Энергетика адам жашоосунда эбегейсиз роль ойногон маанилүү тармак. Өлкөнүн энергетикалык абалы бул тармактагы көптөгөн окумуштуулардын эмгегине байланыштуу. Бүгүнкү күндө алар альтернативдүү энергия булактарын издеп жатышат. Бул максаттар үчүн алар күн нурунан жана суудан баштап, абанын энергиясына чейин бардык нерсени колдонууга даяр. Курчап турган чөйрөдөн энергия өндүрө алган жабдуулар абдан бааланат.
Жалпы маалымат
Көмүртек нанотүтүкчөлөрү цилиндр формасындагы узартылган прокатталган графит учактары. Эреже катары, алардын калыңдыгы бир нече сантиметр узундугу менен бир нече ондогон нанометрге жетет. Нанотүтүкчөлөрдүн аягында фуллерендин бөлүктөрүнүн бири болгон сфералык баш пайда болот.
Көмүртектүү нанотүтүктөрдүн эки түрү бар: металл жана жарым өткөргүч. Алардын негизги айырмасы токтун өткөрүмдүүлүгү. Биринчи түрү токту 0ºСге барабар температурада, ал эми экинчиси - жогорку температурада гана өткөрө алат.
Көмүртек нанотүтүктөрү: касиеттери
Көпчүлүкприкладдык химия же нанотехнология сыяктуу заманбап чөйрөлөр көмүртектүү рамка түзүлүшүнө ээ нанотүтүкчөлөр менен байланышкан. Бул эмне? Бул түзүлүш көмүртек атомдору менен гана байланышкан чоң молекулаларды билдирет. касиеттери жабык кабыкка негизделген көмүртек нанотүтүкчөлөрү жогору бааланат. Мындан тышкары, бул түзүлүштөр цилиндр формага ээ. Мындай түтүктөрдү графит баракты бүктөп алуу же белгилүү бир катализатордон өстүрсө болот. Сүрөттөрү төмөндө келтирилген көмүртек нанотүтүкчөлөрү адаттан тыш түзүлүшкө ээ.
Алар ар кандай формаларда жана өлчөмдөрдө болот: бир катмарлуу жана көп катмарлуу, түз жана ийримдүү. Нанотүтүкчөлөр абдан морт көрүнгөнүнө карабастан, алар күчтүү материал. Көптөгөн изилдөөлөрдүн натыйжасында алардын чоюлуу, ийилүүчү сыяктуу касиеттери бар экени аныкталган. Олуттуу механикалык жүктөрдүн таасири астында элементтер үзүлбөйт жана сынбайт, башкача айтканда, алар ар кандай чыңалууларга ыңгайлаша алат.
Уулуулугу
Бир нече изилдөөлөрдүн натыйжасында, көмүртек нанотүтүкчөлөрү асбест жипчелери сыяктуу көйгөйлөрдү, башкача айтканда, ар кандай зыяндуу шишиктерди, ошондой эле өпкө рагын пайда кылышы мүмкүн экени аныкталган. Асбесттин терс таасиринин даражасы анын жипчелеринин түрүнө жана калыңдыгына жараша болот. Көмүртек нанотүтүкчөлөрү салмагы жана өлчөмү боюнча кичинекей болгондуктан, алар аба менен адамдын денесине оңой кирет. Андан ары алар плеврага кирип, көкүрөккө кирип, убакыттын өтүшү мененар кандай кыйынчылыктарды пайда кылат. Окумуштуулар эксперимент жүргүзүп, чычкандардын тамак-ашына нанотүтүкчөлөрдүн бөлүкчөлөрүн кошушкан. Кичинекей диаметрдеги азыктар денеде дээрлик сакталбай, чоңураактары ашказандын дубалдарына кирип, ар кандай ооруларды пайда кылган.
Алуу ыкмалары
Бүгүнкү күндө көмүртектүү нанотүтүктөрдү алуу үчүн төмөнкү ыкмалар бар: дога заряды, абляция, бууларды жайгаштыруу.
