në shtëpi » Llojet e biznesit » Metoda për pastrimin e ujërave sipërfaqësore dhe nëntokësore nga titani dhe përbërësit e tij duke përdorur nanotuba karboni dhe ultratinguj. Nanotubat e karbonit Pastrimi i nanotubave të karbonit

Metoda për pastrimin e ujërave sipërfaqësore dhe nëntokësore nga titani dhe përbërësit e tij duke përdorur nanotuba karboni dhe ultratinguj. Nanotubat e karbonit Pastrimi i nanotubave të karbonit

Ministria e Arsimit dhe Shkencës e Federatës Ruse

Institucioni Federal Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional

Universiteti Rus i Teknologjisë Kimike D. I. Mendeleev

Fakulteti i Kimisë së Naftës dhe Materialeve Polimerike

departamenti teknologji kimike materialet e karbonit

RAPORTI I PRAKTIKËS

me temë NANOTUBAT E KARBONIT DHE NANOVOLKËT

Plotësuar nga: Marinin S. D.

Kontrolluar nga: Doktor i Shkencave Kimike, Bukharkina T.V.

Moskë, 2013

Prezantimi

Fusha e nanoteknologjisë konsiderohet në mbarë botën si një temë kyçe për teknologjitë e shekullit të 21-të. Mundësitë e aplikimit të tyre të gjithanshëm në fusha të tilla të ekonomisë si prodhimi i gjysmëpërçuesve, mjekësia, teknologjia e sensorëve, ekologjia, industria e automobilave, Materiale Ndertimi, bioteknologjia, kimia, aviacioni dhe astronautika, inxhinieria mekanike dhe industria e tekstilit kanë potencial të madh për rritje. Përdorimi i produkteve të nanoteknologjisë do të kursejë lëndët e para dhe konsumin e energjisë, do të reduktojë emetimet në atmosferë dhe në këtë mënyrë do të kontribuojë në zhvillimi i qëndrueshëm ekonomisë.

Zhvillimet në fushën e nanoteknologjive kryhen nga një fushë e re ndërdisiplinore - nanoshkenca, një nga fushat e së cilës është nanokimia. Nanokimia u ngrit në fillim të shekullit, kur dukej se gjithçka në kimi ishte tashmë e hapur, gjithçka ishte e qartë dhe gjithçka që mbetej ishte përdorimi i njohurive të marra për të mirën e shoqërisë.

Kimistët e kanë njohur gjithmonë dhe e kanë kuptuar mirë rëndësinë e atomeve dhe molekulave si blloqet bazë të ndërtimit të një themeli të gjerë kimik. Në të njëjtën kohë, zhvillimi i metodave të reja kërkimore, si mikroskopi elektronik, spektroskopia e masës shumë selektive, në kombinim me metodat speciale të përgatitjes së mostrës, bënë të mundur marrjen e informacionit mbi grimcat që përmbajnë një numër të vogël, më pak se njëqind, atomesh. .

Këto grimca, me madhësi rreth 1 nm (10-9 m është vetëm një milimetër e ndarë me një milion), kanë veti kimike të pazakonta, të vështira për t'u parashikuar.

Më të famshmet dhe më të kuptueshmet për shumicën e njerëzve janë nanostrukturat e mëposhtme si fullerenet, grafeni, nanotubat e karbonit dhe nanofibrat. Ata të gjithë përbëhen nga atome karboni të lidhur me njëri-tjetrin, por forma e tyre ndryshon ndjeshëm. Grafeni është një rrafsh, një shtresë, "vello" e atomeve të karbonit në SP 2 hibridizimi. Fullerenet janë poligone të mbyllura, disi të kujtojnë një top futbolli. Nanotubat janë trupa vëllimorë cilindrikë të zbrazët. Nanofibrat mund të jenë kone, cilindra, lojë me birila. Në punën time, do të përpiqem të nxjerr në pah saktësisht nanotubat dhe nanofibrat.

Struktura e nanotubave dhe nanofibrave

Çfarë janë nanotubat e karbonit? Nanotubat e karbonit janë një material karboni, i cili është një strukturë cilindrike me një diametër prej disa nanometrash, e përbërë nga plane grafiti të mbështjellë në një tub. Rrafshi i grafitit është një rrjet i vazhdueshëm gjashtëkëndor me atome karboni në majat e gjashtëkëndëshave. Nanotubat e karbonit mund të ndryshojnë në gjatësi, diametër, kiralitet (simetritë e planit të grafit të mbështjellë) dhe numrin e shtresave. Kiraliteti<#"280" src="/wimg/13/doc_zip1.jpg" />

Nanotuba me një mur. Nanotubat e karbonit me një mur (SWCNTs) janë një nënlloj i nanofibrave të karbonit me një strukturë të formuar nga palosja e grafenit në një cilindër me anët e tij të bashkuara pa një shtresë. Rrotullimi i grafenit në një cilindër pa një shtresë është i mundur vetëm në një numër të kufizuar mënyrash, që ndryshojnë në drejtimin e vektorit dydimensional që lidh dy pika ekuivalente në grafen që përkojnë kur ai rrotullohet në një cilindër. Ky vektor quhet vektor i kiralitetit nanotub karboni me një shtresë. Kështu, nanotubat e karbonit me një mur të vetëm ndryshojnë në diametër dhe kiralitet. Diametri i nanotubave me një mur, sipas të dhënave eksperimentale, varion nga ~ 0,7 nm në ~ 3-4 nm. Gjatësia e një nanotubi me një mur mund të arrijë 4 cm. Ekzistojnë tre forma të SWCNT-ve: tipi "karrige" akirale (dy anët e secilit gjashtëkëndor janë të orientuara pingul me boshtin CNT), lloji akiral "zigzag" (dy anët e secilit gjashtëkëndëshi janë të orientuar paralelisht me boshtin CNT), dhe kiral ose spirale (secila anë e gjashtëkëndëshit është e vendosur në boshtin CNT në një kënd të ndryshëm nga 0 dhe 90 º ). Kështu, CNT-të akirale të tipit "poltronë" karakterizohen me indekse (n, n), të tipit "zigzag" - (n, 0), kiral - (n, m).

Numri i shtresave në një MWCNT është më shpesh jo më shumë se 10, por në rastet individuale arrin në disa dhjetëra.

Ndonjëherë, midis nanotubave me shumë shtresa, nanotubat me dy shtresa veçohen si një lloj i veçantë. Struktura e tipit "kukulla ruse" është një grup tubash cilindrikë të vendosur në mënyrë koaksiale. Një lloj tjetër i kësaj strukture është një grup prizmash koaksial të mbivendosur. Së fundi, e fundit nga këto struktura i ngjan një rrotull (rrotull). Për të gjitha strukturat në Fig. vlera karakteristike e distancës ndërmjet shtresave ngjitur të grafenit, afër vlerës 0,34 nm, e natyrshme në distancën midis planeve ngjitur të grafitit kristalor<#"128" src="/wimg/13/doc_zip3.jpg" />

Papier-mache ruse Matryoshka Roll

Nanofibrat e karbonit (CNF) janë një klasë materialesh në të cilat shtresat e lakuara të grafenit ose nanokonet janë palosur në një fije njëdimensionale, struktura e brendshme e të cilit mund të karakterizohet nga këndi α ndërmjet shtresave të grafenit dhe boshtit të fibrës. Një dallim i përbashkët është midis dy llojeve kryesore të fibrave: kurriz peshku, me shtresa grafeni konike të mbushura dendur dhe α të mëdha, dhe bambu, me shtresa cilindrike grafeni në formë filxhani dhe α të vogla, të cilat janë më shumë si nanotuba karboni me shumë mure.<#"228" src="/wimg/13/doc_zip4.jpg" />

a - nanofibra "kolona e monedhës";

b - nanofibër "Struktura e pemës së Krishtlindjes" (tufë kone, "kockë peshku");

c - nanofibra "pirg filxhani" ("hije llambash");

d - nanotubi "Matrioshka ruse";

e - nanofibër në formë bambuje;

e - nanofibër me seksione sferike;

g - nanofibër me seksione poliedrike

Ndarja në një nënspecie të veçantë nanotuba karboni për faktin se vetitë e tyre ndryshojnë dukshëm në anën më të mirë nga vetitë e llojeve të tjera të nanofibrave të karbonit. Kjo shpjegohet me faktin se shtresa e grafenit, e cila formon murin e nanotubit në të gjithë gjatësinë e tij, ka rezistencë të lartë në tërheqje, përçueshmëri termike dhe elektrike. Në ndryshim nga kjo, kalimet nga një shtresë grafeni në tjetrën ndodhin në nanofibrat e karbonit që lëvizin përgjatë murit. Prania e kontakteve ndërshtresore dhe defekti i lartë i strukturës së nanofibrave dëmton ndjeshëm karakteristikat e tyre fizike.

Histori

Është e vështirë të flitet veçmas për historinë e nanotubave dhe nanofibrave, sepse këto produkte shpesh shoqërojnë njëra-tjetrën gjatë sintezës. Një nga të dhënat e para mbi prodhimin e nanofibrave të karbonit është ndoshta një patentë e vitit 1889 për prodhimin e formave tubulare të karbonit të formuara gjatë pirolizës së një përzierjeje të CH4 dhe H2 në një kavanoz hekuri nga Hughes dhe Chambers. Ata përdorën një përzierje të metanit dhe hidrogjenit për të rritur fijet e karbonit nga piroliza e gazit, e ndjekur nga reshjet e karbonit. U bë e mundur të flitej me siguri për marrjen e këtyre fibrave shumë më vonë, kur u bë e mundur të studiohej struktura e tyre duke përdorur një mikroskop elektronik. Vëzhgimi i parë i nanofibrave të karbonit duke përdorur mikroskop elektronik u bë në fillim të viteve 1950 nga shkencëtarët sovjetikë Radushkevich dhe Lukyanovich, të cilët botuan një artikull në Gazetën Sovjetike të Kimisë Fizike që tregonte fibra grafike të zbrazëta të karbonit që ishin 50 nanometra në diametër. Në fillim të viteve 1970, studiuesit japonezë Koyama dhe Endo arritën të prodhonin fibra karboni me anë të depozitimit të avullit (VGCF) me një diametër prej 1 μm dhe një gjatësi prej më shumë se 1 mm. Më vonë, në fillim të viteve 1980, Tibbets në SHBA dhe Benissad në Francë vazhduan të përmirësonin procesin e fibrave të karbonit (VGCF). Në SHBA, kërkime më të thelluara mbi sintezën dhe vetitë e këtyre materialeve për aplikim praktik, u kryen nga R. Terry K. Baker dhe u motivuan nga nevoja për të shtypur rritjen e nanofibrave të karbonit për shkak të problemeve të vazhdueshme të shkaktuara nga akumulimi i materialit në procese të ndryshme tregtare, veçanërisht në fushën e përpunimit të naftës. Përpjekja e parë për të komercializuar fibrat e karbonit të rritura nga faza e gazit u bë nga kompania japoneze Nikosso në 1991 nën emrin e markës Grasker, në të njëjtin vit Ijima botoi artikullin e tij të famshëm duke raportuar zbulimin e nanotubave të karbonit.<#"justify">Faturë

Aktualisht, përdoren kryesisht sintezat e bazuara në pirolizën e hidrokarbureve dhe sublimimin dhe desublimimin e grafitit.

metoda e harkut,
ngrohje rrezatuese (përdorimi i koncentratorëve diellorë ose rrezatimi lazer),
lazer-termik,
ngrohje me një rreze elektronike ose jonike,
sublimimi i plazmës,
ngrohje rezistente.

