Koolstof nanobuisjes: productie, gebruik, eigenschappen

Energie is een belangrijke industrie, die een belangrijke rol in het menselijk leven speelt. De energie toestand van een land hangt af van het werk van vele wetenschappers in de industrie. Vandaag de dag zijn ze op zoek naar alternatieve energiebronnen. Voor deze doeleinden, zijn ze bereid om iets te gebruiken, tegen zonlicht en water, eindigend met air power. De apparatuur die in staat is om energie op te wekken uit de omgeving, wordt zeer gewaardeerd.

Overzicht

Koolstof nanobuisjes - een lange gerolde grafiet vlak met een cilindrische vorm. Gewoonlijk hun dikte heeft bereikt enkele tientallen nanometers tot enkele centimeter lang. Aan het einde van de nanobuis vormt een bolvormige kop die een deel van fullereen.

Er zijn een aantal soorten van koolstof nanobuisjes: metallic en halfgeleidende. Het belangrijkste verschil is de huidige geleidbaarheid. Het eerste type kan geleiden bij een temperatuur van 0 ° C, en de tweede - alleen bij verhoogde temperaturen.

Koolstof nanobuisjes: woningen

De meeste moderne trends zoals Applied Chemistry of nanotechnologie, gekoppeld aan de nanobuisjes, die een structuur van het koolstofskelet hebben. Wat is het? Binnen deze opzet betreft grote moleculen, die onderling alleen koolstofatomen. Koolstof nanobuizen die zijn gebaseerd op de eigenschappen van de gesloten schaalvorm, worden zeer gewaardeerd. Bovendien vormen de gegevens van cilindrische vorm. Dergelijke buizen kunnen worden bereid door walsen grafietvellen, hetzij groeien van een specifieke katalysator. Koolstof nanobuisjes, die foto's hieronder zijn weergegeven, hebben een ongewone structuur. Ze komen in verschillende vormen en maten: single-layer-en multi-layer, recht en bochtig. Ondanks het feit dat de nanobuisjes zijn vrij kwetsbaar, ze zijn de sterkste materiaal. Als gevolg daarvan hebben vele studies gevonden dat deze inherente eigenschappen zoals treksterkte en buigsterkte. Onder de werking van ernstige mechanische belasting, zijn de elementen niet te snel en niet te breken, dat wil zeggen, kan aanpassen aan verschillende voltages.

toxiciteit

Door meerdere onderzoeken bleek dat koolstofnanobuizen dezelfde problemen als asbestvezels, dat wil zeggen met verschillende kwaadaardige tumoren en longkanker kan veroorzaken. De mate van nadelige invloed van asbest afhankelijk van het type en dikte van de vezels. Omdat koolstofnanobuisjes een laag gewicht en grootte, ze in het lichaam gemakkelijk samen met de lucht. Verder vallen ze in het borstvlies en zijn opgenomen in de borst, en uiteindelijk een verscheidenheid aan complicaties veroorzaken. Wetenschappers een experiment en toegevoegd aan het voedsel van muizen deeltjes nanobuisjes. Producten met een kleine diameter bijna niet in het lichaam blijven, maar grotere - gegraven in de muren van de maag en veroorzaken verschillende ziekten.

bereidingswijzen

Tot op heden zijn er de volgende werkwijzen voor het bereiden van koolstofnanobuizen boog lading, ablatie, opdampen.

Elektrische ontlading. Bereiding van (koolstof nanobuisjes zijn beschreven in dit artikel) in het plasma van de elektrische lading, die brandt met helium. Een dergelijk proces kan worden uitgevoerd met behulp van speciale technische uitrusting voor de productie van fullerenen. Maar andere boogmodus worden in deze methode. Bijvoorbeeld, de stroomdichtheid af en de kathoden gebruikte grote diktes. Om een sfeer van helium te maken, is het noodzakelijk om de druk van dit element te verhogen. Koolstof nanobuizen verkregen door sproeien. Dat hun aantal is toegenomen, moet je in een grafiet staaf katalysator in te voeren. In de meeste gevallen, een mengsel van verschillende groepen metal. Verder is er een verandering in druk en sputtermethode. Zo kan een kathodetablet, en waarbij de koolstof nanobuizen gevormd. Eindproducten loodrecht stijgen van de kathode en verzameld in bundels. Ze hebben een lengte van 40 micron.

Ablyasatsiya. Een dergelijke methode werd uitgevonden door Richard Smalley. De essentie ligt in het feit dat verschillende verdampen grafietoppervlak in een reactor, die bij hoge temperaturen. Koolstof nanobuizen gevormd door de verdamping van grafiet in het onderste gedeelte van de reactor. Koelen en te verzamelen vindt plaats door middel van een koeloppervlak. In het eerste geval het aantal elementen is gelijk aan 60%, dan is bij deze werkwijze figuur verhoogd met 10%. De kosten van laser absolyatsii methode is duurder dan alle anderen. In het algemeen enkelwandige nanobuizen bereid door verandering van de reactietemperatuur.

