צינורות פחמן: ייצור, שימוש, המאפיינים

אנרגיה היא ענף חשוב, אשר ממלא תפקיד חשוב בחיי אדם. מדינת האנרגיה של מדינה תלויה העבודה של מדענים רבים בענף. היום, הם מחפשים מקורות אנרגיה חלופיים. למטרות אלה, הם מוכנים להשתמש בכל דבר, מפני שמש ומים, שסיים עם כוח אווירי. הציוד כי הוא מסוגל להפיק אנרגיה מן הסביבה, זוכה להערכה רבה.

סקירה

צינורות פחמן - מטוס גרפיט ארוך מגולגל עם צורה גלילית. בדרך כלל, העובי שלהם מגיע לכמה עשרות ננומטרים כמה סנטימטרים ארוכים. בסוף של ננו-הצינורות יוצר ראש כדורי המהווה חלק אחד של פולרן.

ישנם כמה סוגים של צינורות פחמן: מתכתי למחצה. ההבדל העיקרי הוא המוליכות הנוכחיות. הסוג הראשון יכול להוליך זרם בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס, והשנייה - רק בטמפרטורות גבוהות.

צינורות פחמן: תכונות

רוב מגמות מודרניות כגון לכימיה יישומית או ננוטכנולוגיה, צמוד צינורות בעלות מבנה השלד פחמן. מה זה? תחת מבנה זה מתייחס מולקולות גדולות, שהן אטומות פחמן מחובר בלבד. צינורות פחמן, אשר מבוססים על המאפיינים של טופס הפגז הסגור, מוערכים מאוד. יתר על כן, היווצרות של נתונים הן של צורה גלילית. צינורות כאלה עשויים להיות מוכנים על ידי גלגול גיליונות גרפיט, או לגדול מ זרז ספציפי. צינורות פחמן, אשר תמונות מוצגות להלן, יש מבנה יוצא דופן. הם מגיעים במגוון צורות וגדלים שונים: שכבה אחת ו-שכבתי, ישר ומתפתלות. למרות העובדה כי הצינורות הם די שבירים, הם החומר החזק ביותר. כתוצאה מכך, מחקרים רבים מצאו כי הם תכונות טבועות כגון מתיחה וכוח לכפיפה. תחת הפעולה של מתח מכאני חמור, האלמנטים לא למהר לא לשבור, כי הוא, יכול להסתגל במתחים שונים.

רעיל

כתוצאה חקירות מרובות, נמצא כי צינורות פחמן יכול לגרום לבעיות כמו סיבי אסבסט, דהיינו שיש מגוון של גידולים ממאירים כמו גם סרטן ריאות. מידת ההשפעה השלילית של אסבסט תלויה בסוג ועובי הסיבים שלה. בגלל צינורות פחמן יש משקל קטן בגודל, הם בקלות לחדור לגוף יחד עם האוויר. יתר על כן, הם נופלים לתוך הצדר ונכללים בחזה, ובסופו של דבר לגרום למגוון של סיבוכים. מדענים ערכו ניסוי והוסיפו את מאכלי צינורות חלקיקי עכברים. המוצרים של קוטר קטן כמעט לא נשארו בגוף, אבל גדולים - חפורי קירות הקיבה ולגרום למחלות שונות.

שיטות כנות

נכון להיום, ישנם מהשיטות הבאות להפקת איכות פחמן תשלום קשת, אבלציה, שיקוע.

פריקה חשמלית. הכנה (צינורות פחמן מתוארים במאמר זה) בפלזמה של המטען החשמלי, אשר שורף עם הליום. מהלך כזה עשוי להתבצע באמצעות ציוד טכני מיוחד לייצור פולרנים. אבל מצבי קשת אחרים משמשים בשיטה זו. לדוגמא, הצפיפות הנוכחית פוחתת, ואת קתודית בשימוש עוביים ענקים. כדי ליצור אווירה של הליום יש צורך להעלות את הלחץ של אלמנט זה. צינורות פחמן מתקבלים על ידי התזה. שמספרם גדל, אתה חייב להיכנס זרז מוט גרפיט. ברוב המקרים, תערובת של קבוצות שונות של מתכת. יתר על כן, יש שינוי בלחץ ושיטת מקרטעת. לפיכך, גלולת קתודה, ואת שבה צינוריות פחמן נוצרים. מוצרים מוגמרים מתבצעים עולים בניצב מן הקתודה לבין שנאספו לתוך צרורות. יש להם אורך 40 מיקרון.

Ablyasatsiya. שיטה כזו הומצאה על ידי ריצ'רד סמולי. מהותו נעוצה בעובדה כי שטח לאדות גרפיט שונה בכור, הפעלה בטמפרטורות גבוהות. צינורות פחמן נוצרים על ידי האידוי של גרפיט בחלק התחתון של הכור. קירור ואיסוף אותם מתרחש באמצעות משטח קירור. במקרה הראשון, מספר האלמנטים שווה 60%, אז דמות בשיטה זו גדלה ב 10%. עלות שיטת ליזר absolyatsii היא יקרה יותר מאשר כל האחרים. באופן כללי, צינורות אחת חומה שהוכנו על ידי שינוי טמפרטורת התגובה.

