руската федерация е далеч от азиатски страни, които са водещи в развитието на нанотехнологиите.

Към днешна дата, развитието на индустрията, занимаващи се с химическите отдели на различни университети на Москва, Тамбов, Санкт Петербург, Новосибирск и Казан. Водещите производители на въглеродни нанотръби са здрави "Гранат" и Тамбов завод "Комсомолец".

Положителни и отрицателни аспекти

Сред предимствата, можем да разграничим специалните свойства на въглеродни нанотръби. Те са от устойчив материал, който е под влиянието на механично напрежение не е унищожен. В допълнение, те работят добре в свиване и разтягане. Това стана възможно благодарение на затворената структура на рамката. Използването им не се ограничава до един сектор. Тръбите са били използвани в автомобилостроенето, електрониката, медицината и енергията.

Огромен недостатък е отрицателното въздействие върху човешкото здраве. Частиците нанотръби, които влизат в човешкото тяло, да доведат до злокачествени тумори и рак.

Съществен момент е финансирането на този сектор. Много хора не искат да инвестират в областта на науката, колкото ви е необходимо много време, за печалба. И без функционираща изследователски лаборатории не могат да бъдат развитието на нанотехнологиите.

заключение

Въглеродните нанотръби играят важна роля в иновативни технологии. Много експерти прогнозират ръстът на тази индустрия в следващите години. Няма да има значително увеличение на производствения капацитет, което ще намали цената на стоката. Със спадането на цените, на тръбата ще бъде в голямо търсене, и ще се превърне в незаменим материал за много устройства и оборудване.

Така че, ние открихме, какво представлява тези продукти.