Электр жаасы разряды. Гелийди колдонуу менен күйүүчү электр зарядынын плазмасында (көмүртек нанотүтүкчөлөрү ушул макалада сүрөттөлөт) алуу. Мындай процесс фуллерендерди өндүрүү үчүн атайын техникалык жабдууларды колдонуу менен жүргүзүлүшү мүмкүн. Бирок бул ыкма менен жаа күйгүзүүнүн башка режимдери колдонулат. Мисалы, токтун тыгыздыгы азайып, эбегейсиз калыңдыктагы катоддор да колдонулат. Гелий атмосферасын түзүү үчүн бул химиялык элементтин басымын жогорулатуу керек. Көмүртек нанотүтүкчөлөрү чачыратуу жолу менен алынат. Алардын санын көбөйтүү үчүн графит таякчасына катализаторду киргизүү керек. Көбүнчө бул ар кандай металл топторунун аралашмасы. Андан ары басымдын өзгөрүшү жана чачуу ыкмасы бар. Ошентип, көмүртек нанотүтүкчөлөрү пайда болгон катоддук кен алынат. Даяр продуктылар катодго перпендикуляр өсүп, боолорго чогултулат. Алардын узундугу 40 мкм.
Абляция. Бул ыкманы Ричард Смолли ойлоп тапкан. Анын маңызы жогорку температурада иштеген реактордо түрдүү графит беттерин буулантууда турат. Көмүртек нанотрубалары түбүндө графиттин бууланышынын натыйжасында пайда болотреактордун бөлүктөрү.
Алар муздатылат жана муздаткыч беттин жардамы менен чогултулат. Эгерде биринчи учурда элементтердин саны 60% га барабар болсо, анда бул ыкма менен көрсөткүч 10% га көбөйгөн. Лазердик абсолюттук методдун баасы башкаларга караганда кымбатыраак. Эреже катары, бир дубалдуу нанотүтүкчөлөр реакциянын температурасын өзгөртүү жолу менен алынат.
Газ фазасынан тутануу. Көмүртек буусу түшүрүү ыкмасы 50-жылдардын аягында ойлоп табылган. Бирок аны менен көмүртек нанотүтүкчөлөрүн алууга болорун эч ким ойлогон да эмес. Ошентип, биринчи катализатор менен бетин даярдоо керек. Ал ар кандай металлдардын майда бөлүкчөлөрү, мисалы, кобальт, никель жана башка көптөгөн нерселер катары кызмат кыла алат. Нанотүтүкчөлөр катализатор катмарынан чыга баштайт. Алардын калыңдыгы түздөн-түз катализатор металлдын өлчөмүнө жараша болот. Бети жогорку температурага чейин ысытылат, андан кийин көмүртек камтыган газ берилет. Алардын арасында метан, ацетилен, этанол жана башкалар бар Аммиак кошумча техникалык газ катары кызмат кылат. Нанотүтүктөрдү алуунун бул ыкмасы эң кеңири таралган. Процесстин өзү ар кандай өнөр жай ишканаларында ишке ашат, мунун аркасында көп сандагы түтүктөрдү чыгарууга азыраак каржы каражаттары сарпталат. Бул ыкманын дагы бир артыкчылыгы катализатор катары кызмат кылган металл бөлүкчөлөрүнөн вертикалдык элементтерди алууга болот. Алуу (көмүртек нанотрубалары ар тараптан сүрөттөлөт) Суоми Иидзиманын изилдөөлөрүнүн аркасында мүмкүн болду.алардын көмүртек синтезинин натыйжасында микроскоп астында байкалган.
Негизги түрлөр
Көмүртек элементтери катмарлардын саны боюнча классификацияланат. Эң жөнөкөй түрү бир дубалдуу көмүртек нанотүтүкчөлөрү. Алардын ар бири болжол менен 1 нм калыңдыгы бар, жана алардын узундугу алда канча узун болушу мүмкүн. Эгерде структурасын карап чыга турган болсок, анда продукт алты бурчтуу тор менен графитти орогондой көрүнөт. Анын чокусунда көмүртек атомдору жайгашкан. Ошентип, түтүк цилиндр формасына ээ, анын тигиштери жок. Түзмөктөрдүн үстүнкү бөлүгү фуллерен молекулаларынан турган капкактар менен жабылган.
Кийинки көрүнүш - көп катмарлуу көмүртек нанотүтүкчөлөрү. Алар цилиндр формасында бүктөлгөн графиттин бир нече катмарынан турат. Алардын ортосунда 0,34 нм аралык сакталат. Бул типтеги структура эки жол менен сүрөттөлөт. Биринчиси боюнча, көп катмарлуу түтүктөр бири-бирине уя салынган бир нече бир катмарлуу түтүкчөлөр болуп саналат, алар уя салган куурчакка окшош. Экинчиге ылайык, көп катмарлуу нанотүтүкчөлөр бүктөлгөн гезитке окшош, өзүн бир нече жолу ороп турган графит барагы.
Көмүртек нанотүтүктөрү: колдонмолор
Элементтер наноматериалдар классынын абсолюттук жаңы өкүлү.
