Carbon nanotubes: uzalishaji, matumizi, mali

Nishati ni sekta muhimu, ambayo ina jukumu muhimu katika maisha ya binadamu. nishati ya hali ya nchi inategemea kazi ya wanasayansi wengi katika sekta hiyo. Leo, ni kutafuta vyanzo vya nishati mbadala. Kwa madhumuni haya, wao wako tayari kutumia kitu chochote, na mionzi ya jua na maji, kumaliza na nguvu hewa. vifaa ambavyo ni uwezo wa kuzalisha nishati kutoka kwa mazingira ni mengi sana appreciated.

maelezo ya jumla

Carbon nanotubes - ndefu limekwisha grafiti ndege na sura cylindrical. Kwa kawaida, unene wao fika mamia kadhaa ya nanomita sentimita kadhaa kwa muda mrefu. Mwisho wa nanotube hutengeneza kichwa mviringo ambayo ni sehemu moja ya fullerene.

Kuna baadhi ya aina ya nanotubes: chuma na semiconducting. Tofauti kuu ni conductivity sasa. Aina ya kwanza unaweza kufanya sasa kwenye joto ya 0 ° C, na ya pili - tu kwa joto muinuko.

Carbon nanotubes: mali

mwenendo wa wengi wa kisasa kama vile Applied Chemistry au nanoteknik, wanaohusishwa na nanotubes ambayo carbon skeletal muundo. Ni kitu gani? Chini ya muundo huu inahusu molekuli kubwa, ambayo yanahusiana tu carbon atomi. Carbon nanotubes, ambayo ni kulingana na tabia ya kufungwa aina shell, ni yenye thamani. Zaidi ya hayo, malezi ya data ya umbo cylindrical. mirija kama hayo yanaweza kuwa tayari na rolling karatasi grafiti, ama kukua kutoka kichocheo maalum. Carbon nanotubes, ambayo picha ni hapa chini, una muundo usio wa kawaida. Wao kuja katika maumbo tofauti na ukubwa: single-safu na tabaka mbalimbali, moja kwa moja na sinuous. Licha ya ukweli kwamba nanotubes ni mzuri tete, ni nyenzo yenye nguvu. Matokeo yake, tafiti nyingi wamegundua kwamba wao ni mali ya asili kama vile tensile na nguvu flexural. Chini ya hatua ya makali mitambo stress, mambo si kukimbilia na wala kuvunja, yaani, unaweza kuzoea voltages mbalimbali.

sumu

Kutokana na uchunguzi mbalimbali, ilibainika kuwa carbon nanotubes inaweza kusababisha matatizo sawa na nyuzi asbesto, yaani kuwa na aina ya uvimbe malignant pamoja na kansa ya mapafu. shahada ya ushawishi mbaya ya asbesto inategemea na aina na unene wa nyuzi zake. Kwa sababu carbon nanotubes na uzito mdogo na ukubwa, wao kwa urahisi kuingia mwili pamoja na hewa. Zaidi ya hayo, wao kuanguka katika pleura na ni pamoja na katika kifua, na hatimaye kusababisha aina ya matatizo. Wanasayansi uliofanywa majaribio na kuongezwa kwenye chakula ya panya chembe nanotubes. Bidhaa ya kipenyo kidogo karibu hakuwa na kukaa katika mwili, lakini kubwa - kuchimbwa katika kuta za tumbo na kusababisha magonjwa mbalimbali.

njia hizi

Hadi sasa, kuna mbinu zifuatazo kwa ajili ya kuzalisha kaboni nanotubes safu malipo, ablation, mvuke utuaji.

