Energetyka jest ważną gałęzią przemysłu, która odgrywa ogromną rolę w życiu człowieka. Sytuacja energetyczna kraju zależy od pracy wielu naukowców z tej branży. Dziś szukają dla tych celów, są gotowi wykorzystać wszystko, od światła słonecznego i wody po energię powietrza. Wysoko ceniony jest sprzęt, który może generować energię ze środowiska.
Informacje ogólne
Nanorurki węglowe to długie, walcowane płaszczyzny grafitu o cylindrycznym kształcie. Z reguły ich grubość sięga kilkudziesięciu nanometrów, przy długości kilku centymetrów. Na końcu nanorurek tworzy się kulista główka będąca jedną z części fulerenu.
Istnieją dwa rodzaje nanorurek węglowych: metaliczne i półprzewodnikowe. Ich główną różnicą jest przewodność prądu. Pierwszy typ może przewodzić prąd w temperaturze równej 0 ° C, a drugi - tylko w podwyższonych temperaturach.
Nanorurki węglowe: właściwości
Większość współczesnych dziedzin, takich jak chemia stosowana czy nanotechnologia, kojarzona jest z nanorurkami, które mają strukturę szkieletu węglowego. Co to jest? Struktura ta odnosi się do dużych cząsteczek połączonych ze sobą jedynie atomami węgla. Wysoko cenione są nanorurki węglowe, których właściwości opierają się na zamkniętej powłoce. Ponadto formacje te mają kształt cylindryczny. Rury takie można otrzymać poprzez zwinięcie arkusza grafitu lub wyhodowanie z określonego katalizatora. Nanorurki węglowe, których zdjęcia przedstawiono poniżej, mają niezwykłą strukturę.
Występują w różnych kształtach i rozmiarach: jednowarstwowe i wielowarstwowe, proste i zakrzywione. Pomimo tego, że nanorurki wyglądają dość krucho, są mocnym materiałem. W wyniku wielu badań stwierdzono, że posiadają one takie właściwości jak rozciąganie i zginanie. Pod wpływem poważnych obciążeń mechanicznych elementy nie rozrywają się i nie pękają, czyli potrafią przystosować się do różnych napięć.
Toksyczność
W wyniku wielokrotnych badań stwierdzono, że nanorurki węglowe mogą powodować takie same problemy jak włókna azbestu, czyli powstają różne nowotwory złośliwe, a także rak płuc. Stopień negatywnego oddziaływania azbestu zależy od rodzaju i grubości jego włókien. Ponieważ nanorurki węglowe mają niewielką wagę i rozmiar, łatwo przedostają się do organizmu człowieka wraz z powietrzem. Następnie przedostają się do opłucnej i klatki piersiowej, z czasem powodując różne powikłania. Naukowcy przeprowadzili eksperyment i dodali cząstki nanorurek do pożywienia myszy. Produkty o małej średnicy praktycznie nie pozostawały w organizmie, ale większe wbijały się w ściany żołądka i powodowały różne choroby.
Metody odbioru
Obecnie istnieją następujące metody wytwarzania nanorurek węglowych: ładunek łukowy, ablacja, osadzanie z fazy gazowej.
Wyładowanie łuku elektrycznego. Uzyskanie (w artykule opisano nanorurki węglowe) ładunku elektrycznego w plazmie, która spala się za pomocą helu. Proces ten można przeprowadzić przy użyciu specjalnego sprzętu technicznego do produkcji fulerenów. Ale ta metoda wykorzystuje inne tryby spalania łuku. Na przykład jest on redukowany i stosowane są również katody o ogromnej grubości. Aby stworzyć atmosferę helu, konieczne jest zwiększenie ciśnienia tego pierwiastka chemicznego. Nanorurki węglowe powstają w procesie rozpylania. Aby ich liczba wzrosła, konieczne jest wprowadzenie do pręta grafitowego katalizatora. Najczęściej jest to mieszanina różnych grup metali. Następnie zmienia się ciśnienie i sposób natryskiwania. W ten sposób uzyskuje się osad katodowy, w którym tworzą się nanorurki węglowe. Gotowe produkty rosną prostopadle do katody i są zbierane w pęczki. Mają długość 40 mikronów.
Ablacja. Metodę tę wynalazł Richard Smalley. Jego istotą jest odparowanie różnych powierzchni grafitu w reaktorze pracującym w wysokich temperaturach. Nanorurki węglowe powstają w wyniku odparowania grafitu na dnie reaktora.
Są one schładzane i zbierane za pomocą powierzchni chłodzącej. Jeśli w pierwszym przypadku liczba elementów wynosiła 60%, to przy tej metodzie liczba wzrosła o 10%. Koszt metody absolacji laserowej jest droższy niż wszystkie inne. Z reguły jednościenne nanorurki otrzymuje się poprzez zmianę temperatury reakcji.
Osadzanie parowe. Metodę osadzania z fazy gazowej wynaleziono pod koniec lat 50. XX wieku. Ale nikt nawet nie przypuszczał, że można go wykorzystać do produkcji nanorurek węglowych. Najpierw musisz przygotować powierzchnię za pomocą katalizatora. Mogą to być małe cząstki różnych metali, na przykład kobaltu, niklu i wielu innych. Nanorurki zaczynają wyłaniać się z warstwy katalizatora. Ich grubość zależy bezpośrednio od wielkości metalu katalitycznego. Powierzchnię podgrzewa się do wysokich temperatur, a następnie dostarcza się gaz zawierający węgiel. Należą do nich metan, acetylen, etanol itp. Amoniak służy jako dodatkowy gaz techniczny. Ta metoda wytwarzania nanorurek jest najpowszechniejsza. Sam proces odbywa się w różnych przedsiębiorstwach przemysłowych, dzięki czemu na produkcję dużej liczby rur przeznacza się mniej środków finansowych. Kolejną zaletą tej metody jest to, że z dowolnych cząstek metalu, które pełnią rolę katalizatora, można otrzymać elementy pionowe. Wytworzenie (nanorurki węglowe opisane są ze wszystkich stron) było możliwe dzięki badaniom Suomi Iijimy, który zaobserwował pod mikroskopem ich wygląd w wyniku syntezy węgla.
Główne rodzaje
Pierwiastki węglowe są klasyfikowane według liczby warstw. Najprostszym typem są jednościenne nanorurki węglowe. Każdy z nich ma grubość około 1 nm, a ich długość może być znacznie większa. Jeśli weźmiemy pod uwagę strukturę, produkt wygląda jak owinięty grafitem za pomocą sześciokątnej siatki. Na jego wierzchołkach znajdują się atomy węgla. Zatem rura ma kształt cylindra, który nie ma szwów. Górna część urządzeń zamknięta jest wieczkami składającymi się z cząsteczek fulerenu.
Kolejnym typem są wielościenne nanorurki węglowe. Składają się z kilku warstw grafitu, które są złożone w kształt cylindra. Pomiędzy nimi zachowana jest odległość 0,34 nm. Ten typ konstrukcji jest opisywany na dwa sposoby. Według pierwszego rurki wielowarstwowe to kilka jednowarstwowych rurek zagnieżdżonych jedna w drugiej, co wygląda jak lalka gniazdująca. Według drugiego, wielościenne nanorurki to arkusz grafitu, który kilkakrotnie owija się wokół siebie, podobnie jak złożona gazeta.
Nanorurki węglowe: zastosowanie
Elementy te są zupełnie nowym przedstawicielem klasy nanomateriałów.
Jak wspomniano wcześniej, mają konstrukcję ramową, która różni się właściwościami od grafitu czy diamentu. Dlatego wykorzystuje się je znacznie częściej niż inne materiały.
Ze względu na takie właściwości jak wytrzymałość, zginanie, przewodność, znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach:
- jako dodatki do polimerów;
- katalizator do urządzeń oświetleniowych oraz wyświetlaczy płaskich i lamp w sieciach telekomunikacyjnych;
- jako pochłaniacz fal elektromagnetycznych;
- do konwersji energii;
- produkcja anod do różnych typów akumulatorów;
- magazynowanie wodoru;
- produkcja czujników i kondensatorów;
- produkcja kompozytów oraz wzmacnianie ich struktury i właściwości.
