Os nanotubos de carbono: produción, uso, propiedades

A enerxía é unha industria importante, que desempeña un papel importante na vida humana. O estado de enerxía dun país depende do traballo de moitos científicos na industria. Hoxe, están buscando fontes alternativas de enerxía. Para estes fins, están dispostos a usar calquera cousa, da luz solar e auga, rematando co poder aéreo. O equipo que é capaz de xerar enerxía a partir do ambiente, é moi apreciado.

visión global

Os nanotubos de carbono - un plan de grafito laminada longa cunha forma cilíndrica. Normalmente, a súa espesura atinxe algunhas decenas de nanómetros a varios centímetros de lonxitude. Ao final do nanotubos forma unha cabeza esférica que é unha parte de fulereno.

Hai algúns tipos de nanotubos de carbono: metálico e semicondutor. A principal diferenza é a condutividade actual. O primeiro tipo pode conducir a corrente a unha temperatura de 0 ° C, ea segunda - só a temperaturas elevadas.

Os nanotubos de carbono: propiedades

A maioría das tendencias modernas, como Química Aplicada ou nanotecnoloxía, ligados aos nanotubos, que teñen unha estrutura esquelética de carbono. ¿Que é iso? Baixo esta estrutura refírese a moléculas grandes, que están interligadas só átomos de carbono. Os nanotubos de carbono, que están baseados nas propiedades da forma de cuncha pechada, son altamente valorados. Ademais, a formación dos datos de forma cilíndrica. Tales tubos poden ser preparadas por laminagem follas de grafito, quere crecer a partir dun catalizador específico. Os nanotubos de carbono, que as imaxes móstranse a continuación, teñen unha estrutura usual. Eles veñen en diferentes formas e tamaños: de capa única e multi-capa, rectas e sinuosas. A pesar do feito de que os nanotubos son moi fráxiles, son o material máis forte. Como resultado, moitos estudos atoparon que son propiedades inherentes, tales como a resistencia á tracción e á flexión. Baixo a acción da tensión mecánica grave, os elementos non se precipite e non quebran, isto é, pode axustar-se diferentes voltagens.

toxicidade

Como resultado de varias investigacións, verificouse que os nanotubos de carbono poden provocar os mesmos problemas que as fibras de amianto, é dicir, tendo unha variedade de tumores malignos, así como o cancro de pulmón. O grao de influencia adversa de amianto depende do tipo e do grosor das fibras. Xa que os nanotubos de carbono ten un pequeno peso e tamaño, elas facilmente entrar no corpo xunto co aire. Ademais, eles caen na pleura e están incluídas no peito, e, finalmente, causar unha variedade de complicacións. Científicos conducida unha experiencia e engade á comida de partículas ratos nanotubos. Produtos de pequeno diámetro apenas estadía no corpo, pero maior - cavou as paredes do estómago e causar varias enfermidades.

métodos de preparación

Ata a data, existen os seguintes métodos para a produción de nanotubos de carbono carga arco, a ablação, a deposición de vapor.

descarga eléctrica. Preparación de (nanotubos de carbono encóntranse descritos neste artigo) no plasma da carga eléctrica, que arde con helio. Tal proceso pode realizarse utilizando equipo técnico especial para a produción de fulerenos. Pero outros modos de tiro son utilizados neste método. Por exemplo, a densidade de corrente diminúe, e os cátodos utilizados grandes espesores. Para crear unha atmosfera de helio é necesario para aumentar a presión deste elemento. Os nanotubos de carbono obtido por pulverización. Que o seu número aumentou, ten que entrar nun catalizador pau de grafito. Na maioría dos casos, unha mestura de diferentes grupos de metal. Ademais, hai un cambio na presión e método de pulverización. Así, unha pastilla de cátodo, e no que os nanotubos de carbono están formadas. Os produtos acabados están a aumentar de xeito perpendicular a partir do cátodo e recollidos en feixes. Teñen unha lonxitude de 40 micras.

Ablyasatsiya. Tal método foi inventado por Richard Smalley. A súa esencia reside no feito de que a superficie vaporize grafito diferente nun reactor, que operan a altas temperaturas. Os nanotubos de carbono están formadas por evaporación da grafito no fondo do reactor. Refrixeración e recollendo-se realiza a través dunha superficie de refrixeración. No primeiro caso, o número de elementos é igual a 60%, a continuación, nesta figura método aumentou en 10%. O custo do método absolyatsii láser é máis caro que todos os outros. Xeralmente, nanotubos con paredes simples preparados alterando a temperatura da reacción.

