Os nanotubos de carbono: produção, utilização, propriedades

A energia é uma indústria importante, que desempenha um papel importante na vida humana. O estado de energia de um país depende do trabalho de muitos cientistas na indústria. Hoje, eles estão à procura de fontes alternativas de energia. Para estes fins, eles estão dispostos a usar qualquer coisa, da luz solar e água, terminando com o poder aéreo. O equipamento que é capaz de gerar energia a partir do ambiente, é muito apreciado.

visão global

Os nanotubos de carbono – um plano de grafite laminada longa com uma forma cilíndrica. Normalmente, sua espessura atinge algumas dezenas de nanômetros a vários centímetros de comprimento. No final do nanotubo forma uma cabeça esférica que é uma parte de fulereno.

Existem alguns tipos de nanotubos de carbono: metálico e semicondutor. A principal diferença é a condutividade atual. O primeiro tipo pode conduzir a corrente a uma temperatura de 0 ° C, e a segunda – apenas a temperaturas elevadas.

Os nanotubos de carbono: propriedades

A maioria das tendências modernas, tais como Química Aplicada ou nanotecnologia, ligados aos nanotubos, que têm uma estrutura esquelética de carbono. O que é isso? Sob esta estrutura refere-se a moléculas grandes, que estão interligadas apenas átomos de carbono. Os nanotubos de carbono, que são baseados nas propriedades da forma de concha fechada, são altamente valorizados. Além disso, a formação dos dados são de forma cilíndrica. Tais tubos podem ser preparadas por laminagem folhas de grafite, quer a crescer a partir de um catalisador específico. Os nanotubos de carbono, qual as imagens são mostrados abaixo, têm uma estrutura invulgar. Eles vêm em diferentes formas e tamanhos: de camada única e multi-camada, retas e sinuosas. Apesar do fato de que os nanotubos são bastante frágeis, eles são o material mais forte. Como resultado, muitos estudos têm encontrado que eles são propriedades inerentes, tais como a resistência à tracção e à flexão. Sob a acção da tensão mecânica grave, os elementos não se precipite e não quebram, isto é, pode ajustar-se diferentes voltagens.

toxicidade

Como resultado de várias investigações, verificou-se que os nanotubos de carbono podem provocar os mesmos problemas que as fibras de amianto, isto é, tendo uma variedade de tumores malignos, bem como o cancro do pulmão. O grau de influência adversa de amianto depende do tipo e da espessura das fibras. Uma vez que os nanotubos de carbono tem um pequeno peso e tamanho, elas facilmente entrar no corpo juntamente com o ar. Além disso, eles caem na pleura e estão incluídas no peito, e, eventualmente, causar uma variedade de complicações. Os cientistas conduzida uma experiência e adicionado à comida de partículas ratos nanotubos. Produtos de pequeno diâmetro quase não estadia no corpo, mas maior – cavou as paredes do estômago e causar várias doenças.

métodos de preparação

Até à data, existem os seguintes métodos para a produção de nanotubos de carbono carga arco, a ablação, a deposição de vapor.

descarga elétrica. Preparação de (nanotubos de carbono encontram-se descritos neste artigo) no plasma da carga eléctrica, que arde com hélio. Tal processo pode ser realizada utilizando equipamento técnico especial para a produção de fulerenos. Mas outros modos de arco são utilizados neste método. Por exemplo, a densidade de corrente diminui, e os cátodos utilizados grandes espessuras. Para criar uma atmosfera de hélio é necessário para aumentar a pressão desse elemento. Os nanotubos de carbono obtido por pulverização. Que o seu número aumentou, você deve entrar em um catalisador bastão de grafite. Na maioria dos casos, uma mistura de diferentes grupos de metal. Além disso, há uma alteração na pressão e método de pulverização. Assim, uma pastilha de cátodo, e em que os nanotubos de carbono são formadas. Os produtos acabados estão a aumentar de modo perpendicular a partir do cátodo e recolhidos em feixes. Eles têm um comprimento de 40 microns.

Ablyasatsiya. Tal método foi inventado por Richard Smalley. Sua essência reside no fato de que a superfície vaporize grafite diferente em um reator, operando a altas temperaturas. Os nanotubos de carbono são formadas por evaporação da grafite na parte inferior do reactor. Arrefecimento e reunindo-se realiza por meio de uma superfície de arrefecimento. No primeiro caso, o número de elementos é igual a 60%, em seguida, nesta figura método aumentado em 10%. O custo do método absolyatsii laser é mais caro do que todos os outros. Geralmente, nanotubos com paredes simples preparados alterando a temperatura da reacção.

