Năng_lượng là một ngành quan trọng có vai trò to lớn đối với đời sống con người. Trạng thái năng lượng của đất nước phụ thuộc vào công việc của nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực này. Ngày nay họ đang tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế. Vì những mục đích này, chúng sẵn sàng sử dụng bất cứ thứ gì, bắt đầu bằng ánh sáng mặt trời và nước, kết thúc bằng năng lượng của không khí. Thiết bị có thể tạo ra năng lượng từ môi trường được đánh giá cao.
Thông tin chung
Ống nano cacbon là những mặt phẳng than chì được cán kéo dài có hình trụ. Theo quy luật, độ dày của chúng lên tới vài chục nanomet, với chiều dài vài cm. Ở cuối các ống nano, một đầu hình cầu được hình thành, là một trong những phần của fullerene.
Có hai loại ống nano cacbon: kim loại và bán dẫn. Sự khác biệt chính của chúng là độ dẫn của dòng điện. Loại đầu tiên có thể dẫn dòng điện ở nhiệt độ bằng 0ºС và loại thứ hai - chỉ ở nhiệt độ cao.
Ống nano carbon: đặc tính
Nhấtcác lĩnh vực hiện đại, chẳng hạn như hóa học ứng dụng hoặc công nghệ nano, có liên quan đến các ống nano, có cấu trúc khung carbon. Nó là gì? Cấu trúc này đề cập đến các phân tử lớn chỉ liên kết với nhau bằng các nguyên tử cacbon. Các ống nano cacbon, có đặc tính dựa trên một lớp vỏ kín, được đánh giá cao. Ngoài ra, các thành tạo này có dạng hình trụ. Những ống như vậy có thể thu được bằng cách gấp một tấm than chì, hoặc phát triển từ một chất xúc tác nhất định. Các ống nano carbon, những bức ảnh được trình bày dưới đây, có cấu trúc khác thường.
Chúng có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau: một lớp và nhiều lớp, thẳng và hình sin. Mặc dù thực tế là ống nano trông khá mỏng manh, nhưng chúng là một vật liệu bền. Theo kết quả của nhiều nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng chúng có các đặc tính như kéo dài và uốn cong. Dưới tác động của tải trọng cơ học nghiêm trọng, các phần tử không bị rách hoặc vỡ, nghĩa là chúng có thể thích ứng với các điện áp khác nhau.
Độc
Kết quả của nhiều nghiên cứu, người ta phát hiện ra rằng ống nano carbon có thể gây ra các vấn đề tương tự như sợi amiăng, đó là, xuất hiện các khối u ác tính khác nhau, cũng như ung thư phổi. Mức độ tác động tiêu cực của amiăng phụ thuộc vào loại và độ dày của sợi của nó. Vì các ống nano carbon có trọng lượng và kích thước nhỏ nên chúng dễ dàng xâm nhập vào cơ thể con người bằng không khí. Hơn nữa, chúng xâm nhập vào màng phổi và vào lồng ngực, và theo thời giangây ra các biến chứng khác nhau. Các nhà khoa học đã tiến hành một thí nghiệm và thêm các hạt ống nano vào thức ăn của chuột. Các sản phẩm có đường kính nhỏ thực tế không tồn tại trong cơ thể, nhưng các sản phẩm lớn hơn đã đào sâu vào thành dạ dày và gây ra nhiều bệnh khác nhau.
Phương pháp lấy
Ngày nay, có các phương pháp sau để thu được ống nano cacbon: điện tích hồ quang, đốt cháy, lắng đọng hơi.
Phóng điện hồ quang. Thu được (các ống nano cacbon được mô tả trong bài viết này) trong một plasma tích điện, cháy khi sử dụng heli. Quá trình như vậy có thể được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị kỹ thuật đặc biệt để sản xuất fulleren. Nhưng với phương pháp này, các chế độ đốt hồ quang khác được sử dụng. Ví dụ, mật độ dòng điện giảm, và các cực âm có độ dày lớn cũng được sử dụng. Để tạo ra khí helium, cần phải tăng áp suất của nguyên tố hóa học này. Các ống nano cacbon thu được bằng hiện tượng phún xạ. Để tăng số lượng của chúng, cần phải đưa một chất xúc tác vào thanh graphit. Thông thường nó là hỗn hợp của các nhóm kim loại khác nhau. Hơn nữa, có sự thay đổi về áp suất và phương pháp phun. Do đó, một mỏ cathode thu được, nơi các ống nano carbon được hình thành. Thành phẩm mọc vuông góc với catốt và được gom thành từng bó. Chúng dài 40 µm.
