Energi är en viktig industri som spelar en enorm roll i mänskligt liv. Landets energitillstånd beror på många forskares arbete inom detta område. Idag letar de efter alternativa energikällor. För dessa ändamål är de redo att använda vad som helst, börjar med solljus och vatten, slutar med luftens energi. Utrustning som kan generera energi från miljön värderas högt.
Allmän information
Kolnanorör är förlängda valsade grafitplan med cylindrisk form. Som regel når deras tjocklek flera tiotals nanometer, med en längd på flera centimeter. I slutet av nanorören bildas ett sfäriskt huvud som är en av fullerenens delar.
Det finns två typer av kolnanorör: metall och halvledare. Deras huvudsakliga skillnad är strömmens konduktivitet. Den första typen kan leda ström vid en temperatur lika med 0ºС, och den andra - endast vid förhöjda temperaturer.
Kolnanorör: egenskaper
Mostmoderna områden, som tillämpad kemi eller nanoteknik, är förknippade med nanorör, som har en ram av kol. Vad det är? Denna struktur hänvisar till stora molekyler kopplade samman endast av kolatomer. Kolnanorör, vars egenskaper är baserade på ett slutet skal, värderas högt. Dessutom har dessa formationer en cylindrisk form. Sådana rör kan erhållas genom att vika ett grafitark eller växa från en viss katalysator. Kolnanorör, vars bilder presenteras nedan, har en ovanlig struktur.
De finns i olika former och storlekar: enskiktiga och flerskiktiga, raka och slingrande. Trots att nanorör ser ganska ömtåliga ut är de ett starkt material. Som ett resultat av många studier visade det sig att de har egenskaper som sträckning och böjning. Under inverkan av allvarliga mekaniska belastningar går elementen inte sönder eller går sönder, det vill säga de kan anpassa sig till olika spänningar.
Toxicity
Som ett resultat av flera studier visade det sig att kolnanorör kan orsaka samma problem som asbestfibrer, det vill säga olika maligna tumörer förekommer, liksom lungcancer. Graden av negativ påverkan av asbest beror på typen och tjockleken på dess fibrer. Eftersom kolnanorör är små i vikt och storlek kommer de lätt in i människokroppen med luft. Vidare går de in i lungsäcken och går in i bröstet, och med tidenorsaka olika komplikationer. Forskare genomförde ett experiment och lade till partiklar av nanorör till möss mat. Produkter med liten diameter dröjde praktiskt taget inte kvar i kroppen, men större grävde sig in i magsäckens väggar och orsakade olika sjukdomar.
Hämta metoder
Idag finns det följande metoder för att erhålla kolnanorör: bågladdning, ablation, ångavsättning.
Elektrisk ljusbågsurladdning. Erhålla (kolnanorör beskrivs i den här artikeln) i en plasma av elektrisk laddning, som brinner med användning av helium. En sådan process kan utföras med hjälp av speciell teknisk utrustning för framställning av fullerener. Men med denna metod används andra lägen för bågbränning. Till exempel reduceras strömtätheten och katoder med enorm tjocklek används också. För att skapa en atmosfär av helium är det nödvändigt att öka trycket på detta kemiska element. Kolnanorör erhålls genom sputtering. För att öka deras antal är det nödvändigt att införa en katalysator i grafitstaven. Oftast är det en blandning av olika metallgrupper. Vidare sker en förändring i tryck och sprutningsmetod. Därmed erhålls en katodavlagring, där kolnanorör bildas. Färdiga produkter växer vinkelrätt mot katoden och samlas i buntar. De är 40 µm långa.
Ablation. Denna metod uppfanns av Richard Smalley. Dess kärna är att förånga olika grafititor i en reaktor som arbetar vid höga temperaturer. Kolnanorör bildas som ett resultat av avdunstning av grafit på bottendelar av reaktorn.
De kyls och samlas upp med en kylyta. Om antalet element i det första fallet var lika med 60%, ökade siffran med denna metod med 10%. Kostnaden för laserabsolationsmetoden är dyrare än alla andra. Som regel erhålls enkelväggiga nanorör genom att ändra reaktionstemperaturen.