Shumë prej këtyre opsioneve kanë variacionet e tyre. Hierarkia e disa varianteve të metodës së harkut elektrik është paraqitur në diagram:

Aktualisht, metoda më e zakonshme është spërkatja termike e elektrodave grafit në plazmën e shkarkimit të harkut. Procesi i sintezës kryhet në një dhomë të mbushur me helium në një presion prej rreth 500 mm Hg. Art. Gjatë djegies së plazmës, ndodh avullimi termik intensiv i anodës, ndërsa në sipërfaqen fundore të katodës formohet një depozitë, në të cilën formohen nanotuba karboni. Numri maksimal i nanotubave formohet kur rryma e plazmës është minimale dhe dendësia e saj është rreth 100 A/cm2. Në instalimet eksperimentale, voltazhi midis elektrodave është rreth 15-25 V, rryma e shkarkimit është disa dhjetëra amper, dhe distanca midis skajeve të elektrodave grafit është 1-2 mm. Gjatë procesit të sintezës, rreth 90% e masës së anodës depozitohet në katodë. Nanotubat e shumtë që rezultojnë kanë një gjatësi prej rreth 40 μm. Ata rriten në katodën pingul me sipërfaqen e sheshtë të skajit të saj dhe mblidhen në trarë cilindrikë me diametër rreth 50 μm.

Tufat e nanotubave mbulojnë rregullisht sipërfaqen e katodës, duke formuar një strukturë huall mjalti. Përmbajtja e nanotubave në depozitën e karbonit është rreth 60%. Për të ndarë përbërësit, precipitati që rezulton vendoset në metanol dhe sonikohet. Rezultati është një pezullim i cili, pas shtimit të ujit, i nënshtrohet ndarjes në një centrifugë. Grimcat e mëdha ngjiten në muret e centrifugës, ndërsa nanotubat mbeten të pezulluara. Më pas nanotubat lahen në acid nitrik dhe thahen në një rrjedhje të gaztë të oksigjenit dhe hidrogjenit në një raport 1:4 në një temperaturë prej 750 0C për 5 minuta. Si rezultat i një përpunimi të tillë, fitohet një material poroz i lehtë, i përbërë nga nanotuba të shumtë me një diametër mesatar prej 20 nm dhe një gjatësi prej 10 μm. Deri më tani, gjatësia maksimale e nanofibrës e arritur është 1 cm.

Piroliza e hidrokarbureve

Për sa i përket zgjedhjes së reagentëve fillestarë dhe metodave të kryerjes së proceseve, ky grup ka një numër dukshëm më të madh opsionesh sesa metodat e sublimimit dhe desublimimit të grafitit. Ai siguron kontroll më të saktë mbi procesin e formimit të CNT, është më i përshtatshëm për prodhim në shkallë të gjerë dhe lejon prodhimin jo vetëm të vetë nanomaterialeve të karbonit, por edhe të strukturave të caktuara në nënshtresa, fibrave makroskopike të përbëra nga nanotubacione, si dhe materiale të përbëra, në veçanti, të modifikuara me CNT karboni, fibra karboni dhe letër karboni, kompozita qeramike. Duke përdorur litografinë nanosferike të zhvilluar së fundmi, u bë e mundur të përftoheshin kristale fotonike nga CNT. Në këtë mënyrë, është e mundur të izolohen CNT me një diametër dhe gjatësi të caktuar.

Përparësitë e metodës pirolitike, përveç kësaj, përfshijnë mundësinë e zbatimit të saj për sintezën e matricës, për shembull, duke përdorur membranat poroze të aluminit ose sitat molekulare. Duke përdorur oksid alumini, është e mundur të merren CNT të degëzuara dhe membrana CNT. Disavantazhet kryesore të metodës së matricës janë kostoja e lartë e shumë matricave, madhësia e tyre e vogël dhe nevoja për të përdorur reagentë aktivë dhe kushte të vështira për shpërbërjen e matricave.

Piroliza e tre hidrokarbureve, metanit, acetilenit dhe benzenit, si dhe dekompozimi termik (disproporcioni) i CO përdoren më shpesh për sintezën e CNT dhe CNF. Metani, si monoksidi i karbonit, nuk është i prirur për t'u dekompozuar në temperatura të ulëta (zbërthimi jo-katalitik i metanit fillon në ~900 rreth C), gjë që bën të mundur sintetizimin e SWCNT-ve me një sasi relativisht të vogël të papastërtive të karbonit amorf. Monoksidi i karbonit nuk dekompozohet në temperatura të ulëta për një arsye tjetër: kinetike. Dallimi në sjelljen e substancave të ndryshme është i dukshëm në Fig. 94.

Përparësitë e metanit ndaj hidrokarbureve të tjera dhe monoksidit të karbonit përfshijnë faktin se piroliza e tij me formimin e CNT-ve ose CNF-ve kombinohet me çlirimin e H. 2dhe mund të përdoret në prodhimet ekzistuese N 2.

Katalizatorët

Katalizatorët për formimin e CNT-ve dhe CNF-ve janë Fe, Co dhe Ni; nxitësit, të cilët futen në sasi më të vogla, janë kryesisht Mo, W ose Cr (më rrallë - V, Mn, Pt dhe Pd), bartësit katalizatorë janë oksidet jo të paqëndrueshme dhe hidroksidet e metaleve (Mg, Ca, Al, La, Si , Ti, Zr), tretësira të ngurta, disa kripëra dhe minerale (karbonate, spinele, perovskite, hidrotalcit, argjila natyrale, diatomite), sita molekulare (në veçanti, zeolite), xhel silicë, aerogel, xhel alumini, Si poroz dhe C amorf Në të njëjtën kohë, V, Cr, Mo, W, Mn dhe, ndoshta, disa metale të tjera në kushte pirolize janë në formë të përbërjeve - okside, karbide, metallate etj.

Metalet fisnike (Pd, Ru, PdSe), lidhjet (mischmetal, permalloy, nikrom, monel, çelik inox, Co-V, Fe-Cr, Fe-Sn, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni-C, Co-Fe-Ni, aliazh i fortë Co-WC, etj.), CoSi 2dhe CoGe 2, LaNi 5, MmNi 5(Mm - mischmetal), lidhjet e Zr dhe metaleve të tjera hidrideformuese. Përkundrazi, Au dhe Ag pengojnë formimin e CNT-ve.

Katalizatorët mund të depozitohen në silikon të veshur me një shtresë të hollë oksidi, në germanium, disa lloje qelqi dhe nënshtresa të bëra nga materiale të tjera.

Silikoni poroz i marrë nga gravimi elektrokimik i silikonit me një kristal në një zgjidhje të një përbërje të caktuar konsiderohet të jetë një bartës ideal katalizator. Silikoni poroz mund të përmbajë mikropore (< 2 нм), мезопоры и макропоры (>100 nm). Për të marrë katalizatorë, përdoren metoda tradicionale:

përzierja (rrallë shkrirja) e pluhurave;
depozitimi ose depozitimi elektrokimik i metaleve në një substrat, i ndjekur nga transformimi i një filmi të hollë të vazhdueshëm në ishuj me madhësi nanoz (përdoret gjithashtu depozitimi shtresë pas shtrese e disa metaleve;
depozitimi i avullit kimik;
zhytja e substratit në tretësirë;
aplikimi i një suspensioni të grimcave të katalizatorit në një substrat;
aplikimi i tretësirës në një substrat rrotullues;
ngopja e pluhurave inerte me kripëra;
bashkëprecipitimi i oksideve ose hidroksideve;
shkëmbimi i joneve;
metodat koloidale (procesi sol-gel, metoda e kundërt e micelave);
zbërthimi termik i kripërave;
djegia e nitrateve të metaleve.

Përveç dy grupeve të përshkruara më sipër, janë zhvilluar një numër i madh metodash të tjera për marrjen e CNT-ve. Ato mund të klasifikohen sipas burimeve të karbonit të përdorura. Komponimet fillestare janë: grafiti dhe format e tjera të karbonit të ngurtë, përbërjet organike, përbërjet inorganike, përbërjet organometalike. Grafiti mund të shndërrohet në CNT në disa mënyra: me bluarje intensive me top të ndjekur nga pjekja në temperaturë të lartë; elektroliza e kripërave të shkrira; ndarja në fletë të veçanta grafeni dhe më pas përdredhja spontane e këtyre fletëve. Karboni amorf mund të shndërrohet në CNT kur përpunohet në kushte hidrotermale. CNT-të u morën nga karboni i zi (bloza) nga transformimi në temperaturë të lartë me ose pa katalizatorë, si dhe nga ndërveprimi me avujt e ujit nën presion. Strukturat nanotubulare përmbahen në produktet e pjekjes me vakum (1000 rreth C) filma të karbonit të ngjashëm me diamantin në prani të një katalizatori. Së fundi, transformimi katalitik në temperaturë të lartë të fulleritit C 60ose trajtimi i tij në kushte hidrotermale çon edhe në formimin e CNT-ve.

Nanotubat e karbonit ekzistojnë në natyrë. Një grup studiuesish meksikanë i gjetën ato në mostrat e naftës të marra nga një thellësi prej 5.6 km (Velasco-Santos, 2003). Diametri i CNT varionte nga disa nanometra në dhjetëra nanometra, dhe gjatësia arriti në 2 μm. Disa prej tyre ishin të mbushura me nanogrimca të ndryshme.

Pastrimi i nanotubave të karbonit

Asnjë nga metodat e zakonshme për marrjen e CNT-ve nuk lejon që ato të izolohen në formën e tyre të pastër. Papastërtitë ndaj NT mund të jenë fullerene, karboni amorf, grimca të grafitizuara, grimca katalizatore.

shkatërrues,
e pa shkatërrueshme,
të kombinuara.

Metodat destruktive përdorin reaksione kimike, të cilat mund të jenë oksiduese ose reduktuese, dhe bazohen në dallimet në reaktivitetin e formave të ndryshme të karbonit. Për oksidim, përdoren ose solucione të agjentëve oksidues ose reagentë të gaztë; për reduktim përdoret hidrogjeni. Metodat bëjnë të mundur izolimin e CNT-ve me pastërti të lartë, por shoqërohen me humbjen e tubave.

Metodat jo destruktive përfshijnë nxjerrjen, flokulimin dhe precipitimin selektiv, mikrofiltrimin me rrjedhje tërthore, kromatografinë e përjashtimit, elektroforezën, reaksionin selektiv me polimere organike. Si rregull, këto metoda janë joefikase dhe joefikase.

