A találmány szén nanoanyagok technológiájára vonatkozik, konkrétan módosított szén nanocsövek előállítására szolgáló technológiára.

A szén nanocsövek (CNT) hajlamosak agglomerátumokat képezni, ami megnehezíti az eloszlásukat különböző környezetekben. Még akkor is, ha a CNT-k egyenletesen oszlanak el valamilyen közegben, például intenzív ultrahang hatására, rövid idő elteltével spontán agglomerátumokat képeznek. Stabil CNT-diszperziók előállításához ezeket használják különböző módokon CNT-k módosítása, amely bizonyos funkciós csoportok CNT-k felületéhez való rögzítésével, a CNT-k környezettel való kompatibilitásának biztosításával, felületaktív anyagok felhasználásával, túl hosszú CNT-k különböző módszerekkel történő lerövidítésével valósul meg.

A jelen találmány leírásában a „módosítás” kifejezés a CNT felület természetében és az egyes nanocsövek geometriai paramétereiben bekövetkezett változást jelent. A módosítás speciális esete a CNT-k funkcionalizálása, amely bizonyos funkciós csoportok CNT felületére történő oltásából áll.

Ismert módszer a CNT-k módosítására, amely magában foglalja a CNT-k oxidációját különféle folyékony vagy gáznemű oxidálószerek hatására (folyékony vagy gőz formájában lévő salétromsav, hidrogén-peroxid, ammónium-perszulfát oldatok különböző pH-n, ózon, nitrogén). dioxid és mások). Számos publikáció létezik erről a módszerről. Mivel azonban a szén nanocsövek különböző oxidációs módszereinek lényege ugyanaz, nevezetesen a szén nanocsövek felületének oxidációja felületi hidroxil- és karboxilcsoportok képződésével, ez okot ad arra, hogy a különféle módszereket egy változat változatának tekintsük. módszer. Tipikus példa erre Datsyuk V., Kalyva M., Papagelis K., Parthenios J., Tasis D., Siokou A., Kallitsis I., Galiotis C. Chemical oxidation of multiwalled carbon nanotubes //Carbon, 2008, vol.46, p.833-840, amely számos lehetőséget ismertet (salétromsav, hidrogén-peroxid és ammónium-perszulfát használata).

A vizsgált eljárás és az igényelt találmány közös lényeges jellemzője a szén nanocsövek kezelése oxidálószer oldattal.

A vizsgált módszert az jellemzi, hogy a CNT agglomerátumok felhasítására és az oxidált CNT-k vízben és poláros szerves oldószerekben való jó diszpergálhatóságára nem alkalmas. Általában az ismert módszerekkel oxidált szén nanocsövek vízben és poláris szerves oldószerekben jól diszpergálódnak (ultrahang hatására) csak nagyon alacsony nanocsövek koncentrációban a folyadékban (általában 0,001-0,05 tömeg% nagyságrendben). . A küszöbkoncentráció túllépésekor a nanocsövek nagy agglomerátumokká (pelyhekké) gyűlnek össze, amelyek kicsapódnak.

Számos munkában például Wang Y., Deng W., Liu X., Wang X. Elektrokémiai hidrogén tárolási tulajdonságai golyós őrölt többfalú szén nanocsövekben //International Journal of hydrogen energy, 2009, vol.34 , 1437-1443. Lee J., Jeong T., Heo J., Park S.-H., Lee D., Park J.-B., Han H., Kwon Y., Kovalev I., Yoon S.M., Choi J.-Y. ., Jin Y., Kirn J.M., An K.H., Lee Y.H., Yu S. Kriogén aprítással előállított rövid szén nanocsövek //Carbon, 2006, 44. kötet, 2984-2989. Konya Z., Zhu J., Niesz K., Mehn D., Kiricsi I. End morphology of ball Milled carbon nanotubes //Carbon, 2004, vol.42, p.2001-2008, eljárást ír le CNT-k módosítására rövidítéssel ezeket a folyadékokban vagy fagyasztott mátrixokban lévő CNT-k hosszan tartó mechanikai feldolgozásával érik el. A rövidített CNT-k jobb diszpergálhatósággal rendelkeznek folyadékokban és jobb elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.

A vizsgált és javasolt módszerek közös lényeges jellemzője a tetszőleges közegben diszpergált CNT-k mechanikus feldolgozása.

A vizsgált módszer hátránya, hogy nem biztosítja a poláris csoportokkal rendelkező CNT-k funkcionalizálását, aminek következtében az így kezelt CNT-k még mindig nem diszpergálódnak jól a poláris közegben.

Az igényelt találmányhoz a legközelebb az a módszer áll, amelyet Chiang Y.-C., Lin W.-H., Chang Y.-C. A kezelés időtartamának hatása H2SO4/HNO3 oxidációval funkcionalizált többfalú szén nanocsövekre //Applied Surface Science, 2011, 257. kötet, 2401-2410. (prototípus). E módszer szerint a CNT-k módosulását mély oxidációval érik el hosszan tartó forralás során, kénsavat és salétromsavat tartalmazó vizes oldatban. Ebben az esetben először a poláris funkciós csoportokat (különösen a karboxilcsoportokat) oltják a CNT felületére, és kellően hosszú kezelési idővel a nanocsövek rövidülését érik el. Ugyanakkor a nanocsövek vastagságának csökkenése is megfigyelhető volt a miatt teljes oxidáció felszíni szénrétegeket szén-dioxiddá. Ennek a módszernek a változatait más források is leírják, például Datsyuk V., Kalyva M. és munkatársai említett cikkében, valamint Ziegler K.J., Gu Z., Peng H., Flor E.L., Hauge R.H., Smalley R.E. Egyfalú szén nanocsövek szabályozott oxidatív vágása //Journal of American Chemical Society, 2005, 127. kötet, 5. szám, 1541-1547. A közzétett források azt mutatják, hogy a rövidített oxidált szén nanocsövek vízben és poláris szerves oldószerekben fokozottan képesek diszpergálni.

A javasolt módszer és a prototípus módszer közös lényeges jellemzője a CNT-k kezelése oxidálószer vizes oldatával. A találmány szerinti eljárás és a prototípus módszer is egybeesik az elért eredményben, vagyis a poláris funkciós csoportok CNT-k felületére oltása a hosszú CNT-k lerövidítésével egyidejűleg valósul meg.

A prototípus módszer hátránya, hogy nagy mennyiségű savat kell alkalmazni, ami megnöveli az eljárás költségeit és környezeti problémákat okoz a hulladéklerakás során, valamint a szén nanocsövek egy részének szén-dioxiddá oxidációja, ami csökkenti a a végtermék (módosított szén nanocsövek) hozamát, és megdrágítja azt. Ezen túlmenően ez a módszer nehezen méretezhető. Laboratóriumi körülmények között üveg műszerek használhatók, de kísérleti gyártáshoz előnyösebb a rozsdamentes acél berendezés. A nanocsövek savas oldatokban való forralása a berendezések korrózióállóságának problémáját okozza.

Az igényelt találmány alapja az ismert eljárás hátrányainak kiküszöbölése az oxidáló reagens és az oxidációs körülmények megválasztásával.

A problémát az a tény oldja meg, hogy a szén nanocsövek módosításának módszere szerint, amely magában foglalja a szén nanocsövek oxidálószer vizes oldatával történő kezelését, a szén nanocsövek kezelését oxidálószer vizes oldatával egyidejűleg mechanikai úton hajtják végre. oxidálószerként 10-nél nagyobb pH-jú perszulfát vagy hipoklorit oldatot használnak.

A mechanikai feldolgozást gyöngymalommal végezzük.

Az oxidálószert 0,1-1 g aktív oxigénnek megfelelő mennyiségben alkalmazzuk a nanocsövek 1 g szénatomjára vonatkoztatva.

A reakcióelegyben 10-nél nagyobb pH-értéken lévő hipoklorit feleslegét hidrogén-peroxid hozzáadásával távolítják el.

Ha a szén nanocsövek kezelését oxidálószer vizes oldatával egyidejűleg mechanikai kezeléssel és perszulfát vagy hipoklorit oldattal oxidálószerként 10-nél nagyobb pH-értéken alkalmazzuk, szükségtelenné válik a nagy mennyiségű sav alkalmazása, ami megnöveli az eljárás költségeit és környezeti problémákat okoz a hulladékok ártalmatlanítása során, valamint a késztermék elvesztését a nanocsövek szénjének egy részének szén-dioxiddá történő oxidációja miatt.

A mechanikai megmunkáláshoz a szakterületen ismert eszközök használhatók, például gyöngymalom, vibrációs malom, golyósmalom és más hasonló eszközök. Valójában a gyöngymalom az egyik legkényelmesebb eszköz a feladat megoldásához.

Oxidálószerként ammónium-perszulfát, nátrium-perszulfát, kálium-perszulfát, nátrium-hipoklorit, kálium-hipoklorit használható. A leghatékonyabban igényelt módszert szén nanocsövek oxidálószer-oldattal történő kezelésekor hajtják végre 10-nél nagyobb pH-értéken. Alacsonyabb pH-értéknél a berendezés korróziója és az oxidálószer nem megfelelő lebomlása klór felszabadulásával (hipokloritból), ill. oxigén (perszulfátból) lehetséges. A kívánt pH-értéket úgy állíthatja be, hogy ismert anyagokat ad az oldathoz, amelyek rendelkeznek lúgos reakció, például ammónia, nátrium-karbonát, kálium-karbonát, nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid és más lúgos anyagok, amelyek a feldolgozási körülmények között nem lépnek reakcióba az oxidálószerrel. Ebben az esetben figyelembe kell venni azokat az ismert adatokat, amelyek szerint a hipoklorit reakcióba lép az ammóniával. Ezért az ammónia nem használható hipoklorit rendszerben. Ha perszulfátot használunk a lúgos pH beállítására, az összes felsorolt ​​anyag felhasználható.