Od wielu lat w badaniach naukowych wykorzystywane są nanorurki węglowe, których zastosowanie nie ogranicza się do jednej konkretnej branży. Materiał ten ma słabą pozycję na rynku, gdyż występują problemy przy produkcji na dużą skalę. Kolejną ważną kwestią jest wysoki koszt nanorurek węglowych, który wynosi około 120 dolarów za gram takiej substancji.
Wykorzystywane są jako podstawowy element w produkcji wielu kompozytów, z których wytwarza się wiele artykułów sportowych. Kolejną branżą jest branża motoryzacyjna. Funkcjonalizacja nanorurek węglowych w tym obszarze sprowadza się do nadania polimerom właściwości przewodzących.
Współczynnik przewodności cieplnej nanorurek jest dość wysoki, dzięki czemu można je stosować jako urządzenie chłodzące dla różnych masywnych urządzeń. Wykorzystuje się je także do wykonywania końcówek mocowanych do rurek sondy.
Najważniejszym obszarem zastosowań jest technologia komputerowa. Dzięki nanorurkom powstają szczególnie płaskie wyświetlacze. Stosując je, można znacznie zmniejszyć gabaryty samego komputera, a także zwiększyć jego parametry techniczne. Gotowy sprzęt będzie kilkakrotnie przewyższał obecne technologie. Na podstawie tych badań można stworzyć lampy obrazowe wysokiego napięcia.
Z czasem lampy znajdą zastosowanie nie tylko w elektronice, ale także w medycynie i energetyce.
Produkcja
Rury węglowe, których produkcja jest podzielona na dwa typy, są rozmieszczone nierównomiernie.
Oznacza to, że MWNT są produkowane znacznie częściej niż SWNT. Drugi typ jest wykonywany w przypadku pilnej potrzeby. Różne firmy stale produkują nanorurki węglowe. Ale praktycznie nie są poszukiwane, ponieważ ich koszt jest zbyt wysoki.
Liderzy produkcji
Dziś czołowe miejsce w produkcji nanorurek węglowych zajmują kraje azjatyckie, które są 3 razy wyższe niż w innych krajach Europy i Ameryki. W szczególności Japonia zajmuje się produkcją MWNT. Ale inne kraje, takie jak Korea i Chiny, w niczym nie ustępują temu wskaźnikowi.
Produkcja w Rosji
Krajowa produkcja nanorurek węglowych pozostaje w tyle za innymi krajami. Tak naprawdę wszystko zależy od jakości badań prowadzonych w tym obszarze. Nie ma tu wystarczających środków finansowych przeznaczonych na tworzenie ośrodków naukowo-technologicznych w kraju. Wiele osób nie akceptuje rozwoju nanotechnologii, ponieważ nie wiedzą, jak można ją zastosować w przemyśle. Dlatego przejście gospodarki na nową ścieżkę jest dość trudne.
W związku z tym Prezydent Rosji wydał dekret wskazujący ścieżki rozwoju różnych dziedzin nanotechnologii, w tym pierwiastków węglowych. W tym celu stworzono specjalny program rozwoju i technologii.
Aby mieć pewność, że wszystkie punkty zamówienia zostały zrealizowane, powstała firma Rusnanotech. Na jego funkcjonowanie przeznaczono znaczną kwotę z budżetu państwa. To ona powinna kontrolować proces rozwoju, produkcji i przemysłowego wdrażania nanorurek węglowych. Przyznana kwota zostanie przeznaczona na utworzenie różnorodnych instytutów badawczych i laboratoriów, a także wzmocni dotychczasową pracę krajowych naukowców. Środki te zostaną również przeznaczone na zakup wysokiej jakości sprzętu do produkcji nanorurek węglowych. Warto zadbać także o te urządzenia, które będą chronić zdrowie człowieka, gdyż materiał ten powoduje wiele chorób.
Jak wspomnieliśmy wcześniej, cały problem tkwi w pozyskaniu środków. Większość inwestorów nie chce inwestować w osiągnięcia naukowe, zwłaszcza na długi czas. Wszyscy biznesmeni chcą zysków, ale rozwój nanotechnologii może zająć lata. To właśnie odpycha przedstawicieli małych i średnich przedsiębiorstw. Ponadto bez inwestycji rządowych nie będzie możliwe pełne uruchomienie produkcji nanomateriałów.
Innym problemem jest brak ram prawnych, ponieważ nie ma pośredniego powiązania między różnymi poziomami działalności. Dlatego nanorurki węglowe, na których produkcję nie ma popytu w Rosji, wymagają nie tylko inwestycji finansowych, ale także mentalnych. Federacja Rosyjska jest na razie daleka od krajów azjatyckich wiodących w rozwoju nanotechnologii.
Dziś rozwój tej branży odbywa się na wydziałach chemicznych różnych uniwersytetów w Moskwie, Tambowie, Petersburgu, Nowosybirsku i Kazaniu. Wiodącymi producentami nanorurek węglowych są firma Granat i zakład Komsomolets w Tambowie.
Pozytywne i negatywne strony
Do zalet można zaliczyć szczególne właściwości nanorurek węglowych. Są trwałym materiałem, który nie zapada się pod wpływem naprężeń mechanicznych. Dodatkowo świetnie sprawdzają się przy zginaniu i rozciąganiu. Było to możliwe dzięki zamkniętej konstrukcji ramy. Ich zastosowanie nie ogranicza się do jednej branży. Rury znalazły zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, elektronicznym, medycynie i energetyce.
Ogromną wadą jest negatywny wpływ na zdrowie człowieka.
Cząsteczki nanorurek dostające się do organizmu człowieka prowadzą do powstawania nowotworów złośliwych i nowotworów.
Istotnym aspektem jest finansowanie tej branży. Wiele osób nie chce inwestować w naukę, ponieważ osiągnięcie zysku zajmuje dużo czasu. A bez funkcjonowania laboratoriów badawczych rozwój nanotechnologii nie jest możliwy.
Wniosek
Nanorurki węglowe odgrywają ważną rolę w innowacyjnych technologiach. Wielu ekspertów przewiduje rozwój tej branży w nadchodzących latach. Nastąpi znaczny wzrost możliwości produkcyjnych, co doprowadzi do spadku kosztów towarów. Przy spadających cenach lampy będą cieszyły się dużym zainteresowaniem i staną się niezbędnym materiałem do wielu urządzeń i sprzętu.
Dowiedzieliśmy się więc, jakie są te produkty.
Wynalazek dotyczy dziedziny wytwarzania materiałów do układów magazynowania wodoru, jak również dziedziny wytwarzania nanorurek węglowych i może być stosowany w produkcji nanorurek węglowych stosowanych jako materiał nośny w różnych układach magazynowania wodoru. Istota wynalazku: sposób przetwarzania nanorurek węglowych polega na ogrzewaniu w temperaturze 1500-1600°C w parach siarczku cynku przez 20-30 minut. Technicznym rezultatem wynalazku jest zwiększenie pojemności sorpcyjnej nanorurek węglowych przy jednoczesnym obniżeniu temperatury i czasu trwania procesu obróbki. 1 stół
Wynalazek dotyczy dziedziny wytwarzania materiałów do układów magazynowania wodoru, jak również dziedziny wytwarzania nanorurek węglowych i może być stosowany w produkcji nanorurek węglowych stosowanych jako materiał nośny w różnych układach magazynowania wodoru.
Znany jest sposób obróbki nanorurek węglowych poprzez ogrzewanie do temperatury 1700-2200°C w przepływie argonu przez 120 minut – prototyp. Metoda umożliwia zwiększenie pojemności sorpcyjnej nanorurek węglowych w stosunku do wodoru od 1,26 do 3,09 razy, w zależności od temperatury przetwarzania. Główną wadą tej metody jest konieczność stosowania wysokich temperatur przetwarzania, aby znacząco zwiększyć zdolność sorpcyjną materiału. Obróbka w temperaturze 1700°C zwiększa zdolność adsorpcji jedynie 1,26 razy, natomiast ogrzewanie do 2200°C jest konieczne, aby zwiększyć zdolność sorpcji 3,09 razy. Do wad należy również długi czas przetwarzania (120 minut).
