Karbon nanotüpleri işleme yöntemi. Karbon nanotüpleri değiştirme yöntemi

M. M. Mikhnev, N. N. Ishenina, V. N. Nagovitsin

HOHEYCOMB PANEL İMALATI SIRASINDA YAPIŞKANLI BİRLEŞİK PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

Makale, yapışkan derz derisi ceketi - petek dolgusunun mukavemet kriterlerini kapsamaktadır.

Üretilen petek panellerin yapısal özelliklerine göre, yapışkan bağlantının gerekli mukavemeti için gerekli olan yapışkan dolgunun teorik yüksekliğinin hesaplanması sunulmaktadır.

Anahtar Kelimeler: petek panel, yapıştırmalı birleştirme, mukavemet kriterleri.

M. M. Simunin, S. V. Hartov, I. V. Nemtsev, A. V. Shiversky, A. S. Voronin

KARBON NANOTÜPLERLE DEĞİŞTİRİLMİŞ GÖZENEKLİ ANODİK ALÜMİNYUM OKSİTİN MORFOLOJİSİ*

Karbon nanotüplerin sentezi için bir substrat oluşturma aracı olarak, anodik alüminyum oksidin karbon nanotüplerle değiştirilmesine yönelik deneysel bir teknoloji geliştirilmiştir. Aktif bir nano tüylü malzemenin oluşumunun ara aşamasında gözenekli anodik alüminyum oksidin morfolojisi dikkate alınır.

Anahtar kelimeler: karbon nanotüpler, gözenekli alüminyum oksit, katalitik substratlar, nanomembranlar.

Karbon nanotüpler (CNT'ler) elektronikte çok yaygın bir malzemedir. Bu konuda en büyük başarı emisyon teknolojisinde elde edildi. Ne yazık ki, yoğun bir karbon nanotüp "ormanı", nanotüplerin uçlarından nispeten kısa mesafelerde bile homojen bir yayma yüzeyi temsil eder, dolayısıyla yönlendirilmiş, uzak aralıklı nanotüplerin sentezi acil bir bilimsel sorundur. Ek olarak, yönlendirilmiş karbon nanotüplerin üretimi, örneğin bir kılavuz alanın getirilmesi veya CNT'lerin büyümesi sırasında bir buhar-gaz karışımının akış hızının ve tekdüzeliğinin hassas kontrolü gibi bir dizi teknolojik zorlukla ilişkilidir. Bir dizi ayrı dikey karbon nanotüp elde etmenin, yeni tipte aktif nanomembranlar, özellikle de her bir nanogözeneğin 2 bağımsız elektrot içerdiği NEMS membranları (NEMS membranları durumunda, bir tane) membranları oluşturmak için de önemli olduğu belirtilmelidir. elektrotların mekanik durumunu kontrollü bir şekilde değiştirebilmesi). Bu yaklaşım, konsepti ve teknolojisi yazarlar tarafından geliştirilmekte olan aktif nanopolar malzemenin uygulamalarından biridir.

Gereksinimleri karşılayan bir dizi nanotüp elde etmenin umut verici bir yolu, yönlendirilmiş nanotüplerin sentezidir.

anodik alüminyum oksitin gözeneklerinde. Bu durumda yukarıdaki sorunların her ikisi de aynı anda çözülür. Bu nedenle, nanotüplerle modifiye edilmiş gözenekli anodik alüminyum oksidin (PAA) morfolojisinin incelenmesi acil bir bilimsel problem gibi görünmektedir.

Numune alma yöntemi. Tip 1 numuneler gözeneklerde ve yüzeyde karbon nanotüpleri bulunan PAO'dur. Oluşumları aşağıdaki yöntem kullanılarak gerçekleştirildi. A0 sınıfı alüminyum folyo, 70 mA akımda galvanostatik modda 40 dakika boyunca oksalik elektrolit içerisinde anodize edildi. Anodizasyon, 15 mikronluk gözenekli anodik oksit tabakasının oluşmasıyla sonuçlandı. Ortaya çıkan PAO, karbon nanotüplerin büyümesi için bir katalizör öncüsü ile emprenye edildi ve ardından etanolün katalitik pirolizi ile sentezlendi.

Tip 2 numuneler, CNT'leri açığa çıkarmak için ıslak olarak kazınmış, gözeneklerde yalnızca karbon nanotüpleri bulunan PAO'dur. Numune tip 1'e benzer bir yöntemle elde edildi, ancak CNT'lerin sentezinden sonra nanotüpler PAO yüzeyinden mekanik olarak uzaklaştırıldı, böylece gözeneklerde sadece nanotüpler kaldı ve ardından PAO bir CrO3-H3P04- içerisine kazındı. gezgin.

