Energjia është një industri e rëndësishme që luan një rol të madh në jetën e njeriut. Gjendja energjetike e vendit varet nga puna e shumë shkencëtarëve në këtë fushë. Sot ata janë në kërkim të burimeve alternative të energjisë. Për këto qëllime, ata janë gati të përdorin çdo gjë, duke filluar nga rrezet e diellit dhe uji, duke përfunduar me energjinë e ajrit. Pajisjet që mund të gjenerojnë energji nga mjedisi vlerësohen shumë.
Informacion i përgjithshëm
Nanotubat e karbonit janë plane grafiti të mbështjellë të zgjatur që kanë një formë cilindrike. Si rregull, trashësia e tyre arrin disa dhjetëra nanometra, me një gjatësi prej disa centimetrash. Në fund të nanotubave, formohet një kokë sferike, e cila është një nga pjesët e fullerenit.
Ka dy lloje nanotubash karboni: metal dhe gjysmëpërçues. Dallimi i tyre kryesor është përçueshmëria e rrymës. Lloji i parë mund të përcjellë rrymë në një temperaturë të barabartë me 0ºС, dhe e dyta - vetëm në temperatura të ngritura.
Nanotubat e karbonit: vetitë
ShumicaFushat moderne, si kimia e aplikuar ose nanoteknologjia, janë të lidhura me nanotubat, të cilët kanë një strukturë kornizë karboni. Cfare eshte? Kjo strukturë i referohet molekulave të mëdha të lidhura së bashku vetëm nga atomet e karbonit. Nanotubat e karbonit, vetitë e të cilëve bazohen në një guaskë të mbyllur, vlerësohen shumë. Përveç kësaj, këto formacione kanë një formë cilindrike. Tuba të tillë mund të merren duke palosur një fletë grafiti, ose të rriten nga një katalizator i caktuar. Nanotubat e karbonit, fotot e të cilëve janë paraqitur më poshtë, kanë një strukturë të pazakontë.
Ata vijnë në forma dhe madhësi të ndryshme: me një shtresë dhe me shumë shtresa, të drejta dhe të përkulura. Pavarësisht se nanotubat duken mjaft të brishtë, ato janë një material i fortë. Si rezultat i shumë studimeve, u zbulua se ato kanë veti të tilla si shtrirja dhe përkulja. Nën veprimin e ngarkesave të rënda mekanike, elementët nuk çahen dhe nuk thyhen, domethënë mund të përshtaten me tensione të ndryshme.
Toksiciteti
Si rezultat i studimeve të shumta, u zbulua se nanotubat e karbonit mund të shkaktojnë të njëjtat probleme si fibrat e asbestit, domethënë shfaqen tumore të ndryshme malinje, si dhe kancer të mushkërive. Shkalla e ndikimit negativ të asbestit varet nga lloji dhe trashësia e fibrave të tij. Meqenëse nanotubat e karbonit janë të vegjël në peshë dhe madhësi, ato hyjnë lehtësisht në trupin e njeriut me ajër. Më tej, ata hyjnë në pleurë dhe hyjnë në gjoks, dhe me kalimin e kohësshkaktojnë komplikime të ndryshme. Shkencëtarët kryen një eksperiment dhe shtuan grimca nanotubash në ushqimin e minjve. Produktet me diametër të vogël praktikisht nuk ngecnin në trup, por ato më të mëdha u gërmuan në muret e stomakut dhe shkaktuan sëmundje të ndryshme.
Metodat e Marrjes
Sot, ekzistojnë metodat e mëposhtme për marrjen e nanotubave të karbonit: ngarkimi i harkut, ablacioni, depozitimi i avullit.
