Uglerod nanotubalari sanoat va materialshunoslikning yangi sohasini yaratadi

"Nano" toifasidagi moddalar, ya'ni zarralari 100 nm dan kam bo'lgan moddalar bugungi kunda texnik uglerod (soot) va silikagel ("oq kuyik") bilan ifodalanadi. Boshqa nanomateriallarni ishlab chiqarish hajmi nisbatan pastroq. Ammo hozir vaziyat o'zgarmoqda, uglerod nanotubalari bozorga kirdi. uglerod nanotubalari- bu kolba ichiga o'ralgan bir yoki bir nechta olti burchakli (geometrik jihatdan asal chuquriga o'xshash) grafit tekisliklaridan iborat kengaytirilgan silindrsimon tuzilmalar.

Uglerod mikrotubalari 19-asrning oxirida patentlangan va nanotubalar birinchi marta Moskva institutida olingan. fizik kimyo 1950-yillarda, keyin 1970-yillarda Yaponiyada va nihoyat 1991-yilda Yaponiyada "kashf qilingan". O'shandan beri quvurlarga qiziqish doimiy ravishda o'sib bordi.

Nanotubalarning talab qilinadigan xususiyatlar to'plami bo'yicha o'xshashlari yo'q

  • Nanotubalardagi uglerod atomlarining bir-biri bilan bog'lanishi rekord kuchga ega. Nanotubalarning Young moduli (moddaning kuchlanish yoki siqilishga chidamliligini tavsiflovchi bosim o'lchami) 1 TPa dan ortiq (taxminan 1 million atmosfera - olmosnikidan yuqori). Nanotubalarning issiqlik o'tkazuvchanligi misnikidan sakkiz baravar yuqori va elektr o'tkazuvchanligi Ohm qonuniga bo'ysunmaydi. Quvurlardagi oqim zichligi mis simning portlashi zichligidan ming marta ko'p bo'lishi mumkin.

Nanotubalarning jahon ishlab chiqarishi yiliga 1000 tonnadan oshdi. Uglerodli nanotubalardan tayyorlangan yoki tarkibida uglerod nanotubalari bo'lgan materiallardan foydalanish iqtisodiyotning global moliyaviy inqiroz ta'siriga uchramagan yangi tarmog'iga aylandi.

  • 2010 yilda nanotubalarga bo'lgan global talab 10 ming tonnaga baholanmoqda. Ular 40 dan ortiq kompaniya tomonidan ishlab chiqariladi. nemis Bayer 2012 yilga kelib ishlab chiqarish quvvatini 3000 t/y.ga oshirishni rejalashtirmoqda, frantsuzlar Arkema yillik quvvati 400 tonna bo'lgan zavodga ega, Xitoy CNano - 500 t/g va Belgiya Nanotsil - 400 t/g. 500 t/y gacha yapon uglerod nanotolalarini ishlab chiqarishni oshiradi Showa Denko .
  • Nanostrukturali materiallar ikkita katta guruhga bo'lingan. Birining materiallari 95-100% nanotubalardan iborat. Ikkinchisining materiallari - nanokompozitlar - aksincha, bir nechta nanotubalarni o'z ichiga oladi, 5% gacha.

Nanotube materiallari

Nanotubalarning shakli ularni ikki xil tarzda joylashtirish imkonini beradi: tasodifiy yoki tartibli, bu materiallarning xususiyatlariga ta'sir qiladi. Nanotubalarni ularga turli xil kimyoviy guruhlar va nanozarrachalarni biriktirish orqali o'zgartirish mumkin. Shuningdek, u nanotubalarning o'zi va materiallarining xususiyatlarini o'zgartiradi.

  • Birinchi guruh materiallariga nanotubalarning "monolitik" tuzilmalari kiradi; quvurlardan qoplamalar, plyonkalar va nanoqog'oz; quvur tolalari; "o'rmon" - bir-biriga parallel va substratga perpendikulyar joylashtirilgan nanotubalar. "Monolit" materiallar keng qo'llanilmaydi.

O'ralgan uzun nanotubalardan tsiklik yuklar va -140 dan +900 ° C gacha bo'lgan haroratlarda yo'q qilishga chidamli "rezina" ajratildi. Uning ishlashi eng yaxshi viskoelastik material deb hisoblangan silikon kauchukdan ancha ustundir.

  • Qoplamalar, plyonkalar va nanoqog'oz naychalarni sintez qilish jarayonida yoki ularning dispersiyasidan (kolloid eritmalar) olinadi. Birinchi guruh usullari yuqori haroratli, ikkinchisi isitishni talab qilmaydi. Quvurlardan eng oddiy makromaterial nanoqog'oz qalinligi 10-30 nm bo'lib, dispersiyalarni filtrlash yo'li bilan ishlab chiqariladi.

.

Kompaniya Nanocomp Technologies (AQSh) taxminan 3 m2 maydonga ega nanoqog'oz varaqlarini sotadi va quvvati 4–6 t/y bo'lgan ishlab chiqarish korxonasini tashkil etishni rejalashtirmoqda. Nanoqog'oz rulonlarini olish usullari amalga oshirildi.

  • Filtrlar nanoqog'ozdan tayyorlanadi (shu jumladan viruslarni yo'qotish yoki suvni tuzsizlantirish uchun), elektromagnit nurlanish, isitgich qismlari, datchiklar, aktuatorlar, maydon emitentlari, elektrokimyoviy qurilmalar elektrodlari, katalizator tashuvchilar va boshqalar.

Shaffof o'tkazuvchan plyonkalar va qoplamalar indiy va qalay oksidlarining qattiq eritmasi bilan raqobatlashadi va bu qimmat va mo'rt materialni elektronika, sensorlar va fotovoltaik qurilmalarda almashtirishi mumkin.

  • Amerika kompaniyasi Eikos ishlab chiqdi va 2005 yildan buyon kompozitsiyani yetkazib bermoqda Invisicon siyoh nanotubalarning yupqa plyonkalarini substratlarga joylashtirish uchun.

Uglerod nanotube tolalari foydali yuklarni Yer orbitasiga iqtisodiy jihatdan olib chiqish uchun ideal "kosmik lift" bog'lovchi material bo'lib tuyuldi. Biroq, nanotubalarning xususiyatlarini makromateriallarga o'tkazish oddiy vazifadan uzoq bo'lib chiqdi.

  • Elyaflar turli yo'llar bilan olinadi. "Quruq" usullarga uglevodorodlarning pirolizi paytida hosil bo'lgan aerojeldan hosil bo'lish va "yog'och" dan yigiruv kiradi.

Aerojeldan tolalarni tortib olish va burish texnologiyasi - "yumshoq tutun" - yilda ishlab chiqilgan Kembrij universiteti . Reaksiya zonasiga yuqori haroratda uglevodorod yuboriladi, undan aerojel (ya'ni suyuqlik fazasi to'liq gazsimon fazaga almashtirilgan gel) hosil bo'ladi. Undan, qadimgi kunlarda bo'lgani kabi, tola yigiriladi. Isroilda kompaniya 2010 yilda Kembrij nanotubalarini o'z ichiga olgan gibrid kompozitlardan tana zirhlari va himoya qoplamalarini ishlab chiqarish uchun tashkil etilgan.

  • “O‘rmon”dan yigiruv ipak qurti pillasidan ipak ip olish bilan barobar.

.

Elyaflarni ishlab chiqarish uchun eritma usullari - dispersiyalarni suyuqlik oqimiga ekstruziya qilish yoki superkislotalar (oltingugurtdan kuchli kislotalar)dagi kolloid eritmalardan tortib olish.

  • Kompaniya Nanocomp Technologies uzunligi 10 km gacha bo'lgan kuchli tolalar yetkazib berilishini e'lon qildi, ularni ishlab chiqarish uchun uzun nanotubalar ishlatiladi. Buralgan iplar 3 GPa quvvatga ega va ba'zi jihatlari bilan allaqachon Kevlardan ustundir.

Xususiyatlari majmui bo'yicha "O'rmon" o'xshashi yo'q - bu elastik, elektr va issiqlik o'tkazuvchan material bo'lib, turli shakllarga ega va o'zgartirilishi mumkin. 2004 yilda yuqori samarali "o'rmon" supero'sish jarayoni tasvirlangan: uzunligi 15-18 mm gacha bo'lgan juda sof uglerod nanotubalarini olish, bu ularning narxini sezilarli darajada kamaytiradi.

  • Yaponiya supero'sish jarayoni asosida ishlab chiqarishni boshlashga tayyorlanmoqda. Uning quvvati atigi 600 g/soat bir devorli nanotubalarni tashkil etadi, biroq tez orada uni 10 t/g gacha oshirish rejalashtirilgan.

"O'rmon" polimer asosidagi kompozitlarning tarkibiy qismi sifatida superkondensator elektrodlari, dala emitentlari va quyosh batareyalarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Substrat yuzasida "o'rmon" ni yotqizish orqali zich lentalar olindi. Maxsus elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha ular metallardan oshib ketishi mumkin va aviatsiya sanoatida qo'llanilishi mumkin.

  • Parallel nanotubalardan yasalgan sun'iy mushak tasmasi 80 dan 1900 K gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydi va elektr potentsiali qo'llanilganda juda yuqori cho'zilishni ta'minlaydi. Elektr energiyasining bunday konvertorlari mexanik energiya piezokristallarga qaraganda ancha samarali.

Nanotubalar aralashmasi bo'lgan materiallar

Ikkinchi guruh materiallari – nanokompozitlar, asosan polimerlar ishlab chiqarish keskin o‘sib bormoqda.

  • Hatto kichik miqdordagi uglerod nanonaychalarining kiritilishi polimerlarning xususiyatlarini sezilarli darajada o'zgartiradi, elektr o'tkazuvchanligini beradi, issiqlik o'tkazuvchanligini oshiradi, mexanik xususiyatlarni, kimyoviy va issiqlik barqarorligini yaxshilaydi. Oʻnlab turli polimerlar asosida nanokompozitlar yaratildi, ularni tayyorlashning koʻplab usullari ishlab chiqildi.

Nanotubali polimerlar asosida yaratilgan kompozit tolalardan keng foydalanish mumkin.

