Մակերեւութային և ստորգետնյա ջրերը տիտանից և դրա միացություններից մաքրելու մեթոդ՝ օգտագործելով ածխածնային նանոխողովակներ և ուլտրաձայն: Ածխածնային նանոխողովակներ Ածխածնային նանոխողովակների մաքրում
Ռուսաստանի Դաշնության կրթության և գիտության նախարարություն
Բարձրագույն մասնագիտական կրթության դաշնային պետական հաստատություն
Ռուսաստանի քիմիական տեխնոլոգիաների համալսարան D. I. Մենդելեև
Նավթի քիմիայի և պոլիմերային նյութերի ֆակուլտետ
բաժին քիմիական տեխնոլոգիաածխածնային նյութեր
ԳՈՐԾՆԱԿԱՆ ՀԱՇՎԵՏՎՈՒԹՅՈՒՆ
ԱԾԽԱԾԱԾԱՅԻՆ ՆԱՆՈԽՈՂՈՎԱԿՆԵՐ ԵՎ ՆԱՆՈՎՈԼԿՆԵՐ թեմայով
Ավարտեց՝ Մարինին Ս. Դ.
Ստուգված՝ քիմիական գիտությունների դոկտոր, Բուխարկինա Տ.Վ.
Մոսկվա, 2013 թ
Ներածություն
Նանոտեխնոլոգիայի ոլորտն ամբողջ աշխարհում համարվում է 21-րդ դարի տեխնոլոգիաների առանցքային թեմա։ Դրանց բազմակողմանի կիրառման հնարավորությունները տնտեսության այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կիսահաղորդիչների արտադրությունը, բժշկությունը, սենսորային տեխնոլոգիաները, էկոլոգիան, ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը, Շինանյութեր, կենսատեխնոլոգիա, քիմիա, ավիացիա և տիեզերագնացություն, մեքենաշինություն և տեքստիլ արդյունաբերությունաճի հսկայական ներուժ ունեն: Նանոտեխնոլոգիական արտադրանքի օգտագործումը կխնայի հումքի և էներգիայի սպառումը, կնվազեցնի արտանետումները մթնոլորտ և դրանով իսկ կնպաստի. կայուն զարգացումտնտ.
Նանոտեխնոլոգիաների ոլորտում զարգացումներն իրականացվում են նոր միջդիսցիպլինար ոլորտով՝ նանոգիտությամբ, որի ոլորտներից է նանոքիմիան։ Նանոքիմիան առաջացավ դարասկզբին, երբ թվում էր, թե քիմիայում ամեն ինչ արդեն բաց է, ամեն ինչ պարզ էր, և մնում էր ձեռք բերված գիտելիքներն օգտագործել ի շահ հասարակության։
Քիմիկոսները միշտ գիտեն և լավ են հասկացել ատոմների և մոլեկուլների կարևորությունը՝ որպես հսկայական քիմիական հիմքի հիմնական շինանյութեր: Միևնույն ժամանակ, հետազոտության նոր մեթոդների մշակումը, ինչպիսիք են էլեկտրոնային մանրադիտակը, բարձր ընտրողական զանգվածային սպեկտրոսկոպիան, նմուշների պատրաստման հատուկ մեթոդների հետ համատեղ, հնարավորություն տվեցին տեղեկատվություն ստանալ փոքր, հարյուրից պակաս թվով ատոմներ պարունակող մասնիկների մասին։ .
Այս մասնիկները, որոնց չափերը մոտ 1 նմ են (10-9 մ-ը ընդամենը մեկ միլիմետր է, որը բաժանվում է միլիոնի վրա), ունեն անսովոր, դժվար կանխատեսելի քիմիական հատկություններ:
Մարդկանց մեծամասնության համար ամենահայտնին և հասկանալիները հետևյալ նանոկառուցվածքներն են, ինչպիսիք են ֆուլերենները, գրաֆենը, ածխածնային նանոխողովակները և նանոմանրաթելերը: Նրանք բոլորը բաղկացած են միմյանց հետ կապված ածխածնի ատոմներից, սակայն դրանց ձևը զգալիորեն տարբերվում է: Գրաֆենը SP-ում ածխածնի ատոմների հարթ, միաշերտ, «քող» է 2 հիբրիդացում. Ֆուլերենները փակ բազմանկյուններ են, որոնք ինչ-որ չափով հիշեցնում են ֆուտբոլի գնդակը։ Նանոխողովակները գլանաձեւ խոռոչ ծավալային մարմիններ են։ Նանոմանրաթելերը կարող են լինել կոններ, բալոններ, թասեր: Իմ աշխատանքում ես կփորձեմ առանձնացնել հենց նանոխողովակները և նանոմանրաթելերը: Նանոխողովակների և նանոմանրաթելերի կառուցվածքը
Ի՞նչ են ածխածնային նանոխողովակները: Ածխածնային նանոխողովակները ածխածնային նյութ են, որը մի քանի նանոմետր տրամագծով գլանաձեւ կառուցվածք է, որը բաղկացած է խողովակի մեջ գլորված գրաֆիտային հարթություններից։ Գրաֆիտի հարթությունը շարունակական վեցանկյուն ցանց է՝ ածխածնի ատոմներով վեցանկյունների գագաթներում։ Ածխածնային նանոխողովակները կարող են տարբեր լինել երկարությամբ, տրամագծով, քիրալությամբ (գլորված գրաֆիտի հարթության սիմետրիաներով) և շերտերի քանակով: Քիրալիզմ<#"280" src="/wimg/13/doc_zip1.jpg" />
Մեկ պատի նանոխողովակներ. Մեկ պատի ածխածնային նանոխողովակները (SWCNTs) ածխածնային նանոմանրաթելերի ենթատեսակ են, որոնց կառուցվածքը ձևավորվում է գրաֆենը գլանով ծալելով, որի կողերը միացված են առանց կարի: Գրաֆենը առանց կարի մխոցի մեջ գլորելը հնարավոր է միայն սահմանափակ թվով ձևերով, որոնք տարբերվում են երկչափ վեկտորի ուղղությամբ, որը միացնում է գրաֆենի երկու համարժեք կետերը, որոնք համընկնում են, երբ այն գլորվում է գլան: Այս վեկտորը կոչվում է քիրալության վեկտոր միաշերտ ածխածնային նանոխողովակ: Այսպիսով, մեկ պատի ածխածնային նանոխողովակները տարբերվում են տրամագծով և քիրալությամբ: Մեկ պատի նանոխողովակների տրամագիծը, ըստ փորձարարական տվյալների, տատանվում է ~ 0,7 նմ-ից մինչև 3-4 նմ: Մեկ պատի նանոխողովակի երկարությունը կարող է հասնել 4 սմ-ի: Գոյություն ունեն SWCNT-ների երեք ձև՝ ախիրալ «աթոռ» տիպ (յուրաքանչյուր վեցանկյան երկու կողմն ուղղահայաց է CNT առանցքին), ախիրալ «զիգզագ» տիպ (յուրաքանչյուրի երկու կողմը): վեցանկյունը կողմնորոշված է CNT առանցքին զուգահեռ), և քիրալ կամ պտուտակաձև (վեցանկյան յուրաքանչյուր կողմը գտնվում է CNT առանցքի նկատմամբ 0 և 90-ից տարբեր անկյան տակ: º ): Այսպիսով, «բազկաթոռ» տեսակի ախիրալ CNT-ները բնութագրվում են ինդեքսներով (n, n), «zigzag» տեսակի՝ (n, 0), քիրալային՝ (n, m): Շերտերի քանակը MWCNT-ում ամենից հաճախ 10-ից ոչ ավելի է, բայց in առանձին դեպքերհասնում է մի քանի տասնյակի։ Երբեմն բազմաշերտ նանոխողովակներից առանձնացվում են երկշերտ նանոխողովակները որպես հատուկ տեսակ։ «Ռուսական տիկնիկներ» տիպի կառուցվածքը գլանաձև գլանաձև խողովակների հավաքածու է: Այս կառուցվածքի մեկ այլ տեսակ է բույն դրված կոաքսիալ պրիզմաների հավաքածուն: Վերջապես, այս կառույցներից վերջինը հիշեցնում է ոլորման (ոլորման): Բոլոր կառույցների համար Նկ. հարակից գրաֆենի շերտերի միջև հեռավորության բնորոշ արժեքը, մոտ 0,34 նմ արժեքին, որը բնորոշ է բյուրեղային գրաֆիտի հարակից հարթությունների միջև հեռավորությանը<#"128" src="/wimg/13/doc_zip3.jpg" />
Ռուսական Matryoshka Roll Papier-mache Ածխածնային նանոմանրաթելերը (CNF) նյութերի դաս են, որոնցում կոր գրաֆենի շերտերը կամ նանոկոնները ծալվում են միաչափ թելիկի մեջ, որի ներքին կառուցվածքը կարող է բնութագրվել գրաֆենի շերտերի և մանրաթելերի առանցքի միջև α անկյունով: Ընդհանուր տարբերությունը մանրաթելերի երկու հիմնական տեսակների միջև է՝ եղլնաձլ՝ խիտ լցված կոնաձև գրաֆենի շերտերով և մեծ α, և բամբուկ՝ գլանաձև գավաթանման գրաֆենի շերտերով և փոքր α, որոնք ավելի շատ նման են բազմապատի ածխածնային նանոխողովակների:<#"228" src="/wimg/13/doc_zip4.jpg" /> ա - նանոֆիբրային «մետաղադրամի սյունակ»; բ - «Տոնածառի կառուցվածք» նանո մանրաթել (կոնների կույտ, «ձկան ոսկոր»); գ - նանոֆիբրային «բաժակների կույտ» («լամպի երանգներ»); դ - նանոխողովակ «Ռուսական մատրյոշկա»; e - բամբուկի ձևավորված նանոմանրաթել; e - գնդաձեւ հատվածներով նանոֆիբր; g - նանոմանրաթել, բազմաբնույթ հատվածներով Առանձին ենթատեսակի բաժանումը ածխածնային նանոխողովակներպայմանավորված է նրանով, որ դրանց հատկությունները զգալիորեն տարբերվում են ավելի լավ կողմածխածնային նանոմանրաթելերի այլ տեսակների հատկություններից։ Դա բացատրվում է նրանով, որ գրաֆենի շերտը, որն իր ողջ երկարությամբ կազմում է նանոխողովակի պատը, ունի բարձր առաձգական ուժ, ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակություն։ Ի տարբերություն սրա, անցումներ գրաֆենի մի շերտից մյուսը տեղի են ունենում պատի երկայնքով շարժվող ածխածնային նանոմանրաթելերում: Միջշերտային կոնտակտների առկայությունը և նանոմանրաթելերի կառուցվածքի բարձր թերությունը զգալիորեն խաթարում են դրանց ֆիզիկական բնութագրերը: Պատմություն
Նանոխողովակների և նանոմանրաթելերի պատմության մասին դժվար է խոսել առանձին, քանի որ այդ արտադրատեսակները հաճախ ուղեկցում են միմյանց սինթեզի ժամանակ։ Ածխածնային նանոմանրաթելերի արտադրության վերաբերյալ առաջին տվյալներից մեկը, հավանաբար, 1889 թվականի արտոնագիրն է ածխածնի խողովակաձև ձևերի արտադրության համար, որոնք ձևավորվել են CH4 և H2 խառնուրդի պիրոլիզի ժամանակ Հյուզի և Չեմբերսի կողմից երկաթյա խառնարանում: Նրանք օգտագործել են մեթանի և ջրածնի խառնուրդ՝ գազի պիրոլիզի միջոցով ածխածնի թելեր աճեցնելու համար, որին հաջորդում է ածխածնի տեղումները։ Այդ մանրաթելերի ստացման մասին վստահաբար հնարավոր դարձավ խոսել շատ ավելի ուշ, երբ հնարավոր եղավ ուսումնասիրել դրանց կառուցվածքը էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով։ Էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով ածխածնային նանոմանրաթելերի առաջին դիտարկումը կատարվել է 1950-ականների սկզբին խորհրդային գիտնականներ Ռադուշկևիչի և Լուկյանովիչի կողմից, ովքեր հոդված են հրապարակել Սովետական Journal of Physical Chemistry-ում՝ ցույց տալով 50 նանոմետր տրամագծով ածխածնի խոռոչ գրաֆիտային մանրաթելեր: 1970-ականների սկզբին ճապոնացի հետազոտողներ Կոյաման և Էնդոն կարողացան արտադրել ածխածնային մանրաթելեր գոլորշիների նստեցման միջոցով (VGCF) 1 մկմ տրամագծով և 1 մմ-ից ավելի երկարությամբ: Ավելի ուշ՝ 1980-ականների սկզբին, Տիբեթսը ԱՄՆ-ում և Բենիսադը Ֆրանսիայում շարունակեցին բարելավել ածխածնային մանրաթելերի (VGCF) գործընթացը։ ԱՄՆ-ում այս նյութերի սինթեզի և հատկությունների վերաբերյալ ավելի խորը հետազոտություններ են իրականացվել գործնական կիրառություն, անցկացվել են Ռ. Թերի Կ. Բեյքերի կողմից և դրդված են եղել ածխածնային նանոմանրաթելերի աճը ճնշելու անհրաժեշտությամբ՝ տարբեր առևտրային գործընթացներում նյութերի կուտակման հետևանքով առաջացած մշտական խնդիրների պատճառով, հատկապես նավթի վերամշակման ոլորտում: Գազային փուլից աճեցված ածխածնային մանրաթելերի առևտրայնացման առաջին փորձը կատարվել է ճապոնական Nikosso ընկերության կողմից 1991 թվականին Grasker ապրանքանիշի ներքո, նույն թվականին Իջիման հրապարակեց իր հայտնի հոդվածը, որը հայտնում էր ածխածնային նանոխողովակների հայտնաբերման մասին:<#"justify">Անդորրագիր