Celem niniejszego wynalazku jest zwiększenie pojemności sorpcyjnej nanorurek węglowych przy jednoczesnym obniżeniu temperatury i czasu trwania procesu obróbki.
Problem ten rozwiązano w zaproponowanej metodzie obróbki nanorurek węglowych, obejmującej ogrzewanie, które prowadzi się w temperaturze 1500-1600°C w zamkniętej objętości w parach siarczku cynku przez 20-30 minut.
Obróbka w parach siarczku cynku pozwala na zwiększenie pojemności sorpcyjnej nanorurek węglowych w stosunku do wodoru 3,4-krotnie, przy obniżeniu temperatury procesu do 1500-1600°C i skróceniu czasu obróbki do 20-30 minuty.
Siarczek cynku ma temperaturę topnienia 1765°C, a jego własne ciśnienie pary w temperaturze topnienia przekracza 4,5 atm. Kiedy siarczek cynku jest ogrzewany w fazie stałej, sublimuje; w temperaturze około 1550°C ciśnienie własnej pary wynosi 1 atm. Gdy materiał zostanie podgrzany powyżej 1600°C, pary siarczku cynku intensywnie dysocjują, tworząc cynk atomowy i siarkę cząsteczkową.
Wzrost zdolności sorpcyjnej nanorurek węglowych pod wpływem par siarczku cynku tłumaczy się wzrostem powierzchni czynnej nanorurek w wyniku chemicznego oddziaływania tych materiałów.
Wybór zakresu temperatur procesu obróbki wynika z faktu, że w temperaturach poniżej 1500°C, gdy ciśnienie pary własnej ZnS jest mniejsze niż 1 atm, siarczek cynku nie odparowuje wystarczająco intensywnie i następuje znaczny wzrost zdolności sorpcyjnej nanorurek nie zostanie osiągnięty. W temperaturach powyżej 1600°C pary siarczku cynku intensywnie dysocjują, a nanorurki węglowe ulegają szybkiemu zniszczeniu pod wpływem silnego utleniacza – gazowej siarki, będącej jednym z produktów dysocjacji.
Gdy proces trwa krócej niż 20 minut, zdolność sorpcyjna nanorurek węglowych nie osiąga wartości maksymalnych. Kiedy czas trwania zabiegu przekracza 30 minut, pojemność sorpcyjna najpierw przestaje rosnąć, a następnie zaczyna spadać, co można wytłumaczyć początkową destrukcją nanorurek.
Pod koniec procesu nadmiar odparowanego siarczku cynku skrapla się na zimnych ściankach urządzenia do obróbki i można go zebrać do ponownego użycia.
Tryby obróbki przedstawiono w tabeli, z której dla porównania wzięto wyniki obróbki metodą prototypową.
| Tabela | ||||||
| NIE. | Temperatura przetwarzania, °C | Czas przetwarzania, min | Zdolność sorpcyjna nieobrobionych nanorurek,% wag. | Zdolność sorpcyjna poddanych obróbce nanorurek,% wag. | Zwiększenie pojemności sorpcyjnej | Sposób |
| 1. | 1700 | 120 | 1,29 | 1,62 | 1,26 razy | prototyp |
| 2. | 1900 | 120 | 1,29 | 2,21 | 1,71 razy | prototyp |
| 3. | 2000 | 120 | 1,29 | 2,34 | 1,81 razy | prototyp |
| 4. | 2200 | 120 | 1,29 | 3,98 | 3,09 razy | prototyp |
| 5. | 1480 | 25 | 1,2 | 3,2 | 2,7 razy | zaproponowane |
| 6. | 1500 | 25 | 1,2 | 4,1 | 3,4 razy | zaproponowane |
| 7. | 1550 | 25 | 1,2 | 4,1 | 3,4 razy | zaproponowane |
| 8. | 1600 | 25 | 1,2 | 4,1 | 3,4 razy | zaproponowane |
| 9. | 1620 | 25 | 1,2 | 3,4 | 2,8 razy | zaproponowane |
| 10. | 1650 | 25 | 1,2 | Zniszczenie nanorurek | zaproponowane | |
| 11. | 1550 | 15 | 1,2 | 3,6 | 3 razy | zaproponowane |
| 12. | 1550 | 20 | 1,2 | 4,1 | 3,4 razy | zaproponowane |
| 13. | 1550 | 30 | 1,2 | 4,1 | 3,4 razy | zaproponowane |
| 14. | 1550 | 35 | 1,2 | 4,0 | 3,3 razy | zaproponowane |
| 15. | 1550 | 40 | 1,2 | 3,7 | 3,1 razy | zaproponowane |
| Uwaga: warunki nasycania wodorem są we wszystkich przypadkach takie same – ciśnienie 100 atm, temperatura 25°C, czas nasycania – 24 godziny. |
Z tabeli wynika, że dopiero w warunkach odpowiadających zaproponowanym (linie 6-8, 12-13) osiąga się maksymalny wzrost pojemności sorpcyjnej nanorurek węglowych. W tym przypadku temperatura i czas trwania zabiegu ulegają skróceniu w porównaniu do metody prototypowej.
Próbkę nanorurek węglowych o masie 1 g umieszcza się w pojemniku tak, aby nanorurki znajdowały się nad źródłem siarczku cynku o masie 0,5 g w odległości 30 mm. Pojemnik opróżnia się do 10 -3 mm Hg. i uszczelnione. Następnie pojemnik umieszcza się w piekarniku bezgradientowym nagrzanym do 1550°C i trzyma przez 25 minut. Następnie pojemnik wyjmuje się, schładza i otwiera. Odparowany siarczek cynku, skroplony na ściankach pojemnika, zbiera się do ponownego użycia. Obrobione nanorurki nasyca się wodorem pod ciśnieniem 100 atm i w temperaturze 25°C przez 24 godziny. Zdolność sorpcyjna nanorurek węglowych wzrasta 3,4-krotnie w porównaniu z próbką pierwotną.
Sposób obróbki nanorurek węglowych obejmujący ogrzewanie, znamienny tym, że obróbkę prowadzi się w temperaturze 1500-1600°C w parach siarczku cynku przez 20-30 minut.
Sproszkowane materiały węglowe (grafity, węgle, sadze, CNT, grafeny) znajdują szerokie zastosowanie jako napełniacze funkcjonalne różnych materiałów, a o właściwościach elektrycznych kompozytów z wypełniaczami węglowymi decyduje budowa i właściwości węgla, a także technologia ich wytwarzania. ich produkcja. Nanorurki CNT są materiałem proszkowym wytwarzanym ze struktur szkieletowych alotropowej formy węgla w postaci pustych w środku wielościennych nanorurek o średnicy zewnętrznej 10–100 nm (ryc. 1). Jak wiadomo, oporność elektryczna (ρ, Ohm∙m) nanorurek CNT zależy od metody ich syntezy i oczyszczania i może wynosić od 5∙10-8 do 0,008 Ohm∙m, czyli mniej niż
na graficie.
Podczas produkcji kompozytów przewodzących do dielektryka dodaje się materiały o wysokiej przewodności (proszki metali, sadzę, grafit, włókna węglowe i metalowe). Pozwala to na zmianę przewodności elektrycznej i właściwości dielektrycznych kompozytów polimerowych.