De depositie vanuit de gasfase. carbon opdampingswerkwijze werd uitgevonden in de late jaren '50. Maar niemand had kunnen voorzien dat door middel van het mogelijk is om koolstof nanobuisjes. Dus, moet u eerst het oppervlak van de katalysator te bereiden. Als het kan fijne deeltjes van diverse metalen, bijvoorbeeld kobalt, nikkel en andere. Nanobuisjes beginnen om uit de katalysator laag. Hun dikte is afhankelijk van de grootte van het katalyseren van metaal. Het oppervlak wordt verwarmd tot een hoge temperatuur, en dan is er toevoer van gas dat koolstof. Onder hen, - .., Methaan, atsetelen, ethanol, enz. Als een verder proces gas ammoniak. Deze productiemethode is de meest voorkomende nanobuisjes. Het proces zelf plaats op diverse industriële bedrijven, waardoor minder geld wordt uitgegeven voor de productie van een groot aantal buizen. Een ander voordeel van deze werkwijze is dat de verticale elementen kunnen worden verkregen uit elk metaaldeeltjes die dienen als de katalysator. Bereiding van (koolstof nanobuisjes zijn beschreven alzijdig) mogelijk dankzij onderzoek Nederland Iijima, die onder de microscoop waargenomen voor hun uiterlijk als gevolg van de synthese van koolstof.

De belangrijkste soorten

Koolelementen worden ingedeeld volgens het aantal lagen. De eenvoudigste soort - single-walled carbon nanotubes. Elk van hen heeft een dikte van ongeveer 1 nm en de lengte veel groter zijn. Als we kijken naar de structuur, het product ziet eruit als grafiet wrap met behulp van een zeshoekig rooster. In zijn hoekpunten gelegen koolstoffen. Aldus heeft de buis een cilindrische vorm, die geen naden heeft. Het bovenste gedeelte gesloten deksels inrichtingen die bestaan uit fullereenmoleculen.

Volgende view - meerwandige koolstof nanobuisjes. Ze bestaan uit meerdere lagen van grafiet die zijn gestapeld in de vorm van een cilinder. De afstand daartussen wordt gehandhaafd op 0,34 nm. De structuur van dit type worden beschreven op twee manieren. Op de eerste, multi-tube - een paar geneste enkelwandige pijp die eruit ziet als een Russische pop. In een tweede, meerwandige nanobuizen grafietblad die verscheidene malen gewikkeld rond zichzelf, die vergelijkbaar is met een opgevouwen krant.

Koolstof nanobuisjes: toepassingen

Items zijn nieuw lid van de klasse van nanomaterialen. Zoals eerder vermeld, hebben ze een karkas structuur die verschilt van de eigenschappen van het grafiet of diamant. Daarom wordt vaker gebruikt dan andere materialen.

Vanwege dergelijke eigenschappen zoals treksterkte, buigsterkte, geleidbaarheid, worden in veel gebieden:

• als toevoegsels aan polymeren;
• katalysator voor de verlichting apparaten, evenals platte beeldschermen en mobiele telefoons in telecommunicatienetwerken;
• als absorptiemiddel met elektromagnetische golven;
• machtsomzetting;
• anodes in verschillende soorten batterijen;
• Opslag van waterstof;
• produceren sensoren en condensatoren;
• composieten productie en amplificatie van de structuur en eigenschappen.

Gedurende vele jaren, koolstof nanobuisjes, is waarvan het gebruik niet beperkt tot een bepaalde industrie, gebruikt in wetenschappelijk onderzoek. Een dergelijk materiaal heeft een zwakke positie op de markt, zijn er problemen met grootschalige productie. Een ander belangrijk punt is de hoge kosten van koolstof nanobuisjes, die ongeveer 120 dollar per één gram van de stof.

Ze worden gebruikt als een fundamenteel element voor de productie van veel composieten, die worden gebruikt voor het maken van vele sportartikelen. Een andere industrie -avtomobilestroenie. Functionalisering van koolstof nanobuisjes in de techniek wordt beperkt tot polymeren te voorzien geleidende eigenschappen.

Warmtegeleidingscoëfficiënt van nanobuizen hoog genoeg, zodat ze kunnen worden gebruikt als koelinrichting voor verschillende grote apparatuur. Ook hebben zij doppen die zijn bevestigd aan de sonde buizen.

De belangrijkste tak toepassingen omvatten computertechnologie. Due nanobuizen bijzonder platte beeldschermen. Met de hulp van hen, kunt u een aanzienlijke vermindering van de grootte van de computer, maar ook om de technische prestaties te verhogen. Klaar apparatuur zal vele malen groter dan de huidige technologie. Op basis van deze studies, kunt u high-kinescopen creëren.

