أنابيب الكربون النانوية: الإنتاج والاستخدام وخصائص

الطاقة هي صناعة هامة، والتي تلعب دورا هاما في حياة الإنسان. الدولة الطاقة في بلد يعتمد على عمل العديد من العلماء في هذه الصناعة. اليوم، أنها تبحث عن مصادر بديلة للطاقة. لهذه الأغراض، هم على استعداد لاستخدام أي شيء، من أشعة الشمس والمياه، مع الانتهاء من القوة الجوية. المعدات التي هي قادرة على توليد الطاقة من البيئة، هو موضع تقدير كبير.

نظرة عامة

أنابيب الكربون النانوية - مطولة المدرفلة طائرة الجرافيت مع شكل اسطواني. عادة، يصل سمكها عدة عشرات نانومتر إلى عدة سنتيمترات طويلة. في نهاية أنابيب يشكل الرأس الكروي الذي هو جزء واحد من الفوليرين.

هناك بعض أنواع من أنابيب الكربون النانوية: الفلزية وشبه الموصلة. والفرق الرئيسي هو الموصلية الحالي. يمكن للنوع الأول بإجراء الحالي عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، والثانية - إلا في درجات حرارة مرتفعة.

أنابيب الكربون النانوية: خصائص

معظم الاتجاهات الحديثة مثل الكيمياء التطبيقية أو تكنولوجيا النانو، وربط الأنابيب النانوية التي لها الهيكل العظمي الكربون. ما هو؟ في إطار هذا الهيكل يشير إلى الجزيئات الكبيرة، والتي هي مترابطة ذرات الكربون فقط. أنابيب الكربون النانوية، والتي تقوم على خصائص النموذج قذيفة مغلقة، تعتبر ذات قيمة عالية. وعلاوة على ذلك، تشكيل البيانات هي ذات شكل اسطواني. ويمكن من خلال طرح أوراق الجرافيت، إما أن تنمو من حافز معين إعداد مثل هذه الأنابيب. أنابيب الكربون النانوية، التي أظهرت الصور أدناه، لديها بنية غير عادية. أنها تأتي في مختلف الأشكال والأحجام: طبقة واحدة ومتعددة الطبقات، على التوالي، ومتعرج. وعلى الرغم من أن الأنابيب النانوية هشة جدا، هم أقوى المواد. ونتيجة لذلك، وقد وجدت العديد من الدراسات أن هم الخصائص الملازمة مثل الشد وقوة العاطفة. في إطار العمل من إجهاد شديد، والعناصر لا تتعجل ولا كسر، وهذا هو، يمكن أن تتكيف مع مختلف الجهود.

سمية

ونتيجة لتحقيقات متعددة، فقد وجد أن أنابيب الكربون النانوية يمكن أن يسبب نفس المشاكل ألياف الاسبستوس، أي وجود مجموعة متنوعة من الأورام الخبيثة وكذلك سرطان الرئة. درجة التأثير السلبي للاسبستوس يعتمد على نوع وسمك أليافه. لأن أنابيب الكربون النانوية لها وزن صغير والحجم، ودخولهم بسهولة الجسم مع الهواء. وعلاوة على ذلك، فإنها تقع في غشاء الجنب وتدرج في الصدر، وتسبب في نهاية المطاف مجموعة متنوعة من المضاعفات. أجرى العلماء تجربة وتضاف إلى الطعام من الجسيمات الفئران الأنابيب النانوية. منتجات القطر الصغير تقريبا لم يبقى في الجسم، ولكن أكبر - حفر في جدران المعدة ويسبب الأمراض المختلفة.

طرق التحضير

حتى الآن، وهناك الطرق التالية لإنتاج أنابيب الكربون النانوية تهمة القوس، والاجتثاث، ترسب البخار.