*Çalışma, 2009-2013 yılları için Federal Hedef Programı “Yenilikçi Rusya'nın Bilimsel ve Bilimsel-Pedagojik Personeli”nin mali desteğiyle gerçekleştirildi.

Örnekleri incelemek için metodoloji. Yüzey morfolojisi, yöntem kullanılarak bir Hyacy B5500 mikroskobu üzerinde ikincil elektron modunda taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Numune hazırlama işlemi sırasında numuneler yüksek mekanik mukavemet ve tribolojik direnç gösterdi; bu nedenle numuneler, malzemelerin mekanik işlenmesinde elektron mikroskobu için standart yöntemler kullanılarak hazırlandı.

Araştırma sonuçları. SEM çalışmaları, tip 1 numunelerin yüzeyinin (Şekil 1), PAO'nun yüzeyindeki öncülden oluşan artık katalizörün neden olduğu, ancak gözeneklere girin. Numunenin yüzeyinde, içinde karbon nanotüpler bulunan PAO gözeneklerinin görülebildiği, karbon nanotüp tabakasının kopma alanları bulundu (Şekil 1, b).

Alüminyum oksit gözenek hücrelerinin çapı 100 nm düzeyindeyken, alüminyum oksit hücrelerindeki gözeneklerin çapı 30-50 nm'dir. Alüminyum oksitteki gözenek çapları, yine 30-50 nm aralığında olan karbon nanotüplerin çaplarıyla ilişkilidir. Açıkçası, gözenek çapı, içinde öncüden oluşan katalizör parçacığının çapını belirler. Buna karşılık, katalizör parçacıklarının çapının nanotüplerin çapını belirlediği, dolayısıyla anodik alüminyum oksidin gözenek çapının nanotüplerin çapını belirlediği bilinmektedir.

Tip 2 örnekleri (Şekil 2), PAO hücrelerinin duvarları tarafından birbirinden izole edilen bir dizi bağımsız karbon nanotüptür (Şekil 2, a). SEM görüntüsü, karbon nanotüplerin çapının, içinde bulundukları gözeneklerin çapıyla tam olarak örtüştüğünü ve bunları tamamen doldurduğunu açıkça göstermektedir.

Pirinç. 1. Bir nano-yumuşak malzeme numunesinin oluşumunun orta aşamasındaki yüzeyinin görünümü, SEM görüntüleri: a - karbon nanotüplerden oluşan dokuma bir tabaka; b - gözenek hücreli karbon nanotüpler

Pirinç. 2. Nano-yumuşak malzeme numunesinin oluşumunun orta aşamasındaki yüzeyinin görünümü, SEM görüntüleri:

a - üstten görünüm; b - 30o açıyla

PAO'nun sıvıyla aşındırılması, gözeneklerde bulunan CNT'lerin açığa çıkmasına neden oldu (Şekil 2b). Ortaya çıkan ipuçlarının en boy oranının birlik düzeyinde olduğu tahmin edilebilir.

Çıkıntılı CNT uçlarını uzatmak için daha fazla aşındırma, PAO malzemesinde boşlukların ortaya çıkmasına neden olur ve bu da onu Şekil 2'de gösterilen homojenlikten mahrum bırakır. 2.

PAO'nun karbon nanotüplerle değiştirilmesi, her gözenekte bunların ortaya çıkmasına yol açar; bu, karbon nanotüplere dayalı bağımsız tek uçlu yayıcılar oluşturmak için kullanılabilir. Bu yaklaşım çerçevesinde yeni bir tür membranın (aktif nanomembran) oluşturulmasıyla ilgili olarak aşağıdakilere dikkat çekilebilir. Elde edilen sonuçlar, NEMS gözenekli olmayan gözeneklerden NEMS gözenekli tek tabakaya geçişi içeren bir sonraki aşamaya geçmemize olanak sağlar.

Planlanan çalışma, karbon nanotüpler boyunca bir dielektrik matrisin yerel olarak taranması için teknolojik bir operasyonun geliştirilmesini, gözeneklerin çıkış deliklerinin çapının kendi kendine düzenlenmesi için bir yöntemin uygulanmasını ve oluşumu için teknolojik bir sürecin geliştirilmesini içerir. NEMS gözeneklerinden oluşan tek tabakanın mekanik mukavemetini sağlayan, mikrometre boyutunda gözeneklere sahip destekleyici bir membran. Bugüne kadar bu operasyonların altında yatan etkilerin uygulanabilirliği yazarlar tarafından deneysel olarak doğrulanmıştır.