Shkarkim i harkut elektrik. Marrja (nanotubat e karbonit janë përshkruar në këtë artikull) në një plazmë me ngarkesë elektrike, e cila digjet me përdorimin e heliumit. Një proces i tillë mund të kryhet duke përdorur pajisje teknike speciale për prodhimin e fullereneve. Por me këtë metodë, përdoren mënyra të tjera të djegies së harkut. Për shembull, densiteti i rrymës zvogëlohet dhe përdoren gjithashtu katoda me trashësi të madhe. Për të krijuar një atmosferë helium, është e nevojshme të rritet presioni i këtij elementi kimik. Nanotubat e karbonit përftohen me spërkatje. Për të rritur numrin e tyre, është e nevojshme të futni një katalizator në shufrën e grafitit. Më shpesh është një përzierje e grupeve të ndryshme metalike. Më tej, ka një ndryshim në presionin dhe mënyrën e spërkatjes. Kështu, fitohet një depozitë katodike, ku formohen nanotuba karboni. Produktet e gatshme rriten pingul me katodën dhe mblidhen në tufa. Ato janë të gjata 40 mikron.
Ablacion. Kjo metodë u shpik nga Richard Smalley. Thelbi i tij është të avullojë sipërfaqe të ndryshme grafiti në një reaktor që funksionon në temperatura të larta. Nanotubat e karbonit formohen si rezultat i avullimit të grafitit në fundpjesë të reaktorit.
Ftohen dhe mblidhen duke përdorur një sipërfaqe ftohëse. Nëse në rastin e parë, numri i elementeve ishte i barabartë me 60%, atëherë me këtë metodë shifra u rrit me 10%. Kostoja e metodës së absolimit me lazer është më e shtrenjtë se të gjitha të tjerat. Si rregull, nanotubat me një mur fitohen duke ndryshuar temperaturën e reaksionit.
Depozitimi nga faza e gazit. Metoda e depozitimit të avullit të karbonit u shpik në fund të viteve 50. Por askush as nuk e imagjinonte që nanotuba karboni mund të përftoheshin me të. Pra, së pari ju duhet të përgatisni sipërfaqen me një katalizator. Grimcat e vogla të metaleve të ndryshme, për shembull, kob alti, nikeli dhe shumë të tjera, mund të shërbejnë si të. Nanotubat fillojnë të dalin nga shtrati i katalizatorit. Trashësia e tyre varet drejtpërdrejt nga madhësia e metalit katalizues. Sipërfaqja nxehet në temperatura të larta, dhe më pas furnizohet një gaz që përmban karbon. Midis tyre janë metani, acetileni, etanoli etj. Amoniaku shërben si gaz teknik shtesë. Kjo metodë e marrjes së nanotubave është më e zakonshme. Vetë procesi zhvillohet në ndërmarrje të ndryshme industriale, për shkak të të cilave shpenzohen më pak burime financiare për prodhimin e një numri të madh tubash. Një avantazh tjetër i kësaj metode është se elementet vertikale mund të merren nga çdo grimcë metalike që shërben si katalizator. Marrja (nanotubat e karbonit përshkruhen nga të gjitha anët) u bë e mundur falë hulumtimit të Suomi Iijima, i cilivëzhguar nën një mikroskop për pamjen e tyre si rezultat i sintezës së karbonit.
Llojet kryesore
Elementet e karbonit klasifikohen sipas numrit të shtresave. Lloji më i thjeshtë janë nanotubat karboni me një mur. Secila prej tyre ka një trashësi prej rreth 1 nm, dhe gjatësia e tyre mund të jetë shumë më e gjatë. Nëse marrim parasysh strukturën, atëherë produkti duket si mbështjellës i grafitit me një rrjet gjashtëkëndor. Në krye të tij janë atomet e karbonit. Kështu, tubi ka formën e një cilindri, i cili nuk ka qepje. Pjesa e sipërme e pajisjeve është e mbyllur me mbulesa të përbërë nga molekula të ploterenit.
Pamja tjetër është nanotubat e karbonit me shumë shtresa. Ato përbëhen nga disa shtresa grafiti, të cilat palosen në formë cilindri. Midis tyre ruhet një distancë prej 0,34 nm. Një strukturë e këtij lloji përshkruhet në dy mënyra. Sipas të parës, tubat me shumë shtresa janë disa tuba me një shtresë të vendosur në njëra-tjetrën, e cila duket si një kukull fole. Sipas të dytës, nanotubat me shumë shtresa janë një fletë grafiti që mbështillet rreth vetes disa herë, e cila duket si një gazetë e palosur.
