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I nanotubi di carbonio: produzione, uso, proprietà

L'energia è un settore importante, che svolge un ruolo importante nella vita umana. Lo stato di energia di un paese dipende dal lavoro di molti scienziati del settore. Oggi, sono alla ricerca di fonti energetiche alternative. Per questi scopi, sono disposti a usare qualsiasi cosa, dalla luce del sole e l'acqua, per finire con la forza aerea. L'attrezzatura che è in grado di generare energia dall'ambiente, è molto apprezzata.

Panoramica

I nanotubi di carbonio – un piano grafite arrotolato lungo con una forma cilindrica. Di solito, il loro spessore raggiunge diverse decine di nanometri a parecchi centimetri. Alla fine del nanotubo forma una testa sferica che è una parte del fullerene.

Ci sono alcuni tipi di nanotubi di carbonio: metallico ed semiconduttore. La differenza principale è la conducibilità corrente. Il primo tipo può condurre corrente ad una temperatura di 0 ° C, e la seconda – solo a temperature elevate.

I nanotubi di carbonio: proprietà

La maggior parte delle tendenze moderne come chimica applicata o la nanotecnologia, legati ai nanotubi che hanno una struttura scheletrica di carbonio. Di cosa si tratta? Sotto tale struttura si riferisce a grandi molecole, che sono interconnesse solo atomi di carbonio. I nanotubi di carbonio, che si basano sulle proprietà della maschera guscio chiuso, sono molto apprezzati. Inoltre, la formazione dei dati sono di forma cilindrica. Tali tubi possono essere preparati mediante laminazione fogli di grafite, sia per crescere da un catalizzatore specifico. I nanotubi di carbonio, quali immagini sono di seguito riportate, hanno una struttura inusuale. Essi sono disponibili in diverse forme e dimensioni: monostrato e multistrato, rette e sinuose. Nonostante il fatto che i nanotubi sono piuttosto fragili, sono il materiale più resistente. Come risultato, molti studi hanno scoperto che sono proprietà intrinseche, quali resistenza alla trazione e resistenza alla flessione. Sotto l'azione di forti sollecitazioni meccaniche, gli elementi non mettono fretta e non si rompono, cioè, in grado di adattarsi a diverse tensioni.

tossicità

Come risultato di molteplici indagini, si è constatato che i nanotubi di carbonio possono causare gli stessi problemi di fibre di amianto, cioè aventi una varietà di tumori maligni e cancro ai polmoni. Il grado di influenza avversa dell'amianto dipende dal tipo e dallo spessore delle sue fibre. Poiché nanotubi di carbonio hanno un piccolo peso e dimensioni, facilmente entrare nel corpo insieme all'aria. Inoltre, essi rientrano nella pleura e sono inclusi nel petto, e alla fine causano una serie di complicazioni. Gli scienziati hanno condotto un esperimento e aggiunti al cibo di particelle topi nanotubi. Prodotti di piccolo diametro quasi non rimanere nel corpo, ma più grande – scavate nelle pareti dello stomaco e causare varie malattie.

metodi di preparazione

Ad oggi, ci sono i seguenti metodi per la produzione di nanotubi di carbonio carica arco, ablazione, deposizione di vapore.

scarica elettrica. Preparazione di (nanotubi di carbonio sono descritti in questo articolo) nel plasma della carica elettrica, che brucia con elio. Tale procedimento può essere eseguito utilizzando speciali attrezzature tecniche per la produzione di fullereni. Ma altre modalità ad arco sono utilizzati in questo metodo. Ad esempio, la densità di corrente diminuisce, ed i catodi utilizzato enormi spessori. Per creare un'atmosfera di elio è necessario aumentare la pressione di questo elemento. nanotubi di carbonio ottenute mediante spruzzatura. Che il loro numero è aumentato, è necessario inserire in un catalizzatore un'asta di grafite. Nella maggior parte dei casi, una miscela di diversi gruppi di metallo. Inoltre, v'è una variazione della pressione e procedimento di sputtering. Così, un pellet catodo, ed in cui si formano i nanotubi di carbonio. I prodotti finiti sono in aumento perpendicolarmente dal catodo e raccolti in fasci. Essi hanno una lunghezza di 40 micron.

Ablyasatsiya. Tale metodo è stato inventato da Richard Smalley. La sua essenza sta nel fatto che differente superficie vaporize grafite in un reattore, operando a temperature elevate. I nanotubi di carbonio sono formate dall'evaporazione di grafite nella parte inferiore del reattore. Raffreddamento e la raccolta avviene per mezzo di una superficie di raffreddamento. Nel primo caso, il numero di elementi è pari al 60%, quindi in questo metodo figura aumentato del 10%. Il costo del laser metodo absolyatsii è più costoso di tutti gli altri. Generalmente, nanotubi a parete singola preparati variando la temperatura di reazione.

