Energija yra svarbi pramonės šaka, kuri atlieka didžiulį vaidmenį žmogaus gyvenime. Šalies energetinė būklė priklauso nuo daugelio šios srities mokslininkų darbo. Šiandien jie ieško alternatyvių energijos š altinių. Šiems tikslams jie yra pasirengę naudoti bet ką, pradedant saulės šviesa ir vandeniu, baigiant oro energija. Įranga, galinti gaminti energiją iš aplinkos, yra labai vertinama.
Bendra informacija
Anglies nanovamzdeliai yra prailgintos valcuotos grafito plokštumos, turinčios cilindrinę formą. Paprastai jų storis siekia kelias dešimtis nanometrų, o ilgis - kelis centimetrus. Nanovamzdelių gale susidaro sferinė galvutė, kuri yra viena iš fullereno dalių.
Yra dviejų tipų anglies nanovamzdeliai: metaliniai ir puslaidininkiniai. Pagrindinis jų skirtumas yra srovės laidumas. Pirmasis tipas gali leisti srovę esant 0ºС temperatūrai, o antrasis - tik aukštesnėje temperatūroje.
Anglies nanovamzdeliai: savybės
Daugumašiuolaikinės sritys, tokios kaip taikomoji chemija ar nanotechnologijos, yra siejamos su nanovamzdeliais, turinčiais anglies karkaso struktūrą. Kas tai yra? Ši struktūra reiškia dideles molekules, sujungtas tik anglies atomais. Labai vertinami anglies nanovamzdeliai, kurių savybės pagrįstos uždaru apvalkalu. Be to, šios formacijos turi cilindrinę formą. Tokius vamzdžius galima gauti sulenkus grafito lakštą arba išauginti iš tam tikro katalizatoriaus. Anglies nanovamzdeliai, kurių nuotraukos pateiktos žemiau, turi neįprastą struktūrą.
Jų yra įvairių formų ir dydžių: viensluoksnių ir daugiasluoksnių, tiesių ir vingiuotų. Nepaisant to, kad nanovamzdeliai atrodo gana trapūs, jie yra tvirta medžiaga. Daugelio tyrimų metu buvo nustatyta, kad jie turi tokių savybių kaip tempimas ir lenkimas. Veikiant rimtoms mechaninėms apkrovoms, elementai neplyšta ir nelūžta, tai yra, jie gali prisitaikyti prie skirtingų įtampų.
Toksiškumas
Dėl daugelio tyrimų buvo nustatyta, kad anglies nanovamzdeliai gali sukelti tas pačias problemas kaip ir asbesto skaidulos, tai yra, atsiranda įvairių piktybinių navikų, taip pat plaučių vėžio. Asbesto neigiamo poveikio laipsnis priklauso nuo jo pluoštų tipo ir storio. Kadangi anglies nanovamzdeliai yra mažo svorio ir dydžio, jie lengvai patenka į žmogaus organizmą su oru. Toliau jie patenka į pleurą ir patenka į krūtinę, o laikui bėgantsukelti įvairių komplikacijų. Mokslininkai atliko eksperimentą ir į pelių maistą pridėjo nanovamzdelių dalelių. Mažo skersmens gaminiai praktiškai neužsigulė organizme, o didesni įsirėžė į skrandžio sieneles ir sukėlė įvairias ligas.
Gauti metodus
Šiandien yra šie anglies nanovamzdelių gavimo būdai: lankinis krūvis, abliacija, nusodinimas garais.
