Enerji, insan hayatında büyük rol oynayan önemli bir endüstridir. Ülkenin enerji durumu, birçok bilim insanının bu alandaki çalışmalarına bağlıdır. Bugün alternatif enerji kaynakları arıyorlar. Bu amaçlar için güneş ışığı ve sudan başlayarak havanın enerjisine kadar her şeyi kullanmaya hazırdırlar. Çevreden enerji üretebilen ekipman çok değerlidir.
Genel bilgi
Karbon nanotüpler, silindirik bir şekle sahip genişletilmiş haddelenmiş grafit düzlemlerdir. Kural olarak, kalınlıkları birkaç santimetre uzunluğunda birkaç on nanometreye ulaşır. Nanotüplerin sonunda fulleren parçalarından biri olan küresel bir kafa oluşur.
İki tür karbon nanotüp vardır: metal ve yarı iletken. Ana farkları akımın iletkenliğidir. İlk tip, akımı 0ºС'ye eşit bir sıcaklıkta ve ikincisi - sadece yüksek sıcaklıklarda iletebilir.
Karbon nanotüpler: özellikler
ÇoğuUygulamalı kimya veya nanoteknoloji gibi modern alanlar, karbon çerçeve yapısına sahip nanotüplerle ilişkilidir. Ne olduğunu? Bu yapı, yalnızca karbon atomları ile birbirine bağlı büyük molekülleri ifade eder. Özellikleri kapalı bir kabuğa dayanan karbon nanotüpler oldukça değerlidir. Ayrıca bu oluşumlar silindirik bir şekle sahiptir. Bu tür tüpler, bir grafit levha katlanarak veya belirli bir katalizörden büyütülerek elde edilebilir. Aşağıda fotoğrafları sunulan karbon nanotüpler alışılmadık bir yapıya sahiptir.
Farklı şekil ve boyutlarda gelirler: tek katmanlı ve çok katmanlı, düz ve kıvrımlı. Nanotüpler oldukça kırılgan görünmesine rağmen, güçlü bir malzemedir. Yapılan birçok çalışma sonucunda esneme ve eğilme gibi özelliklere sahip oldukları tespit edilmiştir. Ciddi mekanik yüklerin etkisi altında elemanlar yırtılmaz veya kırılmaz, yani farklı voltajlara uyum sağlayabilirler.
Toksisite
Birden fazla çalışma sonucunda, karbon nanotüplerin asbest lifleriyle aynı sorunlara neden olabileceği, yani akciğer kanserinin yanı sıra çeşitli malign tümörlerin ortaya çıktığı bulundu. Asbestin olumsuz etkisinin derecesi, liflerinin tipine ve kalınlığına bağlıdır. Karbon nanotüpler ağırlık ve boyut olarak küçük olduklarından hava ile insan vücuduna kolayca girerler. Ayrıca, plevraya girerler ve göğse girerler ve zamanlaçeşitli komplikasyonlara neden olur. Bilim adamları bir deney yaptılar ve farelerin yiyeceğine nanotüp parçacıkları eklediler. Küçük çaplı ürünler pratik olarak vücutta oyalanmadı, ancak daha büyük olanlar midenin duvarlarına kazıldı ve çeşitli hastalıklara neden oldu.
Yöntemleri Alma
Bugün, karbon nanotüp elde etmek için şu yöntemler vardır: ark şarjı, ablasyon, buhar biriktirme.
Elektrik ark deşarjı. Helyum kullanımı ile yanan bir elektrik yükü plazmasında elde etme (bu makalede karbon nanotüpler anlatılmaktadır). Böyle bir işlem, fulleren üretimi için özel teknik ekipman kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ancak bu yöntemle diğer ark yakma modları kullanılır. Örneğin, akım yoğunluğu az altılır ve çok kalın katotlar da kullanılır. Bir helyum atmosferi yaratmak için bu kimyasal elementin basıncını arttırmak gerekir. Püskürtme ile karbon nanotüpler elde edilir. Sayılarını artırmak için grafit çubuğa bir katalizör eklemek gerekir. Çoğu zaman farklı metal gruplarının bir karışımıdır. Ayrıca, basınçta ve püskürtme yönteminde bir değişiklik vardır. Böylece karbon nanotüplerin oluştuğu katodik bir tortu elde edilir. Bitmiş ürünler katoda dik olarak büyür ve demetler halinde toplanır. 40 µm uzunluğundadırlar.