Celem pracy było określenie możliwości zmiany rezystywności elektrycznej nanorurek CNT poprzez ich modyfikację. Pozwoli to rozszerzyć zastosowanie takich rurek jako napełniacza do kompozytów polimerowych o planowanej przewodności elektrycznej. W pracy wykorzystano próbki proszków CNT wyprodukowanych przez firmę ALIT-ISM (Żytomierz, Kijów) oraz proszki CNT poddane modyfikacji chemicznej. Do porównania właściwości elektrycznych materiałów węglowych wykorzystano próbki CNT „Taunit” (Tambov), syntetyzowane zgodnie z TU 2166-001-02069289-2007, CNT LLC „TMSpetsmash” (Kijów), wyprodukowane zgodnie z TU U 24.1-03291669 -009:2009, tygiel grafitowy . Nanorurki CNT produkowane przez ALIT-ISM i Taunit syntetyzowane są metodą CVD na katalizatorze NiO/MgO, a nanorurki CNT produkowane przez TMSpetsmash LLC na katalizatorze FeO/NiO (rys. 2). W badaniach, w tych samych warunkach i przy zastosowaniu tych samych opracowanych metod, wyznaczono właściwości elektryczne próbek materiałów węglowych. Oporność elektryczną próbek obliczono wyznaczając charakterystykę prądowo-napięciową próbki suchego proszku sprasowanego pod ciśnieniem 50 kG (tab. 1).
Modyfikacja nanorurek CNT (nr 1–4) wykazała możliwość zmiany właściwości elektrofizycznych nanorurek za pomocą oddziaływań fizykochemicznych (patrz tabela 1). W szczególności oporność elektryczna oryginalnej próbki została zmniejszona 1,5 razy (nr 1); a dla próbek nr 2–4 – zwiększyć 1,5–3 razy.
Jednocześnie spadła całkowita ilość zanieczyszczeń (udział w postaci pozostałości niepalnych) z
2,21 (oryginalne CNT) do 1,8% dla
próbka nr 1 i do 0,5% dla nr 3. Właściwa podatność magnetyczna próbek nr 2–4 spadła z 127∙10-8 do 3,9∙10-8 m3/kg. Powierzchnia właściwa wszystkich próbek wzrosła o prawie 40%. Spośród modyfikowanych nanorurek minimalną oporność elektryczną (574∙10-6 Ohm∙m) zarejestrowano w próbce nr 1, która jest bliska rezystancji grafitu tyglowego (33∙10-6 Ohm∙m). Pod względem rezystancji właściwej próbki CNT firm Taunit i TMSpetsmash LLC są porównywalne z próbkami nr 2, 3, a właściwa podatność magnetyczna tych próbek jest o rząd wielkości większa niż zmodyfikowanych próbek CNT (ALIT-ISM).
Ustalono, że oporność elektryczna nanorurek CNT może zmieniać się od 6∙10-4 do
12∙10-4 Ohm∙m. Opracowano specyfikacje dotyczące stosowania modyfikowanych nanorurek CNT w produkcji materiałów kompozytowych i polikrystalicznych, powłok, wypełniaczy, zawiesin, past i innych podobnych materiałów
TU U 24.1-05417377-231:2011 „Nanoproszki wielościennych nanorurek CNT gatunku MWCNT-A”,
MUN-V (MWCNT-B), MUN-S (MWCNT-S)”
(Tabela 2).
Po wprowadzeniu zmodyfikowanych proszków CNT do bazy polietylenowej kompozytów jako wypełniacza, przewodność elektryczna kompozytu polimerowego wzrasta wraz ze wzrostem ich przewodności elektrycznej. Zatem w wyniku ukierunkowanej modyfikacji nanorurek otwiera się możliwość zmiany ich charakterystyki, w szczególności rezystywności elektrycznej.
Literatura
1. Tkachev A.G., Zolotukhin I.V. Sprzęt i metody syntezy nanostruktur ciała stałego. – M.: Mashinostroenie-1, 2007.
2. Bogatyreva G.P., Marinich M.A., Bazaliy G.A., Ilnitskaya G.D., Kozina G.K., Frolova L.A. Badanie wpływu obróbki chemicznej na właściwości fizykochemiczne nanorurek węglowych. sob. naukowy tr. „Fullereny i nanostruktury w materii skondensowanej”. / wyd.
PA Witaź. – Mińsk: Państwowa Instytucja Naukowa „Instytut Przemiany Ciepła i Masy”
wymienić je A.V. Lykova” NAS Białorusi, 2011, s. 141–146.
3. Novak D.S., Berezenko N.M., Shostak T.S., Pakharenko V.O., Bogatyreva G.P., Oleynik N.A., Bazaliy G.A. Nanokompozyty elektroprzewodzące na bazie polietylenu. sob. naukowy tr. „Narzędzia do cięcia skał i obróbki metali – sprzęt i technologia ich wytwarzania i stosowania”. – Kijów: ISM
ich. V.N.Bakulya NAS Ukrainy, 2011, nr 14, s. 394–398.
Sproszkowane materiały węglowe (grafit, węgiel, sadza, CNT, grafen) są szeroko stosowane jako napełniacze funkcjonalne różnych materiałów, a właściwości elektryczne kompozytów z napełniaczami węglowymi są zdeterminowane budową i właściwościami węgla oraz technologią produkcji. Nanorurki CNT są materiałem proszkowym struktur ramowych z alotropowej formy węgla w postaci pustych w środku wielościennych nanorurek CNT o średnicy zewnętrznej od 10 do 100 nm (ryc. 1a, b). Wiadomo, że oporność elektryczna (ρ, Ohm∙m) nanorurek CNT zależy od metody ich syntezy i oczyszczania i może wynosić od 5∙10-8 do 0,008 Ohm∙m, czyli o rząd mniej niż w przypadku grafitu.
Ryc.1. a) – proszek CNT, b) – fragment CNT (mikroskopia energoelektroniczna)
Przy produkcji kompozytów przewodzących do dielektryków dodaje się materiały o wysokiej przewodzącości (proszki metali, węgiel techniczny, grafit, włókna węglowe i metale). Pozwala to na zmianę przewodności i właściwości dielektrycznych kompozytów polimerowych.
Celem niniejszego badania było określenie możliwości zmiany oporu elektrycznego nanorurek CNT poprzez ich modyfikację. Pozwoli to rozszerzyć zastosowanie takich rurek jako napełniacza kompozytów polimerowych o planowanej przewodności elektrycznej. Do badań wykorzystano próbki wyjściowych proszków nanorurek firmy ALIT-ISM (Żytomierz, Kijów) oraz proszki nanorurek poddawane różnym modyfikacjom chemicznym. Porównanie właściwości elektrofizycznych próbek materiałów węglowych CNT „Taunit” (Tambov, Rosja) zsyntetyzowanych pod nr 2166-001-02069289-2007, LLC „TMSpetsmash” (Kijów), wyprodukowanych pod nr 24.1-03291669-009:2009, grafit tyglowy, CNT firmy ALIT-ISM i „Taunit” syntetyzowano metodą CVD na katalizatorze NiO/MgO, a zastosowano nanorurki CNT firmy LLC „TMSpetsmash” – na katalizatorze FeO/NiO (rys. 2).
Ryc.2 a – CNT (ALIT-ISM), b – CNT „TMSpetsmash” (obrazy PEM).
W wyniku badań prowadzonych w tych samych warunkach, przy użyciu tych samych metod opracowanych w ISM, określono właściwości elektryczne i fizyczne próbek materiałów węglowych. Specyficzną rezystancję elektryczną próbek obliczono wyznaczając charakterystykę prądowo-napięciową elementu proszkowego sprasowanego pod ciśnieniem 50 kg. (Tabela 1).
Modyfikacja nanorurek CNT (nr 1-4) pokazała możliwość zmiany ich właściwości elektrycznych za pomocą efektów fizycznych i chemicznych. W szczególności, właściwa oporność elektryczna próbki początkowej została zmniejszona 1,5 razy (nr 1), a dla próbki nr 1 2 – 4 zwiększono 1,5-3 razy.
W tym przypadku całkowita ilość zanieczyszczeń (ich zawartość w postaci niepalnej pozostałości) została zmniejszona z 2,21% (początkowe CNT) do 1,8% dla nr 1 i do 0,5% dla nr 3. Na zamówienie zmniejszono podatność magnetyczną próbek nr 2 – 4. Powierzchnia właściwa wszystkich próbek została zwiększona prawie o 40%. Wśród modyfikowanych nanorurek minimalna właściwa rezystancja elektryczna (574∙10-6 Ohm∙m) jest ustalona dla próbki nr 1 i jest bliska takiej rezystancji grafitu tyglowego (337∙10-6 Ohm∙m). Dzięki oporowi właściwemu próbki nanorurek CNT „Taunit” i „TMSpetsmash” można porównać z próbkami nr 2 i nr 3, a podatność magnetyczna tych próbek jest o rząd wyższa niż w przypadku zmodyfikowanych próbek nanorurek CNT („Alit -IZM").