Elektros lanko išlydis. Gavimas (šiame straipsnyje aprašyti anglies nanovamzdeliai) elektros krūvio plazmoje, kuri sudega naudojant helią. Toks procesas gali būti atliekamas naudojant specialią techninę įrangą fullerenams gaminti. Tačiau naudojant šį metodą naudojami kiti lanko deginimo būdai. Pavyzdžiui, sumažinamas srovės tankis, taip pat naudojami didžiulio storio katodai. Norint sukurti helio atmosferą, būtina padidinti šio cheminio elemento slėgį. Anglies nanovamzdeliai gaunami purškiant. Norint padidinti jų skaičių, į grafito strypą reikia įvesti katalizatorių. Dažniausiai tai yra įvairių metalų grupių mišinys. Be to, keičiasi slėgis ir purškimo būdas. Taip gaunamas katodinis telkinys, kuriame susidaro anglies nanovamzdeliai. Gatavi gaminiai auga statmenai katodui ir surenkami į ryšulius. Jie yra 40 µm ilgio.
Abliacija. Šį metodą išrado Richard Smalley. Jo esmė – aukštoje temperatūroje veikiančiame reaktoriuje išgarinti skirtingus grafito paviršius. Anglies nanovamzdeliai susidaro dėl dugne esančio grafito išgaravimoreaktoriaus dalys.
Jie atšaldomi ir surenkami naudojant aušinimo paviršių. Jei pirmuoju atveju elementų skaičius buvo lygus 60%, tai naudojant šį metodą skaičius padidėjo 10%. Lazerinio absoliacijos metodo kaina yra brangesnė nei visų kitų. Paprastai vienasieniai nanovamzdeliai gaunami keičiant reakcijos temperatūrą.
Nusėdimas iš dujų fazės. Anglies garų nusodinimo metodas buvo išrastas šeštojo dešimtmečio pabaigoje. Tačiau niekas net neįsivaizdavo, kad su juo galima gauti anglies nanovamzdelių. Taigi, pirmiausia reikia paruošti paviršių katalizatoriumi. Ja gali pasitarnauti smulkios įvairių metalų dalelės, pavyzdžiui, kob altas, nikelis ir daugelis kitų. Iš katalizatoriaus sluoksnio pradeda kilti nanovamzdeliai. Jų storis tiesiogiai priklauso nuo katalizuojančio metalo dydžio. Paviršius pašildomas iki aukštos temperatūros, tada tiekiamos dujos, kuriose yra anglies. Tarp jų yra metanas, acetilenas, etanolis ir kt. Amoniakas yra papildomos techninės dujos. Šis nanovamzdelių gavimo būdas yra labiausiai paplitęs. Pats procesas vyksta įvairiose pramonės įmonėse, todėl daugybei vamzdžių pagaminti išleidžiama mažiau finansinių išteklių. Kitas šio metodo privalumas yra tas, kad vertikalius elementus galima gauti iš bet kokių metalo dalelių, kurios tarnauja kaip katalizatorius. Gauti (anglies nanovamzdeliai aprašomi iš visų pusių) tapo įmanoma Suomijos Iijima tyrimų dėka, kuriestebimi mikroskopu dėl jų atsiradimo dėl anglies sintezės.
Pagrindinės rūšys
Anglies elementai klasifikuojami pagal sluoksnių skaičių. Paprasčiausias tipas yra vienasieniai anglies nanovamzdeliai. Kiekvieno iš jų storis yra apie 1 nm, o ilgis gali būti daug ilgesnis. Jei atsižvelgsime į struktūrą, gaminys atrodo kaip grafito apvyniojimas šešiakampe tinkleliu. Jo viršūnėse yra anglies atomai. Taigi vamzdis turi cilindro formą, kuriame nėra siūlių. Viršutinė prietaisų dalis uždaryta dangteliais, sudarytais iš fullereno molekulių.
Kitas vaizdas yra daugiasluoksniai anglies nanovamzdeliai. Jie susideda iš kelių grafito sluoksnių, kurie yra sulankstyti į cilindro formą. Tarp jų išlaikomas 0,34 nm atstumas. Šio tipo struktūra apibūdinama dviem būdais. Remiantis pirmuoju, daugiasluoksniai vamzdeliai yra keli vienas kitame įkišti vieno sluoksnio vamzdeliai, kurie atrodo kaip lizdinė lėlė. Pagal antrąjį, daugiasluoksniai nanovamzdeliai yra grafito lakštas, kuris kelis kartus apsivynioja aplink save ir atrodo kaip sulankstytas laikraštis.
