Enerji, insan yaşamında büyük rol oynayan önemli bir sektördür. Ülkedeki enerji durumu bu sektördeki birçok bilim insanının çalışmalarına bağlıdır. Bugün bu amaçları arıyorlar, güneş ışığından sudan hava enerjisine kadar her şeyi kullanmaya hazırlar. Çevreden enerji üretebilen ekipmanlar oldukça değerlidir.
Genel bilgi
Karbon nanotüpler, silindirik bir şekle sahip, uzun, haddelenmiş grafit düzlemlerdir. Kural olarak, kalınlıkları birkaç santimetre uzunluğa sahip birkaç on nanometreye ulaşır. Nanotüplerin sonunda fulleren parçalarından biri olan küresel bir başlık oluşur.
İki tür karbon nanotüp vardır: metalik ve yarı iletken. Temel farkları akım iletkenliğidir. Birinci tip, akımı 0ºС'ye eşit bir sıcaklıkta, ikincisi ise yalnızca yüksek sıcaklıklarda iletebilir.
Karbon nanotüpleri: özellikleri
Uygulamalı kimya veya nanoteknoloji gibi modern alanların çoğu, karbon çerçeve yapısına sahip nanotüplerle ilişkilidir. Ne olduğunu? Bu yapı, birbirine yalnızca karbon atomlarıyla bağlanan büyük molekülleri ifade eder. Özellikleri kapalı bir kabuğa dayanan karbon nanotüpleri oldukça değerlidir. Ayrıca bu oluşumlar silindirik bir şekle sahiptir. Bu tür tüpler, bir grafit tabakasının sarılmasıyla elde edilebilir veya belirli bir katalizörden büyütülebilir. Fotoğrafları aşağıda sunulan karbon nanotüpleri alışılmadık bir yapıya sahiptir.
Farklı şekil ve boyutlarda gelirler: tek katmanlı ve çok katmanlı, düz ve kavisli. Nanotüpler oldukça kırılgan görünmelerine rağmen güçlü bir malzemedir. Birçok çalışma sonucunda esneme, bükülme gibi özelliklere sahip oldukları tespit edilmiştir. Ciddi mekanik yüklerin etkisi altında elemanlar yırtılmaz veya kırılmaz, yani farklı voltajlara uyum sağlayabilirler.
Toksisite
Yapılan birçok çalışma sonucunda karbon nanotüplerin asbest lifleriyle aynı sorunlara neden olabileceği, yani akciğer kanserinin yanı sıra çeşitli kötü huylu tümörlerin ortaya çıktığı da ortaya çıktı. Asbestin olumsuz etkisinin derecesi, liflerinin tipine ve kalınlığına bağlıdır. Karbon nanotüpler ağırlık ve boyut olarak küçük olduğundan havayla birlikte insan vücuduna kolaylıkla girebilmektedir. Daha sonra plevraya girip göğse girerler ve zamanla çeşitli komplikasyonlara neden olurlar. Bilim insanları bir deney yaparak farelerin yemeğine nanotüp parçacıkları eklediler. Küçük çaplı ürünler pratik olarak vücutta oyalanmadı, ancak daha büyük olanlar midenin duvarlarına kazınarak çeşitli hastalıklara neden oldu.
Makbuz yöntemleri
Günümüzde karbon nanotüpleri üretmek için şu yöntemler bulunmaktadır: ark şarjı, ablasyon, buhar biriktirme.
Elektrik ark deşarjı. Plazmada helyum kullanılarak yanan bir elektrik yükünün elde edilmesi (bu makalede karbon nanotüpleri anlatılmıştır). Bu işlem fulleren üretimine yönelik özel teknik ekipmanlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ancak bu yöntem diğer ark yakma modlarını kullanır. Örneğin azaltılır ve çok büyük kalınlıktaki katotlar da kullanılır. Helyum atmosferi yaratmak için bu kimyasal elementin basıncını arttırmak gerekir. Karbon nanotüpler püskürtme yöntemiyle üretilir. Sayılarının artması için grafit çubuğa bir katalizör eklenmesi gerekir. Çoğu zaman farklı metal gruplarının bir karışımıdır. Daha sonra basınç ve püskürtme yöntemi değişir. Böylece karbon nanotüplerin oluştuğu bir katot birikintisi elde edilir. Bitmiş ürünler katoda dik olarak büyür ve demetler halinde toplanır. 40 mikron uzunluğundadırlar.
Ablasyon. Bu yöntem Richard Smalley tarafından icat edildi. Bunun özü, yüksek sıcaklıklarda çalışan bir reaktörde farklı grafit yüzeylerinin buharlaştırılmasıdır. Karbon nanotüpleri, reaktörün tabanındaki grafitin buharlaşmasıyla oluşur.
Bir soğutma yüzeyi kullanılarak soğutulur ve toplanırlar. İlk durumda eleman sayısı% 60'a eşitse, bu yöntemle rakam% 10 arttı. Lazer absolasyon yönteminin maliyeti diğerlerine göre daha pahalıdır. Kural olarak, reaksiyon sıcaklığı değiştirilerek tek duvarlı nanotüpler elde edilir.
Buhar birikimi. Karbon buharı biriktirme yöntemi 50'li yılların sonlarında icat edildi. Ancak hiç kimse bunun karbon nanotüp üretmek için kullanılabileceğini hayal bile etmedi. Bu yüzden önce yüzeyi katalizörle hazırlamanız gerekir. Kobalt, nikel ve diğerleri gibi çeşitli metallerin küçük parçacıkları olabilir. Katalizör katmanından nanotüpler çıkmaya başlar. Kalınlıkları doğrudan katalitik metalin boyutuna bağlıdır. Yüzey yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve ardından karbon içeren bir gaz verilir. Bunlar arasında metan, asetilen, etanol vb. yer alır. Amonyak ek bir teknik gaz görevi görür. Bu nanotüp üretme yöntemi en yaygın olanıdır. Sürecin kendisi, çok sayıda borunun üretilmesi için daha az mali kaynağın harcanması nedeniyle çeşitli endüstriyel işletmelerde gerçekleşmektedir. Bu yöntemin bir diğer avantajı ise katalizör görevi gören herhangi bir metal parçacıktan dikey elemanların elde edilebilmesidir. Üretim (karbon nanotüpleri her yönden açıklanmıştır), karbon sentezinin bir sonucu olarak görünümlerini mikroskop altında gözlemleyen Suomi Iijima'nın araştırması sayesinde mümkün olmuştur.
Ana türler
Karbon elementleri katman sayısına göre sınıflandırılır. En basit tip tek duvarlı karbon nanotüplerdir. Her biri yaklaşık 1 nm kalınlığındadır ve uzunlukları çok daha fazla olabilir. Yapısına bakılacak olursa ürün, altıgen ağ kullanılarak grafit sarılmış gibi görünüyor. Köşelerinde karbon atomları bulunur. Böylece tüp, dikişi olmayan bir silindir şekline sahiptir. Cihazların üst kısmı fulleren moleküllerinden oluşan kapaklarla kapatılmıştır.
Bir sonraki tip çok duvarlı karbon nanotüplerdir. Silindir şeklinde katlanmış birkaç grafit katmanından oluşurlar. Aralarında 0,34 nm'lik bir mesafe korunur. Bu tür yapı iki şekilde açıklanmaktadır. Birincisine göre, çok katmanlı tüpler, iç içe geçmiş bir oyuncak bebeğe benzeyen, birbirinin içine yerleştirilmiş birkaç tek katmanlı tüptür. İkinciye göre, çok duvarlı nanotüpler, katlanmış bir gazeteye benzeyen, kendi etrafını birkaç kez saran bir grafit tabakasıdır.
Karbon nanotüpleri: uygulama
Elementler nanomalzemeler sınıfının kesinlikle yeni bir temsilcisidir.
Daha önce de belirtildiği gibi, özellikleri grafit veya elmastan farklı olan bir çerçeve yapısına sahiptirler. Bu nedenle diğer malzemelere göre çok daha sık kullanılırlar.
Mukavemet, bükülme, iletkenlik gibi özelliklerinden dolayı birçok alanda kullanılırlar:
- polimerlere katkı maddesi olarak;
- telekomünikasyon ağlarındaki aydınlatma cihazlarının yanı sıra düz panel ekranlar ve tüpler için katalizör;
- elektromanyetik dalgaların emicisi olarak;
- enerji dönüşümü için;
- çeşitli pil türlerinde anot üretimi;
- hidrojen deposu;
- sensör ve kapasitör imalatı;
- Kompozit üretimi, yapı ve özelliklerinin güçlendirilmesi.