Deponering från gasfasen. Metoden för avsättning av kolånga uppfanns i slutet av 50-talet. Men ingen hade ens föreställt sig att man kunde få kolnanorör med den. Så först måste du förbereda ytan med en katalysator. Små partiklar av olika metaller, till exempel kobolt, nickel och många andra, kan fungera som det. Nanorör börjar komma ut från katalysatorbädden. Deras tjocklek beror direkt på storleken på den katalyserande metallen. Ytan värms upp till höga temperaturer och sedan tillförs en gas som innehåller kol. Bland dem finns metan, acetylen, etanol, etc. Ammoniak fungerar som en ytterligare teknisk gas. Denna metod för att erhålla nanorör är den vanligaste. Själva processen äger rum i olika industriföretag, på grund av vilka mindre ekonomiska resurser spenderas för tillverkning av ett stort antal rör. En annan fördel med denna metod är att vertikala element kan erhållas från alla metallpartiklar som fungerar som katalysator. Att erhålla (kolnanorör beskrivs från alla håll) blev möjligt tack vare forskningen från Suomi Iijima, somobserverades under ett mikroskop för deras utseende som ett resultat av kolsyntes.
Huvudart
Kolelement klassificeras efter antalet lager. Den enklaste typen är enkelväggiga kolnanorör. Var och en av dem har en tjocklek på cirka 1 nm, och deras längd kan vara mycket längre. Om vi överväger strukturen, ser produkten ut som att linda grafit med ett sexkantigt rutnät. På dess toppar finns kolatomer. Således har röret formen av en cylinder, som inte har några sömmar. Den övre delen av enheterna är stängd med lock som består av fullerenmolekyler.
Nästa vy är kolnanorör i flera lager. De består av flera lager grafit, som är vikta till en cylinderform. Ett avstånd på 0,34 nm hålls mellan dem. En struktur av denna typ beskrivs på två sätt. Enligt den första är flerskiktsrör flera enskiktsrör kapslade i varandra, som ser ut som en häckande docka. Enligt det andra är nanorör i flera lager ett ark grafit som lindas runt sig flera gånger, vilket ser ut som en vikt tidning.
Carbon nanorubes: applications
Element är en absolut ny representant för klassen av nanomaterial.
Som tidigare nämnt har de en ramstruktur som skiljer sig i egenskaper från grafit eller diamant. Det är därför de används mycket oftare än andra material.
På grund av dess egenskaper som hållfasthet, böjning, konduktivitet, används den inom många områden:
- som tillsatser till polymerer;
- katalysator för belysningsenheter, såväl som platta bildskärmar och telefoner i telekommunikationsnätverk;
- som en elektromagnetisk vågabsorbator;
- för energiomvandling;
- tillverkning av anoder i olika typer av batterier;
- vätelagring;
- tillverkning av sensorer och kondensatorer;
- produktion av kompositer och förstärkning av deras struktur och egenskaper.
I många år har kolnanorör, vars tillämpning inte är begränsad till en viss industri, använts i vetenskaplig forskning. Sådant material har en svag ställning på marknaden, eftersom det finns problem med storskalig produktion. En annan viktig punkt är den höga kostnaden för kolnanorör, som är cirka 120 USD per gram av ett sådant ämne.
De används som ett grundläggande element för tillverkning av många kompositer, som används för att tillverka många sportartiklar. En annan bransch är fordonsindustrin. Funktionaliseringen av kolnanorör i detta område reduceras till att ge polymerer ledande egenskaper.
Värmeledningsförmågan hos nanorör är tillräckligt hög för att de kan användas som en kylanordning för olika massiv utrustning. De används också för att göra spetsar som fästs på sondrören.
Det viktigaste applikationsområdet är datorteknik. Tack vare nanorör skapas speciellt platta skärmar. De kan användas för att avsevärt minskade övergripande dimensionerna på själva datorn, samt öka dess tekniska prestanda. Den färdiga utrustningen kommer att vara flera gånger överlägsen nuvarande teknik. Baserat på dessa studier kan högspännings kineskop skapas.
Med tiden kommer rör inte bara att användas inom elektronik, utan även inom medicin och energi.
Produktion
Kolslang, vars produktion är fördelad mellan de två typerna, är ojämnt fördelad.