Ներկայումս հիմնականում օգտագործվում են ածխաջրածինների պիրոլիզի և գրաֆիտի սուբլիմացիայի և դեզբլիմացիայի վրա հիմնված սինթեզներ։ Այս տարբերակներից շատերն ունեն իրենց տատանումները: Էլեկտրական աղեղի մեթոդի որոշ տարբերակների հիերարխիան ներկայացված է դիագրամում. Ներկայումս ամենատարածված մեթոդը գրաֆիտի էլեկտրոդների ջերմային ցրումն է աղեղային արտանետման պլազմայում: Սինթեզի գործընթացն իրականացվում է հելիումով լցված խցիկում՝ մոտ 500 մմ Hg ճնշման տակ։ Արվեստ. Պլազմայի այրման ժամանակ տեղի է ունենում անոդի ինտենսիվ ջերմային գոլորշիացում, մինչդեռ կաթոդի վերջի մակերեսին ձևավորվում է նստվածք, որի մեջ ձևավորվում են ածխածնային նանոխողովակներ։ Նանոխողովակների առավելագույն քանակը ձևավորվում է, երբ պլազմային հոսանքը նվազագույն է, իսկ խտությունը՝ մոտ 100 Ա/սմ2։ Փորձարարական կարգավորումներում էլեկտրոդների միջև լարումը կազմում է մոտ 15–25 Վ, լիցքաթափման հոսանքը մի քանի տասնյակ ամպեր է, իսկ գրաֆիտի էլեկտրոդների ծայրերի միջև հեռավորությունը 1–2 մմ է։ Սինթեզի գործընթացում անոդի զանգվածի մոտ 90%-ը նստում է կաթոդի վրա։ Ստացված բազմաթիվ նանոխողովակներն ունեն մոտ 40 մկմ երկարություն։ Նրանք աճում են կաթոդի վրա, որն ուղղահայաց է դրա ծայրի հարթ մակերևույթին և հավաքվում են մոտ 50 մկմ տրամագծով գլանաձև ճառագայթների մեջ: Նանոխողովակների կապոցները կանոնավոր կերպով ծածկում են կաթոդի մակերեսը՝ ձևավորելով բջիջների կառուցվածք: Ածխածնի հանքավայրում նանոխողովակների պարունակությունը կազմում է մոտ 60%: Բաղադրիչները առանձնացնելու համար ստացված նստվածքը տեղադրվում է մեթանոլի մեջ և ախտահանվում: Ստացվում է կասեցում, որը ջրի ավելացումից հետո ենթարկվում է տարանջատման ցենտրիֆուգում։ Խոշոր մասնիկները կպչում են ցենտրիֆուգի պատերին, մինչդեռ նանոխողովակները մնում են լողացող կախովի մեջ: Այնուհետև նանոխողովակները լվանում են ազոտաթթվի մեջ և չորացնում թթվածնի և ջրածնի գազային հոսքով 1:4 հարաբերակցությամբ 750 ջերմաստիճանում: 0C 5 րոպե: Նման մշակման արդյունքում ստացվում է թեթև ծակոտկեն նյութ՝ բաղկացած բազմաթիվ նանոխողովակներից՝ միջինը 20 նմ տրամագծով և 10 մկմ երկարությամբ։ Մինչ այժմ ձեռք բերված նանոմանրաթելերի առավելագույն երկարությունը 1 սմ է: Ածխաջրածինների պիրոլիզ
Սկզբնական ռեակտիվների ընտրության և պրոցեսների անցկացման մեթոդների առումով այս խումբն ունի զգալիորեն ավելի մեծ թվով տարբերակներ, քան գրաֆիտի սուբլիմացիայի և սուբլիմացիայի մեթոդները։ Այն ապահովում է CNT-ի ձևավորման գործընթացի ավելի ճշգրիտ հսկողություն, ավելի հարմար է լայնածավալ արտադրության համար և թույլ է տալիս արտադրել ոչ միայն ածխածնային նանոնյութեր, այլ նաև որոշակի կառուցվածքներ ենթաշերտերի վրա, մակրոսկոպիկ մանրաթելեր, որոնք բաղկացած են նանոխողովակներից, ինչպես նաև կոմպոզիտային նյութերից: մասնավորապես, ձևափոխված ածխածնային CNT-ներով, ածխածնային մանրաթելերով և ածխածնային թղթով, կերամիկական կոմպոզիտներով: Օգտագործելով վերջերս մշակված նանոսֆերային լիտոգրաֆիան, հնարավոր եղավ CNT-ներից ստանալ ֆոտոնիկ բյուրեղներ: Այս կերպ հնարավոր է լինում մեկուսացնել որոշակի տրամագծով և երկարությամբ CNT-ներ։ Պիրոլիտիկ մեթոդի առավելությունները, բացի այդ, ներառում են դրա իրականացման հնարավորությունը մատրիցային սինթեզի համար, օրինակ՝ օգտագործելով ծակոտկեն ալյումինե թաղանթներ կամ մոլեկուլային մաղեր: Օգտագործելով ալյումինի օքսիդ՝ հնարավոր է ստանալ ճյուղավորված CNT-ներ և CNT թաղանթներ։ Մատրիցային մեթոդի հիմնական թերությունները շատ մատրիցների բարձր արժեքն են, դրանց փոքր չափերը և ակտիվ ռեակտիվների օգտագործման անհրաժեշտությունը և մատրիցները լուծարելու համար ծանր պայմանները: Երեք ածխաջրածինների՝ մեթանի, ացետիլենի և բենզոլի պիրոլիզը, ինչպես նաև CO-ի ջերմային տարրալուծումը (անհամաչափությունը) առավել հաճախ օգտագործվում են CNT-ների և CNF-ների սինթեզի համար։ Մեթանը, ինչպես ածխածնի օքսիդը, հակված չէ ցածր ջերմաստիճանների քայքայման (մեթանի ոչ կատալիտիկ տարրալուծումը սկսվում է ~ 900 թ. Օ C), ինչը հնարավորություն է տալիս SWCNT-ների սինթեզը համեմատաբար փոքր քանակությամբ ամորֆ ածխածնի կեղտերով: Ցածր ջերմաստիճանում ածխածնի օքսիդը չի քայքայվում մեկ այլ պատճառով՝ կինետիկ։ Տարբեր նյութերի վարքագծի տարբերությունը տեսանելի է Նկ. 94. Մեթանի առավելությունները այլ ածխաջրածինների և ածխածնի մոնօքսիդի նկատմամբ ներառում են այն փաստը, որ դրա պիրոլիզը CNTs կամ CNFs ձևավորմամբ զուգակցվում է H-ի արտազատման հետ: 2և կարող է օգտագործվել առկա արտադրություններում Ն 2.
Կատալիզատորներ
CNT-ների և CNF-ների ձևավորման կատալիզատորներն են Fe, Co և Ni; խթանիչները, որոնք ներմուծվում են ավելի փոքր քանակությամբ, հիմնականում Mo, W կամ Cr են (ավելի հաճախ՝ V, Mn, Pt և Pd), կատալիզատորները՝ ոչ ցնդող օքսիդները և մետաղների հիդրօքսիդները (Mg, Ca, Al, La, Si): , Ti, Zr), պինդ լուծույթներ, որոշ աղեր և հանքանյութեր (կարբոնատներ, սպինելներ, պերովսկիտներ, հիդրոտալցիտ, բնական կավեր, դիատոմիտներ), մոլեկուլային մաղեր (մասնավորապես՝ ցեոլիտներ), սիլիկատային գել, օդագել, ալյումինե գել, ծակոտկեն Si և ամորֆ C. Միևնույն ժամանակ, V, Cr, Mo, W, Mn և, հավանաբար, որոշ այլ մետաղներ պիրոլիզի պայմաններում միացությունների տեսքով են՝ օքսիդներ, կարբիդներ, մետալատներ և այլն։ Ազնիվ մետաղներ (Pd, Ru, PdSe), համաձուլվածքներ (միշմետաղ, մշտական խառնուրդ, նիկրոմ, մոնել, չժանգոտվող պողպատ, Co-V, Fe-Cr, Fe-Sn, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni-C, Co-Fe-Ni, կոշտ խառնուրդ Co-WC և այլն), CoSi 2և CoGe 2, LaNi 5, MmNi 5(Mm - mischmetal), Zr-ի և հիդրիդ առաջացնող այլ մետաղների համաձուլվածքներ։ Ընդհակառակը, Au-ն և Ag-ն արգելակում են CNT-ների ձևավորումը: Կատալիզատորները կարող են տեղադրվել բարակ օքսիդային թաղանթով պատված սիլիցիումի, գերմանիումի, ապակու որոշ տեսակների և այլ նյութերից պատրաստված ենթաշերտերի վրա: Իդեալական կատալիզատոր է համարվում որոշակի բաղադրության լուծույթում միաբյուրեղ սիլիցիումի էլեկտրաքիմիական փորագրման արդյունքում ստացված ծակոտկեն սիլիցիումը։ Ծակոտկեն սիլիցիումը կարող է պարունակել միկրոծակեր (< 2 нм), мезопоры и макропоры (>100 նմ): Կատալիզատորներ ստանալու համար օգտագործվում են ավանդական մեթոդներ. Բացի վերը նկարագրված երկու խմբերից, մշակվել են CNT-ների ստացման մեծ թվով այլ մեթոդներ: Նրանք կարող են դասակարգվել ըստ օգտագործվող ածխածնի աղբյուրների: Մեկնարկային միացություններն են՝ գրաֆիտը և պինդ ածխածնի այլ ձևերը, օրգանական միացությունները, անօրգանական միացությունները, մետաղական օրգանական միացությունները։ Գրաֆիտը կարող է փոխակերպվել CNT-ների մի քանի եղանակներով. հալված աղերի էլեկտրոլիզ; բաժանվելով առանձին գրաֆենի թիթեղների և այդ թիթեղների հետագա ինքնաբուխ ոլորման: Ամորֆ ածխածինը կարող է վերածվել CNT-ների, երբ մշակվում է հիդրոթերմային պայմաններում: CNT-ները ստացվել են ածխածնի սևից (մուր)՝ կատալիզատորներով կամ առանց բարձր ջերմաստիճանի փոխակերպման, ինչպես նաև ճնշման տակ ջրի գոլորշու հետ փոխազդեցության միջոցով։ Նանոխողովակային կառուցվածքները պարունակվում են վակուումային հալման արտադրանքներում (1000 Օ Գ) ադամանդի նման ածխածնի թաղանթները կատալիզատորի առկայության դեպքում: Վերջապես, ֆուլերիտի C-ի կատալիտիկ բարձր ջերմաստիճանի փոխակերպումը 60կամ դրա բուժումը հիդրոթերմային պայմաններում նույնպես հանգեցնում է CNT-ների առաջացմանը։ Բնության մեջ գոյություն ունեն ածխածնային նանոխողովակներ: Մեքսիկացի հետազոտողների խումբը դրանք հայտնաբերել է 5,6 կմ խորությունից վերցված նավթի նմուշներում (Velasco-Santos, 2003 թ.): CNT տրամագիծը տատանվում էր մի քանի նանոմետրից մինչև տասնյակ նանոմետրեր, իսկ երկարությունը հասնում էր 2 մկմ-ի։ Դրանցից մի քանիսը լցված էին տարբեր նանոմասնիկներով։ Ածխածնային նանոխողովակների մաքրում
CNT-ների ստացման սովորական մեթոդներից ոչ մեկը թույլ չի տալիս դրանք մեկուսացնել իրենց մաքուր տեսքով: ՆՏ-ի կեղտը կարող է լինել ֆուլերեններ, ամորֆ ածխածին, գրաֆիտացված մասնիկներ, կատալիզատորի մասնիկներ: Քայքայիչ մեթոդները օգտագործում են քիմիական ռեակցիաներ, որոնք կարող են լինել օքսիդատիվ կամ վերականգնողական և հիմնված են տարբեր ածխածնի ռեակտիվության տարբերության վրա: Օքսիդացման համար օգտագործվում են կա՛մ օքսիդացնող նյութերի լուծույթներ, կա՛մ գազային ռեակտիվներ, իսկ վերականգնման համար՝ ջրածինը։ Մեթոդները հնարավորություն են տալիս մեկուսացնել բարձր մաքրության CNT-ները, սակայն կապված են խողովակների կորստի հետ: Ոչ կործանարար մեթոդները ներառում են արդյունահանումը, ֆլոկուլյացիա և ընտրովի տեղումներ, խաչաձև հոսքի միկրոֆիլտրացիա, բացառող քրոմատոգրաֆիա, էլեկտրոֆորեզ, օրգանական պոլիմերների հետ ընտրողական ռեակցիա: Որպես կանոն, այս մեթոդները անարդյունավետ և անարդյունավետ են: Ածխածնային նանոխողովակների հատկությունները
Մեխանիկական. Նանոխողովակները, ինչպես ասվեց, չափազանց ամուր նյութ են ինչպես լարման, այնպես էլ ճկման մեջ։ Ավելին, կրիտիկականը գերազանցող մեխանիկական լարումների ազդեցության տակ նանոխողովակները չեն «կոտրվում», այլ վերադասավորվում։ Ելնելով նանոխողովակների բարձր ամրության հատկություններից՝ կարելի է պնդել, որ դրանք ներկայումս լավագույն նյութն են տիեզերական վերելակի կապակցման համար: Ինչպես ցույց են տալիս փորձերի արդյունքները և թվային մոդելավորումՄիաշերտ նանոխողովակի Յանգի մոդուլը հասնում է 1-5 ՏՊա կարգի արժեքների, ինչը մեծության կարգով ավելի մեծ է, քան պողպատից։ Ստորև բերված գրաֆիկը ցույց է տալիս համեմատությունը մեկ պատի նանոխողովակի և բարձր ամրության պողպատի միջև: 1 2