التفريغ الكهربائي. إعداد (موصوفة أنابيب الكربون النانوية في هذه المقالة) في البلازما من الشحنة الكهربائية، والتي تحرق مع الهيليوم. ويمكن تنفيذ هذه العملية باستخدام معدات تقنية خاصة لإنتاج الفلورين. ولكن وسائل قوس أخرى تستخدم في هذا الأسلوب. على سبيل المثال، كثافة التيار تتناقص، والقطب السالب استخدمت سمك ضخمة. لخلق جو من الهيليوم من الضروري زيادة الضغط من هذا العنصر. أنابيب الكربون النانوية التي تم الحصول عليها عن طريق الرش. أن عددهم قد زاد، يجب عليك إدخال إلى عامل محفز الجرافيت قضيب. في معظم الحالات، وهي مزيج من مجموعات مختلفة من المعدن. وعلاوة على ذلك، هناك تغيير في الضغط وطريقة الاخرق. وهكذا، فإن بيليه الكاثود، وحيث يتم تشكيل الأنابيب النانوية الكربونية. المنتجات النهائية ترتفع عموديا من القطب السالب وجمعت في حزم. لديهم طول 40 ميكرون.

Ablyasatsiya. اخترع هذه الطريقة من قبل ريتشارد سمالي. جوهرها يكمن في حقيقة أن سطح تبخير الجرافيت مختلفة في مفاعل، وتعمل في درجات حرارة عالية. تتشكل الأنابيب النانوية الكربونية بنسبة تبخر الجرافيت في الجزء السفلي من المفاعل. التبريد وجمعهم يحدث عن طريق سطح التبريد. في الحالة الأولى، وعدد من العناصر يساوي 60٪، ثم في هذا الرقم طريقة زيادة بنسبة 10٪. تكلفة الليزر طريقة absolyatsii أغلى من كل الآخرين. عموما، الأنابيب النانوية أحادية الجدار عن طريق تغيير درجة حرارة التفاعل أعدت.

ترسب من مرحلة الغاز. اخترع الكربون طريقة ترسيب البخار في أواخر 50s. ولكن لا أحد يمكن أن يتوقع أنه بحلول سائل فمن الممكن الحصول على الأنابيب النانوية الكربونية. لذلك، تحتاج أولا إلى إعداد سطح المحفز. لأنها قد تكون جسيمات دقيقة من المعادن المختلفة، على سبيل المثال، والكوبالت والنيكل وغيرها. الأنابيب النانوية هي بداية للخروج من طبقة المحفز. سمكها يعتمد على حجم تحفيز المعدنية. يتم تسخين السطح إلى درجة حرارة عالية، ومن ثم هناك توريد الكربون غاز يحتوي على. من بينها، - ..، الميثان، atsetelen، والإيثانول، وما إلى ذلك وغاز عملية آخر هو الأمونيا. هذه الطريقة في الإنتاج هو الأكثر شيوعا الأنابيب النانوية. العملية نفسها تجري في المؤسسات الصناعية المختلفة، بحيث تنفق أقل من المال لإنتاج عدد كبير من الأنابيب. ميزة أخرى لهذا الأسلوب هو أن أعضاء الرأسي يمكن الحصول عليها من أي الجزيئات المعدنية التي تشكل حافزا. جعلت إعداد (موصوفة أنابيب الكربون النانوية من جميع الجهات) بفضل للبحث عن سومي إيجيما، الذي لاحظ تحت المجهر لظهورها نتيجة لتجميع الكربون.

الأنواع الرئيسية لل

تصنف عناصر الكربون وفقا لعدد من الطبقات. أبسط نوع - الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار. كل واحد منهم لديه سمك حوالي 1 نانومتر، وطولها قد يكون أكبر من ذلك بكثير. وإذا نظرنا إلى الهيكل، والمنتج يشبه التفاف الجرافيت باستخدام شبكة سداسية. في رؤوسه الكربون الموجود. وهكذا، فإن أنبوب له شكل أسطواني، والتي لا يوجد لديه طبقات. الجزء العلوي يغلق الجفن الأجهزة التي تتكون من جزيئات الفوليرين.

عرض القادم - أنابيب الكربون النانوية متعدد الطبقات. وهي تتألف من عدة طبقات من الجرافيت التي مكدسة على شكل اسطوانة. يتم الحفاظ على therebetween المسافة في 0.34 نانومتر. ووصف هيكل من هذا النوع باستخدام طريقتين. في أول ومتعددة أنبوب - عدد قليل متداخلة الأنابيب جدار واحد الذي يبدو وكأنه دمية روسية. في الثانية، الأنابيب النانوية متعددة الجدران هي ورقة الجرافيت الذي يلف عدة مرات حول نفسه، والذي يشبه إلى صحيفة مطوية.

