Energetika inson hayotida ulkan rol oʻynaydigan muhim sanoatdir. Mamlakatning energetika holati ko'plab olimlarning ushbu sohadagi faoliyatiga bog'liq. Bugun ular muqobil energiya manbalarini izlamoqda. Ushbu maqsadlar uchun ular quyosh nuri va suvdan tortib, havo energiyasigacha bo'lgan har qanday narsadan foydalanishga tayyor. Atrof-muhitdan energiya ishlab chiqaradigan uskunalar juda qadrlanadi.
Umumiy ma'lumot
Uglerod nanotubalari silindrsimon shaklga ega kengaytirilgan oʻralgan grafit tekisliklaridir. Qoida tariqasida, ularning qalinligi bir necha o'nlab nanometrlarga etadi, uzunligi bir necha santimetrga etadi. Nanotubalarning oxirida fullerenning qismlaridan biri bo'lgan sharsimon bosh hosil bo'ladi.
Uglerodli nanotubalarning ikki turi mavjud: metall va yarim oʻtkazgich. Ularning asosiy farqi oqimning o'tkazuvchanligi. Birinchi turdagi oqim 0ºS ga teng haroratda, ikkinchisi esa faqat yuqori haroratda o'tkaza oladi.
Uglerod nanotubalari: xossalari
Engamaliy kimyo yoki nanotexnologiya kabi zamonaviy sohalar uglerodli ramka tuzilishiga ega bo'lgan nanotubalar bilan bog'liq. Bu nima? Bu struktura faqat uglerod atomlari bilan bog'langan yirik molekulalarni nazarda tutadi. Xususiyatlari yopiq qobiqqa asoslangan uglerod nanotubalari juda qadrlanadi. Bundan tashqari, bu shakllanishlar silindrsimon shaklga ega. Bunday quvurlarni grafit varag'ini yig'ish orqali olish yoki ma'lum bir katalizatordan o'stirish mumkin. Suratlari quyida keltirilgan uglerod nanotubalari noodatiy tuzilishga ega.
Ular turli shakl va oʻlchamlarda boʻladi: bir qavatli va koʻp qatlamli, tekis va qiyshiq. Nanotubalar juda mo'rt ko'rinishiga qaramay, ular kuchli materialdir. Ko'pgina tadqiqotlar natijasida ular cho'zish va egilish kabi xususiyatlarga ega ekanligi aniqlandi. Jiddiy mexanik yuklar ta'sirida elementlar yirtilmaydi va buzilmaydi, ya'ni ular turli kuchlanishlarga moslasha oladi.
Toksiklik
Koʻplab tadqiqotlar natijasida uglerod nanotubalari asbest tolalari kabi muammolarni keltirib chiqarishi, yaʼni turli xil xatarli oʻsmalar, shuningdek, oʻpka saratoni paydo boʻlishi aniqlandi. Asbestning salbiy ta'sir darajasi uning tolalari turiga va qalinligiga bog'liq. Uglerod nanotubalari og'irligi va o'lchami kichik bo'lgani uchun ular havo bilan inson tanasiga osongina kiradi. Keyinchalik, ular plevra ichiga kirib, ko'krak qafasiga kiradi va vaqt o'tishi bilanturli asoratlarni keltirib chiqaradi. Olimlar tajriba o‘tkazib, sichqonlarning ovqatiga nanotuba zarralarini qo‘shishdi. Kichik diametrli mahsulotlar deyarli tanada qolmadi, lekin kattaroqlari oshqozon devorlariga kirib, turli kasalliklarni keltirib chiqardi.
Olish usullari
Bugungi kunda uglerod nanonaychalarini olishning quyidagi usullari mavjud: yoy zaryadi, ablasyon, bug 'cho'ktirish.
Elektr yoyi zaryadsizlanishi. Geliy yordamida yonib ketadigan elektr zaryadining plazmasida (uglerod nanotubalari ushbu maqolada tasvirlangan) olish. Bunday jarayon fullerenlarni ishlab chiqarish uchun maxsus texnik uskunalar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Ammo bu usul bilan yoyni yoqishning boshqa usullari qo'llaniladi. Masalan, oqim zichligi kamayadi va juda katta qalinlikdagi katodlar ham qo'llaniladi. Geliy atmosferasini yaratish uchun ushbu kimyoviy elementning bosimini oshirish kerak. Uglerod nanotubalari purkash orqali olinadi. Ularning sonini ko'paytirish uchun grafit tayog'iga katalizatorni kiritish kerak. Ko'pincha bu turli xil metall guruhlarining aralashmasi. Bundan tashqari, bosim va püskürtme usuli o'zgaradi. Shunday qilib, uglerod nanotubalari hosil bo'lgan katodli kon olinadi. Tayyor mahsulotlar katodga perpendikulyar o'sadi va to'plamlarda yig'iladi. Ularning uzunligi 40 mkm.