La deposizione dalla fase gassosa. carbonio metodo di deposizione di vapore è stata inventata negli anni '50. Ma nessuno poteva prevedere che mediante è possibile avere nanotubi di carbonio. Quindi, in primo luogo è necessario preparare la superficie del catalizzatore. Come può essere particelle fini di vari metalli, per esempio, cobalto, nichel e altri. Nanotubi stanno cominciando ad emergere dallo strato di catalizzatore. Il loro spessore dipende dalle dimensioni di catalizzare metallo. La superficie viene riscaldato ad una temperatura elevata, e quindi v'è fornitura di gas contenente carbonio. Tra di loro, – .., Metano, atsetelen, etanolo, ecc Come ulteriore gas di processo è l'ammoniaca. Questo metodo di produzione è i nanotubi più comuni. Lo stesso processo si svolge in varie imprese industriali, in modo che meno denaro viene speso per la produzione di un gran numero di tubi. Un altro vantaggio di questo metodo è che i montanti possono essere ottenute da qualsiasi particelle metalliche che servono come catalizzatore. Preparazione di (nanotubi di carbonio sono descritti su tutti i lati) reso possibile grazie per ricercare Suomi Iijima, che ha osservato al microscopio per il loro aspetto come risultato della sintesi di carbonio.

I principali tipi di

elementi carbonio sono classificati in base al numero di strati. Il tipo più semplice – nanotubi di carbonio a parete singola. Ciascuno di essi ha uno spessore di circa 1 nm, e la loro lunghezza può essere molto maggiore. Se consideriamo la struttura, il prodotto si presenta come involucro di grafite con una griglia esagonale. Nei suoi vertici carboni trova. Così, il tubo ha una forma cilindrica, che ha cuciture. La parte superiore si chiude dispositivi coperchi costituiti da molecole di fullerene.

Successivo view – nanotubi di carbonio alveolare. Sono costituiti da più strati di grafite che sono accatastati in forma di un cilindro. La distanza fra di essi viene mantenuto a 0,34 nm. La struttura di questo tipo sono descritti utilizzando due metodi. Sul primo, multi-tube – alcuni nidificato tubi a parete singola che sembra una bambola russa. In un secondo, nanotubi a parete multipla sono foglio di grafite che è avvolto più volte su se stesso, che è simile ad un giornale piegato.

I nanotubi di carbonio: le applicazioni

Gli articoli sono nuovo membro della classe di nanomateriali. Come accennato in precedenza, hanno una struttura di carcassa che differisce dalle proprietà della grafite o diamante. Quindi è usato più spesso di altri materiali.

A causa di tali caratteristiche di resistenza alla trazione, resistenza alla flessione, conduttività, sono utilizzati in molti settori:

  • come additivi per polimeri;
  • catalizzatore per dispositivi di illuminazione, così come schermi piatti e apparecchi in reti di telecomunicazione;
  • come un assorbitore di onde elettromagnetiche;
  • conversione di potenza;
  • anodi in vari tipi di batterie;
  • Stoccaggio di idrogeno;
  • la realizzazione di sensori e condensatori;
  • la produzione di materiali compositi e l'amplificazione della loro struttura e le proprietà.

Per molti anni, i nanotubi di carbonio, il cui uso non è limitata a un settore particolare, utilizzati nella ricerca scientifica. Tale materiale ha una posizione debole nel mercato, in quanto vi sono problemi con la produzione su larga scala. Un altro aspetto importante è l'alto costo di nanotubi di carbonio, che è di circa 120 dollari per un grammo di sostanza.

Essi sono utilizzati come elemento di base per la produzione di molti composti, che vengono utilizzati per fare molti articoli sportivi. Un altro settore -avtomobilestroenie. Funzionalizzazione di nanotubi di carbonio nella tecnica si riduce a dotare polimeri proprietà conduttive.

Coefficiente di conducibilità termica dei nanotubi è abbastanza alto, in modo che può essere utilizzato come un dispositivo di raffreddamento per attrezzature varie massiccia. Anche loro hanno fatto le protezioni che sono attaccati ai tubi delle sonde.

Le applicazioni più importanti filiali includono la tecnologia informatica. nanotubi Due sono particolarmente schermi piatti. Con l'aiuto di loro, è possibile ridurre notevolmente le dimensioni del computer, così da aumentare le sue prestazioni tecniche. attrezzatura pronta sarà parecchie volte superiore alla tecnologia attuale. Sulla base di questi studi, è possibile creare high-cinescopi.