A javasolt módszer megvalósításához az oxidálószer optimális mennyisége 0,1-1 g aktív oxigénnek felel meg a nanocsövek 1 g szénatomjára vonatkoztatva. Ha az oxidálószer mennyisége kisebb, mint a megadott alsó határ, a kapott módosított szén nanocsövek kevésbé jól diszpergálódnak vízben és poláris szerves oldószerekben. Az oxidálószer mennyiségének a megadott felső határon túli túllépése nem célszerű, mert bár felgyorsítja a nanocsövek oxidációs folyamatát, nem javítja a jótékony hatást.

A javasolt módszer megvalósításához a következő kiindulási anyagokat és berendezéseket használtuk:

A Taunit és Taunit-M márkájú szén nanocsövek, amelyeket a NanoTechCenter LLC, Tambov gyárt.

Ammónium-perszulfát, analitikai minőségű.

Nátrium-hipoklorit a GOST 11086-76 szerint 190 g/l aktív klórt és 12 g/l szabad nátrium-hidroxidot tartalmazó vizes oldat formájában.

Vizes ammónia 25%-os analitikai tisztaságú.

Vízmentes nátrium-karbonát, analitikai minőségű.

Desztillált víz.

Dimetil-acetamid, analitikai minőségű.

96%-os etil-alkohol.

Az NPO DISPOD által gyártott MShPM-1/0.05-VK-04 vízszintes gyöngymaró. 1,6 mm átmérőjű cirkónium-dioxid golyókat használtunk őrlőközegként.

Ultrahangos telepítés IL-10.

Egy 4 literes rozsdamentes acél edénybe 1460 ml desztillált vizet öntöttünk és 228,4 g ammónium-perszulfátot oldottunk fel, majd hozzáadtunk 460 ml 25%-os ammóniát. Ehhez az oldathoz adtunk 1099 g Taunit-M szén nanocsövek vizes pasztáját (sósavas kezeléssel az ásványi szennyeződésektől tisztítva), amely 5,46% szárazanyagot tartalmazott, és alaposan összekevertük, amíg homogén szuszpenzió nem keletkezik. A kapott szuszpenziót 1,6 mm átmérőjű cirkónium-dioxid gyöngyökkel ellátott gyöngymalomba töltöttük, és 7 órán át feldolgoztuk. Ezután a kezelt szuszpenziót eltávolítottuk, a gyöngyökről leszűrtük, sósavval savas reakcióig megsavanyítottuk, nem szövött polipropilén anyagú szűrőn átszűrtük, és vízzel semlegesre mostuk. A kimosott üledéket vákuumban leszívtuk és lezárt műanyag edénybe csomagoltuk. A kapott paszta szárazanyag (nanocsövek) tömegtartalma 8,52% volt (a többi víz volt). A kapott terméket szárítószekrényben 80 °C-on tömegállandóságig szárítjuk.

Az oldhatóság (diszpergálhatóság) vizsgálatához egy CNTM-1 mintát vízben vagy szerves oldószerekben diszpergáltunk ultrahangos kezeléssel. Kísérletek kimutatták, hogy a CNT-1 jól oldódik vízben, előnyösen lúgos pH-n (ammónia vagy szerves bázisok hozzáadásával jön létre). A bázis hozzáadása elősegíti a módosított nanocsövek stabil oldatának (diszperziójának) kialakulását, mivel a felületi karboxilcsoportok ionizációjához és negatív töltés megjelenéséhez vezet a nanocsöveken.

Így egy stabil vizes oldatot kaptunk (amint az az oldat átlátszóságából és a pelyhek hiányából is látszik), amely 0,5% CNTM-1-et tartalmaz pH-szabályozóként 0,5% trietanol-amin jelenlétében. A CNTM-1 oldhatósági határa ebben a rendszerben körülbelül 1%, ha ezt a koncentrációt túllépjük, gélzárványok jelennek meg.

Dimetil-acetamidban (idegen adalékok nélkül) ultrahangos kezeléssel 1 és 2%-os tömegkoncentrációjú, stabil, átlátszó CNTM-1 oldatokat kaptunk. Ebben az esetben a dimetil-acetamid, amely maga is gyenge bázis, hatékonyan oldja a CNTM-1-et idegen pH-szabályozók hozzáadása nélkül. Az 1%-os oldat korlátlanul stabil volt a tárolás során, de néhány nap múlva a 2%-os oldat a tixotrópia jeleit kezdte mutatni, de agglomerátumok képződése nélkül.

Öntsön 2,7 liter desztillált vizet egy 4 literes rozsdamentes acél edénybe, adjon hozzá 397,5 g vízmentes nátrium-karbonátot, és keverje teljesen feloldódásig. A nátrium-karbonát feloldása után 0,280 liter nátrium-hipoklorit oldatot öntünk hozzá, és alaposan összekeverjük. Ezután fokozatosan, keverés közben hozzáadunk 60 g nyers Taunit-M-et (amely körülbelül 3 tömeg% katalizátorszennyeződést, túlnyomórészt magnézium-oxidot tartalmaz), és homogén szuszpenzióig keverjük. Ezt a szuszpenziót 1,6 mm átmérőjű cirkóniagyöngyökkel ellátott gyöngymalomba töltöttük, és 7 órán át feldolgoztuk. Ezután a kezelt szuszpenziót eltávolítottuk, a gyöngyökről leszűrtük, sósavval savas reakcióig megsavanyítottuk, és 3 napig szobahőmérsékleten tartottuk, hogy a katalizátormaradványok és a vasvegyületek esetleges szennyeződései teljesen feloldódjanak (a gyöngymalom testéről és ujjairól). . Így a nanocsöveket egyidejűleg savasan tisztították meg a katalizátor szennyeződéseitől. A kapott savas szuszpenziót nemszövött polipropilén anyagú szűrőn átszűrjük, és vízzel addig mossuk, amíg a mosóvíz semleges nem lesz. A kimosott üledéket vákuumban leszívtuk és lezárt műanyag edénybe csomagoltuk. A kapott paszta szárazanyag (nanocsövek) tömegtartalma 7,33% volt (a többi víz volt). A kapott terméket szárítószekrényben 80 °C-on tömegállandóságig szárítjuk.

Ha a nanocsövekkel lejátszódó reakcióelegyben túlzott mennyiségű hipoklorit, az felgyorsítja a nanocsövek felületének oxidációját, de környezeti problémát okoz, mert a keverék savanyítása során a reakcióegyenlet szerint a reakcióegyenlet szerint a nem reagált hipokloritból klór szabadul fel:

2NaOCl+2НCl→2NaCl+Н 2O+Сl 2

A felesleges hipoklorit semlegesítésére hidrogén-peroxidot adunk a reakcióelegyhez 10-nél nagyobb pH-értéken. Mint megállapítottuk, a következő reakció lép fel:

NaOCl+H 2 O 2 → NaCl+H 2 O+O 2

Ennek eredményeként ártalmatlan termékek képződnek.

Az oldhatóság (diszpergálhatóság) vizsgálatához egy CNTM-1 mintát vízben vagy szerves oldószerekben diszpergáltunk ultrahangos kezeléssel. Kísérletek kimutatták, hogy a CNTM-1 nagyon jól oldódik vízben, előnyösen lúgos pH-n (ammónia vagy trietanol-amin hozzáadásával jön létre). A bázis hozzáadása elősegíti a módosított nanocsövek stabil oldatának (diszperziójának) kialakulását, mivel a felületi karboxilcsoportok ionizációjához és negatív töltés megjelenéséhez vezet a nanocsöveken.

Így egy stabil vizes oldatot kaptunk (amint az az oldat átlátszóságából és a pelyhek hiányából is látszik), amely 0,5% CNTM-1-et tartalmaz pH-szabályozóként 0,5% trietanol-amin jelenlétében. A CNTM-1 oldhatósági határa ebben a rendszerben körülbelül 1%, ha ezt a koncentrációt túllépjük, gélzárványok jelennek meg.

Dimetil-acetamidban (idegen adalékok nélkül) ultrahangos kezeléssel 1 és 2%-os tömegkoncentrációjú, stabil, átlátszó CNTM-1 oldatokat kaptunk. Ebben az esetben a dimetil-acetamid, amely maga is bázis, hatékonyan oldja a CNTM-1-et idegen pH-szabályozók hozzáadása nélkül, az 1%-os oldat korlátlanul stabil volt a tárolás során, míg a 2%-os oldat néhány nap után a tixotrópia jeleit mutatja. , de agglomerátumok képződése nélkül.

Összehasonlításképpen az oldhatóságot vizsgáltuk (ugyanolyan körülmények között ultrahang hatására) Taunit-M szén nanocsövek azonos oldószereiben, a prototípus módszerben megadott eljárás szerint oxidált salétrom- és kénsav keverékével mechanikai nélkül. kezelés. Kísérletek kimutatták, hogy a salétromsavfelesleggel mechanikai kezelés nélkül oxidált CNT-k oldhatósága megegyezik az igényelt találmány szerint előállítottakkal. A javasolt módszer azonban könnyen méretezhető, nincs probléma a berendezések korrózióállóságával és környezeti problémák hulladék semlegesítéssel. Az igényelt eljárás szerinti mechanokémiai kezelési eljárás szobahőmérsékleten történik. A prototípus-módszer olyan nagy feleslegű salétrom- és kénsav felhasználását igényli, amely lerakja és biztosítja környezetbiztonság nagyon problematikus.

A bemutatott adatok megerősítik a módosított CNT-k előállítására javasolt módszer hatékonyságát. Ebben az esetben nem használnak agresszív savas oldatokat, mint a prototípus módszernél, és gyakorlatilag hiányzik a nanocsövekből származó szénvesztés a szén-dioxiddá történő oxidáció következtében (karbonát lúgos oldatban).

A javasolt módszer tehát lehetővé teszi olyan módosított szén nanocsövek előállítását, amelyek vízben és poláros szerves oldószerekben jól diszpergálhatók, könnyen méretezhetők, és környezetbarát gyártást biztosítanak.

