Energi er en viktig industri som spiller en stor rolle i menneskelivet. Energitilstanden i landet avhenger av arbeidet til mange forskere på dette feltet. I dag leter de etter alternative energikilder. For disse formålene er de klare til å bruke hva som helst, starter med sollys og vann, og slutter med luftens energi. Utstyr som kan generere energi fra miljøet er høyt verdsatt.
Generell informasjon
Karbonnanorør er forlengede valsede grafittplaner med en sylindrisk form. Som regel når tykkelsen flere titalls nanometer, med en lengde på flere centimeter. I enden av nanorørene dannes det et sfærisk hode, som er en av delene av fulleren.
Det finnes to typer karbon-nanorør: metall og halvleder. Hovedforskjellen deres er ledningsevnen til strømmen. Den første typen kan lede strøm ved en temperatur lik 0ºС, og den andre - bare ved høye temperaturer.
Karbonnanorør: egenskaper
Mostmoderne områder, som anvendt kjemi eller nanoteknologi, er assosiert med nanorør, som har en karbonrammestruktur. Hva det er? Denne strukturen refererer til store molekyler koblet sammen bare av karbonatomer. Karbon nanorør, hvis egenskaper er basert på et lukket skall, er høyt verdsatt. I tillegg har disse formasjonene en sylindrisk form. Slike rør kan fås ved å brette et grafittark, eller vokse fra en bestemt katalysator. Karbon nanorør, bilder av disse er presentert nedenfor, har en uvanlig struktur.
De kommer i forskjellige former og størrelser: enkelt- og flerlags, rette og slyngede. Til tross for at nanorør ser ganske skjøre ut, er de et sterkt materiale. Som et resultat av mange studier ble det funnet at de har egenskaper som å strekke seg og bøye seg. Under påvirkning av alvorlige mekaniske belastninger river ikke elementene eller går i stykker, det vil si at de kan tilpasse seg forskjellige spenninger.
toksisitet
Som et resultat av flere studier, ble det funnet at karbon-nanorør kan forårsake de samme problemene som asbestfibre, det vil si at ulike ondartede svulster oppstår, samt lungekreft. Graden av negativ påvirkning av asbest avhenger av typen og tykkelsen på fibrene. Siden karbon nanorør er små i vekt og størrelse, kommer de lett inn i menneskekroppen med luft. Videre går de inn i pleura og går inn i brystet, og over tidforårsake ulike komplikasjoner. Forskere utførte et eksperiment og la partikler av nanorør til maten til mus. Produkter med liten diameter ble praktisk t alt ikke værende i kroppen, men større gravde seg inn i veggene i magen og forårsaket forskjellige sykdommer.
Få metoder
I dag er det følgende metoder for å oppnå karbon-nanorør: bueladning, ablasjon, dampavsetning.
Elektrisk lysbueutladning. Innhenting (karbon nanorør er beskrevet i denne artikkelen) i et plasma av elektrisk ladning, som brenner med bruk av helium. En slik prosess kan utføres ved bruk av spesi alteknisk utstyr for produksjon av fullerener. Men med denne metoden brukes andre moduser for lysbuebrenning. For eksempel reduseres strømtettheten, og katoder med enorm tykkelse brukes også. For å skape en atmosfære av helium, er det nødvendig å øke trykket til dette kjemiske elementet. Karbon nanorør oppnås ved sputtering. For å øke antallet, er det nødvendig å introdusere en katalysator i grafittstangen. Oftest er det en blanding av ulike metallgrupper. Videre er det en endring i trykk og sprøytemetode. Dermed oppnås en katodisk avsetning, hvor karbon-nanorør dannes. Ferdige produkter vokser vinkelrett på katoden og samles i bunter. De er 40 µm lange.
Ablasjon. Denne metoden ble oppfunnet av Richard Smalley. Essensen er å fordampe forskjellige grafittoverflater i en reaktor som opererer ved høye temperaturer. Karbonnanorør dannes som et resultat av fordampning av grafitt på bunnendeler av reaktoren.
De kjøles og samles opp ved hjelp av en kjølende overflate. Hvis antallet elementer i det første tilfellet var lik 60%, økte tallet med denne metoden med 10%. Kostnaden for laserabsoleringsmetoden er dyrere enn alle de andre. Som regel oppnås enkeltveggede nanorør ved å endre reaksjonstemperaturen.