Vetitë e nanotubave të karbonit

Mekanike. Nanotubat, siç u tha, janë një material jashtëzakonisht i fortë, si në tension ashtu edhe në përkulje. Për më tepër, nën veprimin e sforcimeve mekanike që tejkalojnë ato kritike, nanotubat nuk "thyehen", por riorganizohen. Bazuar në vetitë e fortësisë së lartë të nanotubave, mund të argumentohet se ato janë materiali më i mirë për një lidhje të ashensorit hapësinor për momentin. Siç tregohet nga rezultatet e eksperimenteve dhe simulimi numerik, moduli i Young-it i një nanotubi me një shtresë arrin vlerat e rendit 1-5 TPa, që është një renditje madhësie më e madhe se ajo e çelikut. Grafiku më poshtë tregon një krahasim midis një nanotubi me një mur dhe çelikut me rezistencë të lartë.

1 2

Kablloja e ashensorit hapësinor vlerësohet të përballojë një stres mekanik prej 62,5 GPa

Diagrami i tërheqjes (varësia e stresit mekanik σ nga zgjatja ε)

Për të demonstruar ndryshimin domethënës midis më të qëndrueshmeve ky moment materialet dhe nanotubat e karbonit, le të bëjmë eksperimentin e mëposhtëm të mendimit. Imagjinoni që, siç u supozua më herët, një strukturë homogjene në formë pyke e përbërë nga materialet më të qëndrueshme deri më sot do të shërbejë si kabllo për një ashensor hapësinor, atëherë diametri i kabllit në GEO (orbita gjeostacionare e Tokës) do të jetë rreth 2 km dhe do të ngushtohet në 1 mm në sipërfaqen e Tokës. Në këtë rast, masa totale do të jetë 60 * 1010 ton. Nëse nanotubat e karbonit do të përdoreshin si material, atëherë diametri i kabllit në GEO ishte 0.26 mm dhe 0.15 mm në sipërfaqen e Tokës, dhe për këtë arsye masa totale ishte 9.2 ton. Siç shihet nga faktet e mësipërme, nanofibra karboni është pikërisht materiali që nevojitet për të ndërtuar një kabllo, diametri aktual i të cilit do të jetë rreth 0.75 m, për t'i bërë ballë edhe sistemit elektromagnetik që përdoret për të lëvizur kabinën e ashensorit hapësinor.

elektrike. Për shkak të madhësisë së vogël të nanotubave të karbonit, vetëm në vitin 1996 u bë e mundur të matej drejtpërdrejt rezistenca e tyre elektrike duke përdorur një metodë me katër këmbë.

Vija ari u depozituan në një sipërfaqe të lëmuar të oksidit të silikonit në një vakum. Midis tyre u depozituan nanotuba 2-3 μm të gjatë. Më pas, katër përçues tungsteni me trashësi 80 nm u depozituan në një nga nanotubat e zgjedhur për matje. Secili nga përçuesit e tungstenit kishte kontakt me një nga shiritat e arit. Distanca midis kontakteve në nanotub ishte nga 0.3 në 1 μm. Rezultatet e matjeve të drejtpërdrejta treguan se rezistenca e nanotubave mund të ndryshojë brenda një diapazoni domethënës - nga 5.1 * 10 -6deri në 0.8 ohm/cm. Rezistenca minimale është një rend i madhësisë më i ulët se ai i grafitit. Shumica e nanotubave kanë përçueshmëri metalike, ndërsa pjesa më e vogël shfaq vetitë e një gjysmëpërçuesi me një hendek brezi prej 0,1 deri në 0,3 eV.

Studiuesit francezë dhe rusë (nga IPTM RAS, Chernogolovka) zbuluan një tjetër veti të nanotubave, që është superpërçueshmëria. Ata matën karakteristikat e tensionit aktual të një nanotubi individual me një mur me një diametër prej ~ 1 nm, të mbështjellë në një tufë me një numër të madh nanotubash me një mur, si dhe nanotubacione individuale me shumë shtresa. Një rrymë superpërcjellëse në një temperaturë afër 4K u vu re midis dy kontakteve metalike superpërcjellëse. Karakteristikat e transferimit të ngarkesës në një nanotub në thelb ndryshojnë nga ato që janë të natyrshme në përçuesit e zakonshëm tre-dimensionale dhe, me sa duket, shpjegohen nga natyra njëdimensionale e transferimit.

Gjithashtu gjeti de Geer nga Universiteti i Lozanës (Zvicër). pronë interesante: një ndryshim i mprehtë (rreth dy renditje të madhësisë) në përçueshmëri me një përkulje të lehtë, me 5-10°, të një nanotubi me një shtresë. Kjo veti mund të zgjerojë fushën e nanotubave. Nga njëra anë, nanotubi rezulton të jetë një konvertues i gatshëm shumë i ndjeshëm i dridhjeve mekanike në një sinjal elektrik dhe anasjelltas (në fakt, është një marrës telefoni disa mikronë i gjatë dhe rreth një nanometër në diametër) dhe , nga ana tjetër, është një sensor praktikisht i gatshëm i deformimeve më të vogla. Një sensor i tillë mund të përdoret në pajisjet që monitorojnë gjendjen e përbërësve mekanikë dhe pjesëve nga të cilat varet siguria e njerëzve, për shembull, pasagjerët e trenave dhe avionëve, personeli i termocentraleve bërthamore dhe termike, etj.

Kapilare. Eksperimentet kanë treguar se një nanotub i hapur ka veti kapilare. Për të hapur një nanotube, është e nevojshme të hiqni pjesën e sipërme - kapakun. Një mënyrë për të hequr është pjekja e nanotubave në një temperaturë prej 850 gradë 0C për disa orë në një rrjedhë të dioksidit të karbonit. Si rezultat i oksidimit, rreth 10% e të gjithë nanotubave janë të hapur. Një mënyrë tjetër për të shkatërruar skajet e mbyllura të nanotubave është ekspozimi ndaj acidit nitrik të përqendruar për 4.5 orë në një temperaturë prej 2400 C. Si rezultat i këtij trajtimi, 80% e nanotubave bëhen të hapur.

Studimet e para të fenomeneve kapilare treguan se një lëng depërton në kanalin e nanotubit nëse tensioni i tij sipërfaqësor nuk është më i lartë se 200 mN/m. Prandaj, për të futur ndonjë substancë në nanotuba, përdoren tretës me tension të ulët sipërfaqësor. Për shembull, acidi nitrik i koncentruar, tensioni sipërfaqësor i të cilit është i ulët (43 mN/m), përdoret për të futur disa metale në kanalin e nanotubit. Më pas pjekja kryhet në 4000 C për 4 orë në një atmosferë hidrogjeni, gjë që çon në reduktimin e metalit. Në këtë mënyrë u përftuan nanotuba që përmbanin nikel, kobalt dhe hekur.

Së bashku me metalet, nanotubat e karbonit mund të mbushen me substanca të gazta, siç është hidrogjeni molekular. Kjo aftësi është e një rëndësie praktike, sepse hap mundësinë e ruajtjes së sigurt të hidrogjenit, i cili mund të përdoret si lëndë djegëse miqësore me mjedisin në motorët me djegie të brendshme. Gjithashtu, shkencëtarët ishin në gjendje të vendosnin brenda nanotubit një zinxhir të tërë fullerene me atome gadolinium të ngulitur tashmë në to. (shih Fig.5).

Oriz. 5. Brenda C60 brenda një nanotubi me një mur

Efektet kapilare dhe mbushja e nanotubave

harku elektrik i pirolizës së karbonit me nanotub

Dukuritë kapilare në nanotubat e karbonit u kryen fillimisht eksperimentalisht në një punë ku u vu re efekti i tërheqjes kapilar të plumbit të shkrirë në nanotuba. Në këtë eksperiment, një hark elektrik i destinuar për sintezën e nanotubave u ndez midis elektrodave me diametër 0,8 dhe gjatësi 15 cm me një tension prej 30 V dhe një rrymë 180-200 A. Një shtresë materiali 3-4 cm e lartë e formuar në sipërfaqen e katodës si rezultat i shkatërrimit termik të sipërfaqes së anodës u hoq nga dhoma dhe u mbajt për 5 orë në T = 850°C në një rrjedhë të dioksidit të karbonit. Ky operacion, si rezultat i të cilit kampioni humbi rreth 10% të masës, kontribuoi në pastrimin e kampionit nga grimcat e grafitit amorf dhe zbulimin e nanotubave në precipitat. Pjesa qendrore e precipitatit që përmban nanotuba u vendos në etanol dhe u sonikua. Produkti i oksidimit i shpërndarë në kloroform u aplikua në një shirit karboni me vrima për vëzhgim me një mikroskop elektronik. Siç treguan vëzhgimet, tubat që nuk iu nënshtruan përpunimit kishin një strukturë të qetë, koka të formës së duhur dhe një diametër prej 0,8 deri në 10 nm. Si rezultat i oksidimit, rreth 10% e nanotubave doli të kishin kapakë të dëmtuar dhe disa nga shtresat pranë majës u shkëputën. Një mostër që përmbante nanotuba të destinuara për vëzhgim u mbush në vakum me pika plumbi të shkrirë, të cilat u morën duke rrezatuar një sipërfaqe metalike me një rreze elektronike. Në këtë rast, pikat e plumbit me madhësi 1 deri në 15 nm u vunë re në sipërfaqen e jashtme të nanotubave. Nanotubat u pjekën në ajër në T = 400°С (mbi pikën e shkrirjes së plumbit) për 30 min. Siç tregojnë rezultatet e vëzhgimeve të bëra me ndihmën e një mikroskopi elektronik, pas pjekjes disa prej nanotubave rezultuan të mbushura me një material të fortë. Një efekt i ngjashëm i mbushjes së nanotubave u vu re pas rrezatimit të kokave të tubave të hapura si rezultat i pjekjes me një rreze të fuqishme elektronike. Me një rrezatim mjaft të fortë, materiali afër skajit të hapur të tubit shkrihet dhe depërton brenda. Prania e plumbit brenda tubave u konstatua nga difraksioni i rrezeve X dhe spektroskopia elektronike. Diametri i telit më të hollë të plumbit ishte 1.5 nm. Sipas rezultateve të vëzhgimeve, numri i nanotubave të mbushur nuk e kalonte 1%.

Nanotubat e karbonit janë e ardhmja e teknologjive inovative. Prodhimi dhe futja e nanotubuleneve do të përmirësojë cilësinë e mallrave dhe produkteve, duke ulur ndjeshëm peshën e tyre dhe duke rritur forcën, si dhe duke i pajisur me karakteristika të reja.

Nanotubat e karbonit ose nanostruktura tubulare (nanotubulen) janë struktura cilindrike të zbrazëta me një ose shumë mure të krijuara artificialisht në laborator, të marra nga atomet e karbonit dhe që posedojnë veti të jashtëzakonshme mekanike, elektrike dhe fizike.

Nanotubat e karbonit janë bërë nga atomet e karbonit dhe kanë formë si tuba ose cilindra. Ato janë shumë të vogla (në shkallë nano), me një diametër prej një deri në disa dhjetëra nanometra dhe një gjatësi deri në disa centimetra. Nanotubat e karbonit përbëhen nga grafiti, por kanë karakteristika të tjera që nuk janë karakteristike për grafitin. Ata nuk ekzistojnë në natyrë. Origjina e tyre është artificiale. Trupi i nanotubave është sintetik, i krijuar nga njerëzit në mënyrë të pavarur nga fillimi në fund.