Nel corso del tempo, i tubi saranno utilizzati non solo in elettronica, ma anche i settori della sanità e dell'energia.

produzione

tubi di carbonio, la cui produzione è distribuito tra i due tipi di loro, uniformemente distribuite. Vale a dire, MWNT produrre molto più di SWNT. Il secondo tipo di fare in caso di emergenza. Diverse imprese producono continuamente nanotubi di carbonio. Ma la domanda che in pratica non si usa, perché costano troppo in alto.

produzione di capi

Allo stato attuale, la posizione di leader nella produzione di nanotubi di carbonio occupato paesi asiatici, la capacità di produzione che è superiore a 3 volte superiore rispetto agli altri paesi d'Europa e d'America. In particolare, la produzione di MWNT è impegnata in Giappone. Ma altri paesi, come la Corea e la Cina, non ha subito in questo indicatore.

Produzione in Russia

La produzione nazionale di nanotubi di carbonio è molto indietro rispetto ad altri paesi. In realtà, tutto dipende dalla qualità della ricerca in questo settore. Non v'è stanziato fondi sufficienti per lo sviluppo di centri scientifici e tecnologici nel paese. Molte persone non percepiscono lo sviluppo delle nanotecnologie, perché non so come possa essere utilizzato nell'industria. Pertanto, la transizione verso un nuovo sentiero si snoda economia è abbastanza difficile.

Pertanto, il presidente russo ha emanato un decreto, che definisce lo sviluppo di vari settori delle nanotecnologie, tra cui elementi in carbonio. A tale scopo, un programma di sviluppo speciale è stato creato per la produzione di proprie tecnologie. Società "Nanotecnologie" è stata creata in modo che tutti i punti di fine sono state fatte ,. Il suo funzionamento è stata assegnata una notevole quantità dal bilancio dello Stato. Era lei che dovrebbe controllare la progettazione, produzione e implementazione in applicazioni industriali di nanotubi di carbonio. L'importo stanziato per spendere per lo sviluppo di vari istituti di ricerca e laboratori, oltre a contribuire a rafforzare i risultati attuali di scienziati nazionali. Inoltre, questi fondi saranno utilizzati per l'acquisto di attrezzature di alta qualità per la produzione di nanotubi di carbonio. Si deve anche prendersi cura di quei dispositivi che proteggeranno la salute umana, poiché il materiale provoca una varietà di malattie.

Come accennato in precedenza, tutto il problema sta nella raccolta di fondi. La maggior parte degli investitori non vogliono investire in ricerca e sviluppo, soprattutto per un lungo periodo di tempo. Tutte le imprese vogliono vedere un profitto, ma Nano-può andare per anni. Questo è ciò che spinge i rappresentanti delle piccole e medie imprese. Inoltre, senza gli investimenti pubblici non si avvia completamente la produzione di nanomateriali. Un altro problema è la mancanza di fondamento giuridico, poiché non v'è alcun intermediario tra le varie fasi del business. Pertanto, la produzione di nanotubi di carbonio in Russia, che non è sostenuto, non richiede solo finanziari, ma anche di investimenti mentale. Mentre la Federazione Russa è lontano da paesi asiatici che sono leader nello sviluppo delle nanotecnologie.

Fino ad oggi, gli sviluppi del settore impegnati nei dipartimenti chimici di varie università di Mosca, Tambov, San Pietroburgo, Novosibirsk e Kazan. I principali produttori di nanotubi di carbonio sono fermi "Garnet" e impianto di Tambov "Komsomolets".

aspetti positivi e negativi

Tra i vantaggi si possono distinguere le proprietà speciali di nanotubi di carbonio. Essi sono un materiale durevole, che è sotto l'influenza dello stress meccanico non è distrutta. Inoltre, essi funzionano bene in flessione e allungamento. Ciò è stato reso possibile grazie alla struttura chiusa del telaio. Il loro utilizzo non è limitato ad un settore. I tubi sono stati utilizzati nel settore automobilistico, dell'elettronica, della medicina e l'energia.

svantaggio enorme è l'impatto negativo sulla salute umana. Particelle nanotubi che entrano nel corpo umano, danno origine a tumori maligni e cancro.

Un aspetto essenziale è il finanziamento di questo settore. Molte persone non vogliono investire nella scienza, come avete bisogno di un sacco di tempo a scopo di lucro. E senza un funzionamento laboratori di ricerca non può essere lo sviluppo delle nanotecnologie.

conclusione

I nanotubi di carbonio hanno un ruolo importante nelle tecnologie innovative. Molti esperti prevedono la crescita di questo settore nei prossimi anni. Ci sarà un aumento significativo della capacità produttiva, che ridurrà il costo della merce. Con la diminuzione dei prezzi, il tubo sarà in enorme richiesta, e diventerà un materiale insostituibile per molti dispositivi e apparecchiature.

Così, abbiamo scoperto ciò che costituisce questi prodotti.