Tenaga ialah industri penting yang memainkan peranan besar dalam kehidupan manusia. Keadaan tenaga negara bergantung kepada kerja ramai saintis dalam bidang ini. Hari ini mereka sedang mencari sumber tenaga alternatif. Untuk tujuan ini, mereka bersedia untuk menggunakan apa sahaja, bermula dengan cahaya matahari dan air, berakhir dengan tenaga udara. Peralatan yang boleh menjana tenaga daripada alam sekitar amat dihargai.
Maklumat am
Tiub nano karbon ialah satah grafit tergelek lanjutan yang mempunyai bentuk silinder. Sebagai peraturan, ketebalannya mencapai beberapa puluh nanometer, dengan panjang beberapa sentimeter. Di hujung tiub nano, kepala sfera terbentuk, yang merupakan salah satu bahagian fullerene.
Terdapat dua jenis tiub nano karbon: logam dan semikonduktor. Perbezaan utama mereka ialah kekonduksian arus. Jenis pertama boleh mengalirkan arus pada suhu yang sama dengan 0ºС, dan yang kedua - hanya pada suhu tinggi.
Tiub nano karbon: sifat
Kebanyakankawasan moden, seperti kimia gunaan atau nanoteknologi, dikaitkan dengan tiub nano, yang mempunyai struktur rangka karbon. Apa ini? Struktur ini merujuk kepada molekul besar yang dihubungkan bersama hanya oleh atom karbon. Karbon nanotube, yang sifatnya berdasarkan cangkang tertutup, sangat dihargai. Di samping itu, pembentukan ini mempunyai bentuk silinder. Tiub sedemikian boleh diperolehi dengan melipat lembaran grafit, atau tumbuh dari pemangkin tertentu. Tiub nano karbon, gambar yang ditunjukkan di bawah, mempunyai struktur yang luar biasa.
Ia datang dalam pelbagai bentuk dan saiz: satu lapisan dan berbilang lapisan, lurus dan berliku. Walaupun fakta bahawa nanotube kelihatan agak rapuh, ia adalah bahan yang kuat. Hasil daripada banyak kajian, didapati ia mempunyai ciri-ciri seperti regangan dan lenturan. Di bawah tindakan beban mekanikal yang serius, elemen tidak koyak atau pecah, iaitu, ia boleh menyesuaikan diri dengan voltan yang berbeza.
Ketoksikan
Hasil daripada pelbagai kajian, didapati tiub nano karbon boleh menyebabkan masalah yang sama seperti gentian asbestos, iaitu pelbagai tumor malignan berlaku, dan juga kanser paru-paru. Tahap kesan negatif asbestos bergantung pada jenis dan ketebalan gentiannya. Oleh kerana tiub nano karbon adalah kecil dalam berat dan saiz, ia mudah memasuki tubuh manusia dengan udara. Selanjutnya, mereka memasuki pleura dan memasuki dada, dan dari masa ke masamenyebabkan pelbagai komplikasi. Para saintis menjalankan eksperimen dan menambah zarah tiub nano kepada makanan tikus. Produk berdiameter kecil boleh dikatakan tidak tinggal di dalam badan, tetapi produk yang lebih besar digali ke dalam dinding perut dan menyebabkan pelbagai penyakit.
Mendapatkan Kaedah
Hari ini, terdapat kaedah berikut untuk mendapatkan tiub nano karbon: cas arka, ablasi, pemendapan wap.
