Kolnanorör: produktion, användning, egenskaper

Energi är en viktig näring, som spelar en viktig roll i människans liv. Den energitillstånd i ett land beror på arbetet av många forskare i branschen. Idag är de söker efter alternativa energikällor. För dessa ändamål, de är villiga att använda allt från solljus och vatten, avslutar med flygstridskrafter. Den utrustning som kan generera energi från omgivningen, är mycket uppskattat.

översikt

Kolnanorör - en lång valsade grafitplanet med en cylindrisk form. Vanligtvis når deras tjocklek flera tiotals nanometer till flera centimeter långa. Vid slutet av nanoröret bildar ett sfäriskt huvud som är en del av fulleren.

Det finns vissa typer av kolnanorör: metalliska och halvledande. Den huvudsakliga skillnaden är den aktuella ledningsförmågan. Den första typen kan leda ström vid en temperatur av 0 ° C, och den andra - endast vid förhöjda temperaturer.

Kolnanorör: egenskaper

De flesta moderna trender såsom tillämpad kemi eller nanoteknologi, som är kopplade till de nanorör som har en kol skelettstruktur. Vad är det? Inom ramen för denna struktur avser stora molekyler, vilka är sammankopplade endast kolatomer. Kolnanorör, som är baserade på egenskaperna hos den slutna skalform, värderas högt. Dessutom bildandet av datan är av cylindrisk form. Sådana rör kan framställas genom valsning grafit ark, antingen för att växa från en specifik katalysator. Kolnanorör, vilka bilder visas nedan, har en ovanlig struktur. De finns i olika former och storlekar: single-layer och flera lager, raka och slingrande. Trots att kolnanorören är ganska bräckliga, är de starkaste materialet. Som ett resultat har många studier funnit att de är inneboende egenskaper såsom draghållfasthet och böjhållfasthet. Under inverkan av allvarlig mekanisk stress, inte elementen inte bråttom och inte sönder, det vill säga kan anpassa sig till olika spänningar.

toxicitet

Som ett resultat av flera undersökningar, fann man att kolnanorör kan orsaka samma problem som asbestfibrer, dvs med en mångfald maligna tumörer samt lungcancer. Graden av negativ påverkan av asbest beror på typen och tjockleken av dess fibrer. Eftersom kolnanorör har en liten vikt och storlek, de lätt kommer in i kroppen tillsammans med luften. Vidare faller de in i lungsäcken och ingår i bröstet, och så småningom leda till en mängd olika komplikationer. Forskare genomfört ett experiment och sättes till livsmedel av möss partiklar nanorör. Produkter med liten diameter nästan inte stanna i kroppen, men större - grävde i väggarna i magen och orsaka olika sjukdomar.

förfaranden för framställning

Hittills finns följande metoder för framställning av kolnanorör båge laddning, ablation, ångavsättning.

Elektrisk urladdning. Framställning av (kolnanorör beskrivs i denna artikel) i plasma hos den elektriska laddningen, som brinner med helium. En sådan process kan utföras med hjälp av särskild teknisk utrustning för tillverkning av fullerener. Men andra båge lägen används i denna metod. Till exempel, strömtätheten minskar, och katoderna används enorma tjocklekar. Att skapa en atmosfär av helium är nödvändigt att höja trycket av detta element. Kolnanorör som erhållits genom sprayning. Att deras antal har ökat, måste du ingå ett grafitstav katalysator. I de flesta fall, en blandning av olika grupper av metall. Vidare, det finns en förändring i tryck och förstoftningsmetod. Sålunda, en katodpellet, och vari kolnanorören är bildade. Färdiga produkter stiger vinkelrätt från katoden och samlas i buntar. De har en längd på 40 mikrometer.

Ablyasatsiya. En sådan metod uppfanns av Richard Smalley. Dess väsen ligger i det faktum att olika förångas grafitytan i en reaktor, som arbetar vid höga temperaturer. Kolnanorör bildas genom förångning av grafit i den nedre delen av reaktorn. Kylning och samla dem sker med hjälp av en kylande yta. I det första fallet, är antalet element som är lika med 60%, därefter i denna metod siffra ökade med 10%. Kostnaden för laser absolyatsii metod är dyrare än alla andra. Allmänhet, single-walled nanorör som framställts genom ändring av reaktionstemperaturen.