A deposición desde a fase gasosa. método de deposición de vapor de carbono foi inventado a finais dos anos 50. Pero ninguén podería prever que a través dela se pode obter nanotubos de carbono. Entón, primeiro precisa para preparar a superficie do catalizador. Como se pode partículas finas de varios metais, por exemplo, cobalto, níquel e outros. Nanotubos están empezando a emerxer desde a capa de catalizador. A súa espesura depende do tamaño catalizar de metal. A superficie é Calefacción a unha temperatura alta, e non hai subministración de gas que contén carbono. Entre eles, - .., metano, atsetelen, etanol, etc. Como outra gas de proceso é a amoníaco. Este método de produción e os nanotubos máis comúns. O proceso en si ocorre en varios proxectos industriais, de xeito que menos diñeiro é gasto para a produción dun gran número de tubos. Outra vantaxe deste método é que os membros verticais poden ser obtidas a partir de calquera partículas de metal que serven como o catalizador. Preparación de (nanotubos de carbono encóntranse descritos en todas as partes) feitas posibles grazas a buscar Suomi Iijima, que observada baixo o microscopio para o seu aspecto como un resultado da síntese de carbono.

Os principais tipos de

elementos de carbono son clasificados de acordo co número de capas. O tipo máis simple - nanotubos de carbono de parede única. Cada unha delas ten un espesor de preto de 1 nm, eo seu longo pode ser moito maior. Se consideramos a estrutura, o produto parece envoltura de grafito usando unha reixa hexagonal. Nos seus vértices carbonos situado. Así, o tubo ten unha forma cilíndrica, que non ten costuras. A parte superior pecha dispositivos tapas que consisten en moléculas de fulereno.

Seguinte visualización - nanotubos de carbono multicapa. Eles consisten en varias capas de grafito que son empilhados na forma dun cilindro. A distancia entre os mesmos é mantida a 0,34 nm. A estrutura deste tipo son descritos utilizando dous métodos. No primeiro, multi-tubo - algúns tubo de parede simple aniñada que se parece unha boneca rusa. Nun segundo, nanotubos de paredes múltiples están folla de grafito que é enrolada varias veces en torno a si, o cal é similar a un xornal dobrado.

Os nanotubos de carbono: aplicacións

Os elementos son membro novo da clase de nanomateriais. Como mencionado anteriormente, teñen unha estrutura de carcassa a cal difire das propiedades da grafito ou diamante. É, polo tanto, se usa con máis frecuencia do que outros materiais.

Debido ás características tales como a resistencia á tracción, resistencia á flexión, condutividade, son utilizados en moitas áreas:

• como aditivos para polímeros;
• catalizador para dispositivos de iluminación, así como monitores de pantalla plana e dispositivos en redes de telecomunicacións;
• como un absorbedor de ondas electromagnéticas;
• conversión de potencia;
• ánodos en varios tipos de baterías;
• Almacenamento de hidróxeno;
• produción de sensores e condensadores;
• produción de compostos e amplificación da súa estrutura e propiedades.

Por moitos anos, os nanotubos de carbono, cuxo uso non se limita a un determinado sector, utilizado na investigación científica. Este material ten unha posición forte no mercado, xa que hai problemas coa produción a grande escala. Outro punto importante é o elevado custo de nanotubos de carbono, que é de preto de 120 dólares por unha herba de substancia.

Son usados como un elemento básico para a produción de moitos compostos, que se usan para facer moitos artigos deportivos. Outra -avtomobilestroenie industria. Funcionalização de nanotubos de carbono na arte é reducido a dotar polímeros propiedades condutoras.

Coeficiente de condutividade térmica de nanotubos é suficientemente elevado, de forma que poidan ser usadas como un dispositivo de refrixeración para varios equipos maciza. Tamén fixeron tapas que están ligados a tubos de sonda.

As aplicacións de filiais máis importantes inclúen a tecnoloxía de ordenador. nanotubos debido son especialmente monitores de pantalla plana. Coa axuda deles, pode reducir significativamente o tamaño do ordenador, así como para aumentar o seu rendemento técnico. equipo preparado será varias veces maior que a tecnoloxía actual. Con base nestes estudos, pode crear alta cinescópios.