Deponering fra gassfasen. Karbondampdeponeringsmetoden ble oppfunnet på slutten av 50-tallet. Men ingen forestilte seg engang at karbon-nanorør kunne oppnås med det. Så først må du forberede overflaten med en katalysator. Små partikler av forskjellige metaller, for eksempel kobolt, nikkel og mange andre, kan tjene som det. Nanorør begynner å dukke opp fra katalysatorsjiktet. Tykkelsen deres avhenger direkte av størrelsen på det katalyserende metallet. Overflaten varmes opp til høye temperaturer, og deretter tilføres en gass som inneholder karbon. Blant dem er metan, acetylen, etanol, etc. Ammoniakk fungerer som en ekstra teknisk gass. Denne metoden for å skaffe nanorør er den vanligste. Selve prosessen foregår i forskjellige industribedrifter, på grunn av hvilke mindre økonomiske ressurser brukes til produksjon av et stort antall rør. En annen fordel med denne metoden er at vertikale elementer kan oppnås fra alle metallpartikler som tjener som katalysator. Innhenting (karbonananorør er beskrevet fra alle sider) ble mulig takket være forskningen til Suomi Iijima, somobservert under et mikroskop for deres utseende som et resultat av karbonsyntese.
Hovedart
Karbonelementer er klassifisert etter antall lag. Den enkleste typen er enkeltveggede karbon nanorør. Hver av dem har en tykkelse på omtrent 1 nm, og lengden kan være mye lengre. Hvis vi vurderer strukturen, ser produktet ut som å pakke grafitt med et sekskantet rutenett. På toppen er karbonatomer. Dermed har røret formen av en sylinder, som ikke har sømmer. Den øvre delen av enhetene er lukket med deksler som består av fullerenmolekyler.
Neste visning er flerlags karbon nanorør. De består av flere lag med grafitt, som er brettet til en sylinderform. En avstand på 0,34 nm opprettholdes mellom dem. En struktur av denne typen beskrives på to måter. I følge det første er flerlagsrør flere enkeltlagsrør som er nestet i hverandre, som ser ut som en hekkende dukke. I følge det andre er flerlags nanorør et ark med grafitt som vikler seg rundt seg selv flere ganger, som ser ut som en brettet avis.
Karbonnanorør: applikasjoner
Elementer er en absolutt ny representant for klassen av nanomaterialer.
Som nevnt tidligere har de en rammestruktur, som skiller seg i egenskaper fra grafitt eller diamant. Derfor brukes de mye oftere enn andre materialer.
På grunn av dens egenskaper som styrke, bøyning, ledningsevne, brukes den på mange felt:
- som tilsetningsstoffer til polymerer;
- katalysator for belysningsenheter, samt flatskjermer og håndsett i telekommunikasjonsnettverk;
- som en elektromagnetisk bølgeabsorber;
- for energikonvertering;
- produksjon av anoder i ulike typer batterier;
- hydrogenlagring;
- produksjon av sensorer og kondensatorer;
- produksjon av kompositter og styrking av deres struktur og egenskaper.
I mange år har karbon-nanorør, hvis anvendelse ikke er begrenset til én bestemt industri, blitt brukt i vitenskapelig forskning. Slikt materiale har en svak posisjon i markedet, da det er problemer med storskala produksjon. Et annet viktig poeng er de høye kostnadene for nanorør i karbon, som er omtrent $120 per gram av et slikt stoff.
De brukes som et grunnleggende element for produksjon av mange kompositter, som brukes til å lage mange sportsutstyr. En annen bransje er bilindustrien. Funksjonaliseringen av karbon-nanorør i dette området er redusert til å gi polymerer ledende egenskaper.
Den termiske ledningsevnen til nanorør er høy nok til at de kan brukes som en kjøleenhet for diverse massivt utstyr. De brukes også til å lage spisser som festes til sonderørene.
Det viktigste applikasjonsområdet er datateknologi. Takket være nanorør skapes spesielt flate skjermer. De kan brukes til å redusere betydeligde generelle dimensjonene til selve datamaskinen, samt øke dens tekniske ytelse. Det ferdige utstyret vil være flere ganger bedre enn dagens teknologi. Basert på disse studiene kan høyspenningskineskoper lages.
Over tid vil rør bli brukt ikke bare innen elektronikk, men også innen medisinsk og energi.
Produksjon
Karbonrør, hvis produksjon er fordelt mellom de to typene, er ujevnt fordelt.