1. Anantram M. P. Leonard F. Karbon nanotüp elektronik cihazların fiziği // Fizikte ilerleme raporları / Fizik Enstitüsü Yayınları. 2006. No. 69. R. 507-561.

2. Taşınabilir bir X-ışını kırınımı / X-ışını floresans cihazının Mars analog arazisinde sahaya yerleştirilmesi / P. Sarrazin // Toz Kırınımı. 2005. Cilt. 20. S. 128-133.

3. Hartov S.V. İntegral NEMS yapılarına dayanan aktif meta materyal // SibSAU Bülteni. 2009. Cilt. 4 (25). s. 49-53.

4. Komarov I. A., Simunin M. M. Elektronik problemlerinde karbon nanotüplerin büyümesi için katalizör nanopartiküllerinin oluşumu // Mikroelektronik ve Bilişim: özet. rapor M.: MİET, 2008. S. 11.

5. Bobrinetsky I. I., Nevolin V. K., Simunin M. M. Etanolün gaz fazından katalitik piroliz yoluyla karbon nanotüplerin üretimi için teknoloji // Kimyasal teknoloji. 2007. No. 2. S. 58-62.

6. Karbon nanomateryalinin atomik kuvvet ve elektron mikroskobu yöntemleriyle incelenmesi / I. I. Bobrinetsky [ve diğerleri] // Üniversitelerin haberleri. Elektronik. 2007. No. 4. S. 3-6.

7. Tek duvarlı karbon nanotüplerin katalizör destekli büyümesine yönelik mikroskobik mekanizmalar / J. Gavillet // Carbon. 2002. No. 40. R. 1649-1663.

M. M. Simunin, S. V. Khartov, I. V. Nemtsev, A. V. Shiverskiy, A. S. Voronin

KARBON NANO-TÜPLERLE DEĞİŞTİRİLMİŞ GÖZENEKLİ ANODİK ALÜMİNYUM OKSİTİN MORFOLOJİSİ

Alüminyumun anot oksidinin karbon nano tüplerle modifikasyonuna yönelik deneysel teknoloji geliştirildi. Aktif nano fiber malzemenin oluşumunun orta aşamasında alüminyum oksitin gözenekli anotunun morfolojisi dikkate alınır.

Anahtar Kelimeler: karbon nanotüpler, gözenekli alüminyum oksit, katalitik substratlar, nanomembranlar.

Karbon nanotüpler yenilikçi teknolojilerin geleceğidir. Nanotübülenlerin üretimi ve uygulanması, malların ve ürünlerin kalitesini artıracak, ağırlıklarını önemli ölçüde azaltacak, dayanıklılıklarını artıracak ve onlara yeni özellikler kazandıracaktır.

Karbon nanotüpler nelerdir?

Karbon nanotüpleri veya boru şeklindeki nanoyapı (nanotubülen), karbon atomlarından elde edilen ve olağanüstü mekanik, elektriksel ve fiziksel özelliklere sahip, tek veya çok duvarlı içi boş silindirik yapılar laboratuvarda yapay olarak oluşturulur.

Karbon nanotüpler karbon atomlarından yapılır ve tüp veya silindir şeklindedir. Çok küçüktürler (nano ölçekte), bir ila birkaç on nanometre çapında ve birkaç santimetreye kadar uzunluktadırlar. Karbon nanotüpleri grafitten oluşur ancak grafitin özelliği olmayan başka özelliklere de sahiptir. Doğada mevcut değiller. Kökenleri yapaydır. Nanotüplerin gövdesi sentetiktir ve baştan sona insanlar tarafından bağımsız olarak yaratılmıştır.

Milyonlarca kez büyütülmüş bir nanotüpe baktığınızda, köşelerinde karbon atomları bulunan eşkenar altıgenlerden oluşan uzun bir silindir görebilirsiniz. Bu bir tüpe sarılmış bir grafit düzlemdir. Bir nanotüpün kiralitesi onun fiziksel özelliklerini ve özelliklerini belirler.

Milyon kez büyütülmüş nanotüp, köşelerinde karbon atomları bulunan eşkenar altıgenlerden oluşan uzun bir silindirdir. Bu bir tüpe sarılmış bir grafit düzlemdir.

Kiralite, bir molekülün uzayda ayna görüntüsüyle birleşmemesi özelliğidir.

Daha açık bir şekilde ifade etmek gerekirse kiralite, örneğin bir kağıdı eşit şekilde katlamanızdır. Eğik ise, bu akiralliktir. Nanotübülenler tek katmanlı ve çok katmanlı yapılara sahip olabilir. Çok katmanlı bir yapı, birer birer "giyinmiş" birkaç tek duvarlı nanotüpten başka bir şey değildir.