Nanotubat e karbonit: aplikimet
Elementet janë një përfaqësues absolut i ri i klasës së nanomaterialeve.
Siç u përmend më herët, ato kanë një strukturë kornizë, e cila ndryshon në vetitë nga grafiti ose diamanti. Kjo është arsyeja pse ato përdoren shumë më shpesh se materialet e tjera.
Për shkak të karakteristikave të tij si forca, përkulja, përçueshmëria, përdoret në shumë fusha:
- si aditivë në polimere;
- katalizator për pajisjet e ndriçimit, si dhe ekranet me panele të sheshta dhe celularët në rrjetet e telekomunikacionit;
- si një absorbues i valëve elektromagnetike;
- për konvertimin e energjisë;
- prodhimi i anodave në lloje të ndryshme baterish;
- ruajtje e hidrogjenit;
- prodhimi i sensorëve dhe kondensatorëve;
- prodhimi i kompoziteve dhe forcimi i strukturës dhe vetive të tyre.
Për shumë vite, nanotubat e karbonit, aplikimi i të cilëve nuk kufizohet në një industri të caktuar, janë përdorur në kërkimin shkencor. Një material i tillë ka një pozicion të dobët në treg, pasi ka probleme me prodhimin në shkallë të gjerë. Një pikë tjetër e rëndësishme është kostoja e lartë e nanotubave të karbonit, e cila është afërsisht 120 dollarë për gram të një substance të tillë.
Përdoren si element bazë për prodhimin e shumë kompoziteve, të cilat përdoren për prodhimin e shumë mallrave sportive. Një industri tjetër është industria e automobilave. Funksionalizimi i nanotubave të karbonit në këtë zonë është reduktuar në dhënien e polimerëve me veti përcjellëse.
Përçueshmëria termike e nanotubave është mjaft e lartë saqë ato mund të përdoren si pajisje ftohëse për pajisje të ndryshme masive. Ato përdoren gjithashtu për të bërë maja që janë ngjitur në tubat e sondës.
Fusha më e rëndësishme e aplikimit është teknologjia kompjuterike. Falë nanotubave, krijohen veçanërisht ekrane të sheshta. Ato mund të përdoren për të reduktuar ndjeshëmdimensionet e përgjithshme të vetë kompjuterit, si dhe rritja e performancës së tij teknike. Pajisjet e përfunduara do të jenë disa herë më të larta se teknologjitë aktuale. Bazuar në këto studime, mund të krijohen kineskopë me tension të lartë.
Me kalimin e kohës, tubat do të përdoren jo vetëm në elektronikë, por edhe në fushën e mjekësisë dhe energjisë.
Produksion
Tubacioni i karbonit, prodhimi i të cilit shpërndahet midis dy llojeve, është i shpërndarë në mënyrë të pabarabartë.
Pra, MWNT-të bëjnë shumë më tepër se SWNT-të. Lloji i dytë bëhet në rast nevoje urgjente. Kompani të ndryshme prodhojnë vazhdimisht nanotuba karboni. Por ato praktikisht nuk janë të kërkuara, pasi kostoja e tyre është shumë e lartë.
Udhëheqësit e prodhimit
Sot, vendin kryesor në prodhimin e nanotubave të karbonit e zënë vendet aziatike, aftësitë prodhuese të të cilave janë 3 herë më të larta se në vendet e tjera të Evropës dhe Amerikës. Në veçanti, Japonia është e angazhuar në prodhimin e MWNT. Por vendet e tjera, si Koreja dhe Kina, nuk janë inferiorë në këtë tregues.
Prodhimi në Rusi
Prodhimi vendas i nanotubave të karbonit mbetet shumë pas vendeve të tjera. Në fakt, gjithçka varet nga cilësia e hulumtimit në këtë fushë. Ajo nuk ndan burime të mjaftueshme financiare për të krijuar qendra shkencore dhe teknologjike në vend. Shumë njerëz nuk i pranojnë zhvillimet në fushën e nanoteknologjisë sepse nuk e dinë se si mund të përdoret në industri. Prandaj, tranzicioni i ekonomisërruga e re është mjaft e vështirë.