kutokwa umeme. Maandalizi ya (carbon nanotubes yameelezwa katika makala hii) katika plasma ya malipo ya umeme, ambayo nzito na heli. Kama mchakato inaweza kuwa walifanya kwa kutumia vifaa maalum wa kiufundi kwa ajili ya uzalishaji wa fullerenes. Lakini njia nyingine safu hutumika katika njia hii. Kwa mfano, wiani sasa itapungua, na cathodes kutumika thicknesses kubwa. Kujenga hali ya heli ni muhimu kuongeza shinikizo ya kipengele hiki. Carbon nanotubes kupatikana kwa dawa. Hiyo idadi yao imeongezeka, lazima kuingia katika grafiti fimbo kichocheo. Katika hali nyingi, mchanganyiko wa makundi mbalimbali ya chuma. Zaidi ya hayo, kuna mabadiliko katika shinikizo na mbinu sputtering. Hivyo, cathode pellet, na ambayo nanotubes ni sumu. Kumaliza bidhaa kupanda perpendicularly kutoka cathode na zilizokusanywa katika bahasha. Wana urefu wa microns 40.

Ablyasatsiya. Mbinu hizo alikuwa zuliwa na Richard Smalley. Asili yake liko katika ukweli kwamba tofauti vaporize grafiti uso katika mtambo huo, kazi katika joto la juu. nanotubes hutengenezwa na kutokana na joto ya grafiti katika sehemu ya chini ya Reactor. Baridi na kukusanya yao unafanyika kwa njia ya uso baridi. Katika kesi ya kwanza, idadi ya vipengele ni sawa na 60%, basi katika hii takwimu mbinu iliongezeka kwa 10%. gharama ya laser absolyatsii njia ni ghali zaidi kuliko wengine wote. Kwa ujumla, single-walled nanotubes tayari kwa kubadilisha joto majibu.

utuaji kutoka awamu ya gesi. carbon njia mvuke utuaji alikuwa zuliwa katika 50s marehemu. Lakini hakuna mtu angeweza kutabiri kwamba kupitia inawezekana kupata carbon nanotubes. Hivyo, kwanza unahitaji kujiandaa uso wa kichocheo. Kama inaweza kuwa chembe faini ya metali mbalimbali, kwa mfano, cobalt, nickel na wengine. Nanotubes ni mwanzo wa kuibuka kutoka kichocheo safu. unene yao inategemea ukubwa wa kuchochea chuma. uso ni joto kwa joto la juu, na kisha kuna ugavi wa gesi zenye kaboni. Miongoni mwao, - .., Methane, atsetelen, ethanol, nk Kama zaidi mchakato wa gesi ni amonia. Njia hii uzalishaji ni nanotubes ya kawaida. utaratibu wenyewe hufanyika katika makampuni ya biashara ya viwanda mbalimbali, ili fedha kidogo zinatumika kwa ajili ya uzalishaji wa idadi kubwa ya zilizopo. Faida nyingine ya njia hii ni kuwa wanachama wima zinaweza kupatikana kutoka chembe yoyote ya chuma ambayo kutumika kama kichocheo. Maandalizi ya (carbon nanotubes yameelezwa pande zote) alifanya shukrani inawezekana kufanya utafiti Suomi Iijima, ambaye aliona chini ya darubini kwa muonekano wao kutokana na tathmini ya kaboni.

aina kuu ya

mambo Carbon ni classified kulingana na idadi ya tabaka. aina rahisi - single-walled dioksidi nanotubes. Kila mmoja wao ana unene wa kuhusu 1 nm, na urefu wake inaweza kuwa kubwa zaidi. Kama tunaona mfumo, bidhaa inaonekana kama grafiti wrap kwa kutumia gridi hexagonal. Katika vipeo yake iko carbon. Hivyo, tube ina sura cylindrical, ambayo haina seams. sehemu ya juu kufunga vifuniko vifaa yenye molekuli fullerene.

Next maoni - multiwall carbon nanotubes. Wao huwa na safu kadhaa ya grafiti kwamba ni sifa katika sura ya silinda. umbali therebetween ni iimarishwe katika 0.34 nm. muundo wa aina hii ni maelezo kwa kutumia mbinu mbili. On kwanza, mbalimbali tube - chache nested moja ukuta bomba ambayo inaonekana kama doll Urusi. Katika pili, nanotubes mbalimbali wenye kuta ni grafiti karatasi ambayo ni amefungwa mara kadhaa kuzunguka yenyewe, ambayo ni sawa na gazeti folded.