Nëse shikoni një nanotub të zmadhuar një milion herë, mund të shihni një cilindër të zgjatur të përbërë nga gjashtëkëndësha barabrinjës me atome karboni në kulmet e tyre. Ky është një aeroplan grafiti i mbështjellë në një tub. Kiraliteti i një nanotubi përcakton karakteristikat dhe vetitë e tij fizike.

I zmadhuar një milion herë, një nanotub është një cilindër i zgjatur i përbërë nga gjashtëkëndësha barabrinjës me atome karboni në majat e tyre. Ky është një aeroplan grafiti i mbështjellë në një tub.

Kiraliteti është veti e një molekule që të mos përkojë në hapësirë me imazhin e saj pasqyrues.

Më qartë, kiraliteti është kur palosni, për shembull, një fletë letre në mënyrë të barabartë. Nëse në mënyrë të pjerrët, atëherë ky është tashmë ahiralitet. Nanotubulenet mund të kenë struktura njështresore dhe shumështresore. Një strukturë me shumë shtresa nuk është gjë tjetër veçse disa nanotuba me një shtresë të "veshur" një mbi një.

Historia e zbulimit

Data e saktë e zbulimit të nanotubave dhe zbuluesi i tyre nuk dihen. Kjo temë është ushqim për debat dhe arsyetim, pasi ka shumë përshkrime paralele të këtyre strukturave nga shkencëtarët nga vende të ndryshme. Vështirësia kryesore në identifikimin e zbuluesit qëndron në faktin se nanotubat dhe nanofibrat, që bien në fushën e shikimit të shkencëtarëve, nuk tërhoqën vëmendjen e tyre për një kohë të gjatë dhe nuk u studiuan me kujdes. Ekzistuese punë shkencore vërtetojnë se mundësia e krijimit të nanotubave dhe fibrave nga materialet që përmbajnë karbon është lejuar teorikisht në gjysmën e dytë të shekullit të kaluar.

Arsyeja kryesore pse studimet serioze të përbërjeve të karbonit mikron nuk u kryen për një kohë të gjatë është se në atë kohë shkencëtarët nuk kishin një bazë shkencore mjaftueshëm të fuqishme për kërkime, domethënë, nuk kishte pajisje të aftë për të zgjeruar objektin e studimit në shtrirja e kërkuar dhe e tejdukshme struktura e tyre .

Nëse i rregullojmë ngjarjet në studimin e përbërjeve nanokarbonike në rend kronologjik, atëherë dëshmia e parë bie në vitin 1952, kur shkencëtarët sovjetikë Radushkevich dhe Lukyanovich tërhoqën vëmendjen ndaj strukturës nanofibroze të formuar gjatë dekompozimit termik të monoksidit të karbonit (emri rus është oksid ). Struktura e vëzhguar duke përdorur pajisje me mikroskop elektronik kishte fibra me një diametër prej rreth 100 nm. Fatkeqësisht, gjërat nuk shkuan më tej sesa rregullimi i një nanostrukture të pazakontë dhe nuk pasuan kërkime të mëtejshme.

Pas 25 vitesh harresë, që nga viti 1974, informacioni për ekzistencën e strukturave tubulare mikron të bëra nga karboni ka filluar të dalë në gazeta. Pra, një grup shkencëtarësh japonezë (T. Koyama, M. Endo, A. Oberlin) gjatë kërkimeve në vitet 1974-1975. i paraqitën publikut të gjerë rezultatet e një sërë studimesh të tyre, të cilat përmbanin një përshkrim të tubave të hollë me diametër më të vogël se 100 Å, të cilët u përftuan nga avujt gjatë kondensimit. Gjithashtu, formimi i strukturave të zbrazëta me një përshkrim të strukturës dhe mekanizmit të formimit të marrë në studimin e vetive të karbonit u përshkruan nga shkencëtarët sovjetikë të Institutit të Katalizës së Degës Siberiane të Akademisë së Shkencave të BRSS në 1977.

Å (Agström) - një njësi matëse e distancave, e barabartë me 10−10 m Në sistemin SI, një njësi e afërt në vlerë me angstromin është një nanometër (1 nm = 10 Å).

Fullerenet janë molekula të zbrazëta, sferike në formë si një top ose top regbi.

Fullerenet janë modifikimi i katërt, i panjohur më parë, i karbonit, i zbuluar nga kimisti dhe astrofizikani anglez Harold Kroto.

Dhe vetëm pasi përdorën pajisjet më të fundit në kërkimin e tyre shkencor, që u lejon atyre të ekzaminojnë në detaje dhe të shkëlqejnë përmes strukturës së karbonit të nanotubave, shkencëtari japonez Sumio Iijima kreu kërkimin e parë serioz në 1991, si rezultat i të cilit nanotubat e karbonit u bënë eksperimentalisht. marrë dhe studiuar në detaje. .

Në kërkimin e tij, profesori Ijima ekspozoi grafitin e spërkatur ndaj një shkarkimi të harkut elektrik për të marrë një prototip. Prototipi u mat me kujdes. Dimensionet e tij treguan se diametri i filamenteve (kufomave) nuk i kalon disa nanometra, me një gjatësi prej një deri në disa mikronë. Duke studiuar strukturën e një nanotubi karboni, shkencëtarët zbuluan se objekti në studim mund të ketë nga një deri në disa shtresa, të përbërë nga një rrjet gjashtëkëndor grafiti i bazuar në gjashtëkëndësh. Në këtë rast, skajet e nanotubave ngjajnë strukturisht me gjysmën e një molekule fullerene të prerë në dysh.

Në kohën e studimeve të mësipërme, kishte tashmë punime nga shkencëtarë të tillë të njohur në fushën e tyre si Jones, L.A. Chernozatonsky, M.Yu. Kornilov, duke parashikuar mundësinë e formimit të kësaj forme alotropike të karbonit, duke përshkruar strukturën e tij, vetitë fizike, kimike dhe të tjera.

Struktura shumështresore e një nanotubi nuk është gjë tjetër veçse disa nanotubula me një shtresë, të "veshur" një për një sipas parimit të kukullave ruse fole.

Vetitë elektrofizike

Vetitë elektrofizike të nanotubave të karbonit janë nën shqyrtimin më të afërt nga komunitetet shkencore në mbarë botën. Duke projektuar nanotuba në raporte të caktuara gjeometrike, është e mundur t'u jepet atyre veti përcjellëse ose gjysmëpërçuese. Për shembull, diamanti dhe grafiti janë të dy karbon, por për shkak të ndryshimeve në strukturën molekulare, ato kanë veti të ndryshme dhe në disa raste të kundërta. Nanotuba të tillë quhen metalikë ose gjysmëpërçues.

Nanotubat që përçojnë elektricitetin edhe në temperatura zero absolute janë metalikë. Përçueshmëria zero e rrymës elektrike në zero absolute, e cila rritet me rritjen e temperaturës, tregon shenjën dalluese të një nanostrukture gjysmëpërçuese.

Klasifikimi kryesor shpërndahet sipas metodës së palosjes së planit të grafitit. Metoda e palosjes tregohet nga dy numra: "m" dhe "n", të cilët vendosin drejtimin e palosjes përgjatë vektorëve të rrjetës së grafitit. Vetitë e nanotubave varen nga gjeometria e palosjes së planit të grafitit, për shembull, këndi i rrotullimit ndikon drejtpërdrejt në vetitë e tyre elektrofizike.

Në varësi të parametrave (n, m), nanotubat mund të jenë: të drejtë (akiral), të dhëmbëzuar ("poltronë"), zigzag dhe spirale (kirale). Për llogaritjen dhe planifikimin e përçueshmërisë elektrike, përdoret formula për raportin e parametrave: (n-m) / 3.

Një numër i plotë i marrë në llogaritje tregon përçueshmërinë e një nanotubi të tipit metalik dhe një numër i pjesshëm tregon një lloj gjysmëpërçuesi. Për shembull, të gjitha tubat e tipit "karrige" janë metalike. Nanotubat e karbonit të tipit metalik kryejnë rrymë elektrike në zero absolute. Nanotubulenet e tipit gjysmëpërçues kanë përçueshmëri zero në zero absolute, e cila rritet me rritjen e temperaturës.

Nanotubat me një lloj përçueshmërie metalike mund të transmetojnë afërsisht një miliard amper për centimetër katror. Bakri, duke qenë një nga përçuesit më të mirë metalikë, është inferior ndaj nanotubave në këta tregues për më shumë se një mijë herë. Kur tejkalohet kufiri i përçueshmërisë, ndodh ngrohja, e cila shoqërohet me shkrirjen e materialit dhe shkatërrimin e rrjetës molekulare. Kjo nuk ndodh me nanotubulenet në kushte të barabarta. Kjo është për shkak të përçueshmërisë së tyre termike shumë të lartë, e cila është dyfishi i diamantit.

Për sa i përket forcës, nanotubuleni gjithashtu lë materiale të tjera shumë prapa. Është 5–10 herë më i fortë se lidhjet më të forta të çelikut (1,28–1,8 TPa në modulin e Young) dhe ka një elasticitet 100 mijë herë më të lartë se goma. Nëse krahasojmë treguesit e forcës në tërheqje, atëherë ato tejkalojnë karakteristikat e ngjashme të forcës së çelikut me cilësi të lartë me 20-22 herë!

Si të merrni OKB

Nanotubat fitohen me metoda të temperaturës së lartë dhe temperaturës së ulët.

Metodat me temperaturë të lartë përfshijnë ablacionin me lazer, teknologjinë diellore ose shkarkimin e harkut elektrik. Metoda e temperaturës së ulët ka përfshirë depozitimin kimik të avullit duke përdorur dekompozimin katalitik të hidrokarbureve, rritjen katalitike të fazës së gazit nga monoksidi i karbonit, prodhimin me elektrolizë, trajtimin termik të polimerit, pirolizën lokale në temperaturë të ulët ose katalizën lokale. Të gjitha metodat janë të vështira për t'u kuptuar, të teknologjisë së lartë dhe shumë të kushtueshme. Prodhimi i nanotubave mund të përballohet vetëm nga një ndërmarrje e madhe me një bazë të fortë shkencore.

I thjeshtuar, procesi i marrjes së nanotubave nga karboni me metodën e harkut është si më poshtë:

Një plazma në gjendje të gaztë futet në një reaktor të ngrohur në një temperaturë të caktuar me një qark të mbyllur përmes një aparati injektimi. Në reaktor, në pjesën e sipërme dhe të poshtme, vendosen bobina magnetike, njëra prej të cilave është anoda dhe tjetra katoda. Bobinat magnetike furnizohen me një rrymë elektrike konstante. Plazma në reaktor ndikohet nga një hark elektrik, i cili gjithashtu rrotullohet nga një fushë magnetike. Nën veprimin e një harku elektroplazmatik me temperaturë të lartë nga sipërfaqja e anodës, e cila përbëhet nga një material që përmban karbon (grafit), karboni avullon ose "shkëputet" dhe kondensohet në katodë në formën e nanotubave të karbonit që përmbahen në precipitojnë. Në mënyrë që atomet e karbonit të jenë në gjendje të kondensohen në katodë, temperatura në reaktor ulet. Edhe një përshkrim i shkurtër i kësaj teknologjie bën të mundur vlerësimin e kompleksitetit dhe kostos së marrjes së nanotubuleneve. Do të duhet shumë kohë përpara se procesi i prodhimit dhe aplikimit të bëhet i disponueshëm për shumicën e ndërmarrjeve.

