Nanozubnice ugljika: proizvodnja, primjena, svojstva

Energija je važna industrija koja igra veliku ulogu u ljudskom životu. Energetska situacija u zemlji ovisi o radu mnogih znanstvenika u ovoj industriji. Do danas traže alternativni izvori energije.

Opće informacije

Karbon nanocjevčice su duge, presavijene grafitne ravnine koje imaju cilindrični oblik. U pravilu, njihova debljina doseže nekoliko desetaka nanometara, duljine nekoliko centimetara. Na kraju nanocjevčica formira se sferična glava, koja je jedan od dijelova fullerena.

Postoje vrste ugljikovih nanocjevčica: metal i poluvodi. Njihova glavna razlika je vodljivost struje. Prvi tip može provoditi struju na temperaturi jednakoj 0ordm-C, a drugo - samo na povišenim temperaturama.

Nanozubnice ugljika: svojstva

Većina modernih trendova, kao što su primijenjena kemija ili nanotehnologija, povezana su s nanocjevčicama koje imaju okvir ugljika. Što je to? Pod ovom strukturom podrazumijevaju se velike molekule, povezane samo ugljikovim atomima. Karbon nanocjevčice, čija se svojstva temelje na zatvorenom obliku ljuske, jako su cijenjena. Osim toga, podaci o formaciji imaju cilindričan oblik. Takve cijevi se mogu dobiti preklapanjem grafita, ili uzgojem iz određenog katalizatora. Nanocijevi ugljika, čije su slike prikazane u nastavku, imaju neuobičajenu strukturu. Oni dolaze u različitim oblicima i veličinama: jednoslojni i višeslojni, ravni i sinusni. Unatoč činjenici da nanotubovi izgledaju prilično krhki, oni su trajni materijal. Kao rezultat mnogih studija utvrđeno je da imaju inherentna svojstva kao što su istezanje i savijanje. Pod djelovanjem ozbiljnih mehaničkih opterećenja, elementi se ne rastresu i ne prekidaju, tj. Mogu se podesiti na različite napone.

toksičnost

Kao rezultat višestrukih istraživanja, utvrđeno je da ugljikove nanocjevčice mogu izazvati iste probleme kao azbestnih vlakana, to jest ima raznih malignih tumora, kao i raka pluća. Stupanj negativnog utjecaja azbesta ovisi o tipu i debljini njezinih vlakana. Budući da ugljikovi nanocjevčice imaju malu težinu i veličinu, oni lako uđu u ljudsko tijelo zajedno s zrakom. Nadalje, ulaze u pleuralnu stranu i ulaze u prsa, a tijekom vremena uzrokuju različite komplikacije. Znanstvenici su proveli eksperiment i dodali čestice nanocjevčica u hranu miševa. Proizvodi malog promjera praktički nisu bili zadržani u tijelu, ali veći su kopali u zidove trbuha i uzrokovali različite bolesti.

Metode dobivanja

Do danas postoje slijedeće metode za dobivanje ugljikovih nanocjevčica: naboj, ablacija, taloženje iz plinske faze.

Izlaz električnog luka. Priprema (ugljikovih nanocjevčica su opisani u ovom radu) u električnoj plazmi koja se gori s upotrebom helija. Takav se postupak može provesti uz pomoć posebne tehničke opreme za dobivanje fullerena. No, s ovom metodom koriste se i drugi načini rada plamena. Na primjer, gustoća struje Spušta se, a također se koriste katodi velike debljine. Da bi stvorili atmosferu helija, potrebno je povećati pritisak ovog kemijskog elementa. Nanos čestice ugljika dobivene su prskanjem. Kako bi se povećali njihov broj, potrebno je uvesti katalizator u grafitnu šipku. Najčešće je mješavina različitih metalnih skupina. Nadalje, mijenja se tlak i način prskanja. Tako se dobiva katodni talog, pri čemu nastaju ugljični nanocijevni nosači. Gotovi proizvodi rastu okomito od katode i sastavljaju se u pakete. Imaju duljinu od 40 μm.

Ablyasatsiya. Taj je postupak izumio Richard Smalli. Njegova je suština isparavanje različitih grafitnih površina u reaktoru koji radi na visokim temperaturama. Karbon nanocjevčice nastaju kao rezultat isparavanja grafita na donjem dijelu reaktora. Njihovo hlađenje i prikupljanje nastaju uz pomoć površine za hlađenje. Ako je u prvom slučaju broj elemenata bio 60%, onda je ova metoda povećana za 10%. Trošak laserske metode ablacije skuplji je od ostalih. U pravilu nanocjevčice sa jednostrukim zidovima nastaju zbog promjene temperature reakcije.