Nyahcas arka elektrik. Mendapatkan (tiub nano karbon diterangkan dalam artikel ini) dalam plasma cas elektrik, yang terbakar dengan penggunaan helium. Proses sedemikian boleh dijalankan menggunakan peralatan teknikal khas untuk pengeluaran fullerenes. Tetapi dengan kaedah ini, mod pembakaran arka lain digunakan. Sebagai contoh, ketumpatan arus dikurangkan, dan katod dengan ketebalan yang sangat besar juga digunakan. Untuk mewujudkan suasana helium, adalah perlu untuk meningkatkan tekanan unsur kimia ini. Karbon nanotiub diperolehi dengan sputtering. Untuk meningkatkan bilangan mereka, adalah perlu untuk memasukkan pemangkin ke dalam rod grafit. Selalunya ia adalah campuran kumpulan logam yang berbeza. Selanjutnya, terdapat perubahan dalam tekanan dan kaedah penyemburan. Oleh itu, deposit katodik diperoleh, di mana tiub nano karbon terbentuk. Produk siap tumbuh berserenjang dengan katod dan dikumpulkan dalam berkas. Panjangnya 40 µm.
Ablation. Kaedah ini dicipta oleh Richard Smalley. Intipatinya adalah untuk menyejat permukaan grafit yang berbeza dalam reaktor yang beroperasi pada suhu tinggi. Karbon nanotiub terbentuk hasil daripada penyejatan grafit di bahagian bawahbahagian reaktor.
Ia disejukkan dan dikumpulkan menggunakan permukaan penyejuk. Jika dalam kes pertama, bilangan unsur adalah sama dengan 60%, maka dengan kaedah ini angka itu meningkat sebanyak 10%. Kos kaedah absolasi laser lebih mahal daripada yang lain. Sebagai peraturan, tiub nano berdinding tunggal diperoleh dengan menukar suhu tindak balas.
Pemendapan daripada fasa gas. Kaedah pemendapan wap karbon telah dicipta pada akhir 50-an. Tetapi tiada siapa yang membayangkan bahawa nanotube karbon boleh diperolehi dengannya. Jadi, pertama anda perlu menyediakan permukaan dengan pemangkin. Zarah-zarah kecil logam yang berbeza, sebagai contoh, kob alt, nikel dan banyak lagi, boleh berfungsi sebagai ia. Nanotiub mula muncul dari katil mangkin. Ketebalannya secara langsung bergantung pada saiz logam pemangkin. Permukaan dipanaskan pada suhu tinggi, dan kemudian gas yang mengandungi karbon dibekalkan. Antaranya ialah metana, asetilena, etanol, dll. Ammonia berfungsi sebagai gas teknikal tambahan. Kaedah mendapatkan nanotube ini adalah yang paling biasa. Proses itu sendiri berlaku dalam pelbagai perusahaan perindustrian, yang menyebabkan kurang sumber kewangan dibelanjakan untuk pembuatan sejumlah besar tiub. Satu lagi kelebihan kaedah ini ialah unsur menegak boleh diperolehi daripada mana-mana zarah logam yang berfungsi sebagai pemangkin. Mendapatkan (karbon nanotube diterangkan dari semua pihak) menjadi mungkin berkat penyelidikan Suomi Iijima, yangdiperhatikan di bawah mikroskop untuk penampilannya sebagai hasil sintesis karbon.
Spesies utama
Unsur karbon dikelaskan mengikut bilangan lapisan. Jenis yang paling mudah ialah nanotube karbon berdinding tunggal. Setiap daripada mereka mempunyai ketebalan kira-kira 1 nm, dan panjangnya boleh lebih lama. Jika kita mempertimbangkan strukturnya, maka produk itu kelihatan seperti membungkus grafit dengan grid heksagon. Di bahagian atasnya terdapat atom karbon. Oleh itu, tiub mempunyai bentuk silinder, yang tidak mempunyai jahitan. Bahagian atas peranti ditutup dengan penutup yang terdiri daripada molekul fullerene.
Paparan seterusnya ialah tiub nano karbon berbilang lapisan. Ia terdiri daripada beberapa lapisan grafit, yang dilipat menjadi bentuk silinder. Jarak 0.34 nm dikekalkan di antara mereka. Struktur jenis ini diterangkan dalam dua cara. Menurut yang pertama, tiub multilayer ialah beberapa tiub satu lapisan yang bersarang di antara satu sama lain, yang kelihatan seperti anak patung bersarang. Menurut yang kedua, tiub nano berbilang lapisan ialah kepingan grafit yang membalut dirinya beberapa kali, yang kelihatan seperti surat khabar yang dilipat.