A deposição a partir da fase gasosa. método de deposição de vapor de carbono foi inventado no final dos anos 50. Mas ninguém poderia ter previsto que por meio dela é possível obter nanotubos de carbono. Então, primeiro você precisa para preparar a superfície do catalisador. Como pode ser partículas finas de vários metais, por exemplo, cobalto, níquel e outros. Nanotubos estão a começar a emergir a partir da camada de catalisador. A sua espessura depende do tamanho de catalisar de metal. A superfície é aquecida a uma temperatura alta, e então não há fornecimento de gás contendo carbono. Entre eles, – .., metano, atsetelen, etanol, etc. Como uma outra gás de processo é a amónia. Este método de produção é os nanotubos mais comuns. O processo em si ocorre em vários empreendimentos industriais, de modo que menos dinheiro é gasto para a produção de um grande número de tubos. Outra vantagem deste método é que os membros verticais podem ser obtidas a partir de quaisquer partículas de metal que servem como o catalisador. Preparação de (nanotubos de carbono encontram-se descritos em todos os lados) feitas possíveis graças para pesquisar Suomi Iijima, que observada sob o microscópio para a sua aparência como um resultado da síntese de carbono.

Os principais tipos de

elementos de carbono são classificados de acordo com o número de camadas. O tipo mais simples – nanotubos de carbono de parede única. Cada uma delas tem uma espessura de cerca de 1 nm, e o seu comprimento pode ser muito maior. Se considerarmos a estrutura, o produto parece envoltório de grafite usando uma grade hexagonal. Em seus vértices carbonos localizado. Assim, o tubo tem uma forma cilíndrica, que não tem costuras. A parte superior fecha dispositivos tampas que consistem em moléculas de fulereno.

Próxima visualização – nanotubos de carbono multicamadas. Eles consistem em várias camadas de grafite que são empilhados na forma de um cilindro. A distância entre os mesmos é mantida a 0,34 nm. A estrutura deste tipo são descritos, utilizando dois métodos. No primeiro, multi-tubo – alguns tubo de parede simples aninhada que se parece com uma boneca russa. Em um segundo, nanotubos de paredes múltiplas estão folha de grafite que é enrolada várias vezes em torno de si, o qual é semelhante a um jornal dobrado.

Os nanotubos de carbono: aplicações

Os itens são membro novo da classe de nanomateriais. Como mencionado anteriormente, elas têm uma estrutura de carcassa a qual difere das propriedades da grafite ou diamante. É, portanto, é usado mais frequentemente do que outros materiais.

Devido às características tais como a resistência à tracção, resistência à flexão, condutividade, são utilizados em muitas áreas:

• como aditivos para polímeros;
• catalisador para dispositivos de iluminação, bem como monitores de tela plana e aparelhos em redes de telecomunicações;
• como um absorvedor de ondas electromagnéticas;
• conversão de potência;
• ânodos em vários tipos de baterias;
• Armazenamento de hidrogénio;
• produção de sensores e condensadores;
• produção de compósitos e amplificação da sua estrutura e propriedades.

Por muitos anos, os nanotubos de carbono, cuja utilização não se limita a um determinado setor, utilizado na investigação científica. Esse material tem uma posição fraca no mercado, uma vez que existem problemas com a produção em grande escala. Outro ponto importante é o elevado custo de nanotubos de carbono, que é de cerca de 120 dólares por uma grama de substância.

Eles são usados como um elemento básico para a produção de muitos compostos, que são usados para fazer muitos artigos esportivos. Outra -avtomobilestroenie indústria. Funcionalização de nanotubos de carbono na arte é reduzido para dotar polímeros propriedades condutoras.

Coeficiente de condutividade térmica de nanotubos é suficientemente elevado, de forma que possam ser usadas como um dispositivo de arrefecimento para vários equipamentos maciça. Também fizeram tampas que estão ligados aos tubos de sonda.

As aplicações de filiais mais importantes incluem a tecnologia de computador. nanotubos devido são especialmente monitores de tela plana. Com a ajuda deles, você pode reduzir significativamente o tamanho do computador, bem como para aumentar seu desempenho técnico. equipamento pronto será várias vezes maior do que a tecnologia atual. Com base nestes estudos, você pode criar alta cinescópios.