أنابيب الكربون النانوية: التطبيقات

البنود هي عضو العلامة التجارية الجديدة من فئة من المواد النانوية. وكما ذكر سابقا، لديهم بنية الذبيحة التي تختلف عن خصائص الجرافيت أو الماس. لذا فهو يستخدم في كثير من الأحيان من المواد الأخرى.

بسبب الخصائص مثل قوة الشد، وقوة العاطفة، والموصلية، وتستخدم في العديد من المجالات:

• كما مضافات البوليمرات.
• محفز للأجهزة الإضاءة، وكذلك شاشات العرض المسطحة والهواتف في شبكات الاتصالات.
• باعتبارها امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية،
• تحويل الطاقة.
• الأنودات في مختلف أنواع البطاريات.
• تخزين الهيدروجين.
• إنتاج أجهزة الاستشعار والمكثفات.
• إنتاج المواد المركبة والتضخيم من هيكل وممتلكاتهم.

لسنوات عديدة، أنابيب الكربون النانوية، واستخدام والتي لا تقتصر على صناعة معينة، وتستخدم في مجال البحث العلمي. هذه المواد لديها موقف ضعيف في السوق، كما أن هناك مشاكل مع الإنتاج على نطاق واسع. نقطة أخرى مهمة هي تكلفة عالية من الألياف الكربونية، وهي عبارة عن 120 دولار للغرام واحد من المادة.

وهي تستخدم كعنصر أساسي لإنتاج العديد من المواد المركبة، والتي تستخدم لصنع العديد من السلع الرياضية. آخر -avtomobilestroenie الصناعة. يتم تخفيض Functionalization من أنابيب الكربون النانوية في الفن لمنح البوليمرات خصائص موصل.

معامل التوصيل الحراري من الأنابيب النانوية عالية بما فيه الكفاية، بحيث يمكن استخدامه كجهاز التبريد للمعدات ضخمة المختلفة. كما أنها جعلت القبعات التي تعلق على أنابيب التحقيق.

وتشمل التطبيقات فرع أهم تكنولوجيا الكمبيوتر. الأنابيب النانوية القانونية هي خصوصا يعرض لوحة مسطحة. بمساعدة عليها، يمكنك الحد بشكل كبير من حجم جهاز الكمبيوتر، وكذلك لرفع مستوى الأداء الفني. والمعدات جاهزة تكون عدة مرات أكبر من التكنولوجيا الحالية. على أساس هذه الدراسات، يمكنك إنشاء عالية kinescopes.

مع مرور الوقت، وسوف تستخدم الأنابيب ليس فقط في مجال الالكترونيات، ولكن أيضا في قطاعي الصحة والطاقة.

إنتاج

أنابيب الكربون، يتم توزيع الإنتاج منها بين نوعين منها، موزعة بالتساوي. أي MWNT تنتج أكثر بكثير من SWNT. النوع الثاني من تأليف في حالات الطوارئ. شركات مختلفة تنتج باستمرار الأنابيب النانوية الكربونية. لكن الطلب أنها عمليا لا تستخدم، لأنها تكلف مرتفعة للغاية.

إنتاج قادة

في الوقت الحاضر، على مكانتها الرائدة في إنتاج أنابيب الكربون النانوية احتلت البلدان الآسيوية، الطاقة الإنتاجية وهو أعلى ارتفاع من 3 مرات مما كان عليه في بلدان أخرى في أوروبا وأمريكا. على وجه الخصوص، وتشارك في إنتاج MWNT في اليابان. لكن دولا أخرى، مثل كوريا والصين، لم تتنازل في هذا المؤشر.

الإنتاج في روسيا

الإنتاج المحلي من أنابيب الكربون النانوية هو أبعد وراء البلدان الأخرى. في الواقع، كل شيء يعتمد على نوعية من البحوث في هذا المجال. لم يتم تخصيص هناك ما يكفي من الأموال لتطوير مراكز العلوم والتكنولوجيا في البلاد. كثير من الناس لا ينظرون إلى تطوير تكنولوجيا النانو، لأنني لا أعرف كيف يمكن استخدامه في الصناعة. ولذلك، فإن الانتقال إلى أشواط جديدة اقتصاد درب صعب للغاية.