Carbon nanotubes: maombi

Vitu ni bidhaa mpya mwanachama wa kundi la nanomaterials. Kama ilivyoelezwa hapo awali, wana mzoga muundo ambayo ni tofauti na tabia za grafiti au almasi. Kwa hiyo ni kutumika mara nyingi zaidi kuliko vifaa vingine.

Kutokana na tabia kama vile nguvu tensile, flexural nguvu, conductivity, hutumika katika maeneo mengi:

• kama viziada polima,
• kichocheo kwa ajili ya vifaa taa, pamoja na jopo maonyesho gorofa na simu katika mitandao ya mawasiliano,
• kama absorber ya mawimbi ya umeme,
• nguvu uongofu;
• anodes katika aina mbalimbali ya betri;
• Uhifadhi wa hidrojeni,
• kuzalisha sensorer na capacitors,
• composites uzalishaji na kujiongezea nguvu ya muundo wao na mali.

Kwa miaka mingi, nanotubes, matumizi ya ambayo si mdogo katika sekta ya fulani, kutumika katika utafiti wa kisayansi. Maudhui kama hayo ina nafasi dhaifu katika soko, kama kuna matatizo na uzalishaji kwa kiasi kikubwa. Suala jingine muhimu ni gharama kubwa za nanotubes, ambayo ni dola 120 kwa gramu moja ya vileo.

Wao ni kutumika kama kipengele msingi kwa ajili ya uzalishaji wa composites nyingi, ambayo hutumiwa kwa ajili ya kufanya bidhaa nyingi michezo. Kiwanda kingine -avtomobilestroenie. Functionalization ya nanotubes katika sanaa hupungua kuyapatia polima mali conductive.

Mgawo wa conductivity mafuta ya nanotubes ni juu ya kutosha, hivyo inaweza kutumika kama kifaa baridi kwa vifaa mbalimbali mkubwa. Pia wamefanya caps ambazo zinatokana na mabomba uchunguzi.

maombi muhimu tawi ni pamoja na teknolojia ya kompyuta. nanotubes Kutokana ni hasa gorofa ya jopo maonyesho. Kwa msaada wao, unaweza kwa kiasi kikubwa kupunguza ukubwa wa kompyuta, ikiwa ni pamoja na kuongeza utendaji wake wa kiufundi. Vifaa vya Tayari itakuwa mara kadhaa zaidi ya teknolojia ya sasa. Juu ya msingi wa tafiti hizi, unaweza kuunda high-kinescopes.

Baada ya muda, mirija zitatumika si tu katika vifaa vya umeme, lakini pia afya na nishati.

uzalishaji

mirija Carbon, uzalishaji wa ambayo ni kusambazwa kati ya aina mbili za kwao, sawasawa kusambazwa. Yaani, MWNT kuzalisha zaidi ya SWNT. aina ya pili ya do katika dharura. makampuni mbalimbali kuendelea kuzalisha carbon nanotubes. Lakini mahitaji wao kivitendo wala kutumia, kwa sababu gharama kubwa mno.

uzalishaji viongozi

Kwa sasa, nafasi ya kuongoza katika uzalishaji wa nanotubes inamilikiwa nchi za Asia, uwezo wa uzalishaji ambayo ni mara ya juu kuliko 3 ya juu kuliko katika nchi nyingine za Ulaya na Amerika. Hasa, uzalishaji wa MWNT ni kushiriki katika Japan. Lakini nchi nyingine, kama vile Korea na China, hakuwa concede katika kiashiria hii.

Uzalishaji katika Urusi

uzalishaji wa ndani wa nanotubes ni nyuma ya nchi nyingine. Kwa kweli, kila kitu hutegemea ubora wa utafiti katika eneo hili. Kuna si zilizotengwa fedha za kutosha kwa ajili ya maendeleo ya sayansi na teknolojia ya vituo nchini. Watu wengi hawatambui maendeleo ya nanoteknik, kwa sababu mimi si kujua jinsi inaweza kutumika katika sekta hiyo. Kwa hiyo, kipindi cha mpito kwa mpya anaendesha uchumi vikiambatana ni ngumu.