W związku z tym stwierdzono możliwość modyfikacji nanorurek CNT w celu zmiany wartości ich oporności właściwej w zakresie 6∙10-4÷12∙10-4Ohm∙m. Opracowano specyfikację 24.1-05417377-231:2011 „Nanoproszki wielościennych nanorurek CNT gatunków MWCNTs-A, MWCNTs-B, MWCNTs-C (tabela 2) dla modyfikowanych nanorurek CNT do produkcji materiałów kompozytowych i polikrystalicznych, powłok, napełniaczy, zawiesin , pasty i inne podobne materiały.
Przy wprowadzaniu do bazy polietylenowej kompozytów jako napełniacza modyfikowanych proszków nanorurek nowych gatunków wraz ze wzrostem przewodności elektrycznej nanorurek wzrasta przewodność elektryczna kompozytu polimerowego. Zatem w wyniku ukierunkowanej modyfikacji nanorurek pojawiają się nowe możliwości zmiany ich charakterystyk, w szczególności wartości rezystywności elektrycznej.
Literatura
Wynalazek dotyczy technologii nanomateriałów węglowych, w szczególności technologii wytwarzania modyfikowanych nanorurek węglowych.
Nanorurki węglowe (CNT) mają tendencję do tworzenia aglomeratów, co utrudnia ich dystrybucję w różnych mediach. Nawet jeśli nanorurki CNT zostaną równomiernie rozłożone w jakimś ośrodku, na przykład pod wpływem intensywnych ultradźwięków, to po krótkim czasie samoistnie tworzą aglomeraty. W celu uzyskania stabilnych dyspersji CNT stosuje się różne metody modyfikacji CNT, które polegają na przyłączeniu określonych grup funkcyjnych do powierzchni CNT, zapewnieniu kompatybilności CNT z otoczeniem, zastosowaniu środków powierzchniowo czynnych oraz skróceniu zbyt długich CNT przy użyciu różnych metody.
W opisie wynalazku termin „modyfikacja” oznacza zmianę charakteru powierzchni nanorurki oraz parametrów geometrycznych poszczególnych nanorurek. Szczególnym przypadkiem modyfikacji jest funkcjonalizacja CNT, która polega na wszczepieniu określonych grup funkcyjnych na powierzchnię CNT.
Znana jest metoda modyfikacji CNT, która polega na utlenianiu CNT pod wpływem różnych ciekłych lub gazowych środków utleniających (kwas azotowy w postaci cieczy lub pary, nadtlenek wodoru, roztwory nadsiarczanu amonu o różnym pH, ozon, azot dwutlenek węgla i inne). Istnieje wiele publikacji na temat tej metody. Ponieważ jednak istota różnych metod utleniania nanorurek węglowych jest taka sama, a mianowicie utlenianie powierzchni nanorurek węglowych z utworzeniem powierzchniowych grup hydroksylowych i karboksylowych, daje to powód do rozważenia różnych metod opisanych jako warianty jednego metoda. Typowym przykładem jest publikacja Datsyuka V., Kalyva M., Papagelis K., Parthenios J., Tasis D., Siokou A., Kallitsis I., Galiotis C. Chemical utlenianie wielościennych nanorurek węglowych //Carbon, 2008, tom 46, s. 833-840, w którym opisano kilka opcji (przy użyciu kwasu azotowego, nadtlenku wodoru i nadsiarczanu amonu).
Wspólnymi, istotnymi cechami rozważanej metody i zastrzeganego wynalazku jest obróbka nanorurek węglowych roztworem utleniacza.
Rozważana metoda charakteryzuje się niewystarczającą efektywnością rozszczepiania aglomeratów CNT i uzyskaniem dobrej dyspergowalności utlenionych CNT w wodzie i polarnych rozpuszczalnikach organicznych. Z reguły nanorurki węglowe utlenione znanymi metodami są dobrze zdyspergowane w wodzie i polarnych rozpuszczalnikach organicznych (pod wpływem ultradźwięków) dopiero przy bardzo niskim stężeniu nanorurek w cieczy (zwykle rzędu 0,001-0,05% wag.). . Po przekroczeniu stężenia progowego nanorurki łączą się w duże aglomeraty (płatki), które wytrącają się.
W szeregu prac, np. Wang Y., Deng W., Liu X., Wang X. Właściwości elektrochemicznego magazynowania wodoru w wielościennych nanorurkach węglowych mielonych kulowo //International Journal of Hydro Energy, 2009, tom 34 , s. 1437-1443; Lee J., Jeong T., Heo J., Park S.-H., Lee D., Park J.-B., Han H., Kwon Y., Kovalev I., Yoon S.M., Choi J.-Y ., Jin Y., Kirn J.M., An K.H., Lee Y.H., Yu S. Krótkie nanorurki węglowe produkowane w procesie kruszenia kriogenicznego //Carbon, 2006, tom 44, s. 2984-2989; Konya Z., Zhu J., Niesz K., Mehn D., Kiricsi I. End morphology of ball milled carbon nanorures //Carbon, 2004, vol.42, p.2001-2008, opisuje metodę modyfikacji nanorurek CNT poprzez skracanie nich, co osiąga się poprzez długotrwałą obróbkę mechaniczną nanorurek CNT w cieczach lub zamrożonych matrycach. Skrócone CNT mają lepszą dyspergowalność w cieczach i lepsze właściwości elektrochemiczne.
Wspólnymi istotnymi cechami rozważanych i proponowanych metod jest mechaniczna obróbka nanorurek CNT rozproszonych w dowolnym ośrodku.
Wadą rozważanej metody jest to, że nie zapewnia ona funkcjonalizacji nanorurek grupami polarnymi, w wyniku czego tak traktowane nanorurki nadal nie są dobrze zdyspergowane w ośrodkach polarnych.
Najbliższy zastrzeganemu wynalazkowi jest sposób opisany w pracach Chiang Y.-C., Lin W.-H., Chang Y.-C. Wpływ czasu obróbki na wielościenne nanorurki węglowe funkcjonalizowane poprzez utlenianie H2SO4/HNO3 //Applied Surface Science, 2011, tom 257, s. 2401-2410 (prototyp). Według tej metody modyfikację nanorurek CNT osiąga się poprzez ich głębokie utlenienie podczas długotrwałego gotowania w roztworze wodnym zawierającym kwasy siarkowy i azotowy. W tym przypadku w pierwszej kolejności na powierzchnię CNT szczepi się polarne grupy funkcyjne (w szczególności grupy karboksylowe) i przy odpowiednio długim czasie obróbki osiąga się skrócenie nanorurek. Jednocześnie zaobserwowano również zmniejszenie grubości nanorurek na skutek całkowitego utlenienia powierzchniowych warstw węgla do dwutlenku węgla. Warianty tej metody opisano w innych źródłach, np. we wspomnianym artykule Datsyuka V., Kalyvy M. i in., a także Zieglera K.J., Gu Z., Penga H., Flor E.L., Hauge R.H., Smalley R.E. Kontrolowane cięcie oksydacyjne jednościennych nanorurek węglowych //Journal of American Chemical Society, 2005, t. 127, wydanie 5, s. 1541-1547. Opublikowane źródła wskazują, że skrócone utlenione nanorurki węglowe mają zwiększoną zdolność dyspergowania w wodzie i polarnych rozpuszczalnikach organicznych.
Wspólną istotną cechą proponowanej metody i metody prototypowej jest traktowanie nanorurek wodnym roztworem utleniacza. Sposób według wynalazku i sposób prototypowy są również zbieżne pod względem uzyskanego rezultatu, a mianowicie szczepienia polarnych grup funkcyjnych na powierzchni nanorurek CNT uzyskuje się jednocześnie ze skracaniem długich nanorurek CNT.
