Energi adalah industri penting yang memainkan peran besar dalam kehidupan manusia. Keadaan energi negara tergantung pada karya banyak ilmuwan di bidang ini. Hari ini mereka mencari sumber energi alternatif. Untuk keperluan ini, mereka siap menggunakan apa saja, mulai dari sinar matahari dan air, diakhiri dengan energi udara. Peralatan yang dapat menghasilkan energi dari lingkungan sangat dihargai.
Informasi umum
Carbon nanotube adalah bidang grafit gulung diperpanjang yang memiliki bentuk silinder. Biasanya, ketebalannya mencapai beberapa puluh nanometer, dengan panjang beberapa sentimeter. Di ujung nanotube, kepala bulat terbentuk, yang merupakan salah satu bagian dari fullerene.
Ada dua jenis karbon nanotube: logam dan semikonduktor. Perbedaan utama mereka adalah konduktivitas arus. Jenis pertama dapat menghantarkan arus pada suhu yang sama dengan 0ºС, dan yang kedua - hanya pada suhu tinggi.
Tabung nano karbon: properti
Kebanyakanbidang modern, seperti kimia terapan atau nanoteknologi, berhubungan dengan nanotube, yang memiliki struktur rangka karbon. Apa itu? Struktur ini mengacu pada molekul besar yang dihubungkan bersama hanya oleh atom karbon. Karbon nanotube, yang sifatnya didasarkan pada cangkang tertutup, sangat dihargai. Selain itu, formasi ini memiliki bentuk silinder. Tabung tersebut dapat diperoleh dengan melipat lembaran grafit, atau tumbuh dari katalis tertentu. Karbon nanotube, foto-foto yang disajikan di bawah ini, memiliki struktur yang tidak biasa.
Mereka datang dalam berbagai bentuk dan ukuran: berlapis tunggal dan berlapis banyak, lurus dan berliku-liku. Terlepas dari kenyataan bahwa nanotube terlihat cukup rapuh, mereka adalah bahan yang kuat. Sebagai hasil dari banyak penelitian, ditemukan bahwa mereka memiliki sifat seperti peregangan dan pembengkokan. Di bawah aksi beban mekanis yang serius, elemen tidak sobek atau pecah, yaitu, mereka dapat beradaptasi dengan tegangan yang berbeda.
Toksisitas
Sebagai hasil dari beberapa penelitian, ditemukan bahwa karbon nanotube dapat menyebabkan masalah yang sama seperti serat asbes, yaitu, berbagai tumor ganas muncul, serta kanker paru-paru. Tingkat dampak negatif asbes tergantung pada jenis dan ketebalan seratnya. Karena karbon nanotube kecil dalam berat dan ukuran, mereka dengan mudah memasuki tubuh manusia dengan udara. Selanjutnya, mereka memasuki pleura dan memasuki dada, dan seiring waktumenimbulkan berbagai komplikasi. Para ilmuwan melakukan percobaan dan menambahkan partikel nanotube ke makanan tikus. Produk yang berdiameter kecil praktis tidak berlama-lama di dalam tubuh, tetapi yang lebih besar melubangi dinding lambung dan menimbulkan berbagai penyakit.
Mendapatkan Metode
Hari ini, ada metode berikut untuk mendapatkan nanotube karbon: muatan busur, ablasi, deposisi uap.
Pelepasan busur listrik. Mendapatkan (karbon nanotube dijelaskan dalam artikel ini) dalam plasma muatan listrik, yang terbakar dengan penggunaan helium. Proses semacam itu dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan teknis khusus untuk produksi fullerene. Tetapi dengan metode ini, mode pembakaran busur lain digunakan. Misalnya, kerapatan arus berkurang, dan katoda dengan ketebalan yang sangat besar juga digunakan. Untuk menciptakan atmosfer helium, perlu untuk meningkatkan tekanan unsur kimia ini. Karbon nanotube diperoleh dengan sputtering. Untuk meningkatkan jumlah mereka, perlu untuk memasukkan katalis ke dalam batang grafit. Paling sering itu adalah campuran dari kelompok logam yang berbeda. Selanjutnya, ada perubahan tekanan dan metode penyemprotan. Dengan demikian, deposit katodik diperoleh, di mana nanotube karbon terbentuk. Produk jadi tumbuh tegak lurus terhadap katoda dan dikumpulkan dalam bundel. Panjangnya 40 m.
Ablasi. Metode ini ditemukan oleh Richard Smalley. Esensinya adalah untuk menguapkan permukaan grafit yang berbeda dalam reaktor yang beroperasi pada suhu tinggi. Karbon nanotube terbentuk sebagai hasil dari penguapan grafit di bagian bawahbagian dari reaktor.
Mereka didinginkan dan dikumpulkan menggunakan permukaan pendingin. Jika dalam kasus pertama, jumlah elemen sama dengan 60%, maka dengan metode ini angkanya meningkat 10%. Biaya metode absolasi laser lebih mahal daripada yang lainnya. Biasanya, nanotube berdinding tunggal diperoleh dengan mengubah suhu reaksi.