בתצהיר משלב הגז. שיטת שיקוע פחמן הומצא בשנות ה -50 המאוחרות. אבל אף אחד לא יכול היה לחזות כי באמצעותו ניתן להשיג צינורות פחמן. אז, קודם אתה צריך להכין את השטח של הזרז. ככל שיהיו חלקיקים עדינים של מתכות שונות, למשל: קובלט, ניקל ועוד. צינורות מתחילים לצוץ משכבת הזרז. העובי שלהם תלוי בגודל של מזרזות מתכת. המשטח מחומם לטמפרטורה גבוהה, ולאחר מכן קיים היצע של פחמן המכיל גז. ביניהם, - .., מתאן, atsetelen, אתנול, וכו 'כתוצאה גז תהליך נוסף הוא אמוניה. שיטת הייצור זהו צינורות הנפוצים ביותר. התהליך עצמו מתרחש על חברות תעשייתיות שונות, כך פחות כסף מושקע לייצור מספר רב של צינורות. יתרון נוסף של שיטה זו הוא כי החברים האנכיים ניתן לקבל מכל חלקיקי מתכת המשמשים כזרז. הכנה (צינורות פחמן מתוארים על כל הצדדים) התאפשרה הודות למחקר Suomi אייג'ימה, אשר נצפתה תחת מיקרוסקופ עבור המראה שלהם כתוצאת הסינתזה של פחמן.

הסוגים העיקריים של

אלמנטי פחמן מסווגים על פי מספר השכבות. הסוג הפשוט ביותר - חד-דופנות צינורות פחמן. לכל אחד מהם יש עובי של כ 1 ננומטר, והאורך שלהם עשוי להיות גדול בהרבה. אם ניקח בחשבון את המבנה, המוצר נראה כמו גלישת גרפיט באמצעות רשת משושה. בשנת הקודקודים שלה ממוקם פחמנים. לפיכך, הצינור יש צורה גלילית, שאין לה תפרים. החלק העליון סוגר תקני עפעפיים מורכבי מולקולות פולרן.

צפה הבא - צינורות פחמן multiwall. הם מורכבים ממספר שכבות של גרפיט כי נערמות בצורת גליל. Therebetween המרחק נשמר 0.34 ננומטר. מבנה מסוג זה מתוארים באמצעות שתי שיטות. על, רב-הצינור הראשון - כמה צינור יחיד בקיר מקונן שנראה כמו בובה רוסית. תוך שני, צינורות רבי חומה הם גיליון גרפיט אשר כרוך כמה פעמים סביב עצמו, דומת עיתון מקופל.

צינורות פחמן: יישומים

פריטים הם חבר חדש של המעמד של ננו. כפי שהוזכר קודם לכן, יש להם מבנה פגר שונה המאפיינים של גרפיט או יהלום. זה משמש אפוא לעתים קרובות יותר מאשר חומרים אחרים.

בשל מאפיינים כגון חוזק מתיחה, חוזק לכפיפה, מוליכות, משמשים בתחומים רבים:

• כמו תוספים כדי פולימרים;
• זרז עבור התקני תאורה, כמו גם צגים שטוחים המכשירים ברשתות תקשורת;
• כבולם של גלים אלקטרומגנטיים;
• המר כוח;
• אנודות ב סוגי סוללות שונים;
• אחסון מימן;
• הפקת חיישנים וקבלים;
• ייצור חומרים מרוכבים הגברה של המבנה והתכונות שלהם.

במשך שנים רבות, צינורות פחמן, אשר השימוש בהם אינו מוגבל בענף מסוים, המשמשים למחקר מדעי. יש חומר כזה בעמדה חלשה בשוק, שכן ישנם בעיות עם ייצור בקנה מידה גדול. נקודה חשובה נוספת היא העלות הגבוהה של ננו-צינוריות פחמן, שזה בערך 120 דולר לגרם אחד של חומר.

הם משמשים כחומר יסוד לייצור חומרים מרוכבים רבים, המשמשים להכנת מוצרי ספורט רבים. עוד -avtomobilestroenie בתעשייה. Functionalization של צינורות פחמן באמנות מצטמצם להעניק פולימרים מאפייני מוליכות.

מקדמים מוליכות תרמית של צינורות גבוה מספיק, כדי שתוכל לשמש כמכשיר קירור ציוד מסיבי שונה. כמו כן הם הפכו כובעים המחוברים לצינורות החלליים.

יישומי הסניף החשובים ביותר כוללים טכנולוגיית מחשב. צינורות בשל במיוחד בצגים שטוחים. בעזרת אותם, אתה יכול להקטין את הגודל משמעותי של המחשב, כמו גם להגדיל את הביצועים הטכניים שלו. ציוד Ready יהיה מספר פעמים רבות יותר מאשר הטכנולוגיה הנוכחית. על בסיס מחקרים אלה, אתה יכול ליצור-kinescopes גבוהה.

במשך הזמן, צינורות ישמש לא רק בתחום האלקטרוניקה, אלא גם בתחומי הבריאות והאנרגיה.

