Uhlíkové nanotrubice: výroba, použití, vlastnosti

Energie je důležitým průmyslovým odvětvím, která hraje důležitou roli v lidském životě. Státní energetická země, závisí na práci mnoha vědců v oboru. V současné době se hledají alternativní zdroje energie. Pro tyto účely jsou ochotni použít cokoliv od slunečního světla a vody, končit s vzdušné síly. Zařízení, které je schopné generovat energii z okolního prostředí, je velmi ceněn.

Přehled

Uhlíkové nanotrubičky - zdlouhavý válcované za grafit letadlo s válcovým tvarem. Obvykle se jejich tloušťka dosahuje několika desítek nanometrů až několik centimetrů dlouhé. Na konci nanotrubičky tvoří kulovou hlavu, která je jednou z částí fullerenu.

Existují některé typy uhlíkových nanotrubiček: kovové a polovodičové. Hlavním rozdílem je aktuální vodivost. První typ je vedení proudu při teplotě 0 ° C, a druhá - jen při zvýšených teplotách.

Uhlíkové nanotrubice: Vlastnosti

Většina moderních trendů, jako aplikované chemie nebo nanotechnologie, spojené s nanotrubiček, které mají skelet uhlíku. Co je to? Na základě této struktury se odkazuje na velké molekuly, které jsou vzájemně spojeny pouze atomy uhlíku. Uhlíkové nanotrubice, které jsou založeny na vlastnostech uzavřeného pláště formy, jsou vysoce ceněné. Dále, tvorba dat jsou válcového tvaru. Tyto trubky mohou být připraveny válcování grafitových archů, a to buď na růst ze specifického katalyzátoru. Uhlíkové nanotrubice, které jsou obrázky uvedené níže, mají neobvyklou strukturu. Přicházejí v různých tvarech a velikostech: jednovrstvé a vícevrstvé, rovné a klikatá. Navzdory skutečnosti, že nanotrubky jsou poměrně křehké, oni jsou nejsilnější materiál. Výsledkem je, že mnoho studií bylo zjištěno, že jsou inherentní vlastností, jako je pevnost v tahu a pevnost v ohybu. Působením silného mechanického namáhání, prvky nespěchejte a neporušují, to znamená, že se dokáže přizpůsobit různým napětím.

toxicity

V důsledku mnoha výzkumů bylo zjištěno, že uhlíkové nanotrubice mohou způsobit stejné problémy jako azbestových vláken, tj, které mají celou řadu zhoubných nádorů, jakož i rakoviny plic. Stupeň nepříznivého vlivu azbestu, závisí na druhu a tloušťce jeho vláken. Vzhledem k tomu, uhlíkové nanotrubičky mají malou hmotnost a rozměry, snadno vstoupit do těla společně se vzduchem. Dále, oni se dostanou do pohrudnice a jsou zahrnuty v hrudi, a nakonec způsobit řadu komplikací. Vědci provedl experiment a přidány do potraviny myši částic nanotrubiček. Produkty malým průměrem téměř nezůstal v těle, ale větší - kopal do stěny žaludku a způsobují různá onemocnění.

způsoby přípravy

K dnešnímu dni jsou tyto způsoby výroby uhlíkových nanotrubiček oblouku náboj, ablace, ukládání par.

Elektrický výboj. Příprava (uhlíkové nanotrubičky jsou popsány v tomto článku) v plazmě elektrického náboje, který hoří héliem. Takový způsob může být prováděn s použitím speciální technické vybavení pro výrobu fullerenů. Ale jiné režimy obloukové jsou použity v této metodě. Například hustota proudu se snižuje, a katody používá velké tloušťky. Vytvořit atmosféru helia, je třeba zvýšit tlak tohoto prvku. Uhlíkové nanotrubice získané rozprašováním. Že jejich počet zvýšil, je nutné zadat do grafitové tyče katalyzátoru. Ve většině případů, směs různých skupin kovu. Dále dochází ke změně tlaku a rozprašováním. Tak, katoda pelety, a ve kterém jsou vytvořeny uhlíkové nanotrubice. Hotové výrobky jsou stoupá kolmo z katody a shromážděny do svazků. Mají délku 40 mikronů.

Ablyasatsiya. Takový způsob byl vynalezen Richard Smalley. Jeho podstata spočívá v tom, že různé odvětrávací grafitovou povrch v reaktoru, pracujícím při vysokých teplotách. Uhlíkové nanotrubičky jsou tvořeny odpařováním grafitu ve spodní části reaktoru. Chladicí a jejich sběr se provádí pomocí chladicího povrchu. V prvním případě se počet prvků je roven 60%, pak se v tomto způsobu obr zvýšil o 10%. Náklady na laserové absolyatsii metody je dražší než všechny ostatní. Obecně platí, jednostěnné nanotrubice připraveny změnou reakční teploty.

