Nanotube karbon: produksi, penggunaan, sifat

Energi adalah industri yang penting, yang memainkan peran penting dalam kehidupan manusia. Keadaan energi suatu negara tergantung pada karya banyak ilmuwan di industri. Hari ini, mereka mencari sumber energi alternatif. Untuk tujuan ini, mereka bersedia untuk menggunakan apa-apa, dari sinar matahari dan air, finishing dengan kekuatan udara. Peralatan yang mampu menghasilkan energi dari lingkungan, sangat dihargai.

Ikhtisar

nanotube karbon - yang panjang rolled grafit pesawat dengan bentuk silinder. Biasanya, ketebalan mereka mencapai beberapa puluh nanometer sampai beberapa sentimeter panjang. Pada akhir nanotube membentuk kepala bulat yang merupakan salah satu bagian dari fullerene.

Ada beberapa jenis nanotube karbon: logam dan semikonduktor. Perbedaan utama adalah konduktivitas saat ini. Jenis pertama dapat melakukan arus pada suhu 0 ° C, dan yang kedua - hanya pada suhu yang tinggi.

nanotube karbon: sifat

Kebanyakan tren modern seperti Kimia Terapan atau nanoteknologi, terkait dengan nanotube yang memiliki struktur karbon rangka. Apa itu? Di bawah struktur ini mengacu pada molekul besar, yang hanya atom karbon yang saling berhubungan. nanotube karbon, yang didasarkan pada sifat-sifat dari bentuk shell tertutup, sangat dihargai. Selain itu, pembentukan data dari bentuk silinder. tabung tersebut dapat dibuat dengan bergulir lembaran grafit, baik untuk tumbuh dari katalis tertentu. nanotube karbon, yang gambar yang ditunjukkan di bawah ini, memiliki struktur yang tidak biasa. Mereka datang dalam berbagai bentuk dan ukuran: single-layer dan multi-layer, lurus dan berliku-liku. Terlepas dari kenyataan bahwa nanotube cukup rapuh, mereka adalah bahan terkuat. Akibatnya, banyak penelitian telah menemukan bahwa mereka sifat yang melekat seperti tarik dan kekuatan lentur. Di bawah tindakan stres mekanik yang parah, unsur-unsur jangan terburu-buru dan tidak pecah, yaitu, dapat menyesuaikan diri dengan tegangan yang berbeda.

kebisaan

Sebagai hasil dari beberapa penyelidikan, ditemukan bahwa karbon nanotube dapat menyebabkan masalah yang sama seperti serat asbes, yaitu memiliki berbagai tumor ganas serta kanker paru-paru. Tingkat pengaruh yang merugikan dari asbes tergantung pada jenis dan ketebalan serat nya. Karena karbon nanotube memiliki berat badan kecil dan ukuran, mereka dengan mudah masuk ke dalam tubuh bersama-sama dengan udara. Selanjutnya, mereka jatuh ke dalam pleura dan termasuk dalam dada, dan akhirnya menyebabkan berbagai komplikasi. Para ilmuwan melakukan percobaan dan ditambahkan ke makanan partikel tikus nanotube. Produk dari diameter kecil hampir tidak tinggal di dalam tubuh, tetapi yang lebih besar - menggali ke dalam dinding lambung dan menyebabkan berbagai penyakit.

metode persiapan

Untuk saat ini, ada metode berikut untuk memproduksi karbon nanotube biaya busur, ablasi, deposisi uap.

debit listrik. Persiapan (nanotube karbon dijelaskan dalam artikel ini) dalam plasma dari muatan listrik, yang membakar dengan helium. Proses semacam itu dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan teknis khusus untuk produksi fullerene. Tapi mode busur lainnya yang digunakan dalam metode ini. Misalnya, kerapatan arus berkurang, dan katoda yang digunakan ketebalan besar. Untuk menciptakan suasana helium diperlukan untuk meningkatkan tekanan elemen ini. nanotube karbon diperoleh dengan penyemprotan. Bahwa jumlah mereka telah meningkat, Anda harus masuk ke dalam katalis batang grafit. Dalam kebanyakan kasus, campuran berbagai kelompok logam. Selanjutnya, ada perubahan tekanan dan metode sputtering. Dengan demikian, pelet katoda, dan dimana nanotube karbon terbentuk. produk jadi meningkat tegak lurus dari katoda dan dikumpulkan menjadi bundel. Mereka memiliki panjang 40 mikron.

Ablyasatsiya. Metode seperti diciptakan oleh Richard Smalley. esensinya terletak pada kenyataan bahwa permukaan menguap grafit yang berbeda dalam reaktor, yang beroperasi pada suhu tinggi. nanotube karbon dibentuk oleh penguapan grafit di bagian bawah reaktor. Pendinginan dan mengumpulkan mereka berlangsung dengan cara permukaan pendinginan. Dalam kasus pertama, jumlah elemen sama dengan 60%, maka pada gambar metode ini meningkat sebesar 10%. Biaya metode laser absolyatsii lebih mahal dari yang lainnya. Umumnya, nanotube tunggal berdinding disiapkan dengan mengubah suhu reaksi.