1. Eljárás szén nanocsövek módosítására, beleértve a szén nanocsövek kezelését oxidálószer vizes oldatával, azzal jellemezve, hogy a szén nanocsövek kezelését egy oxidálószer vizes oldatával egyidejűleg végezzük a mechanikai kezeléssel és egy oldattal egyidejűleg. perszulfátot vagy hipokloritot használnak oxidálószerként 10-nél nagyobb pH-értéken, és az oxidálószert 0,1-1 g aktív oxigénnek megfelelő mennyiségben alkalmazzák 1 g szén nanocsövek 1 g atomjára vonatkoztatva.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mechanikai megmunkálást gyöngymalommal végezzük.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a reakcióelegyben lévő hipoklorit feleslegét 10-nél nagyobb pH-nál hidrogén-peroxid hozzáadásával távolítjuk el.

Hasonló szabadalmak:

A találmány porózus szénkompozit anyagra vonatkozik. A porózus szén-kompozit anyag (A) olyan porózus szénanyagból van kialakítva, amelyet nyersanyagként legalább 5 tömeg% szilícium- (Si)-tartalmú növényi anyagból nyernek, és az említett porózus szénanyag 1 tömeg% szilíciumtartalmú. % vagy kevesebb, és (B) egy porózus szénanyagra támasztott funkcionális anyag, amelynek fajlagos felülete legalább 10 m2/g, BET módszerrel nitrogénadszorpcióval meghatározva, és pórustérfogata 0,1 cm3/g vagy több, amelyet a BJH módszerrel és az MP módszerrel határoznak meg.

A találmány a vegyiparra vonatkozik. A 10-150 nanométer átmérőjű, strukturálatlan szénbe kapszulázott szénszálak és nikkelrészecskék keveréke formájában lévő szén-fém anyagot etanol légköri nyomáson végzett katalitikus pirolízisével állítják elő.

A találmány felhasználható kompozit anyagok előállítására. A kezdeti szén nanoanyagokat, például nanocsöveket, nanoszálakat vagy nanoszálakat salétromsav és sósav keverékében 50-100°C hőmérsékleten legalább 20 percig kezeljük, vízzel mossuk és szárítjuk.

A találmány a fizikai és kolloidkémia területére vonatkozik, és felhasználható polimer készítmények előállítására. A szénfém tartalmú nanoszerkezetek finoman diszpergált szerves szuszpenziója nanoszerkezetek és polietilén-poliamin kölcsönhatásával keletkezik.

A találmány a petrolkémiai iparra és a plazmakémiára vonatkozik, és felhasználható plazmafeldolgozásra és olajfinomítási hulladék ártalmatlanítására. Az 5 folyékony szénhidrogén alapanyagot elektromos kisüléssel bontják le a 6 vákuumkamrában elhelyezett kisütőberendezésben.

A találmány a nanotechnológia területére, pontosabban a nanocsövek belső üregeinek kitöltésére szolgáló eljárásokra vonatkozik. vegyszerek, nanocsövek belső üregeinek feltöltésére a szükséges anyaggal nanokonténer formájában történő felhasználáskor, illetve új hasznos tulajdonságokkal rendelkező nanoanyagok előállítására.

A találmány elektronikus graféneszközre vonatkozik. A rugalmas és nyújtható fényáteresztő elektronikus eszköz tartalmaz egy első grafén elektródát, egy második grafén elektródát, egy grafén félvezetőt és egy vezérlő grafén elektródát, amely az első és a második grafén elektróda között helyezkedik el, és érintkezik a grafén félvezetővel.

Felhasználás: új nanoelektronikai termékek zárt ciklusú gyártásához. A találmány lényege abban rejlik, hogy egy ion- és szondatechnológiákon alapuló nanotechnológiai komplexumban szivattyúzó eszközökkel ellátott elosztókamrában van elhelyezve egy tengelyirányú forgási lehetőséggel rendelkező központi robotelosztó, amely hordozóhordozók megfogóját tartalmazza. , míg az elosztókamra karimákat tartalmaz, amelyekkel össze van kötve egy töltőkamrával és egy ionimplantációs modullal, addig a szubsztráthordozók befogása képes kölcsönhatásba lépni a töltőkamrával és az ionimplantációs modullal, egy mérőmodul került bevezetésre, pl. egy pásztázó szonda mikroszkóp és egy ionsugár modul gázinjektor rendszerrel, miközben az elosztókamra karimáihoz vannak csatlakoztatva, és képesek kölcsönhatásba lépni a szubsztrátumhordozók befogásával. Szerves fotovoltaikus eszköz, gyártási módja és fluortartalmú módosítószerek alkalmazása a szerves napelemek jellemzőinek javítására // 2528416

A találmány a szerves elektronika területére vonatkozik, nevezetesen szerves fotovoltaikus eszközökre (napelemek és fotodetektorok), amelyek módosító adalékként szerves fluortartalmú vegyületeket használnak.

A találmány a kémia, a biológia és a molekuláris gyógyászat területére vonatkozik, nevezetesen eljárásra nanoméretű rendszer előállítására nukleozid-trifoszfátok bejuttatására. Az eljárás során a hordozót módosítják, amely legfeljebb 24 nm méretű aminotartalmú szilícium-dioxid nanorészecskéket használ, az utóbbit egy alifás azidosav N-hidroxi-szukcinimid-észterével kezelik, majd módosított nukleozid-trifoszfátot (pppN) állítanak elő az utóbbi kezelésével. trifenil-foszfin/ditiodipiridin keveréke, majd a kapott aktív pppN-származék 3-propinil-oxi-propil-aminnal való inkubálása, majd a módosított pppN immobilizálása a kapott aziddal módosított nanorészecskéken 2-4 órán keresztül.

A találmány felhasználható a vegyiparban hidrogéntartalmú gázelegyek szén-oxidokból történő finomtisztítására metánná történő hidrogénezéssel. A találmány tárgya eljárás katalizátor előállítására a metánozási folyamathoz, beleértve az aktív alumínium-oxid alapú hordozó impregnálását granulátum formájában nikkel-nitrátot tartalmazó oldatban, majd szárítást 100 °C és 120 °C közötti hőmérsékleten. C-on és az impregnált hordozóanyag 450-500°C hőmérsékleten történő kalcinálása, miközben a nikkel-nitrát oldatba módosító adalékot - egy 0,5-20,0 tömeg% koncentrációjú szerves savat - vezetünk, és a kész katalizátor tartalmaz. NiO egykristályok, amelyek átlagos mintamérete 2-3 nanométer, NiO koncentrációja 12,0-25,0 tömeg%, a többi γ-Al2O3. A technikai eredmény abban áll, hogy megnövelt megbízhatóságú és aktivitású metánképző katalizátor előállítására szolgáló eljárást hoznak létre, amely lehetővé teszi a költségek csökkentését és a módszer megvalósításának időtartamának lerövidítését. 2 fizetés akták, 1 táblázat, 13 pr.

A találmány felhasználható módosított szén nanocsövek előállítására. A szén nanocsövek módosításának módszere magában foglalja a szén nanocsövek kezelését egy oxidálószer vizes oldatával, amely perszulfát vagy hipoklorit oldata 10-nél nagyobb pH-értéken, és egyidejűleg mechanikai kezeléssel. A találmány lehetővé teszi olyan módosított szén nanocsövek előállítását, amelyek jól diszpergálhatók vízben és poláros szerves oldószerekben, az ismert módszerekhez képest alacsony reagensfogyasztás mellett. 2 fizetés f-ly, 2 ave.

A szén nanocsövek egyedülálló mechanikai, elektromos és termikus tulajdonságaikról ismertek, és sokféle polimer alkalmazásra alkalmasak. Az egyedi szerkezeten 1000 GPa Young modulust és 60 GPa szakítószilárdságot mértünk. Ezek a mutatók több nagyságrenddel magasabbak, mint a hagyományos műszaki műanyagoké. Kísérletileg magas elektromos és hővezető képességet is megállapítottak, értékeik megközelítik vagy meghaladják a fémekét. A tulajdonságoknak és a termékformának ez a kombinációja, amely kompatibilis a modern polimer feldolgozási technológiákkal, új szerkezeti anyagok létrehozását biztosítja.

Kereskedelmi alkalmazás
A szén nanocsövek használata a polimerek antisztatikus és vezető tulajdonságainak kölcsönzésére ma már kereskedelmi gyakorlat, és olyan iparágakban terjed ki, mint az elektronika és az autóipar. Az 1. ábra egy műszaki hőre lágyuló műanyag vezetőképességének tipikus képét mutatja. A többfalú szén nanocsövek elektromos átvitelét biztosító töltet 5-10-szer alacsonyabb lehet, mint a vezetőképes korom esetében. Hasonló összehasonlításokat végeznek hőre keményedő gyantáknál, például epoxinál, de lényegesen alacsonyabb töltet mellett. Ez a jelenség a perkolációs elmélettel magyarázható: az elektronáramlás útja akkor jön létre, amikor a részecskék nagyon közel vannak egymáshoz, vagy elérték a perkolációs küszöböt. A nagy arányú (hossz/átmérő) szálszerkezetek növelik az elektromos érintkezők számát és egyenletesebb utat biztosítanak. A szénhidrogén nanocsövek geometriai aránya a végtermékben (például fröccsöntött alkatrészek) jellemzően nagyobb, mint 100 a rövid szénszálakhoz képest (<30) и техническим углеродом (>1). Ez magyarázza az adott ellenálláshoz szükséges alacsonyabb dózist. A perkolációs viselkedés a gyanta típusától, viszkozitásától és a polimer feldolgozási módszerétől függően változhat.

Rizs. 1. Az elektromos vezetőképesség függése a széntöltőanyag-tartalomtól: szén nanocsövek, nagy vezetőképességű korom, standard korom.

A csökkentett töltőanyag-tartalom számos előnnyel járhat, mint például a jobb feldolgozhatóság, a felület megjelenése, a kisebb megereszkedés, valamint az eredeti polimer mechanikai tulajdonságainak megőrzésének képessége. Ezek az előnyök lehetővé tették a többfalú szén nanocsövek bevezetését vezető polimer alkalmazásokba, 1. táblázat. Ezekben az alkalmazásokban költség/teljesítmény alapon vagy egyedi tulajdonságok alapján versenyezhetnek olyan adalékanyagokkal, mint a nagy vezetőképességű korom és szénszálak. olyan jellemzőket, amelyek nem érhetők el vagy nem feleltethetők meg a termék specifikációinak.