Prandaj, Presidenti i Rusisë nxori një dekret, i cili tregon zhvillimin e fushave të ndryshme të nanoteknologjisë, përfshirë elementët e karbonit. Për këto qëllime, u krijua një program i veçantë për zhvillimin dhe prodhimin e teknologjive tona.
Për të përmbushur të gjitha pikat e porosisë, u krijua kompania Rosnanotech. Një shumë e konsiderueshme u nda nga buxheti i shtetit për funksionimin e tij. Është ajo që duhet të kontrollojë procesin e zhvillimit, prodhimit dhe futjes së nanotubave të karbonit në sferën industriale. Shuma e ndarë do të shpenzohet për krijimin e instituteve të ndryshme kërkimore dhe laboratorëve, si dhe do të forcojë arritjet ekzistuese të shkencëtarëve vendas. Gjithashtu, këto fonde do të përdoren për blerjen e pajisjeve të cilësisë së lartë për prodhimin e nanotubave të karbonit. Gjithashtu ia vlen të kujdeseni për ato pajisje që do të mbrojnë shëndetin e njeriut, pasi ky material shkakton shumë sëmundje.
Siç u përmend më herët, i gjithë problemi është të mblidhen fonde. Shumica e investitorëve nuk duan të investojnë në kërkime dhe zhvillim, veçanërisht për një kohë të gjatë. Të gjithë biznesmenët duan të shohin fitim, por nanozhvillimi mund të marrë vite. Kjo është ajo që zmbraps përfaqësuesit e bizneseve të vogla dhe të mesme. Përveç kësaj, pa investime të qeverisë, nuk do të jetë e mundur të nisë plotësisht prodhimi i nanomaterialeve.
Një problem tjetërështë mungesa e një kuadri ligjor, pasi nuk ka një lidhje të ndërmjetme midis fazave të ndryshme të biznesit. Prandaj, nanotubat e karbonit, prodhimi i të cilave nuk kërkohet në Rusi, kërkojnë jo vetëm investime financiare, por edhe mendore. Deri më tani, Federata Ruse është larg vendeve aziatike, të cilat janë udhëheqëse në zhvillimin e nanoteknologjisë.
Sot, zhvillimet në këtë industri kryhen në departamentet kimike të universiteteve të ndryshme në Moskë, Tambov, Shën Petersburg, Novosibirsk dhe Kazan. Prodhuesit kryesorë të nanotubave të karbonit janë kompania Granat dhe uzina Komsomolets në Tambov.
Anët e mira dhe të këqija
Ndër avantazhet janë vetitë e veçanta të nanotubave të karbonit. Ata janë një material i qëndrueshëm që nuk shembet nën ndikimin e ndikimeve mekanike. Përveç kësaj, ato funksionojnë mirë për përkulje dhe shtrirje. Kjo mundësohet nga struktura e mbyllur e kornizës. Aplikimi i tyre nuk është i kufizuar në një industri. Tubat përdoren në automobila, elektronikë, mjekësi dhe energji.
Një disavantazh i madh është ndikimi negativ në shëndetin e njeriut.
Grimcat e nanotubave, që hyjnë në trupin e njeriut, çojnë në shfaqjen e tumoreve malinje dhe kancerit.
Ana thelbësore është financimi i kësaj industrie. Shumë njerëz nuk duan të investojnë në shkencë, sepse duhet shumë kohë për të bërë një fitim. Dhe pa funksionimin e laboratorëve kërkimorë, zhvillimi i nanoteknologjisëe pamundur.
Përfundim
Nanotubat e karbonit luajnë një rol të rëndësishëm në teknologjitë inovative. Shumë ekspertë parashikojnë rritjen e kësaj industrie në vitet e ardhshme. Do të ketë një rritje të konsiderueshme të aftësive prodhuese, gjë që do të çojë në uljen e kostos së mallrave. Me uljen e çmimit, tubat do të jenë në kërkesë të madhe dhe do të bëhen një material i domosdoshëm për shumë pajisje dhe pajisje.
Pra, ne zbuluam se cilat janë këto produkte.