Anglies nanovamzdeliai: taikymas
Elementai yra visiškai naujas nanomedžiagų klasės atstovas.
Kaip minėta anksčiau, jie turi rėmo struktūrą, kuri savo savybėmis skiriasi nuo grafito ar deimanto. Štai kodėl jie naudojami daug dažniau nei kitos medžiagos.
Dėl savo savybių, tokių kaip stiprumas, lenkimas, laidumas, jis naudojamas daugelyje sričių:
- kaip polimerų priedai;
- apšvietimo prietaisų, taip pat plokščiųjų ekranų ir telefonų telekomunikacijų tinkluose katalizatorius;
- kaip elektromagnetinių bangų absorberis;
- energijos konvertavimui;
- įvairių tipų baterijų anodų gamyba;
- vandenilio saugykla;
- daviklių ir kondensatorių gamyba;
- kompozitų gamyba ir jų struktūros bei savybių stiprinimas.
Daugelį metų anglies nanovamzdeliai, kurių pritaikymas neapsiriboja viena konkrečia pramonės šaka, buvo naudojami moksliniuose tyrimuose. Tokia medžiaga užima silpnas pozicijas rinkoje, nes kyla problemų dėl didelio masto gamybos. Kitas svarbus dalykas yra didelė anglies nanovamzdelių kaina, kuri yra maždaug 120 USD už gramą tokios medžiagos.
Jie naudojami kaip pagrindinis elementas gaminant daugelį kompozitų, kurie naudojami daugeliui sporto prekių gamyboje. Kita pramonės šaka yra automobilių pramonė. Anglies nanovamzdelių funkcionalizavimas šioje srityje sumažintas iki polimerų suteikimo laidžių savybių.
Nanovamzdelių šilumos laidumas yra pakankamai didelis, kad juos būtų galima naudoti kaip įvairių masyvių įrenginių aušinimo įrenginį. Jie taip pat naudojami antgaliams, tvirtinamiems prie zondo vamzdelių, gaminti.
Svarbiausia taikymo sritis yra kompiuterinės technologijos. Nanovamzdelių dėka sukuriami ypač plokšti ekranai. Jie gali būti naudojami žymiai sumažintibendrus paties kompiuterio matmenis, taip pat padidinti jo technines charakteristikas. Pagaminta įranga bus kelis kartus pranašesnė už dabartines technologijas. Remiantis šiais tyrimais, galima sukurti aukštos įtampos kineskopus.
Laikui bėgant vamzdžiai bus naudojami ne tik elektronikoje, bet ir medicinos bei energetikos srityse.
Gamyba
Anglies vamzdeliai, kurių produkcija paskirstyta tarp dviejų tipų, pasiskirsto netolygiai.
Taigi MWNT uždirba daug daugiau nei SWNT. Antrasis tipas atliekamas esant būtinybei. Įvairios įmonės nuolat gamina anglies nanovamzdelius. Tačiau jie praktiškai nėra paklausūs, nes jų kaina per didelė.
Gamybos lyderiai
Šiandien pirmaujančią vietą anglies nanovamzdelių gamyboje užima Azijos šalys, kurių gamybos pajėgumai yra 3 kartus didesni nei kitose Europos ir Amerikos šalyse. Visų pirma, Japonija užsiima MWNT gamyba. Tačiau kitos šalys, pavyzdžiui, Korėja ir Kinija, šiuo rodikliu nenusileidžia.
Gamyba Rusijoje
Vietinė anglies nanovamzdelių gamyba gerokai atsilieka nuo kitų šalių. Tiesą sakant, viskas priklauso nuo šios srities tyrimų kokybės. Ji neskiria pakankamai finansinių išteklių mokslo ir technologijų centrams šalyje kurti. Daugelis žmonių nepripažįsta nanotechnologijų srities pokyčių, nes nežino, kaip jas galima panaudoti pramonėje. Todėl ekonomikos perėjimasnaujas kelias yra gana sunkus.
