Kohlenstoff-Nanoröhren: Herstellung, Verwendung, Eigenschaften

Energie ist eine wichtige Industrie, die eine wichtige Rolle im Leben der Menschen spielt. Der Energiezustand eines Landes hängt von der Arbeit vieler Wissenschaftler in der Industrie. Heute sind sie die Suche nach alternativen Energiequellen. Für diese Zwecke sind sie bereit, alles zu verwenden, aus Sonnenlicht und Wasser, mit Luft Macht beenden. Die Ausrüstung, die die Lage ist, Energie aus der Umwelt zu erzeugen, wird sehr geschätzt.

Überblick

Kohlenstoff-Nanoröhrchen – eine langwierige gewalzte Graphitebene mit einer zylindrischen Form. Normalerweise reicht ihre Dicke einigen zehn Nanometern bis zu mehreren Zentimetern lang. Am Ende des Nanoröhrchens bildet einen kugelförmigen Kopf, der ein Teil des Fulleren ist.

Es gibt einige Arten von Kohlenstoff-Nanoröhren: metallischen und halbleitenden. Der Hauptunterschied ist die Stromleitfähigkeit. Der erste Typ kann bei einer Temperatur von 0 ° C Strom leiten, und die zweite – nur bei erhöhten Temperaturen.

Kohlenstoff-Nanoröhren: Eigenschaften

Die meisten modernen Trends wie Angewandte Chemie oder Nanotechnologie, an den Nanoröhren verbunden, die eine Kohlenstoff-Skelett-Struktur aufweisen. Was ist das? Unter dieser Struktur bezieht sich auf große Moleküle, die nur miteinander verbundene Kohlenstoffatome sind. Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die auf den Eigenschaften der geschlossenen Schalenform basieren, sind sehr geschätzt. Ferner ist die Bildung der Daten sind von zylindrischer Form. Solche Röhren können durch Walzen Graphitplatten hergestellt werden, entweder von einem speziellen Katalysator zu wachsen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die Bilder unten gezeigt werden, haben eine ungewöhnliche Struktur. Sie kommen in verschiedenen Formen und Größen: Single-Layer-und Multi-Layer, gerade und gewundenen. Trotz der Tatsache, dass die Nanoröhren ziemlich zerbrechlich sind, sind sie das stärkste Material. Als Ergebnis werden viele Studien festgestellt, dass sie inhärente Eigenschaften wie Zug- und Biegefestigkeit sind. Unter der Einwirkung starker mechanischer Beanspruchung, nicht die Elemente nicht schnell und nicht brechen, das heißt, auf unterschiedliche Spannungen einstellen können.

Toxizität

Als Ergebnis mehrerer Untersuchungen wurde festgestellt, dass Kohlenstoff-Nanoröhren die gleichen Probleme wie Asbestfasern führen können, das heißt eine Vielzahl von bösartigen Tumoren sowie Lungenkrebs hat. Der Grad der negativen Einfluss von Asbest ist abhängig von der Art und der Dicke seiner Fasern. Da Kohlenstoff-Nanoröhren ein geringes Gewicht und Größe haben, tragen sie leicht in den Körper zusammen mit der Luft. Ferner fallen sie in die Pleura und in der Brust, und schließlich dazu führen, eine Vielzahl von Komplikationen enthalten. Wissenschaftler ein Experiment durchgeführt und in die Nahrung von Mäusen Teilchen Nanoröhrchen. Produkte mit kleinem Durchmesser haben zwar fast nicht im Körper, sondern größer – gruben sich in die Wände des Magens und verschiedene Krankheiten verursachen.

Herstellungsverfahren

Bislang gibt es die folgenden Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen arc Ladung, Abtragen, Aufdampfen.