Depozice z plynné fáze. Způsob nanášení par oxidu byl vynalezen v pozdních 50. let. Ale nikdo nemohl předvídat, že jejím prostřednictvím je možné získat uhlíkových nanotrubiček. Takže nejprve je třeba si připravit povrchu katalyzátoru. Jak to může být jemné částice různých kovů, například kobaltu, niklu a dalších. Nanotrubice se začínají objevovat z vrstvy katalyzátoru. Jejich tloušťka je závislá na velikosti katalyzující kovu. Povrch se zahřívá na vysokou teplotu, a pak je přívod plynu s obsahem uhlíku. Mezi nimi, - .., methan, atsetelen, ethanol, atd. Jako další procesní plyn je amoniak. Tento způsob výroby je nejběžnější nanotrubičky. Samotný proces probíhá v různých průmyslových podnicích, takže méně peněz jsou vynakládány k výrobě velkého počtu trubek. Další výhodou tohoto způsobu je, že vertikální prvky mohou být získány z kovových částic, které slouží jako katalyzátor. Příprava (uhlíkové nanotrubičky jsou popsány na všech stranách), možné díky výzkumu Suomi Iijima, který pozorována pod mikroskopem na jejich vzhled v důsledku syntézy uhlíku.

Hlavními druhy

Uhlíkové prvky jsou klasifikovány podle počtu vrstev. Nejjednodušší druh - jednostěnné uhlíkové nanotrubice. Každý z nich má tloušťku asi 1 nm a jejich délka může být mnohem větší. Pokud vezmeme v úvahu strukturu výrobek vypadá grafitového zábal pomocí hexagonální mřížku. Ve svých vrcholů nachází uhlíků. To znamená, že trubka má válcový tvar, který nemá žádné švy. Horní část se uzavře pokličky zařízení skládající se z molekul fullerenů.

Další zobrazení - vícevrstvý uhlíkové nanotrubičky. Skládají se z několika vrstev grafitu, které se ukládá do tvaru válce. Vzdálenost mezi nimi se udržuje na 0,34 nm. Struktura tohoto typu jsou popsány pomocí dvou metod. Na první, multi-trubky - několik vnořené single-stěny trubky, která vypadá jako ruské panenky. U druhého, více nanotrubice jsou grafitové fólie, která je zabalená několikrát kolem sebe, která je podobná složené noviny.

Uhlíkové nanotrubice: Aplikace

Položky jsou zbrusu nový člen třídy nanomateriálů. Jak již bylo uvedeno, mají konstrukci kostry, které se liší od vlastností grafitu nebo diamant. Proto se používají častěji než jiné materiály.

Vzhledem k těmto vlastnostem jako je pevnost v tahu, pevnost v ohybu, vodivost, se používají v mnoha oblastech:

• jako přísady do polymerů;
• katalyzátor pro osvětlovací zařízení, jakož i plochých obrazovek a mobilních telefonů v telekomunikačních sítích;
• jako absorbér elektromagnetických vln;
• konverze energie;
• anody v různých typů baterií;
• Skladování vodíku;
• výrobu snímačů a kondenzátory;
• Výroba kompozitů a amplifikace jejich struktury a vlastností.

Po mnoho let, uhlíkové nanotrubice, jehož použití není omezeno na konkrétní odvětví, se používají ve vědeckém výzkumu. Takový materiál má slabou pozici na trhu, jako jsou problémy s výrobou ve velkém měřítku. Dalším důležitým bodem je vysoké náklady na uhlíkových nanotrubiček, což je asi 120 dolarů za jeden gram látky.

Jsou používány jako základní prvek pro výrobu mnoha kompozitů, které se používají pro výrobu mnoha sportovních potřeb. Další odvětví -avtomobilestroenie. Funkcionalizace uhlíkových nanotrubic v daném oboru je snížena vybavit polymery vodivé vlastnosti.

Součinitel tepelné vodivosti nanotrubiček je dostatečně vysoká, takže mohou být použity jako chladicí zařízení pro různé masivní zařízení. Také učinily uzávěry, které jsou připojeny k trubkám sondy.

Mezi nejvýznamnější oborové aplikace patří výpočetní techniky. Vzhledem nanotrubice obzvláště plochou obrazovkou displeje. Pomocí nich lze výrazně zmenšit velikost počítače, jakož i ke zvýšení jeho technické úrovně. Ready zařízení budou několikanásobně vyšší než současné technologie. Na základě těchto studií, můžete vytvářet vysoce kineskopy.