Uygulamaları belirli bir endüstriyle sınırlı olmayan karbon nanotüpler uzun yıllardan beri bilimsel araştırmalarda kullanılmaktadır. Büyük ölçekli üretimde sorunlar olduğu için bu malzeme pazarda zayıf bir konuma sahiptir. Bir diğer önemli nokta ise karbon nanotüplerin yüksek maliyetidir; bu tür bir maddenin gramı yaklaşık 120 dolardır.
Birçok spor malzemesinin yapımında kullanılan birçok kompozitin üretiminde temel unsur olarak kullanılırlar. Bir diğer sektör ise otomotiv sektörüdür. Bu alanda karbon nanotüplerin işlevselleştirilmesi, polimerlere iletken özellikler kazandırılmasına indirgenmiştir.
Nanotüplerin ısıl iletkenlik katsayısı oldukça yüksektir, bu nedenle çeşitli büyük ekipmanlar için soğutma cihazı olarak kullanılabilirler. Ayrıca prob tüplerine takılan uçları yapmak için de kullanılırlar.
En önemli uygulama alanı bilgisayar teknolojisidir. Nanotüpler sayesinde özellikle düz ekranlar yaratılıyor. Bunları kullanarak bilgisayarın genel boyutlarını önemli ölçüde azaltabilir ve teknik performansını artırabilirsiniz. Bitmiş ekipman mevcut teknolojilerden birkaç kat daha üstün olacaktır. Bu çalışmalara dayanarak yüksek voltajlı resim tüpleri oluşturulabilir.
Zamanla tüpler sadece elektronikte değil, tıp ve enerji alanlarında da kullanılacak.
Üretme
Üretimi iki türe ayrılan karbon tüpler eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır.
Yani MWNT'ler SWNT'lerden çok daha fazla üretiliyor. İkinci tip acil ihtiyaç durumunda yapılır. Çeşitli şirketler sürekli olarak karbon nanotüpler üretiyor. Ancak maliyetleri çok yüksek olduğu için pratikte talep görmüyorlar.
Üretim liderleri
Günümüzde karbon nanotüp üretiminde lider yer, diğer Avrupa ve Amerika ülkelerine göre 3 kat daha fazla olan Asya ülkeleri tarafından işgal edilmektedir. Özellikle Japonya MWNT üretimiyle uğraşmaktadır. Ancak Kore ve Çin gibi diğer ülkeler bu göstergede hiçbir şekilde aşağı değildir.
Rusya'da üretim
Karbon nanotüplerin yerli üretimi diğer ülkelerin önemli ölçüde gerisinde kalıyor. Aslında her şey bu alanda yapılan araştırmanın kalitesine bağlı. Ülkede bilim ve teknoloji merkezlerinin oluşturulması için buraya ayrılan yeterli mali kaynak yok. Pek çok kişi nanoteknolojideki gelişmeleri sanayide nasıl kullanılabileceğini bilmediği için kabul etmiyor. Dolayısıyla ekonominin yeni bir yola geçişi oldukça zordur.
Bu nedenle Rusya Devlet Başkanı, karbon elementleri de dahil olmak üzere nanoteknolojinin çeşitli alanlarının gelişim yollarını gösteren bir kararname yayınladı. Bu amaçlar için özel bir geliştirme ve teknoloji programı oluşturuldu.
Siparişin tüm noktalarının yerine getirilmesini sağlamak için Rusnanotech şirketi kuruldu. Operasyonu için devlet bütçesinden önemli bir miktar ayrıldı. Karbon nanotüplerin geliştirilmesi, üretimi ve endüstriyel uygulama sürecini kontrol etmesi gereken kişi odur. Tahsis edilen miktar, çeşitli araştırma enstitüleri ve laboratuvarların oluşturulmasına harcanacak ve aynı zamanda yerli bilim adamlarının mevcut çalışmaları da güçlendirilecek. Bu fonlar aynı zamanda karbon nanotüplerin üretimi için yüksek kaliteli ekipman satın almak için de kullanılacak. Bu malzeme birçok hastalığa neden olduğundan insan sağlığını koruyacak cihazlara da dikkat etmekte fayda var.
Daha önce de belirtildiği gibi, bütün sorun fon bulmaktır. Çoğu yatırımcı, özellikle uzun süre bilimsel gelişmelere yatırım yapmak istemiyor. Tüm işadamları kâr elde etmek ister ancak nanogelişme yıllar alabilir. Küçük ve orta ölçekli işletmelerin temsilcilerini iten şey budur. Ayrıca devlet yatırımı olmadan nanomalzeme üretiminin tam olarak başlatılması mümkün olmayacaktır.
Diğer bir sorun ise farklı iş düzeyleri arasında herhangi bir ara bağlantı bulunmadığından yasal bir çerçevenin bulunmamasıdır. Bu nedenle Rusya'da üretimi talep edilmeyen karbon nanotüpler sadece finansal değil zihinsel yatırım da gerektiriyor. Şu ana kadar Rusya Federasyonu, nanoteknolojilerin geliştirilmesinde lider olan Asya ülkelerinden uzaktır.
Bugün bu sektördeki gelişmeler Moskova, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk ve Kazan'daki çeşitli üniversitelerin kimya fakültelerinde yürütülmektedir. Karbon nanotüplerin önde gelen üreticileri Granat şirketi ve Tambov fabrikası Komsomolets'tir.
Olumlu ve olumsuz taraflar
Avantajları arasında karbon nanotüplerin özel özellikleri bulunmaktadır. Mekanik stres altında çökmeyen dayanıklı bir malzemedir. Ayrıca bükme ve esnetme konusunda da iyi çalışırlar. Bu, kapalı çerçeve yapısı sayesinde mümkün oldu. Kullanımları tek bir sektörle sınırlı değildir. Tüpler otomotiv endüstrisinde, elektronikte, tıpta ve enerjide uygulama alanı bulmuştur.
Büyük bir dezavantaj, insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkidir.
Nanotüp parçacıklarının insan vücuduna girmesi kötü huylu tümörlerin ve kanserin oluşmasına yol açmaktadır.
Önemli bir husus bu sektörün finansmanıdır. Pek çok insan bilime yatırım yapmak istemiyor çünkü kar elde etmek çok zaman alıyor. Araştırma laboratuvarlarının işleyişi olmadan nanoteknolojinin gelişmesi imkansızdır.
Çözüm
Karbon nanotüpler yenilikçi teknolojilerde önemli bir rol oynamaktadır. Pek çok uzman bu sektörün önümüzdeki yıllarda büyüyeceğini tahmin ediyor. Üretim yeteneklerinde önemli bir artış olacak ve bu da malların maliyetinde bir düşüşe yol açacak. Fiyatlar düştükçe tüpler büyük talep görecek ve birçok cihaz ve ekipmanın vazgeçilmez malzemesi haline gelecektir.
Böylece bu ürünlerin ne olduğunu öğrendik.
Buluş, hidrojen depolama sistemleri için malzeme imalatı alanıyla ilgili olduğu gibi, karbon nanotüplerin üretimi alanıyla da ilgilidir ve çeşitli hidrojen depolama sistemlerinde taşıyıcı malzeme olarak kullanılan karbon nanotüplerin üretiminde kullanılabilir. Buluşun özü: Karbon nanotüpleri işleme yöntemi, 1500-1600°C sıcaklıkta çinko sülfit buharında 20-30 dakika ısıtmayı içerir. Buluşun teknik sonucu, karbon nanotüplerin emme kapasitesinin arttırılması ve aynı zamanda işlem sürecinin sıcaklığının ve süresinin azaltılmasıdır. 1 masa
Buluş, hidrojen depolama sistemleri için malzeme imalatı alanıyla ilgili olduğu gibi, karbon nanotüplerin üretimi alanıyla da ilgilidir ve çeşitli hidrojen depolama sistemlerinde taşıyıcı malzeme olarak kullanılan karbon nanotüplerin üretiminde kullanılabilir.