Ablasyon. Bu yöntem Richard Smalley tarafından icat edildi. Özü, yüksek sıcaklıklarda çalışan bir reaktörde farklı grafit yüzeyleri buharlaştırmaktır. Alttaki grafitin buharlaşması sonucu karbon nanotüpler oluşur.reaktörün parçaları.
Soğutulur ve bir soğutma yüzeyi kullanılarak toplanır. İlk durumda, eleman sayısı% 60'a eşitse, bu yöntemle rakam% 10 arttı. Lazer absolasyon yönteminin maliyeti diğerlerine göre daha pahalıdır. Kural olarak, reaksiyon sıcaklığı değiştirilerek tek duvarlı nanotüpler elde edilir.
Gaz fazından biriktirme. Karbon buharı biriktirme yöntemi 50'lerin sonlarında icat edildi. Ancak kimse onunla karbon nanotüplerin elde edilebileceğini hayal bile etmemişti. Bu nedenle, önce yüzeyi bir katalizör ile hazırlamanız gerekir. Kob alt, nikel ve diğerleri gibi farklı metallerin küçük parçacıkları bunun gibi hizmet edebilir. Nanotüpler katalizör yatağından çıkmaya başlar. Kalınlıkları doğrudan katalizör metalin boyutuna bağlıdır. Yüzey yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve ardından karbon içeren bir gaz verilir. Bunların arasında metan, asetilen, etanol vb. Bulunur. Amonyak ek bir teknik gaz görevi görür. Bu nanotüp elde etme yöntemi en yaygın olanıdır. Sürecin kendisi, çok sayıda borunun üretimi için daha az finansal kaynak harcanması nedeniyle çeşitli endüstriyel işletmelerde gerçekleşir. Bu yöntemin bir diğer avantajı, katalizör görevi gören herhangi bir metal parçacıktan dikey elementlerin elde edilebilmesidir. Suomi Iijima'nın araştırması sayesinde elde etmek (karbon nanotüpler her yönden anlatılmaktadır) mümkün olmuştur.karbon sentezi sonucu ortaya çıktıkları için mikroskop altında gözlemlendi.
Ana tür
Karbon elementler katman sayısına göre sınıflandırılır. En basit tip, tek duvarlı karbon nanotüplerdir. Her birinin kalınlığı yaklaşık 1 nm'dir ve uzunlukları çok daha uzun olabilir. Yapıyı düşünürsek, ürün altıgen ızgaralı grafit sarma gibi görünüyor. Tepelerinde karbon atomları bulunur. Böylece tüp, dikişleri olmayan bir silindir şeklindedir. Cihazların üst kısmı fulleren moleküllerinden oluşan kapaklarla kapatılmıştır.
Bir sonraki görünüm çok katmanlı karbon nanotüpler. Silindir şeklinde katlanmış birkaç grafit katmanından oluşurlar. Aralarında 0.34 nm'lik bir mesafe korunur. Bu tür bir yapı iki şekilde tanımlanır. Birincisine göre, çok katmanlı tüpler, iç içe geçmiş bir oyuncak bebek gibi görünen birkaç tek katmanlı tüptür. İkincisine göre, çok katmanlı nanotüpler, katlanmış bir gazete gibi görünen, kendi çevresini birkaç kez saran bir grafit levhadır.
Karbon nanotüpler: uygulamalar
Elementler, nanomalzemeler sınıfının mutlak yeni bir temsilcisidir.