Wadami metody prototypowej jest konieczność stosowania dużego nadmiaru kwasów, co zwiększa koszty procesu i stwarza problemy środowiskowe podczas utylizacji odpadów, a także utlenianie części nanorurek węglowych do dwutlenku węgla, co zmniejsza wydajność produktu końcowego (modyfikowane nanorurki węglowe) i powoduje, że jest on droższy. Ponadto metoda ta jest trudna do skalowania. W warunkach laboratoryjnych można stosować instrumenty szklane, ale do produkcji pilotażowej preferowany jest sprzęt ze stali nierdzewnej. Gotowanie nanorurek w roztworach kwasów stwarza problem odporności sprzętu na korozję.
Podstawą zastrzeganego wynalazku jest zadanie wyeliminowania wad znanego sposobu poprzez dobór reagenta utleniającego i warunków utleniania.
Problem rozwiązuje się przez to, że zgodnie ze sposobem modyfikacji nanorurek węglowych, który polega na traktowaniu nanorurek węglowych wodnym roztworem utleniacza, obróbkę nanorurek węglowych wodnym roztworem utleniacza prowadzi się jednocześnie z obróbką mechaniczną obróbki, a jako środek utleniający stosuje się roztwór nadsiarczanu lub podchlorynu o pH większym niż 10.
Obróbka mechaniczna odbywa się za pomocą młyna kulkowego.
Utleniacz stosuje się w ilości odpowiadającej 0,1 do 1 g atomu aktywnego tlenu na 1 g atomu węgla nanorurek.
Nadmiar podchlorynu w mieszaninie reakcyjnej przy pH większym niż 10 usuwa się przez dodanie nadtlenku wodoru.
Prowadzenie obróbki nanorurek węglowych wodnym roztworem utleniacza jednocześnie z obróbką mechaniczną i zastosowaniem roztworu nadsiarczanu lub podchlorynu jako utleniacza przy pH większym niż 10 eliminuje konieczność stosowania dużego nadmiaru kwasów, co zwiększa koszt procesu i stwarza problemy środowiskowe podczas utylizacji odpadów, a także utratę gotowego produktu na skutek utlenienia części węgla z nanorurek do dwutlenku węgla.
Do obróbki mechanicznej można stosować urządzenia znane w tej dziedzinie, takie jak młyn kulowy, młyn wibracyjny, młyn kulowy i inne podobne urządzenia. W rzeczywistości młyn kulowy jest jednym z najwygodniejszych urządzeń do rozwiązania zadania.
Jako środki utleniające można stosować nadsiarczan amonu, nadsiarczan sodu, nadsiarczan potasu, podchloryn sodu, podchloryn potasu. Najbardziej skuteczną metodą jest traktowanie nanorurek węglowych roztworem utleniacza o pH większym niż 10. Przy niższym pH dochodzi do korozji sprzętu i nieprawidłowego rozkładu utleniacza z uwolnieniem chloru (z podchlorynu) lub możliwy jest tlen (z nadsiarczanu). Wymaganą wartość pH można ustawić dodając do roztworu znane substancje o odczynie zasadowym, na przykład amoniak, węglan sodu, węglan potasu, wodorotlenek sodu, wodorotlenek potasu i inne substancje alkaliczne, które nie reagują z utleniaczem w warunkach warunki przetwarzania. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę znane dane, że podchloryn reaguje z amoniakiem. Dlatego amoniaku nie można stosować w systemie podchlorynu. W przypadku stosowania nadsiarczanu do ustalenia zasadowego pH można zastosować wszystkie wymienione substancje.
Do realizacji proponowanej metody optymalna ilość utleniacza odpowiada 0,1 do 1 g atomu aktywnego tlenu na 1 g atomu węgla nanorurek. Gdy ilość środka utleniającego jest mniejsza niż określona dolna granica, powstałe modyfikowane nanorurki węglowe są słabiej zdyspergowane w wodzie i polarnych rozpuszczalnikach organicznych. Przekroczenie ilości utleniacza powyżej określonej górnej granicy jest niepraktyczne, ponieważ choć przyspiesza proces utleniania nanorurek, nie poprawia korzystnego efektu.
Do realizacji zaproponowanej metody wykorzystano następujące materiały wyjściowe i sprzęt:
Nanorurki węglowe marek Taunit i Taunit-M produkowane przez NanoTechCenter LLC, Tambov.
Nadsiarczan amonu, czystość analityczna.
Podchloryn sodu według GOST 11086-76 w postaci wodnego roztworu zawierającego 190 g/l aktywnego chloru i 12 g/l wolnego wodorotlenku sodu.
Wodny amoniak 25% czystości analitycznej.
Bezwodny węglan sodu, czystość analityczna.
Woda destylowana.
Dimetyloacetamid, czystość analityczna.
Alkohol etylowy 96%.
Poziomy młyn kulowy MShPM-1/0,05-VK-04 produkcji NPO DISPOD. Jako środek mielący zastosowano kulki dwutlenku cyrkonu o średnicy 1,6 mm.
Instalacja ultradźwiękowa IŁ-10.
Do 4-litrowego pojemnika ze stali nierdzewnej wlano 1460 ml wody destylowanej i rozpuszczono 228,4 g nadsiarczanu amonu, po czym dodano 460 ml 25% amoniaku. Do tego roztworu dodano 1099 g wodnej pasty nanorurek węglowych Taunit-M (oczyszczonych z zanieczyszczeń mineralnych poprzez działanie kwasem solnym) zawierającej 5,46% suchej masy i dokładnie mieszano aż do utworzenia jednorodnej zawiesiny. Otrzymaną zawiesinę załadowano do młyna perełkowego z kulkami ditlenku cyrkonu o średnicy 1,6 mm i poddano obróbce przez 7 godzin. Następnie oczyszczoną zawiesinę wyładowano, odsączono od perełek, zakwaszono kwasem solnym do odczynu kwaśnego, przesączono przez filtr wykonany z włókniny polipropylenowej i przemywano wodą do momentu, aż woda płucząca była obojętna. Przemyty osad odessano pod próżnią i zapakowano w szczelnie zamknięty pojemnik z tworzywa sztucznego. Masowa zawartość suchej masy (nanorurek) w powstałej paście wynosiła 8,52% (reszta stanowiła woda). Powstały produkt wysuszono w piecu w temperaturze 80°C do stałej masy.
Aby przetestować rozpuszczalność (dyspergowalność), próbkę CNTM-1 zdyspergowano w wodzie lub rozpuszczalnikach organicznych za pomocą obróbki ultradźwiękowej. Doświadczenia wykazały, że CNT-1 są dobrze rozpuszczalne w wodzie, najlepiej przy zasadowym pH (powstające przez dodatek amoniaku lub zasad organicznych). Dodatek zasady sprzyja tworzeniu się stabilnego roztworu (dyspersji) modyfikowanych nanorurek, gdyż prowadzi do jonizacji powierzchniowych grup karboksylowych i pojawienia się ładunku ujemnego na nanorurkach.
W ten sposób otrzymano stabilny wodny roztwór (co widać po przezroczystości roztworu i braku płatków) zawierający 0,5% CNTM-1 w obecności 0,5% trietanoloaminy jako regulatora pH. Granica rozpuszczalności CNTM-1 w tym układzie wynosi około 1%, po przekroczeniu tego stężenia pojawiają się wtrącenia żelowe.
W dimetyloacetamidzie (bez obcych dodatków) metodą obróbki ultradźwiękowej otrzymano stabilne, przezroczyste roztwory CNTM-1 o stężeniach masowych 1 i 2%. W tym przypadku dimetyloacetamid, który sam jest słabą zasadą, skutecznie rozpuszcza CNTM-1 bez dodatku obcych regulatorów pH. Roztwór 1% był nieokreślony podczas przechowywania, natomiast po kilku dniach roztwór 2% zaczął wykazywać oznaki tiksotropii, lecz bez tworzenia się aglomeratów.
