Proprietățile nanotuburilor de carbon. Curățarea nanotuburilor de carbon

Ministerul Educației și Științei din Federația Rusă

Instituția federală de stat a educației profesionale superioare

Universitatea Rusă de tehnologie chimică. D. I. Mendeleev.

Facultatea de Chimie de petrol și gaze și materiale polimerice

Departamentul de Materiale de Carbon Tehnologic Chimice

Raport de practică

pe subiectul nanotuburilor de carbon și nanovolkna

Efectuat: Marinin S. D.

Verificat: Doctor de Științe Chimice, Bucharkina T. V.

Moscova, 2013.

Introducere

Sfera nanotehnologiei este considerată temă cheie la nivel mondial pentru tehnologiile secolului XXI. Posibilitățile utilizării lor versatile în astfel de zone ale economiei ca producție de semiconductori, medicină, echipamente senzoriale, ecologie, industria automobilelor, materiale de construcții, biotehnologie, chimie, aeronave și cosmonautică, inginerie și industria textilă, poartă un potențial uriaș de creștere. Utilizarea produselor nanotehnologice va economisi pe materiile prime și consumul de energie, va reduce emisiile în atmosferă și, prin urmare, să contribuie la dezvoltarea durabilă a economiei.

Evoluțiile în domeniul nanotehnologiei sunt angajate într-o nouă zonă interdisciplinară - nanoscience, una dintre direcțiile care este nanochimia. Nanochimia a apărut la intersecția de secole, când se părea că totul a fost deschis în chimie, totul a fost clar și cunoștințele dobândite dobândite în beneficiul societății.

Chimienii cunoșteau întotdeauna și bine au înțeles valoarea atomilor și a moleculelor ca "cărămizi" majore de o bază chimică imensă. În același timp, dezvoltarea de noi metode de cercetare, cum ar fi microscopia electronică, spectroscopia de masă foarte selectivă, în combinație cu metode speciale de preparare a probelor, a făcut posibilă obținerea informațiilor despre particulele care conțin mici, mai puțin de o sută, numărul de atomi .

În astfel de particule, aproximativ 1 nm (10-9 m este doar un milimetru, împărțit la un milion), sunt detectate proprietăți chimice neobișnuite, dificile.

Cel mai faimos și ușor de înțeles pentru majoritatea oamenilor sunt următoarele astfel de nanostructuri, cum ar fi fullerene, grafen, nanotuburi de carbon și nanofibre. Toate acestea constau în atomi de carbon legați unul de celălalt, dar forma va diferi semnificativ. Grafen este un avion, monostrat, "curată" de la atomii de carbon din SP 2 hibridizare. Fullerenes sunt poligoane închise, ceva asemănător cu o minge de fotbal. Nanotuburi - corpuri vrac goale cilindrice. Nanofolokna poate fi conuri, cilindri, boluri. În munca mea, voi încerca să iluminez non-nanotuburi și nanofibre.

Structura nanotuburilor și nanovolokonului

Ce este nanotuburile de carbon? Nanotuburile de carbon sunt un material de carbon, care este structurile cilindrice cu un diametru de câteva nanometri constând din planuri de grafit laminate în tub. Planul de grafit este o plasă hexagonală continuă cu atomi de carbon în vârfurile hexagonalelor. Nanotuburile de carbon pot diferi în lungime, diametrul, chiralitatea (simetria planului de grafit laminat) și numărul de straturi. Chiralitate<#"280" src="/wimg/13/doc_zip1.jpg" />