Avsättningen från gasfasen. kol ångutfällningsmetod uppfanns i slutet av 50-talet. Men ingen kunde ha förutsett att genom det är möjligt att erhålla kolnanorör. Så först måste du förbereda ytan av katalysatorn. Eftersom det kan vara fina partiklar av olika metaller, t ex kobolt, nickel och andra. Nanorör börjar ta sig ur katalysatorskiktet. Deras tjocklek beror på storleken att katalysera metall. Ytan upphettas till en hög temperatur, och då finns det leverans av gas innehållande kol. Bland dem, - är .., Metan, atsetelen, etanol, etc. Som en ytterligare processgas ammoniak. Denna tillverkningsmetod är den vanligaste nanorör. Själva processen sker på olika industriföretag, så att mindre pengar spenderas för produktion av ett stort antal rör. En annan fördel med denna metod är att de vertikala elementen kan erhållas från eventuella metallpartiklar som fungerar som katalysator. Framställning av (kolnanorör beskrivs på alla sidor) möjligt tack till forskning Suomi Iijima, som observerade under mikroskop för deras utseende som ett resultat av syntesen av kol.

De vanligaste typerna av

Kol element är klassificerade i enlighet med antalet skikt. Den enklaste typen - enkelväggiga kolnanorör. Var och en av dem har en tjocklek av ca 1 nm, och deras längd kan vara mycket större. Om vi betraktar strukturen ser produkt som grafit wrap med hjälp av en hexagonal rutnät. I dess hörn belägna kolatomer. Sålunda har röret en cylindrisk form, som inte har några sömmar. Den övre delen stänger lock anordningar som består av fullerenmolekyler.

Nästa vy - flerbladiga kolnanorör. De består av flera skikt av grafit som är staplade i form av en cylinder. Avståndet däremellan hålles vid 0,34 nm. Strukturen av denna typ beskrivs med användning av två metoder. På den första, flerrörs - några kapslade enda vägg rör som ser ut som en rysk docka. I ett andra, flerväggiga nanorör är grafitarket som lindas flera gånger runt sig själv, vilket liknar en vikt tidning.

Kolnanorör: applikationer

Objekt är helt ny medlem i den klass av nanomaterial. Såsom tidigare nämnts, de har en stomkonstruktion som skiljer sig från egenskaperna hos den grafit eller diamant. Därför används oftare än andra material.

På grund av sådana egenskaper som draghållfasthet, böjhållfasthet, ledningsförmåga, används inom många områden:

• som tillsatser till polymerer;
• katalysator för belysningsanordningar, såväl som platta bildskärmar och telefoner i telekommunikationsnät;
• som en absorbator av elektromagnetiska vågor;
• effektomvandlings;
• anoder i olika batterityper;
• Lagring av väte;
• producerande sensorer och kondensatorer;
• kompositer produktion och amplifiering av deras struktur och egenskaper.

Under många år, kolnanorör, är användningen av som inte begränsas till en viss bransch, som används i vetenskaplig forskning. Sådant material har en svag position på marknaden, eftersom det finns problem med storskalig produktion. En annan viktig punkt är den höga kostnaden för kolnanorör, vilket är ungefär 120 dollar per ett gram av ämnet.

De används som ett grundläggande element för produktion av många kompositer, som används för att göra många sportartiklar. En annan bransch -avtomobilestroenie. Funktionalisering av kolnanorör i teknikområdet reduceras att förse polymerer ledande egenskaper.

Värmeledningskoefficient av nanorör är tillräckligt hög, så att de kan användas som en kylanordning för olika massiv utrustning. Även de har gjort lock som är kopplade till sonden rör.

De viktigaste gren applikationer inkluderar datorteknik. På grund nanorör är särskilt platta bildskärmar. Med hjälp av dem kan du avsevärt minska storleken på datorn, samt att öka sin tekniska prestanda. Ready utrustning kommer att vara flera gånger större än den nuvarande tekniken. På basis av dessa studier kan du skapa hög bildrör.