Տիեզերական վերելակի մալուխը գնահատվում է, որ դիմակայում է 62,5 ԳՊա մեխանիկական սթրեսին Առաձգական դիագրամ (մեխանիկական սթրեսի կախվածություն σ երկարացումից ε)
Ցույց տալու էական տարբերությունը առավել դիմացկունների միջև այս պահիննյութեր և ածխածնային նանոխողովակներ, կատարենք հետևյալ մտածողական փորձը. Պատկերացրեք, որ, ինչպես ենթադրվում էր ավելի վաղ, սեպաձև միատարր կառուցվածքը, որը բաղկացած է մինչ օրս ամենադիմացկուն նյութերից, կծառայի որպես մալուխ տիեզերական վերելակի համար, ապա մալուխի տրամագիծը GEO-ում (երկրի գեոստացիոնար ուղեծիր) կլինի մոտ. 2 կմ, իսկ Երկրի մակերևույթի վրա կնվազի մինչև 1 մմ: Այս դեպքում ընդհանուր զանգվածը կկազմի 60 * 1010 տոննա։ Եթե որպես նյութ օգտագործվել են ածխածնային նանոխողովակներ, ապա GEO-ում մալուխի տրամագիծը կազմել է 0,26 մմ, իսկ Երկրի մակերեսին՝ 0,15 մմ, և, հետևաբար, ընդհանուր զանգվածը կազմել է 9,2 տոննա: Ինչպես երևում է վերը նշված փաստերից, ածխածնային նանոֆիբրը հենց այն նյութն է, որն անհրաժեշտ է մալուխ կառուցելու համար, որի իրական տրամագիծը կկազմի մոտ 0,75 մ, որպեսզի դիմանա նաև տիեզերական վերելակի խցիկը շարժելու համար օգտագործվող էլեկտրամագնիսական համակարգին: Էլեկտրական. Ածխածնային նանոխողովակների փոքր չափերի պատճառով միայն 1996 թվականին հնարավոր եղավ ուղղակիորեն չափել դրանց էլեկտրական դիմադրողականությունը՝ օգտագործելով չորս ոտքի մեթոդը: Ոսկու շերտերը դրվել են փայլեցված սիլիցիումի օքսիդի մակերեսի վրա վակուումում: Նրանց միջև 2-3 մկմ երկարությամբ նանոխողովակներ են դրվել: Այնուհետև 80 նմ հաստությամբ չորս վոլֆրամի հաղորդիչներ տեղադրվեցին չափման համար ընտրված նանոտողոցներից մեկի վրա: Վոլֆրամի հաղորդիչներից յուրաքանչյուրը շփվել է ոսկե շերտերից մեկի հետ։ Նանոխողովակի վրա կոնտակտների միջև հեռավորությունը եղել է 0,3-ից մինչև 1 մկմ: Ուղղակի չափումների արդյունքները ցույց են տվել, որ նանոխողովակների դիմադրողականությունը կարող է տարբեր լինել զգալի միջակայքում՝ 5.1 * 10-ից: -6մինչև 0,8 օմ/սմ: Նվազագույն դիմադրողականությունը մեծության կարգով ցածր է, քան գրաֆիտինը: Նանոխողովակների մեծ մասն ունեն մետաղական հաղորդունակություն, մինչդեռ փոքր մասը ցուցադրում է կիսահաղորդչի հատկությունները 0,1-ից մինչև 0,3 էՎ գոտի բացվածքով: Ֆրանսիացի և ռուս հետազոտողները (IPTM RAS, Chernogolovka-ից) հայտնաբերել են նանոխողովակների մեկ այլ հատկություն, որը գերհաղորդականությունն է։ Նրանք չափել են ~1 նմ տրամագծով առանձին միապատի նանոխողովակի ընթացիկ լարման բնութագրերը, որոնք գլորվել են մեծ թվով միապատի նանոխողովակների, ինչպես նաև առանձին բազմաշերտ նանոխողովակների մեջ: Գերհաղորդիչ հոսանք 4K-ին մոտ ջերմաստիճանում նկատվել է երկու գերհաղորդիչ մետաղական կոնտակտների միջև։ Նանոխողովակում լիցքի փոխանցման առանձնահատկությունները էապես տարբերվում են սովորական, եռաչափ հաղորդիչներին բնորոշից և, ըստ երևույթին, բացատրվում են փոխանցման միաչափ բնույթով: Հայտնաբերվել է նաև Լոզանի (Շվեյցարիա) համալսարանի դե Գիրը հետաքրքիր գույքհաղորդունակության կտրուկ (մոտ երկու կարգի մեծության) փոփոխություն՝ միաշերտ նանոխողովակի թեթևակի 5-10°-ով ճկմամբ: Այս հատկությունը կարող է ընդլայնել նանոխողովակների շրջանակը: Մի կողմից, պարզվում է, որ նանոխողովակը մեխանիկական թրթռումների բարձր զգայուն փոխարկիչ է էլեկտրական ազդանշանի և հակառակը (իրականում դա մի քանի միկրոն երկարությամբ և մոտ մեկ նանոմետր տրամագծով հեռախոսի ընդունիչ է), և , մյուս կողմից, դա ամենափոքր դեֆորմացիաների գործնականում պատրաստի սենսոր է։ Նման սենսորը կարող է օգտագործվել այն սարքերում, որոնք վերահսկում են մեխանիկական բաղադրիչների և մասերի վիճակը, որոնցից կախված է մարդկանց անվտանգությունը, օրինակ՝ գնացքների և ինքնաթիռների ուղևորները, ատոմային և ջերմային էլեկտրակայանների անձնակազմը և այլն: Մազանոթ. Փորձերը ցույց են տվել, որ բաց նանոխողովակն ունի մազանոթային հատկություններ։ Նանոխողովակ բացելու համար անհրաժեշտ է հեռացնել վերին մասը՝ գլխարկը։ Հեռացնելու եղանակներից մեկը 850 ջերմաստիճանում նանոտողովակներ եռացնելն է 0C մի քանի ժամ ածխածնի երկօքսիդի հոսքի մեջ: Օքսիդացման արդյունքում բոլոր նանոխողովակների մոտ 10%-ը բաց է։ Նանոխողովակների փակ ծայրերը ոչնչացնելու մեկ այլ միջոց է խտացված ազոտական թթվի ազդեցությունը 4,5 ժամ 2400 C ջերմաստիճանում: Այս մշակման արդյունքում նանոխողովակների 80%-ը դառնում է բաց: Մազանոթային երևույթների առաջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ հեղուկը թափանցում է նանոտողովակային ալիք, եթե նրա մակերեսային լարվածությունը 200 մՆ/մ-ից բարձր չէ։ Հետևաբար, ցանկացած նյութ նանոխողովակներ ներմուծելու համար օգտագործվում են ցածր մակերեսային լարվածություն ունեցող լուծիչներ: Օրինակ՝ խտացված ազոտական թթուն, որի մակերևութային լարվածությունը ցածր է (43 մՆ/մ), օգտագործվում է որոշակի մետաղներ նանոտողովակային ալիք ներմուծելու համար։ Այնուհետև ջրածնային մթնոլորտում 4 ժամ 4000 C ջերմաստիճանում եռացում է կատարվում, ինչը հանգեցնում է մետաղի նվազմանը։ Այս կերպ ստացվել են նիկել, կոբալտ և երկաթ պարունակող նանոխողովակներ։ Մետաղների հետ մեկտեղ ածխածնային նանոխողովակները կարող են լցվել գազային նյութերով, օրինակ՝ մոլեկուլային ջրածնով։ Այս ունակությունը գործնական նշանակություն ունի, քանի որ այն բացում է ջրածնի անվտանգ պահեստավորման հնարավորությունը, որը կարող է օգտագործվել որպես էկոլոգիապես մաքուր վառելիք ներքին այրման շարժիչներում: Բացի այդ, գիտնականներին հաջողվել է տեղադրել նանոխողովակի ներսում ֆուլերենների մի ամբողջ շղթա, որոնցում արդեն ներկառուցված են գադոլինիումի ատոմները: (տես նկ.5): Բրինձ. 5. C60-ի ներսում մեկ պատի նանոխողովակի ներսում Նանոխողովակների մազանոթային ազդեցությունները և լցոնումը նանոխողովակ ածխածնի պիրոլիզի էլեկտրական աղեղ Ածխածնային նանոխողովակներում մազանոթային երևույթները առաջին անգամ փորձնականորեն իրականացվել են մի աշխատանքում, որտեղ նկատվել է հալված կապարի մազանոթային ետ քաշման ազդեցությունը նանոխողովակների մեջ: Այս փորձի ժամանակ նանոխողովակների սինթեզի համար նախատեսված էլեկտրական աղեղը բռնկվեց 0,8 տրամագծով և 15 սմ երկարությամբ էլեկտրոդների միջև 30 Վ լարման և 180–200 Ա հոսանքի դեպքում: Նյութի շերտ 3–4 սմ բարձրությամբ, որը ձևավորվել է կաթոդի մակերեսի վրա ջերմային ոչնչացման հետևանքով, անոդի մակերեսը հանվել է խցիկից և 5 ժամ պահել T = 850°C ջերմաստիճանում ածխածնի երկօքսիդի հոսքի մեջ: Այս գործողությունը, որի արդյունքում նմուշը կորցրեց զանգվածի մոտ 10%-ը, նպաստեց նմուշի մաքրմանը ամորֆ գրաֆիտի մասնիկներից և նստվածքում նանոխողովակների հայտնաբերմանը։ Նանոխողովակներ պարունակող նստվածքի կենտրոնական մասը դրվել է էթանոլի մեջ և լուծվել ձայնով: Քլորոֆորմի մեջ ցրված օքսիդացման արտադրանքը կիրառվել է ածխածնային ժապավենի վրա, որի անցքերն են՝ էլեկտրոնային մանրադիտակով դիտարկելու համար: Ինչպես ցույց տվեցին դիտարկումները, մշակման չենթարկված խողովակներն ունեին անխափան կառուցվածք, ճիշտ ձևի գլուխներ և 0,8-ից 10 նմ տրամագիծ: Օքսիդացման արդյունքում պարզվեց, որ նանոխողովակների մոտ 10%-ը վնասված է գլխարկներով, իսկ վերևի մոտ գտնվող որոշ շերտեր պոկվել են։ Դիտարկման համար նախատեսված նանոխողովակներ պարունակող նմուշը վակուումում լցրել են հալած կապարի կաթիլներով, որոնք ստացվել են մետաղի մակերեսը էլեկտրոնային ճառագայթով ճառագայթելով։ Այս դեպքում նանոխողովակների արտաքին մակերեսին նկատվել են 1-ից 15 նմ չափի կապարի կաթիլներ։ Նանոխողովակները 30 րոպե թրծվել են օդում Т = 400°С ջերմաստիճանում (կապարի հալման կետից բարձր): Էլեկտրոնային մանրադիտակով կատարված դիտարկումների արդյունքների համաձայն՝ կռումից հետո պարզվել է, որ նանոխողովակների մի մասը լցված է պինդ նյութով։ Նանոխողովակների լցման նմանատիպ ազդեցություն նկատվեց, երբ կռման արդյունքում բացված խողովակների գլուխները ճառագայթվեցին հզոր էլեկտրոնային ճառագայթով։ Բավականաչափ ուժեղ ճառագայթման դեպքում խողովակի բաց ծայրին մոտ գտնվող նյութը հալեցնում և ներթափանցում է ներս: Խողովակների ներսում կապարի առկայությունը հաստատվել է ռենտգենյան դիֆրակցիայի և էլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի միջոցով: Ամենաբարակ կապարի մետաղալարի տրամագիծը 1,5 նմ էր։ Դիտարկումների արդյունքներով՝ լցված նանոխողովակների թիվը չի գերազանցել 1%-ը։
Ածխածնային նանոխողովակները նորարարական տեխնոլոգիաների ապագան են: Նանոտոբուլենների արտադրությունն ու ներդրումը կբարելավեն ապրանքների և արտադրանքի որակը՝ զգալիորեն նվազեցնելով դրանց քաշը և մեծացնելով ամրությունը, ինչպես նաև օժտելով նոր հատկանիշներով։
Ածխածնային նանոխողովակները կամ խողովակային նանոկառուցվածքը (նանոխողովակ) լաբորատորիայում արհեստականորեն ստեղծված մեկ կամ բազմապատի խոռոչ գլանաձև կառուցվածքներ են, որոնք ստացվում են ածխածնի ատոմներից և ունեն բացառիկ մեխանիկական, էլեկտրական և ֆիզիկական հատկություններ:
Ածխածնային նանոխողովակները պատրաստված են ածխածնի ատոմներից և ունեն խողովակների կամ բալոնների ձև: Դրանք շատ փոքր են (նանոմաշտաբով), մեկից մի քանի տասնյակ նանոմետր տրամագծով և մինչև մի քանի սանտիմետր երկարությամբ։ Ածխածնային նանոխողովակները կազմված են գրաֆիտից, սակայն ունեն այլ բնութագրեր, որոնք բնորոշ չեն գրաֆիտին։ Նրանք բնության մեջ գոյություն չունեն։ Նրանց ծագումն արհեստական է։ Նանոխողովակների մարմինը սինթետիկ է, որը սկզբից մինչև վերջ ստեղծվել է մարդկանց կողմից անկախ։