Un singur nanotuburi. Nanotuburi de carbon cu un singur strat - un subspecii de nanofolocon de carbon cu o structură formată prin prăbușirea grafenului în cilindru cu conexiunea laturilor sale fără o cusătură. Prăbușirea grafenei în cilindru fără o cusătură este posibilă numai printr-un număr finit de metode care diferă în direcția vectorului bidimensional, care conectează două puncte echivalente pe grafen, care coincid când este pliată în cilindru. Acest vector este numit vector de chiralitate nanotuburi de carbon cu un singur strat. Astfel, nanotuburile de carbon cu un singur strat diferă în diametru și chiralitate. Diametrul nanotuburilor cu un singur strat, conform datelor experimentale, variază de la ~ 0,7 nm până la ~ 3-4 nm. Lungimea nanotubului cu un singur strat poate ajunge la 4 cm. Există trei forme de-al meu: tipuri achirale de "fotolii" (două laturi ale fiecărui hexagon orientat perpendicular pe axa cNT), tip Ahiraral "Zigzag" (două laturi din fiecare hexagon sunt orientate paralel cu axa CNT) și chiral sau spiralat (fiecare parte a hexagonului este situată la axa CNT la un unghi, diferit de 0 și 90 º ). Astfel, CNT-urile achirale ale tipului "fotolii" caracterizează indicele (N, N), cum ar fi ZigzAg - (N, 0), chiral - (N, M).

Numărul de straturi din ISD nu este cel mai adesea mai mare de 10, dar în unele cazuri ajunge la mai multe zeci.

Uneori, printre nanotuburile multistrat, nanotuburile cu două straturi sunt izolate. Structura tipului "Rusă Matryoshka" (păpușile rusești) este o combinație de tuburi cilindrice imbricate coaxial. Un alt tip de structură este o combinație de prisme coaxiale investite unul în celălalt. În cele din urmă, acestea din urmă dintre structurile de mai sus seamănă cu o defilare (derulare). Pentru toate structurile din fig. Caracteristică distanței dintre straturile de grafen adiacente, aproape de 0,34 nm, inerente la distanța dintre planurile adiacente de grafit cristalin<#"128" src="/wimg/13/doc_zip3.jpg" />

Rusă Matryoshka Roll Hârtie Masha

Nanofibrele de carbon (UNV) sunt o clasă de astfel de materiale în care straturile de grafen curbate sau nanoconii sunt pliate sub forma unui fir unidimensional, a cărei structură internă poate fi caracterizată printr-un unghi α între straturile de grafen și axa fibrei. Una dintre diferențele comune este observată între cele două tipuri principale de fibre: "pomul de Crăciun", cu straturi de grafen conice strâns și a α și "bambus", cu straturi de grafen cilindrice și mici, care sunt mai asemănătoare la nanotuburile de carbon cu mai multe straturi<#"228" src="/wimg/13/doc_zip4.jpg" />

a-nanofiber "monede coloane";

b - Nanofiber "Structuri de Crăciun" (teanc de conuri, "os osos");

in-Nanofiber "Stack of Cupe" ("lămpi lampa");

dl Nanotube "Matryoshka Rusă";

d - bambus nanofibre;

e - Nanofibers cu secțiuni sferice;

ei bine - Nanofibre cu secțiuni poliedric

Separarea nanotuburilor de carbon într-o subspecie separată se datorează faptului că proprietățile lor diferă semnificativ pentru mai bine de la proprietățile altor tipuri de nanofolocon de carbon. Acest lucru se explică prin faptul că stratul grafen formează peretele nanotuburilor de-a lungul întregii sale lungimi, are o rezistență ridicată la tracțiune, căldură și conductivitate electrică. Spre deosebire de nanofibrii de carbon atunci când se deplasează de-a lungul peretelui, există tranziții de la un strat de grafen la altul. Prezența contactelor intermediare și a defectuosității ridicate a structurii de nanonolocon se înrăutățește în mod semnificativ caracteristicile lor fizice.