  • Kompaniyaning deyarli barchasi Bayer polimer kompozitlari uchun nanotubalardan foydalaniladi. Kompaniya Arkema termoplastik kompozitlar uchun o'zining nanotubalarini yetkazib beradi va Nanotsil - termoshrink polimerlar va uglerod tolali prepreglar uchun (prepreglar keyingi qayta ishlash uchun yarim tayyor kompozit materiallar).

Amerika kompaniyasi Hyperion Catalysis Int. , nanotubalarni sanoat ishlab chiqarishda kashshof bo'lib, epoksi qatronlar va polimerlarga qo'shilish uchun kontsentratlar ishlab chiqaradi.

Nanotubalarning turlari

  • Seramika kompozitlari ko'plab o'tga chidamli moddalar asosida yaratilgan, ammo sanoat rivojlanishi nuqtai nazaridan ular polimerlar asosidagi nanokompozitlardan sezilarli darajada past. Polimerlarda bo'lgani kabi, oz miqdorda nanonaychalar qo'shilishi elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini oshiradi, elektromagnit nurlanishdan himoya qilish qobiliyatini beradi va eng muhimi, keramikaning yorilishga chidamliligini oshiradi.

Betonga juda oz miqdorda nanotubalarning kiritilishi uning navini, yorilishga chidamliligini, mustahkamligini oshiradi va qisqarishni kamaytiradi.

  • Metall kompozitlar umumiy rangli metallar va qotishmalar bilan yaratiladi. Eng katta e'tibor mis kompozitlariga qaratiladi, ularning mexanik xususiyatlari misga qaraganda ikki-uch baravar yuqori. Ko'pgina birikmalar kuch va qattiqlikni oshirdi, termal kengayish va ishqalanishning past koeffitsientlariga ega.

Gibrid kompozitlar odatda uchta komponentni o'z ichiga oladi: polimer yoki noorganik tolalar (matolar), nanotubalar va bog'lovchi. Bu sinf o'z ichiga oladi prepregs .

  • Amerika kompaniyasi nanotubalar bilan prepreglar ishlab chiqarishga ixtisoslashgan Zyvex Performance Materials . Nanotubalar prepreglarning mustahkamligi va qattiqligini 30-50% ga oshiradi. Prepregs uchuvchisiz dengiz razvedka kemalarini yaratish uchun ishlatilgan "Piranha" .

2009 yilda Qo'shma Shtatlarda nanotubalar bilan kompozitdan yasalgan dvigatel pardasi bo'lgan birinchi havo akrobatika samolyoti uchdi. Samolyotning ba'zi elementlari F-35 kompaniyalar Martin Lokxid Bunday kompozitsiyalardan yasalgan, taxminan 100 ta yo'lovchi samolyoti Boeing 787 nanotubalar yordamida amalga oshirilishi kerak.

  • Kompaniya Nanotsil quvurlar bilan epoksi qatronlar ishlab chiqaradi Epotsil va prepreglar pregsil shisha tolalar, uglerod yoki aramid tolalari asosida. Qo'shimchalar yorilish qarshiligini 100% ga, interlaminar kesish kuchini 15% ga oshiradi va termal kengayish koeffitsientini kamaytiradi. Kompozitlardan avtomobilsozlik va aviatsiya sanoatida, o'q o'tkazmaydigan jiletlar uchun foydalanish ko'zda tutilgan. Ular 49 metrli shamol turbinalari qanotlarining og'irligini 7,3 tonnadan 5,8 tonnagacha kamaytiradi.

Finlyandiya kompaniyasi Amroy Europe Oy nanotube ishlab chiqarishdan foydalanish Bayer , epoksi konsentratini chiqaradi Gibtonit dengiz kemalari, shamol turbinalari, sport anjomlari va boshqalar uchun.

  • Prepregs Kanada uchun Nanoedj kompaniyaning quvurlaridan foydalanadi Bayer , a Nanocomp Technologies katta maydonli varaqlar va nanoqog'oz rulolarini ishlab chiqaradi.

Gibrid kompozitlar zarar sensori xususiyatlarini ko'rsatishi mumkin.

  • Turli matritsalar bilan biokompozitlar ham yaratilgan. Suyak implantlari uchun materiallar, mushak va suyak to'qimalarini o'stirish uchun plyonkalar, ko'zning to'r pardasi va epitelial hujayralari, neyronlar tarmoqlari, shuningdek, biofunktsional kompozitlar va biosensorlar o'rganilmoqda.

Misollar nanotubkalar bilan materiallarning xilma-xilligi va xususiyatlarini tugatmaydi. Ularni qo'llash sohalari kengaymoqda, ular nanostrukturali materialshunoslikning rivojlanish darajasini aniqlay boshladilar, umumiy holat alohida mamlakatlarning fan va texnikasi.

Eduard Rakov, kimyo fanlari doktori, Rossiya kimyo-texnika universiteti nanotexnologiya va nanomateriallar kafedrasi mudiri. DI. Mendeleev

Bir devorli uglerod nanotubalari 1993 yilda kashf etilgan. Jurnalning bir sonida bir vaqtning o'zida ikkita maqola chop etildi Tabiat, unda yaponiyalik tadqiqotchilar Ichixashi va Sumio Iijima, shuningdek, IBM olimlari metall katalizatorlar yordamida bir devorli uglerod nanotubalarini sintez qilish imkoniyati haqidagi natijalarni e'lon qilishdi. Uglerod nanotubalari boshqa materiallar orasida chempionlar, chempionlardir.

O'ylab ko'ring jismoniy xususiyatlar. O'tkazuvchanlik. Uglerod nanotubalarining elektr o'tkazuvchanligi mis va kumushnikiga qaraganda ancha yuqori. Bundan tashqari, ballistik o'tkazuvchanlik bir necha mikrometr masofada kuzatiladi. Boshqa tomondan, uglerod nanotubalari o'z xususiyatlariga ko'ra kremniy bilan solishtirish mumkin bo'lgan ajoyib yarimo'tkazgich materialidir. Bir devorli uglerod nanotubalari yordamida zaryad tashuvchilarning harakatchanligi an'anaviy kremniy tranzistorlardagi harakatchanlikdan sezilarli darajada oshib ketadigan tranzistorlarni olish mumkin. Bundan tashqari, bir devorli nanotubalar moslashuvchan va shaffof substratlarda tranzistorlar olish imkonini beradi. Bir devorli uglerod nanotubalari olmosnikidan yaxshiroq ajoyib issiqlik xususiyatlariga ega: quvurlardagi issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 2 baravar yuqori. Bundan tashqari, bitta devorli uglerod nanotubalari sovuq elektronlarning samarali maydon emitentidir.

Uglerod nanotubalarining issiqlik barqarorligi ancha yuqori: siz ularni yo'q qilishdan qo'rqmasdan 1500 darajagacha qizdirishingiz mumkin, ularning asosiy raqobatchisi - organik o'tkazgichlar esa 150 daraja haroratda allaqachon parchalana boshlaydi. Uglerod nanotubalari juda yengil materialdir. Boshqa tomondan, ular yuqori o'ziga xos kuchga ega - yuqori quvvatli po'latdan 25 baravar yuqori. Bu Yer bilan geostatsionar orbitada aylanuvchi sun'iy yo'ldoshni kabel ko'rinishida bog'laydigan kosmik liftni yaratish mumkin bo'lgan deyarli yagona material bo'lib, u orqali yuklarni kosmosga ko'tarish mumkin bo'ladi. Polimerlarga uglerod nanotubalarini qo'shish mexanik xossalari o'zgarib turadigan kompozitlarni olish imkonini beradi va elektr o'tkazuvchanligi ham o'zgarib turadigan juda kuchli kompozit materiallar olinadi. Agar material uglerod nanotubalari qatlami bilan qoplangan bo'lsa, u holda materialni elektromagnit to'lqinlardan himoya qiladigan va himoya qiladigan qatlamni olish mumkin.

Energiya qo'llanilishi haqida nima deyish mumkin: uglerod nanotubalari lityum batareyalarda anod sifatida, superkondensator sifatida ishlatilishi mumkin va qo'shimcha ravishda ular quyosh batareyalarida - bo'yoqlarda, shuningdek kremniy p- bo'lgan hetero-bo'g'inlarda samarali elementlardir. qatlam bir devorli nanotubalar bilan almashtirildi. Bundan tashqari, uglerod nanotubalaridan juda keng spektrli turli xil gaz va optik sensorlarni yasash mumkin. Uglerod nanotubalari shaffof elektrodlar va tranzistorlar sifatida ishlatilishi mumkin. Men bu haqda biroz batafsilroq gaplashmoqchiman, lekin keyinroq.

Men uglerod nanotubalarining o'tkazuvchanligi haqida gapirmoqchiman. Aytganimdek, bitta devorli uglerod nanotubalari ham yaxshi metall o'tkazgich, ham ajoyib yarim o'tkazgichdir. O'tkazuvchanlik turi simmetriya guruhi bilan belgilanadi. Agar biz xirallik indekslarini bilsak, u holda biz uglerod nanotubkasining metall xususiyatlarini taxmin qilishimiz mumkin. Agar bu indekslar orasidagi farq 0 yoki 3 ga karrali bo'lsa, biz metall xususiyatlarga ega bo'lgan uglerod nanotubalarini olamiz, qolgan barcha nanotubalar esa yarimo'tkazgich bo'ladi. Shubhasiz, uglerod nanotubalarining 1/3 qismi metall, 2/3 qismi esa yarim o'tkazgichdir. Afsuski, hozirda mavjud usullarning hech biri ma'lum bir xirallik bilan uglerod nanotubalarini sintez qilish imkonini bermaydi. Chirallik haqida nima deyish mumkin - ma'lum bir metalllik bilan ham uglerod nanotubalarini olish mumkin emas.

Uglerod atomizatsiyasi usullariga ko'ra, uglerod nanotubalarini sintez qilishning barcha usullarini fizik va kimyoviy usullarga bo'lish mumkin. Jismoniy usul uglerodning bug'lanishi va sublimatsiyasiga asoslangan. Biz bilamizki, grafit juda past bosimga ega. to'yingan bug'lar, shuning uchun grafitni bug'lantirish uchun uni 3000 kelvindan yuqori haroratgacha qizdirish kerak. Buning uchun quyosh energiyasi, induksion isitish, lazer ablasyonu yoki elektr yoyi zaryadsizlanishi ishlatilishi mumkin. Bu usul uglerod nanotubelarini tadqiq qilishning dastlabki kunlarida juda mashhur edi, ammo, afsuski, yuqori haroratlar hosil bo'lgan materialning xususiyatlarini nazorat qilishga imkon bermaydi. Shu bois so‘nggi yillarda bir devorli uglerod nanotubalarini – aniqrog‘i, ularni ishlab chiqarish usullarini – kimyoviy usullar bilan o‘rganish tendentsiyasi kuzatilmoqda. Bu usul uglerod birikmalarining parchalanishiga asoslangan - bu uglevodorodlar, spirtlar, ketonlar, har qanday organik, uglerod oksidi bo'lishi mumkin.