Ablyatsiya. Bu usul Richard Smalley tomonidan ixtiro qilingan. Uning mohiyati yuqori haroratlarda ishlaydigan reaktorda turli xil grafit sirtlarini bug'lantirishdir. Uglerod nanotubalari grafitning pastki qismida bug'lanishi natijasida hosil bo'ladireaktor qismlari.
Ular sovutiladi va sovutish yuzasi yordamida yig'iladi. Agar birinchi holatda elementlar soni 60% ga teng bo'lsa, bu usul bilan bu ko'rsatkich 10% ga oshdi. Lazerli absolatsiya usulining narxi barcha boshqalarga qaraganda qimmatroq. Qoidaga ko'ra, bir devorli nanotubalar reaksiya haroratini o'zgartirish orqali olinadi.
Gaz fazasidan cho'kish. Uglerod bug'ini cho'ktirish usuli 50-yillarning oxirida ixtiro qilingan. Ammo u bilan uglerod nanotubalarini olish mumkinligini hech kim xayoliga ham keltirmagan edi. Shunday qilib, avval siz katalizator bilan sirtni tayyorlashingiz kerak. Turli metallarning kichik zarralari, masalan, kob alt, nikel va boshqalar buning uchun xizmat qilishi mumkin. Nanotubalar katalizator qatlamidan chiqa boshlaydi. Ularning qalinligi to'g'ridan-to'g'ri katalizator metallning o'lchamiga bog'liq. Sirt yuqori haroratgacha isitiladi, so'ngra uglerodli gaz bilan ta'minlanadi. Ular orasida metan, asetilen, etanol va boshqalar bor Ammiak qo'shimcha texnik gaz bo'lib xizmat qiladi. Nanotubalarni olishning bu usuli eng keng tarqalgan. Jarayonning o'zi turli xil sanoat korxonalarida sodir bo'ladi, buning natijasida ko'p miqdordagi quvurlarni ishlab chiqarish uchun kamroq moliyaviy mablag'lar sarflanadi. Ushbu usulning yana bir afzalligi shundaki, vertikal elementlar katalizator bo'lib xizmat qiladigan har qanday metall zarrachalaridan olinishi mumkin. Olish (uglerod nanotubalari har tomondan tasvirlangan) Suomi Iijima tomonidan olib borilgan tadqiqotlar tufayli mumkin bo'ldi.uglerod sintezi natijasida paydo bo'lishi uchun mikroskop ostida kuzatilgan.
Asosiy turlar
Uglerod elementlari qatlamlar soniga qarab tasniflanadi. Eng oddiy turi bir devorli uglerod nanotubalaridir. Ularning har birining qalinligi taxminan 1 nm, uzunligi esa ancha uzoqroq bo'lishi mumkin. Agar strukturani hisobga oladigan bo'lsak, mahsulot grafitni olti burchakli panjara bilan o'rashga o'xshaydi. Uning tepasida uglerod atomlari joylashgan. Shunday qilib, trubka silindr shakliga ega bo'lib, unda tikuvlar yo'q. Qurilmalarning yuqori qismi fulleren molekulalaridan iborat qopqoqlar bilan yopilgan.
Keyingi ko'rinish - ko'p qatlamli uglerod nanotubalari. Ular silindrsimon shaklga o'ralgan bir necha grafit qatlamlaridan iborat. Ular orasida 0,34 nm masofa saqlanadi. Ushbu turdagi struktura ikki shaklda tavsiflanadi. Birinchisiga ko'ra, ko'p qatlamli naychalar bir-biriga o'rnatilgan bir nechta bir qavatli naychalar bo'lib, ular uyali qo'g'irchoqqa o'xshaydi. Ikkinchisiga ko'ra, ko'p qatlamli nanotubalar o'zini bir necha marta o'rab turgan grafit varag'i bo'lib, buklangan gazetaga o'xshaydi.
Uglerod nanotubalari: ilovalar
Elementlar nanomateriallar sinfining mutlaqo yangi vakilidir.
Avval aytib o'tganimizdek, ular grafit yoki olmosdan xossalari bilan farq qiluvchi ramka tuzilishiga ega. Shuning uchun ular boshqa materiallarga qaraganda ancha tez-tez ishlatiladi.