Precipitat iz plinske faze. Metoda odlaganja ugljičnih para je izumljena kasnih 1950-ih. No, nitko ni nije zamislio da bi s njom mogao proizvesti ugljične nanocijevi. Dakle, najprije morate pripremiti površinu s katalizatorom. Kao što može poslužiti sitnim česticama različitih metala, na primjer, kobalta, nikla i mnogih drugih. Nanotubovi počinju izlaziti iz kreveta katalizatora. Njihova debljina izravno ovisi o veličini katalizatora. Površina se zagrijava do visokih temperatura, a zatim se dobiva plin koji sadrži ugljik. Među njima - metan, acetal, etanol, itd. Kao dodatni tehnički plin je amonijak. Ova metoda dobivanja nanocjevčica je najčešća. Sam proces se odvija u različitim industrijskim poduzećima, što znači da se troši manje sredstava za proizvodnju velikog broja epruveta. Druga prednost ove metode je da se vertikalni elementi mogu dobiti iz bilo koje metalne čestice koja služi kao katalizator. Priprema (ugljikove nanocjevčice su opisane na svim stranama) moguće zahvaljujući istraživanju Suomi Iijima, koji je uočiti pod mikroskopom za njihov izgled kao rezultat sinteze ugljika.

Osnovni prikazi

Elementi ugljika razvrstani su prema broju slojeva. Najjednostavniji oblik je jednodjelnih ugljikovih nanocjevčica. Svaki od njih ima debljinu od oko 1 nm, a njihova duljina može biti mnogo veća. Ako uzmemo u obzir strukturu, proizvod izgleda kao omotavanje grafita s šesterokutnom rešetkom. Na svojim verticama su atomi ugljika. Tako cijev ima oblik cilindra koji nema šavova. Gornji dio uređaja zatvoren je poklopcima koji se sastoje od molekula fullerena.

Sljedeći tip je višeslojni ugljični nanocijevni nosači. Oni se sastoje od nekoliko grafitnih slojeva, koji su složeni u obliku cilindra. Između njih se održava udaljenost od 0,34 nm. Struktura ove vrste je opisana na dva načina. Prve, višeslojne cijevi su nekoliko ugniježđenih jednoslojnih cijevi koje su slične gnijezdi. U drugom višeslojnom nanocjevu su grafitni list, koji se nekoliko puta okreće oko sebe, što izgleda kao presavijeni list.

Nanozubnice ugljika: primjena

Elementi su apsolutni novi predstavnik klase nanomaterijala. Kao što je prije spomenuto, oni imaju strukturu kostura, koja se razlikuje od svojstava od grafita ili dijamanta. Zato se koriste mnogo češće od drugih materijala.

Zbog takvih karakteristika kao što su snaga, savijanje, vodljivost, koriste se u mnogim područjima:

• kao aditivi za polimere;
• katalizator za rasvjetne uređaje, kao i ravne zaslone i cijevi u telekomunikacijskim mrežama;
• kao apsorber elektromagnetskih valova;
• za pretvorbu energije;
• izrada anoda u različitim vrstama baterija;
• skladištenje vodika;
• proizvodnja senzora i kondenzatora;
• proizvodnju kompozita i jačanje njihove strukture i svojstava.

Za znanstvena istraživanja koriste se dugi niz godina ugljični nanocijevi, čija primjena nije ograničena na određenu industriju. Takav materijal ima slabe pozicije na tržištu, jer postoje problemi s velikim proizvodnjom. Druga važna točka je visoka cijena ugljikovih nanocjevčica, što je oko 120 dolara po gramu takve tvari.

Koriste se kao glavni element za proizvodnju mnogih kompozita, koji se koriste za proizvodnju mnogih sportskih proizvoda. Druga industrija je proizvodnja automobila. Funkcionalizacija ugljikovih nanocjevčica na ovom polju se smanjuje kako bi polimeri dali do vodljivih svojstava.

Koeficijent toplinske vodljivosti nanocjevčica je dovoljno visok, stoga se mogu koristiti kao rashladni uređaji za različite masivne opreme. Također, od njih su izrađeni savjeti, koji su pričvršćeni na cijevi sonde.

Najvažnije područje primjene su računalna tehnologija. Zbog nanocjevčica, posebno su izrađeni ravni zasloni. Pomoću njih možete značajno smanjiti ukupne dimenzije samog računala i povećati tehničku izvedbu. Gotova oprema bit će nekoliko puta bolja od trenutnih tehnologija. Na temelju tih studija mogu se stvoriti visokonaponski kinezci.

