УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ

Аннотация. Важную роль в инновационных технологиях занимают углеродные нанотрубки. Многие научные организации прогнозируют рост данной отрасли в ближайшие годы. Будет значительный рост производственных потенциалов, что приведёт к понижению стоимости на товар.

Ключевые слова: углеродные нанотрубки, производство, промышленность, структура нанотрубок.

Углеродные нанотрубки, которые свёрнутые графитовые плоскости, имеющие трубчатую фигуру. Толщина их доходит до нескольких 10 нанометров, с протяженностью в пару сантиметров. одной с элементов фуллерена является круглая головка , которая образовывается. В окончании нанотрубок.

Существуют 2 вида углеродных нанотрубок: металлический и полупроводниковый. Металлический тип способен проводить электроток при температуре 0^oС, а полупроводниковые— только при более высоких температурах. В этом и состоит их различие.

Структура нанотрубок

Большая часть нынешних направлений, подобных как практическая спецхимия либо нанотехнологии, взаимосвязаны с нанотрубками, которые обладают углеродными каркасными структурами. Под этой структурой предполагают крупные молекулы, связанные собою только лишь атомами углерода. Углеродные нанотрубки, качества, которых основаны в закрытом виде слоя, весьма ценятся. Помимо этого, эти образования имеют трубчатую фору. Подобные трубки могут получаться путём сворачивания графитового листка, или увеличиваться с назначенного катализатора. Углеродные нанотрубки, имеют необыкновенную структуру.

Они бывают различных конфигураций и габаритов: однослойные и имеющие несколько слоев, прямые и зигзагообразные. Невзирая на то, что нанотрубки кажутся достаточно непрочными, они считаются прочным материалом. В процессе многочисленных изучений было установлено, то, что им присущи подобные качества, как растягивание и загиб. При влиянии тяжелых механических нагрузок, компоненты никак не рвутся и не разрушаются, таким образом, смогут приспосабливаться под различные воздействия[4].

Одностенные нанотрубки применяются в литий-ионных аккумуляторах, углепластиковых материалах, автомобильной промышленности. В кислотно-свинцовых аккумуляторах добавление одностенных нанотрубок на много увеличивает число циклов перезарядки. У одностенных углеродных нанотрубок коэффициент прочности 50 ГПа, а у стали 1 ГПа [1].

Промышленная технология синтеза одностенных углеродных нанотрубок OCSiAl, созданная академиком РАН Михаилом Предтеченским, дает возможность получать нанотрубки только высочайшего качества, и показывает их в международном рынке согласно стоимости, позволяющее их использование экономически доступными в промышленности [2].

У Многостенных (multi-walled) нанотрубок в отличии от одностенных, есть на много более широкий разнообразие фигур и конфигураций. Разнообразие структур проявляется как в продольном, так и в поперечном направлении.

«Матрешка» (russian dolls) это тип строения, который представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиально цилиндрических трубок. Иная разновидность этой структуры представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиальных призм. Наконец, последняя из приведённых структур напоминает свиток (scroll). Для всех структур присуще значение расстояния между соседними графеновыми слоями, близкое к величине 0,34 нм, присущей расстоянию между соседними плоскостями кристаллического графита[2].

Материализация той или иной структуры многостенных нанотрубок в конкретной экспериментальной ситуации зависит от условий синтеза. Анализ имеющихся экспериментальных данных указывает, что наиболее типичной структурой многостенных нанотрубок является структура с попеременно расположенными по длине участками типа «русской матрёшки» и «папье-маше». При этом «трубки» меньшего размера последовательно вложены в трубки большего размера[2]. В пользу такой модели говорят, например, факты по интеркалированию калия или хлорида железа в «межтрубочное» пространство и образование структур типа «бусы».