Triệt_lục. Phương pháp này được phát minh bởi Richard Smalley. Bản chất của nó là làm bay hơi các bề mặt than chì khác nhau trong lò phản ứng hoạt động ở nhiệt độ cao. Các ống nano cacbon được hình thành do sự bay hơi của than chì ở đáycác bộ phận của lò phản ứng.
Chúng được làm mát và thu thập bằng cách sử dụng bề mặt làm mát. Nếu trong trường hợp đầu tiên, số phần tử bằng 60%, thì với phương pháp này, con số này tăng lên 10%. Chi phí của phương pháp tuyệt đối bằng laser đắt hơn tất cả các phương pháp khác. Theo quy luật, các ống nano một vách thu được bằng cách thay đổi nhiệt độ phản ứng.
Lắng đọng từ pha khí. Phương pháp lắng đọng hơi carbon được phát minh vào cuối những năm 50. Nhưng thậm chí không ai tưởng tượng được rằng có thể thu được các ống nano carbon bằng nó. Vì vậy, trước tiên bạn cần chuẩn bị bề mặt bằng chất xúc tác. Các hạt nhỏ của các kim loại khác nhau, ví dụ, coban, niken và nhiều kim loại khác, có thể đóng vai trò như nó. Các ống nano bắt đầu xuất hiện từ lớp chất xúc tác. Độ dày của chúng phụ thuộc trực tiếp vào kích thước của kim loại xúc tác. Bề mặt được nung nóng đến nhiệt độ cao, và sau đó một khí có chứa cacbon được cung cấp. Trong số đó có mêtan, axetylen, etanol, … Amoniac được dùng như một loại khí kỹ thuật bổ sung. Phương pháp thu được ống nano này là phổ biến nhất. Quá trình này tự nó diễn ra trong các doanh nghiệp công nghiệp khác nhau, do đó nguồn tài chính ít được chi cho việc sản xuất một số lượng lớn các loại ống. Một ưu điểm khác của phương pháp này là có thể thu được các nguyên tố thẳng đứng từ bất kỳ hạt kim loại nào đóng vai trò chất xúc tác. Việc thu được (các ống nano carbon được mô tả từ mọi phía) trở nên khả thi nhờ vào nghiên cứu của Suomi Iijima, ngườiđược quan sát dưới kính hiển vi về sự xuất hiện của chúng là kết quả của quá trình tổng hợp carbon.
Loài chính
Nguyên tố cacbon được phân loại theo số lớp. Loại đơn giản nhất là ống nano cacbon một thành. Mỗi chúng có độ dày khoảng 1 nm, và chiều dài của chúng có thể dài hơn nhiều. Nếu chúng ta xem xét cấu trúc, thì sản phẩm trông giống như bọc than chì bằng một lưới lục giác. Trên đỉnh của nó là các nguyên tử cacbon. Như vậy, ống có dạng hình trụ, không có đường nối. Phần trên của các thiết bị được đóng bằng nắp bao gồm các phân tử fullerene.
Hình ảnh tiếp theo là các ống nano carbon nhiều lớp. Chúng bao gồm một số lớp than chì, được gấp lại thành hình trụ. Khoảng cách 0,34 nm được duy trì giữa chúng. Cấu trúc kiểu này được mô tả theo hai cách. Theo cách hiểu thứ nhất, ống nhiều lớp là một số ống đơn lớp lồng vào nhau, trông giống như một con búp bê làm tổ. Theo cách thứ hai, ống nano nhiều lớp là một tấm than chì tự quấn quanh mình nhiều lần, trông giống như một tờ báo gấp lại.
Ống nano carbon: ứng dụng
Nguyên tố là một đại diện hoàn toàn mới của loại vật liệu nano.