Na verloop van tijd zal de buizen niet alleen worden gebruikt in de elektronica, maar ook de sectoren gezondheidszorg en energie.

productie

Koolstof buizen, waarvan de productie wordt verdeeld tussen de twee soorten daarvan, gelijkmatig verdeeld. Ie, MWNT produceren veel meer dan SWNT. De tweede soort van doen in een noodgeval. Verschillende bedrijven continu produceren koolstofnanobuizen. Maar de vraag ze vrijwel niet gebruikt, omdat ze te hoge kosten.

leiders productie

Op dit moment is de leidende positie in de productie van koolstof nanobuisjes bezette Aziatische landen, de productiecapaciteit die hoger is dan 3 keer hoger dan in andere landen van Europa en Amerika. In het bijzonder wordt de productie van MWNT actief in Japan. Maar ook andere landen, zoals Korea en China, niet toe te geven in deze indicator.

De productie in Rusland

De binnenlandse productie van koolstof nanobuisjes is ver achter bij andere landen. In feite is alles hangt af van de kwaliteit van het onderzoek op dit gebied. Er wordt niet toegewezen voldoende middelen voor de ontwikkeling van wetenschap en technologie centra in het land. Veel mensen weten niet waar te nemen voor de ontwikkeling van nanotechnologie, want ik weet niet hoe het kan worden gebruikt in de industrie. Daarom is de overgang naar een nieuwe economie pad loopt is heel moeilijk.

Daarom is de Russische president een decreet uit, waarin de ontwikkeling van de verschillende gebieden van nanotechnologie, met inbegrip van carbon elementen. Hiervoor werd een speciaal programma voor de ontwikkeling gemaakt om hun eigen fabricage technologieën. Company "Nanotechnologieën" is gecreëerd zodat alle punten van orde werden gemaakt ,. De werking ervan werd toegewezen een aanzienlijk bedrag uit de staatsbegroting. Zij was het die het ontwerp, de productie en implementatie in industriële toepassingen van koolstof nanobuisjes zou moeten controleren. De hoeveelheid toegewezen te besteden aan de ontwikkeling van verschillende onderzoeksinstituten en laboratoria, maar ook bijdragen aan de versterking van de bestaande verworvenheden van de binnenlandse wetenschappers. Ook zullen deze middelen worden gebruikt voor de aankoop van hoogwaardige apparatuur voor de productie van koolstof nanobuisjes. Het moet ook zorgen voor die apparaten die de menselijke gezondheid te beschermen, omdat het materiaal zorgt voor een verscheidenheid aan ziekten.

Zoals eerder vermeld, het hele probleem ligt in het werven van fondsen. De meeste beleggers willen niet investeren in onderzoek en ontwikkeling, met name voor een lange tijd. Alle bedrijven willen winst zien, maar Nano-kunnen gaan voor jaren. Dat is wat duwt de vertegenwoordigers van kleine en middelgrote bedrijven. Bovendien, zonder openbare investeringen niet volledig zullen starten met de productie van nanomaterialen. Een ander probleem is het ontbreken van een rechtsgrondslag, aangezien er geen tussenpersoon tussen de verschillende fasen van het bedrijfsproces. Daarom is de koolstof nanobuis de productie in Rusland, dat niet wordt gesteld, vereisen niet alleen financiële, maar ook van de geestelijke investering. Terwijl de Russische Federatie is verre van Aziatische landen die zijn toonaangevend in de ontwikkeling van nanotechnologie.

Tot op heden, de ontwikkelingen in de industrie die zich bezighouden met de chemische afdelingen van de verschillende universiteiten van Moskou, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk en Kazan. De toonaangevende fabrikanten van koolstof nanobuisjes zijn stevig "Garnet" en Tambov plant "Komsomolets".

Positieve en negatieve aspecten

Onder de voordelen kunnen we de bijzondere eigenschappen van koolstof nanobuisjes te onderscheiden. Ze zijn een duurzaam materiaal, dat onder invloed van mechanische spanning wordt niet vernietigd. Daarnaast werken ze goed in buigen en strekken. Dit werd mogelijk gemaakt door de gesloten structuur van het frame. Het gebruik ervan is niet beperkt tot één sector. De buizen zijn gebruikt in de automobiel-, elektronica-, medicijnen en energie.

Enorme nadeel is het negatieve effect op de menselijke gezondheid. Deeltjes nanobuisjes in het menselijk lichaam, aanleiding geven tot kwaadaardige tumoren en kanker.

Een essentieel aspect is de financiering van deze sector. Veel mensen willen niet investeren in de wetenschap, zoals u een hoop tijd voor de winst nodig. En zonder een goed functionerende onderzoekslaboratoria kan niet de ontwikkeling van nanotechnologie.

conclusie

Koolstof nanobuisjes spelen een belangrijke rol in innovatieve technologieën. Veel deskundigen voorspellen van de groei van deze industrie in de komende jaren. Er zal een aanzienlijke toename van de productiecapaciteit, die de kosten van de goederen zullen verminderen. Met de daling van de prijzen, zal de buis zijn in grote vraag, en zal een onvervangbaar materiaal voor veel apparaten en apparatuur te worden.

Dus, kwamen we erachter wat onder deze producten.