Методы получения

В истинный период имеются вытекающие способы получения углеродных нанотрубок: дуговой заряд, абляция, оседание из газовой фазы. Электродуговой разряд. Получение (углеродные нанотрубки описываются в этой статье) в плазме электрического заряда, который горит с использованием гелия. Такого рода процесс может реализовываться при помощи особого технологического оснащения с целью получения фуллеренов. Однако при этом методе употребляются другие режимы горения дуги. К примеру, плотность тока понижается, а кроме того употребляются катоды больших толщин. Вследствие этого, для создания атмосферы из гелия следует повысить давление данного химического компонента. Углеродные нанотрубки получаются способом распыления. Поскольку, чтобы их число возросло, следует внедрить в графитовый стержень катализатор. Чаще всего это смесь разных групп металла. Далее, происходит изменение давления и способа распыления. Таким образом, получается катодный осадок, где и образуются углеродные нанотрубки. Полученные изделия растут перпендикулярно от катода и собираются в пучки. Они имеют длину 40 мкм [4].

Аблясация такой способ был изобретен Ричардом Смалли. Его функция состоит в том, чтобы испарять разные графитовые поверхности в реакторе, работающем при высоких температурах. Углеродные нанотрубки получаются в результате испарения графита на нижней части реактора [4].

Остывание и получение их происходит, благодаря остужающей поверхности. В случае если в первом случае, число компонентов имелось равной 60%, в таком случае при этом методе число возросла в 10%. Цена способа лазерной абсоляции дороже, нежели все другие. Как правило, приобретают однослойные нанотрубки вследствие чего, и изменению температуры реакции. Оседание из газовой фазы. Способ осаждения паров углерода был придуман в конце 50х годов. Однако никто даже и не имел ввиду, то, что с помощью него, возможно, получать углеродные нанотрубки. Таким образом, в первую очередь следует подготовить поверхность с катализатором. В качестве него могут быть небольшие частицы различных металлов, к примеру, кобальта, никеля и множества других. Нанотрубки начинают появляться со слоя катализатора. Их толщина непосредственно зависит от величины катализирующего металла. Поверхность разогревается до высоких температур, а далее производится подача газа, включающего углерод. Из числа их метан, ацетилен, этанол и т. д. В качестве вспомогательного технологического газа работает аммиак. Этот метод получения нанотрубок считается наиболее знаменитым. Сам процесс совершается в разных промышленных предприятиях, в следствие чему расходуется меньше денежных средств с целью производства значительного числа трубок. То есть, если рассматривать этот факт, с финансовой стороны то, безусловно, это играет положительную роль для предприятия. Ещё одним плюсом подобного способа считается то, что вертикальные компоненты смогут получаться из различных частиц металла, служащих катализатором. Получение (углеродные нанотрубки описываются с абсолютно всех сторон) стало доступным вследствие проведения исследования Суоми Ииджима, который наблюдал под микроскопом за их возникновением вследствие синтеза углерода [4]

Применение

С целью упрощения введения и совершенствования сочетания со связывающей фазой (к примеру, эпоксидная смола либо полимер) углеродные нанотрубки, как правило, электрохимически видоизменяются на поверхности. Выдающаяся надёжность углеродных нанотрубок располагает рентабельное использование с целью созданий разных типов спорт продуктов в основах композитных использованных материалов с углеродных волокон и эпоксидных смол. Обычное совершенствование, измеренное в армированном волокнами композиционном веществе, составляет с 10% вплоть до 50% по части прочности и динамической перегрузке. Такой уровень усиления может играть немаловажную роль для этого композиционного материала, как правило, урезанного свойствами смолы [3]. Используется во многих областях, так как имеет такие характеристики, как прочность, проводимость, изгиб. Например: изготовление анодов в различных видах батареек, в качестве добавок к полимерам, производства композитов и усиления их структуры и свойств, и т.д.

Список литературы:

1. Грек А. Огонь, вода и нанотрубки // Популярная механика. — 2017. — № 1. — С. 39-47.
2. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // Успехи физических наук. — 2002. — Т. 172. — № 4. — 408 с.
3. Углеродные нанотрубки // Новые химические технологии [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=644 (дата обращения: 16.03.2018).
4. Углеродные нанотрубки: производство, применение, свойства // FB.ru [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://fb.ru/article/231011/uglerodnyie-nanotrubki-proizvodstvo-primenenie-svoystva (дата обращения: 16.03.2018).