Như đã đề cập trước đó, chúng có cấu trúc khung, khác về đặc tính với than chì hoặc kim cương. Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng thường xuyên hơn nhiều so với các vật liệu khác.
Do các đặc tính như chịu lực, uốn cong, dẫn điện nên nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực:
- làm chất phụ gia cho polyme;
- chất xúc tác cho các thiết bị chiếu sáng, cũng như màn hình phẳng và thiết bị cầm tay trong mạng viễn thông;
- như một bộ hấp thụ sóng điện từ;
- để chuyển đổi năng lượng;
- sản xuất cực dương trong các loại pin khác nhau;
- lưu trữ hydro;
- sản xuất cảm biến và tụ điện;
- sản xuất vật liệu tổng hợp và tăng cường cấu trúc và đặc tính của chúng.
Trong nhiều năm, ống nano carbon, ứng dụng không giới hạn trong một ngành cụ thể, đã được sử dụng trong nghiên cứu khoa học. Vật liệu này có một vị thế yếu trên thị trường, do có nhiều vấn đề trong quá trình sản xuất quy mô lớn. Một điểm quan trọng khác là chi phí cao của ống nano cacbon, khoảng 120 đô la cho mỗi gam chất như vậy.
Chúng được sử dụng như một yếu tố cơ bản để sản xuất nhiều vật liệu tổng hợp, được sử dụng để sản xuất nhiều đồ thể thao. Một ngành công nghiệp khác là ngành công nghiệp ô tô. Chức năng của các ống nano cacbon trong lĩnh vực này bị giảm xuống để tạo ra các polyme có đặc tính dẫn điện.
Độ dẫn nhiệt của các ống nano đủ cao để chúng có thể được sử dụng như một thiết bị làm mát cho các thiết bị lớn khác nhau. Chúng cũng được sử dụng để làm các đầu nhọn gắn vào các ống thăm dò.
Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất là công nghệ máy tính. Nhờ có ống nano, đặc biệt là màn hình phẳng được tạo ra. Chúng có thể được sử dụng để giảm đáng kểkích thước tổng thể của chính máy tính, cũng như tăng hiệu suất kỹ thuật của nó. Các thiết bị hoàn thiện sẽ vượt trội hơn nhiều lần so với các công nghệ hiện tại. Dựa trên những nghiên cứu này, có thể tạo ra kính động năng điện áp cao.
Theo thời gian, ống sẽ không chỉ được sử dụng trong điện tử, mà còn trong lĩnh vực y tế và năng lượng.
Sản xuất
Ống carbon, mà sản xuất được phân bổ giữa hai loại, được phân bổ không đồng đều.
Vì vậy, MWNTs kiếm được nhiều hơn SWNTs. Loại thứ hai được thực hiện trong trường hợp cần gấp. Nhiều công ty khác nhau liên tục sản xuất ống nano carbon. Nhưng thực tế họ không có nhu cầu, vì chi phí của chúng quá cao.
Lãnh đạo sản xuất
Ngày nay, vị trí hàng đầu trong sản xuất ống nano carbon là do các nước Châu Á, những nước có năng lực sản xuất cao gấp 3 lần so với các nước khác ở Châu Âu và Châu Mỹ. Đặc biệt, Nhật Bản đang tham gia sản xuất MWNT. Nhưng các quốc gia khác, chẳng hạn như Hàn Quốc và Trung Quốc, không hề kém cạnh về chỉ số này.
Sản xuất tại Nga
Sản xuất ống nano carbon trong nước thua xa các nước khác. Trên thực tế, tất cả phụ thuộc vào chất lượng của các nghiên cứu trong lĩnh vực này. Không bố trí đủ nguồn lực tài chính để hình thành các trung tâm khoa học và công nghệ trong nước. Nhiều người không chấp nhận sự phát triển trong lĩnh vực công nghệ nano vì họ không biết làm thế nào nó có thể được sử dụng trong công nghiệp. Do đó, sự chuyển đổi của nền kinh tếcon đường mới khá khó khăn.