1. táblázat. Többfalú szén nanocsővel rendelkező vezetőképes polimerek kereskedelmi alkalmazásai.

Piac	Alkalmazás	A szén nanocsöveken alapuló kompozíciók tulajdonságai
Autók	Üzemanyagrendszer-alkatrészek és üzemanyag-vezetékek (csatlakozók, szivattyúalkatrészek, O-gyűrűk, csövek), külső karosszériaelemek elektromos festéshez (lökhárítók, tükörházak, üzemanyagtartály sapkák)	A tulajdonságok jobb egyensúlya a koromhoz képest, újrahasznosíthatóság nagy alkatrészekhez, deformációállóság
Elektronika	Feldolgozó eszközök és berendezések, ostya kazetták, szállítószalagok, összekötő blokkok, tisztatéri berendezések	A vegyületek jobb tisztasága a szénszálakhoz képest, a felületi ellenállás szabályozása, feldolgozhatóság vékony alkatrészek öntéséhez, deformációállóság, kiegyensúlyozott tulajdonságok, a műanyag keverékek alternatív képességei a szénszálakhoz képest

A többfalú szén nanocsövek műanyagokba vagy elasztomerekbe történő beépítése a gumikeverékekben és a hőre lágyuló műanyagokban használt viszonylag szabványos eszközökön alapul, mint például a finomcsigás extruderek és a zárt gumikeverők. A Nanocyl többfalú szén nanocsövei por formában (Nanocyl® 7000) vagy hőre lágyuló koncentrátumban (PlastiCyl™) szállíthatók.

Kompozit anyagok alkalmazása szerkezeti célokra
A szén nanocsövek kivételes szilárdsága előnyösen alkalmazható különféle típusú sportszerek létrehozásában, amelyek szénszálakból és epoxigyantákból készült kompozit anyagokon alapulnak. A beépülés megkönnyítése és a kötőanyag-fázishoz (például epoxi vagy poliuretán) való kötődés javítása érdekében a szén nanocsöveket jellemzően kémiailag módosítják a felületen. A szálerősítésű kompozit anyagokon mért jellemző javulás a szilárdság és az élőterhelés 10-50%-a. Ez az erősítés mértéke jelentős lehet egy adott kompozit anyagnál, általában a gyanta tulajdonságai korlátozzák.

Új fejlesztések
A kivételesen vékony vezetőképes szerkezetek hálózata, mint például a szén nanocsövek, új lehetőségeket kínál a vékonyréteg-technológiában is, beleértve az antisztatikus átlátszó és vezetőképes bevonatokat, amelyek tartós vezetőképességgel, jobb mechanikai tulajdonságokkal és fokozott kémiai ellenállással rendelkeznek. Jelenleg olyan nagy vezetőképességű átlátszó fóliatechnológiákat fejlesztenek ki, amelyek a közeljövőben versenyezni fognak a fémoxid-technológiákkal, például az indium-ón-oxid porlasztásos technológiával, amelyet ma síkképernyős kijelzők átlátszó elektródáinak készítésére használnak, valamint korlátozottabb kialakítású, például rugalmas kijelzőket.
Fejlett modern technológia papírgyártás többfalú szén nanocsövek felhasználásával. Az ilyen papírt rugalmasabb hőzáró bevonat létrehozására használják, amely megvédi az autótükröket a jegesedéstől, a padlófűtéstől és más fűtőberendezésektől.
Kutatás folyik a többfalú szén nanocsövek polimerekhez való kismértékű hozzáadásával nyert új tulajdonságokkal kapcsolatban, mint például a tűzállóság és a rothadás elleni ellenállás, amelyek új termékek kifejlesztéséhez vezethetnek, amelyek jobban megfelelnek a modern környezetvédelmi követelményeknek és javítottak. teljesítmény a meglévő anyagokhoz képest, költségmegtakarítás mellett.

Megerősített elasztomerek
A kormot és más por töltőanyagokat széles körben használják gumiabroncsok és más ipari gumik erősítésére. A készítmény tartalmazhat magas szint töltőanyagokkal való feltöltés, hogy a szilárdságot és a merevséget a kívánt szintre növeljék (több mint a tömeg 50%-a), ugyanakkor bizonyos típusú alkalmazásoknál a rugalmasság hiányát mutatják. Az 5-10%-os kitöltés többfalú szén nanocsövekre, például a Nanocyl® 7000-re cserélve nagy teljesítményű elasztomereket eredményezhet, hasonló szilárdsággal és merevséggel, jobb rugalmasság mellett, és a mechanikai tulajdonságok új egyensúlyát mutatják be, amely a hagyományos anyagokhoz nem hasonlítható.

A szén nanocsövek kereskedelmi célú felhasználása mára valósággá vált, és egyre nagyobb figyelmet kap. Ez azt jelenti, hogy az ipar hozzáadott értéket képviselő összetevőként fogadja el őket, amely versenyez az iparági szabványok által szabályozott egyéb lehetőségekkel. Jelenleg folynak a kutatások a szén nanocsövek új előnyös és előre nem látható tulajdonságaival kapcsolatban, amelyek kiterjesztik behatolásukat a polimeriparba.

Az energia fontos iparág, amely óriási szerepet játszik az emberi életben. Energia állapot az országban számos tudós munkájától függ ezen a területen. Ma már ezeket a célokat keresik, készek bármit felhasználni, a napfénytől, víztől a levegőenergiáig. Az a berendezés, amelyből energiát lehet termelni környezet, nagyra értékelik.

Általános információ

A szén nanocsövek hosszú, hengerelt grafit síkok, amelyek hengeres alakúak. Általában vastagságuk eléri a több tíz nanométert, hossza több centiméter. A nanocsövek végén egy gömb alakú fej képződik, amely a fullerén egyik része.

A szén nanocsöveknek két típusa van: fémes és félvezető. Fő különbségük az áramvezetőképesség. Az első típus 0ºС-nak megfelelő hőmérsékleten képes áramot vezetni, a második pedig csak magasabb hőmérsékleten.

Szén nanocsövek: tulajdonságai

A legtöbb modern terület, mint például az alkalmazott kémia vagy a nanotechnológia, a nanocsövekhez kötődik, amelyek szénvázas szerkezettel rendelkeznek. Ami? Ez a szerkezet olyan nagy molekulákra vonatkozik, amelyek csak szénatomokkal kapcsolódnak egymáshoz. A szén nanocsöveket, amelyek tulajdonságai a zárt héjon alapulnak, nagyra értékelik. Ezenkívül ezek a formációk hengeres alakúak. Ilyen csöveket lehet előállítani grafitlap feltekercselésével, vagy adott katalizátorból növeszteni. A szén nanocsövek, amelyek fotóit az alábbiakban mutatjuk be, szokatlan szerkezetűek.

Ők különböző formákés méretek: egyrétegű és többrétegű, egyenes és íves. Annak ellenére, hogy a nanocsövek meglehetősen törékenynek tűnnek, erős anyag. Számos tanulmány eredményeként kiderült, hogy olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a nyújtás és a hajlítás. Komoly mechanikai terhelés hatására az elemek nem szakadnak, nem törnek el, vagyis alkalmazkodni tudnak a különböző feszültségekhez.

Toxicitás

Több vizsgálat eredményeként kiderült, hogy a szén nanocsövek ugyanazokat a problémákat okozhatják, mint az azbesztszálak, azaz különböző rosszindulatú daganatok, valamint tüdőrák is előfordulhatnak. Az azbeszt negatív hatásának mértéke a szálak típusától és vastagságától függ. Mivel a szén nanocsövek kis tömegűek és méretűek, a levegővel együtt könnyen bejutnak az emberi szervezetbe. Ezután belépnek a mellhártyába és a mellkasba, és idővel különféle szövődményeket okoznak. A tudósok kísérletet végeztek, és nanocső részecskéket adtak az egerek táplálékához. A kis átmérőjű termékek gyakorlatilag nem maradtak meg a szervezetben, de a nagyobbak beásták a gyomor falát, és különféle betegségeket okoztak.

Átvételi módok

Ma a szén nanocsövek előállítására a következő módszerek léteznek: ívtöltés, abláció, gőzleválasztás.

Elektromos ívkisülés. Előkészítés (a szén nanocsöveket ebben a cikkben ismertetjük) plazmában elektromos töltés, amely hélium felhasználásával ég. Ezt a folyamatot speciális fullerének előállítására szolgáló technikai berendezésekkel lehet végrehajtani. De ez a módszer más ívégetési módokat használ. Például csökkentik, és óriási vastagságú katódokat is használnak. A hélium légkörének létrehozásához növelni kell ennek a kémiai elemnek a nyomását. A szén nanocsöveket porlasztással állítják elő. Ahhoz, hogy számuk növekedjen, katalizátort kell bevinni a grafitrúdba. Leggyakrabban különböző fémcsoportok keveréke. Ezután megváltozik a nyomás és a permetezési módszer. Így egy katódlerakódás keletkezik, ahol szén nanocsövek képződnek. A késztermékek a katódra merőlegesen nőnek, és kötegekbe gyűjtik. 40 mikron hosszúak.

Abláció. Ezt a módszert Richard Smalley találta fel. Lényege, hogy egy magas hőmérsékleten működő reaktorban különböző grafitfelületeket párologtatnak el. A szén nanocsövek a reaktor alján lévő grafit elpárologtatásával jönnek létre.

Lehűtik és hűtőfelület segítségével összegyűjtik. Ha az első esetben az elemek száma 60% volt, akkor ezzel a módszerrel a szám 10% -kal nőtt. A lézeres abszolációs módszer költsége drágább, mint az összes többi. Az egyfalú nanocsöveket általában a reakcióhőmérséklet változtatásával állítják elő.