Co tempo, os tubos serán utilizados non só en electrónica, pero tamén os sectores de saúde e enerxía.

produción

tubos de carbono, a produción das cales distribúese entre os dous tipos de eles, distribuídos uniformemente. É dicir, MWNT producir moito máis que SWNT. O segundo tipo de facer nunha emerxencia. Varias empresas producen continuamente nanotubos de carbono. Pero a demanda de que practicamente non usan, porque custa moi alto.

produción líderes

Na actualidade, a posición de liderado na produción de nanotubos de carbono ocupada países asiáticos, capacidade de produción , que é maior que 3 veces maior que noutros países de Europa e América. En particular, a produción de MWNT toma parte no Xapón. Pero outros países, como Corea e China, non admiten neste indicador.

Produción en Rusia

A produción nacional de nanotubos de carbono é moi atrás doutros países. En realidade, todo depende da calidade da investigación nesta área. Non é asignado recursos suficientes para o desenvolvemento de centros de ciencia e tecnoloxía do país. Moita xente non entender o desenvolvemento da nanotecnoloxía, porque eu non sei como pode ser usado na industria. Polo tanto, a transición cara a unha nova economía de montaña pasa é moi difícil.

Polo tanto, o presidente ruso emitiu un decreto polo que se establecen o desenvolvemento de diversas áreas da nanotecnoloxía, incluíndo elementos de carbono. Para este propósito, un programa de desenvolvemento especial foi creado para fabricar as súas propias tecnoloxías. Empresa "nanotecnoloxías" foi creado para que todos os puntos de vista foron feitas,. O seu funcionamento foi asignada unha cantidade do orzamento do Estado. Foi ela quen debe controlar o deseño, produción e posta en marcha en aplicacións industriais de nanotubos de carbono. O importe asignado a gastar co desenvolvemento de varios institutos de investigación e laboratorios, así como axudar a fortalecer os logros existentes de científicos domésticos. Ademais, estes recursos serán utilizados para a compra de equipos de alta calidade para a produción de nanotubos de carbono. Tamén debe tomar coidado con estes dispositivos que protexan a saúde humana, xa que o material causa unha variedade de enfermidades.

Como mencionado anteriormente, todo o problema reside na recolleita de fondos. A maioría dos investimentos non queren investir en investigación e desenvolvemento, sobre todo por un longo tempo. Todas as empresas queren ver un beneficio, pero Nano-pode ir por anos. Iso é o que empuxa os representantes de pequenas e medianas empresas. Ademais, sen investimento público non comezará totalmente a produción de nanomateriais. Outro problema é a falta de base xurídica, xa que non hai intermediario entre as varias fases do negocio. Polo tanto, a produción de nanotubos de carbono en Rusia, o que non é reivindicada, non require só económicos, senón tamén de investimento mental. Mentres a Federación Rusa está lonxe de países asiáticos que son líderes no desenvolvemento de nanotecnoloxía.

Ata a data, a evolución da industria implicados nos departamentos químicos de varias universidades de Moscova, Tambov, San Petersburgo, Novosibirsk e Kazan. Os principais fabricantes de nanotubos de carbono son firmes "Garnet" e planta Tambov "Komsomolets".

aspectos positivos e negativos

Entre as vantaxes, podemos distinguir as propiedades especiais de nanotubos de carbono. Son dun material duradeiro, que se atopa baixo a influencia da tensión mecánica non é destruída. Ademais, eles funcionan ben en flexión e along. Isto foi posible debido á estrutura pechada do bastidor. O seu uso non se limita a un sector. Os tubos foron utilizados na industria automotiva, electrónica, medicina e enerxía.

Enorme desvantaxe é o impacto negativo sobre a saúde humana. Partículas nanotubos que entran no corpo humano, dar orixe a tumores malignos eo cancro.

Un aspecto fundamental é o financiamento deste sector. Moitas persoas non queren investir en ciencia, como precisa unha morea de tempo para o beneficio. E sen un funcionamento laboratorios de investigación non pode ser o desenvolvemento da nanotecnoloxía.

conclusión

Os nanotubos de carbono desempeñar un papel importante en tecnoloxías innovadoras. Moitos expertos prever o crecemento desta industria nos próximos anos. Haberá un aumento significativo da capacidade de produción, o que reducirá o custo das mercadorías. Coa diminución dos prezos, o tubo será en gran demanda, e pode chegar a ser un material insubstituíble para moitos dispositivos e equipamentos.

Entón, descubrimos o que constitúe estes produtos.