Istorie

Este dificil să vorbim despre istoria nanotuburilor și nanofoloconului separat, deoarece aceste produse se însoțesc adesea în timpul sintezei. Una dintre primele date privind prepararea nanofoloconei de carbon este probabil să fie brevet din 1889 pentru a obține forme tubulare de carbon, formate în timpul pirolizei amestecului de CH4 și H2 în cruciba de fier cu Hughes și Camere. Au folosit un amestec de metan și hidrogen pentru cultivarea filamentelor de carbon prin piroliza gazului cu depunerea ulterioară a carbonului. Vorbind despre obținerea acestor fibre cu siguranță, a devenit posibilă mult mai târziu când a devenit posibilă studierea structurii lor folosind un microscop electronic. Prima observație a nanofoloconului de carbon cu ajutorul microscopiei electronice a fost făcută la începutul anilor 1950 de către oamenii de știință sovietici Radushekevich și Lukyanovich, care au publicat un articol în Jurnalul Sovietic de Chimie Fizică, care a arătat fibre de carbon grafit goale, care au reprezentat 50 de nanometri în diametru. La începutul anilor 1970, cercetătorii japonezi Koyam și Endo au reușit să obțină fibre de carbon prin precipitare din faza de gaz (VGCF) cu un diametru de 1 pm și mai mult de 1 mm lungime. Mai târziu, la începutul anilor 1980, tibbetele din SUA și Benissad din Franța au continuat să îmbunătățească procesul de obținere a fibrelor de carbon (VGCF). În SUA, studiile mai profunde dedicate sintezei și proprietăților acestor materiale pentru aplicații practice au fost efectuate de R. Terry K. Baker și au fost motivați de necesitatea de a suprima creșterea nanofoloconului de carbon datorită problemelor constante cauzate de acumulare de material în diferite procese comerciale, în special în domeniul rafinării petrolului. Prima încercare de a comercializa fibrele de carbon cultivate din faza gazoasă a fost efectuată de compania japoneză Nikosso în 1991, sub numele de marcă Grasker, în același an Idymi și-a publicat faimosul articol de raportare privind deschiderea nanotuburilor de carbon<#"justify">Obținerea

În prezent, sunt utilizate în principal sinteze bazate pe piroliza hidrocarburilor și sublimarea și demublimamentele grafitului.

metoda arcului electric
încălzirea radiațiilor (utilizarea huburilor solare sau a radiației laser),
termal laser.
Încălzire cu fascicul electronic sau de ioni,
reducerea plasmei
Încălzire rezistivă.

Multe dintre aceste opțiuni au soiuri proprii. Partea ierarhiei a variantelor din metoda arcului electric este prezentată în diagramă:

În prezent, pulverizarea termică a electrozilor de grafit din plasma de descărcare a arcului este cea mai frecventă. Procesul de sinteză este realizat într-o cameră plină cu heliu sub o presiune de aproximativ 500 mm Hg. Artă. Când plasma arde, există o evaporare termică intensă a anodului, în timp ce precipitatul se formează pe suprafața de capătul catodului, în care se formează nanotuburi de carbon. Numărul maxim de nanotuburi se formează atunci când curentul plasmatic este minim, iar densitatea sa este de aproximativ 100 A / cm2. În instalațiile experimentale, tensiunea dintre electrozii este de aproximativ 15-25 V, curentul de descărcare este câțiva zeci de amperi, distanța dintre marginile electrozilor de grafit este de 1-2 mm. În procesul de sinteză, aproximativ 90% din masa anodului este depusă pe catod. Numeroasele nanotuburi rezultate au o lungime de aproximativ 40 microni. Ele cresc pe un catod perpendicular pe suprafața plană a capătului său și sunt colectate în grinzi cilindrice cu un diametru de aproximativ 50 pm.

Bădurile nanotuburilor acoperă în mod regulat suprafața catodului, formând o structură celulară. Conținutul de nanotuburi din sedimentul de carbon este de aproximativ 60%. Pentru separarea componentelor, precipitatul rezultat este plasat în metanol și tratat cu ultrasunete. Ca rezultat, se obține o suspensie, care după adăugarea apei este supusă unei separări în centrifugă. Particulele mari se lipesc de pereții centrifugăi, iar nanotuburile rămân în suspensie. Apoi, nanotuburile sunt spălate în acid azotic și sunt uscate într-un curent gazos de oxigen și hidrogen într-un raport de 1: 4 la o temperatură de 750 0 C timp de 5 minute. Ca rezultat al acestui tratament, se obține un material poros ușor constând din numeroase nanotuburi cu un diametru mediu de 20 nm și 10 microni. În timp ce lungimea maximă atinsă a nanofolkului este de 1 cm.