Karbon nanotüplerin argon akışında 120 dakika süreyle 1700-2200°C'ye ısıtılarak işlenmesine yönelik bilinen bir yöntem vardır - prototip. Yöntem, karbon nanotüplerin hidrojene göre emme kapasitesinin, işlem sıcaklığına bağlı olarak 1,26-3,09 kat arttırılmasını mümkün kılmaktadır. Bu yöntemin ana dezavantajı, malzemenin emme kapasitesini önemli ölçüde artırmak için yüksek işlem sıcaklıklarının kullanılmasına duyulan ihtiyaçtır. 1700°C'de işlem adsorpsiyon kapasitesini yalnızca 1,26 kat artırırken, sorpsiyon kapasitesini 3,09 kat artırmak için 2200°C'ye ısıtmak gerekir. Dezavantajları ise uzun işlem süresini (120 dakika) içermektedir.
Mevcut buluşun amacı, karbon nanotüplerin emme kapasitesini arttırırken aynı zamanda arıtma prosesinin sıcaklığını ve süresini azaltmaktır.
Bu sorun, karbon nanotüplerin, 1500-1600°C sıcaklıkta kapalı bir hacimde çinko sülfür buharında 20-30 dakika süreyle gerçekleştirilen, ısıtma dahil olmak üzere önerilen işlenmesi yöntemiyle çözülmektedir.
Çinko sülfit buharında işlem, karbon nanotüplerin hidrojene göre emme kapasitesinin 3,4 kat arttırılmasını mümkün kılarken, işlemin sıcaklığı 1500-1600°C'ye düşürülür ve işlem süresi 20-30 °C'ye düşürülür. dakika.
Çinko sülfürün erime noktası 1765°C'dir ve erime noktasında kendi buhar basıncı 4,5 atm'nin üzerindedir. Çinko sülfür katı fazda ısıtıldığında süblimleşir; Yaklaşık 1550°C sıcaklıkta kendi buharının basıncı 1 atm'dir. Malzeme 1600°C'nin üzerine ısıtıldığında çinko sülfür buharları atomik çinko ve moleküler kükürt oluşturmak üzere yoğun bir şekilde ayrışır.
Çinko sülfür buharının etkisi altında karbon nanotüplerin emme kapasitesindeki artış, bu malzemelerin kimyasal etkileşimi nedeniyle nanotüplerin aktif yüzey alanının artmasıyla açıklanmaktadır.
Arıtma prosesi için sıcaklık aralığının seçimi, 1500°C'nin altındaki sıcaklıklarda, ZnS'nin kendi buharının basıncı 1 atm'den az olduğunda çinko sülfürün yeterince yoğun bir şekilde buharlaşmaması ve sorpsiyon kapasitesinde önemli bir artış olmasından kaynaklanmaktadır. nanotüplerin elde edilmesi mümkün değildir. 1600°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, çinko sülfit buharları yoğun bir şekilde ayrışır ve karbon nanotüpleri, ayrışma ürünlerinden biri olan güçlü bir oksitleyici ajan olan gaz halindeki kükürtün etkisi altında hızla yok edilir.
İşlem süresi 20 dakikanın altında olduğunda karbon nanotüplerin soğurma kapasitesi maksimum değerlere ulaşmamaktadır. Tedavi süresi 30 dakikanın üzerine çıktığında, emme kapasitesinin artışı önce durur, sonra azalmaya başlar, bu da nanotüplerin yok olmaya başlamasıyla açıklanabilir.
İşlemin sonunda buharlaşan fazla çinko sülfür, arıtma cihazının soğuk duvarlarında yoğunlaşır ve yeniden kullanım için toplanabilir.
İşleme modları, karşılaştırma amacıyla prototip yöntemi kullanılarak yapılan işleme sonuçlarının alındığı tabloda gösterilmektedir.
| Masa | ||||||
| HAYIR. | İşleme sıcaklığı, °C | İşlem süresi, dk | İşlenmemiş nanotüplerin emme kapasitesi, ağırlıkça % | İşlenmiş nanotüplerin emme kapasitesi, ağırlıkça % | Sorpsiyon kapasitesinde artış | Yol |
| 1. | 1700 | 120 | 1,29 | 1,62 | 1,26 kez | prototip |
| 2. | 1900 | 120 | 1,29 | 2,21 | 1,71 kez | prototip |
| 3. | 2000 | 120 | 1,29 | 2,34 | 1,81 kez | prototip |
| 4. | 2200 | 120 | 1,29 | 3,98 | 3,09 kez | prototip |
| 5. | 1480 | 25 | 1,2 | 3,2 | 2,7 kez | önerilen |
| 6. | 1500 | 25 | 1,2 | 4,1 | 3,4 kez | önerilen |
| 7. | 1550 | 25 | 1,2 | 4,1 | 3,4 kez | önerilen |
| 8. | 1600 | 25 | 1,2 | 4,1 | 3,4 kez | önerilen |
| 9. | 1620 | 25 | 1,2 | 3,4 | 2,8 kez | önerilen |
| 10. | 1650 | 25 | 1,2 | Nanotüplerin imhası | önerilen | |
| 11. | 1550 | 15 | 1,2 | 3,6 | 3 kez | önerilen |
| 12. | 1550 | 20 | 1,2 | 4,1 | 3,4 kez | önerilen |
| 13. | 1550 | 30 | 1,2 | 4,1 | 3,4 kez | önerilen |
| 14. | 1550 | 35 | 1,2 | 4,0 | 3,3 kez | önerilen |
| 15. | 1550 | 40 | 1,2 | 3,7 | 3,1 kez | önerilen |
| Not: Hidrojenle doyma koşulları her durumda aynıdır - basınç 100 atm, sıcaklık 25°C, doyma süresi - 24 saat. |
Tablo, karbon nanotüplerin emme kapasitesinde yalnızca önerilenlere karşılık gelen koşullar altında (satır 6-8, 12-13) maksimum artışın elde edildiğini göstermektedir. Bu durumda prototip yöntemine göre sıcaklık ve tedavi süresi azalır.
1 g ağırlığındaki bir karbon nanotüp numunesi, nanotüpler 30 mm mesafede 0,5 g ağırlığındaki bir çinko sülfür kaynağının üzerine yerleştirilecek şekilde bir kaba yerleştirilir. Konteyner 10-3 mm Hg'ye kadar boşaltılır. ve mühürlendi. Daha sonra kap, 1550°C'ye ısıtılan gradyansız bir fırına yerleştirilir ve 25 dakika tutulur. Daha sonra kap çıkarılır, soğutulur ve açılır. Kabın duvarlarında yoğunlaşan buharlaşan çinko sülfür yeniden kullanılmak üzere toplanır. İşlenen nanotüpler, 100 atm basınç altında ve 25°C sıcaklıkta 24 saat boyunca hidrojen ile doyurulur. Karbon nanotüplerin soğurma kapasitesi orijinal numuneye göre 3,4 kat artar.
Isıtma dahil karbon nanotüplerin işlenmesine yönelik bir yöntem olup özelliği, işlemin 1500-1600°C sıcaklıkta çinko sülfür buharında 20-30 dakika süreyle gerçekleştirilmesidir.
Toz karbon malzemeleri (grafit, karbon, karbon siyahı, CNT'ler, grafenler) çeşitli malzemeler için fonksiyonel dolgu maddeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır ve karbon dolgulu kompozitlerin elektriksel özellikleri, karbonun yapısı ve özelliklerinin yanı sıra teknoloji tarafından da belirlenmektedir. onların üretimi. CNT'ler, dış çapı 10-100 nm olan içi boş, çok duvarlı CNT'ler formundaki allotropik karbon formunun çerçeve yapılarından yapılmış toz bir malzemedir (Şekil 1). Bilindiği gibi, CNT'lerin elektriksel direnci (ρ, Ohm∙m), sentez ve saflaştırma yöntemine bağlıdır ve 5∙10-8 ila 0,008 Ohm∙m arasında değişebilir;
grafitte.
İletken kompozitler üretilirken dielektrik malzemeye yüksek iletkenliğe sahip malzemeler (metal tozları, karbon siyahı, grafit, karbon ve metal elyaflar) eklenir. Bu, polimer kompozitlerin elektriksel iletkenliğini ve dielektrik özelliklerini değiştirmenize olanak sağlar.