Elektrische Entladung. Herstellung von im Plasma der elektrischen Ladung (Kohlenstoff-Nanoröhrchen in diesem Artikel beschrieben werden), die mit Helium verbrennt. Ein solches Verfahren unter Verwendung von speziellen technischen Anlagen zur Herstellung von Fullerenen kann durchgeführt werden. Aber auch andere Bogenarten werden in diesem Verfahren verwendet. Zum Beispiel ist die Stromdichte abnimmt und die Kathoden große Dicken verwendet. Um eine Atmosphäre von Helium zu erzeugen, ist notwendig, den Druck dieses Elements zu erhöhen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen, erhalten durch Aufsprühen. Dass ihre Zahl zugenommen hat, müssen Sie in einen Graphitstab Katalysator ein. In den meisten Fällen eine Mischung aus verschiedenen Gruppen von Metall. Ferner gibt es in Druck und Sputterverfahren eine Veränderung. Somit wird ein Kathodenpellet, und wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet werden. Fertige Produkte werden senkrecht von der Kathode steigt und in Bündeln gesammelt. Sie haben eine Länge von 40 & mgr; m.

Ablyasatsiya. Ein solches Verfahren wurde von Richard Smalley erfunden. Sein Wesen besteht darin, dass unterschiedliche Vaporize Graphitoberfläche in einem Reaktor bei hohen Temperaturen arbeiten. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind durch die Verdampfung von Graphit in dem unteren Teil des Reaktors gebildet wird. Kühlen und Sammeln sie erfolgt mit Hilfe einer Kühlfläche. Im ersten Fall ist die Anzahl der Elemente gleich 60%, dann wird in diesem Verfahren Wert um 10% erhöht. Die Kosten für die Laser-absolyatsii Methode ist teurer als alle anderen. Im Allgemeinen einwandig Nanoröhrchen durch Änderung der Reaktionstemperatur hergestellt.

Die Abscheidung aus der Gasphase. Kohlenstoff-Dampfabscheidungsverfahren wurde in den späten 50er Jahren erfunden. Aber niemand hätte das möglich ist mittels vorgesehen, um Kohlenstoff-Nanoröhren zu erhalten. Also, zuerst müssen Sie die Oberfläche des Katalysators herzustellen. Wie es feine Teilchen von verschiedenen Metallen, beispielsweise Kobalt, Nickel und andere sein. Nanoröhrchen beginnen von der Katalysatorschicht entstehen. Ihre Dicke hängt von der Größe der Metall katalysieren. Die Oberfläche wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, und dann gibt es Zufuhr von Gas, das Kohlenstoff. Unter ihnen – .., Methan, atsetelen, Ethanol usw. Als weiteres Prozessgas Ammoniak. Dieses Herstellungsverfahren ist die am häufigsten verwendeten Nanoröhren. Der Prozess selbst findet bei verschiedenen Industrieunternehmen, so dass weniger Geld für die Produktion einer großen Anzahl von Rohren ausgegeben wird. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die vertikalen Elemente aus beliebigen Metallpartikeln erhalten werden können, die als Katalysator dienen. Herstellung von (Kohlenstoff-Nanoröhren sind auf allen Seiten beschrieben) möglich dank Suomi Iijima zu erforschen, die für ihr Aussehen als Ergebnis der Synthese von Kohlenstoff unter dem Mikroskop beobachtet.

Die wichtigsten Arten von

Kohlenstoffelemente werden nach der Anzahl der Schichten klassifiziert. Die einfachste Art – einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren. Jeder von ihnen hat eine Dicke von etwa 1 nm, und ihre Länge kann viel größer sein. Wenn wir die Struktur betrachten, sieht das Produkt wie Graphitpackung mit einem hexagonalen Gitter verwenden. In seinen Ecken befanden Kohlenstoff. Somit weist das Rohr eine zylindrische Form auf, die keine Nähte aufweist. Der obere Teil schließt Deckel Vorrichtungen bestehend aus Fullerenmolekülen.

Nächste Ansicht – mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Sie bestehen aus mehreren Schichten von Graphit, die in der Form eines Zylinders gestapelt sind. Der Abstand zwischen diesen wird bei 0,34 nm gehalten. Die Struktur dieser Art wird unter Verwendung von zwei Verfahren beschrieben. Auf der ersten Multi-Tube – ein paar verschachteltes einwandigen Rohr, das wie eine russische Puppe aussieht. In einem zweiten, ist mehrwandige Nanoröhrchen Graphitfolie, die mehrere Male um sich selbst gewickelt ist, die zu einer gefalteten Zeitung ähnlich ist.