Tiub nano karbon: aplikasi
Elemen ialah wakil baharu kelas bahan nano.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ia mempunyai struktur bingkai, yang berbeza dalam sifat daripada grafit atau berlian. Itulah sebabnya ia digunakan lebih kerap daripada bahan lain.
Disebabkan ciri-cirinya seperti kekuatan, lenturan, kekonduksian, ia digunakan dalam banyak bidang:
- sebagai bahan tambahan kepada polimer;
- mangkin untuk peranti pencahayaan, serta paparan panel rata dan telefon bimbit dalam rangkaian telekomunikasi;
- sebagai penyerap gelombang elektromagnet;
- untuk penukaran tenaga;
- pembuatan anod dalam pelbagai jenis bateri;
- simpanan hidrogen;
- pembuatan penderia dan kapasitor;
- pengeluaran komposit dan pengukuhan struktur serta sifatnya.
Selama bertahun-tahun, tiub nano karbon, yang penggunaannya tidak terhad kepada satu industri tertentu, telah digunakan dalam penyelidikan saintifik. Bahan sedemikian mempunyai kedudukan yang lemah di pasaran, kerana terdapat masalah dengan pengeluaran berskala besar. Satu lagi perkara penting ialah kos tinggi tiub nano karbon, iaitu kira-kira $120 setiap gram bahan sedemikian.
Ia digunakan sebagai elemen asas untuk pengeluaran banyak komposit, yang digunakan untuk membuat banyak barangan sukan. Industri lain ialah industri automotif. Kefungsian tiub nano karbon di kawasan ini dikurangkan untuk memberikan polimer dengan sifat konduktif.
Kekonduksian terma tiub nano cukup tinggi sehingga boleh digunakan sebagai peranti penyejuk untuk pelbagai peralatan besar. Ia juga digunakan untuk membuat petua yang dilekatkan pada tiub probe.
Kawasan aplikasi yang paling penting ialah teknologi komputer. Terima kasih kepada tiub nano, terutamanya paparan rata dicipta. Mereka boleh digunakan untuk mengurangkan dengan ketaradimensi keseluruhan komputer itu sendiri, serta meningkatkan prestasi teknikalnya. Peralatan siap akan menjadi beberapa kali lebih baik daripada teknologi semasa. Berdasarkan kajian ini, kineskop voltan tinggi boleh dibuat.
Dari masa ke masa, tiub akan digunakan bukan sahaja dalam elektronik, tetapi juga dalam bidang perubatan dan tenaga.
Pengeluaran
Tiub karbon, yang pengeluarannya diagihkan antara kedua-dua jenis, diagihkan secara tidak sekata.
Jadi MWNT menghasilkan lebih banyak daripada SWNT. Jenis kedua dilakukan sekiranya ada keperluan mendesak. Pelbagai syarikat sentiasa menghasilkan tiub nano karbon. Tetapi mereka boleh dikatakan tidak dalam permintaan, kerana kosnya terlalu tinggi.
Pemimpin pengeluaran
Hari ini, tempat terkemuka dalam pengeluaran tiub nano karbon diduduki oleh negara-negara Asia, yang keupayaan pengeluarannya adalah 3 kali lebih tinggi daripada di negara lain di Eropah dan Amerika. Khususnya, Jepun terlibat dalam pembuatan MWNT. Tetapi negara lain, seperti Korea dan China, tidak kalah dalam penunjuk ini.
Pengeluaran di Rusia
Pengeluaran domestik tiub nano karbon jauh ketinggalan berbanding negara lain. Sebenarnya, semuanya bergantung kepada kualiti penyelidikan dalam bidang ini. Ia tidak memperuntukkan sumber kewangan yang mencukupi untuk mewujudkan pusat sains dan teknologi di negara ini. Ramai orang tidak menerima perkembangan dalam bidang nanoteknologi kerana mereka tidak tahu bagaimana ia boleh digunakan dalam industri. Oleh itu, peralihan ekonomilaluan baharu agak sukar.