Եթե նայեք միլիոն անգամ խոշորացված նանոխողովակին, ապա կարող եք տեսնել երկարաձգված գլան, որը բաղկացած է հավասարակողմ վեցանկյուններից, որոնց գագաթներում ածխածնի ատոմներ կան: Սա խողովակի մեջ գլորված գրաֆիտային հարթություն է: Նանոխողովակի քիրալությունը որոշում է նրա ֆիզիկական բնութագրերն ու հատկությունները:
Միլիոն անգամ մեծացված նանոխողովակը երկարաձգված գլան է, որը բաղկացած է հավասարակողմ վեցանկյուններից, որոնց գագաթներում ածխածնի ատոմներ կան: Սա խողովակի մեջ գլորված գրաֆիտային հարթություն է:
Քիրալությունը մոլեկուլի հատկությունն է՝ տիեզերքում չհամընկնել իր հայելային պատկերի հետ:
Ավելի պարզ, քիրալությունը այն է, երբ դուք, օրինակ, թղթի թերթիկը հավասարաչափ ծալում եք: Եթե թեք, ապա սա արդեն ախիրալություն է։ Նանոտուբուլենները կարող են ունենալ միաշերտ և բազմաշերտ կառուցվածք: Բազմաշերտ կառուցվածքը ոչ այլ ինչ է, քան մեկ-մեկ «հագնված» միաշերտ նանոխողովակներ:
Հայտնաբերման պատմություն
Նանոխողովակների հայտնաբերման ստույգ ամսաթիվը և դրանց հայտնաբերողը հայտնի չէ: Այս թեման բանավեճի և տրամաբանության տեղիք է տալիս, քանի որ այս կառույցների բազմաթիվ զուգահեռ նկարագրություններ կան գիտնականների կողմից: տարբեր երկրներ. Հայտնաբերողին հայտնաբերելու հիմնական դժվարությունը կայանում է նրանում, որ նանոխողովակները և նանոմանրաթելերը, ընկնելով գիտնականների տեսադաշտը, երկար ժամանակ չէին գրավում նրանց ուշադրությունը և մանրակրկիտ ուսումնասիրված չէին: Գոյություն ունեցող գիտական աշխատանքապացուցել, որ ածխածին պարունակող նյութերից նանոխողովակներ և մանրաթելեր ստեղծելու հնարավորությունը տեսականորեն թույլատրվել է անցյալ դարի երկրորդ կեսին։
Հիմնական պատճառն այն է, որ երկար ժամանակ միկրոն ածխածնի միացությունների լուրջ ուսումնասիրություններ չեն իրականացվել, այն է, որ այդ ժամանակ գիտնականները չունեին հետազոտության համար բավականաչափ հզոր գիտական բազա, մասնավորապես՝ չկար սարքավորումներ, որոնք կարող էին ընդլայնել ուսումնասիրության օբյեկտը: պահանջվող չափը և կիսաթափանցիկ դրանց կառուցվածքը:
Եթե նանոածխածնային միացությունների ուսումնասիրության իրադարձությունները դասավորենք ժամանակագրական կարգով, ապա առաջին վկայությունը գալիս է 1952 թվականին, երբ խորհրդային գիտնականներ Ռադուշկևիչը և Լուկյանովիչը ուշադրություն հրավիրեցին ածխածնի երկօքսիդի ջերմային տարրալուծման ժամանակ ձևավորված նանոմանելային կառուցվածքի վրա (ռուսերեն անվանումը օքսիդ է): ): Էլեկտրոնային մանրադիտակի սարքավորման միջոցով դիտարկված կառուցվածքն ուներ մոտ 100 նմ տրամագծով մանրաթելեր: Ցավոք, ամեն ինչ ավելի հեռուն չգնաց, քան անսովոր նանոկառուցվածքի ամրագրումը, և հետագա հետազոտություններ չհետևեցին:
25 տարվա մոռացությունից հետո, սկսած 1974 թվականից, թերթերը սկսում են հայտնվել ածխածնից պատրաստված միկրոն խողովակային կառույցների գոյության մասին։ Այսպիսով, մի խումբ ճապոնացի գիտնականներ (Տ. Կոյամա, Մ. Էնդո, Ա. Օբերլին) հետազոտությունների ընթացքում 1974-1975 թթ. լայն հանրությանը ներկայացրեցին իրենց մի շարք ուսումնասիրությունների արդյունքները, որոնք պարունակում էին 100 Ա-ից պակաս տրամագծով բարակ խողովակների նկարագրություն, որոնք ստացվել էին խտացման ժամանակ գոլորշիներից։ Նաև ածխածնի հատկությունների ուսումնասիրության արդյունքում ստացված կառուցվածքի և ձևավորման մեխանիզմի նկարագրությամբ խոռոչ կառուցվածքների ձևավորումը նկարագրվել է 1977 թվականին ԽՍՀՄ ԳԱ Սիբիրյան մասնաճյուղի կատալիզացիայի ինստիտուտի խորհրդային գիտնականների կողմից:
Å (Agström) - հեռավորությունների չափման միավոր, հավասար է 10−10 մ. SI համակարգում անգստրոմին մոտ արժեքով միավորը նանոմետր է (1 նմ = 10 Å):
Ֆուլերենները սնամեջ, գնդաձև մոլեկուլներ են, որոնք նման են գնդակի կամ ռեգբիի գնդակի:
Ֆուլերենները ածխածնի չորրորդ, նախկինում անհայտ մոդիֆիկացիան է, որը հայտնաբերել է անգլիացի քիմիկոս և աստղաֆիզիկոս Հարոլդ Կրոտոն: Եվ միայն իրենց գիտական հետազոտություններում նորագույն սարքավորումներն օգտագործելուց հետո, որոնք թույլ են տալիս մանրակրկիտ ուսումնասիրել և փայլել նանոխողովակների ածխածնային կառուցվածքը, ճապոնացի գիտնական Սումիո Իիջիման 1991 թվականին կատարեց առաջին լուրջ հետազոտությունը, որի արդյունքում ածխածնային նանոխողովակները փորձնականորեն ստացվեցին։ ձեռք բերված և մանրամասն ուսումնասիրված..
Իր հետազոտության ընթացքում պրոֆեսոր Իջիման ցրված գրաֆիտը ենթարկեց էլեկտրական աղեղի արտանետման՝ նախատիպ ստանալու համար: Նախատիպը մանրակրկիտ չափվել է։ Դրա չափերը ցույց են տվել, որ թելերի (մարակի) տրամագիծը չի գերազանցում մի քանի նանոմետրը՝ մեկից մի քանի միկրոն երկարությամբ։ Ուսումնասիրելով ածխածնային նանոխողովակի կառուցվածքը՝ գիտնականները պարզել են, որ ուսումնասիրվող օբյեկտը կարող է ունենալ մեկից մինչև մի քանի շերտեր՝ բաղկացած վեցանկյունների վրա հիմնված գրաֆիտային վեցանկյուն ցանցից։ Այս դեպքում նանոխողովակների ծայրերը կառուցվածքով նման են երկու մասի կտրված ֆուլերենի մոլեկուլի կեսին:
Վերոնշյալ ուսումնասիրությունների ժամանակ արդեն կային իրենց ոլորտում այնպիսի հայտնի գիտնականների աշխատանքներ, ինչպիսիք են Ջոնսը, Լ.Ա. Չեռնոզատոնսկի, Մ.Յու. Կոռնիլովը՝ կանխատեսելով ածխածնի այս ալոտրոպ ձևի ձևավորման հնարավորությունը՝ նկարագրելով նրա կառուցվածքը, ֆիզիկական, քիմիական և այլ հատկությունները։
Նանոխողովակի բազմաշերտ կառուցվածքը ոչ այլ ինչ է, քան մի քանի միաշերտ նանոխողովակներ՝ «հագնված» մեկ-մեկ՝ ռուսական բնադրող տիկնիկների սկզբունքով։ Էլեկտրաֆիզիկական հատկություններ
Ածխածնային նանոխողովակների էլեկտրաֆիզիկական հատկությունները գտնվում են ամբողջ աշխարհի գիտական համայնքների կողմից ամենամոտ ուսումնասիրության ներքո: Որոշակի երկրաչափական հարաբերակցությամբ նանոխողովակներ նախագծելով՝ հնարավոր է նրանց տալ հաղորդիչ կամ կիսահաղորդչային հատկություններ։ Օրինակ, ադամանդը և գրաֆիտը երկուսն էլ ածխածին են, բայց մոլեկուլային կառուցվածքի տարբերությունների պատճառով նրանք ունեն տարբեր և որոշ դեպքերում հակառակ հատկություններ: Նման նանոխողովակները կոչվում են մետաղական կամ կիսահաղորդչային։
Նանոխողովակները, որոնք էլեկտրականություն են փոխանցում նույնիսկ բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանում, մետաղական են: Էլեկտրական հոսանքի զրոյական հաղորդունակությունը բացարձակ զրոյում, որը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, ցույց է տալիս կիսահաղորդչային նանոկառուցվածքի բնորոշ նշանը:
Հիմնական դասակարգումը բաշխվում է ըստ գրաֆիտի հարթության ծալման մեթոդի։ Ծալման մեթոդը նշվում է երկու թվերով՝ «m» և «n», որոնք սահմանում են գրաֆիտային ցանցի վեկտորների երկայնքով ծալման ուղղությունը։ Նանոխողովակների հատկությունները կախված են գրաֆիտի հարթության ծալման երկրաչափությունից, օրինակ՝ ոլորման անկյունն ուղղակիորեն ազդում է դրանց էլեկտրաֆիզիկական հատկությունների վրա։
Կախված պարամետրերից (n, m) նանոխողովակները կարող են լինել՝ ուղիղ (աչիրալ), ատամնավոր («բազկաթոռ»), զիգզագաձև և պտուտակաձև (քիրալային)։ Էլեկտրական հաղորդունակության հաշվարկման և պլանավորման համար օգտագործվում է պարամետրերի հարաբերակցության բանաձևը՝ (n-m) / 3:
Հաշվարկից ստացված ամբողջ թիվը ցույց է տալիս մետաղական տիպի նանոխողովակի հաղորդունակությունը, իսկ կոտորակային թիվը՝ կիսահաղորդչի տեսակը։ Օրինակ, «աթոռ» տեսակի բոլոր խողովակները մետաղական են։ Մետաղական տիպի ածխածնային նանոխողովակները էլեկտրական հոսանք են վարում բացարձակ զրոյի դեպքում։ Կիսահաղորդչային տիպի նանոխողովակները բացարձակ զրոյի դեպքում ունեն զրոյական հաղորդունակություն, որը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։
Մետաղական հաղորդունակություն ունեցող նանոխողովակները կարող են մոտավորապես մեկ քառակուսի սանտիմետրի համար փոխանցել միլիարդ ամպեր: Պղինձը, լինելով լավագույն մետաղական հաղորդիչներից մեկը, այս ցուցանիշներով զիջում է նանոխողովակներին ավելի քան հազար անգամ։ Հաղորդունակության սահմանը գերազանցելու դեպքում տեղի է ունենում ջեռուցում, որն ուղեկցվում է նյութի հալեցմամբ և մոլեկուլային ցանցի քայքայմամբ։ Սա չի լինում նանոտուբուլենների դեպքում՝ հավասար պայմաններում։ Դա պայմանավորված է նրանց շատ բարձր ջերմահաղորդականությամբ, որը երկու անգամ գերազանցում է ադամանդին:
Հզորության առումով նանոտուբուլենը շատ ետևում է թողնում նաև այլ նյութեր: Այն 5–10 անգամ ավելի ամուր է պողպատի ամենաամուր համաձուլվածքներից (Յանգի մոդուլում 1,28–1,8 ՏՊա) և ունի ռետինից 100 հազար անգամ բարձր առաձգականություն։ Եթե համեմատենք առաձգական ուժի ցուցանիշները, ապա դրանք 20-22 անգամ գերազանցում են բարձրորակ պողպատի նման ամրության բնութագրերը:
Ինչպես ստանալ ՄԱԿ
Նանոխողովակները ստացվում են բարձր և ցածր ջերմաստիճանի մեթոդներով։
Բարձր ջերմաստիճանի մեթոդները ներառում են լազերային աբլացիա, արևային տեխնոլոգիա կամ էլեկտրական աղեղի արտանետում: Ցածր ջերմաստիճանի մեթոդը ներառում է քիմիական գոլորշիների նստեցում՝ օգտագործելով ածխաջրածնի կատալիտիկ քայքայումը, գազաֆազային կատալիտիկ աճը ածխածնի մոնօքսիդից, արտադրությունը էլեկտրոլիզով, պոլիմերային ջերմամշակում, տեղական ցածր ջերմաստիճանի պիրոլիզի կամ տեղային կատալիզի միջոցով: Բոլոր մեթոդները դժվար հասկանալի են, բարձր տեխնոլոգիական և շատ ծախսատար: Նանոխողովակների արտադրությունը կարող է իրեն թույլ տալ միայն հզոր գիտական բազա ունեցող խոշոր ձեռնարկությունը։
Պարզեցված՝ աղեղային մեթոդով ածխածնից նանոխողովակներ ստանալու գործընթացը հետևյալն է.