Gőzlerakódás. A széngőzleválasztásos módszert az 50-es évek végén találták fel. De senki sem gondolta, hogy szén nanocsövek előállítására is felhasználható. Tehát először elő kell készítenie a felületet a katalizátorral. Különböző fémek apró részecskéi lehetnek, például kobalt, nikkel és sok más. A katalizátorrétegből nanocsövek kezdenek kiemelkedni. Vastagságuk közvetlenül függ a katalitikus fém méretétől. A felületet magas hőmérsékletre hevítik, majd széntartalmú gázt vezetnek be. Ezek közé tartozik a metán, acetilén, etanol stb. Az ammónia további műszaki gázként szolgál. A nanocsövek előállításának ez a módszere a legelterjedtebb. Maga a folyamat különböző ipari vállalkozásoknál zajlik, ami miatt kevesebb anyagi forrást fordítanak nagyszámú cső előállítására. A módszer másik előnye, hogy bármilyen katalizátorként szolgáló fémrészecskéből függőleges elemek nyerhetők. A gyártás (a szén nanocsöveket minden oldalról leírják) Suomi Iijima kutatásának köszönhető, aki mikroszkóp alatt figyelte meg megjelenésüket a szénszintézis eredményeként.

Főbb típusok

A szénelemeket a rétegek száma szerint osztályozzák. A legegyszerűbb típus az egyfalú szén nanocsövek. Mindegyik körülbelül 1 nm vastag, és a hosszuk sokkal nagyobb is lehet. Ha figyelembe vesszük a szerkezetet, a termék úgy néz ki, mint egy hatszögletű háló segítségével a grafit becsomagolása. Csúcspontjain szénatomok találhatók. Így a cső henger alakú, és nincs varrat. Az eszközök felső része fullerénmolekulákból álló fedéllel van lezárva.

A következő típus a többfalú szén nanocsövek. Több réteg grafitból állnak, amelyeket henger alakúra hajtogatnak. 0,34 nm távolságot tartanak közöttük. Ezt a fajta szerkezetet kétféleképpen írják le. Az első szerint a többrétegű csövek több, egymásba ágyazott egyrétegű cső, amely úgy néz ki, mint egy fészkelő baba. A második szerint a többfalú nanocsövek egy grafitlap, amely többször is maga köré tekered, hasonlóan egy hajtogatott újsághoz.

Szén nanocsövek: alkalmazás

Az elemek a nanoanyagok osztályának teljesen új képviselői.

Mint korábban említettük, vázszerkezetük van, amely tulajdonságaiban különbözik a grafittól vagy a gyémánttól. Ezért használják őket sokkal gyakrabban, mint más anyagokat.

Az olyan jellemzőik miatt, mint a szilárdság, hajlítás, vezetőképesség, számos területen használják:

• polimerek adalékanyagaként;
• katalizátor világítóberendezésekhez, valamint síkképernyős kijelzőkhöz és távközlési hálózatokban lévő csövekhez;
• mosogatóként elektromágneses hullámok;
• energiaátalakításhoz;
• anódok gyártása különféle típusú akkumulátorokban;
• hidrogén tárolás;
• érzékelők és kondenzátorok gyártása;
• kompozitok gyártása, szerkezetük és tulajdonságaik megerősítése.

A szén nanocsöveket, amelyek alkalmazása nem korlátozódik egy adott iparágra, évek óta használják a tudományos kutatásban. Ennek az anyagnak gyenge pozíciója van a piacon, mivel problémák vannak a nagyüzemi gyártás során. Egy másik fontos szempont a szén nanocsövek magas ára, amely körülbelül 120 dollár egy gramm ilyen anyag esetében.

Alapelemként használják számos kompozit gyártásánál, amelyekből számos sportszert gyártanak. Egy másik iparág az autóipar. A szén nanocsövek funkcionalizálása ezen a területen a polimerek vezető tulajdonságainak kölcsönzésére vezethető vissza.

A nanocsövek hővezetési együtthatója meglehetősen magas, így különféle masszív berendezések hűtőberendezéseként használhatók. A szondacsövekhez rögzített hegyek készítésére is használják őket.

A legfontosabb alkalmazási terület a számítástechnika. A nanocsöveknek köszönhetően különösen lapos kijelzők jönnek létre. Használatukkal jelentősen csökkentheti magának a számítógépnek a méreteit, valamint növelheti műszaki teljesítményét. A kész berendezések többszörösen felülmúlják a jelenlegi technológiákat. Ezen vizsgálatok alapján nagyfeszültségű képcsövek készíthetők.

Idővel a csöveket nemcsak az elektronikában, hanem az orvostudományban és az energetikában is használják majd.

Termelés

A széncsövek, amelyek gyártása két típusra oszlik, egyenetlenül oszlanak el.

Azaz MWNT-ket sokkal többet gyártanak, mint SWNT-ket. A második típust sürgős szükség esetén végezzük. Különböző cégek folyamatosan gyártanak szén nanocsöveket. De gyakorlatilag nincs rájuk kereslet, mivel költségük túl magas.

Gyártásvezetők

Ma a szén nanocsövek gyártásában a vezető helyet az ázsiai országok foglalják el, amelyek háromszor magasabbak, mint Európa és Amerika más országaiban. Japán különösen MWNT-k gyártásával foglalkozik. Más országok, például Korea és Kína azonban semmiképpen sem rosszabbak ebben a mutatóban.

Gyártás Oroszországban

A szén nanocsövek hazai gyártása jelentősen elmarad a többi ország mögött. Valójában minden az ezen a területen végzett kutatás minőségétől függ. Itt nincs elegendő anyagi forrás tudományos és technológiai központok létrehozására az országban. Sokan azért nem fogadják el a nanotechnológia fejlesztéseit, mert nem tudják, hogyan használhatók fel az iparban. Ezért a gazdaság átállása új pályára meglehetősen nehéz.

Ezért Oroszország elnöke rendeletben jelölte meg a fejlődési utakat különböző területeken nanotechnológia, beleértve a szénelemeket. E célból egy speciális fejlesztési és technológiai programot hoztak létre.

A megrendelés minden pontjának végrehajtása érdekében létrehozták a Rusnanotech céget. Működtetésére az állami költségvetésből jelentős összeget különítettek el. Neki kell irányítania a szén nanocsövek fejlesztésének, gyártásának és ipari megvalósításának folyamatát. Az elkülönített összeget különböző kutatóintézetek, laboratóriumok létrehozására fordítják, és a hazai tudósok eddigi munkáját is erősítik. Ezeket a forrásokat szén nanocsövek gyártásához szükséges kiváló minőségű berendezések vásárlására is felhasználják. Érdemes gondoskodni azokról az eszközökről is, amelyek védik az emberi egészséget, mivel ez az anyag számos betegséget okoz.

Mint korábban említettük, az egész probléma a források előteremtése. A legtöbb befektető nem akar tudományos fejlesztésekbe fektetni, különösen hosszú idő. Minden üzletember profitot akar látni, de a nanofejlesztés évekig is eltarthat. Ez taszítja a kis- és középvállalkozások képviselőit. Emellett állami beruházások nélkül nem lehet teljes mértékben beindítani a nanoanyagok gyártását.

A másik probléma a hiány jogi keretrendszer, mivel nincs köztes kapcsolat a különböző üzleti szintek között. Ezért a szén nanocsövek, amelyek előállítására Oroszországban nincs kereslet, nemcsak pénzügyi, hanem szellemi befektetéseket is igényelnek. Az Orosz Föderáció eddig messze van a nanotechnológiák fejlesztésében vezető ázsiai országoktól.

Napjainkban az iparág fejlesztéseit különböző moszkvai, tambovi, szentpétervári, novoszibirszki és kazanyi egyetemek vegyészeti karain végzik. A szén nanocsövek vezető gyártói a Granat cég és a tambovi Komsomolets üzem.

Pozitív és negatív oldalak

Az előnyök között szerepel a szén nanocsövek különleges tulajdonságai. Tartós anyag, amely nem esik össze mechanikai igénybevétel hatására. Ezenkívül jól működnek hajlításban és nyújtásban. Ez a zárt vázszerkezetnek köszönhetően valósult meg. Használatuk nem korlátozódik egy iparágra. A csövek alkalmazásra találtak az autóiparban, az elektronikában, az orvostudományban és az energetikában.

Óriási hátránya az emberi egészségre gyakorolt ​​negatív hatás.

Az emberi szervezetbe jutó nanocsövek részecskék rosszindulatú daganatok és rák kialakulásához vezetnek.

Lényeges szempont ennek az iparágnak a finanszírozása. Sokan nem akarnak befektetni a tudományba, mert sok időbe telik a profitszerzés. A kutatólaboratóriumok működése nélkül pedig lehetetlen a nanotechnológia fejlesztése.

Következtetés

A szén nanocsövek fontos szerepet játszanak az innovatív technológiákban. Sok szakértő előrejelzi ennek az iparágnak a növekedését az elkövetkező években. Jelentősen megnövekszik a termelési kapacitás, ami az áruk önköltségének csökkenéséhez vezet. Az árak csökkenésével a csövek iránt nagy kereslet lesz, és számos eszköz és berendezés nélkülözhetetlen anyagává válnak.

Tehát megtudtuk, melyek ezek a termékek.