Tijekom vremena, cijevi će se koristiti ne samo u elektronici, već iu medicinskim i energetskim poljima.

proizvodnja

Karbonne cijevi, čija se proizvodnja distribuira između dvije vrste, nejednako se distribuira. To jest, MWNT proizvodi mnogo više od SWNT. Druga vrsta se vrši u slučaju akutne nužde. Različite tvrtke konstantno proizvode ugljične nanocijeve. Ali oni praktički ne koriste potražnju, jer je njihov trošak precijenjen.

Voditelji proizvodnje

Do danas, vodeće mjesto u proizvodnji ugljikovih nanocjevčica zauzimaju zemlje Azije, mogućnosti proizvodnje što je 3 puta više nego u drugim zemljama Europe i Amerike. Konkretno, Japan je proizvođač MWNT. No, druge zemlje, poput Koreje i Kine, ni na koji način nisu niže u ovom pokazatelju.

Proizvodnja u Rusiji

Domaća proizvodnja ugljikovih nanocjevčica zaostaje za drugim zemljama. Zapravo, sve ovisi o kvaliteti istraživanja u ovom području. Ne dodjeljuje dovoljno financijskih sredstava za osnivanje znanstvenih i tehnoloških centara u zemlji. Mnogi ljudi ne percipiraju razvoj na području nanotehnologije, jer ne znaju kako se ona može koristiti u industriji. Stoga je prijelaz gospodarstva na novi put prilično teško.

Stoga je predsjednik Rusije donio uredbu koja ukazuje na razvoj različitih područja nanotehnologije, uključujući elemente ugljika. U ove svrhe, poseban program za razvoj i vlastita proizvodnja tehnologija. Kako bi se osiguralo da su sve stavke narudžbe izvršene, osnovana je tvrtka "Rosnanotech". Značajan iznos iz državnog proračuna dodijeljen je za njegovo funkcioniranje. Ona bi trebala kontrolirati proces razvoja, proizvodnje i uvođenja u industrijsku sferu ugljikovih nanocjevčica. Dodijeljeni iznos će se potrošiti na stvaranje različitih istraživačkih instituta i laboratorija, a također će omogućiti jačanje već postojećih dostignuća domaćih znanstvenika. Također, ta sredstva će se koristiti za kupnju visoko kvalitetne opreme za proizvodnju ugljikovih nanocjevčica. Također je potrebno voditi računa o onim uređajima koji će štititi ljudsko zdravlje, budući da ovaj materijal uzrokuje različite bolesti.

Kao što je već rečeno, cijeli problem privlači sredstva. Većina investitora ne želi ulagati u znanstvena dostignuća, naročito dugo vremena. Svi poslovni ljudi žele vidjeti dobit, ali nizvodno može trajati godinama. To je ono što odbija predstavnike malih i srednjih poduzeća. Osim toga, bez javnih ulaganja, neće biti moguće potpuno pokrenuti proizvodnju nanomaterijala. Drugi problem je nedostatak pravnog okvira, budući da nema međusobne povezanosti između različitih razina poslovanja. Stoga ugljični nanocijevi, čija proizvodnja u Rusiji nije tražena, ne zahtijevaju samo financijska nego i mentalna ulaganja. Iako je Rusija daleko od zemalja Azije, koje vode u razvoju nanotehnologije.

Do danas, razvoj ovog područja provodi se na kemijskim fakultetima različitih sveučilišta u Moskvi, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk i Kazan. Vodeći proizvođači ugljikovih nanocjevčica su tvrtka Granat i tvornica Tambov Komsomolets.

Pozitivne i negativne strane

Među zaslugama se može izdvojiti posebna svojstva ugljikovih nanocjevčica. Oni su trajni materijal koji se ne raspada pod utjecajem mehaničkih utjecaja. Osim toga, oni rade dobro za savijanje i istezanje. To je omogućeno zatvorenom strukturom okvira. Njihova primjena nije ograničena na jednu industriju. Cijevi su pronašle primjenu u automobilskoj, elektronici, medicini i energiji.

Veliki nedostatak je negativan utjecaj na ljudsko zdravlje. Čestice nanocjevčica, ulazeći u ljudsko tijelo, dovode do pojave malignih tumora i raka.

Bitan aspekt je financiranje ove industrije. Mnogi ljudi ne žele ulagati u znanost, jer je potrebno mnogo vremena za profit. Bez funkcioniranja znanstvenih istraživačkih laboratorija, razvoj nanotehnologije je nemoguć.

zaključak

Nanocijevi ugljika igraju važnu ulogu u inovativnim tehnologijama. Mnogi stručnjaci predviđaju rast ove industrije u narednim godinama. Bit će značajan porast mogućnosti proizvodnje, što će dovesti do smanjenja troškova robe. Uz smanjenje cijene, cijevi će biti u velikoj potražnji, te će postati nezamjenjiv materijal za mnoge uređaje i opremu.

Dakle, otkrili smo što ti proizvodi predstavljaju.