Kohlenstoff-Nanoröhren: Anwendungen

Einzelteile sind nagelneu Mitglied der Klasse von Nanomaterialien. Wie bereits erwähnt, haben sie eine Karkassenstruktur, die sich von den Eigenschaften der Graphit- oder Diamant unterscheidet. Es wird deshalb häufiger als andere Materialien verwendet.

Aufgrund solcher Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Leitfähigkeit, werden in vielen Bereichen eingesetzt:

• als Additive zu Polymeren;
• Katalysator für Beleuchtungsvorrichtungen, sowie Flachbildschirme und Handys in Telekommunikationsnetzen;
• als Absorber von elektromagnetischen Wellen;
• Leistungsumwandlung;
• Anoden in verschiedenen Batterietypen;
• Speicherung von Wasserstoff;
• Herstellung von Sensoren und Kondensatoren;
• Composites Produktion und Verstärkung ihrer Struktur und Eigenschaften.

Seit vielen Jahren Kohlenstoff-Nanoröhren ist die Verwendung von denen eine bestimmte Branche beschränkt, in der wissenschaftlichen Forschung. Ein solches Material hat eine schwache Position auf dem Markt, da es Probleme mit der Herstellung im großen Maßstab ist. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die hohen Kosten von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die etwa 120 Dollar pro einem Gramm der Substanz ist.

Sie werden als Grundelement für die Herstellung vieler Verbundmaterialien verwendet, die für die Herstellung von vielen Sportartikeln verwendet werden. Eine andere Industrie -avtomobilestroenie. Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhrchen in der Technik reduziert Polymere leitende Eigenschaften zu verleihen.

Wärmeleitzahl von Nanoröhrchen ist hoch genug, so dass sie als Kühleinrichtung für verschiedene massive Ausrüstung verwendet werden. Auch haben sie gemacht Kappen, die an die Sondenrohre befestigt sind.

Die wichtigsten Zweig Anwendungen sind Computertechnik. Durch Nanoröhrchen sind besonders Flachbildschirmen. Mit Hilfe von ihnen, können Sie deutlich die Größe des Computers reduzieren, sowie seine technische Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Bereit Ausrüstung wird mehrmals größer als die aktuelle Technologie sein. Auf der Grundlage dieser Studien können Sie High-Bildröhren erstellen.

Im Laufe der Zeit werden die Rohre nicht nur in der Elektronik, sondern auch die Gesundheit und den Energiesektor.

Produktion

Kohlenstoffröhrchen, die Herstellung, die zwischen den zwei Arten von ihnen verteilt ist, gleichmäßig verteilt. Dh, MWNT produzieren viel mehr als SWNT. Die zweite Art von do in einem Notfall. Verschiedene Firmen produzieren kontinuierlich Kohlenstoff-Nanoröhren. Aber die Nachfrage sie praktisch nicht verwenden, weil sie zu hohen Kosten.

Führer Produktion

Derzeit belegt die führende Position in der Herstellung von Kohlenstoff – Nanoröhrchen asiatischen Ländern, Produktionskapazität , die höher ist als 3 – mal höher ist als in anderen Ländern Europas und Amerikas. Insbesondere ist die Herstellung von MWNT in Japan tätig. Aber auch andere Länder wie Korea und China, räumten bei diesem Indikator nicht.

Die Produktion in Russland

Die inländische Produktion von Kohlenstoff-Nanoröhren ist weit hinter anderen Ländern. In der Tat hängt alles von der Qualität der Forschung in diesem Bereich. Es ist nicht genügend Mittel für die Entwicklung von Wissenschaft und Technologie-Zentren in dem Land zugeordnet. Viele Menschen nehmen nicht wahr, die Entwicklung der Nanotechnologie, weil ich nicht weiß, wie es in der Industrie verwendet werden. Daher ist der Übergang zu einem neuen Wirtschaft Weg verläuft ziemlich schwierig.