Pengendapan dari fase gas. Metode deposisi uap karbon diciptakan pada akhir 50-an. Tapi tidak ada yang bisa meramalkan bahwa dengan cara itu adalah mungkin untuk mendapatkan nanotube karbon. Jadi, pertama-tama Anda perlu mempersiapkan permukaan katalis. Karena mungkin partikel halus dari berbagai logam, misalnya, kobalt, nikel dan lain-lain. Nanotube mulai muncul dari lapisan katalis. ketebalan mereka tergantung pada ukuran katalisator logam. Permukaan dipanaskan sampai suhu tinggi, dan kemudian ada pasokan gas karbon mengandung. Di antara mereka, - .., Metana, atsetelen, etanol, dll Sebagai gas proses selanjutnya adalah amonia. metode produksi ini adalah nanotube yang paling umum. Proses itu sendiri berlangsung di berbagai perusahaan industri, sehingga lebih sedikit uang yang dihabiskan untuk produksi sejumlah besar tabung. Keuntungan lain dari metode ini adalah bahwa anggota vertikal dapat diperoleh dari setiap partikel logam yang berfungsi sebagai katalis. Persiapan (nanotube karbon dijelaskan di semua sisi) dimungkinkan berkat penelitian Suomi Iijima, yang diamati di bawah mikroskop untuk penampilan mereka sebagai akibat dari sintesis karbon.

Jenis utama

unsur karbon diklasifikasikan menurut jumlah lapisan. Jenis yang paling sederhana - berdinding tunggal karbon nanotube. Masing-masing memiliki ketebalan sekitar 1 nm, dan panjang mereka mungkin jauh lebih besar. Jika kita mempertimbangkan struktur, produk seperti bungkus grafit menggunakan grid heksagonal. Dalam simpul yang terletak karbon. Dengan demikian, tabung memiliki bentuk silinder, yang tidak memiliki jahitan. Bagian atas menutup perangkat tutup terdiri dari molekul fullerene.

Tampilan berikutnya - nanotube karbon multiwall. Mereka terdiri dari beberapa lapisan grafit yang ditumpuk dalam bentuk silinder. The diantaranya jarak dipertahankan sebesar 0,34 nm. Struktur jenis ini dijelaskan menggunakan dua metode. Pada pertama, multi-tabung - sebuah bersarang pipa tunggal-dinding beberapa yang terlihat seperti boneka Rusia. Dalam kedua, nanotube multi-berdinding adalah lembaran grafit yang dibungkus beberapa kali di sekitar itu sendiri, yang mirip dengan koran yang terlipat.

nanotube karbon: aplikasi

Item adalah merek anggota baru dari kelas Nanomaterials. Seperti disebutkan sebelumnya, mereka memiliki struktur bangkai yang berbeda dari sifat-sifat grafit atau berlian. Oleh karena itu lebih sering digunakan dibandingkan bahan lainnya.

Karena karakteristik seperti kekuatan tarik, kekuatan lentur, konduktivitas, digunakan di banyak bidang:

• sebagai aditif untuk polimer;
• katalis untuk perangkat pencahayaan, serta panel layar datar dan handset di jaringan telekomunikasi;
• sebagai penyerap gelombang elektromagnetik;
• konversi daya;
• anoda dalam berbagai jenis baterai;
• Penyimpanan hidrogen;
• memproduksi sensor dan kapasitor;
• produksi komposit dan amplifikasi struktur dan sifat mereka.

Selama bertahun-tahun, nanotube karbon, penggunaan yang tidak terbatas pada industri tertentu, yang digunakan dalam penelitian ilmiah. Bahan tersebut memiliki posisi lemah di pasar, karena ada masalah dengan produksi skala besar. Hal penting lainnya adalah tingginya biaya nanotube karbon, yaitu sekitar 120 dolar per satu gram zat.

Mereka digunakan sebagai elemen dasar untuk produksi banyak komposit, yang digunakan untuk membuat banyak barang olahraga. industri -avtomobilestroenie lain. Fungsionalisasi nanotube karbon dalam seni berkurang untuk memberkati polimer sifat konduktif.

Koefisien konduktivitas termal dari nanotube cukup tinggi, sehingga mereka dapat digunakan sebagai perangkat pendingin untuk berbagai peralatan besar. Juga mereka telah membuat topi yang melekat pada pipa penyelidikan.

Aplikasi cabang yang paling penting termasuk teknologi komputer. nanotube karena terutama display panel datar. Dengan bantuan mereka, Anda dapat secara signifikan mengurangi ukuran komputer, serta untuk meningkatkan kinerja teknis. peralatan siap akan beberapa kali lebih besar dari teknologi saat ini. Atas dasar studi ini, Anda dapat membuat tinggi kinescopes.