Bu çalışma, CNT'lerin elektriksel dirençlerinin modifikasyon yoluyla değiştirilme olasılığını belirlemek amacıyla yapılmıştır. Bu, planlı elektrik iletkenliğine sahip polimer kompozitler için bu tür tüplerin dolgu maddesi olarak kullanımını genişletecektir. Çalışmada ALIT-ISM (Zhitomir, Kiev) tarafından üretilen CNT tozları ve kimyasal modifikasyona tabi tutulan CNT tozları kullanıldı. Karbon malzemelerin elektriksel özelliklerini karşılaştırmak için TU 2166-001-02069289-2007'ye göre sentezlenen CNT "Taunit" (Tambov), TU U 24.1-03291669'a göre üretilen CNT LLC "TMSpetsmash" (Kiev) örneklerini kullandık. -009:2009, pota grafiti . ALIT-ISM ve Taunit tarafından üretilen CNT'ler, bir NiO/MgO katalizörü üzerinde CVD yöntemiyle sentezlenir ve TMSpetsmash LLC tarafından üretilen CNT'ler, bir FeO/NiO katalizörü üzerinde sentezlenir (Şekil 2). Çalışmada aynı koşullar altında ve aynı geliştirilen yöntemler kullanılarak karbon malzeme örneklerinin elektriksel özellikleri belirlendi. Numunelerin elektriksel direnci, 50 kG basınçta preslenen kuru toz numunesinin akım-voltaj özellikleri belirlenerek hesaplandı (Tablo 1).
CNT'lerin modifikasyonu (No. 1-4), fizikokimyasal etkiler kullanılarak CNT'lerin elektrofiziksel özelliklerinin değiştirilme olasılığını gösterdi (bkz. Tablo 1). Özellikle orijinal numunenin elektriksel direnci 1,5 kat azaldı (No. 1); ve 2–4 numaralı numuneler için – 1,5–3 kat artırın.
Aynı zamanda, yabancı maddelerin toplam miktarı (yanmayan kalıntı formundaki pay)
2,21 (orijinal CNT'ler) ila %1,8
1 numaralı örnek ve 3 numaralı örnek için %0,5'e kadar. 2-4 numaralı numunelerin spesifik manyetik duyarlılığı 127∙10-8'den 3,9∙10-8 m3/kg'a düştü. Tüm numunelerin spesifik yüzey alanı neredeyse %40 arttı. Modifiye edilmiş CNT'ler arasında minimum elektriksel direnç (574∙10-6 Ohm∙m) 1 numaralı örnekte kaydedilmiş olup, pota grafitinin direncine (33∙10-6 Ohm∙m) yakındır. Spesifik direnç açısından, Taunit ve TMSpetsmash LLC'den alınan CNT örnekleri, 2, 3 numaralı örneklerle karşılaştırılabilir ve bu örneklerin spesifik manyetik duyarlılığı, değiştirilmiş CNT örneklerinden (ALIT-ISM) daha yüksek bir büyüklük sırasıdır.
CNT'lerin elektriksel direncinin 6∙10-4 ile 6∙10-4 arasında değişebileceği tespit edilmiştir.
12∙10-4 Ohm∙m. Kompozit ve polikristalin malzemeler, kaplamalar, dolgu maddeleri, süspansiyonlar, macunlar ve diğer benzer malzemelerin üretiminde modifiye CNT'lerin kullanımına yönelik spesifikasyonlar geliştirilmiştir.
TU U 24.1-05417377-231:2011 "MWCNT-A dereceli çok duvarlı CNT'lerin nanotozları",
MUN-V (MWCNT-B), MUN-S (MWCNT-S)"
(Tablo 2).
Kompozitlerin polietilen bazına dolgu maddesi olarak değiştirilmiş CNT tozları eklendiğinde, polimer kompozitin elektriksel iletkenliği, elektriksel iletkenliklerindeki artışla birlikte artar. Böylece, CNT'lerin hedeflenen modifikasyonunun bir sonucu olarak, bunların özelliklerini, özellikle de elektriksel direnci değiştirme olasılığı ortaya çıkmaktadır.
Edebiyat
1. Tkachev A.G., Zolotukhin I.V. Katı hal nanoyapılarının sentezi için ekipman ve yöntemler. – M.: Mashinostroenie-1, 2007.
2. Bogatyreva G.P., Marinich M.A., Bazaliy G.A., Ilnitskaya G.D., Kozina G.K., Frolova L.A. Kimyasal işlemin karbon nanotüplerin fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi. Doygunluk. ilmi tr. "Yoğunlaştırılmış maddedeki fullerenler ve nanoyapılar." / Ed.
P.A. Vityaz. – Minsk: Devlet Bilim Kurumu “Isı ve Kütle Transferi Enstitüsü”
onları değiştir A.V. Lykova" Belarus NAS, 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. Polietilen bazlı elektriksel olarak iletken nanokompozitler. Doygunluk. ilmi tr. "Kaya kesme ve metal işleme aletleri - bunların üretimi ve kullanımına yönelik ekipman ve teknoloji." – Kiev: ISM
onlara. V.N.Bakulya NAS of Ukrayna, 2011, sayı 14, s.394–398.
Toz karbon malzemeler (grafit, kömür, kurum, CNT'ler, grafen) farklı malzemelerin fonksiyonel dolgu maddeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır ve karbon dolgulu kompozitlerin elektriksel özellikleri, karbonun yapısı ve özellikleri ile üretim teknolojisi tarafından belirlenmektedir. CNT'ler, dış çapı 10 ila 100 nm olan içi boş çok duvarlı CNT'ler formundaki allotropik karbon formundaki çerçeve yapılarından oluşan toz bir malzemedir (Şekil 1a,b). CNT'lerin elektriksel direncinin (ρ, Ohm∙m) sentez ve saflaştırma yöntemine bağlı olduğu ve grafitinkinden daha düşük olan 5∙10-8 ila 0,008 Ohm∙m arasında değişebileceği bilinmektedir.
Şekil 1. a) – CNT tozu, b) – CNT’nin bir parçası (Güç Elektroniği Mikroskobu)
İletken kompozitlerin üretiminde dielektriklere yüksek iletken malzemeler (metal tozları, teknik karbon, grafit, karbon ve metal elyaflar) eklenir. Bu, polimer kompozitlerin iletkenliğini ve dielektrik özelliklerini değiştirmeye izin verir.
Mevcut araştırma, CNT'lerin spesifik elektrik direncinin modifikasyon yoluyla değiştirilme olasılığını belirlemek için yapıldı. Bu, bu tür tüplerin, planlı elektrik iletkenliğine sahip polimer kompozitlerin dolgu maddesi olarak kullanımını genişletecektir. Araştırmada ALIT-ISM (Zhytomyr, Kiev) tarafından üretilen CNT'lerin ilk toz örnekleri ve çeşitli kimyasal modifikasyonlara tabi tutulan CNT tozları kullanıldı. Karbon malzemelerinin elektrofiziksel özelliklerini karşılaştırmak için, 2166-001-02069289-2007, LLC "TMSpetsmash" (Kiev), 24.1-03291669-009:2009 altında sentezlenen "Taunit" (Tambov, Rusya) numuneleri, pota grafiti, CNT'ler ALIT-ISM tarafından üretilen ve "Taunit", NiO/MgO katalizörü üzerinde CVD yöntemiyle sentezlendi ve FeO/NiO katalizörü üzerinde LLC "TMSpetsmash" tarafından yapılan CNT'ler kullanıldı (Şekil 2).
Şekil 2 a – CNT (ALIT-ISM), b – CNT “TMSpetsmash” (PEM görüntüleri).
ISM'de geliştirilen aynı yöntemler kullanılarak aynı koşullar altında yapılan incelemelerde karbon malzeme örneklerinin elektriksel fiziksel özellikleri belirlendi. 50 kg basınç altında preslenen kuru toz elementin akım-gerilim karakteristiği belirlenerek numunelerin spesifik elektriksel direnci hesaplanmıştır. (Tablo 1).
CNT'lerin (No.1-4) modifikasyonu, fiziksel ve kimyasal etkilerin yardımıyla elektriksel özelliklerinin önemli ölçüde değiştirilebileceğini göstermiştir. Özellikle, ilk numunenin spesifik elektriksel direnci 1,5 kat (No.1) ve No. 1 için azaltıldı. 2 – 4'e gelince 1,5-3 kat arttı.
Bu durumda safsızlıkların toplam miktarı (yanmayan kalıntı formundaki payları) %2,21'den (başlangıçtaki CNT'ler) No.1 için %1,8'e ve No.3 için %0,5'e düşürüldü. 2 – 4 numaralı numunelerin manyetik duyarlılığı sırayla azaltıldı. Tüm numunelerin spesifik yüzey alanı neredeyse %40 oranında arttırıldı. Modifiye edilmiş CNT'ler arasında minimum spesifik elektrik direnci (574∙10-6 Ohm∙m), pota grafitinin direncine (337∙10-6 Ohm∙m) yakın olan 1 numaralı numune için sabitlenmiştir. Spesifik direnç bakımından "Taunit" ve "TMSpetsmash" CNT numuneleri 2 ve 3 numaralı numunelerle karşılaştırılabilir ve bu numunelerin manyetik duyarlılığı, değiştirilmiş CNT numunelerinin ("Alit)kinden daha yüksektir. -ISM").