Keşif tarihi

Nanotüplerin kesin keşif tarihi ve onları keşfeden kişi bilinmemektedir. Bu konu tartışmaya ve spekülasyona açık bir konu çünkü farklı ülkelerden bilim insanları tarafından bu yapılara ilişkin pek çok paralel açıklama mevcut. Kaşifin belirlenmesindeki temel zorluk, bilim adamlarının dikkatini çeken nanotüpler ve nanofiberlerin uzun süre onların yakından ilgisini çekmemesi ve yeterince araştırılmamasıdır. Mevcut bilimsel çalışmalar, geçen yüzyılın ikinci yarısında karbon içeren malzemelerden nanotüpler ve lifler oluşturma olasılığının teorik olarak mümkün olduğunu kanıtlıyor.

Mikron boyutundaki karbon bileşikleri üzerine uzun süredir ciddi araştırmaların yapılmamasının temel nedeni, o zamanlar bilim adamlarının araştırma için yeterince güçlü bir bilimsel temele sahip olmaması, yani çalışma nesnesini genişletebilecek hiçbir ekipmanın bulunmamasıdır. gerekli ölçüde ve yapılarını aydınlatıyor.

Nanokarbon bileşiklerinin incelenmesindeki olayları kronolojik sıraya göre düzenlersek, ilk kanıt 1952'de Sovyet bilim adamları Radushkevich ve Lukyanovich'in karbon monoksitin (Rus adı - oksit) termal ayrışması sırasında oluşan nano lifli yapıya dikkat çekmesiyle ortaya çıkıyor. Elektron mikroskobu ekipmanı kullanılarak gözlemlenen yapı, yaklaşık 100 nm çapında liflere sahipti. Ne yazık ki konu olağandışı nanoyapıyı düzeltmekten öteye gitmedi ve daha fazla araştırma yapılmadı.

25 yıl süren unutulmanın ardından, 1974 yılından başlayarak, karbondan yapılmış mikrometre boyutunda boru şeklindeki yapıların varlığına dair bilgiler gazetelerde yer almaya başladı. Böylece, bir grup Japon bilim adamı (T. Koyama, M. Endo, A. Oberlin) 1974–1975'teki araştırmalar sırasında. Yoğunlaşma sırasında buharlardan elde edilen, çapı 100 Å'dan küçük ince tüplerin tanımını içeren bir dizi çalışmasının sonuçları halka sunuldu. Ayrıca, karbonun özelliklerinin incelenmesinden elde edilen yapı ve oluşum mekanizmasının bir tanımını içeren içi boş yapıların oluşumu, 1977 yılında SSCB Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi Kataliz Enstitüsü'nden Sovyet bilim adamları tarafından anlatılmıştır.

Å (Agstrom), 10−10 m'ye eşit bir mesafe ölçüm birimidir. SI sisteminde, angstroma yakın boyuttaki bir birim nanometredir (1 nm = 10 Å).

Fullerenler, top veya ragbi topu şeklindeki içi boş, küresel moleküllerdir.

Fullerenler, İngiliz kimyager ve astrofizikçi Harold Kroto tarafından keşfedilen, daha önce bilinmeyen dördüncü karbon modifikasyonudur.

Japon bilim adamı Sumio Iijima, nanotüplerin karbon yapısını ayrıntılı olarak incelemeyi ve aydınlatmayı mümkün kılan bilimsel araştırmasında en son ekipmanı kullandıktan sonra, 1991 yılında ilk ciddi çalışmaları gerçekleştirdi ve bunun sonucunda deneysel olarak karbon nanotüpleri elde edin ve bunları ayrıntılı olarak inceleyin.

Profesör Ijima, araştırmasında bir prototip üretmek için elektrik arkı deşarjı kullandı. Prototip dikkatlice ölçüldü. Boyutları, ipliklerin (çerçevenin) çapının, bir ila birkaç mikron uzunluğunda birkaç nanometreyi geçmediğini gösterdi. Bilim adamları, bir karbon nanotüpün yapısını inceleyerek, incelenen nesnenin altıgenlere dayalı bir grafit altıgen ağdan oluşan bir ila birkaç katmana sahip olabileceğini buldular. Bu durumda nanotüplerin uçları yapısal olarak ikiye kesilmiş bir fulleren molekülünün yarısına benzemektedir.

Yukarıdaki çalışmaların yapıldığı dönemde, Jones, L.A. gibi kendi alanlarında tanınmış bilim adamlarının çalışmaları zaten mevcuttu. Chernozatonsky, M.Yu. Bu allotropik karbon formunun oluşma olasılığını tahmin eden Kornilov, yapısını, fiziksel, kimyasal ve diğer özelliklerini tanımladı.

