Energi er en vigtig industri, der spiller en enorm rolle i menneskelivet. Landets energitilstand afhænger af mange forskeres arbejde på dette område. I dag leder de efter alternative energikilder. Til disse formål er de klar til at bruge hvad som helst, begyndende med sollys og vand, og slutter med luftens energi. Udstyr, der kan generere energi fra miljøet, værdsættes højt.
Generelle oplysninger
Carbon nanorør er forlængede rullede grafitplaner med en cylindrisk form. Som regel når deres tykkelse flere tiere nanometer med en længde på flere centimeter. For enden af nanorørene dannes et kugleformet hoved, som er en af delene af fulleren.
Der er to typer kulstofnanorør: metal og halvleder. Deres største forskel er strømmens ledningsevne. Den første type kan lede strøm ved en temperatur lig med 0ºС, og den anden - kun ved forhøjede temperaturer.
Carbon nanorør: egenskaber
De flestemoderne områder, såsom anvendt kemi eller nanoteknologi, er forbundet med nanorør, som har en kulstoframmestruktur. Hvad er det? Denne struktur refererer til store molekyler, der kun er forbundet med kulstofatomer. Carbon nanorør, hvis egenskaber er baseret på en lukket skal, er højt værdsat. Derudover har disse formationer en cylindrisk form. Sådanne rør kan opnås ved at folde en grafitplade eller vokse fra en bestemt katalysator. Carbon nanorør, hvoraf billeder er præsenteret nedenfor, har en usædvanlig struktur.
De kommer i forskellige former og størrelser: enkelt- og flerlags, lige og snoede. På trods af at nanorør ser ret skrøbelige ud, er de et stærkt materiale. Som et resultat af mange undersøgelser viste det sig, at de har egenskaber som at strække og bøje. Under påvirkning af alvorlige mekaniske belastninger rives eller går elementerne ikke i stykker, det vil sige, at de kan tilpasse sig forskellige spændinger.
Toksicitet
Som et resultat af flere undersøgelser, blev det fundet, at kulstofnanorør kan forårsage de samme problemer som asbestfibre, det vil sige, at der opstår forskellige ondartede tumorer, såvel som lungekræft. Graden af negativ påvirkning af asbest afhænger af typen og tykkelsen af dets fibre. Da kulstofnanorør er små i vægt og størrelse, kommer de let ind i menneskekroppen med luft. Yderligere kommer de ind i lungehinden og kommer ind i brystet og over tidforårsage forskellige komplikationer. Forskere udførte et eksperiment og tilføjede partikler af nanorør til foderet af mus. Produkter med lille diameter dvælede praktisk t alt ikke i kroppen, men større gravede sig ind i mavens vægge og forårsagede forskellige sygdomme.
Få metoder
I dag er der følgende metoder til at opnå kulstofnanorør: bueladning, ablation, dampaflejring.
Elektrisk lysbueafladning. At opnå (kulstof nanorør er beskrevet i denne artikel) i et plasma af elektrisk ladning, som brænder ved brug af helium. En sådan proces kan udføres ved hjælp af specielt teknisk udstyr til fremstilling af fullerener. Men med denne metode bruges andre former for lysbuebrænding. For eksempel reduceres strømtætheden, og der bruges også katoder af enorm tykkelse. For at skabe en atmosfære af helium er det nødvendigt at øge trykket af dette kemiske element. Carbon nanorør opnås ved sputtering. For at øge deres antal er det nødvendigt at indføre en katalysator i grafitstangen. Oftest er det en blanding af forskellige metalgrupper. Yderligere er der en ændring i tryk og sprøjtemetode. Dermed opnås en katodisk aflejring, hvor der dannes kulstofnanorør. Færdigvarer vokser vinkelret på katoden og samles i bundter. De er 40 µm lange.
Ablation. Denne metode blev opfundet af Richard Smalley. Dens essens er at fordampe forskellige grafitoverflader i en reaktor, der arbejder ved høje temperaturer. Kulstof nanorør dannes som et resultat af fordampning af grafit på bundendele af reaktoren.
De afkøles og opsamles ved hjælp af en køleoverflade. Hvis antallet af elementer i det første tilfælde var lig med 60%, steg tallet med denne metode med 10%. Omkostningerne ved laserabsolationsmetoden er dyrere end alle de andre. Som regel opnås enkeltvæggede nanorør ved at ændre reaktionstemperaturen.