O'z navbatida, men kimyoviy usullarni substratlarda va gaz fazasida uglerod nanotubalari sinteziga ajratardim. Substratlarda uglerod nanotubalarini sintez qilish eng keng tarqalgan usuldir. Bu sizga uglerod nanotubalarini olish imkonini beradi: siz inert substratni olishingiz, uning ustida katalizator nanozarrachalarini hosil qilishingiz, bunday substratni reaktorga joylashtirishingiz mumkin. ma'lum vaqt(odatda 5, 10, 20 yoki 30 daqiqa) va keyin elektron mikroskopda substratingizda olingan tasvirlardan zavqlaning. Boshqa tomondan, aerozol usuli substratdan foydalanishga asoslanmagan va uglerod nanotuba hosil bo'lishining barcha jarayonlari gaz fazasida sodir bo'ladi. Bu erda jiddiy vaqt chegarasi mavjud, chunki reaktorga bug'ning kirishi va chiqishi o'rtasida taxminan 10-12 soniya o'tadi. Bu vaqt ichida hamma narsa sodir bo'lishi kerak: katalizator prekursorining parchalanishi (odatda bunday usullarda temir pentakarbonil yoki ferrotsen ishlatiladi), so'ngra nanometr o'lchamdagi katalitik zarralar, 1 dan 5 nanometrgacha, uglerodning parchalanishi yoki parchalanishi. katalizator yuzasida komponentlar va uglerod nanotube o'sishi. Hammasi 12 soniya davom etadi.

Uglerod nanotubalarini o'rganish uchun aerozol usuli birinchi marta 1999 yilda Xyuston universitetida taklif qilingan. Shuningdek, uglerod nanotubalarini aerozol usulida sintez qilishda taxminan 13 yil davomida ishtirok etdim. Menimcha, bu usul hammadan istiqbolli, chunki u foydalanilmagan katalitik zarralarsiz, amorf uglerodsiz yuqori sifatli uglerod nanotubalarini, ya’ni reaktordan chiqqanda keng foydalanishga tayyor mahsulot olish imkonini beradi. Reaktordan keyin uglerod nanotubalari filtrga joylashtiriladi. Keyin ular boshqa har qanday substratga o'tkazilishi mumkin. Bu jarayon tom ma'noda bir necha soniya davom etadi, lekin juda tez yuqori sifatli shaffof elektrodlarni olish imkonini beradi.

Bizning ishimizda uglerod nanotubalarini filtrlardan tortib elektronikaga qadar ko'p sohalarda qo'lladik. Men bir nechta misollar keltiraman. Aerozol filtrlari. Uglerod nanotubalari plyonkasi orqali biz qutulmoqchi bo'lgan aerozol zarralarini o'z ichiga olgan gaz oqimi qarshilik yaratmasdan juda oson o'tadi. Bundan tashqari, nanoporlar deyarli barcha ob'ektlarni filtrlash imkonini beradi. Biz bunday filtrning xususiyatlarini o'lchadik va bitta devorli uglerod nanotubalaridan tayyorlangan filtrlarning sifat koeffitsienti sotuvda mavjud bo'lgan analoglarga qaraganda kattaroq tartib ekanligini aniqladik. Bundan tashqari, biz elektrokimyoviy sensorlar sifatida uglerod nanotubalaridan foydalandik - standart dopamin sinovlari bizga juda keng diapazonda 100 millinanomoldan kam sezgirlik darajasini aniqlashga imkon berdi - kontsentratsiyada taxminan 4 daraja. Uglerodli nanotube plyonkasi 200 femtosekundlik impulslarni olish imkonini beruvchi ajoyib lazer absorberdir. Bundan tashqari, uglerod nanotubalari oqim o'lchagich, havo isitgichi, cho'g'lanma chiroq va boshqa qurilmalar sifatida ishlatilishi mumkin. Biz, shuningdek, erkin osilgan uglerod nanotubalari yordamida termoakustik karnay yaratdik. Bundan tashqari, shaffof elektrodlar ajoyib xususiyatlarga ega, ular yaqinda bozorda paydo bo'ladi deb o'ylayman, chunki bir devorli uglerod nanotubalari asosidagi shaffof elektrodlar qalay bilan qo'shilgan indiy oksidi bilan taqqoslanadigan ajoyib xususiyatlarga ega.

Bir devorli uglerod nanotubalari elektronikada shaffof elektrodlar sifatida ishlatilishi mumkin va bo'lishi mumkin. Ingliz tilida u deyiladi ITO almashtirish- qalay qo'shilgan indiy oksidini almashtirish, bu mobil telefonlar va gadjetlarning 75 foizida qo'llaniladigan materialdir. Ma'lumki, indiy noyob tuproq materialidir, bundan tashqari, qalay qo'shilgan indiy oksidi juda mo'rt material bo'lib, uni moslashuvchan va shaffof elektronika uchun ishlatib bo'lmaydi, bir devorli uglerod nanotubalari, aniqrog'i ulardan yasalgan plyonkalar. sirt qarshiligi deyarli o'zgarmagan holda bir necha o'n minglab marta egilishi mumkin. Bundan tashqari, bizning materialimizdan yupqa plyonkali dala effektli tranzistorlar tayyorlanishi mumkin, ular an'anaviy kremniy texnologiyalari darajasida ajoyib xususiyatlarga ega va ba'zan hatto ulardan oshib ketadigan oqim nisbati 106 va 108 va sekundiga bir volt uchun 1000 yoki undan ortiq kvadrat santimetrga teng zaryad tashuvchining harakatchanligi.

Uglerod nanotubalarini sintez qilish va filtrga yotqizilgan plyonkalarni tayyorlash uchun aerozol usuli moslashuvchan va shaffof elektronika uchun komponentlarni tayyorlash uchun noyob imkoniyatdir. Cho'kma xona haroratida sodir bo'ladi, bu texnologiya vakuumni talab qilmaydi, u juda tez va arzon. Bizning maqsadimiz - moslashuvchan va shaffof elektronikada foydalanish uchun rulon texnologiyasidan foydalanish imkoniyati bilan uglerod nanotubalarini keng ko'lamli ishlab chiqarishni yaratish.

Uglerod nanotubalari (CNTs) istiqbolli material bo‘lib, uni sanoatning keng doiralarida – velosiped ishlab chiqarishdan tortib mikroelektronikagacha qo‘llash rejalashtirilgan. Biroq, hatto CNTlarning atom tuzilishiga minimal zarar etkazish ularning kuchining 50% ga pasayishiga olib keladi. Bu uglerod nanotubalari asosidagi materialdan kosmik liftni qurish imkoniyatini shubha ostiga qo'yadi.

16.10.2015, Andrey Barabash 29

Stenford universiteti tadqiqotchilari guruhi amputatsiyalanganlarning hayotini o'zgartirishi mumkin bo'lgan ilmiy yutuqni amalga oshirgan bo'lishi mumkin. Olimlar teginishni sezadigan va bu ma'lumotni asab tizimiga uzata oladigan sun'iy teri o'rnini bosuvchi vositani ishlab chiqdi. Ushbu texnologiya inson tanasiga o'rnatiladigan futuristik protezlarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin. asab tizimi. Bundan tashqari, ushbu texnologiya odamlarga nafaqat teginishni his qilish, balki ularning kuchini aniqlash imkonini beradi.

Ta'lim va fan vazirligi Rossiya Federatsiyasi

Federal Davlat muassasasi yuqoriroq kasb-hunar ta'limi

Rossiya kimyoviy texnologiya universiteti D.I.Mendeleyev

Neft kimyosi va polimer materiallari fakulteti

Uglerodli materiallarning kimyoviy texnologiyasi kafedrasi


Amaliyot hisoboti

mavzusida UGLAROD NANOTUBLAR VA NANOVOLKLAR


Muallif: Marinin S. D.

Tekshirgan: kimyo fanlari doktori, Buxarkina T.V.


Moskva, 2013 yil


Kirish


Nanotexnologiya sohasi butun dunyoda 21-asr texnologiyalari uchun asosiy mavzu sifatida qaralmoqda. Ularni iqtisodiyotning yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarish, tibbiyot, sensorlar texnologiyasi, ekologiya, avtomobilsozlik, qurilish materiallari, biotexnologiya, kimyo, aviatsiya va aerokosmik, mashinasozlik va to'qimachilik sanoati kabi sohalarida ko'p qirrali qo'llash imkoniyatlari katta salohiyatga ega. o'sish. Nanotexnologiya mahsulotlaridan foydalanish xomashyo va energiya sarfini tejash, atmosferaga chiqindilarni kamaytirish va shu tariqa iqtisodiyotning barqaror rivojlanishiga xizmat qiladi.

Nanotexnologiyalar sohasidagi ishlanmalar yangi fanlararo soha - nanofan tomonidan amalga oshirilmoqda, uning yo'nalishlaridan biri nanokimyodir. Nanokimyo asrning boshida paydo bo'ldi, kimyoda hamma narsa allaqachon ochiq, hamma narsa aniq va faqat olingan bilimlarni jamiyat manfaati uchun ishlatish qolgandek tuyuldi.

Kimyogarlar atomlar va molekulalarning ulkan kimyoviy poydevorning asosiy qurilish bloklari sifatida ahamiyatini doimo bilishgan va yaxshi tushunishgan. Shu bilan birga, elektron mikroskopiya, yuqori selektiv mass-spektroskopiya kabi yangi tadqiqot usullarining maxsus namuna tayyorlash usullari bilan birgalikda ishlab chiqilishi kichik, yuzdan kam atomli zarrachalar haqida ma’lumot olish imkonini berdi. .

Taxminan 1 nm o'lchamdagi bu zarralar (10-9 m - millionga bo'lingan millimetr) g'ayrioddiy, oldindan aytish qiyin kimyoviy xususiyatlarga ega.