Böylece, CNT'lerin spesifik elektriksel direnç değerini 6∙10-4÷12∙10-4Ohm∙m aralığında değiştirecek şekilde CNT'lerin değiştirilebileceği belirtildi. Kompozit ve polikristalin malzemelerin, kaplamaların, dolgu maddelerinin, süspansiyonların üretimi için değiştirilmiş CNT'ler için 24.1-05417377-231:2011 "MWCNTs-A, MWCNTs-B, MWCNTs-C dereceli çok duvarlı CNT nanotozları (Tablo 2) geliştirildi. , macunlar ve diğer benzer malzemeler.
Kompozitlerin polietilen bazına, yeni derecelerdeki CNT'lerin değiştirilmiş tozlarının bir dolgu maddesi olarak eklenmesiyle, CNT'lerin elektriksel iletkenliği arttıkça, polimer kompozitin elektriksel iletkenliği artar. Bu nedenle, CNT'lerin yönlendirilmiş modifikasyonunun bir sonucu olarak, bunların özelliklerini, özellikle de elektrik direncinin değerini değiştirmek için yeni fırsatlar ortaya çıkar.
Edebiyat
Buluş, karbon nanomateryallerin teknolojisine, özellikle de modifiye edilmiş karbon nanotüplerin üretilmesine yönelik teknolojiye ilişkindir.
Karbon nanotüpleri (CNT'ler) topaklaşma eğilimi göstererek farklı ortamlarda dağıtılmalarını zorlaştırır. CNT'ler, örneğin yoğun ultrason yoluyla bazı ortamlarda eşit şekilde dağılsalar bile, kısa bir süre sonra kendiliğinden topaklanmalar oluştururlar. Kararlı CNT dispersiyonları elde etmek için, CNT'nin yüzeyine belirli fonksiyonel grupların eklenmesi, CNT'nin çevre ile uyumluluğunun sağlanması, yüzey aktif maddeler kullanılması ve çok uzun CNT'lerin çeşitli yöntemlerle kısaltılmasıyla gerçekleştirilen CNT'leri değiştirmenin çeşitli yöntemleri kullanılır. yöntemler.
Bu buluşun açıklamasında "modifikasyon" terimi, CNT yüzeyinin doğasında ve bireysel nanotüplerin geometrik parametrelerinde bir değişiklik anlamına gelir. Özel bir modifikasyon durumu, belirli fonksiyonel grupların CNT yüzeyine aşılanmasını içeren CNT'lerin işlevselleştirilmesidir.
CNT'leri değiştirmek için, çeşitli sıvı veya gaz halindeki oksitleyici maddelerin (sıvı veya buhar formunda nitrik asit, hidrojen peroksit, farklı pH'ta amonyum persülfat çözeltileri, ozon, nitrojen) etkisi altında CNT'lerin oksidasyonunu içeren bilinen bir yöntem vardır. dioksit ve diğerleri). Bu yöntemle ilgili birçok yayın bulunmaktadır. Bununla birlikte, karbon nanotüplerin oksidasyonuna ilişkin çeşitli yöntemlerin özü aynı olduğundan, yani karbon nanotüplerin yüzeyinin yüzey hidroksil ve karboksil gruplarının oluşumuyla oksidasyonu olduğundan, bu, birinin varyantları olarak tanımlanan çeşitli yöntemlerin dikkate alınmasına neden olur. yöntem. Tipik bir örnek, Datsyuk V., Kalyva M., Papagelis K., Parthenios J., Tasis D., Siokou A., Kallitsis I., Galiotis C.'nin yayınıdır. Çok duvarlı karbon nanotüplerin kimyasal oksidasyonu //Carbon, 2008, cilt.46, s.833-840, çeşitli seçenekleri açıklar (nitrik asit, hidrojen peroksit ve amonyum persülfat kullanılarak).
Ele alınan yöntemin ve talep edilen buluşun ortak temel özellikleri, karbon nanotüplerin bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesidir.
Dikkate alınan yöntem, CNT topaklarını bölmek ve oksitlenmiş CNT'lerin su ve polar organik çözücüler içinde iyi dağılabilirliğini sağlamak için yetersiz verimlilik ile karakterize edilir. Kural olarak, bilinen yöntemlerle oksitlenen karbon nanotüpler, su ve polar organik çözücüler (ultrason etkisi altında) içinde yalnızca çok düşük bir nanotüp konsantrasyonunda (genellikle ağırlıkça %0,001-0,05 civarında) iyi bir şekilde dağılır. . Eşik konsantrasyonu aşıldığında nanotüpler büyük topaklar (pullar) halinde toplanır ve bunlar çöker.
Bir dizi çalışmada, örneğin, Wang Y., Deng W., Liu X., Wang X. Bilyalı öğütülmüş çok duvarlı karbon nanotüplerin elektrokimyasal hidrojen depolama özellikleri //Uluslararası hidrojen enerjisi dergisi, 2009, cilt.34 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. Kriyojenik kırma yoluyla üretilen kısa karbon nanotüpler //Carbon, 2006, cilt.44, s.2984-2989; Konya Z., Zhu J., Niesz K., Mehn D., Kiricsi I. Bilyalı öğütülmüş karbon nanotüplerin uç morfolojisi //Carbon, 2004, cilt.42, s.2001-2008, CNT'leri kısaltarak değiştirmek için bir yöntem açıklar Bunlar, CNT'lerin sıvılarda veya donmuş matrislerde uzun süreli mekanik işlenmesiyle elde edilir. Kısaltılmış CNT'ler sıvılarda daha iyi dağılabilirliğe ve daha iyi elektrokimyasal özelliklere sahiptir.
Ele alınan ve önerilen yöntemlerin ortak temel özellikleri, herhangi bir ortamda dağılmış CNT'lerin mekanik olarak işlenmesidir.
Dikkate alınan yöntemin dezavantajı, CNT'lerin polar gruplarla işlevselleştirilmesini garanti etmemesidir, bunun sonucunda bu şekilde işlenen CNT'ler, polar ortamda hala iyi dağılmamıştır.
Talep edilen buluşa en yakın olanı Chiang Y.-C., Lin W.-H., Chang Y.-C.'nin çalışmalarında açıklanan yöntemdir. H2SO4/HNO3 oksidasyonu ile işlevselleştirilen çok duvarlı karbon nanotüpler üzerindeki işlem süresinin etkisi //Applied Surface Science, 2011, cilt.257, s.2401-2410 (prototip). Bu yönteme göre, CNT'lerin modifikasyonu, sülfürik ve nitrik asit içeren sulu bir çözelti içinde uzun süre kaynatılmaları sırasında derin oksidasyonları ile elde edilir. Bu durumda öncelikle CNT yüzeyine polar fonksiyonel gruplar (özellikle karboksil gruplar) aşılanır ve yeterince uzun bir işlem süresiyle nanotüplerin kısaltılması sağlanır. Aynı zamanda yüzeydeki karbon katmanlarının tamamen karbondioksite oksidasyonuna bağlı olarak nanotüplerin kalınlığında da azalma gözlendi. Bu yöntemin çeşitleri başka kaynaklarda açıklanmaktadır; örneğin Datsyuk V., Kalyva M. ve arkadaşlarının yanı sıra Ziegler K.J., Gu Z., Peng H., Flor E.L., Hauge R.H., Smalley R.E. Tek duvarlı karbon nanotüplerin kontrollü oksidatif kesimi //Journal of American Chemical Society, 2005, cilt.127, sayı 5, s.1541-1547. Yayınlanmış kaynaklar, kısaltılmış oksitlenmiş karbon nanotüplerin su ve polar organik çözücüler içinde dağılma kabiliyetinin arttığını göstermektedir.
Önerilen yöntemin ve prototip yöntemin ortak temel özelliği, CNT'lerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesidir. Buluşa ait yöntem ve prototip yöntemi elde edilen sonuçla da örtüşmektedir; yani polar fonksiyonel grupların CNT'lerin yüzeyine aşılanması, uzun CNT'lerin kısaltılmasıyla eş zamanlı olarak gerçekleştirilir.