Fotogaleri: Skema dhe pajisje për marrjen e nanotubave nga karboni

Instalim për sintezën e nanotubave të karbonit me një mur me metodën e harkut elektrik Instalim shkencor me fuqi të vogël për marrjen e një nanostrukture tubulare
Metoda e prodhimit në temperaturë të ulët

Instalim për prodhimin e nanotubave të gjatë të karbonit

A janë toksike?

Definitivisht po.

Në proces kërkime laboratorike shkencëtarët arritën në përfundimin se nanotubat e karbonit kanë një efekt negativ në organizmat e gjallë. Kjo, nga ana tjetër, konfirmon toksicitetin e nanotubave dhe është gjithnjë e më pak e nevojshme që shkencëtarët të dyshojnë në këtë çështje të rëndësishme.

Studimet kanë treguar se ndërveprimi i drejtpërdrejtë i nanotubave të karbonit me qelizat e gjalla çon në vdekjen e tyre. Veçanërisht nanotubat me një mur kanë aktivitet të fortë antimikrobik. Eksperimentet që shkencëtarët filluan të kryejnë në një kulturë të përbashkët të mbretërisë së baktereve (E. coli) E-Coli. Në procesin e kërkimit, u përdorën nanotuba me një shtresë me një diametër prej 0,75 deri në 1,2 nanometra. Siç kanë treguar eksperimentet, si rezultat i ndikimit të nanotubave të karbonit në një qelizë të gjallë, muret e qelizave (membranat) dëmtohen mekanikisht.

Nanotubat e përftuara me metoda të tjera përmbajnë një sasi të madhe metalesh dhe papastërti të tjera toksike. Shumë shkencëtarë supozojnë se vetë toksiciteti i nanotubave të karbonit nuk varet nga morfologjia e tyre, por lidhet drejtpërdrejt me papastërtitë që përmbahen në to (nanotubat). Megjithatë, puna e kryer nga shkencëtarët nga Yale në fushën e kërkimit të nanotubeve ka treguar një përfaqësim të gabuar të shumë komuniteteve. Kështu, bakteret e Escherichia coli (E-Coli) në procesin e kërkimit iu nënshtruan trajtimit me nanotuba karboni me një mur për një orë. Si rezultat, shumica e E-Coli vdiqën. Këto studime në fushën e nanomaterialeve kanë konfirmuar toksicitetin e tyre dhe ndikimin negativ në organizmat e gjallë.

Shkencëtarët kanë arritur në përfundimin se nanotubat me një mur janë më të rrezikshmit, kjo për shkak të raportit proporcional të gjatësisë së një nanotubi karboni me diametrin e tij.

Studime të ndryshme mbi efektin e nanotubave të karbonit në trupin e njeriut i kanë çuar shkencëtarët në përfundimin se efekti është identik, si në rastin e fibrave të asbestit që hyjnë në trup. Shkalla e ndikimit negativ të fibrave të asbestit varet drejtpërdrejt nga madhësia e tyre: sa më i vogël, aq më i fortë është ndikimi negativ. Dhe në rastin e nanotubave të karbonit, nuk ka dyshim për efektin e tyre negativ në trup. Duke hyrë në trup me ajër, nanotubi vendoset përmes pleurës në gjoks, duke shkaktuar kështu komplikime serioze, në veçanti, tumore kanceroze. Nëse depërtimi i nanotubuleneve në organizëm ndodh nëpërmjet ushqimit, ato vendosen në muret e stomakut dhe të zorrëve, duke shkaktuar sëmundje dhe komplikime të ndryshme.

Aktualisht, shkencëtarët po kryejnë kërkime mbi përputhshmërinë biologjike të nanomaterialeve dhe kërkimin e teknologjive të reja për prodhimin e sigurt të nanotubave të karbonit.

perspektivat

Nanotubat e karbonit zënë një gamë të gjerë aplikimesh. Kjo për faktin se ato kanë një strukturë molekulare në formën e një kornize, duke i lejuar kështu të kenë veti që ndryshojnë nga ato të diamantit ose grafitit. Është pikërisht për shkak të veçorive të tyre dalluese (forca, përçueshmëria, përkulja) që nanotubat e karbonit përdoren më shpesh se materialet e tjera.

Kjo shpikje karboni përdoret në elektronikë, optikë, inxhinieri mekanike, etj. Nanotubat e karbonit përdoren si aditivë për polimere dhe përbërës të ndryshëm për të rritur forcën e përbërjeve molekulare. Në fund të fundit, të gjithë e dinë se rrjeta molekulare e përbërjeve të karbonit ka forcë të jashtëzakonshme, veçanërisht në formën e saj të pastër.

Nanotubat e karbonit përdoren gjithashtu në prodhimin e kondensatorëve dhe llojeve të ndryshme të sensorëve, anodave, të cilat janë të nevojshme për prodhimin e baterive, si absorbues i valëve elektromagnetike. Ky përbërje karboni ka gjetur aplikim të gjerë në fushën e prodhimit të rrjeteve të telekomunikacionit dhe ekraneve me kristal të lëngshëm. Gjithashtu, nanotubat përdoren si përforcues i vetive katalitike në prodhimin e pajisjeve ndriçuese.

Aplikim Komercial

Tregu	Aplikacion	Vetitë e përbërjeve të bazuara në nanotubat e karbonit
Makina	Pjesët e sistemit të karburantit dhe linjat e karburantit (lidhës, pjesë të pompës, unaza o, tuba), të jashtëm pjeset e trupit për lyerje elektrike (parakolp, kapakë pasqyrash, kapakë të rezervuarit të karburantit)	Balancë e përmirësuar e vetive në krahasim me karbonin e zi, riciklueshmëri për pjesë të mëdha, rezistencë ndaj deformimit
Elektronikë	Mjete dhe pajisje teknologjike, kaseta vaferash, shirita transportues, avionë shpine, pajisje për dhomë të pastër	Pastërti e përmirësuar e përzierjeve në krahasim me fibrat e karbonit, kontrolli i rezistencës së sipërfaqes, punueshmëria për derdhjen e pjesëve të holla, rezistenca ndaj deformimit, ekuilibri i vetive, mundësitë alternative të përzierjeve plastike në krahasim me fibrat e karbonit

Nanotubat e karbonit nuk kufizohen në një fushë të caktuar për përdorim në industri të ndryshme industrisë. Materiali u shpik relativisht kohët e fundit dhe, në këtë drejtim, aktualisht përdoret gjerësisht në zhvillimin dhe kërkimin shkencor në shumë vende të botës. Kjo është e nevojshme për një studim më të detajuar të vetive dhe karakteristikave të nanotubave të karbonit, si dhe për krijimin e prodhimit në shkallë të gjerë të materialit, pasi aktualisht ai zë një pozicion mjaft të dobët në treg.

Nanotubat e karbonit përdoren për të ftohur mikroprocesorët.

Për shkak të vetive të tyre të mira përçuese, përdorimi i nanotubave të karbonit në inxhinierinë mekanike zë një gamë të gjerë. Ky material përdoret si pajisje për ftohjen e agregateve me përmasa masive. Kjo është kryesisht për shkak të faktit se nanotubat e karbonit kanë një përçueshmëri të lartë termike specifike.

Përdorimi i nanotubave në zhvillimin e teknologjisë kompjuterike luan një rol të rëndësishëm në industrinë e elektronikës. Falë përdorimit të këtij materiali, është krijuar prodhimi për prodhimin e ekraneve mjaft të sheshta. Kjo kontribuon në prodhimin e pajisjeve kompjuterike kompakte, por në të njëjtën kohë, karakteristikat teknike të kompjuterëve elektronikë nuk humbasin, por madje rriten. Përdorimi i nanotubave të karbonit në zhvillimin e teknologjisë kompjuterike dhe industrisë elektronike do të bëjë të mundur arritjen e prodhimit të pajisjeve që do të jenë shumë herë më të larta se Specifikimet teknike homologët aktualë. Në bazë të këtyre studimeve, tashmë po krijohen kineskopët e tensionit të lartë.

Procesori i parë me nanotube karboni

Problemet e përdorimit

Një nga problemet me përdorimin e nanotubave është ndikimi negativ në organizmat e gjallë, gjë që vë në dyshim përdorimin e këtij materiali në mjekësi. Disa nga ekspertët sugjerojnë se mund të ketë rreziqe të pavlerësuara në procesin e prodhimit masiv të nanotubave të karbonit. Kjo do të thotë, si rezultat i zgjerimit të fushës së nanotubave, do të ketë nevojë për prodhimin e tyre në një shkallë të gjerë dhe, në përputhje me rrethanat, do të ketë një kërcënim për mjedisin.

Shkencëtarët propozojnë të kërkojnë mënyra për të zgjidhur këtë problem në aplikimin e metodave dhe metodave më miqësore me mjedisin për prodhimin e nanotubave të karbonit. U sugjerua gjithashtu që prodhuesit e këtij materiali të kenë një qasje serioze ndaj çështjes së "pastrimit" të pasojave të procesit CVD, e cila, nga ana tjetër, mund të ndikojë në rritjen e kostos së produkteve.

Foto e ndikimit negativ të nanotubave në qeliza a) qelizat e Escherichia coli para ekspozimit ndaj nanotubave; b) qelizat pas ekspozimit ndaj nanotubave

Në botën moderne, nanotubat e karbonit japin një kontribut të rëndësishëm në zhvillimin e teknologjive inovative. Ekspertët japin parashikime për një rritje të prodhimit të nanotubave në vitet në vijim dhe ulje të çmimeve për këto produkte. Kjo, nga ana tjetër, do të zgjerojë fushën e nanotubave dhe do të rrisë kërkesën e konsumatorëve në treg.

Pronarët e patentës RU 2430879:

Shpikja lidhet me nanoteknologjinë dhe mund të përdoret si përbërës i materialeve të përbëra. Nanotubat e karbonit me shumë shtresa fitohen nga piroliza e hidrokarbureve duke përdorur katalizatorë që përmbajnë komponentët aktivë Fe, Co, Ni, Mo, Mn dhe kombinimet e tyre, si dhe Al 2 O 3 , MgO, CaCO 3 si bartës. Nanotubat që rezultojnë pastrohen duke zier në një tretësirë të acidit klorhidrik të ndjekur nga larja me ujë. Pas trajtimit me acid, ngrohja kryhet në një rrjedhë argon me pastërti të lartë në një furre me një gradient të temperaturës. Në zonën e punës së furrës, temperatura është 2200-2800 ° C. Në skajet e furrës, temperatura është 900-1000 ° C. EFEKTI: shpikja bën të mundur marrjen e nanotubave me shumë shtresa me përmbajtje papastërtie metalike më pak se 1 ppm. 3 w.p. f-ly, 9 i sëmurë, 3 tab.