Piroliza hidrocarburilor

Conform alegerii reactivilor și metodelor inițiale de procese, acest grup are un număr semnificativ de opțiuni decât metodele de sublimare și demublimare ale grafitului. Acesta oferă un control mai clar al procesului de formare a CNT, este în mare măsură adecvat pentru producția la scară largă și permite nu numai nanomaterialele de carbon, ci și anumite structuri pe substraturi, fibre macroscopice, constând din nanotuburi, precum și materiale compozite, În particular, modificat de fibre de carbon CNT carbonat și carbon, compozite ceramice. Folosind litografia nanosferică recent dezvoltată, a fost posibilă obținerea cristalelor fotonice de la CNT. În acest fel, puteți selecta cNT de un anumit diametru și lungime.

Avantajele metodei pirolitice, în plus, este posibilă implementarea acestuia pentru sinteza matricei, de exemplu, folosind membrane poroase din oxid de aluminiu sau din site moleculare. Folosind oxid de aluminiu, este posibilă obținerea CNT-urilor ramificate și a membranelor de la CNT. Principalele dezavantaje ale metodei matricei sunt costul ridicat al multor matrice, dimensiunile lor mici și nevoia de a utiliza reactivi activi și condiții dure pentru dizolvarea matricelor.

Mai des decât altele pentru sinteza CNT și UNV sunt procesele de piroliză a trei hidrocarburi: metan, acetilenă și benzen, precum și descompunerea termică (disproporția) de CO. Metanul, precum și monoxidul de carbon, nu este înclinat să descompune la temperaturi scăzute (o descompunere necoatalică a metanului începe la ~ 900 despre C), ceea ce permite sintetizarea unui Ounte cu o cantitate relativ mică de impuritate amorfă a carbonului. Oxidul de carbon nu se descompune la temperaturi scăzute pentru un alt motiv: cinetic. Diferența de comportament a diferitelor substanțe este vizibilă în fig. 94.

Avantajele metanului în fața altor hidrocarburi și oxid de carbon includ faptul că piroliza sa cu formarea CNT sau UNV este combinată cu eliberarea de 2 și pot fi utilizate în producția de funcționare deja 2.

Catalizatori

Catalizatorii pentru formarea formării CNT și UNV sunt Fe, CO și NI; Promotorii care sunt introduși în cantități mai mici sunt predominant MO, W sau CR (mai puțin frecvent - V, Mn, PT și PD), purtători de catalizator - oxizi non-volatili și hidroxizi de metal (MG, CA, AL, LA, SI, TI, Zr), soluții solide, unele săruri și minerale (carbonate, spineluri, perovskite, hidrotalcite, argile naturale, diatomete), sită moleculară (în special zeoliți), silicagel, airgel, alumingel, poros și amorf C. Cu acest v , Cr, Mo, W, Mn și, probabil, unele metale în condițiile de piroliză sunt sub formă de compuși - oxizi, carburi, metalizi etc.

Metale nobile (PD, RU, PDSE), Aliaje (Mishmetal, Permallah, Nichrome, Monel, Oțel inoxidabil, CO-V, Fe - Cr, Fe - Sn, Fe - Ni-Cr, Fe - Ni- pot fi utilizate ca catalizatori . C, CO-FE-NI, aliaj solid Co-WC și colab.), Cosi 2 și coge. 2, Lani. 5, MMNI. 5 (MM - Mishmetal), aliaje ZR și alte metale care formează hidrură. Dimpotrivă, au și AG inhibă formarea CNT.