Daha önce de belirtildiği gibi, özellikleri grafit veya elmastan farklı olan bir çerçeve yapısına sahiptirler. Bu nedenle diğer malzemelere göre çok daha sık kullanılırlar.
Dayanıklılık, eğilme, iletkenlik gibi özelliklerinden dolayı birçok alanda kullanılmaktadır:
- polimerlere katkı maddesi olarak;
- telekomünikasyon ağlarında aydınlatma cihazlarının yanı sıra düz panel ekranlar ve ahizeler için katalizör;
- bir elektromanyetik dalga soğurucu olarak;
- enerji dönüşümü için;
- çeşitli pil türlerinde anot üretimi;
- hidrojen depolama;
- sensör ve kapasitör üretimi;
- kompozitlerin üretimi ve yapılarının ve özelliklerinin güçlendirilmesi.
Uzun yıllardır, uygulaması belirli bir endüstri ile sınırlı olmayan karbon nanotüpler bilimsel araştırmalarda kullanılmaktadır. Büyük ölçekli üretimle ilgili sorunlar olduğu için bu tür malzemelerin pazarda zayıf bir konumu vardır. Bir diğer önemli nokta, böyle bir maddenin gramı başına yaklaşık 120 $ olan karbon nanotüplerin yüksek maliyetidir.
Birçok spor malzemesinin yapımında kullanılan birçok kompozitin üretimi için temel bir unsur olarak kullanılırlar. Bir diğer sektör ise otomotiv sektörüdür. Bu alandaki karbon nanotüplerin işlevselleştirilmesi, iletken özelliklere sahip polimerler kazandırmaya indirgenmiştir.
Nanotüplerin termal iletkenliği, çeşitli büyük ekipmanlar için bir soğutma cihazı olarak kullanılabilecek kadar yüksektir. Ayrıca prob tüplerine takılan uçları yapmak için de kullanılırlar.
En önemli uygulama alanı bilgisayar teknolojisidir. Nanotüpler sayesinde özellikle düz ekranlar oluşturulur. Önemli ölçüde az altmak için kullanılabilirlerbilgisayarın kendisinin genel boyutlarının yanı sıra teknik performansını da arttırır. Bitmiş ekipman, mevcut teknolojilerden birkaç kat daha üstün olacaktır. Bu çalışmalara dayanarak yüksek voltajlı kineskoplar oluşturulabilir.
Zamanla tüpler sadece elektronikte değil tıp ve enerji alanlarında da kullanılacak.
Üretim
Üretimi iki tip arasında dağıtılan karbon boru, eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır.
Yani MWNT'ler SWNT'lerden çok daha fazlasını yapar. İkinci tip acil ihtiyaç durumunda yapılır. Çeşitli şirketler sürekli olarak karbon nanotüpler üretiyor. Ancak maliyetleri çok yüksek olduğu için pratikte talep görmüyorlar.
Üretim liderleri
Bugün, karbon nanotüp üretiminde lider yer, üretim kapasiteleri diğer Avrupa ve Amerika ülkelerinden 3 kat daha yüksek olan Asya ülkeleri tarafından işgal edilmektedir. Özellikle Japonya, MWNT üretimi ile uğraşmaktadır. Ancak Kore ve Çin gibi diğer ülkeler bu göstergede daha düşük değil.
Rusya'da Üretim
Karbon nanotüplerin yerli üretimi diğer ülkelerin çok gerisinde kalıyor. Aslında, her şey bu alandaki araştırmaların kalitesine bağlıdır. Ülkede bilim ve teknoloji merkezleri oluşturmak için yeterli mali kaynak ayırmamaktadır. Pek çok insan nanoteknoloji alanındaki gelişmeleri kabul etmemekte çünkü nanoteknolojinin endüstride nasıl kullanılacağını bilmemektedir. Bu nedenle, ekonominin geçişiyeni yol oldukça zordur.