Shpikja lidhet me prodhimin e nanotubave të karbonit me shumë shtresa (MWNTs) me pastërti të lartë me një përmbajtje papastërtie metalike më pak se 1 ppm, të cilat mund të përdoren si përbërës të materialeve të përbëra për qëllime të ndryshme.

Për prodhimin masiv të MWCNT, përdoren metoda të bazuara në pirolizën e hidrokarbureve ose monoksidit të karbonit në prani të katalizatorëve metalikë të bazuar në metale të nëngrupit të hekurit [T.W.Ebbesen // Nanotubes karbon: Përgatitja dhe vetitë, CRC Press, 1997, f.139- 161; V.Shanov, Yeo-Heung Yun, M.J.Schuiz // Sinteza dhe karakterizimi i materialeve të nanotubeve të karbonit (rishikim) // Journal of the University of Chemical Technology and Metalurgy, 2006, Nr. 4, v.41, f.377-390 ; J. W. Seo; A. Magrez; M. Milas; K.Lee, V Lukovac, L.Forro // Nanotubat e karbonit të rritur në mënyrë katalitike: nga sinteza në toksicitet // Journal of Physics D (Applied Physics), 2007, v.40, n.6]. Për shkak të kësaj, MWCNT-të e marra me ndihmën e tyre përmbajnë papastërti të metaleve të katalizatorëve të përdorur. Në të njëjtën kohë, për një numër aplikimesh, për shembull, për të krijuar pajisje elektrokimike dhe për të marrë materiale të përbëra për qëllime të ndryshme, kërkohen MWCNT me pastërti të lartë që nuk përmbajnë papastërti metalike. MWCNT-të me pastërti të lartë janë kryesisht të nevojshme për prodhimin e materialeve të përbëra që i nënshtrohen përpunimit në temperaturë të lartë. Kjo për faktin se përfshirjet inorganike mund të jenë katalizatorë për grafitizimin lokal dhe, si rezultat, të fillojnë formimin e defekteve të reja në strukturën e karbonit [AS Fialkov // Karboni, komponimet ndërshtresore dhe kompozitat e bazuara në të, Aspect Press, Moskë , 1997, fq 588 -602]. Mekanizmi i veprimit katalitik të grimcave metalike bazohet në bashkëveprimin e atomeve metalike me një matricë karboni me formimin e grimcave metal-karbon, e ndjekur nga lëshimi i formacioneve të reja të ngjashme me grafitin që mund të shkatërrojnë strukturën e përbërjes. Prandaj, edhe papastërtitë e vogla metalike mund të çojnë në një shkelje të uniformitetit dhe morfologjisë së materialit të përbërë.

Metodat më të zakonshme për pastrimin e nanotubave të karbonit katalitik nga papastërtitë bazohen në trajtimin e tyre me një përzierje acidesh me përqendrime të ndryshme kur nxehen, si dhe në kombinim me ekspozimin ndaj rrezatimit të mikrovalës. Megjithatë, disavantazhi kryesor i këtyre metodave është shkatërrimi i mureve të nanotubave të karbonit si rezultat i ekspozimit ndaj acideve të forta, si dhe shfaqja e një numri të madh grupesh funksionale të padëshirueshme që përmbajnë oksigjen në sipërfaqen e tyre, gjë që e bën të vështirë. për të zgjedhur kushtet për trajtimin me acid. Në këtë rast, pastërtia e MWCNT-ve të marra është 96-98 wt.%, pasi grimcat metalike të katalizatorit janë të kapsuluara në zgavrën e brendshme të nanotubit të karbonit dhe janë të paarritshme për reagentët.

Një rritje në pastërtinë e MWCNT-ve mund të arrihet duke i ngrohur ato në temperatura mbi 1500°C duke ruajtur strukturën dhe morfologjinë e nanotubave të karbonit. Këto metoda bëjnë të mundur jo vetëm pastrimin e MWCNT nga papastërtitë metalike, por gjithashtu kontribuojnë në renditjen e strukturës së nanotubave të karbonit për shkak të pjekjes së defekteve të vogla, një rritje të modulit të Young, një ulje të distancës midis shtresave të grafitit dhe heqja e oksigjenit sipërfaqësor, i cili siguron më tej një shpërndarje më uniforme të nanotubave të karbonit në matricën polimer, të nevojshme për të marrë më mirë materiale të përbëra. Kalcinimi në një temperaturë prej rreth 3000°C çon në formimin e defekteve shtesë në strukturën e nanotubave të karbonit dhe zhvillimin e defekteve tashmë ekzistuese. Duhet të theksohet se pastërtia e nanotubave të karbonit të marra duke përdorur metodat e përshkruara nuk është më shumë se 99.9%.

Shpikja zgjidh problemin e zhvillimit të një metode për pastrimin e nanotubave të karbonit me shumë shtresa të marra nga piroliza katalitike e hidrokarbureve, me heqjen pothuajse të plotë të papastërtive të katalizatorit (deri në 1 ppm), si dhe papastërtitë e përbërjeve të tjera që mund të shfaqen gjatë trajtimit me acid të MWCNT , duke ruajtur morfologjinë e nanotubave të karbonit.

Problemi zgjidhet me metodën e pastrimit të nanotubave të karbonit me shumë shtresa të marra nga piroliza e hidrokarbureve duke përdorur katalizatorë që përmbajnë Fe, Co, Ni, Mo, Mn dhe kombinimet e tyre si përbërës aktivë, si dhe Al 2 O 3 , MgO, CaCO 3 si bartës, i cili kryhet duke zier në një tretësirë të acidit klorhidrik me larje të mëtejshme me ujë, pas trajtimit me acid, ngrohja kryhet në një rrjedhë argon me pastërti të lartë në një furrë me një gradient të temperaturës, në zonën e punës temperatura është 2200-2800 ° C, në skajet e furrës temperatura është 900-1000 ° C, si rezultat i së cilës merren nanotuba me shumë shtresa me një përmbajtje të papastërtive metalike më pak se 1 ppm.

Ngrohja kryhet në ampula të bëra nga grafiti me pastërti të lartë.

Koha e ngrohjes në një rrymë argon është, për shembull, 15-60 min.

Përdorni argon me një pastërti prej 99,999%.

Një ndryshim domethënës i metodës është përdorimi i një furre me një gradient të temperaturës për pastrimin e MWCNT, ku papastërtitë metalike avullojnë në zonën e nxehtë dhe grimcat metalike kondensohen në formën e topave të vegjël në zonën e ftohtë. Për të kryer transferimin e avujve metalikë, përdoret një rrjedhë argon me pastërti të lartë (me një pastërti prej 99,999%) me një shpejtësi të rrjedhës së gazit prej rreth 20 l/h. Furra është e pajisur me vula speciale për të parandaluar ekspozimin ndaj gazeve atmosferike.

Desorbimi paraprak i ujit dhe oksigjenit të ajrit nga sipërfaqja e MWCNT-ve dhe një ampule grafiti, në të cilën kampioni vendoset në një furrë grafiti, si dhe pastrimi i tyre me argon të pastërtisë së lartë, bën të mundur shmangien e reaksioneve të transportit të gazit që përfshijnë hidrogjen- dhe gazeve që përmbajnë oksigjen, të cilat çojnë në rishpërndarjen e karbonit midis formave të tij shumë të shpërndara dhe formave të kristalizuara mirë të ngjashme me grafitin me energji të ulët sipërfaqësore (V.L. Kuznetsov, Yu.V. Butenko, V.I. Zaikovskii dhe A.L. Chuvilin // Proceset e rishpërndarjes së karbonit në nanokarbonet // Carbon 42 (2004) pp.1057-1061; A.S. Fialkov // Proceset dhe aparatet për prodhimin e materialeve pluhur karbon-grafit, Aspect Press, Moskë, 2008, fq. 510-514).

Nanotubat me shumë shtresa të karbonit katalitik përftohen nga piroliza e hidrokarbureve duke përdorur katalizatorë që përmbajnë Fe, Co, Ni, Mo dhe kombinimet e tyre si përbërës aktivë, si dhe Al 2 O 3 , MgO, CaCO 3 si bartës (T. W. Ebbesen // Nanotubat e karbonit: Përgatitja dhe vetitë, CRC Press, 1997, f.139-161 V.Shanov, Yeo-Heung Yun, M.J.Schuiz // Sinteza dhe karakterizimi i materialeve të nanotubeve të karbonit (rishikim) // Journal of the University of Chemical Technology and Metalurgy, 2006, Nr. 4, v.41, f.377-390; J.W. Seo; A. Magrez; M. Milas; K. Lee, V Lukovac, L. Forro // Nanotubat e karbonit të rritur në mënyrë katalitike: nga sinteza në toksicitet / / Journal of Physics D (Applied Physics), 2007, v.40, n.6).

Në metodën e propozuar, për të demonstruar mundësinë e heqjes së papastërtive të metaleve më tipike, bëhet pastrimi për dy lloje MWCNT të sintetizuara në katalizatorët Fe-Co/Al 2 O 3 dhe Fe-Co/CaCO 3 që përmbajnë Fe dhe Co. një raport 2:1. Një nga karakteristikat më të rëndësishme të përdorimit të këtyre katalizatorëve është mungesa e fazave të tjera të karbonit në mostrat e sintetizuara, përveç MWCNT. Në prani të një katalizatori Fe-Co/Al 2 O 3, MWCNT përftohen me një diametër mesatar të jashtëm 7-10 nm, dhe në prani të një katalizatori Fe-Co/CaCO 3, MWCNT me diametër të jashtëm mesatar të madh prej Përftohen 22-25 nm.

Mostrat e marra ekzaminohen me mikroskop elektronik transmetues, fluoreshencë me rreze X duke përdorur një analizues ARL-Advant"x me një anodë Rh të tubit me rreze X (saktësia e matjes ± 10%) dhe matet sipërfaqja specifike e mostrave. me metodën BET.

Sipas TEM, mostrat origjinale përbëhen nga MWCNT shumë defekte (Fig. 1, 6). Fragmentet e tubave në zonën e kthesave kanë konture të lëmuara, të rrumbullakosura; në sipërfaqen e tubave vërehen një numër i madh formacionesh të ngjashme me fullerene. Shtresat e nanotubave të ngjashme me grafenin karakterizohen nga prania e një numri të madh defektesh (thyerje, nyje të ngjashme me Y, etj.). Në disa pjesë të tubave, ka një mospërputhje në numrin e shtresave në anët e ndryshme të MWCNTs. Kjo e fundit tregon praninë e shtresave të hapura të zgjatura të grafenit, kryesisht të lokalizuara brenda tubave. Imazhe mikroskopike elektronike të MWCNT-ve të ngrohura në një rrjedhë argon me pastërti të lartë në temperatura 2200°C - Fig.2, 7; 2600°C - Fig.3, 8; 2800°C - Fig.4, 5, 9. Në mostrat pas kalcinimit, vërehen më shumë MWCNT të njëtrajtshme me një numër më të vogël të defekteve të brendshme dhe afër sipërfaqes. Tubat përbëhen nga fragmente drejtvizore të rendit të qindra nanometrave me kthesa të përcaktuara qartë. Me një rritje të temperaturës së kalcinimit, dimensionet e seksioneve të drejta rriten. Numri i shtresave të grafenit në muret e tubit nga anët e ndryshme bëhet i njëjtë, gjë që e bën strukturën MWCNT më të rregulluar. Sipërfaqja e brendshme e tubave gjithashtu pëson ndryshime të rëndësishme - grimcat metalike hiqen, ndarjet e brendshme bëhen më të renditura. Për më tepër, skajet e tubave janë të mbyllura - ka një mbyllje të shtresave të grafenit që formojnë tubat.