Գազային վիճակում գտնվող պլազման ներարկման ապարատի միջոցով մտցվում է փակ շղթայով մինչև որոշակի ջերմաստիճանի տաքացվող ռեակտոր: Ռեակտորում, վերին և ստորին հատվածներում տեղադրվում են մագնիսական պարույրներ, որոնցից մեկը անոդն է, մյուսը՝ կաթոդը։ Մագնիսական պարույրները մատակարարվում են մշտական էլեկտրական հոսանքով: Ռեակտորում պլազմայի վրա ազդում է էլեկտրական աղեղը, որը նույնպես պտտվում է մագնիսական դաշտով։ Անոդի մակերևույթից բարձր ջերմաստիճանի էլեկտրապլազմային աղեղի ազդեցության տակ, որը բաղկացած է ածխածին պարունակող նյութից (գրաֆիտից), ածխածինը գոլորշիանում է կամ «դուրս է գալիս» և խտանում կաթոդի վրա՝ ածխածնային նանոխողովակների տեսքով։ նստվածք. Որպեսզի ածխածնի ատոմները կարողանան խտանալ կաթոդի վրա, ռեակտորում ջերմաստիճանը իջեցվում է։ Նույնիսկ այս տեխնոլոգիայի հակիրճ նկարագրությունը հնարավորություն է տալիս գնահատել նանոտուբուլենների ստացման բարդությունն ու արժեքը: Շատ ժամանակ կպահանջվի, մինչև արտադրության և կիրառման գործընթացը հասանելի դառնա ձեռնարկությունների մեծ մասի համար։
Լուսանկարների պատկերասրահ. Ածխածնից նանոխողովակներ ստանալու սխեման և սարքավորում
Միապատի ածխածնային նանոխողովակների սինթեզի տեղադրում էլեկտրական աղեղային մեթոդով 
Փոքր հզոր գիտական տեղադրում խողովակային նանոկառուցվածք ստանալու համար 
Ցածր ջերմաստիճանի արտադրության մեթոդ 
Երկար ածխածնային նանոխողովակների արտադրության տեղադրում
Արդյո՞ք դրանք թունավոր են:
Միանշանակ այո։
Ընթացքի մեջ է լաբորատոր հետազոտությունգիտնականները եկել են այն եզրակացության, որ ածխածնային նանոխողովակները բացասաբար են ազդում կենդանի օրգանիզմների վրա։ Սա իր հերթին հաստատում է նանոխողովակների թունավորությունը, և գիտնականները գնալով ավելի քիչ են կասկածում այս կարևոր հարցում:
Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ածխածնային նանոխողովակների անմիջական փոխազդեցությունը կենդանի բջիջների հետ հանգեցնում է նրանց մահվան: Հատկապես միապատի նանոխողովակները ունեն ուժեղ հակամանրէային ակտիվություն: Գիտնականների փորձերը սկսեցին իրականացնել բակտերիաների թագավորության (E. coli) E-Coli ընդհանուր մշակույթի վրա: Հետազոտության գործընթացում օգտագործվել են 0,75-ից 1,2 նանոմետր տրամագծով միաշերտ նանոխողովակներ։ Ինչպես ցույց են տվել փորձերը, կենդանի բջջի վրա ածխածնային նանոխողովակների ազդեցության արդյունքում բջջային պատերը (մեմբրանները) մեխանիկորեն վնասվում են։
Այլ մեթոդներով ստացված նանոխողովակները պարունակում են մեծ քանակությամբ մետաղներ և այլ թունավոր կեղտեր։ Շատ գիտնականներ ենթադրում են, որ ածխածնային նանոխողովակների բուն թունավորությունը կախված չէ դրանց մորֆոլոգիայից, այլ ուղղակիորեն կապված է դրանցում պարունակվող կեղտերի հետ (նանոխողովակներ): Այնուամենայնիվ, Յեյլի գիտնականների կողմից նանոխողովակների հետազոտության ոլորտում կատարված աշխատանքը ցույց է տվել բազմաթիվ համայնքների սխալ ներկայացում: Այսպիսով, հետազոտության ընթացքում Escherichia coli-ի (E-Coli) բակտերիաները մեկ ժամով ենթարկվել են միապատի ածխածնային նանոխողովակների մշակմանը։ Արդյունքում E-Coli-ի մեծ մասը մահացել է: Նանոնյութերի ոլորտում այս ուսումնասիրությունները հաստատել են դրանց թունավորությունը և բացասական ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների վրա։
Գիտնականները եկել են այն եզրակացության, որ միապատի նանոխողովակները ամենավտանգավորն են, դա պայմանավորված է ածխածնային նանոխողովակի երկարության և տրամագծի հարաբերակցությամբ:
Մարդու մարմնի վրա ածխածնային նանոխողովակների ազդեցության վերաբերյալ տարբեր հետազոտությունները գիտնականներին հանգեցրել են այն եզրակացության, որ ազդեցությունը նույնական է, ինչպես ասբեստի մանրաթելերի դեպքում, որոնք մտնում են մարմին: Ասբեստի մանրաթելերի բացասական ազդեցության աստիճանը ուղղակիորեն կախված է դրանց չափից. որքան փոքր է, այնքան ուժեղ է բացասական ազդեցությունը: Իսկ ածխածնային նանոխողովակների դեպքում կասկած չկա, որ դրանց բացասական ազդեցությունն օրգանիզմի վրա կա։ Օդով ներթափանցելով օրգանիզմ՝ նանոխողովակը նստում է կրծքավանդակի պլեվրայով՝ դրանով իսկ առաջացնելով լուրջ բարդություններ, մասնավորապես՝ քաղցկեղային ուռուցքներ։ Եթե նանոտոբուլենների ներթափանցումն օրգանիզմ տեղի է ունենում սննդի միջոցով, դրանք նստում են ստամոքսի ու աղիների պատերին՝ առաջացնելով տարբեր հիվանդություններ ու բարդություններ։
Ներկայումս գիտնականները հետազոտություններ են անցկացնում նանոնյութերի կենսաբանական համատեղելիության և ածխածնային նանոխողովակների անվտանգ արտադրության նոր տեխնոլոգիաների որոնումների վերաբերյալ։
հեռանկարները
Ածխածնային նանոխողովակները զբաղեցնում են կիրառությունների լայն շրջանակ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ նրանք ունեն մոլեկուլային կառուցվածք՝ շրջանակի տեսքով, այդպիսով թույլ տալով նրանց ունենալ ադամանդի կամ գրաֆիտի հատկություններից տարբերվող հատկություններ: Հենց իրենց տարբերակիչ հատկանիշների (ուժ, հաղորդունակություն, ճկման) պատճառով է, որ ածխածնային նանոխողովակներն ավելի հաճախ են օգտագործվում, քան մյուս նյութերը։
Ածխածնի այս գյուտը օգտագործվում է էլեկտրոնիկայի, օպտիկայի, մեքենաշինության մեջ և այլն: Ածխածնային նանոխողովակները օգտագործվում են որպես տարբեր պոլիմերների և կոմպոզիտների հավելումներ՝ մոլեկուլային միացությունների ամրությունը բարձրացնելու համար: Ի վերջո, բոլորը գիտեն, որ ածխածնի միացությունների մոլեկուլային ցանցն ունի անհավատալի ուժ, հատկապես իր մաքուր տեսքով:
Ածխածնային նանոխողովակները օգտագործվում են նաև կոնդենսատորների և տարբեր տեսակի սենսորների, անոդների արտադրության մեջ, որոնք անհրաժեշտ են մարտկոցների արտադրության համար՝ որպես էլեկտրամագնիսական ալիքների կլանիչ։ Այս ածխածնային միացությունը լայն կիրառություն է գտել հեռահաղորդակցության ցանցերի և հեղուկ բյուրեղային դիսփլեյների արտադրության ոլորտում: Նանոխողովակները նաև օգտագործվում են որպես կատալիտիկ հատկությունների ուժեղացուցիչ լուսավորող սարքերի արտադրության մեջ։
Առևտրային հավելված
| Շուկա | Դիմում | Ածխածնային նանոխողովակների վրա հիմնված կոմպոզիցիաների հատկությունները |
| Ավտոմեքենաներ | Վառելիքի համակարգի մասեր և վառելիքի գծեր (միակցիչներ, պոմպերի մասեր, օ-օղակներ, խողովակներ), արտաքին մարմնի մասերէլեկտրաներկման համար (բամպերներ, հայելիների պատյաններ, վառելիքի բաքերի գլխարկներ) | Հատկությունների բարելավված հավասարակշռությունը ածխածնի հետ համեմատած, մեծ մասերի վերամշակելիություն, դեֆորմացման դիմադրություն |
| Էլեկտրոնիկա | Տեխնոլոգիական գործիքներ և սարքավորումներ, վաֆլի ձայներիզներ, կոնվեյերներ, հետնամասեր, մաքուր սենյակի սարքավորումներ | Խառնուրդների բարելավված մաքրությունը՝ համեմատած ածխածնային մանրաթելերի հետ, մակերևույթի դիմադրողականության վերահսկում, բարակ մասերի ձուլման համար աշխատունակություն, դեֆորմացման դիմադրություն, հատկությունների հավասարակշռություն, պլաստիկ խառնուրդների այլընտրանքային հնարավորություններ՝ համեմատած ածխածնային մանրաթելերի հետ։ |
Ածխածնային նանոխողովակները սահմանափակված չեն օգտագործման որոշակի շրջանակով տարբեր արդյունաբերություններԱրդյունաբերություն. Նյութը հայտնագործվել է համեմատաբար վերջերս, և այս առումով այն ներկայումս լայնորեն օգտագործվում է աշխարհի շատ երկրներում գիտական մշակման և հետազոտության մեջ: Սա անհրաժեշտ է ածխածնային նանոխողովակների հատկությունների և բնութագրերի ավելի մանրամասն ուսումնասիրության, ինչպես նաև նյութի լայնածավալ արտադրության հաստատման համար, քանի որ այն ներկայումս բավականին թույլ դիրք է զբաղեցնում շուկայում:
Ածխածնային նանոխողովակները օգտագործվում են միկրոպրոցեսորների սառեցման համար: Իրենց լավ հաղորդիչ հատկությունների շնորհիվ ածխածնային նանոխողովակների օգտագործումը մեքենաշինության մեջ լայն շրջանակ է զբաղեցնում: Այս նյութը օգտագործվում է որպես զանգվածային չափսերով ագրեգատների սառեցման սարքեր: Սա առաջին հերթին պայմանավորված է նրանով, որ ածխածնային նանոխողովակները ունեն բարձր հատուկ ջերմային հաղորդունակություն:
Նանոխողովակների օգտագործումը համակարգչային տեխնոլոգիաների զարգացման մեջ կարևոր դեր է խաղում էլեկտրոնիկայի ոլորտում: Այս նյութի օգտագործման շնորհիվ արտադրություն է ստեղծվել բավականին հարթ դիսփլեյների արտադրության համար: Սա նպաստում է կոմպակտ չափերի համակարգչային սարքավորումների արտադրությանը, բայց միևնույն ժամանակ էլեկտրոնային համակարգիչների տեխնիկական բնութագրերը ոչ թե կորչում են, այլ նույնիսկ ավելանում։ Ածխածնային նանոխողովակների օգտագործումը համակարգչային տեխնոլոգիաների և էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության զարգացման մեջ հնարավորություն կտա ձեռք բերել այնպիսի սարքավորումների արտադրություն, որոնք շատ անգամ գերազանցում են. տեխնիկական բնութագրերըներկայիս գործընկերները: Այս ուսումնասիրությունների հիման վրա արդեն ստեղծվում են բարձրավոլտ կինեսկոպներ։
Առաջին ածխածնային նանոխողովակային պրոցեսորը Օգտագործման խնդիրներ
Նանոխողովակների օգտագործման խնդիրներից է բացասական ազդեցությունը կենդանի օրգանիզմների վրա, ինչը կասկածի տակ է դնում այդ նյութի կիրառումը բժշկության մեջ։ Փորձագետներից ոմանք ենթադրում են, որ ածխածնային նանոխողովակների զանգվածային արտադրության գործընթացում կարող են լինել չգնահատված ռիսկեր։ Այսինքն՝ նանոխողովակների շրջանակի ընդլայնման արդյունքում մեծ մասշտաբով դրանց արտադրության անհրաժեշտություն կառաջանա եւ, համապատասխանաբար, վտանգ կառաջանա շրջակա միջավայրին։
Գիտնականներն առաջարկում են այս խնդրի լուծման ուղիներ փնտրել ածխածնային նանոխողովակների արտադրության էկոլոգիապես մաքուր մեթոդների և մեթոդների կիրառման մեջ։ Առաջարկվել է նաև այս նյութի արտադրողներին լրջորեն մոտենալ CVD գործընթացի հետևանքների «մաքրման» հարցին, որն իր հերթին կարող է ազդել արտադրանքի ինքնարժեքի բարձրացման վրա։
Բջիջների վրա նանոխողովակների բացասական ազդեցության լուսանկարը ա) Escherichia coli-ի բջիջները նախքան նանոտողովակների ազդեցությունը. բ) բջիջները նանոխողովակների ազդեցությունից հետո Ժամանակակից աշխարհում ածխածնային նանոխողովակները զգալի ներդրում ունեն նորարարական տեխնոլոգիաների զարգացման գործում։ Փորձագետները կանխատեսումներ են տալիս առաջիկա տարիներին նանոխողովակների արտադրության աճի և այդ ապրանքների գների նվազման վերաբերյալ։ Սա, իր հերթին, կընդլայնի նանոխողովակների շրջանակը և կբարձրացնի սպառողների պահանջարկը շուկայում:
RU 2430879 արտոնագրի սեփականատերերը.
Գյուտը վերաբերում է նանոտեխնոլոգիային և կարող է օգտագործվել որպես կոմպոզիտային նյութերի բաղադրիչ: Բազմաշերտ ածխածնային նանոխողովակները ստացվում են ածխաջրածինների պիրոլիզի արդյունքում՝ օգտագործելով կատալիզատորներ, որոնք պարունակում են. ակտիվ բաղադրիչներ Fe, Co, Ni, Mo, Mn և դրանց համակցությունները, ինչպես նաև Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 որպես կրիչներ։ Ստացված նանոխողովակները մաքրվում են աղաթթվի լուծույթում եռացնելով, որին հաջորդում է ջրով լվանալը: Թթվային մշակումից հետո ջեռուցումն իրականացվում է բարձր մաքրության արգոնի հոսքով ջերմաստիճանի գրադիենտ ունեցող վառարանում: Վառարանի աշխատանքային գոտում ջերմաստիճանը 2200-2800°C է։ Վառարանի եզրերին ջերմաստիճանը 900-1000°C է։ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅՈՒՆ. Գյուտը հնարավորություն է տալիս ստանալ բազմաշերտ նանոխողովակներ՝ 1 ppm-ից պակաս մետաղական խառնուրդի պարունակությամբ: 3 w.p. f-ly, 9 հիվանդ., 3 էջ.