A porított szénanyagokat (grafitok, kormok, kormok, CNT-k, grafének) széles körben alkalmazzák különféle anyagok funkcionális töltőanyagaként, a széntöltőanyaggal ellátott kompozitok elektromos tulajdonságait pedig a szén szerkezete és tulajdonságai, valamint a töltéstechnológia határozza meg. termelésüket. A CNT-k a szén allotróp formájának vázszerkezeteiből készült poranyag, üreges, többfalú, 10–100 nm külső átmérőjű CNT-k formájában (1. ábra). Mint ismeretes, konkrét elektromos ellenállás(ρ, Ohm∙m) A CNT-k szintézisük és tisztításuk módszerétől függenek, és 5∙10-8 és 0,008 Ohm∙m között változhatnak, ami kisebb, mint
a grafitnál.
Vezetőképes kompozitok előállítása során nagy vezetőképességű anyagokat (fémpor, korom, grafit, szén és fémszálak) adnak a dielektrikumhoz. Ez lehetővé teszi a polimer kompozitok elektromos vezetőképességének és dielektromos jellemzőinek változtatását.
Ezt a vizsgálatot azért végezték, hogy meghatározzák a CNT-k elektromos ellenállásának megváltoztatásának lehetőségét azok módosításával. Ez kiterjeszti az ilyen csövek felhasználását tervezett elektromos vezetőképességű polimer kompozitok töltőanyagaként. A munka során az ALIT-ISM (Zhitomir, Kijev) által gyártott CNT-porok és kémiai módosításnak alávetett CNT-porok mintáit használtuk. A szénanyagok elektromos jellemzőinek összehasonlításához a TU 2166-001-02069289-2007 szerint szintetizált CNT "Taunit" (Tambov), a TU U 24.1-03291669 szerint előállított CNT LLC "TMSpetsmash" (Kijev) mintáit használtuk. -009:2009, tégelyes grafit . Az ALIT-ISM és Taunit által előállított CNT-ket CVD-módszerrel szintetizálják NiO/MgO katalizátoron, a TMSpetsmash LLC CNT-ket pedig FeO/NiO katalizátoron (2. ábra). A vizsgálat során azonos feltételek mellett és azonos kidolgozott módszerekkel határozták meg a szénanyagminták elektromos jellemzőit. A minták elektromos ellenállását egy 50 kG nyomáson préselt száraz por minta áram-feszültség karakterisztikájának meghatározásával számítottuk ki (1. táblázat).
A CNT-k módosítása (1–4.) megmutatta a CNT-k elektrofizikai jellemzőinek fizikai-kémiai hatások segítségével történő megváltoztatásának lehetőségét (lásd 1. táblázat). Különösen az eredeti minta elektromos ellenállása másfélszeresére csökkent (1. sz.); a 2–4. számú minták esetében pedig 1,5–3-szorosára nő.
Ezzel párhuzamosan a szennyeződések összmennyisége (a nem éghető maradék formájában megnyilvánuló részarány) csökkent.
2,21 (eredeti CNT-k) 1,8%-ra
számú minta, a 3. számú minta pedig legfeljebb 0,5%. A 2-4. számú minták fajlagos mágneses szuszceptibilitása 127∙10-8-ról 3,9∙10-8 m3/kg-ra csökkent. Az összes minta fajlagos felülete közel 40%-kal nőtt. A módosított CNT-k közül a minimális elektromos ellenállást (574∙10-6 Ohm∙m) az 1. számú mintában rögzítettük, ami közel áll a tégelyes grafit ellenállásához (33∙10-6 Ohm∙m). A fajlagos ellenállás tekintetében a Taunit és a TMSpetsmash LLC CNT-mintái a 2., 3. számú mintákhoz hasonlíthatók, és ezeknek a mintáknak a fajlagos mágneses szuszceptibilitása egy nagyságrenddel magasabb, mint a módosított CNT-mintáké (ALIT-ISM).
Megállapítást nyert, hogy a CNT-k elektromos ellenállása 6∙10-4 között változtatható.
12∙10-4 Ohm∙m. Módosított CNT-k felhasználására kompozit és polikristályos anyagok, bevonatok, töltőanyagok, szuszpenziók, paszták és más hasonló anyagok gyártásához, Műszaki adatok
TU U 24.1-05417377-231:2011 "MWCNT-A osztályú többfalú CNT-k nanoporai",
MUN-V (MWCNT-B), MUN-S (MWCNT-S)"
(2. táblázat).
Ha módosított CNT-porokat viszünk be töltőanyagként a kompozitok polietilén alapjába, a polimer kompozit elektromos vezetőképessége az elektromos vezetőképesség növekedésével nő. Így a CNT-k célzott módosítása következtében megnyílik a lehetőség a jellemzőik, különösen az elektromos ellenállás változtatására.
Irodalom
1. Tkachev A.G., Zolotukhin I.V. Berendezések és módszerek szilárdtest nanoszerkezetek szintézisére. – M.: Mashinostroenie-1, 2007.
2. Bogatyreva G.P., Marinich M.A., Bazaliy G.A., Ilnitskaya G.D., Kozina G.K., Frolova L.A. A kémiai kezelés hatásának vizsgálata a szén nanocsövek fizikai-kémiai tulajdonságaira. Ült. tudományos tr. "Fullerének és nanostruktúrák kondenzált anyagban." / Szerk.
P.A. Vityaz. – Minszk: Állami Tudományos Intézet „Hő- és Tömegtranszfer Intézet”
cserélje ki őket A.V. Lykova" NAS of Belarus, 2011, 141–146.
3. Novak D.S., Berezenko N.M., Shostak T.S., Pakharenko V.O., Bogatyreva G.P., Oleynik N.A., Bazaliy G.A. Polietilén alapú elektromosan vezető nanokompozitok. Ült. tudományos tr. "Kőzetvágó és fémmegmunkáló szerszámok – berendezések és technológia ezek gyártásához és használatához." – Kijev: ISM
őket. V.N.Bakulya NAS of Ukraine, 2011, 14. szám, 394–398.

A por alakú szénanyagokat (grafit, szén, korom, CNT-k, grafén) széles körben alkalmazzák különböző anyagok funkcionális töltőanyagaként, a széntöltőanyaggal ellátott kompozitok elektromos tulajdonságait a szén szerkezete és tulajdonságai, valamint a gyártási technológia határozza meg. A CNT-k 10-100 nm külső átmérőjű, üreges, többfalú, 10-100 nm külső átmérőjű szén allotróp formájú vázszerkezetek por alakú anyaga (1a, b ábra). Ismeretes, hogy a CNT-k elektromos fajlagos ellenállása (ρ, Ohm∙m) szintézisük és tisztításuk módszerétől függ, és 5∙10-8 és 0,008 Ohm∙m között lehet, ami jóval alacsonyabb, mint a grafité.
1. ábra. a) – CNT-por, b) – CNT-töredék (Power Electronic Microscopy)
A vezetőképes kompozitok gyártása során nagy vezetőképességű anyagokat (fémpor, műszaki szén, grafit, szén és fémszálak) adnak a dielektrikumokhoz. Ez lehetővé teszi a polimer kompozitok vezetőképességének és dielektromos tulajdonságainak változtatását.
A jelen vizsgálat célja annak meghatározása volt, hogy a CNT-k fajlagos elektromos ellenállása módosításukkal megváltoztatható-e. Ez kiterjeszti az ilyen csövek felhasználását a tervezett elektromos vezetőképességű polimer kompozitok töltőanyagaként. A vizsgálat során az ALIT-ISM (Zsitomir, Kijev) által készített CNT-k kezdeti porainak mintáit és különféle kémiai módosításoknak alávetett CNT-porokat használtak. A 2166-001-02069289-2007, LLC "TMSpetsmash" (Kijev) alatt szintetizált "Taunit" (Tambov, Oroszország) szén-anyagok CNT-mintáinak elektrofizikai jellemzőinek összehasonlítása, 24.1-03291669-009:2009 CNT, cruciblegraphite Az ALIT-ISM és a "Taunit" CVD-módszerrel szintetizálják NiO/MgO katalizátoron és az LLC "TMSpetsmash" által készített CNT-ket FeO/NiO katalizátoron (2. ábra).
2. ábra a – CNT (ALIT-ISM), b – CNT „TMSpetsmash” (PEM-képek).
Azonos körülmények között, az ISM-ben kifejlesztett azonos módszerekkel végzett vizsgálatok meghatározták a szénanyagminták elektromos fizikai jellemzőit. A minták fajlagos elektromos ellenállását 50 kg nyomás alatt préselt száraz por elem áram-feszültség karakterisztikájának meghatározásával számítottam ki. (Asztal 1).
A CNT-k (1-4. sz.) módosítása megmutatta annak lehetőségét, hogy fizikai és kémiai hatások segítségével porpusszusan megváltoztassák azok elektromos tulajdonságait. Különösen a kiindulási minta fajlagos elektromos fajlagos ellenállása csökkent 1,5-szeresére (No.1), és a No. 2-4-re 1,5-3-szorosára nőtt.
Ebben az esetben a szennyeződések teljes mennyisége (nem éghető maradék formájában) 2,21%-ról (kezdeti CNT-k) 1,8%-ra csökkent az 1-esnél és 0,5%-ra a 3-asnál. A 2-4 számú minták mágneses érzékenységét megrendelésre csökkentettük. Az összes minta fajlagos felülete közel 40%-kal nőtt. A módosított CNT-k közül a minimális fajlagos elektromos ellenállást (574∙10-6 Ohm∙m) rögzítik az 1. számú mintához, amely közel áll a tégelyes grafit ellenállásához (337∙10-6 Ohm∙m). A fajlagos ellenállás alapján a "Taunit" és a "TMSpetsmash" CNT-k mintái összehasonlíthatók a 2-es és a 3-as mintákkal, és ezeknek a mintáknak a mágneses szuszceptibilitása nagyságrenddel magasabb, mint a módosított CNT-mintáké ("Alit"). -ISM").
Így a CNT-k módosításának lehetőségét a CNT-k fajlagos elektromos fajlagos ellenállásértékének 6∙10-4÷12∙10-4Ohm∙m tartományban történő változtatása érdekében megállapították. Ott volt kidolgozott specifikációk 24.1-05417377-231:2011 "MWCNTs-A, MWCNTs-B, MWCNTs-C osztályú többfalú CNT-k nanoporai (2. táblázat) módosított CNT-ekhez kompozit és polikristályos anyagok, bevonatok és töltőanyagok, paszták és bevonatok előállításához más hasonló anyagok.
A kompozitok polietilén alapjába történő bevezetéskor új minőségű CNT-k módosított porainak töltőanyagaként a CNT-k elektromos vezetőképességének növekedésével a polimer kompozit elektromos vezetőképessége nő. Így a CNT-k irányított módosítása következtében új lehetőségek nyílnak jellemzőik, különösen az elektromos ellenállás értékének variálására.
Irodalom

A szén nanocsövek jelentik az innovatív technológiák jövőjét. A nanotubulének előállítása és megvalósítása javítja az áruk és termékek minőségét, jelentősen csökkenti súlyukat és növeli szilárdságukat, valamint új tulajdonságokkal látja el őket.