Kuchlilik, egilish, oʻtkazuvchanlik kabi xususiyatlari tufayli u koʻplab sohalarda qoʻllaniladi:
- polimerlarga qo'shimchalar sifatida;
- telekommunikatsiya tarmoqlarida yoritish moslamalari, shuningdek, tekis panelli displeylar va telefonlar uchun katalizator;
- elektromagnit toʻlqin yutuvchi sifatida;
- energiya konvertatsiyasi uchun;
- har xil turdagi akkumulyatorlarda anodlar ishlab chiqarish;
- vodorod saqlash;
- datchiklar va kondensatorlar ishlab chiqarish;
- kompozitlar ishlab chiqarish va ularning tuzilishi va xossalarini mustahkamlash.
Ko'p yillar davomida qo'llanilishi ma'lum bir sanoat bilan cheklanmagan uglerod nanotubalari ilmiy tadqiqotlarda qo'llanilgan. Bunday material bozorda zaif mavqega ega, chunki keng ko'lamli ishlab chiqarish bilan bog'liq muammolar mavjud. Yana bir muhim jihat - uglerod nanotubalarining yuqori narxi, bu shunday moddaning har bir grammiga taxminan 120 dollarni tashkil etadi.
Ular ko'plab sport buyumlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan ko'plab kompozitlarni ishlab chiqarish uchun asosiy element sifatida ishlatiladi. Yana bir sanoat - bu avtomobilsozlik. Bu sohada uglerod nanotubalarining funksionallashuvi polimerlarni elektr o‘tkazuvchanlik xususiyatiga ega bo‘lishiga qadar kamayadi.
Nanotubalarning issiqlik o'tkazuvchanligi etarlicha yuqori bo'lib, ular turli massiv uskunalar uchun sovutish moslamasi sifatida ishlatilishi mumkin. Ular, shuningdek, prob trubkalariga biriktirilgan uchlarni tayyorlash uchun ham ishlatiladi.
Eng muhim dastur sohasi kompyuter texnologiyasidir. Nanotubalar tufayli, ayniqsa, tekis displeylar yaratiladi. Ular sezilarli darajada kamaytirish uchun ishlatilishi mumkinkompyuterning o'zining umumiy o'lchamlari, shuningdek, uning texnik ko'rsatkichlarini oshiradi. Tayyor uskunalar hozirgi texnologiyalardan bir necha barobar ustun bo'ladi. Ushbu tadqiqotlar asosida yuqori voltli kineskoplarni yaratish mumkin.
Vaqt oʻtishi bilan quvurlar nafaqat elektronikada, balki tibbiyot va energetika sohalarida ham qoʻllaniladi.
Ishlab chiqarish
Ishlab chiqarishi ikki tur oʻrtasida taqsimlangan uglerod quvurlari notekis taqsimlangan.
Demak, MWNTlar SWNTlardan koʻra koʻproq foyda keltiradi. Ikkinchi tur shoshilinch zarurat tug'ilganda amalga oshiriladi. Turli kompaniyalar doimiy ravishda uglerod nanotubalarini ishlab chiqaradilar. Lekin ular deyarli talabga ega emas, chunki ularning narxi juda yuqori.
Ishlab chiqarish yetakchilari
Bugungi kunda uglerod nanotubalarini ishlab chiqarishda yetakchi oʻrinni Osiyo mamlakatlari egallab turibdi, ularning ishlab chiqarish imkoniyatlari Yevropa va Amerikaning boshqa mamlakatlariga qaraganda 3 baravar yuqori. Xususan, Yaponiya MWNT ishlab chiqarish bilan shug'ullanadi. Ammo Koreya va Xitoy kabi boshqa davlatlar ham bu ko‘rsatkichdan qolishmaydi.
Rossiyada ishlab chiqarish
Uglerod nanotubalarini mahalliy ishlab chiqarish boshqa mamlakatlardan ancha orqada. Darhaqiqat, barchasi ushbu sohadagi tadqiqotlar sifatiga bog'liq. Mamlakatda ilmiy-texnikaviy markazlar tashkil etish uchun yetarlicha moliyaviy mablag‘ajratmayapti. Ko'pchilik nanotexnologiya sohasidagi ishlanmalarni qabul qilmaydi, chunki ular sanoatda qanday foydalanish mumkinligini bilishmaydi. Shuning uchun iqtisodiyotning o'tish davriyangi yo'l juda qiyin.