Ko'pchilik uchun eng mashhur va tushunarli bo'lganlar fullerenlar, grafenlar, uglerod nanotubalari va nanotolalar kabi quyidagi nanostrukturalardir. Ularning barchasi bir-biriga bog'langan uglerod atomlaridan iborat, ammo ularning shakli sezilarli darajada farq qiladi. Grafen - SPdagi uglerod atomlarining tekisligi, monoqatlami, "pardasi" 2 gibridlanish. Fullerenlar yopiq ko'pburchaklar bo'lib, biroz futbol to'pini eslatadi. Nanotubalar silindrsimon ichi bo'sh hajmli jismlardir. Nanofiberlar konuslar, silindrlar, kosalar bo'lishi mumkin. Men o'z ishimda nanotubalar va nanotolalarni aniq ta'kidlashga harakat qilaman.


Nanotubalar va nanotolalarning tuzilishi


Uglerod nanotubalari nima? Uglerod nanotubalari - bu silindrsimon struktura bo'lib, diametri bir necha nanometr bo'lgan, quvurga o'ralgan grafit tekisliklaridan iborat. Grafit tekisligi olti burchakli uchburchaklarda uglerod atomlari joylashgan doimiy olti burchakli panjaradir. Uglerod nanotubalari uzunligi, diametri, chiralligi (prokatlangan grafit tekisligining simmetriyalari) va qatlamlar soni bo'yicha farq qilishi mumkin. Xirallik<#"280" src="doc_zip1.jpg" />



Bir devorli nanotubalar. Yagona devorli uglerod nanotubalari (SWCNTs) grafenni tomonlari tikuvsiz birlashtirilgan silindrga yig'ish natijasida hosil bo'lgan strukturaga ega bo'lgan uglerod nanotolalarining kichik turidir. Grafenni choksiz silindrga aylantirish faqat cheklangan miqdordagi usullarda mumkin bo'lib, u silindrga o'ralgan paytda bir-biriga to'g'ri keladigan grafendagi ikkita ekvivalent nuqtani bog'laydigan ikki o'lchovli vektor yo'nalishi bo'yicha farqlanadi. Bu vektor chirallik vektori deb ataladi bir qatlamli uglerod nanotuba. Shunday qilib, bir devorli uglerod nanotubalari diametri va chiralligi bilan farqlanadi. Eksperimental ma'lumotlarga ko'ra, bitta devorli nanotubalarning diametri ~ 0,7 nm dan ~ 3-4 nm gacha o'zgarib turadi. Bir devorli nanotube uzunligi 4 sm ga yetishi mumkin.SWCNTlarning uchta shakli mavjud: axiral "stul" tipi (har bir olti burchakning ikki tomoni CNT o'qiga perpendikulyar yo'naltirilgan), axiral "zigzag" tipi (har birining ikki tomoni). olti burchak CNT o'qiga parallel ravishda yo'naltirilgan) va chiral yoki spiral (olti burchakning har bir tomoni CNT o'qiga 0 va 90 dan boshqa burchak ostida joylashgan) º ). Shunday qilib, "kreslo" tipidagi axiral CNTlar indekslar (n, n), "zigzag" tipidagi - (n, 0), chiral - (n, m) bilan tavsiflanadi.

Ko'p devorli nanotubalar. Ko'p qatlamli uglerod nanotubalari (MWCNTs) uglerod nanotolalarining kichik turi bo'lib, tuzilishga ega bo'lgan bir nechta ichki bir qatlamli uglerod nanotubalari hosil qiladi (2-rasmga qarang). Ko'p devorli nanotubalarning tashqi diametri bir necha nanometrdan o'nlab nanometrgacha bo'lgan keng diapazonda o'zgarib turadi.

MWCNTdagi qatlamlar soni ko'pincha 10 dan oshmaydi, lekin ba'zi hollarda u bir necha o'nlablarga etadi.

Ba'zan ko'p qatlamli nanotubalar orasida ikki qavatli nanotubalar alohida tur sifatida ajralib turadi. "Rus qo'g'irchoqlari" tipidagi struktura koaksiyal joylashtirilgan silindrsimon quvurlar to'plamidir. Ushbu strukturaning yana bir turi - ichki o'rnatilgan koaksiyal prizmalar to'plami. Nihoyat, bu tuzilmalarning oxirgisi rulonga (o'tish) o'xshaydi. Rasmdagi barcha tuzilmalar uchun. qo'shni grafen qatlamlari orasidagi masofaning xarakterli qiymati, 0,34 nm qiymatiga yaqin, kristalli grafitning qo'shni tekisliklari orasidagi masofaga xosdir.<#"128" src="doc_zip3.jpg" />


Ruscha Matryoshka Roll Papier-mache


Uglerod nanotolalari (CNFs) - bu egri grafen qatlamlari yoki nanokonlar ichki tuzilishi burchak bilan tavsiflanishi mumkin bo'lgan bir o'lchovli filamentga o'ralgan materiallar sinfidir? grafen qatlamlari va tolalar o'qi o'rtasida. Umumiy farqlardan biri ikkita asosiy tola turi o'rtasida: zich joylashgan konussimon grafen qatlamlari va katta a bo'lgan Herringbone va silindrsimon stakanga o'xshash grafen qatlamlari bo'lgan Bambuk va kichik a ko'p devorli uglerod nanotubalariga o'xshaydi.<#"228" src="doc_zip4.jpg" />


a - nanofiber "tanga ustuni";

b - "Rojdestvo daraxti tuzilishi" nanofiber (konuslar to'plami, "baliq suyagi");

c - nanofiber "chashka to'plami" ("chiroq soyalari");

d - nanotube "Rus matryoshka";

e - bambuk shaklidagi nanofiber;

e - sferik kesimli nanofiber;

g - ko'p yuzli bo'limli nanofiber

Uglerod nanotubalarini alohida kichik tur sifatida ajratib olish, ularning xossalari boshqa turdagi uglerod nanotolalari xossalaridan sezilarli darajada yaxshi tomonga farq qilishi bilan bog‘liq. Bu butun uzunligi bo'ylab nanotubka devorini tashkil etuvchi grafen qatlami yuqori kuchlanish, issiqlik va elektr o'tkazuvchanligiga ega ekanligi bilan izohlanadi. Bundan farqli o'laroq, devor bo'ylab harakatlanadigan uglerod nanotolalarida bir grafen qatlamidan ikkinchisiga o'tish sodir bo'ladi. Qatlamlararo kontaktlarning mavjudligi va nanotolalar strukturasining yuqori nuqsonlari ularning jismoniy xususiyatlarini sezilarli darajada yomonlashtiradi.


Hikoya


Nanotubalar va nanotolalar tarixi haqida alohida gapirish qiyin, chunki bu mahsulotlar ko'pincha sintez jarayonida bir-biriga hamroh bo'ladi. Uglerodli nanotolalarni ishlab chiqarish bo'yicha birinchi ma'lumotlardan biri, ehtimol, Hughes va Chambers tomonidan temir tigelda CH4 va H2 aralashmasining pirolizlanishi paytida hosil bo'lgan uglerodning quvurli shakllarini ishlab chiqarish uchun 1889 yil patentidir. Ular metan va vodorod aralashmasidan gazni piroliz qilish yo'li bilan uglerod filamentlarini o'stirish uchun foydalanganlar, keyin esa uglerod yog'inlari. Ushbu tolalarni olish haqida ancha keyinroq, elektron mikroskop yordamida ularning tuzilishini o'rganish imkoniyati paydo bo'lganda, aniq gapirish mumkin bo'ldi. Elektron mikroskop yordamida uglerod nanotolalarining birinchi kuzatuvi 1950-yillarning boshida sovet olimlari Radushkevich va Lukyanovich tomonidan amalga oshirildi, ular Sovet Fizika Kimyosi jurnalida diametri 50 nanometr bo'lgan uglerodning ichi bo'sh grafit tolalarini ko'rsatadigan maqolani chop etdilar. 1970-yillarning boshlarida yapon tadqiqotchilari Koyama va Endo diametri 1 mkm va uzunligi 1 mm dan ortiq bo'lgan bug 'cho'kmasi (VGCF) orqali uglerod tolalarini ishlab chiqarishga muvaffaq bo'lishdi. Keyinchalik, 1980-yillarning boshlarida AQShdagi Tibbets va Frantsiyadagi Benissad uglerod tolasi (VGCF) jarayonini yaxshilashni davom ettirdilar. Qo'shma Shtatlarda ushbu materiallarning sintezi va xossalarini amaliy qo'llash uchun R. Terri K. Beyker tomonidan chuqurroq izlanishlar olib borildi va u materialdan kelib chiqadigan doimiy muammolar tufayli uglerod nanotolalarining o'sishini bostirish zarurati bilan asoslandi. turli tijorat jarayonlarida, ayniqsa neftni qayta ishlash sohasida to'planish. . Gaz fazasidan o'stirilgan uglerod tolalarini tijoratlashtirishga birinchi urinish 1991 yilda Grasker brendi ostida Yaponiyaning Nikosso kompaniyasi tomonidan amalga oshirildi, o'sha yili Ijima uglerod nanotubalarining kashfiyoti haqida o'zining mashhur maqolasini nashr etdi.<#"justify">Kvitansiya


Hozirgi vaqtda asosan uglevodorodlarning pirolizlanishi va grafitning sublimatsiyasi va desublimatsiyasiga asoslangan sintezlardan foydalaniladi.

Grafitning sublimatsiya-desublimatsiyasibir necha usulda amalga oshirilishi mumkin:

  • yoy usuli,
  • radiatsion isitish (quyosh kontsentratorlaridan foydalanish yoki lazer nurlanishi),
  • lazer-termik,
  • elektron yoki ion nurlari bilan isitish;
  • plazma sublimatsiyasi,
  • rezistorli isitish.