ייצור

צינורות פחמן, הייצור אשר מופץ בין שני הסוגים של אותם, מופץ באופן שווה. כלומר, MWNT לייצר הרבה יותר SWNT. הסוג השני של לעשות במקרה חירום. חברות שונות לייצר צינורות פחמן ברציפות. אבל הביקוש הוא כמעט לא משתמש, כי הם עולים יותר מדי גבוהים.

ייצור מנהיגים

נכון לעכשיו, את עמדת המובילות בייצור צינורות פחמן כבשה מדינות אסיה, כושר ייצור שהוא גבוה יותר מאשר 3 פעמים גבוהות יותר מאשר במדינות אחרות באירופה ובאמריקה. בפרט, ייצור MWNT עוסק יפן. אבל במדינות אחרות, כגון קוריאה וסין, לא לוותר במדד זה.

ייצור ברוסיה

ייצור מקומי של צינורות פחמן הוא הרחק מאחור מדינות אחרות. למעשה, הכל תלוי באיכות של המחקר בתחום זה. אין הקצתה די כספים לפיתוח מרכזי מדע והטכנולוגיה בארץ. אנשים רבים אינם תופסים את הפיתוח של ננוטכנולוגיה, כי אני לא יודע איך זה יכול לשמש בתעשייה. לכן, המעבר פועל שובל כלכלה חדש הוא די קשה.

לכן, הנשיא הרוסי הוציא צו, הקובע את הפיתוח של אזורים שונים של ננוטכנולוגיה, כולל אלמנטים פחמן. לשם כך, תכנית פיתוח מיוחדת נוצרה כדי לייצר בעצמם טכנולוגיות. "ננוטכנולוגיות" החברה נוצרה כך שכל הנקודות של הסדר נעשו ,. התפקוד שלה הוקצה סכום משמעותי מתקציב המדינה. היא הייתה זו אשר צריכה לשלוט בעיצוב, ייצור ויישום ביישומים תעשייתיים של צינורות פחמן. הסכום שהוקצה לבלות על התפתחות מכונים ומעבדות מחקר שונים, כמו גם לעזור לחזק את ההישגים הקיימים של מדענים מקומיים. כמו כן, קרנות אלה ישמשו לרכישת ציוד באיכות גבוהה לייצור צינורות פחמן. ראוי גם לטפל התקנים אלה יגנו על בריאות האדם, שכן החומר גורם למגוון של מחלות.

כאמור, הבעיה כולה טמונה בגיוס כספים. רוב המשקיעים לא רוצים להשקיע במחקר ופיתוח, במיוחד במשך זמן רב. כל העסקים רוצים לראות רווח, אבל ננו-יכול ללכת במשך שנים. זה מה שדוחף את נציגי עסקים קטנים ובינוניים. בנוסף, ללא השקעה ציבורית לא לגמרי להתחיל ייצור של ננו. בעיה נוספת היא חוסר בסיס משפטי, שכן אין מתווך בין השלבים השונים של העסק. לכן, ייצור צינורות פחמן ברוסיה, אשר לא טען, דורש לא רק כספי, אלא גם השקעה נפשית. בעוד הפדרציה הרוסית רחוקה ממדינות אסיה כי הם מובילים את הפיתוח של ננוטכנולוגיה.

נכון להיום, והתפתחויות בענף עוסקות המחלקות הכימיות של אוניברסיטות שונות של מוסקבה, וטאמבוב, סנט פטרסבורג, נובוסיבירסק קאזאן. היצרניות המובילות של צינורות פחמן הם חברת "גרנט" צמח טאמבוב "Komsomolets".

היבטים חיוביים ושליליים

בין היתרונות שאנו יכולים להבחין בין תכונות מיוחדות של צינורות פחמן. הם חומר עמיד, שהוא תחת השפעת הלחץ המכני הוא לא נהרס. בנוסף, הם עובדים היטב מגמיש ומותח. זה התאפשר בשל המבנה הסגור של המסגרת. השימוש בהם אינו מוגבל למגזר אחד. הצינורות שימשו את הרכב, האלקטרוניקה, רפואה ואנרגיה.

החיסרון הגדול הוא השפעה שלילית על בריאות האדם. צינורות חלקיקי הזנת הגוף האנושי, להצמיח גידולים ממאירים וסרטן.

היבט חיוני הוא המימון של המגזר הזה. אנשים רבים אינם רוצים להשקיע במדע, כמו שאתה צריך הרבה זמן בשביל רווח. ובלי תפקוד במעבדות מחקר לא יכולות להיות ההתפתחות של ננוטכנולוגיה.

מסקנה

צינורות פחמן לשחק תפקיד מרכזי טכנולוגיות חדשניות. מומחים רבים לחזות את הצמיחה של התעשייה הזו בשנים הקרובות. תהיה עלייה משמעותית את כושר הייצור, אשר תפחית את העלות של הטובין. עם הירידה במחירים, הצינור יהיה ביקוש עצום, ויהווה חומר תחליף למכשירים רבים וציוד.

אז, גילינו מה מהווה את המוצרים האלה.