Catalizatorii pot fi aplicați la siliciu acoperit cu un film subțire de oxid, Germania, unele tipuri de sticlă și substraturi din alte materiale.

Purtătorul ideal al catalizatoarelor este siliciu poros, obținut prin gravarea electrochimică a siliciului de cristal unic într-o soluție de o anumită compoziție. Siliconul poros poate conține micropore (< 2 нм), мезопоры и макропоры (> 100 nm). Metodele tradiționale sunt utilizate pentru a obține catalizatori:

amestecarea pulberilor (mai puțin adesea sinterizare);
pulverizarea sau precipitarea electrochimică a metalelor pe substrat urmată de transformarea unui film subțire solid pe insulele de nano-dimensiuni (se utilizează și pulverizarea stratului de la strat de mai multe metale;
precipitații chimice din faza gazoasă;
substrat de scufundare la soluție;
aplicarea suspensiei cu particule de catalizator pentru un substrat;
aplicând o soluție pe un substrat rotativ;
impregnarea sărurilor de pulberi inerte;
coexiparea oxizilor sau hidroxizilor;
schimb de ioni;
metode coloidale (procesul sol-gel, metoda micelurilor inverse);
descompunerea termică a sărurilor;
arderea nitraților metalici.

În plus față de cele două grupe descrise mai sus, au fost dezvoltate un număr mare de alte metode de obținere a CNT. Puteți să le clasificați în funcție de sursele de carbon utilizate. Compușii inițiali sunt: \u200b\u200bgrafit și alte forme de carbon solid, compuși organici, compuși anorganici, conexiuni organometalice. Grafit poate fi transformat într-un CNT în câteva moduri: rulmenți intens cu bile cu recoacere ulterioară la temperaturi ridicate; electroliza sărurilor topite; împărțind în foi de grafen separate și răsucirea spontană ulterioară a acestor foi. Carbonul amorf poate fi transformat în CNT atunci când procesează în condiții hidrotermale. Din negru de fum (funingine), CNT a fost obținut cu transformare la temperaturi ridicate în prezența sau fără catalizatori, precum și atunci când interacționează cu vapori de apă sub presiune. Structurile nanotructurate sunt conținute în produse de recoacere în vid (1000 despre C) filmele de carbon asemănător cu diamante în prezența unui catalizator. În cele din urmă, transformarea catalitică la temperaturi ridicate a fulleritei cu 60 Sau tratamentul său în condiții hidrotermale duc, de asemenea, la formarea CNT.

Nanotuburile de carbon există în natură. Un grup de cercetători mexicani le-a descoperit în probele de petrol extrase dintr-o adâncime de 5,6 km (Velasco-Santos, 2003). Diametrul CNT a fost de la mai multe nanometri la zeci de nanometri, lungimea a atins 2 microni. Unele dintre ele au fost umplute cu diferite nanoparticule.

Curățarea nanotuburilor de carbon

Niciuna dintre modalitățile comune de a produce CNT face posibilă alocarea lor în forma sa pură. Impuritățile către NT pot fi fullerene, carbon amorf, particule grafitizate, particule de catalizator.

distructiv
nedistructiv
combinate.

Metodele distructive utilizează reacții chimice care pot fi oxidative sau reducătoare și se bazează pe diferențe în reactivitatea diferitelor forme de carbon. Pentru oxidare, se utilizează fie soluții de oxidanți, fie reactivi gazoși, pentru recuperare - hidrogen. Metodele vă permit să evidențieți CNT de puritate ridicată, dar sunt asociate cu pierderea tuburilor.

Metodele nedistructive includ extracția, flocularea și precipitațiile selective, microfiltrarea curentă încrucișată, cromatografia de deplasare, electroforeza, interacțiunea selectivă cu polimerii organici. De regulă, aceste metode sunt mici și ineficiente.