Ushbu variantlarning ko'pchiligi o'ziga xos variantlarga ega. Elektr yoyi usulining ba'zi variantlari ierarxiyasi diagrammada ko'rsatilgan:


Hozirgi vaqtda eng keng tarqalgan usul grafit elektrodlarini yoy deşarj plazmasida termal püskürtmedir. Sintez jarayoni geliy bilan to'ldirilgan kamerada taxminan 500 mm Hg bosim ostida amalga oshiriladi. Art. Plazma yonishi jarayonida anodning qizg'in termal bug'lanishi sodir bo'ladi, shu bilan birga katodning so'nggi yuzasida uglerod nanotubalari hosil bo'lgan cho'kindi hosil bo'ladi. Nanotubalarning maksimal soni plazma oqimi minimal bo'lganda va uning zichligi taxminan 100 A / sm2 bo'lganda hosil bo'ladi. Eksperimental qurilmalarda elektrodlar orasidagi kuchlanish taxminan 15-25 V, tushirish oqimi bir necha o'nlab amperlar va grafit elektrodlarining uchlari orasidagi masofa 1-2 mm. Sintez jarayonida anod massasining taxminan 90% katodga yotqiziladi. Olingan ko'p sonli nanotubalarning uzunligi taxminan 40 mkm. Ular katodda uning uchining tekis yuzasiga perpendikulyar o'sadi va diametri taxminan 50 mkm bo'lgan silindrsimon nurlarga to'planadi.

Nanotube to'plamlari muntazam ravishda katod yuzasini qoplaydi va chuqurchalar tuzilishini hosil qiladi. Uglerod konidagi nanotubalarning miqdori taxminan 60% ni tashkil qiladi. Komponentlarni ajratish uchun hosil bo'lgan cho'kma metanolga solinadi va sonikatsiyalanadi. Natijada, suv qo'shilgandan so'ng, sentrifugada ajratiladigan suspenziya hosil bo'ladi. Katta zarrachalar sentrifuga devorlariga yopishib qoladi, nanotubalar esa suspenziyada suzuvchi holatda qoladi. Keyin nanotubalar nitrat kislotada yuviladi va kislorod va vodorodning gazsimon oqimida 1:4 nisbatda 750 haroratda quritiladi. 0C 5 daqiqa davomida. Bunday ishlov berish natijasida o'rtacha diametri 20 nm va uzunligi 10 mkm bo'lgan ko'p sonli nanotubalardan iborat engil g'ovakli material olinadi. Hozirgacha erishilgan maksimal nanofiber uzunligi 1 sm.


Uglevodorodlarning pirolizi


Dastlabki reagentlarni tanlash va jarayonlarni o'tkazish usullari nuqtai nazaridan, bu guruh sezilarli darajada ega Ko'proq grafitni sublimatsiya qilish va desublimatsiya qilish usullaridan ko'ra variantlar. Bu CNT hosil bo'lish jarayoni ustidan aniqroq nazoratni ta'minlaydi, keng ko'lamli ishlab chiqarish uchun ko'proq mos keladi va nafaqat uglerod nanomateriallarini, balki substratlarda ma'lum tuzilmalarni, nanotubalardan tashkil topgan makroskopik tolalarni, shuningdek kompozit materiallarni ishlab chiqarishga imkon beradi. xususan, uglerodli CNTlar bilan modifikatsiyalangan uglerod tolalari va uglerod qog'ozlari, keramik kompozitlar. Yaqinda ishlab chiqilgan nanosfera litografiyasidan foydalanib, CNTlardan fotonik kristallarni olish mumkin edi. Shu tarzda, ma'lum diametr va uzunlikdagi CNTlarni izolyatsiya qilish mumkin.

Pirolitik usulning afzalliklari, qo'shimcha ravishda, uni matritsa sintezi uchun, masalan, g'ovakli alumina membranalari yoki molekulyar elaklardan foydalangan holda amalga oshirish imkoniyatini o'z ichiga oladi. Alyuminiy oksidi yordamida tarmoqlangan CNT va CNT membranalarini olish mumkin. Matritsa usulining asosiy kamchiliklari quyidagilardir yuqori narx ko'p matritsalar, ularning kichik o'lchamlari va faol reagentlardan foydalanish zarurati va matritsalarning erishi uchun og'ir sharoitlar.

Uchta uglevodorodlar, metan, asetilen va benzolning pirolizlanishi, shuningdek, CO ning termal parchalanishi (nomutanosibligi) CNT va CNF sintezi uchun ko'pincha ishlatiladi. Metan, uglerod oksidi kabi, past haroratlarda parchalanishga moyil emas (metanning katalitik bo'lmagan parchalanishi ~ 900 dan boshlanadi. haqida C), bu nisbatan oz miqdordagi amorf uglerod aralashmalari bilan SWCNTlarni sintez qilish imkonini beradi. Uglerod oksidi past haroratlarda boshqa sabablarga ko'ra parchalanmaydi: kinetik. Turli moddalarning xatti-harakatlaridagi farq rasmda ko'rinadi. 94.

Metanning boshqa uglevodorodlar va uglerod oksidiga nisbatan afzalliklari shundaki, uning CNT yoki CNF hosil bo'lishi bilan pirolizlanishi H ning ajralib chiqishi bilan birlashtiriladi. 2va mavjud H2 ishlab chiqarishda foydalanish mumkin .


Katalizatorlar


CNT va CNF hosil bo'lishining katalizatorlari Fe, Co va Ni; oz miqdorda kiritiladigan promotorlar, asosan, Mo, W yoki Cr (kamroq - V, Mn, Pt va Pd), katalizator tashuvchilar uchuvchan bo'lmagan oksidlar va metallarning gidroksidlari (Mg, Ca, Al, La, Si). , Ti, Zr), qattiq eritmalar, ba'zi tuzlar va minerallar (karbonatlar, shpinellar, perovskitlar, gidrotalsitlar, tabiiy gillar, diatomitlar), molekulyar elaklar (xususan, zeolitlar), silikagel, aerogel, alyuminiy gel, g'ovak Si va amorf C Shu bilan birga, V, Cr, Mo, W, Mn va, ehtimol, piroliz sharoitida boshqa ba'zi metallar birikmalar - oksidlar, karbidlar, metallatlar va boshqalar shaklida bo'ladi.

Nodir metallar (Pd, Ru, PdSe), qotishmalar (mischmetal, permalloy, nikrom, monel, zanglamaydigan po'lat, Co-V, Fe-Cr, Fe-Sn, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni- C, Co-Fe -Ni, qattiq qotishma Co-WC va boshqalar), CoSi 2va CoGe 2, LaNi 5, MmNi 5(Mm - mischmetal), Zr va boshqa gidrid hosil qiluvchi metallarning qotishmalari. Aksincha, Au va Ag CNTlarning shakllanishiga to'sqinlik qiladi.

Katalizatorlar yupqa oksidli plyonka bilan qoplangan kremniyga, germaniyga, ayrim turdagi shishalarga va boshqa materiallardan tayyorlangan substratlarga yotqizilishi mumkin.

Bir kristalli kremniyni ma'lum bir tarkibdagi eritmada elektrokimyoviy qirqish natijasida olingan g'ovak kremniy ideal katalizator tashuvchisi hisoblanadi. G'ovakli kremniy tarkibida mikroporlar bo'lishi mumkin (< 2 нм), мезопоры и макропоры (>100 nm). Katalizatorlarni olish uchun an'anaviy usullar qo'llaniladi:

  • kukunlarni aralashtirish (kamdan-kam hollarda sinterlash);
  • metallarni substratga cho'ktirish yoki elektrokimyoviy cho'ktirish, so'ngra uzluksiz yupqa plyonkani nano o'lchamdagi orollarga aylantirish (bir nechta metallarni qatlam-qatlam cho'ktirish ham qo'llaniladi);
  • kimyoviy bug'larning cho'kishi;
  • substratni eritma ichiga botirish;
  • katalizator zarralarining suspenziyasini substratga qo'llash;
  • eritmani aylanadigan substratga qo'llash;
  • inert kukunlarni tuzlar bilan singdirish;
  • oksidlar yoki gidroksidlarning birgalikda cho'kishi;
  • ion almashinuvi;
  • kolloid usullar (sol-gel jarayoni, teskari misellar usuli);
  • tuzlarning termal parchalanishi;
  • metall nitratlarning yonishi.

Yuqorida tavsiflangan ikkita guruhga qo'shimcha ravishda, CNTni olishning ko'plab boshqa usullari ishlab chiqilgan. Ular ishlatiladigan uglerod manbalariga ko'ra tasniflanishi mumkin. Boshlang'ich birikmalar: grafit va qattiq uglerodning boshqa shakllari, organik birikmalar, noorganik birikmalar, organometalik birikmalar. Grafitni bir necha usullar bilan CNT ga aylantirish mumkin: intensiv balli frezalash, keyin yuqori haroratli tavlanish orqali; erigan tuzlarni elektroliz qilish; alohida grafen varaqlariga bo'linish va keyinchalik bu varaqlarning o'z-o'zidan burishishi. Amorf uglerod gidrotermal sharoitda qayta ishlanganda CNT ga aylanishi mumkin. Uglerod qora (soot) dan CNTlar katalizatorlar bilan yoki katalizatorsiz yuqori haroratli transformatsiyalar, shuningdek, bosimli suv bug'lari bilan o'zaro ta'sir qilish orqali olingan. Nanotubular tuzilmalar vakuumli tavlanish mahsulotlarida mavjud (1000 haqida C) katalizator ishtirokida olmossimon uglerod plyonkalari. Nihoyat, fullerit C ning katalitik yuqori haroratli transformatsiyasi 60yoki gidrotermik sharoitda ishlov berish ham KNT hosil bo'lishiga olib keladi.

Tabiatda uglerod nanotubalari mavjud. Meksikalik tadqiqotchilar guruhi ularni 5,6 km chuqurlikdan olingan neft namunalarida topdilar (Velasko-Santos, 2003). CNT diametri bir necha nanometrdan o'nlab nanometrgacha bo'lgan va uzunligi 2 mkm ga etgan. Ulardan ba'zilari turli nanozarrachalar bilan to'ldirilgan.


Uglerod nanotubalarini tozalash


CNTlarni olishning umumiy usullaridan hech biri ularni sof shaklda ajratib olishga imkon bermaydi. NT uchun aralashmalar fullerenlar, amorf uglerod, grafitlangan zarralar, katalizator zarralari bo'lishi mumkin.

CNT tozalash usullarining uchta guruhi mavjud:

  1. halokatli,
  2. buzilmaydigan,
  3. birlashtirilgan.