Kwa hiyo, rais wa Urusi alitoa amri, ambayo huweka maendeleo ya maeneo mbalimbali ya nanoteknik, ikiwa ni pamoja na mambo ya kaboni. Kwa ajili hiyo, mpango maalum wa maendeleo iliundwa kwa kutengeneza yao wenyewe teknolojia. Kampuni "nanoteknik" imeundwa ili pointi zote ya amri yalifanywa ,. utendaji kazi wake zilizotengwa kiasi kikubwa kutoka bajeti ya serikali. Ni yeye ambaye anatakiwa kudhibiti kubuni, uzalishaji na utekelezaji katika maombi ya viwanda ya nanotubes kaboni. kiasi zilizotengwa kwa kutumia katika maendeleo ya taasisi mbalimbali za utafiti na maabara, pamoja na kusaidia kuimarisha mafanikio sasa wa wanasayansi wa ndani. Pia, fedha hizi zitatumika kwa ajili ya ununuzi wa vifaa vya ubora wa juu kwa uzalishaji wa nanotubes kaboni. Ni lazima pia kutunza wale vifaa ambayo kulinda afya ya binadamu, kwa kuwa vifaa husababisha magonjwa mbalimbali.

Kama ilivyoelezwa hapo awali, Shida yote iko katika kuongeza fedha. wawekezaji wengi hawataki kuwekeza katika utafiti na maendeleo, hasa kwa muda mrefu. Biashara zote wanataka kuona faida, lakini Nano-anaweza kwenda kwa miaka. Hivyo ndivyo inasukuma wawakilishi wa biashara ndogo ndogo na za kati. Aidha, bila uwekezaji wa umma si kikamilifu kuanza uzalishaji wa nanomaterials. Tatizo lingine ni ukosefu wa msingi wa kisheria, kwa kuwa hakuna kiunganishi kati ya hatua mbalimbali za biashara. Kwa hiyo, uzalishaji carbon nanotube katika Urusi, ambayo si alidai, wanahitaji si fedha tu, bali pia kwa uwekezaji wa akili. Wakati Shirikisho la Urusi mbali nchi za Asia ambazo kuongoza katika maendeleo ya nanoteknik.

Hadi sasa, maendeleo katika sekta ya kushiriki katika idara ya kemikali ya vyuo vikuu mbalimbali za Moscow, Tambov, St Petersburg, Novosibirsk na Kazan. wazalishaji wa viongozi wa nanotubes ni kampuni "Garnet" na Tambov kupanda "Komsomolets".

Chanya na hasi mambo

Miongoni mwa faida tunaweza kutofautisha na sifa za kipekee ya nanotubes kaboni. Wao ni nyenzo muda mrefu, ambayo ni chini ya ushawishi wa matatizo ya mitambo si kuharibiwa. Aidha, kazi vizuri katika kupiga na kukaza mwendo. Hii inawezekana kutokana na muundo wa kufungwa ya fremu. Matumizi yao si mdogo wa sekta moja. mirija zimetumika katika magari, umeme, dawa na nishati.

Kubwa hasara ni athari mbaya kwa afya ya binadamu. Chembe nanotubes kuingia mwili wa binadamu, kutoa kupanda kwa uvimbe malignant na kansa.

kipengele muhimu ni ufadhili wa sekta hii. Watu wengi hawataki kuwekeza katika sayansi, kama unahitaji muda mwingi kwa faida. Na bila kufanya kazi ya utafiti maabara hawezi kuwa maendeleo ya nanoteknik.

hitimisho

Carbon nanotubes na jukumu kubwa katika teknolojia ya ubunifu. wataalamu wengi kutabiri ukuaji wa sekta hii kwa miaka ijayo. Kutakuwa na ongezeko kubwa katika uwezo wa uzalishaji, ambayo kupunguza gharama za bidhaa. Pamoja na kupungua kwa bei, tube itakuwa katika mahitaji makubwa, na kuwa nyenzo inayojumuisha kwa ajili ya vifaa vingi na vifaa.

Kwa hiyo, tuligundua nini maana ya bidhaa hizi.