Proprietățile nanotuburilor de carbon

Mecanic. Nanotuburile, așa cum am menționat, sunt materiale extrem de solide, atât pe întindere cât și la îndoire. În plus, sub acțiunea solicitărilor mecanice care depășesc criticul, nanotuburile nu sunt "rutină", \u200b\u200bdar sunt reconstruite. Pe baza acestei proprietăți de nanotuburi ca rezistență ridicată, se poate argumenta că acestea sunt cel mai bun material pentru cablul liftului spațial în acest moment. Pe măsură ce rezultatele experimentelor și show-ul de simulare numerică, modulul Nanotube cu strat tânără atinge valorile de aproximativ 1-5 TPA, ceea ce reprezintă o ordine de mărime mai mare decât oțelul. Graficul de mai jos prezintă o comparație a nanotuburilor cu un singur strat și oțel de înaltă rezistență.

1 2

Ascensorul cosmic pentru calcule trebuie să reziste la tensiunea mecanică de 62,5 GPA

Diagrama de întindere (dependența mecanică a tensiunii σ de la alungirea relativă ε)

Pentru a demonstra o diferență semnificativă între cele mai durabile în momentul în care materialele și nanotuburile de carbon, efectuați următorul experiment mental. Imaginați-vă că, după cum sa presupus, o anumită structură uniformă în formă de pene va servi ca un cablu pentru un lift spațial, constând din materialele cele mai durabile, diametrul geo-orbitei pământului geostaționar) va fi de aproximativ 2 km și se îngustează 1 mm la suprafața de suprafață. În acest caz, masa totală va fi de 60 * 1010 tone. Dacă nanotuburile de carbon au fost utilizate ca material, diametrul cablului din Geo a fost de 0,26 mm și 0,15 mm la suprafața pământului, în legătură cu care masa totală a fost de 9,2 tone. După cum se poate observa din faptele de mai sus, nanofibrii de carbon sunt doar materialul care este necesar la construirea unui cablu, al cărui diametru real va fi de aproximativ 0,75 m pentru a rezista la sistemul electromagnetic utilizat pentru a deplasa cabina ascensorului cosmic.

Electric. Datorită dimensiunilor mici de nanotuburi de carbon, numai în 1996 a reușit să-și măsoare direct rezistența electrică specifică la metoda cu patru contacte.

O dungi de aur au fost aplicate pe suprafața lustruită a oxidului de siliciu în vid. În intervalul dintre ele, nanotuburile au fost pulverizate cu o lungime de 2-3 microni. Apoi, 4 conductor de tungsten cu o grosime de 80 nm au fost aplicate la una din nanotuburile selectate pentru măsurare. Fiecare dintre conductorii de tungsten a avut contact cu unul dintre benzile de aur. Distanța dintre contactele de pe nanotub a fost de la 0,3 la 1 μm. Rezultatele măsurătorilor directe au arătat că rezistența specifică a nanotuburilor poate varia în limite mari - de la 5.1 * 10 -6 până la 0,8 ohm / cm. Rezistența specifică minimă este o ordine de mărime mai mică decât cea a grafitului. Majoritatea nanotuburilor au o conductivitate metalică, iar cele mai mici prezintă proprietățile semiconductorului cu lățimea zonei interzise de la 0,1 la 0,3 EV.

Cercetătorii francezi și ruși (de la IPTM RAS, Cernogolovka) O altă proprietate a nanotuburilor a fost deschisă ca superconductivitate. Ei au măsurat caracteristicile volt-ampere ale unui nanotub separat cu un singur strat cu un diametru de ~ 1NM, laminat în cablajul unui număr mare de nanotuburi cu un singur strat, precum și nanotuburi individuale cu mai multe straturi. Actualul superconductor la o temperatură apropiat de 4K a fost observat între două contacte metalice superconductoare. Particularitățile transferului de taxare în Nanotub diferă semnificativ de cele care sunt inerente conductorilor convenționali, tridimensionali și, aparent, sunt explicați prin natura transportului unidimensional.