Vayron qiluvchi usullar kimyoviy reaktsiyalardan foydalanadi, ular oksidlovchi yoki qaytaruvchi bo'lishi mumkin va turli xil uglerod shakllarining reaktivligidagi farqlarga asoslanadi. Oksidlanish uchun oksidlovchi moddalar eritmalari yoki gazsimon reagentlar, qaytarilish uchun esa vodorod ishlatiladi. Usullar yuqori tozalikdagi CNTlarni izolyatsiya qilish imkonini beradi, ammo quvurlarni yo'qotish bilan bog'liq.

Buzilmaydigan usullarga ekstraktsiya, flokulyatsiya va tanlab cho'ktirish, o'zaro oqimli mikrofiltratsiya, eksklyuziv xromatografiya, elektroforez, organik polimerlar bilan selektiv reaksiya kiradi. Qoida tariqasida, bu usullar samarasiz va samarasizdir.


Uglerodli nanotubalarning xossalari


Mexanik. Nanotubalar, aytganidek, kuchlanishda ham, egilishda ham juda kuchli materialdir. Bundan tashqari, kritikdan oshib ketadigan mexanik kuchlanishlar ta'sirida nanotubalar "buzmaydi", balki qayta tartibga solinadi. Nanotubalarning yuqori quvvat kabi xususiyatiga asoslanib, ular shunday deb ta'kidlash mumkin eng yaxshi material hozirgi vaqtda kosmik liftning bog'lanishi uchun. Tajribalar va raqamli simulyatsiya natijalari shuni ko'rsatadiki, bir qatlamli nanotubaning Young moduli po'latdan kattaroq bo'lgan 1-5 TPa darajasidagi qiymatlarga etadi. Quyidagi grafikda bitta devorli nanotube va yuqori quvvatli po'lat o'rtasidagi taqqoslash ko'rsatilgan.



Kosmik liftning kabeli 62,5 GPa mexanik kuchlanishga bardosh berishi taxmin qilinmoqda

Kuchlanish diagrammasi (mexanik kuchlanishga bog'liqlik ? nisbiy cho'zilishdan?)

Hozirgi eng kuchli materiallar va uglerod nanotubalari o'rtasidagi sezilarli farqni ko'rsatish uchun keling, quyidagi fikrlash tajribasini qilaylik. Tasavvur qiling-a, ilgari taxmin qilinganidek, hozirgi kunga qadar eng bardoshli materiallardan iborat ma'lum bir xanjar shaklidagi bir hil struktura kosmik lift uchun kabel bo'lib xizmat qiladi, keyin GEO (geostatsionar Yer orbitasi)dagi kabelning diametri taxminan bo'ladi. 2 km va Yer yuzasida 1 mm gacha torayadi. Bunday holda, umumiy massa 60 * 1010 tonnani tashkil qiladi. Agar material sifatida uglerod nanotubalari ishlatilgan bo'lsa, u holda GEO'dagi kabelning diametri Yer yuzasida 0,26 mm va 0,15 mm, shuning uchun umumiy massasi 9,2 tonnani tashkil etdi. Yuqoridagi faktlardan ko'rinib turibdiki, uglerod nanotolali kabelni qurish uchun zarur bo'lgan materialdir, uning haqiqiy diametri taxminan 0,75 m bo'lib, kosmik lift kabinasini harakatga keltirish uchun ishlatiladigan elektromagnit tizimga ham bardosh bera oladi.

Elektr. Uglerod nanotubalarining kichik o'lchamlari tufayli faqat 1996 yilda ularning o'ziga xosligini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin edi. elektr qarshilik to'rt tomonlama usul.

Oltin chiziqlar vakuumda sayqallangan kremniy oksidi yuzasiga yotqizilgan. Ularning orasiga 2-3 mkm uzunlikdagi nanotubalar yotqizilgan. Keyin, o'lchash uchun tanlangan nanotubalardan biriga qalinligi 80 nm bo'lgan to'rtta volfram o'tkazgich yotqizildi. Volfram o'tkazgichlarining har biri oltin chiziqlardan biri bilan aloqa qilgan. Nanotubadagi kontaktlar orasidagi masofa 0,3 dan 1 mkm gacha bo'lgan. To'g'ridan-to'g'ri o'lchovlar buni ko'rsatdi qarshilik nanotubalar sezilarli darajada farq qilishi mumkin - 5,1 * 10 dan -60,8 ohm / sm gacha. Minimal qarshilik grafitnikidan pastroq kattalik tartibidir. Nanotubalarning ko'pchiligi metall o'tkazuvchanlikka ega, kichikroq qismi esa 0,1 dan 0,3 eV gacha bo'lgan tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan yarim o'tkazgichning xususiyatlarini namoyish etadi.

Fransuz va rossiyalik tadqiqotchilar (IPTM RAS, Chernogolovkadan) nanotubalarning yana bir xususiyatini, ya'ni o'ta o'tkazuvchanlikni kashf etdilar. Ular diametri ~ 1 nm bo'lgan, bir to'plamga o'ralgan individual bir qatlamli nanotubkaning oqim kuchlanish xususiyatlarini o'lchadi. katta raqam bir devorli nanotubalar, shuningdek, alohida ko'p devorli nanotubalar. Ikki supero'tkazuvchi metall kontaktlari o'rtasida 4K ga yaqin haroratda supero'tkazuvchi oqim kuzatildi. Nanotubada zaryad o'tkazish xususiyatlari oddiy, uch o'lchovli o'tkazgichlarga xos bo'lgan xususiyatlardan tubdan farq qiladi va, ehtimol, uzatishning bir o'lchovli tabiati bilan izohlanadi.

Shuningdek, Lozanna universitetidan (Shveytsariya) de Girom qiziqarli xususiyatni kashf etdi: bir qatlamli nanotubaning kichik 5-10o egilishi bilan o'tkazuvchanlikning keskin (taxminan ikki darajali) o'zgarishi. Bu xususiyat nanotubalar doirasini kengaytirishi mumkin. Bir tomondan, nanotubka mexanik tebranishlarni elektr signaliga va aksincha (aslida, bu bir necha mikron uzunlikdagi va diametri taxminan bir nanometr telefon qabul qiluvchisi) tayyor yuqori sezgir konvertorga aylanadi va , boshqa tomondan, bu eng kichik deformatsiyalarning amalda tayyor sensori. Bunday sensordan odamlarning xavfsizligi bog'liq bo'lgan mexanik qismlar va qismlarning holatini kuzatuvchi qurilmalarda foydalanish mumkin, masalan, poezdlar va samolyotlar yo'lovchilari, atom va issiqlik elektr stantsiyalari xodimlari va boshqalar.

Kapillyar. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, ochiq nanotubka kapillyar xususiyatlarga ega. Nanotubkani ochish uchun ustki qismini - qopqog'ini olib tashlash kerak. Olib tashlashning bir usuli nanotubalarni 850 haroratda tavlashdir 0C karbonat angidrid oqimida bir necha soat davomida. Oksidlanish natijasida barcha nanotubalarning taxminan 10% ochiq. Nanotubalarning yopiq uchlarini yo'q qilishning yana bir usuli - 2400 S haroratda 4,5 soat davomida konsentrlangan nitrat kislota ta'sirida. Bunday ishlov berish natijasida nanotubalarning 80% ochiq holga keladi.

Kapillyar hodisalarning birinchi tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, agar suyuqlik nanotubka kanaliga kirib boradi. sirt tarangligi 200 mN/m dan yuqori emas. Shuning uchun nanotubalarga har qanday moddalarni kiritish uchun sirt tarangligi past bo'lgan erituvchilar qo'llaniladi. Masalan, sirt tarangligi past (43 mN/m) bo'lgan konsentrlangan nitrat kislota nanotuba kanaliga ma'lum metallarni kiritish uchun ishlatiladi. Keyin tavlanish 4000 C da vodorod atmosferasida 4 soat davomida amalga oshiriladi, bu esa metallning qisqarishiga olib keladi. Shu tariqa tarkibida nikel, kobalt va temir bo‘lgan nanotubalar olindi.

Metallar bilan bir qatorda uglerod nanotubkalarini gazsimon moddalar, masalan, molekulyar vodorod bilan to'ldirish mumkin. Bu qobiliyat amaliy ahamiyatga ega, chunki u ichki yonuv dvigatellarida ekologik toza yoqilg'i sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan vodorodni xavfsiz saqlash imkoniyatini ochib beradi. Shuningdek, olimlar gadoliniy atomlari allaqachon o'rnatilgan fullerenlar zanjirini joylashtirishga muvaffaq bo'lishdi (5-rasmga qarang).


Guruch. 5. C60 ichida bitta devorli nanotubka ichida


Kapillyar effektlar va nanotubalarni to'ldirish

nanotube uglerod piroliz elektr yoyi

Ko'p o'tmay, uglerod nanotubalari kashf etilgandan so'ng, tadqiqotchilarning e'tiborini nanotubalarni turli xil moddalar bilan to'ldirish imkoniyati jalb qilindi, bu nafaqat ilmiy qiziqish, balki amaliy muammolar uchun ham katta ahamiyatga ega, chunki nanotubka o'tkazuvchan, yarim o'tkazgich bilan to'ldirilgan. , yoki o'ta o'tkazuvchan material barcha ma'lum nanotubalarning eng kichigi sifatida ko'rib chiqilishi mumkin.Hozirgi vaqtda mikroelektronika elementlari. Ushbu muammoga ilmiy qiziqish savolga eksperimental asoslangan javob olish imkoniyati bilan bog'liq: kapillyar hodisalar qanday minimal o'lchamlarda makroskopik ob'ektlarga xos bo'lgan xususiyatlarini saqlab qoladi? Birinchi marta bu muammo polarizatsiya kuchlari ta'sirida nanotubkalar ichidagi HP molekulasini tortib olish muammosida ko'rib chiqildi. Naychaning ichki yuzasini kapillyarga ho'llaydigan suyuqliklarning tortilishiga olib keladigan kapillyar hodisalar nanometr diametrli quvurlarga o'tishda o'z tabiatini saqlab turishi ko'rsatildi.