Com o tempo, os tubos serão utilizados não apenas em eletrônica, mas também os setores de saúde e energia.

produção

tubos de carbono, a produção das quais é distribuída entre os dois tipos de eles, distribuídos uniformemente. Ou seja, MWNT produzir muito mais do que SWNT. O segundo tipo de fazer em uma emergência. Várias empresas produzem continuamente nanotubos de carbono. Mas a demanda eles praticamente não usam, porque eles custam muito alto.

produção líderes

Actualmente, a posição de liderança na produção de nanotubos de carbono ocupada países asiáticos, capacidade de produção , que é maior do que 3 vezes maior do que em outros países da Europa e América. Em particular, a produção de MWNT está envolvida no Japão. Mas outros países, como Coréia e China, não admitem neste indicador.

Produção na Rússia

A produção nacional de nanotubos de carbono é muito atrás de outros países. Na verdade, tudo depende da qualidade da investigação nesta área. Não é alocado recursos suficientes para o desenvolvimento de centros de ciência e tecnologia no país. Muitas pessoas não percebem o desenvolvimento da nanotecnologia, porque eu não sei como ele pode ser usado na indústria. Portanto, a transição para uma nova economia trilha passa é bastante difícil.

Portanto, o presidente russo emitiu um decreto, que estabelece o desenvolvimento de diversas áreas da nanotecnologia, incluindo elementos de carbono. Para este propósito, um programa de desenvolvimento especial foi criado para fabricar suas próprias tecnologias. Empresa "Nanotecnologias" foi criado para que todos os pontos de vista foram feitas ,. O seu funcionamento foi atribuída uma quantidade substancial do orçamento do Estado. Foi ela quem deve controlar a concepção, produção e implementação em aplicações industriais de nanotubos de carbono. O montante atribuído a gastar com o desenvolvimento de vários institutos de pesquisa e laboratórios, bem como ajudar a fortalecer as realizações existentes de cientistas domésticos. Além disso, esses recursos serão utilizados para a compra de equipamentos de alta qualidade para a produção de nanotubos de carbono. Ele também deve tomar cuidado com esses dispositivos que protejam a saúde humana, já que o material causa uma variedade de doenças.

Como mencionado anteriormente, todo o problema reside na angariação de fundos. A maioria dos investidores não querem investir em pesquisa e desenvolvimento, especialmente por um longo tempo. Todas as empresas querem ver um lucro, mas Nano-pode ir por anos. Isso é o que empurra os representantes de pequenas e médias empresas. Além disso, sem investimento público não vai começar totalmente a produção de nanomateriais. Outro problema é a falta de base jurídica, já que não há intermediário entre as várias fases do negócio. Portanto, a produção de nanotubos de carbono na Rússia, o que não é reivindicada, não requer apenas financeiros, mas também de investimento mental. Enquanto a Federação Russa está longe de países asiáticos que são líderes no desenvolvimento de nanotecnologia.

Até à data, a evolução da indústria envolvidos nos departamentos químicos de várias universidades de Moscou, Tambov, São Petersburgo, Novosibirsk e Kazan. Os principais fabricantes de nanotubos de carbono são firmes "Garnet" e planta Tambov "Komsomolets".

aspectos positivos e negativos

Entre as vantagens, podemos distinguir as propriedades especiais de nanotubos de carbono. Eles são de um material durável, que se encontra sob a influência da tensão mecânica não é destruída. Além disso, eles funcionam bem em flexão e alongamento. Isto foi possível devido à estrutura fechada do caixilho. Seu uso não se limita a um sector. Os tubos têm sido utilizados na indústria automotiva, eletrônica, medicina e energia.

Enorme desvantagem é o impacto negativo na saúde humana. Partículas nanotubos que entram no corpo humano, dar origem a tumores malignos e o cancro.

Um aspecto essencial é o financiamento deste sector. Muitas pessoas não querem investir em ciência, como você precisa de um monte de tempo para o lucro. E sem um funcionamento laboratórios de pesquisa não pode ser o desenvolvimento da nanotecnologia.

conclusão

Os nanotubos de carbono desempenham um papel importante em tecnologias inovadoras. Muitos especialistas prever o crescimento desta indústria nos próximos anos. Haverá um aumento significativo da capacidade de produção, o que reduzirá o custo das mercadorias. Com a diminuição dos preços, o tubo será em grande demanda, e irá tornar-se um material insubstituível para muitos dispositivos e equipamentos.

Então, nós descobrimos o que constitui esses produtos.