Vì vậy, Tổng thống Nga đã ban hành một sắc lệnh, trong đó chỉ ra sự phát triển của các lĩnh vực công nghệ nano, bao gồm cả các nguyên tố carbon. Vì những mục đích này, một chương trình đặc biệt để phát triển và sản xuất các công nghệ của riêng chúng tôi đã được tạo ra.
Để hoàn thành tất cả các điểm của đơn hàng, công ty Rosnanotech đã được thành lập. Một số tiền đáng kể đã được phân bổ từ ngân sách nhà nước cho hoạt động của nó. Chính cô ấy sẽ là người kiểm soát quá trình phát triển, sản xuất và đưa các ống nano carbon vào lĩnh vực công nghiệp. Số tiền được phân bổ sẽ được chi cho việc thành lập các viện nghiên cứu và phòng thí nghiệm, đồng thời cũng sẽ củng cố những thành tựu hiện có của các nhà khoa học trong nước. Ngoài ra, số tiền này sẽ được sử dụng để mua thiết bị chất lượng cao để sản xuất ống nano carbon. Cũng cần quan tâm đến những thiết bị sẽ bảo vệ sức khỏe con người, vì vật liệu này gây ra nhiều bệnh.
Như đã đề cập trước đó, toàn bộ vấn đề là gây quỹ. Hầu hết các nhà đầu tư không muốn đầu tư vào nghiên cứu và phát triển, đặc biệt là trong thời gian dài. Tất cả các nhà kinh doanh đều muốn thấy lợi nhuận, nhưng quá trình phát triển nano có thể mất nhiều năm. Đây là điều khiến các đại diện của các doanh nghiệp vừa và nhỏ bị đẩy lùi. Ngoài ra, nếu không có sự đầu tư của chính phủ, sẽ không thể khởi động hoàn toàn việc sản xuất vật liệu nano.
Một vấn đề kháclà thiếu khung pháp lý, do không có sự liên kết trung gian giữa các giai đoạn kinh doanh khác nhau. Do đó, các ống nano carbon, việc sản xuất không có nhu cầu ở Nga, không chỉ đòi hỏi các khoản đầu tư về tài chính mà còn cả về tinh thần. Cho đến nay, Liên bang Nga khác xa với các quốc gia châu Á, những quốc gia đang dẫn đầu về sự phát triển của công nghệ nano.
Ngày nay, những phát triển trong ngành này được thực hiện tại các khoa hóa học của nhiều trường đại học khác nhau ở Moscow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk và Kazan. Các nhà sản xuất ống nano carbon hàng đầu là công ty Granat và nhà máy Komsomolets ở Tambov.
Mặt tốt và mặt xấu
Trong số những ưu điểm là các tính chất đặc biệt của ống nano cacbon. Chúng là một vật liệu bền, không bị sụp đổ dưới tác động của các tác động cơ học. Ngoài ra, chúng còn có tác dụng uốn và duỗi rất tốt. Điều này được thực hiện nhờ cấu trúc khung kín. Ứng dụng của họ không giới hạn trong một ngành. Các ống này được sử dụng trong ô tô, điện tử, y học và năng lượng.
Một nhược điểm rất lớn là ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Các hạt của ống nano, xâm nhập vào cơ thể con người, dẫn đến sự xuất hiện của các khối u ác tính và ung thư.
Mặt thiết yếu là tài chính cho ngành này. Nhiều người không muốn đầu tư vào khoa học, vì mất nhiều thời gian mới có lãi. Và nếu không có sự hoạt động của các phòng thí nghiệm nghiên cứu, sự phát triển của công nghệ nanokhông thể.
Kết
Ống nano carbon đóng một vai trò quan trọng trong các công nghệ đổi mới. Nhiều chuyên gia dự đoán sự tăng trưởng của ngành này trong những năm tới. Khả năng sản xuất sẽ tăng lên đáng kể, kéo theo giá vốn hàng hóa sẽ giảm xuống. Với việc giá ngày càng giảm, các loại ống sẽ có nhu cầu lớn và sẽ trở thành vật liệu không thể thiếu cho nhiều thiết bị và dụng cụ.
Vì vậy, chúng tôi đã tìm hiểu những sản phẩm này là gì.