Bir nanotüpün çok katmanlı yapısı, bir Rus bebeği prensibine göre birer birer "giydirilmiş" birkaç tek duvarlı nanotübülden başka bir şey değildir.

Elektrofiziksel özellikler

Karbon nanotüplerin elektriksel özellikleri dünya çapındaki bilimsel topluluklar tarafından en yakın çalışma altındadır. Nanotüpleri belirli geometrik ilişkiler içinde tasarlayarak onlara iletken veya yarı iletken özellikler kazandırmak mümkündür. Örneğin elmas ve grafit karbondur ancak moleküler yapılarındaki farklılıklar nedeniyle farklı ve bazı durumlarda zıt özelliklere sahiptirler. Bu tür nanotüplere metalik veya yarı iletken nanotüpler denir.

Mutlak sıfır sıcaklıklarda bile elektriği ileten nanotüpler metaliktir. Artan sıcaklıkla artan mutlak sıfırdaki elektrik akımının sıfır iletkenliği, yarı iletken bir nanoyapının işaretine işaret eder.

Ana sınıflandırma, grafit düzleminin katlanma yöntemine göre dağıtılır. Katlama yöntemi iki sayı ile gösterilir: grafit kafesin vektörleri boyunca katlama yönünü belirten "m" ve "n". Nanotüpün özellikleri grafit düzleminin yuvarlanma geometrisine bağlıdır; örneğin bükülme açısı elektriksel özelliklerini doğrudan etkiler.

Parametrelere (n, m) bağlı olarak nanotüpler şunlardır: düz (kiral), pürüzlü (“sandalye”), zikzak ve spiral (kiral). Elektrik iletkenliğini hesaplamak ve planlamak için parametre oranları formülünü kullanın: (n-m)/3.

Hesaplamada elde edilen tam sayı metal tipi nanotüpün iletkenliğini, kesirli sayı ise yarı iletkenin iletkenliğini göstermektedir. Örneğin tüm koltuk boruları metaldir. Metalik karbon nanotüpler elektrik akımını mutlak sıfırda iletir. Yarı iletken tipi nanotübülenler mutlak sıfırda sıfır iletkenliğe sahiptir ve bu artan sıcaklıkla artar.

Metalik iletkenliğe sahip nanotüpler santimetre kare başına yaklaşık bir milyar amperden geçebilir. En iyi metal iletkenlerden biri olan bakır, bu göstergelerde nanotüplerden bin kat daha düşüktür. İletkenlik sınırı aşıldığında, malzemenin erimesi ve moleküler kafesin tahrip olmasıyla birlikte ısınma meydana gelir. Bu, eşit koşullardaki nanotübülenlerde gerçekleşmez. Bu, elmasın iki katı olan çok yüksek termal iletkenlikleriyle açıklanmaktadır.

Mukavemet açısından nanotübülen diğer malzemeleri de oldukça geride bırakıyor. En güçlü çelik alaşımlarından 5-10 kat daha güçlüdür (Young modülüne göre 1,28-1,8 TPa) ve kauçuğa göre 100 bin kat daha fazla esnekliğe sahiptir. Çekme mukavemeti göstergelerini karşılaştırırsak, yüksek kaliteli çeliğin benzer mukavemet özelliklerini 20-22 kat aşıyorlar!

BM'yi nasıl alırsınız?

Nanotüpler yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık yöntemleriyle üretilir.

Yüksek sıcaklık yöntemleri arasında lazer ablasyon, güneş enerjisi teknolojisi veya elektrik ark deşarjı yer alır. Düşük sıcaklık yöntemi, hidrokarbonların katalitik ayrışmasını kullanarak kimyasal buhar biriktirmeyi, karbon monoksitten gaz fazında katalitik büyümeyi, elektroliz yoluyla üretimi, polimerin ısıl işlemini, lokal düşük sıcaklıkta pirolizi veya lokal katalizi içerir. Tüm yöntemlerin anlaşılması zor, ileri teknoloji ve çok pahalıdır. Nanotüplerin üretimi ancak güçlü bir bilimsel temele sahip büyük bir işletme tarafından karşılanabilir.