Bu nedenle, Rusya Devlet Başkanı, karbon elementleri de dahil olmak üzere nanoteknolojinin çeşitli alanlarının gelişimini gösteren bir kararname yayınladı. Bu amaçlar doğrultusunda kendi teknolojilerimizin geliştirilmesi ve üretilmesi için özel bir program oluşturulmuştur.
Siparişin tüm noktalarını yerine getirmek için Rosnanotech şirketi kuruldu. Devlet bütçesinden işleyişi için önemli bir miktar ayrıldı. Karbon nanotüplerin endüstriyel alana geliştirilmesi, üretimi ve tanıtılması sürecini kontrol etmesi gereken kişidir. Tahsis edilen miktar, çeşitli araştırma enstitüleri ve laboratuvarların oluşturulmasına harcanacak ve ayrıca yerli bilim adamlarının mevcut başarılarını güçlendirecek. Ayrıca, bu fonlar, karbon nanotüplerin üretimi için yüksek kaliteli ekipman satın almak için kullanılacaktır. Ayrıca bu malzeme birçok hastalığa neden olduğu için insan sağlığını koruyacak cihazlara da dikkat etmekte fayda var.
Daha önce de belirtildiği gibi, tüm sorun fon toplamaktır. Çoğu yatırımcı, özellikle uzun bir süre araştırma ve geliştirmeye yatırım yapmak istemiyor. Tüm işadamları kâr görmek ister, ancak nanogeliştirme yıllar alabilir. Küçük ve orta ölçekli işletmelerin temsilcilerini iten şey budur. Ayrıca, devlet yatırımı olmadan nanomalzemelerin üretimini tam olarak başlatmak mümkün olmayacak.
Başka bir sorunfarklı iş aşamaları arasında bir ara bağlantı olmadığı için yasal bir çerçevenin olmamasıdır. Bu nedenle, Rusya'da üretimi talep edilmeyen karbon nanotüpler, sadece finansal değil, aynı zamanda zihinsel yatırımlar da gerektiriyor. Şimdiye kadar, Rusya Federasyonu, nanoteknolojinin geliştirilmesinde lider olan Asya ülkelerinden uzak.
Bugün bu sektördeki gelişmeler Moskova, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk ve Kazan'daki çeşitli üniversitelerin kimya bölümlerinde yürütülmektedir. Karbon nanotüplerin önde gelen üreticileri Granat şirketi ve Tambov'daki Komsomolets tesisidir.
İyi ve kötü yanlar
Avantajları arasında karbon nanotüplerin özel özellikleri vardır. Mekanik etkilerin etkisi altında çökmeyen dayanıklı bir malzemedir. Ek olarak, bükme ve germe için iyi çalışırlar. Bu, kapalı çerçeve yapısı ile mümkün olmaktadır. Uygulamaları tek bir sektörle sınırlı değildir. Tüpler otomotiv, elektronik, tıp ve enerjide kullanılmaktadır.
Büyük bir dezavantaj, insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkidir.
Nanotüp parçacıklarının insan vücuduna girmesi, kötü huylu tümörlerin ve kanserin ortaya çıkmasına neden olur.
Önemli olan bu sektörün finansmanıdır. Birçok insan bilime yatırım yapmak istemiyor çünkü kar elde etmek uzun zaman alıyor. Ve araştırma laboratuvarlarının işleyişi olmadan, nanoteknolojinin gelişimiimkansız.
Sonuç
Karbon nanotüpler yenilikçi teknolojilerde önemli bir rol oynamaktadır. Birçok uzman, önümüzdeki yıllarda bu endüstrinin büyümesini tahmin ediyor. Üretim yeteneklerinde önemli bir artış olacak ve bu da mal maliyetinde bir düşüşe yol açacaktır. Fiyatların düşmesiyle birlikte tüpler büyük talep görecek ve birçok cihaz ve ekipman için vazgeçilmez bir malzeme haline gelecek.
Yani, bu ürünlerin ne olduğunu öğrendik.