Shuning uchun Rossiya prezidenti farmon chiqardi, unda nanotexnologiyaning turli yoʻnalishlari, jumladan, uglerod elementlari ham rivojlanishi koʻrsatilgan. Ushbu maqsadlar uchun o'z texnologiyalarimizni ishlab chiqish va ishlab chiqarish uchun maxsus dastur yaratilgan.
Buyurtmaning barcha bandlarini bajarish uchun Rosnanotech kompaniyasi yaratildi. Uning faoliyat ko'rsatishi uchun davlat byudjetidan katta mablag' ajratildi. U uglerod nanotubalarini ishlab chiqish, ishlab chiqarish va sanoat sohasiga joriy etish jarayonini nazorat qilishi kerak. Ajratilgan mablag‘turli ilmiy-tadqiqot institutlari va laboratoriyalar tashkil etishga sarflanadi, shuningdek, mamlakatimiz olimlarining mavjud yutuqlarini mustahkamlashga xizmat qiladi. Shuningdek, ushbu mablag'lar uglerod nanotubalarini ishlab chiqarish uchun yuqori sifatli uskunalar sotib olishga yo'n altiriladi. Shuningdek, inson salomatligini himoya qiladigan qurilmalarga g'amxo'rlik qilish kerak, chunki bu material ko'plab kasalliklarni keltirib chiqaradi.
Avval aytib oʻtganimizdek, butun muammo mablagʻ toʻplashda. Aksariyat investorlar tadqiqot va ishlanmalarga sarmoya kiritishni xohlamaydilar, ayniqsa uzoq vaqt davomida. Barcha ishbilarmonlar foyda ko'rishni xohlashadi, ammo nano rivojlanish yillar talab qilishi mumkin. Bu kichik va o'rta biznes vakillarini qaytaradi. Bundan tashqari, davlat sarmoyasisiz nanomateriallar ishlab chiqarishni to‘liq yo‘lga qo‘yib bo‘lmaydi.
Boshqa muammohuquqiy bazaning yo'qligi, chunki biznesning turli bosqichlari o'rtasida oraliq aloqa mavjud emas. Shu sababli, ishlab chiqarilishi Rossiyada talab qilinmagan uglerod nanotubalari nafaqat moliyaviy, balki aqliy investitsiyalarni ham talab qiladi. Hozircha Rossiya Federatsiyasi nanotexnologiyalar rivojlanishida yetakchi boʻlgan Osiyo davlatlaridan uzoqda joylashgan.
Bugungi kunda ushbu sohadagi ishlanmalar Moskva, Tambov, Sankt-Peterburg, Novosibirsk va Qozondagi turli universitetlarning kimyo kafedralarida amalga oshirilmoqda. Uglerod nanotubalarini ishlab chiqaruvchi yetakchi kompaniyalar Granat kompaniyasi va Tambovdagi Komsomolets zavodidir.
Yaxshi va yomon tomonlar
Afzalliklar qatorida uglerod nanotubalarining maxsus xossalari bor. Ular mexanik ta'sirlar ta'sirida yiqilmaydigan bardoshli materialdir. Bundan tashqari, ular egilish va cho'zish uchun yaxshi ishlaydi. Bu yopiq ramka tuzilishi tufayli mumkin bo'ladi. Ularning qo'llanilishi faqat bitta sanoat bilan cheklanmaydi. Quvurlar avtomobilsozlik, elektronika, tibbiyot va energetikada qoʻllaniladi.
Buyuk kamchilik - bu inson salomatligiga salbiy ta'sir.
Inson tanasiga kiradigan nanonaychalar zarralari xatarli o'smalar va saraton paydo bo'lishiga olib keladi.
Muhim tomoni - bu sanoatni moliyalashtirish. Ko'p odamlar ilm-fanga sarmoya kiritishni xohlamaydilar, chunki daromad olish uchun uzoq vaqt kerak bo'ladi. Va tadqiqot laboratoriyalari ishlamasdan, nanotexnologiyani rivojlantirishimkonsiz.
Xulosa
Uglerod nanotubalari innovatsion texnologiyalarda muhim rol oʻynaydi. Ko'pgina mutaxassislar kelgusi yillarda ushbu sanoatning o'sishini bashorat qilmoqdalar. Ishlab chiqarish imkoniyatlari sezilarli darajada oshadi, bu esa mahsulot tannarxining pasayishiga olib keladi. Narxning pasayishi bilan quvurlar katta talabga ega bo'ladi va ko'plab qurilmalar va jihozlar uchun ajralmas materialga aylanadi.
Shunday qilib, biz bu mahsulotlar nima ekanligini bilib oldik.
