ЭКОНОМИКА
занимательно, просто, кратко
примеры
и факты

Производство углеродных нанотрубок


Углеродные нанотрубки (CNT) - это цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной от нескольких микронов до нескольких сантиметров.

Производство углеродных нанотрубок

В зависимости от количества «стенок» различают нанотрубки одностенные (single wall CNT — атомы расположены в один слой) и многостенные (multi wall CNT — в несколько слоев). 

Упоминания о наблюдении различных структур углеродных нанотрубок встречаются в научной литературе с 1950-х годов, но настоящий бум в их исследовании начался в 1990-х, после вручения Нобелевской премии группе американских химиков за открытие фуллерена. Оказалось, что нанотрубки обладают совершенно уникальными характеристиками: их электро- и теплопроводность в несколько раз выше, чем у меди, они в сто раз прочнее стали, при этом обладают экстремальной химической и температурной стойкостью, но главное — это практически универсальная добавка (аддитив), способная передавать свои замечательные свойства в другие материалы-реципиенты — металлы, пластики и бетоны, существенно меняя и расширяя их функциональные характеристики. 

«CNT уже сейчас активно используются в качестве армирующей добавки в широком спектре материалов, где они выполняют роль, сходную с той, что играет стальная арматура в бетоне, — рассказывает М. Предтеченский. — Добавка одного процента CNT в алюминий позволяет получать материал со свойствами, близкими к стали; некоторые детали в автомобилях уже делают из такого материала. Мы вводим CNT в сотых долях процента от общего объема материала в различные пластики, и это не только обеспечивает их электропроводность, но и улучшает механические свойства… Уже сейчас на рынке продаются спортивные товары из таких композитов: велосипеды, горнолыжный инвентарь, клюшки, яхты, то есть те товары, где сочетание прочности и веса имеет принципиальное значение. Опыты с добавками долей процента углеродных нанотрубок в бетон показывают, что они увеличивают его прочность в полтора раза, а пенобетона — вдвое. Благодаря разнообразию уникальных свойств нанотрубок, ученые и инженеры уже предложили тысячи самых различных вариантов приложений этого материала в электронике, биотехнологии, материаловедении и других областях. Мы насчитали 16 тыс. патентов на применение CNT, зарегистрированных всего за последние несколько лет, причем количество патентов стремительно нарастает. Это говорит о высокой готовности производителей материалов использовать CNT». 

Однако до недавнего времени существовало промышленное производство лишь многостенных нанотрубок, удельные характеристики которых в расчете на единицу массы на порядок хуже, чем у более легких одностенных. 

«Многостенная трубка — это трубка, „свернутая“ из графита, — объясняет Ю. Коропачинский, — а одностенная — из графена… Между ними такая же разница, как между алмазом и каменным углем, хотя и то и другое состоит из углерода». 

Самый распространенный на сегодня способ получения CNT — это так называемая парофазная эпитаксия — метод каталитического осаждения из газовой фазы. Суть его в том, что наночастица катализатора (например, железа) помещается в газовую среду, содержащую углеводород с температурой около тысячи градусов, и это приводит к разложению углеводорода с выделением атомов углерода, которые оседают на поверхности инертной подложки. Этот метод позволяет выращивать относительно дешевые CNT, ценакоторых приближается к ста долларам за килограмм, но — только многостенные и, мягко говоря, не слишком хорошего качества.Дело в том, что многостенные CNT представляют собой клубки из туго переплетенных трубок размером около миллиметра, которые для получения более качественного материала надо еще «распутать», что очень сложно и дорого. А в спутанном виде эти трубки не дают нужного эффекта, поэтому берут их неохотно. Так что ряд западных концернов, вложивших немалые средства в развитие этой технологии, были вынуждены свернуть работы и отказаться от расширения производства. 

Новосибирские же ученые нацелились на создание коммерчески приемлемой технологии синтеза именно одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT), которые демонстрируют рекордную прочность и электропроводность и при этом не агломерированы, а раздельны.

Источник:
Веселова Э.Ш. Трубный глас в будущее // Источник ЭКО. Всероссийский экономический журнал, №11, Ноябрь 2017, C.18-30
04:55
41
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...


Обзоры

Copyright © 2015 popecon.ru
При использовании материалов сайта активная ссылка на popecon.ru обязательна

Сайт посвящен популяризации экономический теории. Здесь вы найдете статьи по экономике, примеры экономических закономерностей, интересные факты об экономике и объяснение явлений, происходящих в хозяйственной жизни общества.