Uglerod nanotubalardagi kapillyar hodisalar birinchi marta erigan qo'rg'oshinning nanotubalarga kapillyar tortilishi ta'siri kuzatilgan ishda eksperimental ravishda amalga oshirildi. Ushbu tajribada 30 V kuchlanish va 180-200 A oqimda diametri 0,8 va uzunligi 15 sm bo'lgan elektrodlar o'rtasida nanotubalarni sintez qilish uchun mo'ljallangan elektr yoyi yondirildi. Materialning qatlami 3-4. Anod yuzasining termal yo'q qilinishi natijasida katod yuzasida hosil bo'lgan sm balandlikda kameradan olib tashlandi va karbonat angidrid oqimida T = 850 ° C da 5 soat davomida saqlanadi. Ushbu operatsiya, natijada namuna massasining taxminan 10 foizini yo'qotdi, namunani amorf grafit zarralaridan tozalashga va cho'kmada nanotubalarni topishga yordam berdi. Nanotubalarni o'z ichiga olgan cho'kmaning markaziy qismi etanolga solingan va sonikatsiya qilingan. Xloroformda tarqalgan oksidlanish mahsuloti elektron mikroskop bilan kuzatish uchun teshiklari bo'lgan uglerod lentasiga surildi. Kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, ishlov berilmagan quvurlar choksiz tuzilishga ega, boshlari to'g'ri shakl va diametri 0,8 dan 10 nm gacha. Oksidlanish natijasida nanotubalarning taxminan 10% qopqoqlari shikastlangan va tepaga yaqin qatlamlarning bir qismi yirtilib ketgan. Kuzatish uchun mo'ljallangan nanotubalarni o'z ichiga olgan namuna vakuumda eritilgan qo'rg'oshin tomchilari bilan to'ldirilgan, ular metall yuzani elektron nur bilan nurlantirish orqali olingan. Bunda nanotubalarning tashqi yuzasida 1 dan 15 nm gacha bo'lgan qo'rg'oshin tomchilari kuzatilgan. Nanotubalar havoda T = 400 ° S da (qo'rg'oshin erish nuqtasidan yuqori) 30 daqiqa davomida tavlandi. Elektron mikroskop yordamida olib borilgan kuzatishlar natijalariga ko'ra, tavlanishdan so'ng nanotubkalarning bir qismi qattiq material bilan to'ldirilganligi ma'lum bo'ldi. Nanotubalarni to'ldirishning shunga o'xshash ta'siri tavlanish natijasida ochilgan naychalarning boshlari kuchli elektron nur bilan nurlanganida kuzatildi. Etarlicha kuchli nurlanish bilan trubaning ochiq uchi yaqinidagi material eriydi va ichkariga kiradi. Naychalar ichida qo'rg'oshin mavjudligi rentgen nurlari diffraktsiyasi va elektron spektroskopiya bilan aniqlandi. Eng nozik qo'rg'oshin simining diametri 1,5 nm edi. Kuzatishlar natijalariga ko'ra, to'ldirilgan nanotubalar soni 1% dan oshmagan.


Repetitorlik

Mavzuni o'rganishda yordam kerakmi?

Mutaxassislarimiz sizni qiziqtirgan mavzularda maslahat beradilar yoki repetitorlik xizmatlarini taqdim etadilar.
Ariza yuboring konsultatsiya olish imkoniyati haqida bilish uchun hozir mavzuni ko'rsating.

Energetika inson hayotida katta rol o'ynaydigan muhim sanoatdir. Mamlakatning energetika holati ko'plab olimlarning ushbu sohadagi faoliyatiga bog'liq. Bugungi kunga qadar ular ushbu maqsadlar uchun quyosh nuri va suvdan tortib, havo energiyasigacha bo'lgan hamma narsani ishlatishga tayyor. dan energiya ishlab chiqarishga qodir bo'lgan uskunalar muhit, juda ham minnatdorman.

Umumiy ma'lumot

Uglerod nanotubalari silindrsimon shaklga ega kengaytirilgan o'ralgan grafit tekisliklaridir. Qoida tariqasida, ularning qalinligi bir necha o'nlab nanometrlarga etadi, uzunligi bir necha santimetrga etadi. Nanotubalarning oxirida fullerenning qismlaridan biri bo'lgan sharsimon bosh hosil bo'ladi.

Ikki turdagi uglerod nanotubalari mavjud: metall va yarim o'tkazgich. Ularning asosiy farqi oqimning o'tkazuvchanligi. Birinchi tur oqimni 0ºS ga teng haroratda, ikkinchisi esa faqat yuqori haroratda o'tkazishi mumkin.

Uglerod nanotubalari: xususiyatlari

Ko'pchilik zamonaviy tendentsiyalar, masalan, amaliy kimyo yoki nanotexnologiya, uglerodli ramka tuzilishiga ega bo'lgan nanotubalar bilan bog'liq. Bu nima? Bu struktura faqat uglerod atomlari bilan bog'langan yirik molekulalarni nazarda tutadi. Xususiyatlari yopiq qobiqqa asoslangan uglerod nanotubalari juda qadrlanadi. Bundan tashqari, bu shakllanishlar silindrsimon shaklga ega. Bunday quvurlarni grafit varag'ini yig'ish orqali olish yoki ma'lum bir katalizatordan o'stirish mumkin. Fotosuratlari quyida keltirilgan uglerod nanotubalari g'ayrioddiy tuzilishga ega.

Ular turli shakl va o'lchamlarda bo'ladi: bir qatlamli va ko'p qatlamli, tekis va burmali. Nanotubalar juda mo'rt ko'rinishiga qaramay, ular kuchli materialdir. Ko'pgina tadqiqotlar natijasida ular cho'zish va egilish kabi xususiyatlarga ega ekanligi aniqlandi. Jiddiy mexanik yuklarning ta'siri ostida elementlar yirtilmaydi yoki buzilmaydi, ya'ni ular turli kuchlanishlarga moslasha oladi.

Toksiklik

Ko'plab tadqiqotlar natijasida uglerod nanotubalari asbest tolalari bilan bir xil muammolarni keltirib chiqarishi mumkinligi aniqlandi, ya'ni turli xil xavfli o'smalar, shuningdek, o'pka saratoni paydo bo'ladi. Asbestning salbiy ta'sir darajasi uning tolalari turiga va qalinligiga bog'liq. Uglerod nanotubalari og'irligi va o'lchami kichik bo'lgani uchun ular havo bilan inson tanasiga osongina kiradi. Bundan tashqari, ular plevra ichiga kirib, ko'krak qafasiga kiradi va vaqt o'tishi bilan turli xil asoratlarni keltirib chiqaradi. Olimlar tajriba o‘tkazib, sichqonlarning ovqatiga nanotuba zarralarini qo‘shishdi. Kichik diametrli mahsulotlar deyarli tanada qolmadi, lekin kattaroqlari oshqozon devorlariga kirib, turli kasalliklarni keltirib chiqardi.

Qabul qilish usullari

Bugungi kunga kelib, bor quyidagi usullar uglerod nanotubalarini ishlab chiqarish: yoy zaryadi, ablasyon, gaz fazasidan cho'kish.

Elektr yoyi zaryadsizlanishi. Plazmada olish (uglerod nanotubalari ushbu maqolada tasvirlangan). elektr zaryadi bu geliy bilan yonadi. Bunday jarayon fullerenlarni ishlab chiqarish uchun maxsus texnik uskunalar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Ammo bu usul bilan yoyni yoqishning boshqa usullari qo'llaniladi. Masalan, u kamayadi va juda katta qalinlikdagi katodlar ham ishlatiladi. Geliy atmosferasini yaratish uchun ushbu kimyoviy elementning bosimini oshirish kerak. Uglerod nanotubalari purkash orqali olinadi. Ularning sonini ko'paytirish uchun grafit tayoqchaga katalizatorni kiritish kerak. Ko'pincha bu turli xil metall guruhlarining aralashmasi. Bundan tashqari, bosim va püskürtme usuli o'zgaradi. Shunday qilib, uglerod nanotubalari hosil bo'lgan katodli kon olinadi. Tayyor mahsulotlar katodga perpendikulyar o'sadi va to'plamlarda yig'iladi. Ularning uzunligi 40 mkm.

Ablatsiya. Bu usul Richard Smalley tomonidan ixtiro qilingan. Uning mohiyati yuqori haroratlarda ishlaydigan reaktorda turli xil grafit sirtlarini bug'lantirishdir. Reaktor tubida grafitning bug'lanishi natijasida uglerod nanotubalari hosil bo'ladi.

Ular sovutiladi va sovutish yuzasi yordamida yig'iladi. Agar birinchi holatda elementlar soni 60% ga teng bo'lsa, bu usul bilan bu ko'rsatkich 10% ga oshdi. Lazerni absolatsiya qilish usulining narxi barcha boshqalarga qaraganda qimmatroq. Qoida tariqasida, bir devorli nanotubalar reaksiya haroratini o'zgartirish orqali olinadi.

Gaz fazasidan cho'kma. Uglerod bug'ini cho'ktirish usuli 50-yillarning oxirida ixtiro qilingan. Ammo u bilan uglerod nanotubalarini olish mumkinligini hech kim xayoliga ham keltirmagan edi. Shunday qilib, avval siz katalizator bilan sirtni tayyorlashingiz kerak. Turli metallarning kichik zarralari, masalan, kobalt, nikel va boshqa ko'plab zarralar unga xizmat qilishi mumkin. Nanotubalar katalizator qatlamidan chiqa boshlaydi. Ularning qalinligi to'g'ridan-to'g'ri katalizator metallning o'lchamiga bog'liq. Sirt yuqori haroratgacha isitiladi, so'ngra uglerodli gaz bilan ta'minlanadi. Ular orasida metan, asetilen, etanol va boshqalar bor Ammiak qo'shimcha texnik gaz bo'lib xizmat qiladi. Nanotubalarni olishning bu usuli eng keng tarqalgan. Jarayonning o'zi turli xil sanoat korxonalarida sodir bo'ladi, buning natijasida ko'p miqdordagi quvurlarni ishlab chiqarish uchun kamroq moliyaviy mablag'lar sarflanadi. Ushbu usulning yana bir afzalligi shundaki vertikal elementlar katalizator bo'lib xizmat qiladigan har qanday metall zarralaridan olinishi mumkin. Olish (uglerod nanotubalari har tomondan tasvirlangan) uglerod sintezi natijasida ularning ko'rinishini mikroskop ostida kuzatgan Suomi Iijimaning tadqiqotlari tufayli mumkin bo'ldi.