Basitleştirilmiş haliyle, ark yöntemini kullanarak karbondan nanotüp üretme süreci aşağıdaki gibidir:

Gaz halindeki plazma, bir enjeksiyon aparatı aracılığıyla belirli bir sıcaklığa kadar ısıtılan kapalı devre bir reaktöre verilir. Reaktörde üst ve alt kısımlara biri anot, diğeri katot olmak üzere manyetik bobinler yerleştirilmiştir. Manyetik bobinlere sabit bir elektrik akımı sağlanır. Reaktördeki plazma, döndürülen bir elektrik arkına ve bir manyetik alana maruz bırakılır. Yüksek sıcaklıkta bir elektroplazma arkının etkisi altında, karbon içeren malzemeden (grafit) oluşan anotun yüzeyinden karbon buharlaştırılır veya "sızıntılanır" ve içinde bulunan karbon nanotüpleri formunda katot üzerinde yoğunlaşır. Depozito. Karbon atomlarının katot üzerinde yoğunlaşabilmesi için reaktör içindeki sıcaklık düşürülür. Bu teknolojinin kısa bir açıklaması bile nanotübülen elde etmenin karmaşıklığını ve maliyetini anlamamızı sağlar. Üretim ve uygulama sürecinin çoğu işletme için erişilebilir hale gelmesi hâlâ uzun bir zaman alacaktır.

Fotoğraf galerisi: Karbondan nanotüp üretme şeması ve ekipmanı

Elektrik ark yöntemini kullanarak tek duvarlı karbon nanotüplerin sentezi için kurulum

Boru şeklindeki nanoyapıların elde edilmesi için düşük güçlü bilimsel kurulum

Düşük sıcaklıkta üretim yöntemi

Uzun karbon nanotüp üretimi için kurulum

Zehirli mi?

Kesinlikle evet.

Laboratuvar araştırması sürecinde bilim adamları, karbon nanotüplerin canlı organizmaları olumsuz etkilediği sonucuna vardılar. Bu da nanotüplerin toksisitesini doğruluyor ve bilim adamlarının bu önemli konudan giderek daha az şüphe duyması gerekiyor.

Araştırmalar, karbon nanotüplerin canlı hücrelerle doğrudan etkileşiminin onların ölümüne yol açtığını göstermiştir. Özellikle tek duvarlı nanotüpler güçlü antimikrobiyal aktiviteye sahiptir. Bilim insanları, bakteri krallığının (Escherichia coli) ortak kültürü olan E-Coli üzerinde deneyler yapmaya başladı. Araştırma sırasında çapı 0,75 ila 1,2 nanometre olan tek duvarlı nanotüpler kullanıldı. Deneylerin gösterdiği gibi, karbon nanotüplerin canlı bir hücreye çarpması sonucu hücre duvarları (zarları) mekanik olarak hasar görür.

Diğer yöntemlerle üretilen nanotüpler büyük miktarlarda metal ve diğer toksik yabancı maddeleri içerir. Birçok bilim adamı, karbon nanotüplerin toksisitesinin morfolojilerine bağlı olmadığını, doğrudan içlerinde bulunan safsızlıklarla (nanotüpler) ilişkili olduğunu ileri sürmektedir. Ancak Yale bilim adamlarının nanotüp araştırmaları alanında yaptığı çalışmalar, birçok topluluğun yanlış anlamalara sahip olduğunu gösterdi. Böylece araştırma sırasında Escherichia coli bakterisi (E-Coli) tek duvarlı karbon nanotüplerle bir saat boyunca tedavi edildi. Sonuç olarak E-Coli'lerin çoğu öldü. Nanomalzemeler alanında yapılan bu çalışmalar, bunların canlı organizmalar üzerindeki toksisitesini ve olumsuz etkilerini doğrulamıştır.

Bilim adamları, tek duvarlı nanotüplerin en tehlikeli olduğu sonucuna vardılar; bunun nedeni, karbon nanotüpün uzunluğunun çapına orantılı oranıdır.

Karbon nanotüplerin insan vücudu üzerindeki etkisine ilişkin çeşitli çalışmalar, bilim adamlarını, etkinin vücuda giren asbest liflerininkiyle aynı olduğu sonucuna varmıştır. Asbest liflerinin olumsuz etkisinin derecesi doğrudan boyutlarına bağlıdır: ne kadar küçükse, olumsuz etki o kadar güçlü olur. Ve karbon nanotüpler söz konusu olduğunda, bunların vücut üzerindeki olumsuz etkilerine hiç şüphe yok. Havayla birlikte vücuda giren nanotüp, göğüs zarından geçerek akciğer zarına yerleşerek başta kanser tümörleri olmak üzere ciddi komplikasyonlara neden oluyor. Nanotübülenler gıda yoluyla vücuda girerse mide ve bağırsak duvarlarına yerleşerek çeşitli hastalıklara ve komplikasyonlara neden olurlar.

Şu anda, bilim adamları nanomateryallerin biyolojik uyumluluğu ve karbon nanotüplerin güvenli üretimi için yeni teknolojiler arayışı üzerine araştırmalar yürütüyorlar.

