Ученые не знают всего об углеродных нанотрубках или УНТ для краткости, но они знают, что это очень тонкие легкие полые трубки, состоящие из атомов углерода. Углеродная нанотрубка похожа на лист графита, свернутый в цилиндр, с характерной шестиугольной решеткой, составляющей лист. Углеродные нанотрубки чрезвычайно малы; диаметр одной углеродной нанотрубки составляет один нанометр, что составляет одну десятитысячную (1/10 000) диаметра человеческого волоса. Углеродные нанотрубки можно производить различной длины.
Углеродные нанотрубки классифицируются в зависимости от их структуры: одностенные нанотрубки (ОСНТ), двустенные нанотрубки (ДУНТ) ) и многостенных нанотрубок (MWNT). Различные структуры обладают индивидуальными свойствами, которые делают нанотрубки подходящими для различных применений.
Благодаря своим уникальным механическим, электрическим и термическим свойствам углеродные нанотрубки открывают захватывающие возможности для научных исследований и промышленного и коммерческого применения. У углеродных нанотрубок большой потенциал в производстве композитов.
Как изготавливаются углеродные нанотрубки?
Пламя свечи естественным образом формирует углеродные нанотрубки. Однако, чтобы использовать углеродные нанотрубки в исследованиях и разработке промышленных товаров, ученые разработали более надежные методы производства. Несмотря на то, что используется ряд производственных методов, химическое осаждение из паровой фазы, дуговый разряд и лазерная абляция являются тремя наиболее распространенными методами производства углеродных нанотрубок.
В При химическом осаждении из паровой фазы углеродные нанотрубки выращиваются из зародышей металлических наночастиц, посыпанных на подложку и нагретых до 700 градусов по Цельсию (1292 градусов по Фаренгейту). Два введенных в процесс газа запускают образование нанотрубок. (Из-за реакционной способности между металлами и электрическими цепями оксид циркония иногда используется вместо металла для зародышей наночастиц.) Химическое осаждение из паровой фазы – самый популярный метод для промышленного производства.
Дуговый разряд был первым методом синтеза углеродных нанотрубок. Два углеродных стержня, расположенные встык, испаряются дуговым испарением, образуя углеродные нанотрубки. Хотя это простой метод, углеродные нанотрубки необходимо дополнительно отделить от пара и сажи.
Лазерная абляция объединяет импульсный лазер и инертный газ при высокой температуры. Импульсный лазер испаряет графит, образуя углеродные нанотрубки из паров. Как и в случае с методом дугового разряда, углеродные нанотрубки необходимо дополнительно очищать..
Преимущества углеродных нанотрубок
Углеродные нанотрубки обладают рядом ценных и уникальных свойств, в том числе:
- Высокая теплопроводность и электрическая проводимость
- Оптические свойства
- Гибкость
- Повышенная жесткость
- Высокая прочность на разрыв (в 100 раз сильнее стали на единицу веса)
- Легкий
- Диапазон электро- проводимость
- Возможность манипулирования, но при этом остается сильной.
В применении к продуктам эти свойства обеспечивают огромные преимущества. Например, при использовании в полимерах объемные углеродные нанотрубки могут улучшить электрические, термические и электрические свойства продуктов.
Области применения и применения
Сегодня углеродные нанотрубки находят применение во многих различных продуктах, и исследователи продолжают поиск новых творческих приложений.
Текущие приложения включают:
- Компоненты велосипеда
- Ветровые турбины
- Плоские дисплеи
- Сканирующие зондовые микроскопы
- Чувствительные устройства
- Морские краски
- Спортивное оборудование, такое как лыжи, бейсбольные биты, хоккейные клюшки , стрелы для стрельбы из лука и доски для серфинга
- Электрическая схема
- Батареи с более длительным сроком службы
- Электроника
Использование углеродных нанотрубок в будущем может включать:
- Одежда (ударопрочная и пуленепробиваемая). )
- Полупроводниковые материалы
- Космический корабль
- Космические лифты
- Солнечная панель els
- Лечение рака
- Сенсорные экраны
- Накопление энергии
- Оптика
- Радар
- Биотопливо
- ЖК-дисплеи
- Субмикроскопические пробирки
Хотя высокие производственные затраты в настоящее время ограничивают коммерческие приложения, возможности для новых производственных методов и приложений обнадеживают. По мере расширения понимания углеродных нанотрубок будет расширяться и их использование. Благодаря уникальному сочетанию важных свойств углеродные нанотрубки могут произвести революцию не только в повседневной жизни, но и в научных исследованиях и здравоохранении.
Возможные риски для здоровья, связанные с углеродом. Нанотрубки
УНТ – это совершенно новый материал с небольшой историей. Хотя никто еще не заболел в результате нанотрубок, ученые проповедуют осторожность при обращении с наночастицами. У людей есть клетки, которые могут перерабатывать токсичные и посторонние частицы, такие как частицы дыма. Однако, если некоторая инородная частица слишком велика или слишком мала, тело может быть не в состоянии захватить и обработать эту частицу. Так было с асбестом.
Потенциальные риски для здоровья не являются поводом для беспокойства, однако люди, работающие с углеродными нанотрубками, должны принимать необходимые меры предосторожности, чтобы избежать контакта.