Aflejring fra gasfasen. Kulstofdampaflejringsmetoden blev opfundet i slutningen af 50'erne. Men ingen forestillede sig selv, at man kunne få kulstof nanorør med det. Så først skal du forberede overfladen med en katalysator. Små partikler af forskellige metaller, for eksempel kobolt, nikkel og mange andre, kan tjene som det. Nanorør begynder at dukke op fra katalysatorlejet. Deres tykkelse afhænger direkte af størrelsen af det katalyserende metal. Overfladen opvarmes til høje temperaturer, og derefter tilføres en kulstofholdig gas. Blandt dem er metan, acetylen, ethanol osv. Ammoniak tjener som en yderligere teknisk gas. Denne metode til at opnå nanorør er den mest almindelige. Selve processen foregår i forskellige industrielle virksomheder, på grund af hvilke der bruges færre økonomiske ressourcer til fremstilling af et stort antal rør. En anden fordel ved denne metode er, at lodrette elementer kan opnås fra alle metalpartikler, der tjener som katalysator. Indhentning (kulstof nanorør er beskrevet fra alle sider) blev muligt takket være forskning fra Suomi Iijima, somobserveret under et mikroskop for deres udseende som et resultat af kulstofsyntese.
Hovedart
Carbon-elementer er klassificeret efter antallet af lag. Den enkleste type er enkeltvæggede kulstof nanorør. Hver af dem har en tykkelse på omkring 1 nm, og deres længde kan være meget længere. Hvis vi overvejer strukturen, ser produktet ud som indpakning af grafit med et sekskantet gitter. I toppen er kulstofatomer. Røret har således form som en cylinder, som ikke har nogen sømme. Den øverste del af enhederne er lukket med dæksler bestående af fullerenmolekyler.
Den næste visning er flerlags carbon nanorør. De består af flere lag grafit, som er foldet til en cylinderform. Der holdes en afstand på 0,34 nm mellem dem. En struktur af denne type beskrives på to måder. Ifølge den første er flerlagsrør flere enkeltlagsrør, der er indlejret i hinanden, og som ligner en rededukke. Ifølge det andet er flerlags nanorør et ark grafit, der vikler sig om sig selv flere gange, og som ligner en foldet avis.
Carbon nanorør: applikationer
Elementer er en absolut ny repræsentant for klassen af nanomaterialer.
Som tidligere nævnt har de en rammestruktur, som adskiller sig i egenskaber fra grafit eller diamant. Derfor bruges de meget oftere end andre materialer.
På grund af dets egenskaber såsom styrke, bøjning, ledningsevne, bruges det på mange områder:
- som additiver til polymerer;
- katalysator til belysningsenheder, såvel som fladskærme og håndsæt i telekommunikationsnetværk;
- som en elektromagnetisk bølgeabsorber;
- til energikonvertering;
- fremstilling af anoder i forskellige typer batterier;
- brintopbevaring;
- fremstilling af sensorer og kondensatorer;
- produktion af kompositter og styrkelse af deres struktur og egenskaber.
I mange år er kulstofnanorør, hvis anvendelse ikke er begrænset til en bestemt industri, blevet brugt i videnskabelig forskning. Sådant materiale har en svag position på markedet, da der er problemer med produktion i stor skala. Et andet vigtigt punkt er de høje omkostninger ved kulstofnanorør, som er cirka 120 USD pr. gram af et sådant stof.
De bruges som et grundlæggende element til fremstilling af mange kompositter, som bruges til at lave mange sportsartikler. En anden industri er bilindustrien. Funktionaliseringen af kulstofnanorør i dette område er reduceret til at give polymerer ledende egenskaber.
Nanorørs varmeledningsevne er høj nok til, at de kan bruges som en køleanordning til forskelligt massivt udstyr. De bruges også til at lave spidser, der fastgøres til sonderørene.
Det vigtigste anvendelsesområde er computerteknologi. Takket være nanorør skabes især flade skærme. De kan bruges til at reducere betydeligtde overordnede dimensioner af selve computeren, samt øge dens tekniske ydeevne. Det færdige udstyr vil være flere gange bedre end nuværende teknologier. Baseret på disse undersøgelser kan højspændingskineskoper oprettes.
Med tiden vil rør ikke kun blive brugt i elektronik, men også inden for medicinske og energimæssige områder.
Produktion
Kulstofrør, hvis produktion er fordelt mellem de to typer, er ujævnt fordelt.