Do 4-litrowego pojemnika ze stali nierdzewnej wlej 2,7 litra wody destylowanej, dodaj 397,5 g bezwodnego węglanu sodu i mieszaj aż do całkowitego rozpuszczenia. Po rozpuszczeniu węglanu sodu wlano roztwór podchlorynu sodu (0,280 l) i mieszaninę dokładnie wymieszano. Następnie stopniowo, mieszając, dodano 60 g surowego Taunitu-M (zawierającego około 3% wagowych zanieczyszczeń katalizatora, głównie tlenku magnezu) i mieszano aż do uzyskania jednorodnej zawiesiny. Zawiesinę tę załadowano do młyna kulkowego z kulkami tlenku cyrkonu o średnicy 1,6 mm i poddano obróbce przez 7 godzin. Następnie oczyszczoną zawiesinę wyładowano, odsączono od kulek, zakwaszono kwasem solnym do odczynu kwaśnego i trzymano przez 3 dni w temperaturze pokojowej do całkowitego rozpuszczenia pozostałości katalizatora i ewentualnych zanieczyszczeń związkami żelaza (z korpusu i palców młyna kulkowego). . W ten sposób nanorurki zostały jednocześnie oczyszczone kwasem z zanieczyszczeń katalizatora. Powstałą kwaśną zawiesinę przesączono przez filtr wykonany z włókniny polipropylenowej i przemywano wodą aż do zobojętnienia wody płuczącej. Przemyty osad odessano pod próżnią i zapakowano w szczelnie zamknięty pojemnik z tworzywa sztucznego. Masowa zawartość suchej masy (nanorurek) w otrzymanej paście wynosiła 7,33% (reszta stanowiła woda). Powstały produkt wysuszono w piecu w temperaturze 80°C do stałej masy.
Jeśli ilość podchlorynu w mieszaninie reakcyjnej z nanorurkami jest nadmierna, przyspiesza to utlenianie powierzchni nanorurek, ale stwarza problem środowiskowy, ponieważ po zakwaszeniu mieszaniny nieprzereagowany podchloryn uwalnia chlor, zgodnie z równaniem reakcji:
2NaOCl+2НCl→2NaCl+Н 2 O+Сl 2
W celu zneutralizowania nadmiaru podchlorynu do mieszaniny reakcyjnej dodaje się nadtlenek wodoru przy pH większym niż 10. Jak ustaliliśmy, zachodzi następująca reakcja:
NaOCl+H 2 O 2 →NaCl+H 2 O+O 2
W rezultacie powstają nieszkodliwe produkty.
Aby przetestować rozpuszczalność (dyspergowalność), próbkę CNTM-1 zdyspergowano w wodzie lub rozpuszczalnikach organicznych za pomocą obróbki ultradźwiękowej. Doświadczenia wykazały, że CNTM-1 są dobrze rozpuszczalne w wodzie, najlepiej przy zasadowym pH (powstające przez dodatek amoniaku lub trietanoloaminy). Dodatek zasady sprzyja tworzeniu się stabilnego roztworu (dyspersji) modyfikowanych nanorurek, gdyż prowadzi do jonizacji powierzchniowych grup karboksylowych i pojawienia się ładunku ujemnego na nanorurkach.
W ten sposób otrzymano stabilny wodny roztwór (co widać po przezroczystości roztworu i braku płatków) zawierający 0,5% CNTM-1 w obecności 0,5% trietanoloaminy jako regulatora pH. Granica rozpuszczalności CNTM-1 w tym układzie wynosi około 1%, po przekroczeniu tego stężenia pojawiają się wtrącenia żelowe.
W dimetyloacetamidzie (bez obcych dodatków) metodą obróbki ultradźwiękowej otrzymano stabilne, przezroczyste roztwory CNTM-1 o stężeniach masowych 1 i 2%. W tym przypadku dimetyloacetamid, który sam jest zasadą, skutecznie rozpuszcza CNTM-1 bez dodatku obcych regulatorów pH; 1% roztwór był nieokreślony podczas przechowywania, natomiast 2% roztwór zaczął wykazywać oznaki tiksotropii po kilku dniach. , ale bez tworzenia się aglomeratów.
Dla porównania badano rozpuszczalność (pod wpływem ultradźwięków w tych samych warunkach) w tych samych rozpuszczalnikach nanorurek węglowych Taunit-M, utlenionych według procedury podanej w metodzie prototypowej, z mieszaniną kwasów azotowego i siarkowego bez mechanicznego leczenie. Doświadczenia wykazały, że CNT utlenione nadmiarem kwasu azotowego bez obróbki mechanicznej mają taką samą rozpuszczalność jak te otrzymane według zastrzeganego wynalazku. Jednakże proponowana metoda jest łatwa w skalowaniu, nie stwarza problemów z odpornością korozyjną urządzeń oraz problemów środowiskowych przy unieszkodliwianiu odpadów. Proces obróbki mechanochemicznej według zastrzeganego sposobu przebiega w temperaturze pokojowej. Prototypowa metoda wymaga stosowania tak dużego nadmiaru kwasów azotowego i siarkowego, że osadzanie się kamienia i zapewnienie bezpieczeństwa ekologicznego jest bardzo problematyczne.
Przedstawione dane potwierdzają skuteczność zaproponowanej metody wytwarzania modyfikowanych nanorurek CNT. W tym przypadku nie stosuje się agresywnych roztworów kwasów, jak w metodzie prototypowej, a utrata węgla z nanorurek w wyniku utleniania do dwutlenku węgla (węglanu w roztworze zasadowym) jest praktycznie nieobecna.
Tym samym proponowana metoda umożliwia otrzymanie modyfikowanych nanorurek węglowych, które charakteryzują się dobrą dyspergowalnością w wodzie i polarnych rozpuszczalnikach organicznych, można je łatwo skalować i zapewniają produkcję przyjazną dla środowiska.
1. Sposób modyfikacji nanorurek węglowych polegający na traktowaniu nanorurek węglowych wodnym roztworem utleniacza, znamienny tym, że obróbka nanorurek węglowych wodnym roztworem utleniacza prowadzona jest jednocześnie z obróbką mechaniczną i roztworem nadsiarczan lub podchloryn stosuje się jako środek utleniający przy pH większym niż 10, a środek utleniający stosuje się w ilości odpowiadającej 0,1 do 1 g atomu aktywnego tlenu na 1 g atomu nanorurek węglowych.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę mechaniczną prowadzi się za pomocą młyna perełkowego.
3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że nadmiar podchlorynu w mieszaninie reakcyjnej przy pH większym niż 10 usuwa się przez dodanie nadtlenku wodoru.
Podobne patenty:
Wynalazek dotyczy porowatego materiału kompozytowego z węgla. Porowaty węglowy materiał kompozytowy jest utworzony z (A) porowatego materiału węglowego otrzymanego z materiału roślinnego o zawartości krzemu (Si) wynoszącej 5% masowych lub wyższej jako surowca, przy czym wspomniany porowaty materiał węglowy ma zawartość krzemu 1% wag. % lub mniej, oraz (B) materiał funkcjonalny osadzony na porowatym materiale węglowym i mający powierzchnię właściwą 10 m2/g lub większą, określoną metodą adsorpcji azotu metodą BET, oraz objętość porów 0,1 cm3/g lub więcej, co określa się metodą BJH i metodą MP.
Wynalazek dotyczy przemysłu chemicznego. Materiał węglowo-metaliczny w postaci mieszaniny włókien węglowych i cząstek niklu zamkniętych w węglu niestrukturalnym o średnicy od 10 do 150 nanometrów otrzymywany jest w procesie katalitycznej pirolizy etanolu pod ciśnieniem atmosferycznym.
Wynalazek może znaleźć zastosowanie w produkcji materiałów kompozytowych. Wyjściowe nanomateriały węglowe, takie jak nanorurki, nanorurki czy nanowłókna, poddaje się działaniu mieszaniny kwasu azotowego i kwasu solnego w temperaturze 50-100°C przez co najmniej 20 minut, przemywa wodą i suszy.