A szén nanocsöveket vagy cső alakú nanostruktúrákat (nanotubulént) mesterségesen hozzák létre laboratóriumi egy- vagy többfalú üreges hengeres szerkezetekben, amelyeket szénatomokból nyernek, és kivételes mechanikai, elektromos és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek.

A szén nanocsövek szénatomokból készülnek, és csövek vagy henger alakúak. Nagyon kicsik (nano léptékben), átmérőjük egytől több tíz nanométerig terjed, hossza pedig akár több centiméter is lehet. A szén nanocsövek grafitból állnak, de más, a grafitra nem jellemző tulajdonságokkal is rendelkeznek. A természetben nem léteznek. Eredetük mesterséges. A nanocsövek teste szintetikus, az emberek az elejétől a végéig egymástól függetlenül hozták létre.

Ha egy milliószoros nagyítású nanocsövet nézünk, egy hosszúkás hengert láthatunk, amely egyenlő oldalú hatszögekből áll, amelyek csúcsaiban szénatomok találhatók. Ez egy csőbe hengerelt grafit sík. A nanocső kiralitása meghatározza fizikai jellemzőit és tulajdonságait.

Milliószorosára nagyítva a nanocső egy hosszúkás henger, amely egyenlő oldalú hatszögekből áll, amelyek csúcsaiban szénatomok találhatók. Ez egy csőbe hengerelt grafit sík.

A kiralitás a molekula azon tulajdonsága, hogy a térben nem kombinálódik a tükörképével.

Hogy jobban érthető legyen, a kiralitás az, amikor például egy papírlapot egyenletesen hajtogat. Ha ferde, akkor ez akiralitás. A nanotubulének lehetnek egyrétegű és többrétegű szerkezetek. A többrétegű szerkezet nem más, mint több egyfalú nanocső, egy az egyben „felöltözve”.

A felfedezés története

A nanocsövek felfedezésének és felfedezőjének pontos dátuma nem ismert. Ez a téma vitára és spekulációra ad okot, mivel ezekről a szerkezetekről számos párhuzamos leírás létezik különböző országok tudósaitól. A felfedező azonosításának fő nehézsége az, hogy a nanocsövek és nanoszálak, amelyek a tudósok figyelmébe kerültek, hosszú ideig nem keltették fel figyelmüket, és nem is tanulmányozták őket alaposan. Létező tudományos munkák bizonyítani, hogy a nanocsövek és szálak széntartalmú anyagokból történő létrehozásának lehetősége elméletileg már a múlt század második felében megengedett volt.

A mikron méretű szénvegyületekkel kapcsolatos komoly kutatások fő oka az, hogy akkoriban a tudósok nem rendelkeztek kellően erős tudományos alappal a kutatáshoz, vagyis nem voltak olyan berendezések, amelyek alkalmasak volna a vizsgálat tárgyának bővítésére. a szükséges mértékben és megvilágítva azok szerkezetét .

Ha időrendi sorrendbe rendezzük a nanokarbonvegyületek vizsgálatának eseményeit, akkor az első bizonyíték 1952-ben származik, amikor Radushkevich és Lukyanovich szovjet tudósok felhívták a figyelmet a szén-monoxid (orosz nevén - oxid) hőbomlása során kialakuló nanoszálas szerkezetre. Az elektronmikroszkópos berendezéssel megfigyelt szerkezet körülbelül 100 nm átmérőjű szálakat tartalmazott. Sajnos a dolog nem jutott tovább a szokatlan nanoszerkezet rögzítésénél, és nem következett további kutatás.

25 évnyi feledés után, 1974-től kezdődően az újságokban megjelentek a mikrométer méretű, szénből készült csőszerű szerkezetek létezéséről szóló információk. Így a japán tudósok egy csoportja (T. Koyama, M. Endo, A. Oberlin) az 1974–1975. Számos tanulmányuk eredményét mutatták be a nagyközönségnek, amelyek a 100 Å-nél kisebb átmérőjű vékony csövek leírását tartalmazták, amelyeket a kondenzáció során keletkező gőzökből nyertek. Az üreges szerkezetek kialakulását a szén tulajdonságainak tanulmányozásából nyert szerkezet és képződési mechanizmus leírásával a Szovjetunió Tudományos Akadémia Szibériai Fiókjának Katalízis Intézetének szovjet tudósai is leírták 1977-ben.

Az Å (Agström) a távolság mértékegysége 10-10 m. Az SI rendszerben az angströmhöz közeli mértékegység a nanométer (1 nm = 10 Å).

A fullerének üreges, gömb alakú molekulák, amelyek labda vagy rögbilabda alakúak.

A fullerének a szén negyedik, eddig ismeretlen módosulata, amelyet Harold Kroto angol kémikus és asztrofizikus fedezett fel.

Sumio Iijima japán tudós csak miután tudományos kutatásai során felhasználta a legújabb berendezéseket, amelyek lehetővé tették a nanocsövek szénszerkezetének részletes vizsgálatát és megvilágítását, 1991-ben végezte el az első komolyabb vizsgálatokat, amelyek eredményeként sikerült a kísérleti úton szerezzenek szén nanocsöveket és tanulmányozzák azokat részletesen .

Ijima professzor kutatásai során elektromos ívkisülést használt egy prototípus elkészítéséhez. A prototípust alaposan megmérték. Méretei azt mutatták, hogy a menetek (keret) átmérője nem haladja meg a több nanométert, hossza egytől több mikronig terjed. Egy szén nanocső szerkezetének tanulmányozásával a tudósok azt találták, hogy a vizsgált objektum egy vagy több rétegből állhat, amelyek hatszögeken alapuló grafit hatszögletű hálóból állnak. Ebben az esetben a nanocsövek végei szerkezetileg egy kettévágott fullerén molekula felére hasonlítanak.

A fenti vizsgálatok idején már léteztek olyan jól ismert tudósok munkái, mint Jones, L.A.. Chernozatonsky, M. Yu. Kornilov, aki megjósolta a szén ezen allotróp formájának kialakulásának lehetőségét, leírva annak szerkezetét, fizikai, kémiai és egyéb tulajdonságait.

A nanocső többrétegű szerkezete nem más, mint több egyfalú nanotubulén, amelyek egy-egy orosz baba elve szerint „felöltöztetve”

Elektrofizikai tulajdonságok

A szén nanocsövek elektromos tulajdonságait a világ tudományos közösségei vizsgálják a legközelebb. A nanocsövek bizonyos geometriai összefüggésekben történő tervezésével vezető- vagy félvezető tulajdonságokat lehet adni nekik. Például a gyémánt és a grafit szén, de a molekulaszerkezetbeli különbségek miatt eltérő, esetenként ellentétes tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ilyen nanocsöveket fémes vagy félvezető nanocsöveknek nevezik.

Nanocsövek, amelyek vezetnek elektromosság még abszolút nulla hőmérsékleten is fémesek. Az elektromos áram zéró vezetőképessége abszolút nullán, amely a hőmérséklet emelkedésével növekszik, a félvezető nanoszerkezet jelét jelzi.

A fő besorolás a grafitsík hajtogatásának módja szerint oszlik meg. A hajtogatási módot két szám jelzi: „m” és „n”, amelyek a grafitrács vektorai mentén a hajtogatás irányát adják meg. A nanocső tulajdonságai a grafit sík gördülési geometriájától függenek, például a csavarodási szög közvetlenül befolyásolja az elektromos tulajdonságait.

A paraméterek (n, m) függvényében a nanocsövek a következők: egyenes (akirális), szaggatott ("szék"), cikkcakkos és spirális (királis). Az elektromos vezetőképesség kiszámításához és tervezéséhez használja a paraméterarányok képletét: (n-m)/3.

A számítás során kapott egész szám a fém típusú nanocső vezetőképességét, a törtszám pedig a félvezető vezetőképességét jelöli. Például minden fotelcső fém. A fémes szén nanocsövek abszolút nullán vezetik az elektromos áramot. A félvezető típusú nanotubulének abszolút nullánál nulla vezetőképességűek, ami a hőmérséklet emelkedésével nő.

A fémes vezetőképességű nanocsövek körülbelül egymilliárd ampert képesek átengedni négyzetcentiméterenként. A réz, mint az egyik legjobb fémvezető, ezekben a mutatókban több mint ezerszer rosszabb, mint a nanocsövek. A vezetőképességi határ túllépése esetén felmelegedés lép fel, ami az anyag megolvadásával és a molekularács pusztulásával jár. Ez a nanotubulének esetében nem történik meg egyenlő feltételek mellett. Ez a nagyon magas hővezető képességükkel magyarázható, ami kétszerese a gyémánténak.

Szilárdság tekintetében a nanotubulén más anyagokat is messze maga mögött hagy. 5-10-szer erősebb, mint a legerősebb acélötvözetek (1,28-1,8 TPa a Young-modulus szerint), és 100 ezerszer nagyobb a rugalmassága, mint a gumié. Ha összehasonlítjuk a szakítószilárdsági mutatókat, 20-22-szeresen haladják meg a jó minőségű acélok hasonló szilárdsági jellemzőit!

Hogyan jut el az ENSZ-hez?

A nanocsöveket magas és alacsony hőmérsékletű módszerekkel állítják elő.

A magas hőmérsékletű módszerek közé tartozik a lézeres abláció, a szoláris technológia vagy az elektromos ívkisülés. Az alacsony hőmérsékletű módszer magában foglalja a kémiai gőzleválasztást szénhidrogének katalitikus lebontásával, gázfázisú katalitikus növekedést szén-monoxidból, elektrolízissel történő előállítást, a polimer hőkezelését, helyi alacsony hőmérsékletű pirolízist vagy helyi katalízist. Minden módszer nehezen érthető, csúcstechnológiás és nagyon drága. Nanocsövek gyártását csak erős tudományos alappal rendelkező nagyvállalkozás engedheti meg magának.