Seiring waktu, tabung akan digunakan tidak hanya dalam elektronik, tetapi juga sektor kesehatan dan energi.

produksi

tabung karbon, produksi yang didistribusikan antara dua jenis mereka, merata. Yaitu, Mwnt menghasilkan lebih dari SWNT. Kedua jenis do dalam keadaan darurat. Berbagai perusahaan terus memproduksi karbon nanotube. Tapi permintaan mereka praktis tidak digunakan, karena biayanya terlalu tinggi.

produksi pemimpin

Saat ini, posisi terdepan dalam produksi nanotube karbon diduduki negara-negara Asia, kapasitas produksi yang lebih tinggi dari 3 kali lebih tinggi daripada di negara-negara lain di Eropa dan Amerika. Secara khusus, produksi Mwnt bergerak di Jepang. Tapi negara-negara lain, seperti Korea dan China, tidak mengakui dalam indikator ini.

Produksi di Rusia

produksi dalam negeri dari nanotube karbon jauh di belakang negara-negara lain. Bahkan, semuanya tergantung pada kualitas penelitian di daerah ini. Ada tidak dialokasikan dana yang cukup untuk pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pusat di negara ini. Banyak orang tidak menganggap pengembangan nanoteknologi, karena saya tidak tahu bagaimana hal itu dapat digunakan dalam industri. Oleh karena itu, transisi ke baru trail ekonomi berjalan cukup sulit.

Oleh karena itu, presiden Rusia mengeluarkan dekrit, yang menetapkan pengembangan berbagai bidang nanoteknologi, termasuk unsur-unsur karbon. Untuk tujuan ini, program pembangunan khusus diciptakan untuk memproduksi sendiri teknologi. Perusahaan "Nanotechnologies" diciptakan sehingga semua poin dari urutan dibuat ,. fungsinya dialokasikan sejumlah besar dari anggaran negara. Dialah yang harus mengontrol desain, produksi dan implementasi dalam aplikasi industri nanotube karbon. Jumlah tersebut dialokasikan untuk dibelanjakan pada pengembangan berbagai lembaga penelitian dan laboratorium, serta membantu memperkuat prestasi yang ada ilmuwan dalam negeri. Juga, dana tersebut akan digunakan untuk pembelian peralatan berkualitas tinggi untuk produksi karbon nanotube. Hal ini juga harus mengurus mereka perangkat yang akan melindungi kesehatan manusia, karena bahan menyebabkan berbagai penyakit.

Seperti disebutkan sebelumnya, seluruh masalah terletak pada penggalangan dana. Kebanyakan investor tidak ingin berinvestasi dalam penelitian dan pengembangan, terutama untuk waktu yang lama. Semua bisnis ingin melihat keuntungan, tetapi Nano-bisa pergi selama bertahun-tahun. Itulah yang mendorong perwakilan dari usaha kecil dan menengah. Selain itu, tanpa investasi publik tidak akan sepenuhnya memulai produksi Nanomaterials. Masalah lain adalah kurangnya dasar hukum, karena tidak ada perantara antara berbagai tahapan bisnis. Oleh karena itu, produksi karbon nanotube di Rusia, yang tidak diklaim, memerlukan tidak hanya keuangan, tetapi juga investasi mental. Sementara Federasi Rusia jauh dari negara-negara Asia yang terkemuka dalam pengembangan nanoteknologi.

Sampai saat ini, perkembangan industri yang bergerak di departemen kimia dari berbagai universitas Moskow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk dan Kazan. Produsen terkemuka nanotube karbon tegas "Garnet" dan Tambov tanaman "Komsomolets".

aspek positif dan negatif

Di antara keuntungan kita dapat membedakan sifat-sifat khusus dari nanotube karbon. Mereka adalah bahan yang tahan lama, yang berada di bawah pengaruh stres mekanik tidak hancur. Selain itu, mereka bekerja dengan baik dalam membungkuk dan peregangan. Hal ini dimungkinkan karena struktur tertutup dari frame. Penggunaannya tidak terbatas pada satu sektor. Tabung telah digunakan dalam otomotif, elektronik, obat-obatan dan energi.

kelemahan besar adalah dampak negatif pada kesehatan manusia. Partikel nanotube memasuki tubuh manusia, menimbulkan tumor ganas dan kanker.

Sebuah aspek penting adalah pembiayaan sektor ini. Banyak orang tidak ingin berinvestasi dalam ilmu pengetahuan, yang Anda butuhkan banyak waktu untuk keuntungan. Dan tanpa fungsi sebuah laboratorium penelitian tidak dapat menjadi pengembangan nanoteknologi.

kesimpulan

nanotube karbon memainkan peran utama dalam teknologi inovatif. Banyak ahli memprediksi pertumbuhan industri ini di tahun-tahun mendatang. Akan ada peningkatan yang signifikan dalam kapasitas produksi, yang akan mengurangi biaya barang. Dengan penurunan harga, tabung akan permintaan besar, dan akan menjadi bahan tak tergantikan untuk banyak perangkat dan peralatan.

Jadi, kami menemukan apa yang merupakan produk ini.