Så MWNT'er tjener meget mere end SWNT'er. Den anden type udføres i tilfælde af akut behov. Forskellige virksomheder producerer konstant kulstof nanorør. Men de er praktisk t alt ikke efterspurgte, da deres omkostninger er for høje.
Produktionsledere
I dag er den førende plads i produktionen af kulstofnanorør besat af asiatiske lande, hvis produktionskapacitet er 3 gange højere end i andre lande i Europa og Amerika. Især er Japan engageret i fremstillingen af MWNT. Men andre lande, såsom Korea og Kina, er ikke ringere i denne indikator.
Produktion i Rusland
Den indenlandske produktion af kulstofnanorør h alter langt bagefter andre lande. Faktisk afhænger det hele af kvaliteten af forskningen på dette område. Den tildeler ikke tilstrækkelige økonomiske ressourcer til at skabe videnskabelige og teknologiske centre i landet. Mange mennesker accepterer ikke udviklingen inden for nanoteknologi, fordi de ikke ved, hvordan det kan bruges i industrien. Derfor er omstillingen af økonomienden nye vej er ret svær.
Derfor udstedte Ruslands præsident et dekret, som angiver udviklingen af forskellige områder inden for nanoteknologi, herunder kulstofelementer. Til disse formål blev der oprettet et særligt program til udvikling og produktion af vores egne teknologier.
For at opfylde alle punkter i ordren blev Rosnanotech-virksomheden oprettet. Et betydeligt beløb blev afsat fra statsbudgettet til dets funktion. Det er hende, der skal kontrollere processen med udvikling, produktion og introduktion af kulstofnanorør i den industrielle sfære. Det tildelte beløb vil blive brugt på oprettelsen af forskellige forskningsinstitutter og laboratorier og vil også styrke indenlandske forskeres eksisterende resultater. Disse midler vil også blive brugt til at købe udstyr af høj kvalitet til produktion af kulstof nanorør. Det er også værd at tage sig af de enheder, der beskytter menneskers sundhed, da dette materiale forårsager mange sygdomme.
Som tidligere nævnt er hele problemet at rejse penge. De fleste investorer ønsker ikke at investere i forskning og udvikling, især i lang tid. Alle forretningsmænd ønsker at se profit, men nanoudvikling kan tage år. Det er det, der afviser repræsentanter for små og mellemstore virksomheder. Uden statslige investeringer vil det desuden ikke være muligt fuldt ud at lancere produktionen af nanomaterialer.
Et andet problemer manglen på en retlig ramme, da der ikke er nogen mellemliggende forbindelse mellem forskellige stadier af virksomheden. Derfor kræver kulstofnanorør, hvis produktion ikke er efterspurgt i Rusland, ikke kun økonomiske, men også mentale investeringer. Indtil videre er Den Russiske Føderation langt fra asiatiske lande, som er førende inden for udviklingen af nanoteknologi.
I dag udføres udviklingen i denne industri på de kemiske afdelinger på forskellige universiteter i Moskva, Tambov, St. Petersborg, Novosibirsk og Kazan. De førende producenter af kulstof-nanorør er firmaet Granat og Komsomolets-fabrikken i Tambov.
Gode og dårlige sider
Blandt fordelene er de særlige egenskaber ved kulstofnanorør. De er et holdbart materiale, der ikke falder sammen under påvirkning af mekaniske påvirkninger. Derudover fungerer de godt til at bøje og strække. Dette er muliggjort af den lukkede rammestruktur. Deres anvendelse er ikke begrænset til én branche. Rørene bruges i bilindustrien, elektronik, medicin og energi.
En stor ulempe er den negative indvirkning på menneskers sundhed.
Partikler af nanorør, der trænger ind i den menneskelige krop, fører til fremkomsten af ondartede tumorer og kræft.
Den væsentlige side er finansieringen af denne industri. Mange mennesker ønsker ikke at investere i videnskab, fordi det tager lang tid at få overskud. Og uden at fungere af forskningslaboratorier, udvikling af nanoteknologiumuligt.
Konklusion
Carbon nanorør spiller en vigtig rolle i innovative teknologier. Mange eksperter forudser væksten i denne industri i de kommende år. Der vil være en betydelig stigning i produktionskapaciteten, hvilket vil føre til et fald i vareomkostningerne. Med prisen faldende, vil rør være i stor efterspørgsel, og vil blive et uundværligt materiale til mange enheder og udstyr.
Så vi fandt ud af, hvad disse produkter er.