لذلك، أصدر الرئيس الروسي مرسوما، التي تحدد تطور مختلف مجالات تكنولوجيا النانو، بما في ذلك عناصر الكربون. لهذا الغرض، تم إنشاء برنامج تطوير خاص لتصنيع الخاصة بهم التقنيات. تم إنشاء شركة "تكنولوجيا النانو" بحيث كان كل نقاط النظام،. تم تخصيص عملها كمية كبيرة من ميزانية الدولة. كانت هي التي يجب أن يسيطر على تصميم وإنتاج والتنفيذ في التطبيقات الصناعية من أنابيب الكربون النانوية. المبلغ المخصص للإنفاق على تطوير معاهد البحوث المختلفة والمختبرات، فضلا عن المساعدة في تعزيز الانجازات الحالية من العلماء المحلي. أيضا، وسوف تستخدم هذه الأموال لشراء معدات عالية الجودة لإنتاج أنابيب الكربون النانوية. كما ينبغي أن تأخذ الرعاية من هذه الأجهزة التي من شأنها حماية صحة الإنسان، حيث أن المواد تسبب مجموعة متنوعة من الأمراض.

كما ذكر سابقا، تكمن المشكلة كلها في جمع الأموال. معظم المستثمرين لا يرغبون في الاستثمار في البحث والتطوير، وخاصة لفترة طويلة. جميع الشركات تريد أن ترى الربح، ولكن نانو يمكن أن تذهب لسنوات. وهذا ما يدفع ممثلي الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم. وبالإضافة إلى ذلك، سوف دون الاستثمار العام لم يبدأ بشكل كامل إنتاج المواد النانوية. مشكلة أخرى هي عدم وجود أساس قانوني، حيث لا يوجد وسيط بين مختلف مراحل العمل. ولذلك، فإن إنتاج أنابيب الكربون في روسيا التي لم يطالب، تتطلب ليس فقط المالية، ولكن أيضا للاستثمار العقلي. في حين أن الاتحاد الروسي لا يزال بعيدا عن الدول الآسيوية التي تقود في تطوير تكنولوجيا النانو.

حتى الآن، والتطورات في صناعة تعمل في مجال الإدارات الكيميائية من مختلف جامعات موسكو، تامبوف، سانت بطرسبورغ، نوفوسيبيرسك وكازان. أبرز الشركات المصنعة للأنابيب الكربون النانوية هي شركة "العقيق" ومصنع تامبوف "كومسوموليتس".

الجوانب الإيجابية والسلبية

ومن بين المزايا يمكننا أن نميز خصائص خاصة من الأنابيب النانوية الكربونية. فهي مواد متينة، والتي هي تحت وليس للتدمير تأثير إجهاد ميكانيكي. وبالإضافة إلى ذلك، أنها تعمل بشكل جيد في الانحناء والتمدد. وقد أصبح هذا ممكنا بسبب بنية مغلقة الإطار. استخدامها لا يقتصر على قطاع واحد. وقد استخدمت هذه الأنابيب في صناعة السيارات والإلكترونيات والطب والطاقة.

عيب كبير هو تأثير سلبي على صحة الإنسان. الجسيمات الأنابيب النانوية دخول جسم الإنسان، تؤدي إلى الأورام الخبيثة والسرطان.

أحد الجوانب الأساسية لتمويل هذا القطاع. كثير من الناس لا يرغبون في الاستثمار في مجال العلوم، وكنت في حاجة الى الكثير من الوقت من أجل الربح. وبدون عمل مختبرات الأبحاث لا يمكن أن يكون تطوير تكنولوجيا النانو.

استنتاج

أنابيب الكربون النانوية تلعب دورا رئيسيا في التقنيات المبتكرة. ويتوقع العديد من الخبراء نمو هذه الصناعة في السنوات المقبلة. سيكون هناك زيادة كبيرة في الطاقة الإنتاجية، الأمر الذي سيقلل تكلفة البضاعة. مع انخفاض في الأسعار، فإن الأنبوب يكون في الطلب الكبير، وسوف تصبح مادة لا غنى عنها للعديد من الأجهزة والمعدات.

لذلك، وجدنا ما يشكل هذه المنتجات.