Energie je důležité odvětví, které hraje v lidském životě obrovskou roli. Energetický stav země závisí na práci mnoha vědců v této oblasti. Dnes hledají alternativní zdroje energie. Pro tyto účely jsou připraveni využít cokoliv, slunečním zářením a vodou počínaje, energií vzduchu konče. Zařízení, které dokáže generovat energii z okolního prostředí, je vysoce ceněno.
Obecné informace
Uhlíkové nanotrubice jsou prodloužené válcované grafitové plochy válcového tvaru. Jejich tloušťka zpravidla dosahuje několika desítek nanometrů s délkou několika centimetrů. Na konci nanotrubiček se vytvoří kulovitá hlava, která je jednou z částí fullerenu.
Existují dva typy uhlíkových nanotrubic: kovové a polovodičové. Jejich hlavním rozdílem je vodivost proudu. První typ může vést proud při teplotě rovné 0ºС a druhý - pouze při zvýšených teplotách.
Uhlíkové nanotrubice: vlastnosti
Většinamoderní oblasti, jako je aplikovaná chemie nebo nanotechnologie, jsou spojeny s nanotrubičkami, které mají strukturu uhlíkového rámu. co to je Tato struktura se týká velkých molekul spojených dohromady pouze atomy uhlíku. Vysoce ceněné jsou uhlíkové nanotrubice, jejichž vlastnosti jsou založeny na uzavřeném obalu. Kromě toho mají tyto útvary válcový tvar. Takové trubky lze získat skládáním grafitové desky nebo vyrůstáním z určitého katalyzátoru. Uhlíkové nanotrubice, jejichž fotografie jsou uvedeny níže, mají neobvyklou strukturu.
Dodávají se v různých tvarech a velikostech: jednovrstvé a vícevrstvé, rovné a vlnité. Navzdory tomu, že nanotrubičky vypadají docela křehce, jsou pevným materiálem. V důsledku mnoha studií bylo zjištěno, že mají vlastnosti, jako je natahování a ohýbání. Při působení vážného mechanického zatížení se prvky neroztrhnou ani nezlomí, to znamená, že se mohou přizpůsobit různým napětím.
Toxicita
Výsledkem četných studií bylo zjištěno, že uhlíkové nanotrubice mohou způsobovat stejné problémy jako azbestová vlákna, to znamená, že se vyskytují různé zhoubné nádory a také rakovina plic. Míra negativního vlivu azbestu závisí na typu a tloušťce jeho vláken. Vzhledem k tomu, že uhlíkové nanotrubice mají malou hmotnost a velikost, snadno se dostávají do lidského těla vzduchem. Dále vstupují do pleury a vstupují do hrudníku a časemzpůsobit různé komplikace. Vědci provedli experiment a přidali částice nanotrubiček do potravy myší. Produkty malého průměru v těle prakticky nezůstávaly, ale větší se zarývaly do stěn žaludku a způsobovaly různé nemoci.
Jak získat metody
Dnes existují následující metody pro získávání uhlíkových nanotrubic: obloukový náboj, ablace, depozice par.
Výboj elektrického oblouku. Získávání (uhlíkové nanotrubice jsou popsány v tomto článku) v plazmě elektrického náboje, který hoří za použití helia. Takový proces lze provádět pomocí speciálního technického zařízení pro výrobu fullerenů. Ale u této metody se používají jiné způsoby hoření oblouku. Snižuje se například proudová hustota a používají se i katody obrovské tloušťky. Pro vytvoření atmosféry helia je nutné zvýšit tlak tohoto chemického prvku. Uhlíkové nanotrubice se získávají naprašováním. Pro zvýšení jejich počtu je nutné zavést do grafitové tyče katalyzátor. Nejčastěji se jedná o směs různých kovových skupin. Dále dochází ke změně tlaku a způsobu nástřiku. Získá se tak katodické ložisko, kde se tvoří uhlíkové nanotrubice. Hotové výrobky rostou kolmo ke katodě a jsou shromažďovány ve svazcích. Jsou dlouhé 40 µm.
Ablace. Tuto metodu vynalezl Richard Smalley. Jeho podstatou je odpařování různých grafitových povrchů v reaktoru pracujícím při vysokých teplotách. Uhlíkové nanotrubice vznikají odpařováním grafitu na dněčásti reaktoru.
Jsou chlazeny a shromažďovány pomocí chladicí plochy. Pokud v prvním případě byl počet prvků roven 60 %, pak s touto metodou se toto číslo zvýšilo o 10 %. Náklady na metodu laserové absoluce jsou dražší než všechny ostatní. Jednostěnné nanotrubice se zpravidla získávají změnou reakční teploty.