Мурда айтылгандай, алар графиттен же алмаздан касиеттери боюнча айырмаланган рамалык түзүлүшкө ээ. Ошондуктан алар башка материалдарга караганда алда канча көп колдонулат.
Күч, ийилүү, өткөргүчтүк сыяктуу өзгөчөлүктөрүнөн улам көптөгөн тармактарда колдонулат:
- полимерлерге кошумча катары;
- жарыктандыруучу түзүлүштөр үчүн катализатор, ошондой эле телекоммуникация тармактарындагы жалпак панелдик дисплейлер жана телефондор;
- электромагниттик толкун жугуч катары;
- энергияны өзгөртүү үчүн;
- ар кандай типтеги аккумуляторлордо аноддорду өндүрүү;
- водородду сактоо;
- сенсорлорду жана конденсаторлорду өндүрүү;
- композиттерди өндүрүү жана алардын структурасын жана касиеттерин чыңдоо.
Көп жылдар бою колдонулушу белгилүү бир тармак менен чектелбеген көмүртек нанотүтүкчөлөрү илимий изилдөөлөрдө колдонулуп келет. Мындай материал рынокто начар позицияга ээ, анткени ири өндүрүштө көйгөйлөр бар. Дагы бир маанилүү жагдай - көмүртек нанотүтүкчөлөрүнүн кымбаттыгы, бул мындай заттын бир граммы болжол менен 120 долларды түзөт.
Алар көптөгөн спорттук буюмдарды жасоо үчүн колдонулган көптөгөн композиттерди өндүрүү үчүн негизги элемент катары колдонулат. Дагы бир тармак - бул автомобиль өнөр жайы. Бул чөйрөдө көмүртек нанотүтүкчөлөрүнүн функционализациясы өткөргүч касиеттерге ээ болгон полимерлерге чейин кыскарган.
Нанотүтүктөрдүн жылуулук өткөргүчтүгү жетишерлик жогору болгондуктан, аларды ар кандай массалык жабдуулар үчүн муздаткыч катары колдонууга болот. Алар зонд түтүктөрүнө илинген учтарды жасоо үчүн да колдонулат.
Эң маанилүү колдонуу чөйрөсү компьютердик технология. Нанотүтүктөрдүн аркасында өзгөчө жалпак дисплейлер түзүлөт. Алар олуттуу кыскартуу үчүн колдонулушу мүмкүнкомпьютердин өзүнүн жалпы өлчөмдөрү, ошондой эле анын техникалык көрсөткүчтөрүн жогорулатуу. Даяр болгон жабдуулар азыркы технологиялардан бир нече эсе жогору болот. Бул изилдөөлөрдүн негизинде жогорку вольттогу кинескопторду түзүүгө болот.
Убакыттын өтүшү менен түтүктөр электроникада гана эмес, медициналык жана энергетика тармагында да колдонулат.
Өндүрүш
Өндүрүшү эки түргө бөлүштүрүлгөн көмүртек түтүгү бирдей эмес бөлүштүрүлгөн.
Демек, MWNTs SWNTтерге караганда көбүрөөк пайда кылат. Экинчи түрү шашылыш муктаждык болгон учурда жүргүзүлөт. Ар кандай компаниялар тынымсыз көмүртек нанотүтүктөрдү чыгарышат. Бирок алар дээрлик талап кылынбайт, анткени алардын баасы өтө жогору.
Өндүрүш лидерлери
Бүгүнкү күндө көмүртектүү нанотүтүктөрдү өндүрүүдө алдыңкы орунду Азия өлкөлөрү ээлейт, алардын өндүрүштүк мүмкүнчүлүктөрү Европанын жана Американын башка өлкөлөрүнө караганда 3 эсе жогору. Тактап айтканда, Япония МВНТ өндүрүү менен алектенет. Бирок Корея жана Кытай сыяктуу башка өлкөлөр бул көрсөткүчтөн кем калышпайт.
Орусиядагы өндүрүш
Ата мекендик көмүртектүү нанотүтүктөрдү өндүрүү башка өлкөлөрдөн бир топ артта калды. Чындыгында, бардыгы бул багыттагы изилдөөлөрдүн сапатына көз каранды. Республикада илимий-техникалык борборлорду тузуу учун финансы ресурстарын жетиштуу белушпейт. Көптөгөн адамдар нанотехнология тармагындагы өнүгүүлөрдү кабыл алышпайт, анткени алар аны өнөр жайда кантип колдонууну билишпейт. Ошондуктан экономиканын өтүшүжаңы жол абдан татаал.