Deposisi dari fase gas. Metode deposisi uap karbon ditemukan pada akhir 50-an. Tapi tidak ada yang membayangkan bahwa nanotube karbon dapat diperoleh dengan itu. Jadi, pertama-tama Anda perlu menyiapkan permukaan dengan katalis. Partikel kecil dari logam yang berbeda, misalnya, kob alt, nikel, dan banyak lainnya, dapat berfungsi sebagai itu. Tabung nano mulai muncul dari unggun katalis. Ketebalannya secara langsung tergantung pada ukuran logam katalis. Permukaan dipanaskan sampai suhu tinggi, dan kemudian gas yang mengandung karbon disuplai. Diantaranya adalah metana, asetilen, etanol, dll. Amonia berfungsi sebagai gas teknis tambahan. Metode mendapatkan nanotube ini adalah yang paling umum. Proses itu sendiri terjadi di berbagai perusahaan industri, karena itu lebih sedikit sumber daya keuangan yang dihabiskan untuk pembuatan sejumlah besar tabung. Keuntungan lain dari metode ini adalah elemen vertikal dapat diperoleh dari partikel logam apa pun yang berfungsi sebagai katalis. Mendapatkan (karbon nanotube dijelaskan dari semua sisi) menjadi mungkin berkat penelitian Suomi Iijima, yangdiamati di bawah mikroskop untuk penampilan mereka sebagai hasil dari sintesis karbon.
Spesies utama
Elemen karbon diklasifikasikan berdasarkan jumlah lapisan. Jenis yang paling sederhana adalah nanotube karbon berdinding tunggal. Masing-masing memiliki ketebalan sekitar 1 nm, dan panjangnya bisa lebih panjang. Jika kita mempertimbangkan strukturnya, maka produknya terlihat seperti membungkus grafit dengan kisi heksagonal. Di puncaknya adalah atom karbon. Dengan demikian, tabung memiliki bentuk silinder, yang tidak memiliki jahitan. Bagian atas perangkat ditutup dengan penutup yang terdiri dari molekul fullerene.
Tampilan selanjutnya adalah tabung nano karbon berlapis-lapis. Mereka terdiri dari beberapa lapisan grafit, yang dilipat menjadi bentuk silinder. Jarak 0,34 nm dipertahankan di antara mereka. Struktur jenis ini dijelaskan dalam dua cara. Menurut yang pertama, tabung multilayer adalah beberapa tabung berlapis tunggal yang bersarang satu sama lain, yang terlihat seperti boneka bersarang. Menurut yang kedua, nanotube multilayer adalah lembaran grafit yang membungkus dirinya sendiri beberapa kali, yang terlihat seperti koran terlipat.
Tabung nano karbon: aplikasi
Elemen adalah perwakilan mutlak baru dari kelas bahan nano.
Seperti yang disebutkan sebelumnya, mereka memiliki struktur rangka, yang memiliki sifat berbeda dari grafit atau berlian. Itulah mengapa bahan ini lebih sering digunakan daripada bahan lainnya.
Karena karakteristiknya seperti kekuatan, kelenturan, konduktivitas, digunakan di banyak bidang:
- sebagai aditif untuk polimer;
- katalis untuk perangkat penerangan, serta layar panel datar dan handset di jaringan telekomunikasi;
- sebagai penyerap gelombang elektromagnetik;
- untuk konversi energi;
- pembuatan anoda pada berbagai jenis baterai;
- penyimpanan hidrogen;
- manufaktur sensor dan kapasitor;
- produksi komposit dan penguatan struktur dan propertinya.
Selama bertahun-tahun, nanotube karbon, yang penerapannya tidak terbatas pada satu industri tertentu, telah digunakan dalam penelitian ilmiah. Bahan tersebut memiliki posisi yang lemah di pasar, karena ada masalah dengan produksi skala besar. Poin penting lainnya adalah tingginya biaya karbon nanotube, yaitu sekitar $120 per gram zat semacam itu.
Mereka digunakan sebagai elemen dasar untuk produksi banyak komposit, yang digunakan untuk membuat banyak barang olahraga. Industri lainnya adalah industri otomotif. Fungsionalisasi karbon nanotube di area ini direduksi menjadi polimer dengan sifat konduktif.
Konduktivitas termal nanotube cukup tinggi sehingga dapat digunakan sebagai perangkat pendingin untuk berbagai peralatan besar. Mereka juga digunakan untuk membuat tip yang dipasang pada tabung probe.
Area aplikasi yang paling penting adalah teknologi komputer. Berkat nanotube, terutama layar datar dibuat. Mereka dapat digunakan untuk secara signifikan mengurangidimensi keseluruhan dari komputer itu sendiri, serta meningkatkan kinerja teknisnya. Peralatan jadi akan beberapa kali lebih unggul dari teknologi saat ini. Berdasarkan studi ini, kineskop tegangan tinggi dapat dibuat.
Seiring waktu, tabung akan digunakan tidak hanya di bidang elektronik, tetapi juga di bidang medis dan energi.