Så MWNT-er tjener mye mer enn SWNT-er. Den andre typen gjøres ved akutt behov. Ulike selskaper produserer stadig karbon nanorør. Men de er praktisk t alt ikke etterspurt, siden kostnadene deres er for høye.
Produksjonsledere
I dag er den ledende plassen innen produksjon av karbon-nanorør okkupert av asiatiske land, hvis produksjonsevne er 3 ganger høyere enn i andre land i Europa og Amerika. Spesielt er Japan engasjert i produksjon av MWNT. Men andre land, som Korea og Kina, er ikke dårligere i denne indikatoren.
Produksjon i Russland
Innenlandsk produksjon av karbon-nanorør ligger langt bak andre land. Faktisk avhenger alt av kvaliteten på forskningen på dette området. Den tildeler ikke nok økonomiske ressurser til å opprette vitenskapelige og teknologiske sentre i landet. Mange aksepterer ikke utviklingen innen nanoteknologi fordi de ikke vet hvordan den kan brukes i industrien. Derfor overgangen til økonomienden nye banen er ganske vanskelig.
Derfor utstedte Russlands president et dekret som indikerer utviklingen av ulike områder innen nanoteknologi, inkludert karbonelementer. For disse formålene ble det opprettet et spesielt program for utvikling og produksjon av våre egne teknologier.
For å oppfylle alle punktene i bestillingen ble Rosnanotech-selskapet opprettet. Et betydelig beløp ble bevilget over statsbudsjettet for funksjonen. Det er hun som skal kontrollere prosessen med utvikling, produksjon og introduksjon av karbon nanorør i den industrielle sfæren. Det tildelte beløpet vil bli brukt på opprettelsen av ulike forskningsinstitutter og laboratorier, og vil også styrke de eksisterende prestasjonene til innenlandske forskere. Disse midlene vil også bli brukt til å kjøpe utstyr av høy kvalitet for produksjon av karbon nanorør. Det er også verdt å ta vare på de enhetene som vil beskytte menneskers helse, siden dette materialet forårsaker mange sykdommer.
Som tidligere nevnt, er hele problemet å skaffe midler. De fleste investorer ønsker ikke å investere i forskning og utvikling, spesielt over lang tid. Alle forretningsmenn ønsker å se profitt, men nanoutvikling kan ta år. Det er dette som frastøter representanter for små og mellomstore bedrifter. Uten statlige investeringer vil det i tillegg ikke være mulig å fullføre produksjonen av nanomaterialer.
Et annet problemer mangelen på et juridisk rammeverk, siden det ikke er noen mellomkobling mellom ulike stadier av virksomheten. Derfor krever karbon nanorør, hvis produksjon ikke er etterspurt i Russland, ikke bare økonomiske, men også mentale investeringer. Så langt er den russiske føderasjonen langt unna asiatiske land, som er ledende i utviklingen av nanoteknologi.
I dag utføres utviklingen i denne industrien ved kjemiske avdelinger ved ulike universiteter i Moskva, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk og Kazan. De ledende produsentene av nanorør i karbon er Granat-selskapet og Komsomolets-anlegget i Tambov.
Gode og dårlige sider
Blant fordelene er de spesielle egenskapene til karbon-nanorør. De er et slitesterkt materiale som ikke kollapser under påvirkning av mekaniske påvirkninger. I tillegg fungerer de godt for bøying og tøying. Dette er muliggjort av den lukkede rammestrukturen. Deres anvendelse er ikke begrenset til én bransje. Rørene brukes i bilindustrien, elektronikk, medisin og energi.
En stor ulempe er den negative innvirkningen på menneskers helse.
Partikler av nanorør som kommer inn i menneskekroppen, fører til fremveksten av ondartede svulster og kreft.
Den vesentlige siden er finansieringen av denne industrien. Mange ønsker ikke å investere i vitenskap, fordi det tar lang tid å tjene penger. Og uten funksjon av forskningslaboratorier, utvikling av nanoteknologiumulig.
Konklusjon
Karbonnanorør spiller en viktig rolle i innovative teknologier. Mange eksperter spår veksten i denne industrien i de kommende årene. Det vil være en betydelig økning i produksjonsevnen, noe som vil føre til en reduksjon i varekostnadene. Når prisen går ned, vil rør være etterspurt, og vil bli et uunnværlig materiale for mange enheter og utstyr.
Så vi fant ut hva disse produktene er.