Umutlar

Karbon nanotüplerin geniş bir uygulama alanı vardır. Bunun nedeni, bir çerçeve formunda moleküler bir yapıya sahip olmaları, dolayısıyla elmas veya grafitten farklı özelliklere sahip olmalarına olanak sağlamasıdır. Karbon nanotüplerin diğer malzemelerden daha sık kullanılmasının nedeni tam olarak ayırt edici özelliklerinden (mukavemet, iletkenlik, bükülme) kaynaklanmaktadır.

Bu karbon buluşu elektronik, optik, makine mühendisliği vb. alanlarda kullanılmaktadır. Karbon nanotüpleri, moleküler bileşiklerin gücünü arttırmak için çeşitli polimerlere ve kompozitlere katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Sonuçta herkes, karbon bileşiklerinin moleküler kafesinin, özellikle saf haliyle inanılmaz bir güce sahip olduğunu biliyor.

Karbon nanotüpler ayrıca pillerin üretimi için gerekli olan kapasitörlerin ve çeşitli sensörlerin, anotların üretiminde elektromanyetik dalgaların emicisi olarak kullanılmaktadır. Bu karbon bileşiği telekomünikasyon ağlarının ve sıvı kristal ekranların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Nanotüpler aynı zamanda aydınlatma cihazlarının üretiminde katalitik özelliklerin yükselticisi olarak da kullanılmaktadır.

Ticari Uygulama

Pazar	Başvuru	Karbon nanotüplere dayalı bileşimlerin özellikleri
Arabalar	Yakıt sistemi parçaları ve yakıt hatları (konektörler, pompa parçaları, O-halkalar, borular), elektro boyama için dış gövde parçaları (tamponlar, ayna muhafazaları, yakıt deposu kapakları)	Karbon siyahına kıyasla geliştirilmiş özellik dengesi, büyük parçalar için geri dönüştürülebilirlik, deformasyona karşı direnç
Elektronik	Proses aletleri ve ekipmanları, gofret kasetleri, taşıma bantları, ara bağlantı blokları, temiz oda ekipmanları	Karbon fiberlere kıyasla bileşiklerin daha iyi saflığı, yüzey direncinin kontrolü, ince parçaların dökümü için işlenebilirlik, deformasyona karşı direnç, dengeli özellikler, karbon fiberlere kıyasla plastik bileşiklerin alternatif yetenekleri

Karbon nanotüpler çeşitli endüstrilerdeki belirli uygulamalarla sınırlı değildir. Materyal nispeten yakın zamanda icat edildi ve bu nedenle şu anda dünyanın birçok ülkesinde bilimsel gelişmelerde ve araştırmalarda yaygın olarak kullanılıyor. Bu, karbon nanotüplerin özellikleri ve karakteristikleri hakkında daha ayrıntılı bir çalışma yapılmasının yanı sıra, şu anda piyasada oldukça zayıf bir konuma sahip olduğundan, malzemenin büyük ölçekli üretimini oluşturmak için gereklidir.

Karbon nanotüpler mikroişlemcileri soğutmak için kullanılır

İyi iletken özelliklerinden dolayı karbon nanotüplerin makine mühendisliğinde kullanımı geniş bir alanı kapsamaktadır. Bu malzeme, büyük boyutlu üniteler için soğutma cihazları olarak kullanılır. Bunun temel nedeni karbon nanotüplerin yüksek spesifik termal iletkenliğe sahip olmasıdır.

Bilgisayar teknolojilerinin gelişmesinde nanotüplerin kullanımı elektronik endüstrisinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu malzemenin kullanımı sayesinde oldukça düz ekranların üretimi sağlanmıştır. Bu, kompakt boyutlarda bilgisayar ekipmanlarının üretilmesine katkıda bulunur, ancak aynı zamanda elektronik bilgisayarların teknik özellikleri kaybolmaz, hatta artar. Bilgisayar teknolojilerinin ve elektronik endüstrisinin geliştirilmesinde karbon nanotüplerin kullanılması, teknik özellikler açısından mevcut analoglara göre birçok kez üstün olacak ekipmanların üretilmesini mümkün kılacaktır. Bu çalışmalara dayanarak, yüksek voltajlı resim tüpleri halihazırda oluşturulmaktadır.

İlk karbon nanotüp işlemci

Kullanım sorunları

Nanotüplerin kullanımıyla ilgili sorunlardan biri de canlı organizmalar üzerindeki olumsuz etkisidir ve bu durum, bu malzemenin tıpta kullanımına dair şüphe uyandırmaktadır. Bazı uzmanlar, karbon nanotüplerin seri üretimi sürecinde takdir edilmemiş risklerin olabileceğini öne sürüyor. Yani nanotüplerin uygulama alanlarının genişlemesi sonucunda büyük ölçekte üretimlerine ihtiyaç duyulacak ve buna bağlı olarak çevre için tehdit ortaya çıkacaktır.