Prototip yönteminin dezavantajları, prosesin maliyetini arttıran ve atık bertarafı sırasında çevre sorunları yaratan çok fazla asit kullanımına ihtiyaç duyulmasının yanı sıra, karbon nanotüplerin bir kısmının karbon dioksite oksidasyonu olup, bu da atık miktarını azaltır. Nihai ürünün (modifiye karbon nanotüpler) verimini düşürür ve onu daha pahalı hale getirir. Ayrıca bu yöntemin ölçeklendirilmesi zordur. Laboratuvar koşullarında cam aletler kullanılabilir ancak pilot üretim için paslanmaz çelik aletler tercih edilir. Nanotüplerin asit çözeltilerinde kaynatılması, ekipmanın korozyon direnci sorununu yaratır.
Talep edilen buluşun temeli, oksitleyici reaktifin ve oksidasyon koşullarının seçilmesiyle bilinen yöntemin dezavantajlarının ortadan kaldırılması görevidir.
Sorun, karbon nanotüplerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesini içeren karbon nanotüpleri değiştirme yöntemine göre, karbon nanotüplerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesinin mekanik işlemle aynı anda gerçekleştirilmesiyle çözülür. işlem ve oksitleyici madde olarak pH'ı 10'un üzerinde olan bir persülfat veya hipoklorit çözeltisi kullanılır.
Mekanik işleme bir boncuk değirmeni kullanılarak gerçekleştirilir.
Oksitleyici madde, nanotüplerin 1 g karbon atomu başına 0,1 ila 1 g aktif oksijen atomuna eşdeğer bir miktarda alınır.
10'dan büyük bir pH'ta reaksiyon karışımındaki fazla hipoklorit, hidrojen peroksit ilave edilerek uzaklaştırılır.
Karbon nanotüplerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisi ile mekanik işlemle eşzamanlı olarak işlenmesi ve 10'dan fazla pH'ta bir oksitleyici madde olarak persülfat veya hipoklorit çözeltisinin kullanılması, büyük miktarda asit kullanma ihtiyacını ortadan kaldırır, bu da prosesin maliyetini arttırır ve atık bertarafı sırasında çevresel problemler yaratır, ayrıca nanotüplerdeki karbonun bir kısmının karbondioksite oksidasyonu nedeniyle bitmiş ürün kaybı yaratır.
Mekanik işleme için boncuklu değirmen, titreşimli değirmen, bilyalı değirmen ve diğer benzer cihazlar gibi teknikte bilinen cihazlar kullanılabilir. Aslında boncuklu değirmen, sorunu çözmek için en uygun cihazlardan biridir.
Oksitleyici maddeler olarak amonyum persülfat, sodyum persülfat, potasyum persülfat, sodyum hipoklorit, potasyum hipoklorit kullanılabilir. En etkili şekilde talep edilen yöntem, karbon nanotüplerin pH değeri 10'un üzerinde olan bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesi sırasında gerçekleştirilir. Daha düşük bir pH'ta, ekipmanın korozyonu ve oksitleyici maddenin klor salınımı (hipokloritten) ile uygun olmayan şekilde ayrışması veya oksijen (persülfattan) mümkündür. Gerekli pH değeri, çözeltiye alkalin reaksiyonu olan bilinen maddelerin, örneğin amonyak, sodyum karbonat, potasyum karbonat, sodyum hidroksit, potasyum hidroksit ve oksitleyici maddeyle reaksiyona girmeyen diğer alkalin maddelerin eklenmesiyle ayarlanabilir. işleme koşulları. Bu durumda hipokloritin amonyakla reaksiyona girdiği bilinen veriler dikkate alınmalıdır. Bu nedenle hipoklorit sisteminde amonyak kullanılamaz. Alkali bir pH oluşturmak için persülfat kullanıldığında, listelenen maddelerin tümü kullanılabilir.
Önerilen yöntemi uygulamak için, oksitleyici maddenin optimal miktarı, nanotüplerin 1 g karbon atomu başına 0,1 ila 1 g aktif oksijen atomuna eşdeğerdir. Oksitleyici maddenin miktarı belirtilen alt sınırdan az olduğunda, elde edilen modifiye karbon nanotüpler su ve polar organik çözücüler içinde daha az iyi dağılır. Oksitleyici miktarının belirtilen üst sınırın üzerine çıkması pratik değildir çünkü nanotüplerin oksidasyon sürecini hızlandırmasına rağmen faydalı etkiyi iyileştirmez.
Önerilen yöntemi uygulamak için aşağıdaki başlangıç malzemeleri ve ekipmanları kullanıldı:
NanoTechCenter LLC, Tambov tarafından üretilen Taunit ve Taunit-M markalarının karbon nanotüpleri.
Amonyum persülfat, analitik dereceli.
GOST 11086-76'ya göre 190 g/l aktif klor ve 12 g/l serbest sodyum hidroksit içeren sulu çözelti formunda sodyum hipoklorit.
Sulu amonyak %25 analitik dereceli.
Susuz sodyum karbonat, analitik kalitede.
Arıtılmış su.
Dimetilasetamid, analitik dereceli.
Etil alkol %96.
NPO DISPOD tarafından üretilen yatay boncuklu değirmen MShPM-1/0.05-VK-04. Öğütme ortamı olarak 1,6 mm çapında zirkonyum dioksit topları kullanıldı.
Ultrasonik kurulum IL-10.
4 litrelik paslanmaz çelik bir kaba 1460 ml damıtılmış su döküldü ve 228,4 g amonyum persülfat çözüldü, ardından 460 ml %25 amonyak ilave edildi. %5,46 kuru madde içeren 1099 g sulu Taunit-M karbon nanotüp macunu (hidroklorik asit ile işlenerek mineral safsızlıklarından arındırılmış) bu çözeltiye ilave edildi ve homojen bir süspansiyon oluşana kadar iyice karıştırıldı. Ortaya çıkan süspansiyon, çapı 1,6 mm olan zirkonyum dioksit boncukları içeren bir boncuk değirmenine yüklendi ve 7 saat süreyle işlendi. Daha sonra işlenmiş süspansiyon boşaltıldı, boncuklardan süzüldü, hidroklorik asit ile asidik bir reaksiyona asitleştirildi, dokunmamış polipropilen malzemeden yapılmış bir filtreden süzüldü ve yıkama suyu nötr olana kadar suyla yıkandı. Yıkanan çökelti vakumla emildi ve kapalı bir plastik kapta paketlendi. Ortaya çıkan macundaki kuru maddenin (nanotüpler) kütle içeriği %8,52 idi (geri kalanı suydu). Nihai ürün, 80°C'deki bir fırında sabit ağırlığa kadar kurutuldu.
Çözünürlüğü (dağılabilirliği) test etmek için bir CNTM-1 numunesi, ultrason işlemi kullanılarak su veya organik çözücüler içinde dağıtıldı. Deneyler, CNT-1'in suda, tercihen bazik pH'ta (amonyak veya organik bazların eklenmesiyle oluşturulan) yüksek oranda çözünür olduğunu göstermiştir. Bir bazın eklenmesi, yüzey karboksil gruplarının iyonlaşmasına ve nanotüpler üzerinde negatif bir yükün ortaya çıkmasına yol açtığı için, değiştirilmiş nanotüplerin stabil bir çözeltisinin (dağılımının) oluşumunu teşvik eder.
Böylece, pH düzenleyici olarak %0,5 trietanolamin varlığında %0,5 CNTM-1 içeren stabil bir sulu çözelti (çözeltinin şeffaflığından ve pulların yokluğundan görülebileceği gibi) elde edildi. CNTM-1'in bu sistemdeki çözünürlük sınırı yaklaşık %1'dir; bu konsantrasyon aşıldığında jel kalıntıları ortaya çıkar.
Dimetilasetamidde (yabancı katkı maddeleri olmadan), ultrasonik işlemle kütle konsantrasyonları %1 ve %2 olan CNTM-1'in stabil şeffaf çözeltileri elde edildi. Bu durumda, kendisi de zayıf bir baz olan dimetilasetamid, dışarıdan pH düzenleyicilerin eklenmesine gerek kalmadan CNTM-1'i etkili bir şekilde çözer. %1'lik çözelti depolama sırasında süresiz olarak stabildi, ancak birkaç gün sonra %2'lik çözelti tiksotropi belirtileri göstermeye başladı, ancak topaklanma oluşmadı.