Postupem času budou trubky být použity nejen v elektronice, ale také odvětví zdravotnictví a energetiky.

výroba

Uhlíkové trubky, jehož výroba je rozdělen mezi dvěma druhy ně rovnoměrně distribuována. Tj MWNT produkují mnohem více než SWNT. Druhým typem úkolů v případě nouze. Různé firmy neustále vyrábět uhlíkové nanotrubice. Ale poptávka to prakticky nepoužívají, protože náklady příliš vysoké.

výroba vůdci

V současné době vedoucí postavení ve výrobě uhlíkových nanotrubiček obsazené asijských zemí, výrobní kapacity , která je vyšší než 3 krát vyšší než v ostatních zemích Evropy a Ameriky. Zejména výroba MWNT se zabývá v Japonsku. Ale i další země, například Koreji a Číně, neměli připustit v tomto ukazateli.

Výroba v Rusku

Domácí výroba uhlíkových nanotrubiček je daleko za ostatními zeměmi. Ve skutečnosti, vše závisí na kvalitě výzkumu v této oblasti. Tam není přidělen dostatek finančních prostředků na rozvoj vědy a technologických center v zemi. Mnozí lidé nevnímají vývoj nanotechnologií, protože já nevím, jak to může být používáno v průmyslu. Proto je přechod na novou ekonomiku stezka vede je poměrně obtížné.

Proto je ruský prezident vydal dekret, který stanoví rozvoj různých oblastech nanotechnologií, včetně uhlíkových prvků. Pro tento účel speciální rozvojový program byl vytvořen k výrobě své vlastní technologie. Firemní „Nanotechnologie“, byl vytvořen tak, aby byly provedeny všechny body pořadí ,. Její fungování bylo přiděleno podstatnou část ze státního rozpočtu. Byla to ona, kdo by měl řídit návrh, výrobu a realizaci v průmyslových aplikacích uhlíkových nanotrubic. Částka vyčleněná vynaložit na rozvoj různých výzkumných ústavů a laboratoří, jakož i přispět k posílení stávajících úspěchy tuzemských vědců. Dále budou tyto prostředky použít na nákup kvalitního vybavení pro výrobu uhlíkových nanotrubiček. Mělo by se také postarat se o těch zařízení, která budou chránit lidské zdraví, protože materiál způsobuje řadu nemocí.

Jak již bylo zmíněno, celý problém spočívá v získávání finančních prostředků. Většina investorů nechtějí investovat do výzkumu a vývoje, a to zejména po dlouhou dobu. Všechny podniky chtějí vidět zisk, ale Nano-může jít po celá léta. To je to, co tlačí představitele malých a středních podniků. Kromě toho, aniž by veřejné investice nebude plně zahájit výrobu nanomateriálů. Dalším problémem je nedostatek právního základu, protože neexistuje žádný zprostředkovatel mezi různými fázích podnikání. Proto je výroba na bázi uhlíkových nanotrubiček v Rusku, která je požadována, vyžaduje nejen finanční, ale i duševní investice není. Zatímco Ruská federace je daleko od asijských zemí, které vedou ve vývoji nanotechnologií.

K dnešnímu dni, vývoj v průmyslu zabývající se chemickými odděleních různých univerzitách v Moskvě, Tambov, Petrohradu, Novosibirsku a Kazani. Přední výrobci uhlíkových nanotrubic jsou pevné „Garnet“ a Tambov rostlina „Komsomolets“.

Pozitivní a negativní aspekty

Mezi výhody můžeme rozlišit speciálních vlastností uhlíkových nanotrubic. Jsou trvanlivý materiál, který je pod vlivem mechanického namáhání není zničena. Kromě toho se dobře fungovat v ohýbání a natahování. To bylo možné vzhledem k uzavřené konstrukci rámu. Jejich použití není omezeno na jeden sektor. Zkumavky byly použity v automobilovém průmyslu, elektroniky, medicíny a energie.

Obrovské nevýhodou je negativní dopad na lidské zdraví. Částice nanotrubičky vstupu do lidského těla, vést k zhoubných nádorů a rakoviny.

Podstatným aspektem je financování tohoto sektoru. Mnozí lidé nechtějí investovat do vědy, jak budete potřebovat hodně času pro zisk. A bez fungování výzkumné laboratoře nemůže být vývoj nanotechnologií.

závěr

Uhlíkové nanotrubičky hrají významnou roli v inovativních technologiích. Mnozí odborníci předpovídají růst tohoto odvětví v nadcházejících letech. Tam bude výrazné zvýšení výrobní kapacity, což povede ke snížení nákladů na zboží. S poklesem cen, bude trubka bude obrovská poptávka, a stane nenahraditelným materiálem pro mnoho přístrojů a zařízení.

Takže jsme zjistili, co tvoří tyto produkty.