De asemenea, o proprietate interesantă a fost detectată de la Universitatea din Lausanne (Elveția): o schimbare ascuțită (aproximativ două ordine de magnitudine) de schimbare a conductivității cu un mic, 5-10o, îndoit de un nanotube cu un singur strat. Această proprietate poate extinde domeniul de aplicare al nanotuburilor. Pe de o parte, nanotubul se dovedește a fi un traductor extrem de sensibil de oscilații mecanice într-un semnal electric și înapoi (de fapt este un tub de telefon micron și un diametru în apropierea nanometrului) și, pe de altă parte Mână, este un senzor practic gata realizat de cele mai mici deformări. Un astfel de senzor ar putea fi utilizat în dispozitivele care controlează starea componentelor mecanice și a pieselor, pe care se poate asigura siguranța persoanelor, cum ar fi pasagerii trenurilor și aeronavelor și personalul centralelor atomice și termice etc.

Capilar. După cum au arătat experimente, nanotubul deschis are proprietăți capilare. Pentru a deschide Nanotube, este necesar să scoateți partea superioară - capacul. Una dintre metodele de îndepărtare este de a recoace nanotuburile la o temperatură de 850 0 C timp de câteva ore în fluxul de dioxid de carbon. Ca urmare a oxidării, aproximativ 10% din toate nanotuburile sunt deschise. O altă modalitate de a distruge capetele închise ale nanotuburilor este un extras în acid azotic concentrat timp de 4,5 ore la o temperatură de 2400 C. Ca rezultat al unei astfel de prelucrări, 80% din nanotuburi devin deschise.

Primele studii ale fenomenelor capilare au arătat că fluidul pătrunde în canalul nanotubar dacă tensiunea de suprafață nu este mai mare de 200 mn / m. Prin urmare, solvenții care au tensiuni reduse de suprafață sunt utilizate pentru a introduce orice substanțe din interiorul nanotuburilor. De exemplu, acidul azotic concentrat este utilizat pentru a intra în nanotuburile nanotuburilor ale unor metale, a căror tensiune de suprafață este mică (43 mn / m). Apoi, recoacerea este efectuată la 4000 C timp de 4 ore într-o atmosferă de hidrogen, ceea ce duce la restaurarea metalului. Astfel, s-au obținut nanotuburi care conțin nichel, cobalt și fier.

Împreună cu metalele, nanotuburile de carbon pot fi umplute cu substanțe gazoase, cum ar fi hidrogenul în formă moleculară. Această abilitate are o importanță practică, pentru că deschide posibilitatea depozitării de hidrogen sigure, care poate fi utilizată ca combustibil ecologic în motoarele cu combustie internă. De asemenea, oamenii de știință au reușit să pună un întreg lanț de fullerene în nanotuburi cu atomii Hadoliniu deja implementați în ele. (vezi figura 5).