Depozice z plynné fáze. Metoda nanášení uhlíkových par byla vynalezena koncem 50. let. Ale nikoho ani nenapadlo, že by se s ním daly získat uhlíkové nanotrubice. Takže nejprve musíte připravit povrch katalyzátorem. Mohou sloužit jako malé částice různých kovů, například kob altu, niklu a mnoha dalších. Z lože katalyzátoru začnou vystupovat nanotrubičky. Jejich tloušťka přímo závisí na velikosti katalyzujícího kovu. Povrch se zahřeje na vysoké teploty a poté se přivede plyn obsahující uhlík. Patří mezi ně metan, acetylén, etanol atd. Jako doplňkový technický plyn slouží čpavek. Tento způsob získávání nanotrubic je nejrozšířenější. Samotný proces probíhá v různých průmyslových podnicích, díky čemuž je vynaloženo méně finančních prostředků na výrobu velkého množství trubek. Další výhodou této metody je, že vertikální prvky lze získat z jakýchkoli kovových částic, které slouží jako katalyzátor. Získání (uhlíkové nanotrubice jsou popsány ze všech stran) bylo možné díky výzkumu Suomi Iijimy, kterýpozorován pod mikroskopem kvůli jejich vzhledu jako výsledku syntézy uhlíku.
Hlavní druh
Uhlíkové prvky jsou klasifikovány podle počtu vrstev. Nejjednodušším typem jsou jednostěnné uhlíkové nanotrubice. Každý z nich má tloušťku asi 1 nm a jejich délka může být mnohem delší. Pokud vezmeme v úvahu strukturu, pak produkt vypadá jako obalový grafit s šestihrannou mřížkou. Na jeho vrcholech jsou atomy uhlíku. Trubice má tedy tvar válce, který nemá žádné švy. Horní část zařízení je uzavřena kryty skládajícími se z molekul fullerenu.
Další pohled je vícevrstvé uhlíkové nanotrubice. Skládají se z několika vrstev grafitu, které jsou složeny do tvaru válce. Mezi nimi je udržována vzdálenost 0,34 nm. Struktura tohoto typu je popsána dvěma způsoby. Podle prvního jsou vícevrstvé trubky několik jednovrstvých trubek zasazených do sebe, což vypadá jako hnízdící panenka. Podle druhého jsou vícevrstvé nanotrubice listem grafitu, který se několikrát ovine kolem sebe, což vypadá jako složené noviny.
Uhlíkové nanotrubice: aplikace
Prvky jsou absolutně novým zástupcem třídy nanomateriálů.
Jak již bylo zmíněno, mají strukturu rámu, která se svými vlastnostmi liší od grafitu nebo diamantu. Proto se používají mnohem častěji než jiné materiály.
Vzhledem ke svým vlastnostem, jako je pevnost, ohyb, vodivost, se používá v mnoha oblastech:
- jako přísady do polymerů;
- katalyzátor pro osvětlovací zařízení a také ploché panely a sluchátka v telekomunikačních sítích;
- jako pohlcovač elektromagnetických vln;
- pro přeměnu energie;
- výroba anod v různých typech baterií;
- skladování vodíku;
- výroba senzorů a kondenzátorů;
- výroba kompozitů a zpevnění jejich struktury a vlastností.
Po mnoho let se ve vědeckém výzkumu používají uhlíkové nanotrubice, jejichž použití není omezeno na jedno konkrétní odvětví. Takový materiál má na trhu slabé postavení, protože jsou problémy s velkosériovou výrobou. Dalším důležitým bodem je vysoká cena uhlíkových nanotrubic, která činí přibližně 120 USD za gram takové látky.
Používají se jako základní prvek pro výrobu mnoha kompozitů, ze kterých se vyrábí mnoho sportovních potřeb. Dalším odvětvím je automobilový průmysl. Funkcionalizace uhlíkových nanotrubic v této oblasti je redukována na doplnění polymerů s vodivými vlastnostmi.
Tepelná vodivost nanotrubic je dostatečně vysoká, že je lze použít jako chladicí zařízení pro různá masivní zařízení. Používají se také k výrobě hrotů, které jsou připevněny k trubicím sondy.
Nejdůležitější oblastí použití je výpočetní technika. Díky nanotrubičkám vznikají zejména ploché displeje. Lze je použít k výraznému sníženícelkové rozměry samotného počítače a také zvýšení jeho technického výkonu. Hotové zařízení bude několikanásobně převyšovat současné technologie. Na základě těchto studií lze vytvořit vysokonapěťové kineskopy.