Leegyszerűsítve, a nanocsövek szénből íveljárással történő előállításának folyamata a következő:

A plazmát egy bizonyos hőmérsékletre felmelegített reaktorba fecskendezik be zárt hurokkal egy injekciós készüléken keresztül. gáz halmazállapotú. A reaktorban a felső és az alsó részen mágnestekercsek vannak beépítve, amelyek közül az egyik az anód, a másik a katód. A mágneses tekercseket állandó elektromos árammal látják el. A reaktorban lévő plazma elektromos ívnek van kitéve, amelyet forgatnak és mágneses mező. Magas hőmérsékletű elektroplazma ív hatására a szén elpárolog vagy „kioldódik” a széntartalmú anyagból (grafitból) álló anód felületéről, és a katódon kondenzálódik, szén nanocsövek formájában. letét. Annak érdekében, hogy a szénatomok kondenzálódhassanak a katódon, a reaktor hőmérsékletét csökkentik. Ennek a technológiának a rövid leírása is lehetővé teszi számunkra, hogy értékeljük a nanotubulének előállításának bonyolultságát és költségét. Még hosszú időnek kell eltelnie, amíg a gyártási és alkalmazási folyamat a legtöbb vállalkozás számára elérhetővé válik.

Fotógaléria: Séma és berendezés nanocsövek szénből történő előállításához

Telepítés egyfalú szén nanocsövek szintéziséhez elektromos ív módszerrel Kis teljesítményű tudományos berendezés cső alakú nanostruktúrák előállítására
Alacsony hőmérsékletű gyártási módszer

Telepítés hosszú szén nanocsövek gyártásához

Mérgezőek?

Határozottan igen.

A laboratóriumi kutatások során a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a szén nanocsövek negatív hatással vannak az élő szervezetekre. Ez viszont megerősíti a nanocsövek toxicitását, és a tudósoknak egyre kevésbé kell kételkedniük ebben a fontos kérdésben.

Tanulmányok kimutatták, hogy a szén nanocsövek közvetlen kölcsönhatása élő sejtekkel azok halálához vezet. Különösen az egyfalú nanocsöveknek van erős antimikrobiális hatása. A tudósok kísérleteket kezdtek végezni az E-Coli baktériumbirodalom (Escherichia coli) közös kultúráján. A kutatás során 0,75-1,2 nanométer átmérőjű egyfalú nanocsöveket használtak. Amint a kísérletek kimutatták, a szén nanocsövek élő sejtre való becsapódása következtében a sejtfalak (membránok) mechanikusan károsodnak.

A más módszerekkel előállított nanocsövek tartalmaznak nagyszámú fémek és egyéb mérgező szennyeződések. Sok tudós azt állítja, hogy maga a szén nanocsövek toxicitása nem függ morfológiájuktól, hanem közvetlenül összefügg a bennük lévő szennyeződésekkel (nanocsövek). A Yale tudósainak a nanocsövek kutatása terén végzett munkája azonban kimutatta, hogy sok közösségben vannak tévhitek. Így a kutatás során az Escherichia coli baktériumokat (E-Coli) egy falú szén nanocsövekkel kezelték egy órán keresztül. Ennek eredményeként az E-Coli nagy része meghalt. Ezek a nanoanyagok területén végzett vizsgálatok megerősítették toxicitásukat és az élő szervezetekre gyakorolt ​​negatív hatásaikat.

A tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy az egyfalú nanocsövek a legveszélyesebbek, ennek oka a szén nanocső hosszának és átmérőjének arányos aránya.

A szén nanocsövek emberi szervezetre gyakorolt ​​hatásával kapcsolatos különféle tanulmányok arra a következtetésre vezették a tudósokat, hogy a hatás megegyezik a szervezetbe jutó azbesztszálak hatásával. Az azbesztszálak negatív hatásának mértéke közvetlenül függ méretüktől: minél kisebb, annál erősebb a negatív hatás. A szén nanocsövek esetében pedig kétségtelen a szervezetre gyakorolt ​​negatív hatásuk. A levegővel a szervezetbe jutva a nanocső a mellhártyán keresztül megtelepszik a mellkasban, súlyos szövődményeket, különösen rákos daganatokat okozva. Ha a nanotubulének a táplálékkal bejutnak a szervezetbe, megtelepednek a gyomor és a belek falán, különböző betegségeket és szövődményeket okozva.

Jelenleg a tudósok kutatásokat folytatnak a nanoanyagok biológiai kompatibilitásával kapcsolatban, és új technológiákat keresnek a szén nanocsövek biztonságos előállítására.

Kilátások

A szén nanocsövek alkalmazási köre igen széles. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy molekulaszerkezetük váz formájában van, ezáltal lehetővé teszi számukra, hogy a gyémánttól vagy grafittól eltérő tulajdonságokkal rendelkezzenek. A szén nanocsöveket éppen a jellegzetes tulajdonságaik (szilárdság, vezetőképesség, hajlítás) miatt használják gyakrabban, mint más anyagokat.

Ezt a széntartalmú találmányt elektronikában, optikában, gépészetben stb. használják. A szén nanocsöveket különféle polimerek és kompozitok adalékanyagaként használják a molekuláris vegyületek szilárdságának növelésére. Hiszen mindenki tudja, hogy a szénvegyületek molekularácsának hihetetlen erőssége van, különösen tiszta formájában.

A szén nanocsöveket kondenzátorok és különféle szenzorok, anódok gyártásához is használják, amelyek az akkumulátorok gyártásához szükségesek, elektromágneses hullámok elnyelőjeként. Ezt a szénvegyületet széles körben használják távközlési hálózatok és folyadékkristályos kijelzők gyártásában. A nanocsöveket világítóberendezések gyártása során a katalitikus tulajdonságok erősítőjeként is használják.

Kereskedelmi alkalmazás

Piac	Alkalmazás	A szén nanocsöveken alapuló kompozíciók tulajdonságai
Autók	Üzemanyagrendszer-alkatrészek és üzemanyag-vezetékek (csatlakozók, szivattyúalkatrészek, O-gyűrűk, csövek), külső karosszériaelemek elektromos festéshez (lökhárítók, tükörházak, üzemanyagtartály sapkák)	A tulajdonságok jobb egyensúlya a koromhoz képest, újrahasznosíthatóság nagy alkatrészekhez, deformációállóság
Elektronika	Feldolgozó eszközök és berendezések, ostya kazetták, szállítószalagok, összekötő blokkok, tisztatéri berendezések	A vegyületek jobb tisztasága a szénszálakhoz képest, a felületi ellenállás szabályozása, feldolgozhatóság vékony alkatrészek öntéséhez, deformációállóság, kiegyensúlyozott tulajdonságok, a műanyag keverékek alternatív képességei a szénszálakhoz képest

A szén nanocsövek nem korlátozódnak bizonyos alkalmazásokra a különböző iparágakban. Az anyagot viszonylag nemrég találták fel, ezért jelenleg széles körben használják tudományos fejlesztésekben és kutatásokban a világ számos országában. Ez szükséges a szén nanocsövek tulajdonságainak és jellemzőinek részletesebb vizsgálatához, valamint az anyag nagyüzemi előállításának megalapozásához, mivel jelenleg meglehetősen gyenge pozíciót foglal el a piacon.

A mikroprocesszorok hűtésére szén nanocsöveket használnak

A szén nanocsövek gépészeti felhasználása jó vezetőképességük miatt széles skálát ölel fel. Ezt az anyagot nagy méretű egységek hűtőberendezéseként használják. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a szén nanocsövek magas fajlagos hővezető képességgel rendelkeznek.

Nanocsövek alkalmazása a fejlesztésben számítógépes technológia fontos szerepet játszik az elektronikai iparban. Ennek az anyagnak köszönhetően meglehetősen lapos kijelzők gyártása jött létre. Ez hozzájárul a kompakt méretű számítástechnikai berendezések előállításához, ugyanakkor az elektronikus számítógépek műszaki jellemzői nem vesznek el, hanem meg is nőnek. A szén nanocsövek felhasználása a számítógépes technológiák és az elektronikai ipar fejlesztésében lehetővé teszi olyan berendezések gyártását, amelyek műszaki jellemzőiben sokszorosan felülmúlják a jelenlegi analógokat. E tanulmányok alapján már készülnek nagyfeszültségű képcsövek.

Az első szén nanocső processzor

Használati problémák

A nanocsövek használatával kapcsolatos egyik probléma az élő szervezetekre gyakorolt ​​negatív hatás, ami megkérdőjelezi ennek az anyagnak az orvostudományban való felhasználását. Egyes szakértők szerint a szén nanocsövek tömeggyártásának folyamatában felbecsülhetetlen kockázatok merülhetnek fel. Vagyis a nanocsövek alkalmazási területeinek bővülése következtében szükség lesz nagyarányú előállítására, és ennek megfelelően környezeti veszély is felmerül.

A tudósok azt javasolják, hogy keressenek módokat ennek a problémának a megoldására a környezetbarátabb módszerek és szén nanocsövek előállítására szolgáló módszerek alkalmazásával. Azt is javasolták, hogy ennek az anyagnak a gyártói komolyan közelítsék meg a CVD-folyamat következményeinek „megtisztításának” kérdését, ami viszont hatással lehet az előállított termékek költségének növekedésére.

Fénykép a nanocsövek sejtekre gyakorolt ​​negatív hatásáról: a) E. coli sejtek nanocsövekkel való érintkezés előtt; b) sejtek nanocsövekkel való érintkezés után

A modern világban a szén nanocsövek jelentősen hozzájárulnak az innovatív technológiák fejlesztéséhez. A szakértők a nanocsövek gyártásának növekedését jósolják a következő években, és e termékek árának csökkenését. Ez viszont kibővíti a nanocsövek alkalmazási lehetőségeit és növeli a fogyasztói keresletet a piacon.