Wynalazek dotyczy dziedziny chemii fizycznej i koloidalnej i może być stosowany do wytwarzania kompozycji polimerowych. W wyniku oddziaływania nanostruktur i polietylenopoliaminy otrzymuje się drobno zdyspergowaną zawiesinę organiczną nanostruktur zawierających metal węglowy.
Wynalazek dotyczy przemysłu petrochemicznego i chemii plazmy i może być stosowany do przetwarzania plazmowego i usuwania odpadów po rafinacji ropy naftowej. Surowiec w postaci ciekłych węglowodorów 5 jest rozkładany przez wyładowanie elektryczne w urządzeniu wyładowczym umieszczonym w komorze próżniowej 6.
Wynalazek dotyczy dziedziny nanotechnologii, a dokładniej sposobów wypełniania wewnętrznych wnęk nanorurek substancjami chemicznymi i może być stosowany do wypełniania wewnętrznych wnęk nanorurek niezbędną substancją podczas ich stosowania w postaci nanopojemników oraz do celów produkcja nanomateriałów o nowych użytecznych właściwościach.
Wynalazek dotyczy elektronicznego urządzenia grafenowego. Elastyczne i rozciągliwe urządzenie elektroniczne przepuszczające światło zawiera pierwszą elektrodę grafenową, drugą elektrodę grafenową, półprzewodnik grafenowy oraz kontrolną elektrodę grafenową umieszczoną pomiędzy pierwszą i drugą elektrodą grafenową i stykającą się z półprzewodnikiem grafenowym.
Zastosowanie: do produkcji w cyklu zamkniętym nowych produktów nanoelektroniki. Istota wynalazku polega na tym, że w kompleksie nanotechnologicznym opartym na technologii jonowo-sondowej, obejmującym komorę dystrybucyjną ze środkami pompującymi, w której znajduje się centralny robotyczny dystrybutor z możliwością obrotu osiowego, zawierający chwytak nośników substratu , natomiast komora rozdzielcza zawiera kołnierze, za pomocą których jest połączona z komorą załadowczą i modułem implantacji jonów, wychwyt nośników substratu ma możliwość współdziałania z komorą załadunkową i modułem implantacji jonów, wprowadzono moduł pomiarowy obejmujący m.in. mikroskop z sondą skanującą oraz moduł wiązki jonowej z systemem wtryskiwaczy gazu, przy czym są one połączone z kołnierzami komory rozdzielczej i posiadają zdolność współdziałania z wychwytem nośników substratu. Organiczne urządzenie fotowoltaiczne, sposób jego wytwarzania i zastosowanie modyfikatorów zawierających fluor w celu poprawy właściwości organicznych ogniw słonecznych // 2528416
Wynalazek dotyczy dziedziny elektroniki organicznej, a mianowicie organicznych urządzeń fotowoltaicznych (baterii słonecznych i fotodetektorów) wykonanych z wykorzystaniem organicznych związków zawierających fluor jako dodatków modyfikujących.
Wynalazek dotyczy dziedziny chemii, biologii i medycyny molekularnej, a mianowicie sposobu wytwarzania nanorozmiarowego układu do dostarczania trifosforanów nukleozydów. Metoda polega na modyfikacji nośnika, w którym wykorzystuje się nanocząsteczki dwutlenku krzemu zawierające grupę aminową o wielkości do 24 nm, poprzez działanie na ten ostatni estrem N-hydroksysukcynimidowym alifatycznego azydokwasu, a następnie otrzymanie zmodyfikowanego trifosforanu nukleozydu (pppN) poprzez potraktowanie tego ostatniego estrem N-hydroksysukcynimidu alifatycznego mieszaninę trifenylofosfiny/ditiodipirydyny, a następnie inkubację powstałej aktywnej pochodnej pppN z 3-propynyloksypropyloaminą i późniejsze unieruchomienie zmodyfikowanego pppN na powstałych nanocząstkach modyfikowanych azydkiem przez 2-4 godziny.
Wynalazek może znaleźć zastosowanie w przemyśle chemicznym do dokładnego oczyszczania mieszanin gazów zawierających wodór z tlenków węgla poprzez ich uwodornienie do metanu. Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania katalizatora do procesu metanizacji, obejmującego impregnację nośnika na bazie aktywnego tlenku glinu w postaci granulek w roztworze zawierającym azotan niklu, a następnie suszenie w temperaturze 100°C - 120°C C i kalcynacja w temperaturze 450°C-500°C impregnowanego nośnika, przy czym do roztworu azotanu niklu wprowadza się dodatek modyfikujący – kwas organiczny o stężeniu 0,5-20,0% mas., a gotowy katalizator zawiera Monokrystality NiO o średniej wielkości próbki mieszczącej się w przedziale 2-3 nanometrów, o stężeniu NiO 12,0-25,0% wag., a resztę stanowi γ-Al2O3. Rezultat techniczny polega na stworzeniu metody wytwarzania katalizatora metanacji o zwiększonej niezawodności i aktywności, pozwalającej na obniżenie kosztów i skrócenie czasu realizacji metody. 2 wynagrodzenie pliki, 1 tabela, 13 pr.
Wynalazek może znaleźć zastosowanie do wytwarzania modyfikowanych nanorurek węglowych. Metoda modyfikacji nanorurek węglowych polega na obróbce nanorurek węglowych wodnym roztworem utleniacza, którym jest roztwór nadsiarczanu lub podchlorynu o pH większym niż 10, prowadzonym jednocześnie z obróbką mechaniczną. Wynalazek umożliwia otrzymanie modyfikowanych nanorurek węglowych o dobrej dyspergowalności w wodzie i polarnych rozpuszczalnikach organicznych przy niskim zużyciu odczynników w porównaniu ze znanymi metodami. 2 wynagrodzenie f-ly, 2 ave.
Naukowcom z Uniwersytetu Kanagawa (oczywiście jest to Japonia) udało się kontrolować lewitujący obiekt nie tylko bez kontaktu, ale także bez zmiany charakterystyki pola magnetycznego. Wszystko to okazało się możliwe dzięki specjalnej konfiguracji magnesów (ułożonych w szachownicę) i działaniu lasera na pływający dysk. Laser działa w ten sposób, że krawędź dysku nagrzewa się, powstaje różnica temperatur, a dysk porusza się za wiązką. Oto jak to wszystko wygląda:
Jeszcze więcej ciekawostek można znaleźć na stronie polezno.kg
Wyjątkowe Święta Bożego Narodzenia na stacji polarnej na Antarktydzie
Każdy z nas obchodził Święta Bożego Narodzenia inaczej. Niektórzy w ogóle nie uznają tego dnia za święto, niektórzy obchodzą je w gronie przyjaciół, jeszcze inni wyjechali do cieplejszych krajów. Jednak naukowcy ze stacji antarktycznej postanowili wystrzelić specjalny teleskop ważący aż 1,8 tony. Jest to teleskop stratosferyczny, który wykonuje szereg ważnych zadań w zakresie badania procesów powstawania gwiazd i powstawania planet. Urządzenie będzie zawisło na wysokości około 30 kilometrów, badając przestrzeń kosmiczną. Według astronomów teleskopy takie są tańsze od teleskopów orbitalnych, a koszt ich eksploatacji jest znacznie niższy od kosztu eksploatacji teleskopów orbitalnych.
Rury węglowe są niebezpieczne dla zdrowia
Naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu odkryli, że nanorurki węglowe są nie mniej (a być może bardziej) szkodliwe niż azbest. Rzecz w tym, że sama rurka jest bardzo cienka (ludzki układ odpornościowy nie jest zaprojektowany na takie wymiary), ale długa. Zatem, gdy nanorurka dostanie się do płuc, infekuje płuca, a układ odpornościowy w ogóle nie walczy z takim „sąsiadem”. Nie jest jeszcze do końca jasne, czy nanorurki będą gromadzić się w organizmie człowieka w przypadku długotrwałej interakcji z materiałem, jakim są nanorurki węglowe. Ale nawet na krótką metę wszystko to może zaszkodzić zdrowiu ludzkiemu.
Jeśli ktoś jest zainteresowany, szczegółowe informacje można uzyskać w języku angielskim