Գյուտը վերաբերում է բարձր մաքրության բազմաշերտ ածխածնային նանոխողովակների (MWNTs) արտադրությանը՝ 1 ppm-ից պակաս մետաղական խառնուրդի պարունակությամբ, որոնք կարող են օգտագործվել որպես կոմպոզիտային նյութերի բաղադրիչներ տարբեր նպատակներով:
MWCNTs զանգվածային արտադրության համար օգտագործվում են մեթոդներ, որոնք հիմնված են ածխաջրածինների կամ ածխածնի մոնօքսիդի պիրոլիզի վրա երկաթի ենթախմբի մետաղների վրա հիմնված մետաղական կատալիզատորների առկայության դեպքում [TWEbbesen // Carbon nanotubes: Preparation and properties, CRC Press, 1997, p.139- 161; V.Shanov, Yeo-Heung Yun, MJSchuiz // Ածխածնային նանոխողովակների նյութերի սինթեզ և բնութագրում (ակնարկ) // Քիմիական տեխնոլոգիաների և մետալուրգիայի համալսարանի ամսագիր, 2006 թ., թիվ 4, հ.41, էջ 377-390 ; J. W. Seo; Ա.Մագրեզ; Մ.Միլաս; K.Lee, V Lukovac, L.Forro // կատալիտիկորեն աճեցված ածխածնային նանոխողովակներ. սինթեզից մինչև թունավորություն // Journal of Physics D (Applied Physics), 2007, v.40, n.6]: Դրա պատճառով դրանց օգնությամբ ստացված MWCNT-ները պարունակում են օգտագործված կատալիզատորների մետաղների կեղտեր: Միևնույն ժամանակ, մի շարք կիրառությունների համար, օրինակ՝ էլեկտրաքիմիական սարքեր ստեղծելու և տարբեր նպատակների համար կոմպոզիտային նյութեր ստանալու համար, պահանջվում են բարձր մաքրության MWCNTs, որոնք չեն պարունակում մետաղական կեղտեր: Բարձր մաքրության MWCNT-ները հիմնականում անհրաժեշտ են բարձր ջերմաստիճանի վերամշակման ենթարկված կոմպոզիտային նյութերի արտադրության համար: Դա պայմանավորված է նրանով, որ անօրգանական ներդիրները կարող են կատալիզատորներ լինել տեղական գրաֆիտացման համար և, որպես արդյունք, նախաձեռնել ածխածնի կառուցվածքում նոր թերությունների ձևավորում [AS Fialkov // Carbon, միջշերտային միացություններ և դրա վրա հիմնված կոմպոզիտներ, Aspect Press, Մոսկվա , 1997, էջ 588 -602]։ Մետաղական մասնիկների կատալիտիկ գործողության մեխանիզմը հիմնված է մետաղի ատոմների փոխազդեցության վրա ածխածնային մատրիցով մետաղ-ածխածնային մասնիկների ձևավորման հետ, որին հաջորդում է գրաֆիտի նման նոր գոյացությունների թողարկումը, որոնք կարող են ոչնչացնել կոմպոզիտային կառուցվածքը: Հետևաբար, նույնիսկ փոքր մետաղական կեղտերը կարող են հանգեցնել կոմպոզիտային նյութի միատեսակության և մորֆոլոգիայի խախտման:
Կաթալիտիկ ածխածնային նանոխողովակները կեղտից մաքրելու ամենատարածված մեթոդները հիմնված են տաքացման ժամանակ տարբեր կոնցենտրացիաներով թթուների խառնուրդով դրանց մշակման վրա, ինչպես նաև միկրոալիքային ճառագայթման ազդեցության հետ միասին: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդների հիմնական թերությունը ուժեղ թթուների ազդեցության հետևանքով ածխածնային նանոխողովակների պատերի ոչնչացումն է, ինչպես նաև դրանց մակերեսին մեծ քանակությամբ թթվածին պարունակող ֆունկցիոնալ խմբերի հայտնվելը, ինչը դժվարացնում է աշխատանքը: ընտրել պայմաններ թթվային բուժման համար: Այս դեպքում ստացված MWCNT-ների մաքրությունը կազմում է 96-98 wt.%, քանի որ կատալիզատորի մետաղական մասնիկները պարփակված են ածխածնային նանոխողովակի ներքին խոռոչում և անհասանելի են ռեակտիվների համար:
MWCNT-ների մաքրության բարձրացումը կարելի է ձեռք բերել 1500°C-ից բարձր ջերմաստիճանում տաքացնելով դրանք՝ պահպանելով ածխածնային նանոխողովակների կառուցվածքն ու մորֆոլոգիան: Այս մեթոդները հնարավորություն են տալիս ոչ միայն մաքրել MWCNT-ները մետաղական կեղտից, այլ նաև նպաստում են ածխածնային նանոխողովակների կառուցվածքի դասավորությանը փոքր թերությունների կռման, Յանգի մոդուլի ավելացման, գրաֆիտի շերտերի միջև հեռավորության նվազման և. մակերեսային թթվածնի հեռացում, որը հետագայում ապահովում է ածխածնային նանոխողովակների ավելի միասնական ցրումը պոլիմերային մատրիցայում, որն անհրաժեշտ է ավելի լավ ստանալու համար կոմպոզիտային նյութեր. Մոտ 3000°C ջերմաստիճանում կալցինացումը հանգեցնում է ածխածնային նանոխողովակների կառուցվածքում լրացուցիչ թերությունների առաջացման և արդեն իսկ գոյություն ունեցող թերությունների առաջացման։ Հարկ է նշել, որ նկարագրված մեթոդներով ստացված ածխածնային նանոխողովակների մաքրությունը կազմում է ոչ ավելի, քան 99,9%:
Գյուտը լուծում է ածխաջրածինների կատալիտիկ պիրոլիզի միջոցով ստացված բազմաշերտ ածխածնային նանոխողովակների մաքրման մեթոդի մշակման խնդիրը՝ կատալիզատորի կեղտերի գրեթե ամբողջական հեռացմամբ (մինչև 1 ppm), ինչպես նաև այլ միացությունների կեղտեր, որոնք կարող են հայտնվել MWCNT-ների թթվային մշակման ժամանակ։ , միաժամանակ պահպանելով ածխածնային նանոխողովակների մորֆոլոգիան։
Խնդիրը լուծվում է ածխաջրածինների պիրոլիզի միջոցով ստացված բազմաշերտ ածխածնային նանոխողովակների մաքրման մեթոդով՝ օգտագործելով Fe, Co, Ni, Mo, Mn պարունակող կատալիզատորներ և դրանց համակցությունները որպես ակտիվ բաղադրիչներ, ինչպես նաև Al 2 O 3, MgO, CaCO 3, ինչպես նաև: կրիչներ, որն իրականացվում է աղաթթվի լուծույթում եռացնելով հետագա ջրով լվանալով, թթվային մշակումից հետո ջեռուցումն իրականացվում է բարձր մաքրության արգոնի հոսքով ջերմաստիճանի գրադիենտով վառարանում, աշխատանքային գոտում ջերմաստիճանը 2200-2800 ° C, վառարանի եզրերին ջերմաստիճանը 900-1000 ° C է, որի արդյունքում ստանում են բազմաշերտ նանոխողովակներ՝ մետաղական կեղտերի 1 ppm-ից պակաս պարունակությամբ:
Ջեռուցումն իրականացվում է բարձր մաքրության գրաֆիտից պատրաստված ամպուլներում։
Արգոնի հոսանքի տաքացման ժամանակը, օրինակ, 15–60 րոպե է:
Օգտագործեք արգոն 99,999% մաքրությամբ:
Մեթոդի զգալի տարբերությունը ջերմաստիճանի գրադիենտով վառարանի օգտագործումն է MWCNT-ների մաքրման համար, որտեղ մետաղական կեղտերը գոլորշիանում են տաք գոտում, իսկ մետաղական մասնիկները խտանում են փոքր գնդիկների տեսքով սառը գոտում: Մետաղական գոլորշիների տեղափոխումն իրականացնելու համար օգտագործվում է բարձր մաքրության արգոնի հոսք (99,999%) գազի հոսքի մոտ 20 լ/ժ արագությամբ։ Մթնոլորտային գազերի ազդեցությունը կանխելու համար վառարանը հագեցած է հատուկ կնիքներով:
Ջրի և օդի թթվածնի նախնական կլանումը MWCNT-ների մակերևույթից և գրաֆիտի ամպուլից, որի մեջ նմուշը տեղադրվում է գրաֆիտային վառարանում, ինչպես նաև դրանք մաքրելը բարձր մաքրության արգոնով, թույլ է տալիս խուսափել գազափոխադրման ռեակցիաներից, որոնք ներառում են ջրածին: և թթվածին պարունակող գազեր, որոնք հանգեցնում են ածխածնի վերաբաշխմանը նրա խիստ ցրված ձևերի և լավ բյուրեղացված գրաֆիտի նման ձևերի միջև՝ ցածր մակերևութային էներգիայով (Վ.Լ.Կուզնեցով, Յու. / Carbon 42 (2004) pp.1057-1061; AS Fialkov // Գործընթացներ և ապարատներ փոշու ածխածնային-գրաֆիտային նյութերի արտադրության համար, Aspect Press, Մոսկվա, 2008, էջ 510-514):
Ածխածնի կատալիտիկ բազմաշերտ նանոխողովակները ստացվում են ածխաջրածինների պիրոլիզի միջոցով՝ օգտագործելով Fe, Co, Ni, Mo և դրանց համակցությունները որպես ակտիվ բաղադրիչներ, ինչպես նաև Al 2 O 3, MgO, CaCO 3 որպես կրող կատալիզատորներ (T. W. Ebbesen // Carbon nanotubes: Preparation): and properties, CRC Press, 1997, p.139-161 V.Shanov, Yeo-Heung Yun, MJSchuiz // ածխածնային նանոխողովակների նյութերի սինթեզ և բնութագրում (ակնարկ) // Քիմիական տեխնոլոգիաների և մետալուրգիայի համալսարանի ամսագիր, 2006 թ. 4, v.41, էջ 377-390; JWSeo; A.Magrez; M.Milas; K.Lee, V Lukovac, L.Forro // Կատալիզիկորեն աճեցված ածխածնային նանոխողովակներ. սինթեզից մինչև թունավորություն / / Physics D ամսագիր (Կիրառական ֆիզիկա), 2007, հ.40, հ.6):
Առաջարկվող մեթոդում, առավել բնորոշ մետաղների կեղտերը հեռացնելու հնարավորությունը ցուցադրելու համար, մաքրում է իրականացվում երկու տեսակի MWCNT-ների համար, որոնք սինթեզված են Fe-Co/Al 2 O 3 և Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորների վրա, որոնք պարունակում են Fe և Co. հարաբերակցությունը 2:1: Այս կատալիզատորների օգտագործման կարևորագույն առանձնահատկություններից է սինթեզված նմուշներում այլ ածխածնային փուլերի բացակայությունը, բացառությամբ MWCNT-ների: Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի առկայության դեպքում MWCNTs ստացվում են միջինը 7-10 նմ արտաքին տրամագծով, իսկ Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորի առկայության դեպքում MWCNT-ներ՝ մեծ միջին արտաքին տրամագծերով: Ստացվում է 22-25 նմ։
Ստացված նմուշները հետազոտվում են փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակով, ռենտգենյան ֆլուորեսցենտով՝ օգտագործելով ARL - Advant «x անալիզատոր՝ ռենտգենյան խողովակի Rh անոդով (չափման ճշգրտությունը ± 10%), և նմուշների հատուկ մակերեսը նույնպես։ չափվում է BET մեթոդով:
Ըստ TEM-ի, բնօրինակ նմուշները բաղկացած են խիստ թերի MWCNT-ներից (Նկար 1, 6): Խողովակների բեկորները ոլորանների տարածքում ունեն հարթ, կլորացված եզրագծեր. խողովակների մակերեսին նկատվում են մեծ թվով ֆուլերենման գոյացություններ։ Նանոխողովակների գրաֆենանման շերտերը բնութագրվում են մեծ թվով թերությունների առկայությամբ (ճեղքեր, Y-անման միացումներ և այլն)։ Խողովակների որոշ հատվածներում առկա է MWCNT-ների տարբեր կողմերում շերտերի քանակի անհամապատասխանություն: Վերջինս վկայում է բաց ընդլայնված գրաֆենի շերտերի առկայության մասին, որոնք հիմնականում տեղայնացված են խողովակների ներսում։ Ջեռուցվող MWCNT-ների էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ բարձր մաքրության արգոնի հոսքում 2200°C ջերմաստիճանում - Նկար 2, 7; 2600°C - Նկ.3, 8; 2800°C - Նկարներ 4, 5, 9. Նմուշներում կալցինացումից հետո նկատվում են ավելի հավասարաչափ MWCNT՝ ինչպես ներքին, այնպես էլ մակերեսային թերությունների ավելի փոքր քանակով: Խողովակները բաղկացած են հարյուրավոր նանոմետրերի կարգի ուղղագիծ բեկորներից՝ հստակորեն սահմանված ոլորաններով: Կալցինացիայի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, ուղիղ հատվածների չափերը մեծանում են: Խողովակների պատերի տարբեր կողմերից գրաֆենի շերտերի թիվը նույնն է դառնում, ինչը MWCNT կառուցվածքը դարձնում է ավելի կարգավորված։ Խողովակների ներքին մակերեսը նույնպես զգալի փոփոխություններ է կրում՝ մետաղական մասնիկները հանվում են, ներքին միջնորմները դառնում են ավելի կարգավորված։ Ընդ որում, խողովակների ծայրերը փակ են՝ կա խողովակները կազմող գրաֆենի շերտերի փակում։
Նմուշների կալցինը 2800°C-ում հանգեցնում է փոքր քանակությամբ ընդլայնված գլանաձև ածխածնային գոյացությունների՝ բաղկացած գրաֆենի շերտերից, որոնք գտնվում են միմյանց մեջ, որոնք կարող են կապված լինել ածխածնի տեղափոխման հետ կարճ հեռավորությունների վրա՝ գրաֆիտի գոլորշիների ավելացման պատճառով: ճնշում.