Daher gab der russische Präsident ein Dekret, das die Entwicklung der verschiedenen Bereiche der Nanotechnologie setzt, einschließlich Kohlenstoff-Elemente. Zu diesem Zweck wurde ein spezielles Entwicklungsprogramm geschaffen , ihre eigenen herzustellen Technologien. Company „Nanotechnologies“ wurde geschaffen, so dass alle Punkte der Ordnung gemacht wurden ,. Seine Funktion wurde eine erhebliche Menge aus dem Staatshaushalt bereitgestellt. Sie war es, die Entwicklung, Produktion und Umsetzung in industriellen Anwendungen von Kohlenstoff-Nanoröhren steuern soll. Die Menge an der Entwicklung von verschiedenen Forschungsinstituten zu verbringen zugeordnet und Laboratorien sowie dazu beitragen, die bestehenden Leistungen der heimischen Wissenschaftler zu stärken. Auch werden diese Mittel für den Kauf von hochwertigen Anlagen für die Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet. Es sollte auch um diese Geräte übernehmen, die die menschliche Gesundheit schützen, da das Material eine Vielzahl von Krankheiten verursacht.

Wie bereits erwähnt, liegt das ganze Problem Fonds ist. Die meisten Anleger wollen nicht in Forschung und Entwicklung zu investieren, vor allem für eine lange Zeit. Alle Unternehmen wollen einen Gewinn sehen, aber Nano-kann über Jahre gehen. Das ist, was die Vertreter der kleinen und mittleren Unternehmen drückt. Darüber hinaus ohne öffentliche Investitionen nicht vollständig Produktion von Nanomaterialien gestartet werden. Ein weiteres Problem ist der Mangel an Rechtsgrundlage, da es keine Vermittler zwischen den verschiedenen Stufen des Unternehmens ist. Daher ist die Kohlenstoff-Nanoröhren-Produktion in Russland, die nicht in Anspruch genommen wird, erfordert nicht nur finanzielle, sondern auch die geistigen Investition. Während die Russische Föderation weit aus asiatischen Ländern, die in der Entwicklung der Nanotechnologie führen.

Bisher Entwicklungen in der Branche beschäftigt in den chemischen Abteilungen der verschiedenen Universitäten von Moskau, Tambow, St. Petersburg, Novosibirsk und Kazan. Die führenden Hersteller von Kohlenstoff-Nanoröhren sind fest „Garnet“ und Tambov Werk „Komsomolez“.

Positive und negative Aspekte

Zu den Vorteilen können wir die besonderen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren unterscheiden. Sie sind ein haltbares Material, das unter dem Einfluss mechanischer Beanspruchung ist nicht zerstört wird. Darüber hinaus arbeiten sie gut in Beugen und Strecken. Möglich wurde dies durch die geschlossene Struktur des Rahmens. Ihre Verwendung ist auf einen Sektor beschränkt. Die Rohre wurden in den Bereichen Automobil, Elektronik, Medizin und Energie.

Sehr großer Nachteil ist die negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Partikel-Nanoröhrchen in den menschlichen Körper, führen zu bösartigen Tumoren und Krebs.

Ein wesentlicher Aspekt ist die Finanzierung dieses Sektors. Viele Menschen wollen nicht in die Wissenschaft zu investieren, da Sie viel Zeit für Profit brauchen. Und ohne eine funktionierende Forschungslabors kann nicht die Entwicklung der Nanotechnologie sein.

Abschluss

Kohlenstoff-Nanoröhren spielen eine wichtige Rolle bei innovativen Technologien. Viele Experten sagen voraus, das Wachstum dieser Branche in den kommenden Jahren. Es wird eine deutliche Steigerung der Produktionskapazität sein, was die Kosten der Ware reduziert. Mit dem Rückgang der Preisen wird die Röhre in großer Nachfrage sein, und ist ein unentbehrliches Material für viele Geräte und Anlagen wird.

So fanden wir heraus, was diese Produkte ausmacht.