Med tiden kommer rören användas inte bara inom elektronik, men också inom hälso- och energi.

produktion

Kolrör, är produktionen av vilken distribuerade mellan de två typer av dem, jämnt fördelad. Dvs, MWNT producera mycket mer än SWNT. Den andra typen av göra i en nödsituation. Olika företag producerar kontinuerligt kolnanorör. Men efterfrågan de praktiskt taget inte använda, eftersom de kostar alltför hög.

ledare produktion

För närvarande är den ledande ställning inom produktion av kolnanorör ockuperade länder i Asien, produktionskapacitet som är högre än 3 gånger högre än i andra länder i Europa och Amerika. I synnerhet produktionen av MWNT engagerad i Japan. Men andra länder, såsom Korea och Kina, inte medger i denna indikator.

Produktionen i Ryssland

Den inhemska produktionen av kolnanorör är långt efter andra länder. Faktum är att allt beror på kvaliteten på forskningen inom detta område. Det finns inte tilldelas tillräckliga medel för utveckling av vetenskap och teknik centers i landet. Många människor inte uppfattar utvecklingen av nanotekniken, eftersom jag inte vet hur det kan användas inom industrin. Därför är ganska svårt övergången till en ny ekonomi Leden går.

Därför utfärdade ryska presidenten ett dekret, som fastställer utvecklingen av olika områden av nanoteknik, inklusive kol element. För detta ändamål har ett särskilt utvecklingsprogram som skapats för att tillverka sina egna tekniker. Företaget "Nanoteknik" skapades så att alla ordnings gjordes ,. Dess funktion tilldelades ett betydande belopp från statsbudgeten. Det var hon som ska styra konstruktion, produktion och genomförande i industriella tillämpningar av kolnanorör. Det belopp som anslås för att spendera på utvecklingen av olika forskningsinstitut och laboratorier, samt bidra till att stärka de befintliga landvinningar av inhemska forskare. Dessutom kommer dessa medel att användas för inköp av högkvalitativ utrustning för produktion av kolnanorör. Det bör också ta hand om de enheter som kommer att skydda människors hälsa, eftersom materialet orsakar en rad sjukdomar.

Som tidigare nämnts, hela problemet ligger i att samla in pengar. De flesta investerare inte vill investera i forskning och utveckling, särskilt för en lång tid. Alla företag vill se en vinst, men Nano-kan gå flera år. Det är vad driver företrädare för små och medelstora företag. Dessutom utan offentliga investeringar inte kommer att starta helt produktion av nanomaterial. Ett annat problem är bristen på rättslig grund, eftersom det inte finns någon mellanhand mellan de olika stegen i verksamheten. Därför Nanorör i Ryssland, som inte påstås kräver inte bara ekonomiskt, utan också mental investering. Även Ryssland är långt ifrån asiatiska länder som är ledande inom utveckling av nanoteknik.

Hittills har utvecklingen i branschen deltar i de kemiska avdelningar av olika universitet i Moskva, Tambov, St Petersburg, Novosibirsk och Kazan. De ledande tillverkarna av kolnanorör är fast "Garnet" och Tambov växt "Komsomolets".

Positiva och negativa aspekter

Bland fördelarna kan vi urskilja de speciella egenskaperna hos kolnanorör. De är ett hållbart material, som är under påverkan av mekanisk spänning inte förstörs. Dessutom fungerar de bra i böjning och sträckning. Detta var möjligt på grund av den slutna konstruktionen av ramen. Deras användning är inte begränsad till en sektor. Rören har använts inom bil-, elektronik, medicin och energi.

Stor nackdel är den negativa inverkan på människors hälsa. Partiklar nanorör in i människokroppen, ger upphov till maligna tumörer och cancer.

En viktig aspekt är finansieringen av denna sektor. Många människor vill inte investera i forskning, som du behöver mycket tid för vinst. Och utan en fungerande forskningslaboratorier inte kan vara utveckling av nanoteknik.

slutsats

Kolnanorör spelar en viktig roll i innovativ teknik. Många experter förutspår tillväxt i denna bransch under de kommande åren. Det kommer att finnas en betydande ökning av produktionskapaciteten, vilket kommer att minska kostnaderna för varorna. Med minskningen av priserna, kommer röret att vara i stor efterfrågan, och kommer att bli ett oersättligt material för många enheter och utrustning.

Så, vi funnit vad som utgör dessa produkter.