Asosiy turlari

Uglerod elementlari qatlamlar soni bo'yicha tasniflanadi. Eng oddiy turi bir devorli uglerod nanotubalaridir. Ularning har birining qalinligi taxminan 1 nm, uzunligi esa ancha uzoqroq bo'lishi mumkin. Agar strukturani hisobga oladigan bo'lsak, mahsulot grafitni olti burchakli panjara bilan o'rashga o'xshaydi. Uning tepasida uglerod atomlari joylashgan. Shunday qilib, trubka silindr shakliga ega, unda tikuvlar yo'q. Qurilmalarning yuqori qismi fulleren molekulalaridan tashkil topgan qopqoqlar bilan yopiladi.

Keyingi tur ko'p qatlamli uglerod nanotubalaridir. Ular silindrsimon shaklga o'ralgan bir necha grafit qatlamlaridan iborat. Ular orasida 0,34 nm masofa saqlanadi. Ushbu turdagi struktura ikki shaklda tavsiflanadi. Birinchisiga ko'ra, ko'p qatlamli naychalar bir-biriga o'rnatilgan bir nechta bir qatlamli naychalar bo'lib, ular uyali qo'g'irchoqqa o'xshaydi. Ikkinchisiga ko'ra, ko'p qatlamli nanotubalar o'ziga bir necha marta o'ralgan grafit varag'i bo'lib, u buklangan gazetaga o'xshaydi.

Uglerod nanotubalari: qo'llanilishi

Elementlar nanomateriallar sinfining mutlaq yangi vakilidir.

Yuqorida aytib o'tilganidek, ular grafit yoki olmosdan xossalari bilan ajralib turadigan ramka tuzilishiga ega. Shuning uchun ular boshqa materiallarga qaraganda ancha tez-tez ishlatiladi.

Quvvat, egilish, o'tkazuvchanlik kabi xususiyatlar tufayli ular ko'plab sohalarda qo'llaniladi:

  • polimerlarga qo'shimchalar sifatida;
  • yoritish asboblari uchun katalizator, shuningdek, telekommunikatsiya tarmoqlaridagi tekis panelli displeylar va quvurlar;
  • elektromagnit to'lqinlarni yutuvchi sifatida;
  • energiya konvertatsiyasi uchun;
  • anodlar ishlab chiqarish har xil turlari batareyalar;
  • vodorodni saqlash;
  • datchiklar va kondensatorlar ishlab chiqarish;
  • kompozitlar ishlab chiqarish va ularning tuzilishi va xossalarini mustahkamlash.

Ko'p yillar davomida qo'llanilishi ma'lum bir sanoat bilan cheklanmagan uglerod nanotubalari ishlatilgan ilmiy tadqiqot. Bunday material bozorda zaif mavqega ega, chunki keng ko'lamli ishlab chiqarish bilan bog'liq muammolar mavjud. Yana bir muhim jihat - uglerod nanotubalarining yuqori narxi, bunday moddaning har bir grammiga taxminan 120 dollar.

Ular ko'plab sport mahsulotlarini ishlab chiqarishda qo'llaniladigan ko'plab kompozitlarni ishlab chiqarish uchun asosiy element sifatida ishlatiladi. Yana bir sanoat - bu avtomobilsozlik. Ushbu sohada uglerod nanotubalarining funksionallashuvi polimerlarni elektr o'tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo'lishiga qadar kamayadi.

Nanotubalarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti etarlicha yuqori, shuning uchun ular turli xil massiv uskunalar uchun sovutish moslamasi sifatida ishlatilishi mumkin. Ulardan maslahatlar ham tayyorlanadi, ular prob trubkalariga biriktiriladi.

Ilovaning eng muhim tarmog'i kompyuter texnologiyasidir. Nanotubalar tufayli, ayniqsa, tekis displeylar yaratiladi. Ularning yordami bilan siz kompyuterning umumiy o'lchamlarini sezilarli darajada kamaytirishingiz, shuningdek uning texnik ko'rsatkichlarini oshirishingiz mumkin. Tayyor uskunalar hozirgi texnologiyalardan bir necha barobar ustun bo'ladi. Ushbu tadqiqotlar asosida yuqori kuchlanishli kineskoplarni yaratish mumkin.

Vaqt o'tishi bilan quvurlar nafaqat elektronikada, balki tibbiyot va energetika sohalarida ham qo'llaniladi.

Ishlab chiqarish

Ishlab chiqarish ikki tur o'rtasida taqsimlangan uglerod quvurlari notekis taqsimlangan.

Ya'ni, MWNTs SWNTsga qaraganda ko'proq narsani ishlab chiqaradi. Ikkinchi tur shoshilinch zarurat tug'ilganda amalga oshiriladi. Turli kompaniyalar doimiy ravishda uglerod nanotubalarini ishlab chiqaradilar. Ammo ular deyarli talabga ega emas, chunki ularning narxi juda yuqori.

Ishlab chiqarish rahbarlari

Bugungi kunda uglerod nanotubalarini ishlab chiqarishda etakchi o'rinni Osiyo mamlakatlari egallaydi, bu Evropa va Amerikaning boshqa mamlakatlariga qaraganda 3 baravar yuqori. Xususan, Yaponiya MWNT ishlab chiqarish bilan shug'ullanadi. Ammo Koreya va Xitoy kabi boshqa davlatlar bu ko'rsatkich bo'yicha hech qanday holatda qolishmaydi.

Rossiyada ishlab chiqarish

Uglerod nanotubalarini mahalliy ishlab chiqarish boshqa mamlakatlardan ancha orqada. Aslida, barchasi ushbu sohadagi tadqiqotlar sifatiga bog'liq. Mamlakatda ilmiy-texnikaviy markazlar tashkil etish uchun yetarlicha moliyaviy mablag‘ ajratmayapti. Ko'pchilik nanotexnologiya sohasidagi ishlanmalarni qabul qilmaydi, chunki ular sanoatda qanday foydalanish mumkinligini bilishmaydi. Shuning uchun iqtisodiyotning yangi yo'lga o'tishi ancha qiyin.

Shu sababli, Rossiya prezidenti farmon chiqardi, bu nanotexnologiyaning turli yo'nalishlari, jumladan, uglerod elementlarini rivojlantirishni ko'rsatadi. Ushbu maqsadlar uchun maxsus ishlab chiqish va texnologiya dasturi yaratildi.

Buyurtmaning barcha bandlarini bajarish uchun Rosnanotech kompaniyasi yaratildi. Uning faoliyat ko'rsatishi uchun davlat byudjetidan katta mablag' ajratildi. Aynan u uglerod nanotubalarini ishlab chiqish, ishlab chiqarish va sanoat sohasiga joriy etish jarayonini nazorat qilishi kerak. Ajratilgan mablag‘ turli ilmiy-tadqiqot institutlari va laboratoriyalar tashkil etishga sarflanadi, shuningdek, mamlakatimiz olimlarining mavjud yutuqlarini mustahkamlashga xizmat qiladi. Shuningdek, ushbu mablag'lar uglerod nanotubalarini ishlab chiqarish uchun yuqori sifatli uskunalar sotib olishga yo'naltiriladi. Shuningdek, inson salomatligini himoya qiladigan qurilmalarga g'amxo'rlik qilish kerak, chunki bu material ko'plab kasalliklarni keltirib chiqaradi.

Yuqorida aytib o'tilganidek, butun muammo mablag'larni jalb qilishdir. Aksariyat investorlar tadqiqot va ishlanmalarga sarmoya kiritishni xohlamaydilar, ayniqsa uzoq vaqt davomida. Barcha ishbilarmonlar foyda ko'rishni xohlashadi, ammo nano rivojlanish yillar talab qilishi mumkin. Bu kichik va o'rta biznes vakillarini qaytaradi. Bundan tashqari, davlat sarmoyasisiz nanomateriallar ishlab chiqarishni to‘liq yo‘lga qo‘yib bo‘lmaydi.

Yana bir muammo - qonunchilik bazasining yo'qligi, chunki biznesning turli bosqichlari o'rtasida oraliq aloqa mavjud emas. Shu sababli, ishlab chiqarilishi Rossiyada talab qilinmagan uglerod nanotubalari nafaqat moliyaviy, balki aqliy investitsiyalarni ham talab qiladi. Rossiya Federatsiyasi nanotexnologiyalar rivojlanishida yetakchi bo'lgan Osiyo davlatlaridan uzoqda joylashgan.

Bugungi kunda ushbu sohadagi ishlanmalar Moskva, Tambov, Sankt-Peterburg, Novosibirsk va Qozondagi turli universitetlarning kimyo kafedralarida amalga oshirilmoqda. Uglerod nanotubalarini ishlab chiqaruvchi etakchi kompaniyalar Granat kompaniyasi va Tambovdagi Komsomolets zavodidir.

Ijobiy va salbiy tomonlari

Afzalliklar orasida uglerod nanotubalarining o'ziga xos xususiyatlarini ajratib ko'rsatish mumkin. Ular mexanik ta'sirlar ta'sirida qulab tushmaydigan bardoshli materialdir. Bundan tashqari, ular egilish va cho'zish uchun yaxshi ishlaydi. Bu yopiq ramka tuzilishi tufayli mumkin bo'ladi. Ularning qo'llanilishi faqat bitta sanoat bilan cheklanmaydi. Quvurlar avtomobilsozlik, elektronika, tibbiyot va energetikada qo'llanilishini topdi.

Katta kamchilik - bu inson salomatligiga salbiy ta'sir.

Nanotubalarning zarralari inson tanasiga kirib, xavfli o'smalar va saraton paydo bo'lishiga olib keladi.

Muhim tomoni - bu sanoatni moliyalashtirish. Ko'p odamlar ilm-fanga sarmoya kiritishni xohlamaydilar, chunki foyda olish uchun uzoq vaqt kerak bo'ladi. Ilmiy-tadqiqot laboratoriyalari ishlamay turib, nanotexnologiyalarni rivojlantirish mumkin emas.

Xulosa

Innovatsion texnologiyalarda uglerod nanotubalari muhim rol o'ynaydi. Ko'pgina mutaxassislar kelgusi yillarda ushbu sanoatning o'sishini bashorat qilmoqdalar. Ishlab chiqarish imkoniyatlari sezilarli darajada oshadi, bu esa mahsulot tannarxining pasayishiga olib keladi. Narxlarning pasayishi bilan quvurlar katta talabga ega bo'ladi va ko'plab qurilmalar va jihozlar uchun ajralmas materialga aylanadi.

Shunday qilib, biz ushbu mahsulotlar nima ekanligini bilib oldik.