Kalcinimi i mostrave në 2800°C çon në formimin e një sasie të vogël të formacioneve të zmadhuara cilindrike të karbonit të përbërë nga shtresa grafeni të vendosura në njëra-tjetrën, të cilat mund të shoqërohen me transferimin e karbonit në distanca të shkurtra për shkak të rritjes së avullit të grafitit. presioni.

Studimet e mostrave të MWCNT-ve fillestare dhe të ngrohura nga fluoreshenca spektrale e rrezeve X treguan se pas ngrohjes së mostrave të nanotubave karboni me shumë mure në temperatura në intervalin 2200-2800°C, sasia e papastërtive zvogëlohet, gjë që konfirmohet edhe nga mikroskopi elektronik transmetues. Ngrohja e mostrave MWCNT në 2800°С siguron heqjen pothuajse të plotë të papastërtive nga mostrat. Në këtë rast, hiqen jo vetëm papastërtitë e metaleve të katalizatorit, por edhe papastërtitë e elementëve të tjerë që hyjnë në MWCNT në fazat e trajtimit me acid dhe larjes. Në mostrat fillestare, raporti i hekurit me kobaltin është afërsisht 2:1, që korrespondon me përbërjen fillestare të katalizatorëve. Përmbajtja e aluminit në tubat origjinale të marra në mostrat e katalizatorit Fe-Co/Al 2 O 3 është e ulët, gjë që shoqërohet me heqjen e tij gjatë trajtimit të nanotubave me acid gjatë larjes së katalizatorit. Rezultatet e studimit të përmbajtjes së papastërtive me metodën e fluoreshencës spektrale me rreze X janë paraqitur në tabelat 1 dhe 2.

Matja e sipërfaqes specifike me metodën BET tregoi se, me rritjen e temperaturës, sipërfaqja specifike e mostrave të MWCNT ndryshon në mënyrë të parëndësishme, ndërsa struktura dhe morfologjia e nanotubave të karbonit ruhen. Sipas të dhënave të TEM, ulja e sipërfaqes specifike mund të shoqërohet si me mbylljen e skajeve MWCNT ashtu edhe me uljen e numrit të defekteve të sipërfaqes. Me një rritje të temperaturës, mund të formohet një pjesë e parëndësishme e formacioneve cilindrike të zgjeruara me një numër të shtuar shtresash dhe një raport gjatësi-gjerësi prej afërsisht 2-3, gjë që gjithashtu kontribuon në një ulje të sipërfaqes specifike. Rezultatet e studimit të sipërfaqes specifike janë paraqitur në tabelën 3.

Thelbi i shpikjes ilustrohet nga shembujt e mëposhtëm, tabelat (tabelat 1-3) dhe ilustrimet (Fig.1-9).

Një pjesë e MWCNT (10 g) e marrë nga piroliza e etilenit në prani të një katalizatori Fe-Co/Al 2 O 3 në një reaktor kuarci me rrjedhje në një temperaturë prej 650-750°C vendoset në një ampulë grafiti 200 mm i lartë dhe 45 mm në diametër të jashtëm dhe i mbyllur me një kapak ( 10 mm në diametër) me një vrimë (1-2 mm në diametër). Ampula e grafit vendoset në një ampulë kuarci dhe ajri pompohet duke përdorur një pompë vakum në një presion prej të paktën 10 -3 Torr, e ndjekur nga pastrimi me argon me pastërti të lartë (pastërti 99,999%), së pari në temperaturën e dhomës, dhe më pas në temperaturë 200-230°C për të hequr grupet sipërfaqësore që përmbajnë oksigjen dhe gjurmët e ujit. Mostra nxehet në një temperaturë prej 2200°C për 1 orë në një rrjedhë argoni me pastërti të lartë (~20 l/h) në një furrë me një gradient të temperaturës, ku temperatura në zonën e punës mbahet në 2200°C. , dhe në skajet e furrës temperatura është 900-1000° NGA. Atomet e metalit që avullohen gjatë ngrohjes nga MWCNT hiqen nga pjesa e nxehtë e furrës në pjesën e ftohtë me një rrjedhë argon, ku metali depozitohet në formën e topave të vegjël.

Pas kalcinimit, materiali i përftuar shqyrtohet me metodën e mikroskopisë elektronike transmetuese dhe metodës së fluoreshencës spektrale me rreze X. Figura 1 tregon imazhet mikroskopike elektronike të MWCNT-ve origjinale, figura 2 - të ngrohura në 2200°C MWCNT. Duke përdorur metodën BET, sipërfaqja specifike e mostrave të MWCNT përcaktohet para dhe pas kalcinimit. Të dhënat e marra tregojnë një rënie të lehtë në sipërfaqen specifike të mostrave pas kalcinimit në krahasim me sipërfaqen specifike të mostrës fillestare MWCNT.

Ngjashëm me shembullin 1, i cili ndryshon në atë që një kampion i MWCNT-ve fillestare nxehet në 2600°C për 1 orë në një rrjedhë argon me pastërti të lartë (~ 20 l/h) në një furrë me gradient të temperaturës, ku temperatura në punë zona mbahet në 2600°C, për Temperatura në skajet e furrës është 900-1000°C. Imazhet e MWCNT-ve të ngrohura të marra nga mikroskopi elektronik transmetues janë paraqitur në Fig.3. Imazhet TEM me rezolucion të lartë tregojnë skajet e mbyllura të nanotubave.

Ngjashëm me shembullin 1, i cili ndryshon në atë që një mostër e MWCNT-ve fillestare nxehet në 2800°C për 15 minuta në një rrjedhë argoni me pastërti të lartë (~20 l/h) në një furre me një gradient të temperaturës, ku temperatura në zona e punës mbahet në 2800°C, për Temperatura në skajet e furrës është 900-1000°C. Imazhet e MWCNT-ve të ngrohura të marra nga mikroskopi elektronik transmetues janë paraqitur në Fig.4.

Ndezja në 2800°C çon në formimin e një numri të vogël formacionesh cilindrike të zgjeruara me një numër të shtuar shtresash dhe një raport gjatësi-gjerësi afërsisht 2-3. Këto zmadhime janë të dukshme në imazhet TEM (Figura 5).

Në mënyrë analoge me shembullin 1, karakterizuar në atë që MWCNT origjinal i marrë në prani të një katalizatori Fe-Co/CaCO3. Imazhet e MWCNT-ve dhe MWCNT-ve origjinale të ngrohura në 2200°C, të marra nga mikroskopi elektronik transmetues, tregohen përkatësisht në Fig.6, 7. Imazhet TEM të MWCNT-ve origjinale tregojnë grimca metalike të kapsuluara në kanalet e tubit (të shënuara me shigjeta).

Në mënyrë analoge me shembullin 4, karakterizuar në atë që mostra e MWCNT origjinale nxehet në 2600°C. Imazhet e MWCNT-ve të ngrohura, të marra nga mikroskopi elektronik transmetues, janë paraqitur në Fig.8. Imazhet TEM me rezolucion të lartë tregojnë skajet e mbyllura të nanotubave.

Në mënyrë analoge me shembullin 4, karakterizuar në atë që kampioni i MWCNT origjinal u nxeh në 2800°C për 15 min. Imazhet e MWCNT-ve të ngrohura, të marra nga mikroskopi elektronik transmetues, janë paraqitur në Fig.9. Imazhet tregojnë formimin e një pjese të vogël të zmadhimeve.

Tabela 1
Të dhënat e metodës së fluoreshencës spektrale të rrezeve X mbi përmbajtjen e papastërtive në MWCNT pas ngrohjes, të marra duke përdorur katalizatorin Fe-Co/Al 2 O 3
Elementi
MWCNT-të fillestare	MWCNT_2200°C shembulli 1	MWCNT_2600°C shembulli 2	MWCNT_2800°C shembulli 3
Fe	0.136	0.008	gjurmët	gjurmët
Kështu që	0.0627	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Al	0.0050	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Sa	gjurmët	0.0028	0.0014	gjurmët
Ni	0.0004	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Si	0.0083	0.0076	gjurmët	Nr
Ti	Nr	0.0033	gjurmët	gjurmët
S	gjurmët	Nr	Nr	Nr
Cl	0.111	Nr	Nr	Nr
sn	0.001	0.001	gjurmët	gjurmët
Ba	Nr	Nr	Nr	Nr
Cu	0.001	0.001	gjurmët	gjurmët
gjurmë - përmbajtja e elementit nën 1 ppm

tabela 2
Të dhënat e metodës së fluoreshencës spektrale të rrezeve X mbi përmbajtjen e papastërtive në MWCNT pas ngrohjes, të marra duke përdorur katalizatorin Fe-Co/CaCO 3
Elementi	Vlerësimi i përmbajtjes së papastërtive, wt.%
MWCNT-të fillestare	MWCNT_2200°C shembulli 4	MWCNT_2600°C shembulli 5	MWCNT_2800°C shembulli 6
Fe	0.212	0.0011	0.0014	0.001
Kështu që	0.0936	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Al	0.0048	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Sa	0.0035	0.005	0.0036	gjurmët
Ni	0.0003	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Si	0.0080	0.0169	0.0098	gjurmët
Ti	Nr	gjurmët	0.0021	0.0005
S	0.002	Nr	Nr	Nr
Cl	0.078	Nr	Nr	Nr
sn	0.0005	gjurmët	gjurmët	gjurmët
Ba	0.008	Nr	Nr	Nr
Cu	gjurmët	gjurmët	gjurmët	gjurmët

Tabela 3
Sipërfaqja specifike BET e mostrave fillestare dhe të ngrohta MWCNT
Mostra MWCNT (katalizator)	Rrahjet S, m2/g (±2,5%)
MWNT_ref (Fe-Co/Al 2 O 3)	390
MWCNT_2200 (Fe-Co/Al 2 O 3) shembulli 1	328
MWCNT_2600 (Fe-Co/Al 2 O 3) shembulli 2	302
MWCNT_2800 (Fe-Co/Al 2 O 3) shembulli 3	304
MWNT_ref (Fe-Co/СаСО 3)	140
MWCNT_2200 (Fe-Co/CaCO 3) shembulli 4	134
MWCNT_2600 (Fe-Co/CaCO 3) shembulli 5	140
MWCNT_2800 (Fe-Co/CaCO 3) shembulli 6	134

Titrat e figurave:

Fig.1. Imazhet mikroskopike elektronike të mostrës fillestare MWCNT të sintetizuara në katalizatorin Fe-Co/Al 2 O 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Në të djathtë, më poshtë, një imazh TEM me rezolucion të lartë që tregon mure MWCNT me defekt.