4 litrelik paslanmaz çelik bir kaba 2,7 litre damıtılmış su dökün, 397,5 g susuz sodyum karbonat ekleyin ve tamamen eriyene kadar karıştırın. Sodyum karbonatın çözülmesinden sonra sodyum hipoklorit çözeltisi (0,280 L) döküldü ve karışım iyice karıştırıldı. Daha sonra yavaş yavaş karıştırılarak 60 g ham Taunit-M (ağırlıkça yaklaşık %3 oranında katalizör yabancı maddeleri, ağırlıklı olarak magnezyum oksit içerir) ilave edildi ve homojen bir süspansiyon elde edilinceye kadar karıştırıldı. Bu süspansiyon, 1.6 mm çaplı zirkonya boncukları içeren bir boncuk öğütücüye yüklendi ve 7 saat süreyle işlendi. Daha sonra işlenmiş süspansiyon boşaltıldı, boncuklardan süzüldü, hidroklorik asit ile asidik bir reaksiyona asitleştirildi ve katalizör kalıntılarını ve demir bileşiklerinin olası safsızlıklarını (boncuk değirmeninin gövdesinden ve parmaklarından) tamamen çözmek için 3 gün oda sıcaklığında tutuldu. . Böylece nanotüpler eş zamanlı olarak katalizör safsızlıklarından asitle temizlendi. Nihai asidik süspansiyon, dokunmamış polipropilen malzemeden yapılmış bir filtreden süzüldü ve yıkama suyu nötr hale gelinceye kadar suyla yıkandı. Yıkanan çökelti vakumla emildi ve kapalı bir plastik kapta paketlendi. Ortaya çıkan macundaki kuru maddenin (nanotüpler) kütle içeriği %7,33'tü (geri kalanı suydu). Nihai ürün, 80°C'deki bir fırında sabit ağırlığa kadar kurutuldu.
Nanotüplerle reaksiyon karışımındaki hipoklorit miktarının fazla olması nanotüplerin yüzeyinin oksidasyonunu hızlandırır ancak çevre sorunu yaratır çünkü karışım asitlendiğinde reaksiyona girmemiş hipoklorit, reaksiyon denklemine göre klor açığa çıkarır:
2NaOCl+2НCl→2NaCl+Н 2 O+Сl 2
Fazla hipokloritin nötralize edilmesi için reaksiyon karışımına pH'ı 10'un üzerinde olan hidrojen peroksit ilave edilir. Belirlediğimiz gibi aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:
NaOCl+H202 →NaCl+H2O+O2
Bunun sonucunda zararsız ürünler oluşur.
Çözünürlüğü (dağılabilirliği) test etmek için bir CNTM-1 numunesi, ultrason işlemi kullanılarak su veya organik çözücüler içinde dağıtıldı. Deneyler, CNT-1'in suda, tercihen bazik pH'ta (amonyak veya trietanolamin ilavesiyle oluşturulan) yüksek oranda çözünür olduğunu göstermiştir. Bir bazın eklenmesi, yüzey karboksil gruplarının iyonlaşmasına ve nanotüpler üzerinde negatif bir yükün ortaya çıkmasına yol açtığından, değiştirilmiş nanotüplerin stabil bir çözeltisinin (dağılımının) oluşumunu teşvik eder.
Böylece, pH düzenleyici olarak %0,5 trietanolamin varlığında %0,5 CNTM-1 içeren stabil bir sulu çözelti (çözeltinin şeffaflığından ve pulların yokluğundan görülebileceği gibi) elde edildi. CNTM-1'in bu sistemdeki çözünürlük sınırı yaklaşık %1'dir; bu konsantrasyon aşıldığında jel kalıntıları ortaya çıkar.
Dimetilasetamidde (yabancı katkı maddeleri olmadan), ultrasonik işlemle kütle konsantrasyonları %1 ve %2 olan CNTM-1'in stabil şeffaf çözeltileri elde edildi. Bu durumda, kendisi de bir baz olan dimetilasetamid, harici pH düzenleyicileri eklenmeden CNTM-1'i etkili bir şekilde çözer; %1'lik çözelti depolama sırasında süresiz olarak stabil kalırken, %2'lik çözelti birkaç gün sonra tiksotropi belirtileri göstermeye başladı. , ancak formasyon topakları olmadan.
Karşılaştırma için, çözünürlük (aynı koşullar altında ultrasonun etkisi altında), prototip yönteminde verilen prosedüre göre oksitlenen Taunit-M karbon nanotüplerinin aynı solventlerinde, mekanik olmadan nitrik ve sülfürik asitlerin bir karışımı ile incelenmiştir. tedavi. Deneyler, mekanik işlem yapılmadan fazla nitrik asitle oksitlenen CNT'lerin, talep edilen buluşa göre elde edilenlerle aynı çözünürlüğe sahip olduğunu göstermiştir. Ancak önerilen yöntemin ölçeklendirilmesi kolaydır, ekipmanın korozyon direncinde herhangi bir sorun yoktur ve atık nötralizasyonu ile ilgili çevresel sorunlar yoktur. Talep edilen yönteme göre mekanokimyasal arıtma işlemi oda sıcaklığında gerçekleşir. Prototip yöntemi, nitrik ve sülfürik asitlerin o kadar büyük bir miktarının kullanılmasını gerektiriyor ki, bunu ölçeklendirmek ve çevre güvenliğini sağlamak çok sorunlu.
Sunulan veriler, değiştirilmiş CNT'lerin üretilmesi için önerilen yöntemin etkinliğini doğrulamaktadır. Bu durumda, prototip yönteminde olduğu gibi agresif asit çözeltileri kullanılmaz ve karbon dioksite (alkalin çözeltideki karbonat) oksidasyon nedeniyle nanotüplerden karbon kaybı pratikte yoktur.
Böylece önerilen yöntem, suda ve polar organik çözücülerde iyi dağılabilirliğe sahip, kolaylıkla ölçeklendirilebilen ve çevre dostu üretim sağlayan modifiye karbon nanotüplerin elde edilmesini mümkün kılmaktadır.
1. Karbon nanotüplerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesini içeren, karbon nanotüpleri değiştirmek için bir yöntem; özelliği, karbon nanotüplerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisi ile işlenmesinin, mekanik işlemle eş zamanlı olarak gerçekleştirilmesi ve persülfat veya hipoklorit, pH 10'un üzerinde bir oksitleyici madde olarak kullanılır ve oksitleyici madde, 1 g-atom karbon nanotüp başına 0,1 ila 1 g-atom aktif oksijene eşdeğer bir miktarda alınır.
2. İstem l'e uygun yöntem olup özelliği, mekanik işlemin bir boncuklu değirmen kullanılarak gerçekleştirilmesidir.
3. İstem 1'e uygun yöntem olup özelliği, pH değeri 10'un üzerinde olan reaksiyon karışımındaki fazla hipokloritin, hidrojen peroksit ilave edilerek uzaklaştırılmasıdır.
Benzer patentler:
Buluş gözenekli bir karbon kompozit malzeme ile ilgilidir. Gözenekli karbon kompozit malzeme, (A) ham madde olarak kütle olarak %5 veya daha yüksek bir silikon (Si) içeriğine sahip bir bitki malzemesinden elde edilen gözenekli bir karbon malzemeden oluşturulur; adı geçen gözenekli karbon malzeme, ağırlıkça %1 oranında bir silikon içeriğine sahiptir. % veya daha az ve (B) gözenekli bir karbon malzeme üzerinde desteklenen ve BET yöntemiyle nitrojen adsorpsiyonu ile belirlendiği üzere 10 m2/g veya daha fazla spesifik yüzey alanına ve 0,1 gözenek hacmine sahip fonksiyonel bir malzeme. BJH yöntemi ve MP yöntemiyle belirlenen cm3/g veya daha fazla.
Buluş kimya endüstrisi ile ilgilidir. 10 ila 150 nanometre çapında yapılandırılmamış karbon içinde kapsüllenmiş karbon fiberler ve nikel parçacıklarının bir karışımı formundaki karbon-metalik malzeme, etanolün atmosferik basınçta katalitik pirolizi ile elde edilir.
Buluş kompozit malzemelerin üretiminde kullanılabilir. Nanotüpler, nanoiplikler veya nanofiberler gibi başlangıç karbon nanomateryalleri, nitrik ve hidroklorik asit karışımında 50-100°C sıcaklıkta en az 20 dakika işleme tabi tutulur, suyla yıkanır ve kurutulur.
Buluş fiziksel ve kolloidal kimya alanıyla ilgilidir ve polimer bileşimlerinin hazırlanmasında kullanılabilir. Nanoyapıların ve polietilen poliaminin etkileşimi ile karbon metali içeren nanoyapıların ince dağılmış bir organik süspansiyonu elde edilir.