Produksi
Tabung karbon yang produksinya terdistribusi di antara kedua jenis tersebut, tidak merata.
Jadi MWNT menghasilkan lebih banyak daripada SWNT. Jenis kedua dilakukan dalam kasus kebutuhan mendesak. Berbagai perusahaan terus memproduksi nanotube karbon. Tapi mereka praktis tidak diminati, karena harganya terlalu tinggi.
Pemimpin produksi
Saat ini, tempat terdepan dalam produksi karbon nanotube ditempati oleh negara-negara Asia, yang kemampuan produksinya 3 kali lebih tinggi daripada di negara-negara lain di Eropa dan Amerika. Secara khusus, Jepang bergerak dalam pembuatan MWNT. Namun negara lain seperti Korea dan China tidak kalah dengan indikator ini.
Produksi di Rusia
Produksi karbon nanotube dalam negeri jauh tertinggal dari negara lain. Padahal, itu semua tergantung pada kualitas penelitian di bidang ini. Itu tidak mengalokasikan sumber daya keuangan yang cukup untuk menciptakan pusat-pusat ilmiah dan teknologi di negara ini. Banyak orang yang tidak menerima perkembangan di bidang nanoteknologi karena tidak mengetahui bagaimana pemanfaatannya dalam industri. Oleh karena itu, transisi ekonomijalur barunya cukup sulit.
Oleh karena itu, Presiden Rusia mengeluarkan dekrit yang mengindikasikan perkembangan berbagai bidang nanoteknologi, termasuk unsur karbon. Untuk tujuan ini, program khusus untuk pengembangan dan produksi teknologi kami sendiri telah dibuat.
Untuk memenuhi semua poin pesanan, perusahaan Rosnanotech telah dibuat. Sejumlah besar dialokasikan dari anggaran negara untuk fungsinya. Dialah yang harus mengontrol proses pengembangan, produksi dan pengenalan nanotube karbon ke dalam lingkup industri. Jumlah yang dialokasikan akan dihabiskan untuk pembuatan berbagai lembaga penelitian dan laboratorium, dan juga akan memperkuat prestasi ilmuwan dalam negeri yang ada. Juga, dana ini akan digunakan untuk membeli peralatan berkualitas tinggi untuk produksi nanotube karbon. Perangkat yang akan melindungi kesehatan manusia juga perlu dirawat, karena bahan ini menyebabkan banyak penyakit.
Seperti yang disebutkan sebelumnya, seluruh masalah adalah mengumpulkan dana. Sebagian besar investor tidak ingin berinvestasi dalam penelitian dan pengembangan, terutama untuk waktu yang lama. Semua pengusaha ingin melihat keuntungan, tetapi pengembangan nano bisa memakan waktu bertahun-tahun. Inilah yang mengusir perwakilan usaha kecil dan menengah. Selain itu, tanpa investasi pemerintah, produksi nanomaterial tidak dapat sepenuhnya diluncurkan.
Masalah lainadalah kurangnya kerangka hukum, karena tidak ada hubungan antara antara berbagai tahap bisnis. Oleh karena itu, nanotube karbon, yang produksinya tidak diminati di Rusia, tidak hanya membutuhkan investasi finansial, tetapi juga mental. Sejauh ini, Federasi Rusia jauh dari negara-negara Asia yang memimpin dalam pengembangan nanoteknologi.
Saat ini, pengembangan industri ini dilakukan di departemen kimia di berbagai universitas di Moskow, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk, dan Kazan. Produsen karbon nanotube terkemuka adalah perusahaan Granat dan pabrik Komsomolets di Tambov.
sisi baik dan buruk
Di antara kelebihannya adalah sifat khusus dari karbon nanotube. Mereka adalah bahan tahan lama yang tidak runtuh di bawah pengaruh pengaruh mekanis. Selain itu, mereka bekerja dengan baik untuk menekuk dan meregangkan. Ini dimungkinkan oleh struktur rangka tertutup. Aplikasi mereka tidak terbatas pada satu industri. Tabung digunakan dalam otomotif, elektronik, obat-obatan dan energi.
Kerugian besar adalah dampak negatifnya terhadap kesehatan manusia.
Partikel nanotube yang masuk ke dalam tubuh manusia menyebabkan munculnya tumor ganas dan kanker.
Sisi penting adalah pembiayaan industri ini. Banyak orang tidak mau berinvestasi di bidang sains, karena butuh waktu lama untuk mendapatkan keuntungan. Dan tanpa berfungsinya laboratorium penelitian, pengembangan nanoteknologitidak mungkin.
Kesimpulan
Tabung nano karbon memainkan peran penting dalam teknologi inovatif. Banyak ahli memprediksi pertumbuhan industri ini di tahun-tahun mendatang. Akan ada peningkatan yang signifikan dalam kemampuan produksi, yang akan menyebabkan penurunan biaya barang. Dengan penurunan harga, tabung akan banyak diminati, dan akan menjadi bahan yang sangat diperlukan untuk banyak perangkat dan peralatan.
Jadi, kami menemukan produk apa ini.