Fig.2. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2200°С, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/Al 2 O 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Djathtas poshtë, imazh TEM me rezolucion të lartë. Struktura e MWCNT bëhet më pak e dëmtuar, skajet e nanotubave mbyllen.

Fig.3. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2600°С, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/Al 2 O 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Në të djathtë, më poshtë është një imazh TEM me rezolucion të lartë që tregon skajet e mbyllura të MWCNT. Muret e MWCNT bëhen më të lëmuara dhe më pak të dëmtuara.

Fig.4. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2800°С, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/Al 2 O 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Djathtas poshtë, imazhi TEM me rezolucion të lartë që tregon mure MWCNT më pak të dëmtuara.

Fig.5. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2800°C, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/Al 2 O 3, duke treguar shfaqjen e defekteve në strukturën e MWCNT-ve, të cilat janë formacione cilindrike të përbëra nga shtresa grafeni të mbivendosura në njëri-tjetrin, të cilat shfaqen në imazhin TEM me rezolucion të lartë djathtas.

Fig.6. Imazhet mikroskopike elektronike të mostrës fillestare MWCNT të sintetizuara në katalizatorin Fe-Co/CaCO 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Në të djathtë, më poshtë është një imazh TEM me rezolucion të lartë që tregon sipërfaqen e pabarabartë të MWCNT. Në të djathtë, në krye, grimcat e katalizatorit të kapsuluara brenda kanaleve të nanotubave të karbonit (të shënuara me shigjeta) janë të dukshme.

Fig.7. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2200°С, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/CaCO 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Në të djathtë, më poshtë është një imazh TEM me rezolucion të lartë që tregon mure më të lëmuara të MWCNT.

Fig.8. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2600°С, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/CaCO 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Në të djathtë, më poshtë është një imazh TEM me rezolucion të lartë që tregon skajet e mbyllura të MWCNT. Muret e MWCNT bëhen më të lëmuara dhe më pak të dëmtuara.

Fig.9. Imazhet mikroskopike elektronike të një kampioni MWCNT të ngrohur në një temperaturë prej 2800°С, të sintetizuara në një katalizator Fe-Co/CaCO 3. Në të majtë është një imazh TEM me rezolucion të ulët. Djathtas poshtë, imazh TEM me rezolucion të lartë.

1. Një metodë për pastrimin e nanotubave të karbonit me shumë shtresa të marra nga piroliza e hidrokarbureve duke përdorur katalizatorë që përmbajnë Fe, Co, Ni, Mo, Mn dhe kombinimet e tyre si përbërës aktivë, si dhe Al 2 O 3 , MgO, CaCO 3 - si bartës, nga zierja në një tretësirë të acidit klorhidrik me larje të mëtejshme me ujë, e karakterizuar nga fakti se pas trajtimit me acid, ngrohja kryhet në një rrjedhë argon me pastërti të lartë në një furrë me një gradient të temperaturës, ku temperatura në zonën e punës është 2200- 2800 ° C, në skajet e furrës temperatura është 900-1000 ° C, duke rezultuar në nanotuba me shumë shtresa me një përmbajtje papastërtie metalike më pak se 1 ppm.

2. Metoda sipas pretendimit 1, karakterizuar në atë që ngrohja kryhet në ampula të bëra nga grafiti me pastërti të lartë.

në acidin sulfurik që përmban anhidrid krom. Megjithatë, heqja paraprake e një pjese të madhe të kokrrizave të nanodiamantit është e nevojshme. Referencat 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. Rruga drejt modifikimit të nanodiamantit të shpërthimit // Diamanti dhe materialet e lidhura, 2006, vëll. 15, f. 296-299 2. Pat. 5-10695, Japoni (A), Zgjidhja e veshjes së kromit, Tokyo Daiyamondo Kogu Seisakusho K.K., 27.04.1993 3. Dolmatov, V.Yu. Diamantet ultrafine të sintezës së shpërthimit si bazë e një klase të re të veshjeve të përbëra me elektroplating metal-diamanti / Sedimentimi V.Yu - parimet themelore // Spec. Chem., 1991, vëll. 11, nr.6, f. 426-430 UDC 661,66 N.Yu. Biryukova1, A.N. Kovalenko1, S.Yu. Tsareva1, L.D. Iskhakova2, E.V. Zharikov1 Universiteti Kimiko-Teknologjik Rus. DI. Mendeleev, Moskë, Rusi Qendra Kërkimore e Fibrave Optike RAS, Moskë, Rusi 1 2 PURIFIKIMI I NANOTUBAT E KARBONIT TË PRODHUR NGA PIROLIZA KATALITIKE E BENZENIT Në këtë punim janë paraqitur rezultatet e studimeve eksperimentale të pastrimit dhe ndarjes së nanotubave me shumë mure me metoda fizike dhe kimike. Efikasiteti i çdo faze është kontrolluar duke studiuar karakteristikat morfologjike të produkteve të pirolizës. Punimi paraqet rezultatet e studimeve eksperimentale të pastrimit dhe ndarjes së nanotubave të karbonit me shumë shtresa me metoda fizike dhe kimike. Efikasiteti i çdo faze pastrimi kontrollohej nga ndryshimet në karakteristikat morfologjike të produkteve të pirolizës. Metoda e pirolizës katalitike të hidrokarbureve është një nga metodat premtuese për sintezën e nanotubave të karbonit. Metoda bën të mundur marrjen e nanotubave me një shtresë, shumështresore, grupe të orientuara nanostrukturash karboni me organizimin e duhur të parametrave të sintezës. Në të njëjtën kohë, produkti i përftuar nga piroliza e përbërjeve që përmbajnë karbon, së bashku me nanotubat, përmban një sasi të konsiderueshme papastërtish, si grimca katalizatore, karbon amorf, fullerene etj. Për të hequr këto papastërti, përdoren metoda fizike (centrifugim, ultratinguj. trajtimi, filtrimi) zakonisht përdoren në kombinim me kimikatet (oksidimi në mjedise të gazta ose të lëngshme në temperatura të ngritura). Në punë, u zhvillua një metodë e kombinuar për pastrimin dhe ndarjen e nanotubave me shumë shtresa nga nënproduktet dhe u përcaktua efektiviteti i reagentëve të ndryshëm. Depozita fillestare u përftua nga piroliza katalitike e benzenit duke përdorur pentakarbonil hekuri si parakatalizues. Depozita u trajtua me acide klorhidrik, sulfurik dhe nitrik. Agregatet e nanotubave u thyen me anë të ultrazërit në një frekuencë prej 22 kHz. Për të ndarë depozitimin në fraksione, është përdorur centrifugimi (3000 rpm, koha e përpunimit deri në 1 orë). Përveç trajtimit me acid, trajtimi termik i nanotubave në U S P E C I u përdor edhe në kimi dhe teknologji kimike. Vëllimi XXI. 2007. Nr 8 (76) 56 në ajër. Për të arritur pastrimin më të mirë, u krijua sekuenca optimale e metodave të ndryshme. Karakteristikat morfologjike të produkteve të pirolizës dhe shkalla e pastrimit u kontrolluan nga mikroskopi elektronik skanues, spektroskopia Raman dhe analiza e fazës me rreze X. UDC 541.1 E.N. Golubina, N.F. Kizim, V.V. Instituti Moskalenko Novomoskovsk i Universitetit Kimiko-Teknologjik Rus. DI. Mendeleeva, Novomoskovsk, Rusi NDIKIMI I NANOSTRUKTURAVE NË VEÇORITË E EKSTRAKTIMIT NË SISTEM UJI – ErCl3 – D2EHPA – KINETIKA HEPTANË Tipari kinetik i Er(III) i nxjerrë tretësira e D2EHPA e përqendruar në zonën e përqendruar në heptan i akumulimit të tij në shtresat ndërfaqesore dinamike në fillim të procesit, disponimi ekstrem në varësi të trashësisë së rishikuar të shtresave ndërfaqesore dinamike nga raporti i elementit të përqendrimit dhe tretësit) tregohen në një pjesë të konsiderueshme të nanostrukturave në procesin e nxjerrjes. Veçoritë kinetike të nxjerrjes së erbiumit (III) nga tretësirat e D2EHPA në heptan (grafikat e përqendrimit në kthesat kinetike, shpejtësi e lartë akumulimi i tij në DMS në fillim të procesit, natyra ekstreme e varësisë së trashësisë së vëzhguar të DMS nga raporti i përqendrimeve të elementit dhe ekstraktuesit) tregojnë një rol të rëndësishëm të nanostrukturave në procesin e nxjerrjes. Dihet se në sistemet e ekstraktimit mund të shfaqen nanoobjekte të ndryshme: shtresa adsorbimi, micela, xhel micellar, vezikula, xhel polimer, xhel kristalor, mikroemulsion, nanodispersion, emulsion. Në veçanti, në sistemin La(OH)3-D2EHPA-dekan-ujë, formohet një organogel, struktura hapësinore e të cilit është ndërtuar nga grimca në formë shufre me diametër ≈0,2 dhe gjatësi 2-3 μm. Kripa e natriumit e D2EHPA në mungesë të ujit formon micela cilindrike të kundërt me një rreze prej 53 nm. AT prerje tërthore micelat janë tre molekula të NaD2EHP, të orientuara nga grupet polare drejt qendrës dhe zinxhirët hidrokarbure drejt tretësit organik. Gjendja e një grilë të tillë varet nga natyra e elementit. Në rastin e Co(D2EHP)2 formohen struktura makromolekulare me numër grumbullimi më të madh se 225. Në rastin e Ni(D2EHP)2 (mundësisht edhe Ni(D2EHP)2⋅2H2O), agregate me numër grumbullimi ≈ 5.2 shfaqet. Në kushte të caktuara, është i mundur formimi i strukturave molekulare polimerike me një rreze hidrodinamike prej ≈15 nm. Gjatë ekstraktimit të lantanit me tretësirat D2EHPA, ndodh formimi i alkil fosfatit të lantanumit në masë dhe strukturalisht të ngurtë, i cili shkakton një ulje të elasticitetit të monoshtresës së alkil fosfatit të lantanit në kufirin e fazës. Formimi i nanostrukturave ndikon si në vetitë e ekuilibrit të sistemit ashtu edhe në kinetikën e procesit. Nxjerrja e elementeve të tokës së rrallë është e ndërlikuar nga shfaqja e proceseve të shumta ndërfaqesore, si shfaqja dhe zhvillimi i konvekcionit spontan të sipërfaqes (SSC), formimi i një pengese strukturore-mekanike, shpërndarja fazore, etj. Si rezultat reaksion kimik ndërmjet D2EGFK dhe elementit, formohet një kripë pak e tretshme, e cila shkakton formimin e nanostrukturave sipas mekanizmit "nga më e vogla në më të madhe". Qëllimi i kësaj pune ishte të përcaktonte efektin e nanostrukturave në veçoritë kinetike të nxjerrjes së erbiumit (III) me solucione D2EHPA në heptan. U S P E X I në kimi dhe teknologji kimike. Vëllimi XXI. 2007. Nr 8 (76) 57