Buluş petrokimya endüstrisi ve plazma kimyası ile ilgilidir ve petrol rafineri atıklarının plazma işlenmesi ve bertarafı için kullanılabilir. Sıvı hidrokarbon besleme stoğu (5), bir vakum odasında (6) yer alan bir boşaltma cihazında bir elektrik deşarjı yoluyla ayrıştırılır.
Buluş, nanoteknoloji alanıyla ve daha kesin olarak nanotüplerin iç boşluklarını kimyasal maddelerle doldurma yöntemleriyle ilgilidir ve nanotüplerin iç boşluklarını, nanokaplar şeklinde kullanıldığında gerekli maddeyle doldurmak için kullanılabilir. yeni kullanışlı özelliklere sahip nanomalzemelerin üretimi.
Buluş bir elektronik grafen cihazı ile ilgilidir. Esnek ve gerilebilir ışık ileten elektronik cihaz, bir birinci grafen elektrotu, bir ikinci grafen elektrotu, bir grafen yarı iletkeni ve birinci ve ikinci grafen elektrotları arasında konumlandırılan ve grafen yarı iletken ile temas halinde olan bir kontrol grafen elektrotunu içerir.
Kullanım: Yeni nanoelektronik ürünlerin kapalı çevrim üretimi için. Buluşun özü, iyon ve prob teknolojilerine dayalı bir nanoteknolojik kompleksin, pompalama araçlarına sahip bir dağıtım odasını içeren, eksenel dönme olasılığı olan merkezi bir robot dağıtıcısının yerleştirildiği, bir substrat taşıyıcı tutucusu içeren bir nanoteknolojik komplekste yattığı gerçeğinde yatmaktadır. dağıtım odası, bir yükleme odası ve bir iyon implantasyon modülü ile bağlandığı flanşlar içerirken, substrat taşıyıcılarının yakalanması, yükleme odası ve iyon implantasyon modülü ile etkileşime girme yeteneğine sahiptir; aşağıdakileri içeren bir ölçüm modülü eklenmiştir: bir taramalı prob mikroskobu ve bir gaz enjektör sistemine sahip bir iyon ışını modülü, bunlar dağıtım odasının flanşlarına bağlanırken ve substrat taşıyıcılarının yakalanmasıyla etkileşime girme yeteneğine sahiptir. Organik fotovoltaik cihaz, üretim yöntemi ve organik güneş pillerinin özelliklerini iyileştirmek için flor içeren değiştiricilerin kullanımı // 2528416
Buluş organik elektronik alanıyla, yani değiştirici katkı maddeleri olarak organik flor içeren bileşikler kullanılarak yapılan organik fotovoltaik cihazlarla (güneş pilleri ve fotodetektörler) ilgilidir.
Buluş kimya, biyoloji ve moleküler tıp alanlarıyla, yani nükleosid trifosfatların dağıtımı için nano boyutlu bir sistemin üretilmesine yönelik bir yöntemle ilgilidir. Yöntem, boyutu 24 nm'ye kadar olan amino içeren silikon dioksit nanoparçacıklarını kullanan taşıyıcının, ikincisinin bir alifatik azidoasit N-hidroksisüksinimid ester ile işlenmesi yoluyla değiştirilmesini ve daha sonra ikincinin bir alifatik azidoasit ile işlenmesiyle değiştirilmiş bir nükleosid trifosfat (pppN) elde edilmesini içerir. bir trifenilfosfin/ditiyodipiridin karışımı, ardından elde edilen aktif türev pppN'nin 3-propiniloksipropilamin ile inkübasyonu ve ardından modifiye edilmiş pppN'nin elde edilen azitle modifiye edilmiş nanopartiküller üzerinde 2-4 saat boyunca immobilizasyonu.
Buluş, kimya endüstrisinde hidrojen içeren gaz karışımlarının karbon oksitlerden metana hidrojenlenmesi yoluyla ince saflaştırılması için kullanılabilir. Buluş metanasyon prosesi için bir katalizör üretmeye yönelik bir yöntemle ilgilidir; bu yöntem, aktif alüminyum oksit bazlı bir taşıyıcının granül formunda nikel nitrat içeren bir çözelti içerisine emdirilmesini ve ardından 100°C - 120°C sıcaklıkta kurutulmasını içerir. C ve emprenye edilmiş taşıyıcının 450°C-500°C sıcaklıkta kalsinasyonu, nikel nitrat çözeltisine değiştirici bir katkı maddesi eklenir - ağırlıkça %0,5-20,0 konsantrasyona sahip bir organik asit ve bitmiş katalizör şunları içerir: Ortalama numune boyutu 2-3 nanometre aralığında olan, NiO konsantrasyonu ağırlıkça %12,0-25,0 ve γ-Al2O3 - geri kalanı olan NiO tek kristalitler. Teknik sonuç, güvenilirliği ve etkinliği arttırılmış bir metanasyon katalizörü üretmeye yönelik, maliyetlerin azaltılmasına ve yöntemin uygulanması için gereken sürenin kısaltılmasına olanak tanıyan bir yöntem oluşturulmasından ibarettir. 2 maaş dosyalar, 1 tablo, 13 pr.
Buluş, modifiye edilmiş karbon nanotüpleri üretmek için kullanılabilir. Karbon nanotüpleri değiştirme yöntemi, karbon nanotüplerin, mekanik işlemle eş zamanlı olarak 10'dan yüksek bir pH'ta persülfat veya hipoklorit çözeltisi olan sulu bir oksitleyici madde çözeltisiyle işlenmesini içerir. Buluş, bilinen yöntemlere kıyasla düşük reaktif tüketimiyle, su ve polar organik çözücüler içinde iyi dağılabilirliğe sahip modifiye edilmiş karbon nanotüplerin elde edilmesini mümkün kılar. 2 maaş f-ly, 2 caddesi.
Kanagawa Üniversitesi'nden bilim adamları (tabii ki burası Japonya), havaya yükselen bir nesneyi yalnızca temas etmeden değil, aynı zamanda manyetik alanın özelliklerini değiştirmeden de kontrol edebildiler. Tüm bunların, mıknatısların özel konfigürasyonu (dama tahtası şeklinde yerleştirilmişlerdir) ve lazerin yüzen disk üzerindeki etkisi sayesinde mümkün olduğu ortaya çıktı. Lazer, diskin kenarının ısınmasını, sıcaklık farkının oluşmasını ve diskin ışının ardından hareket etmesini sağlayacak şekilde hareket eder. İşte her şey şöyle görünüyor:
Daha da ilginç gerçekleri polezno.kg web sitesinde bulabilirsiniz.
Antarktika kutup istasyonunda eşsiz bir Noel
Her birimiz Noel'i farklı şekilde kutladık. Kimisi bu günü hiç tatil olarak görmüyor, kimisi arkadaşlarıyla kutluyor, kimisi daha sıcak iklimlere gidiyor. Ancak Antarktika istasyonundaki bilim adamları, 1,8 ton ağırlığında özel bir teleskop fırlatmaya karar verdiler. Bu, yıldız oluşumu ve gezegen oluşumu süreçlerini incelemek için bir dizi önemli görevi yerine getiren stratosferik bir teleskoptur. Cihaz yaklaşık 30 kilometre yükseklikte durarak uzayı inceleyecek. Gökbilimcilere göre, bu tür teleskoplar yörünge teleskoplarından daha ucuzdur ve bunların işletim maliyeti, yörünge teleskoplarının işletme maliyetinden çok daha düşüktür.
Karbon tüpler sağlığa zararlıdır
Edinburgh Üniversitesi'nden bilim adamları, karbon nanotüplerin asbestten daha az (ve belki daha fazla) zararlı olmadığını keşfettiler. Mesele şu ki, tüpün kendisi çok ince (insanın bağışıklık sistemi bu boyutlar için tasarlanmamıştır), fakat uzundur. Böylece bir nanotüp akciğere girdiğinde akciğeri enfekte eder ve bağışıklık sistemi böyle bir “komşu” ile hiçbir şekilde savaşmaz. Karbon nanotüp malzemesi ile uzun süreli etkileşim durumunda nanotüplerin insan vücudunda birikip birikmeyeceği henüz tam olarak belli değil. Ancak kısa vadede bile tüm bunlar insan sağlığına zarar verebilir.
İlgilenen olursa İngilizce detaylı bilgi alabilir