Bilim insanları, karbon nanotüp üretimine yönelik daha çevre dostu yöntemler ve yöntemler kullanarak bu sorunu çözmenin yollarını aramayı öneriyor. Ayrıca, bu malzemenin üreticilerinin CVD sürecinin sonuçlarının "temizlenmesi" konusuna ciddi bir şekilde yaklaşması ve bunun da üretilen ürünlerin maliyetindeki artışı etkileyebileceği öne sürüldü.

Nanotüplerin hücreler üzerindeki olumsuz etkisinin fotoğrafı: a) Nanotüplere maruz kalmadan önce E. coli hücreleri; b) nanotüplere maruz kaldıktan sonra hücreler

Modern dünyada karbon nanotüpler yenilikçi teknolojilerin geliştirilmesine önemli katkı sağlamaktadır. Uzmanlar önümüzdeki yıllarda nanotüp üretiminin artacağını ve bu ürünlerin fiyatlarında düşüş olacağını öngörüyor. Bu da nanotüplerin uygulamalarını genişletecek ve pazardaki tüketici talebini artıracaktır.

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 numunede kaydedilmiş olup, pota grafitinin direncine (33∙10-6 Ohm∙m) yakındır. Spesifik direnç açısından, Taunit ve TMSpetsmash LLC'den alınan CNT numuneleri 2, 3 numaralı numunelerle karşılaştırılabilir ve bu numunelerin spesifik manyetik duyarlılığı, değiştirilmiş CNT numunelerininkinden (ALIT-ISM) çok daha yüksektir.
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 edilmiş 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" NAS of Belarus, 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 ile 0,008 Ohm∙m arasında değişebileceği bilinmektedir.
Şekil 1. a) – CNT tozu, b) – CNT’nin bir parçası (Güç Elektroniği Mikroskopisi)
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 büyük oranda değiştirilebileceğini göstermiştir. Özellikle, ilk numunenin spesifik elektriksel direnci 1,5 kat (No.1) ve No. 1 için azaltıldı. 2 – 4’e 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 artırıldı. 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 çeşitli oksidasyon yöntemlerinin 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 topaklarının ayrılmasında yetersiz verimlilik ve oksitlenmiş CNT'lerin su ve polar organik çözücüler içinde iyi bir şekilde dağılabilirliğinin sağlanması 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 , 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. 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 işlenmesinin mekanik işlemle eşzamanlı olarak gerçekleştirilmesi ve 10'dan daha yüksek bir pH'ta oksitleyici madde olarak bir 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, görevi 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'ı 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 madde ile 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 edilmiş karbon nanotüpler su ve polar organik çözücüler içinde daha az iyi dağılır. Oksitleyici madde miktarının belirtilen üst sınırın ötesine aşılması 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 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 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, CNTM-1'in suda, tercihen bazik pH'da (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.

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, dışarıdan pH düzenleyiciler 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 çözeltisiyle işlenmesini içeren, karbon nanotüpleri değiştirmek için bir yöntem; özelliği, karbon nanotüplerin sulu bir oksitleyici madde çözeltisiyle 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 atomlu 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 malzemeye ilişkindir. 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 koloidal 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 gaz enjektörleri sistemine sahip bir iyon ışını modülü, bunlar dağıtım odasının flanşlarına bağlanır 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 fotodedektörler) 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/ditiodipiridin 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 konsantrasyonunun ağırlıkça %12,0-25,0 olduğu ve geri kalanı γ-Al2O3 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 yaratılmasından ibarettir. 2 maaş dosyalar, 1 tablo, 13 pr.

Buluş, modifiye edilmiş karbon nanotüplerin üretilmesi 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.

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, 0ºС'ye eşit bir sıcaklıkta, ikincisi ise yalnızca yüksek sıcaklıklarda akım 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 nanotüpler 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 çok sayıda 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 tabakasından 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 bakıldığında 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 benzer şekilde kendi etrafını birkaç kez saran bir grafit tabakasıdır.

Karbon nanotüpleri: uygulama

Elementler nanomalzemeler sınıfının tamamen 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 kar görmek 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 aynı zamanda zihinsel yatırımlar 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. Fiyatların düşmesiyle birlikte tüpler büyük talep görecek ve birçok cihaz ve ekipmanın vazgeçilmez malzemesi haline gelecektir.

Böylece bu ürünlerin ne olduğunu öğrendik.