Ошондуктан Россиянын Президенти жарлык чыгарды, анда нанотехнологиянын ар кандай багыттары, анын ичинде көмүртек элементтери өнүгүп жаткандыгы көрсөтүлгөн. Бул максаттар үчүн өзүбүздүн технологияларды иштеп чыгуу жана өндүрүү үчүн атайын программа түзүлдү.
Заказдын бардык пункттарын аткаруу үчүн «Роснанотех» компаниясы түзүлгөн. Анын иштеши үчүн мамлекеттик бюджеттен бир топ каражат бөлүнгөн. Ал көмүртектүү нанотүтүктөрдү өнүктүрүү, өндүрүү жана өнөр жай чөйрөсүнө киргизүү процессин көзөмөлдөшү керек. Бөлүнгөн сумма ар кандай илимий-изилдөө институттарын жана лабораторияларын түзүүгө жумшалат, ошондой эле ата мекендик илимпоздордун жетишкендиктерин бекемдейт. Ошондой эле, бул каражат көмүр нанотүтүкчөлөрүн өндүрүү үчүн сапаттуу жабдууларды сатып алууга жумшалат. Ошондой эле адамдын ден соолугун коргой турган шаймандарга кам көрүү керек, анткени бул материал көптөгөн ооруларды пайда кылат.
Мурда айтылгандай, бардык көйгөй каражат чогултууда. Көпчүлүк инвесторлор изилдөө жана иштеп чыгууларга, өзгөчө узак убакытка инвестиция салгысы келбейт. Бардык бизнесмендер пайда көргүсү келет, бирок наноөнүктүрүү жылдарга созулушу мүмкүн. Бул чакан жана орто бизнестин өкүлдөрүн тыйып жатат. Мындан тышкары, мамлекеттик инвестициясыз наноматериалдарды өндүрүүнү толук жолго салуу мүмкүн эмес.
Дагы бир көйгөймыйзамдык базанын жоктугу болуп саналат, анткени бизнестин ар кандай баскычтарынын ортосунда аралык байланыш жок. Ошондуктан, өндүрүш Россияда талап кылынбаган көмүртек нанотүтүкчөлөрү каржылык гана эмес, психикалык инвестицияларды да талап кылат. Азырынча Россия Федерациясы нанотехнологияны өнүктүрүү боюнча алдыңкы орунда турган Азия өлкөлөрүнөн алыс.
Бүгүнкү күндө бул тармакта иштеп чыгуулар Москва, Тамбов, Санкт-Петербург, Новосибирск жана Казань шаарларынын ар кандай университеттеринин химия факультеттеринде жүргүзүлүүдө. Көмүртектүү нанотүтүктөрдү чыгаруучу алдыңкы өндүрүшчүлөр - «Гранат» фирмасы жана Тамбовдогу «Комсомолец» заводу.
Жакшы жана жаман жактары
Артыкчылыктарынын арасында көмүртек нанотүтүкчөлөрүнүн өзгөчө касиеттери бар. Алар механикалык таасирлердин таасири астында кыйрабай турган бышык материал. Мындан тышкары, алар ийилген жана созулган үчүн жакшы иштейт. Бул жабык кадр түзүлүшү менен мүмкүн болот. Алардын колдонулушу бир тармак менен чектелбейт. Түтүктөр унаа, электроника, медицина жана энергетикада колдонулат.
Эң чоң кемчилиги – адамдын ден соолугуна терс таасири.
Адамдын организмине кирген нанотүтүкчөлөрдүн бөлүкчөлөрү залалдуу шишиктердин жана рактын пайда болушуна алып келет.
Маанилүү жагы бул тармакты каржылоо. Көптөгөн адамдар илимге инвестиция салгылары келбейт, анткени киреше алуу үчүн көп убакыт керек. Ал эми илимий лабораториялар иштебей туруп, нанотехнологияларды өнүктүрүүмүмкүн эмес.
Тыянак
Көмүртек нанотүтүкчөлөрү инновациялык технологияларда маанилүү роль ойнойт. Көптөгөн эксперттер жакынкы жылдарда бул тармактын өсүшүн болжолдошууда. вндуруштук кубаттуулуктар бир кыйла жогорулайт, бул продукциянын езуне турган наркынын темендешуне алып келет. Баанын төмөндөшү менен түтүктөр чоң суроо-талапка ээ болуп, көптөгөн түзмөктөр жана жабдуулар үчүн алмаштырылгыс материал болуп калат.
Ошентип, биз бул өнүмдөр эмне экенин билдик.