Todėl Rusijos prezidentas išleido dekretą, kuriame nurodoma įvairių nanotechnologijų sričių, įskaitant anglies elementus, plėtra. Šiems tikslams buvo sukurta speciali mūsų pačių technologijų kūrimo ir gamybos programa.
Siekiant įvykdyti visus užsakymo punktus, buvo sukurta Rosnanotech įmonė. Jo funkcionavimui iš valstybės biudžeto buvo skirta nemaža suma. Būtent ji turėtų kontroliuoti anglies nanovamzdelių kūrimo, gamybos ir įvedimo į pramonės sferą procesą. Skirta suma bus skirta įvairių mokslinių tyrimų institutų ir laboratorijų kūrimui, taip pat sustiprins esamus šalies mokslininkų pasiekimus. Taip pat už šias lėšas bus perkama kokybiška anglies nanovamzdelių gamybos įranga. Taip pat verta pasirūpinti tais prietaisais, kurie saugos žmonių sveikatą, nes ši medžiaga sukelia daugybę ligų.
Kaip minėta anksčiau, visa problema yra pritraukti lėšų. Dauguma investuotojų nenori investuoti į mokslinius tyrimus ir plėtrą, ypač ilgą laiką. Visi verslininkai nori matyti pelno, tačiau nanoplėtra gali užtrukti ne vienerius metus. Būtent tai atbaido smulkaus ir vidutinio verslo atstovus. Be to, be vyriausybės investicijų nebus įmanoma visiškai pradėti nanomedžiagų gamybos.
Kita problemayra teisinės bazės nebuvimas, nes nėra tarpinio ryšio tarp skirtingų verslo etapų. Todėl anglies nanovamzdeliai, kurių gamyba Rusijoje nėra paklausi, reikalauja ne tik finansinių, bet ir protinių investicijų. Kol kas Rusijos Federacija yra toli nuo Azijos šalių, kurios pirmauja plėtojant nanotechnologijas.
Šiandien šios pramonės plėtra vykdoma įvairių Maskvos, Tambovo, Sankt Peterburgo, Novosibirsko ir Kazanės universitetų chemijos katedrose. Pirmaujantys anglies nanovamzdelių gamintojai yra Granat kompanija ir Komsomolets gamykla Tambove.
Gerosios ir blogosios pusės
Tarp privalumų yra ypatingos anglies nanovamzdelių savybės. Tai patvari medžiaga, kuri nesuyra veikiant mechaniniams poveikiams. Be to, jie puikiai tinka lenkimui ir tempimui. Tai įmanoma dėl uždaros rėmo konstrukcijos. Jų taikymas neapsiriboja viena pramonės šaka. Vamzdžiai naudojami automobilių, elektronikos, medicinos ir energetikos srityse.
Didžiulis trūkumas yra neigiamas poveikis žmonių sveikatai.
Nanovamzdelių dalelės, patekusios į žmogaus organizmą, sukelia piktybinių navikų ir vėžio atsiradimą.
Esminė pusė yra šios pramonės finansavimas. Daug kas nenori investuoti į mokslą, nes uždirbti reikia daug laiko. O be tyrimų laboratorijų funkcionavimo, nanotechnologijų plėtrosneįmanoma.
Išvada
Anglies nanovamzdeliai atlieka svarbų vaidmenį naujoviškose technologijose. Daugelis ekspertų prognozuoja šios pramonės augimą ateinančiais metais. Ženkliai padidės gamybos pajėgumai, dėl to sumažės prekių savikaina. Kainoms mažėjant, vamzdžiai bus labai paklausūs ir taps nepakeičiama medžiaga daugeliui prietaisų ir įrangos.
Taigi, mes sužinojome, kas yra šie produktai.