Ռենտգենյան սպեկտրային ֆլուորեսցենտով նախնական և տաքացվող MWCNT-ների նմուշների ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ բազմապատ ածխածնային նանոխողովակների նմուշները 2200–2800°C ջերմաստիճանում տաքացնելուց հետո կեղտերի քանակը նվազում է, ինչը հաստատվում է նաև փոխանցման մեթոդով։ էլեկտրոնային մանրադիտակ: MWCNT նմուշների տաքացումը 2800°С-ում ապահովում է նմուշների կեղտերի գրեթե ամբողջական հեռացումը: Այս դեպքում հեռացվում են ոչ միայն կատալիզատորի մետաղների կեղտերը, այլ նաև այլ տարրերի կեղտերը, որոնք մտնում են MWCNTs թթվային մշակման և լվացման փուլերում: Նախնական նմուշներում երկաթի և կոբալտի հարաբերակցությունը մոտավորապես 2:1 է, ինչը համապատասխանում է կատալիզատորների սկզբնական կազմին: Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի նմուշների վրա ձեռք բերված սկզբնական խողովակներում ալյումինի պարունակությունը ցածր է, ինչը կապված է կատալիզատորի լվացման ժամանակ նանոխողովակների թթվով մշակման ժամանակ դրա հեռացման հետ: Ռենտգենյան սպեկտրային ֆլուորեսցենտային մեթոդով կեղտերի պարունակության ուսումնասիրության արդյունքները ներկայացված են աղյուսակ 1-ում և 2-ում:
Հատուկ մակերեսի չափումը BET մեթոդով ցույց է տվել, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ MWCNT նմուշների հատուկ մակերեսը աննշանորեն փոխվում է, մինչդեռ ածխածնային նանոխողովակների կառուցվածքը և մորֆոլոգիան պահպանվում են: TEM տվյալների համաձայն՝ հատուկ մակերեսի նվազումը կարող է կապված լինել ինչպես MWCNT-ի ծայրերի փակման, այնպես էլ մակերևույթի թերությունների քանակի նվազման հետ: Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ կարող է ձևավորվել ընդլայնված գլանաձև գոյացությունների աննշան մասնաբաժինը շերտերի ավելացված քանակով և մոտավորապես 2-3 երկարության և լայնության հարաբերակցությամբ, ինչը նույնպես նպաստում է կոնկրետ մակերեսի նվազմանը: Հատուկ մակերեսի ուսումնասիրության արդյունքները ներկայացված են աղյուսակ 3-ում:
Գյուտի էությունը պատկերված է հետևյալ օրինակներով, աղյուսակներով (աղյուսակներ 1-3) և նկարազարդումներով (նկ.1-9):
MWCNT-ի մի մասը (10 գ), որը ստացվել է էթիլենի պիրոլիզի արդյունքում Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի առկայությամբ 650-750°C ջերմաստիճանում անցնող քվարցային ռեակտորում տեղադրվում է գրաֆիտային ամպուլում 200: մմ բարձրությամբ և 45 մմ արտաքին տրամագծով և փակված կափարիչով (10 մմ տրամագծով) անցքով (1-2 մմ տրամագծով): Գրաֆիտի ամպուլը տեղադրվում է քվարցային ամպուլայի մեջ և օդը դուրս է մղվում վակուումային պոմպի միջոցով մինչև առնվազն 10 -3 Torr ճնշում, որին հաջորդում է մաքրումը բարձր մաքրության արգոնով (մաքրությունը 99,999%), նախ սենյակային ջերմաստիճանում, այնուհետև: 200-230°C ջերմաստիճանում՝ թթվածին պարունակող մակերեսային խմբերն ու ջրի հետքերը հեռացնելու համար։ Նմուշը տաքացվում է 2200°C ջերմաստիճանում 1 ժամվա ընթացքում բարձր մաքրության արգոնի (~20 լ/ժ) հոսքով ջերմաստիճանի գրադիենտով վառարանում, որտեղ աշխատանքային գոտում ջերմաստիճանը պահպանվում է 2200°C: , իսկ վառարանի եզրերին ջերմաստիճանը 900-1000° ՀԵՏ. MWCNT-ից տաքացման ժամանակ գոլորշիացող մետաղի ատոմները արգոնի հոսքով հեռացվում են վառարանի տաք մասից սառը մասում, որտեղ մետաղը նստում է փոքր գնդիկների տեսքով:
Կալցինացումից հետո ստացված նյութը հետազոտվում է հաղորդիչ էլեկտրոնային մանրադիտակի և ռենտգենյան սպեկտրալ ֆլուորեսցենտային մեթոդով։ Նկար 1-ը ցույց է տալիս սկզբնական MWCNT-ների էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերները, նկար 2 - ջեռուցվում է 2200°C MWCNT-ներում: Օգտագործելով BET մեթոդը, MWCNT նմուշների հատուկ մակերեսը որոշվում է կալցինացումից առաջ և հետո: Ստացված տվյալները ցույց են տալիս կալցինացումից հետո նմուշների հատուկ մակերեսի մի փոքր նվազում՝ համեմատած նախնական MWCNT նմուշի հատուկ մակերեսի հետ:
Օրինակ 1-ի նման, որը տարբերվում է նրանով, որ նախնական MWCNT-ների նմուշը տաքացվում է 2600°C ջերմաստիճանում 1 ժամվա ընթացքում բարձր մաքրության արգոնի հոսքի մեջ (~20 լ/ժ) ջերմաստիճանի գրադիենտ վառարանում, որտեղ ջերմաստիճանը աշխատանքային է: գոտին պահպանվում է 2600°C, համար Ջեռոցի ծայրերում ջերմաստիճանը 900-1000°C է։ Տաքացվող MWCNT-ների պատկերները, որոնք ստացվել են փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով, ներկայացված են Նկ.3-ում: Բարձր լուծաչափով TEM պատկերները ցույց են տալիս նանոխողովակների փակ ծայրերը:
Օրինակ 1-ի նման, որը տարբերվում է նրանով, որ նախնական MWCNT-ների նմուշը տաքացվում է 2800°C ջերմաստիճանում 15 րոպե բարձր մաքրության արգոնի հոսքի մեջ (~20 լ/ժ) ջերմաստիճանի գրադիենտ վառարանում, որտեղ ջերմաստիճանը աշխատանքային է: գոտին պահպանվում է 2800°C, համար Ջեռոցի ծայրերում ջերմաստիճանը 900-1000°C է։ Տաքացվող MWCNT-ների պատկերները, որոնք ստացվել են փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակով, ներկայացված են Նկ.4-ում:
2800°C-ում բոցավառումը հանգեցնում է փոքր քանակությամբ ընդլայնված գլանաձև գոյացությունների՝ շերտերի ավելացված քանակով և մոտավորապես 2-3 երկարության և լայնության հարաբերակցությամբ: Այս ընդլայնումները տեսանելի են TEM պատկերներում (Նկար 5):
Օրինակ 1-ի նմանությամբ, բնութագրվում է նրանով, որ բնօրինակ MWCNT-ը ստացվել է կատալիզատոր Fe-Co/CaCO3-ի առկայության դեպքում: 2200°C ջերմաստիճանում տաքացված բնօրինակ MWCNT-ների և MWCNT-ների պատկերները, որոնք ստացվել են փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով, ներկայացված են համապատասխանաբար Նկ.6, 7-ում: Բնօրինակ MWCNT-ների TEM պատկերները ցույց են տալիս մետաղական մասնիկներ, որոնք պարփակված են խողովակի ալիքներում (նշված են սլաքներով):
Օրինակ 4-ի նման, բնութագրվում է նրանով, որ սկզբնական MWCNT-ի նմուշը ջեռուցվում է 2600°C-ում: Տաքացվող MWCNT-ների պատկերները, որոնք ստացվել են փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով, ներկայացված են Նկ.8-ում: Բարձր լուծաչափով TEM պատկերները ցույց են տալիս նանոխողովակների փակ ծայրերը:
Օրինակ 4-ի նմանությամբ, որը բնութագրվում է նրանով, որ սկզբնական MWCNT-ի նմուշը ջեռուցվում է 2800°C-ում 15 րոպե: Տաքացվող MWCNT-ների պատկերները, որոնք ստացվել են փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով, ներկայացված են Նկ.9-ում: Պատկերները ցույց են տալիս ընդլայնումների փոքր համամասնության ձևավորումը:
| Աղյուսակ 1 | ||||
| Ռենտգենյան սպեկտրային ֆլուորեսցենտային մեթոդի տվյալները տաքացումից հետո MWCNT-ներում կեղտերի պարունակության վերաբերյալ՝ ստացված Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի միջոցով | ||||
| Տարր | ||||
| Սկզբնական MWCNT-ներ | MWCNT_2200°C օրինակ 1 | MWCNT_2600°C օրինակ 2 | MWCNT_2800°C օրինակ 3 | |
| Ֆե | 0.136 | 0.008 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Այսպիսով | 0.0627 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Ալ | 0.0050 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Սա | ոտնահետքեր | 0.0028 | 0.0014 | ոտնահետքեր |
| Նի | 0.0004 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Սի | 0.0083 | 0.0076 | ոտնահետքեր | Ոչ |
| Թի | Ոչ | 0.0033 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Ս | ոտնահետքեր | Ոչ | Ոչ | Ոչ |
| Cl | 0.111 | Ոչ | Ոչ | Ոչ |
| sn | 0.001 | 0.001 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Բա | Ոչ | Ոչ | Ոչ | Ոչ |
| Cu | 0.001 | 0.001 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| հետքեր - տարրի պարունակությունը 1 ppm-ից ցածր |
| աղյուսակ 2 | ||||
| Ռենտգենյան սպեկտրային ֆլուորեսցենտային մեթոդի տվյալները տաքացումից հետո MWCNT-ներում կեղտերի պարունակության վերաբերյալ, որոնք ստացվել են Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորի միջոցով | ||||
| Տարր | Անմաքրության պարունակության գնահատում, wt.% | |||
| Սկզբնական MWCNT-ներ | MWCNT_2200°C օրինակ 4 | MWCNT_2600°C օրինակ 5 | MWCNT_2800°C օրինակ 6 | |
| Ֆե | 0.212 | 0.0011 | 0.0014 | 0.001 |
| Այսպիսով | 0.0936 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Ալ | 0.0048 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Սա | 0.0035 | 0.005 | 0.0036 | ոտնահետքեր |
| Նի | 0.0003 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Սի | 0.0080 | 0.0169 | 0.0098 | ոտնահետքեր |
| Թի | Ոչ | ոտնահետքեր | 0.0021 | 0.0005 |
| Ս | 0.002 | Ոչ | Ոչ | Ոչ |
| Cl | 0.078 | Ոչ | Ոչ | Ոչ |
| sn | 0.0005 | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Բա | 0.008 | Ոչ | Ոչ | Ոչ |
| Cu | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր | ոտնահետքեր |
| Աղյուսակ 3 | |
| Նախնական և ջեռուցվող MWCNT նմուշների BET հատուկ մակերեսը | |
| MWCNT նմուշ (կատալիզատոր) | S զարկեր, մ2/գ (±2,5%) |
| MWNT_ref (Fe-Co/Al 2 O 3) | 390 |
| MWCNT_2200 (Fe-Co/Al 2 O 3) օրինակ 1 | 328 |
| MWCNT_2600 (Fe-Co/Al 2 O 3) օրինակ 2 | 302 |
| MWCNT_2800 (Fe-Co/Al 2 O 3) օրինակ 3 | 304 |
| MWNT_ref (Fe-Co/СаСО 3) | 140 |
| MWCNT_2200 (Fe-Co/CaCO 3) օրինակ 4 | 134 |
| MWCNT_2600 (Fe-Co/CaCO 3) օրինակ 5 | 140 |
| MWCNT_2800 (Fe-Co/CaCO 3) օրինակ 6 | 134 |
Նկարների ենթագրեր.