Postupem času se elektronky budou používat nejen v elektronice, ale také v lékařství a energetice.
Produkce
Uhlíkové trubky, jejichž výroba je rozdělena mezi dva typy, jsou nerovnoměrně rozloženy.
MWNT tedy vydělávají mnohem více než SWNT. Druhý typ se provádí v případě naléhavé potřeby. Uhlíkové nanotrubice neustále vyrábí různé společnosti. Ale prakticky nejsou žádané, protože jejich cena je příliš vysoká.
Vedoucí výroby
Přední místo ve výrobě uhlíkových nanotrubiček dnes zaujímají asijské země, jejichž výrobní možnosti jsou 3x vyšší než v ostatních zemích Evropy a Ameriky. Zejména Japonsko se zabývá výrobou MWNT. Ale ostatní země, jako je Korea a Čína, nejsou v tomto ukazateli horší.
Výroba v Rusku
Domácí výroba uhlíkových nanotrubic výrazně zaostává za ostatními zeměmi. Ve skutečnosti vše závisí na kvalitě výzkumu v této oblasti. Na vytvoření vědeckotechnických center v zemi nevyčleňuje dostatek finančních prostředků. Mnoho lidí nepřijímá vývoj v oblasti nanotechnologií, protože nevědí, jak se dá využít v průmyslu. Proto přechod ekonomikynová cesta je docela obtížná.
Prezident Ruska proto vydal dekret, který naznačuje rozvoj různých oblastí nanotechnologií, včetně uhlíkových prvků. Pro tyto účely byl vytvořen speciální program pro vývoj a výrobu vlastních technologií.
Za účelem splnění všech bodů objednávky byla vytvořena společnost Rosnanotech. Na její fungování byla vyčleněna značná částka ze státního rozpočtu. Právě ona by měla řídit proces vývoje, výroby a zavádění uhlíkových nanotrubic do průmyslové sféry. Alokovaná částka bude vynaložena na vytvoření různých výzkumných ústavů a laboratoří a posílí také dosavadní úspěchy tuzemských vědců. Rovněž tyto prostředky budou použity na nákup kvalitního zařízení na výrobu uhlíkových nanotrubic. Vyplatí se také pečovat o zařízení, která budou chránit lidské zdraví, protože tento materiál způsobuje mnoho nemocí.
Jak již bylo zmíněno, celý problém je získat finanční prostředky. Většina investorů nechce investovat do výzkumu a vývoje, zejména dlouhodobě. Všichni podnikatelé chtějí vidět zisk, ale vývoj nanotechnologií může trvat roky. Právě to odpuzuje zástupce malých a středních podnikatelů. Bez vládních investic navíc nebude možné plně rozjet výrobu nanomateriálů.
Další problémje nedostatek právního rámce, protože mezi různými fázemi podnikání neexistuje mezičlánek. Uhlíkové nanotrubice, po jejichž výrobě není v Rusku poptávka, proto vyžadují nejen finanční, ale i duševní investice. Ruská federace má zatím daleko k asijským zemím, které vedou ve vývoji nanotechnologií.
Dnes se vývoj v tomto odvětví provádí na chemických katedrách různých univerzit v Moskvě, Tambově, Petrohradě, Novosibirsku a Kazani. Předními výrobci uhlíkových nanotrubiček jsou společnost Granat a závod Komsomolets v Tambově.
Dobré a špatné stránky
Mezi výhody patří speciální vlastnosti uhlíkových nanotrubic. Jsou odolným materiálem, který se vlivem mechanických vlivů nezbortí. Navíc se s nimi dobře ohýbá a natahuje. To umožňuje uzavřená rámová konstrukce. Jejich aplikace není omezena na jedno odvětví. Elektronky se používají v automobilovém průmyslu, elektronice, medicíně a energetice.
Velkou nevýhodou je negativní dopad na lidské zdraví.
Částice nanotrubiček, které se dostanou do lidského těla, vedou ke vzniku zhoubných nádorů a rakoviny.
Základní stránkou je financování tohoto odvětví. Mnoho lidí nechce investovat do vědy, protože dosažení zisku trvá dlouho. A bez fungování výzkumných laboratoří rozvoj nanotechnologiínemožné.
Závěr
Uhlíkové nanotrubice hrají důležitou roli v inovativních technologiích. Mnoho odborníků předpovídá růst tohoto odvětví v příštích letech. Dojde k výraznému zvýšení výrobních schopností, což povede ke snížení nákladů na zboží. S klesající cenou budou elektronky velmi žádané a stanou se nepostradatelným materiálem pro mnoho přístrojů a zařízení.
Takže jsme zjistili, jaké jsou tyto produkty.