Så MWNTs tjänar mycket mer än SWNTs. Den andra typen görs vid akut behov. Olika företag tillverkar ständigt kolnanorör. Men de är praktiskt taget inte efterfrågade, eftersom deras kostnad är för hög.
Produktionsledare
Idag är den ledande platsen i produktionen av kolnanorör ockuperad av asiatiska länder, vars produktionskapacitet är 3 gånger högre än i andra länder i Europa och Amerika. Japan är särskilt engagerad i tillverkningen av MWNT. Men andra länder, som Korea och Kina, är inte sämre i denna indikator.
Produktion i Ryssland
Inhemsk produktion av kolnanorör ligger långt efter andra länder. Faktum är att allt beror på kvaliteten på forskningen inom detta område. Den tilldelar inte tillräckligt med ekonomiska resurser för att skapa vetenskapliga och tekniska centra i landet. Många människor accepterar inte utvecklingen inom nanoteknikområdet eftersom de inte vet hur den kan användas inom industrin. Därför övergången av ekonominden nya vägen är ganska svår.
Därför utfärdade Rysslands president ett dekret som anger utvecklingen av olika områden inom nanoteknik, inklusive kolelement. För dessa ändamål skapades ett speciellt program för utveckling och produktion av vår egen teknologi.
För att uppfylla alla punkter i beställningen skapades Rosnanotech-företaget. Ett betydande belopp anslogs från statsbudgeten för dess funktion. Det är hon som ska kontrollera processen för utveckling, produktion och införande av kolnanorör i den industriella sfären. Det tilldelade beloppet kommer att spenderas på skapandet av olika forskningsinstitut och laboratorier, och kommer också att stärka inhemska forskares befintliga prestationer. Dessa medel kommer också att användas för att köpa högkvalitativ utrustning för produktion av kolnanorör. Det är också värt att ta hand om de enheter som skyddar människors hälsa, eftersom detta material orsakar många sjukdomar.
Som nämnts tidigare är hela problemet att samla in pengar. De flesta investerare vill inte investera i forskning och utveckling, särskilt under lång tid. Alla affärsmän vill se vinst, men nanoutveckling kan ta år. Det är detta som stöter bort företrädare för små och medelstora företag. Utan statliga investeringar kommer det dessutom inte att vara möjligt att helt lansera produktionen av nanomaterial.
Ännu ett problemär avsaknaden av en rättslig ram, eftersom det inte finns någon mellanliggande koppling mellan olika stadier av verksamheten. Därför kräver kolnanorör, vars produktion inte efterfrågas i Ryssland, inte bara ekonomiska utan också mentala investeringar. Än så länge är Ryska federationen långt ifrån asiatiska länder, som är ledande inom utvecklingen av nanoteknik.
Idag genomförs utvecklingen inom denna industri vid de kemiska avdelningarna vid olika universitet i Moskva, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk och Kazan. De ledande tillverkarna av kolnanorör är företaget Granat och Komsomolets fabrik i Tambov.
Bra och dåliga sidor
Bland fördelarna är de speciella egenskaperna hos kolnanorör. De är ett hållbart material som inte kollapsar under påverkan av mekanisk påverkan. Dessutom fungerar de bra för att böja och stretcha. Detta möjliggörs av den slutna ramstrukturen. Deras tillämpning är inte begränsad till en bransch. Rören används inom bilindustrin, elektronik, medicin och energi.
En stor nackdel är den negativa inverkan på människors hälsa.
Partiklar av nanorör som kommer in i människokroppen leder till uppkomsten av maligna tumörer och cancer.
Den väsentliga sidan är finansieringen av den här branschen. Många vill inte investera i vetenskap, eftersom det tar lång tid att göra vinst. Och utan att fungera av forskningslaboratorier, utvecklingen av nanoteknikomöjligt.
Slutsats
Kolnanorör spelar en viktig roll i innovativ teknik. Många experter förutspår tillväxten av denna industri under de kommande åren. Det kommer att ske en betydande ökning av produktionskapaciteten, vilket kommer att leda till en minskning av kostnaden för varor. När priset sjunker kommer rör att bli mycket efterfrågade och kommer att bli ett oumbärligt material för många enheter och utrustning.
Så vi fick reda på vad dessa produkter är.