Նկ.1. Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի վրա սինթեզված նախնական MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Աջ կողմում, ներքևում, բարձր լուծաչափով TEM պատկեր, որը ցույց է տալիս թերի MWCNT պատերը:
Նկ.2. 2200°С ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ՝ սինթեզված Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի վրա: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Ներքևի աջ, բարձր լուծաչափով TEM պատկեր: MWCNT-ների կառուցվածքը դառնում է ավելի քիչ թերի, նանոխողովակների ծայրերը փակվում են:
Նկ.3. 2600°С ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ՝ սինթեզված Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի վրա: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Աջ կողմում, ներքևում պատկերված է բարձր լուծաչափով TEM պատկեր, որը ցույց է տալիս MWCNT-ների փակ ծայրերը: MWCNT-ների պատերը դառնում են ավելի հարթ և ավելի քիչ թերի:
Նկ.4. 2800°С ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ՝ սինթեզված Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի վրա: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Ներքևի աջ, բարձր լուծաչափով TEM պատկեր, որը ցույց է տալիս ավելի քիչ թերի MWCNT պատերը:
Նկ.5. 2800°C ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ, որոնք սինթեզված են Fe-Co/Al 2 O 3 կատալիզատորի վրա, որոնք ցույց են տալիս MWCNT-ների կառուցվածքի թերությունների տեսքը, որոնք գլանաձև գոյացություններ են, որոնք բաղկացած են գրաֆենի շերտերից: միմյանց, որոնք ցուցադրվում են վերևի աջ բարձր լուծաչափով TEM պատկերի վրա:
Նկ.6. Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորի վրա սինթեզված նախնական MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Աջ կողմում, ներքևում պատկերված է բարձր լուծաչափով TEM պատկեր, որը ցույց է տալիս MWCNT-ների անհավասար մակերեսը: Աջ կողմում, վերևում, տեսանելի են կատալիզատորի մասնիկները, որոնք պարփակված են ածխածնային նանոխողովակների ալիքների ներսում (նշված են սլաքներով):
Նկ.7. 2200°С ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ՝ սինթեզված Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորի վրա: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Աջ կողմում, ներքևում պատկերված է բարձր լուծաչափով TEM պատկեր, որը ցույց է տալիս MWCNT-ների ավելի հարթ պատերը:
Նկ.8. 2600°С ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ՝ սինթեզված Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորի վրա: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Աջ կողմում, ներքևում պատկերված է բարձր լուծաչափով TEM պատկեր, որը ցույց է տալիս MWCNT-ների փակ ծայրերը: MWCNT-ների պատերը դառնում են ավելի հարթ և ավելի քիչ թերի:
Նկ.9. 2800°С ջերմաստիճանում տաքացված MWCNT նմուշի էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերներ՝ սինթեզված Fe-Co/CaCO 3 կատալիզատորի վրա: Ձախ կողմում ցածր լուծաչափով TEM պատկերն է: Ներքևի աջ, բարձր լուծաչափով TEM պատկեր:
1. Ածխաջրածինների պիրոլիզի միջոցով ստացված բազմաշերտ ածխածնային նանոխողովակների մաքրման մեթոդ՝ Fe, Co, Ni, Mo, Mn պարունակող կատալիզատորների միջոցով և դրանց համակցությունները որպես ակտիվ բաղադրիչներ, ինչպես նաև Al 2 O 3 , MgO, CaCO 3՝ որպես կրիչներ. եռում է աղաթթվի լուծույթում՝ հետագա ջրով լվանալով, որը բնութագրվում է նրանով, որ թթվային մշակումից հետո ջեռուցումն իրականացվում է բարձր մաքրության արգոնի հոսքի մեջ՝ ջերմաստիճանի գրադիենտ ունեցող վառարանում, որտեղ աշխատանքային գոտում ջերմաստիճանը 2200- է։ 2800 ° C, վառարանի ծայրերում ջերմաստիճանը 900-1000 ° C է, որի արդյունքում ստացվում են բազմաշերտ նանոխողովակներ, որոնց մետաղական խառնուրդի պարունակությունը 1 ppm-ից պակաս է:
2. Մեթոդը համաձայն 1-ին պահանջի, որը բնութագրվում է նրանով, որ ջեռուցումն իրականացվում է բարձր մաքրության գրաֆիտից պատրաստված ամպուլներում:
քրոմ անհիդրիդ պարունակող ծծմբաթթվի մեջ: Այնուամենայնիվ, նանոադամանդի հատիկների մեծ մասի նախնական հեռացումն անհրաժեշտ է: Հղումներ 1. Spitsyn B.V., Davidson J.L., Gradoboev M.N., Galushko T.B., Serebryakova N.V., Karpukhina T.A., Kulakova I.I., Melnik N.N. Պայթեցման նանոադամանդի փոփոխության ներխուժում // Diamond and Related Materials, 2006, Vol. 15, էջ. 296-299 2. Պատ. 5-10695, Japan (A), Chromium coating solution, Tokyo Daiyamondo Kogu Seisakusho K.K., 27.04.1993 3. Dolmatov, V.Yu. Պայթեցման սինթեզի ծայրահեղ նուրբ ադամանդները որպես մետաղական-ադամանդի կոմպոզիտային էլեկտրածածկման նոր դասի հիմք / V.Yu. նստվածք - հիմնական սկզբունքներ // Spec. Քիմ., 1991, հատ. 11, թիվ 6, էջ 426-430 UDC 661.66 N.Yu. Բիրյուկովա1, Ա.Ն.Կովալենկո1, Ս.Յու. Ցարևա1, Լ.Դ. Իսկակովա2, Է.Վ. Ժարիկով 1 Ռուսական քիմիա-տեխնոլոգիական համալսարան. Դ.Ի. Մենդելեև, Մոսկվա, Ռուսաստան ՌԱՍ, Մոսկվա, Ռուսաստան Օպտիկամանրաթելային հետազոտական կենտրոն ՌԱՍ, Մոսկվա, Ռուսաստան 1 2 ԿԱՏԱԼԻՏԱԿԱՆ ԲԵՆԶՈՆԻ ՊԻՐՈԼԻԶՈՎ ԱՐՏԱԴՐՎԱԾ ածխածնային նանոխողովակների մաքրումը Այս աշխատանքում ներկայացված են ֆիզիկական և քիմիական մեթոդներով բազմապատ նանոխողովակների մաքրման և տարանջատման փորձարարական ուսումնասիրությունների արդյունքները: Յուրաքանչյուր փուլի արդյունավետությունը վերահսկվել է պիրոլիզի արտադրանքի մորֆոլոգիական բնութագրերի ուսումնասիրությամբ: Աշխատանքում ներկայացված են ֆիզիկական և քիմիական մեթոդներով բազմաշերտ ածխածնային նանոխողովակների մաքրման և տարանջատման փորձարարական ուսումնասիրությունների արդյունքները։ Մաքրման յուրաքանչյուր փուլի արդյունավետությունը վերահսկվում էր պիրոլիզի արտադրանքի մորֆոլոգիական բնութագրերի փոփոխություններով: Ածխաջրածինների կատալիտիկ պիրոլիզի մեթոդը ածխածնային նանոխողովակների սինթեզի խոստումնալից մեթոդներից է։ Մեթոդը հնարավորություն է տալիս ստանալ միաշերտ, բազմաշերտ նանոխողովակներ, ածխածնային նանոկառուցվածքների կողմնորոշված զանգվածներ՝ սինթեզի պարամետրերի համապատասխան կազմակերպմամբ։ Միևնույն ժամանակ, ածխածին պարունակող միացությունների պիրոլիզի արդյունքում ստացված արտադրանքը նանոխողովակների հետ պարունակում է զգալի քանակությամբ կեղտեր, ինչպիսիք են կատալիզատորի մասնիկները, ամորֆ ածխածինը, ֆուլերենները և այլն: Այդ կեղտերը հեռացնելու համար կիրառվում են ֆիզիկական մեթոդներ (ցենտրիֆուգացիա, ուլտրաձայնային): մշակում, ֆիլտրում) սովորաբար օգտագործվում են քիմիական նյութերի հետ համատեղ (օքսիդացում գազային կամ հեղուկ միջավայրում բարձր ջերմաստիճաններում): Աշխատանքում մշակվել է բազմաշերտ նանոխողովակների մաքրման և ենթամթերքներից առանձնացնելու համակցված մեթոդ, և որոշվել է տարբեր ռեակտիվների արդյունավետությունը։ Նախնական նստվածքը ստացվել է բենզոլի կատալիտիկ պիրոլիզի արդյունքում՝ օգտագործելով երկաթի պենտակարբոնիլը որպես նախակատալիզատոր: Հանքավայրը մշակվել է աղաթթուներով, ծծմբային և ազոտական թթուներով: Նանոխողովակների ագրեգատները կոտրվել են ուլտրաձայնի միջոցով 22 կՀց հաճախականությամբ: Ավանդը ֆրակցիաների բաժանելու համար օգտագործվել է ցենտրիֆուգացիա (3000 պտ/րոպե, մշակման ժամանակը մինչև 1 ժամ): Բացի թթվային մշակումից, USP ECH I-ում նանոխողովակների ջերմային մշակումն օգտագործվել է նաև քիմիայի և քիմիական տեխնոլոգիաների մեջ: Հատոր XXI. 2007. Թիվ 8 (76) 56 օդում. Լավագույն մաքրման հասնելու համար սահմանվել է տարբեր մեթոդների օպտիմալ հաջորդականություն: Պիրոլիզի արտադրանքի մորֆոլոգիական բնութագրերը և մաքրման աստիճանը վերահսկվել են սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի, Raman սպեկտրոսկոպիայի և ռենտգենյան փուլային վերլուծության միջոցով: UDC 541.1 E.N. Գոլուբինա, Ն.Ֆ. Կիզիմ, Վ.Վ. Ռուսական քիմիա-տեխնոլոգիական համալսարանի Մոսկալենկոյի Նովոմոսկովսկի ինստիտուտ. Դ.Ի. Մենդելեևա, Նովոմոսկովսկ, Ռուսաստան ՆԱՆՈՍՏՐՈՒԿՏՈՒՐՆԵՐԻ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅԱՆ ՎՐԱ ՀԱՄԱԿԱՐԳՈՒՄ ՋՐԱՅԻՆ ՀԱՄԱԿԱՐԳՈՒՄ ԱՐԴՅՈՒՆԱԲԵՐՈՒԹՅԱՆ ԱՌԱՆՁՆԱՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՎՐԱ – ErCl3 – D2EHPA – ՀԵՊՏԱՆ ԿԻՆԵՏԻԿԱ Արդյունահանված Er(III) լուծույթի կինետիկ հատկանիշը (D2EHPA-ի բարձր կենտրոնացված կորի վրա հեպտանի վրա) Ընթացքի սկզբում դրա կուտակումը դինամիկ միջերեսային շերտերում, էքստրեմալ դիրքը՝ կախված դինամիկ միջերեսային շերտերի վերանայված հաստությունից, կոնցենտրացիայի տարրից և լուծիչից) ցույց են տալիս արդյունահանման գործընթացում նանոկառուցվածքների զգալի մասում: Էրբիումի (III) արդյունահանման կինետիկ առանձնահատկությունները D2EHPA-ի լուծույթներով հեպտանում (կենտրոնացված տարածքներ կինետիկ կորերի վրա, բարձր արագությունդրա կուտակումը DMS-ում գործընթացի սկզբում, դիտարկված DMS հաստության կախվածության ծայրահեղ բնույթը տարրի և արդյունահանողի կոնցենտրացիաների հարաբերակցությունից) ցույց են տալիս արդյունահանման գործընթացում նանոկառուցվածքների նշանակալի դերը: Հայտնի է, որ արդյունահանման համակարգերում կարող են հայտնվել տարբեր նանոօբյեկտներ՝ ադսորբցիոն շերտեր, միցելներ, միցելային գելեր, վեզիկուլներ, պոլիմերային գելեր, բյուրեղային գելեր, միկրոէմուլսիա, նանոդիսպերսիա, էմուլսիա։ Մասնավորապես, La(OH)3-D2EHPA-decane-ջուր համակարգում ձևավորվում է օրգանոգել, որի տարածական կառուցվածքը կառուցված է ≈0,2 տրամագծով և 2-3 մկմ երկարությամբ ձողաձև մասնիկներից։ D2EHPA-ի նատրիումի աղը ջրի բացակայության դեպքում առաջացնում է հակադարձ գլանաձեւ միցելներ՝ 53 նմ շառավղով: Վ խաչաձեւ հատվածըմիցելները NaD2EHP-ի երեք մոլեկուլներ են, որոնք բևեռային խմբերով կողմնորոշված են դեպի կենտրոն և ածխաջրածնային շղթաներով դեպի օրգանական լուծիչ: Նման վանդակի վիճակը կախված է տարրի բնույթից: Co(D2EHP)2-ի դեպքում առաջանում են 225-ից մեծ ագրեգացիոն թվով մակրոմոլեկուլային կառուցվածքներ, Ni(D2EHP)2-ի դեպքում (հնարավոր է նաև Ni(D2EHP)2⋅2H2O) ագրեգատներ՝ ≈ ագրեգացիոն թվով: 5.2 հայտնվում է: Որոշակի պայմաններում հնարավոր է ≈15 նմ հիդրոդինամիկական շառավղով պոլիմերային մոլեկուլային կառուցվածքների առաջացում։ D2EHPA լուծույթներով լանթանի արդյունահանման ժամանակ առաջանում է զանգվածային և կառուցվածքային կոշտ լանթանի ալկիլֆոսֆատ, ինչը հանգեցնում է լանթանի ալկիլֆոսֆատի միաշերտի առաձգականության նվազմանը փուլային սահմանին: Նանոկառուցվածքների առաջացումը ազդում է ինչպես համակարգի հավասարակշռության հատկությունների, այնպես էլ գործընթացի կինետիկայի վրա: Հազվագյուտ հողային տարրերի արդյունահանումը բարդանում է բազմաթիվ միջերեսային գործընթացների առաջացմամբ, ինչպիսիք են մակերևույթի ինքնաբուխ կոնվեկցիայի (SSC) առաջացումը և զարգացումը, կառուցվածքային-մեխանիկական պատնեշի ձևավորումը, փուլային ցրումը և այլն: Որպես արդյունք քիմիական ռեակցիա D2EGFK-ի և տարրի միջև ձևավորվում է քիչ լուծվող աղ, որն առաջացնում է նանոկառուցվածքների ձևավորում՝ ըստ «փոքրից մեծ» մեխանիզմի: Այս աշխատանքի նպատակն էր հաստատել նանոկառուցվածքների ազդեցությունը էրբիումի (III) արդյունահանման կինետիկ առանձնահատկությունների վրա D2EHPA լուծույթներով հեպտանում: U S P E X I քիմիայում և քիմիական տեխնոլոգիայում: Հատոր XXI. 2007. Թիվ 8 (76) 57
Հանրաճանաչ
- Բելազի գլխավոր տնօրեն Պետր Պարխոմչիկը համաշխարհային վարկանիշում երկրորդ տեղի, կառավարման ոճի և սպասարկման մասին.
- Ի՞նչ գիտենք Euroopt-ի մասին. ակտիվներ, սեփականատերեր, շուկայի մասնաբաժին, սկանդալներ, եկամուտներ Ընկերության հարգելի աշխատակիցներ
- Ի՞նչ է կատարվում հիմա բելառուսա-ռուսական սահմանին.
- Պատրաստ բիզնես պլան
- Ռուսաստանում մանրածախ առևտրի անկումը շարունակվում է Առևտրի անկումը մեկ տարում
- Որքա՞ն կարող եմ ապրանք պատվիրել Բելառուսում Aliexpress-ում ամսական առանց մաքսատուրքերի:
- Ի՞նչ անել, եթե ճաշատեսակը թերակշռված է:
- Ի՞նչ պետք է իմանաք փոխադրման և մաքսազերծման կանոնների մասին:
- բարձր վարձատրվող աշխատանք Չինաստանում
- Տնային տնտեսուհու խոստովանությունները. Ես վիլլաներում տեսել եմ բաներ, որոնք երբեք չեմ ուզում հարստանալ Կեղտոտ սպիտակեղենի մեջ նրանք փորում են ձանձրույթից.