Oleh itu, Presiden Rusia mengeluarkan dekri, yang menunjukkan perkembangan pelbagai bidang nanoteknologi, termasuk unsur karbon. Untuk tujuan ini, program khas untuk pembangunan dan pengeluaran teknologi kami sendiri telah dibuat.
Untuk memenuhi semua perkara pesanan, syarikat Rosnanotech telah diwujudkan. Sejumlah besar telah diperuntukkan daripada belanjawan negeri untuk berfungsi. Dialah yang harus mengawal proses pembangunan, pengeluaran dan pengenalan tiub nano karbon ke dalam sfera perindustrian. Jumlah yang diperuntukkan akan dibelanjakan untuk mewujudkan pelbagai institut penyelidikan dan makmal, dan juga akan mengukuhkan pencapaian sedia ada saintis tempatan. Selain itu, dana ini akan digunakan untuk membeli peralatan berkualiti tinggi untuk pengeluaran tiub nano karbon. Peranti yang akan melindungi kesihatan manusia juga patut dijaga, kerana bahan ini menyebabkan banyak penyakit.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, keseluruhan masalah adalah untuk mengumpul dana. Kebanyakan pelabur tidak mahu melabur dalam penyelidikan dan pembangunan, terutamanya untuk masa yang lama. Semua ahli perniagaan mahu melihat keuntungan, tetapi pembangunan nano boleh mengambil masa bertahun-tahun. Inilah yang menolak wakil perniagaan kecil dan sederhana. Di samping itu, tanpa pelaburan kerajaan, tidak mungkin untuk melancarkan sepenuhnya pengeluaran bahan nano.
Masalah lainadalah kekurangan rangka kerja undang-undang, kerana tiada hubungan perantaraan antara peringkat perniagaan yang berbeza. Oleh itu, nanotube karbon, pengeluaran yang tidak dalam permintaan di Rusia, memerlukan bukan sahaja kewangan, tetapi juga pelaburan mental. Setakat ini, Persekutuan Rusia jauh dari negara Asia, yang menerajui pembangunan nanoteknologi.
Hari ini, perkembangan dalam industri ini dijalankan di jabatan kimia pelbagai universiti di Moscow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk dan Kazan. Pengeluar utama tiub nano karbon ialah syarikat Granat dan kilang Komsomolets di Tambov.
Sisi baik dan buruk
Antara kelebihannya ialah ciri khas tiub nano karbon. Mereka adalah bahan tahan lama yang tidak runtuh di bawah pengaruh pengaruh mekanikal. Di samping itu, ia berfungsi dengan baik untuk lenturan dan regangan. Ini dimungkinkan oleh struktur bingkai tertutup. Aplikasi mereka tidak terhad kepada satu industri. Tiub digunakan dalam automotif, elektronik, perubatan dan tenaga.
Kelemahan besar ialah kesan negatif terhadap kesihatan manusia.
Partikel tiub nano, memasuki tubuh manusia, membawa kepada kemunculan tumor ganas dan kanser.
Sisi penting ialah pembiayaan industri ini. Ramai orang tidak mahu melabur dalam sains, kerana ia mengambil masa yang lama untuk mengaut keuntungan. Dan tanpa fungsi makmal penyelidikan, pembangunan nanoteknologimustahil.
Kesimpulan
Tiub nano karbon memainkan peranan penting dalam teknologi inovatif. Ramai pakar meramalkan pertumbuhan industri ini pada tahun-tahun akan datang. Akan ada peningkatan yang ketara dalam keupayaan pengeluaran, yang akan membawa kepada penurunan dalam kos barangan. Dengan penurunan harga, tiub akan mendapat permintaan yang tinggi dan akan menjadi bahan yang sangat diperlukan untuk banyak peranti dan peralatan.
Jadi, kami mengetahui apakah produk ini.