Smochin. 5. În interiorul C60 în interiorul unui nanotube cu un singur strat

Efectele capilare și nanotuburile de umplere

nanotube Piroliza de carbon a arcului electric

Fenomenele capilare în nanotuburile de carbon au fost implementate mai întâi experimental în funcționare, unde a fost observat efectul retragerii capilare a plumbului topit în interiorul nanotuburilor. În acest experiment, arcul electric, destinat sintezei nanotuburilor aprins între electrozii cu un diametru de 0,8 și lungimea de 150 cm la o tensiune 30 V și un curent de 180-2 200 A. care se formează pe suprafața catodului ca Un rezultat al distrugerii termice a suprafeței materialului stratului de material 3-4 cm a fost îndepărtat din cameră și s-a rezistat timp de 5 ore la T \u003d 850 ° C în fluxul de dioxid de carbon. Această operație, ca rezultat al probei a pierdut aproximativ 10% din masă, a contribuit la purificarea eșantionului din particulele grafitului amorf și deschiderea nanotuburilor în sediment. Partea centrală a sedimentului care conține nanotuburi a fost plasată în etanol și a fost tratată cu ultrasunete. Produsul de oxidare dispersat în cloroform a fost aplicat pe o bandă de carbon cu găuri pentru observarea utilizării unui microscop electronic. După cum au arătat observațiile, tuburile care nu au fost supuse procesării au avut o structură fără sudură, capul formei corecte și diametrul de la 0,8 la 10 nm. Ca urmare a oxidării, aproximativ 10% din nanotuburi au fost cu capace deteriorate, iar o parte din straturile din apropierea vârfului era sodrana. Proiectat pentru observații, un eșantion care conține nanotuburi a fost umplut în vid prin picături de plumb topit, care au fost obținute ca urmare a iradierii suprafeței metalice cu un fascicul de electroni. În același timp, pe suprafața exterioară a nanotuburilor, picăturile de plumb au fost observate cu o dimensiune de 1 până la 15 nm. Nanotuburile au fost recolate în aer la T \u003d 400 ° C (deasupra punctului de topire) timp de 30 de minute. Conform rezultatelor observațiilor făcute utilizând un microscop electronic, o parte din nanotuburi după recoacere sa dovedit a fi umplută cu material solid. Un efect similar al umplerii nanotuburilor a fost observat în timpul iradierii capetelor tuburilor care se deschid ca rezultat al recoacerii, un fascicul puternic de electroni. Cu o iradiere suficient de puternică, materialul de lângă capătul deschis se topește și pătrunde în interior. Prezența plumbului în interiorul tuburilor este setată prin metode de difracție cu raze X și spectroscopie electronică. Diametrul celui mai bun fir de plumb a fost de 1,5 nm. Conform rezultatelor observațiilor, numărul de nanotuburi umplute nu a depășit 1%.

Dimensiune: Px.

Începeți să arătați din pagină:

Transcriere.

1 Inovație tehnică UDC BBK 30,6 Filtru pe baza nanotuburilor de carbon pentru curățarea lichidelor care conțin alcool N.P. Polikarpova, i.v. Zaporotskova, Ta. Ermakova, P.A. Potorvods au efectuat experimente pe curățarea lichidelor care conțin alcool prin metode de filtrare și transmisie, a fost instalată o fracțiune de masă de nanotuburi de carbon, ceea ce a dus la cel mai bun rezultat. Se determină un aspect al unui filtru bazat pe un nanomaterial încheiat în spațiul dintre straturile de sticlă poroasă și caracteristicile sale structurale. Polycarpova N.P., Zaporotskova I.v., Ermahova T.A., Zaporotsky P.A., 2012 Cuvinte cheie: Nanotuburi de carbon, lichid care conține alcool, adsorbție, filtru, sticlă poroasă, ceramică poroasă. Introducere Fluidele care conțin alcool la care produsele din industria alimentară sunt vodcă, joacă un rol important în procesul de producție. Fiecare producător încearcă să utilizeze cele mai eficiente metode de curățare a fluidului care conține alcool de impurități și uleiuri de siguranțe. Sugestii de uleiuri, aldehide, săruri minerale si alte impuritate sunt scoase din produs prin filtrare folosind carbune, nisip de cuarț, praf de argint, filtre de platină, lapte praf, proteine \u200b\u200bde ouă. Mulți dintre producătorii de soiuri scumpe de la Vodka repetă în mod repetat, combinând diverse opțiuni. Fiecare curățare ulterioară este chiar mai elimină produsul din petrol și alte impurități. Un grad dublu sau triplu de curățare îmbunătățește semnificativ gustul, dar, de asemenea, crește semnificativ procesul de fabricație. În prezent, diverse metode de curățare a produselor care conțin alcool sunt utilizate pe întreprinderile Liot-Vodka. Cele mai frecvente sunt curățarea cu filtre de cărbune, curățarea cu lapte și proteine \u200b\u200bde ouă, "filtrarea de argint" și curățarea cu aur și pietre prețioase. În lucrările lui I.V. Zaporotkova și N.P. Rezultatele calculelor teoretice ale interacțiunii de adsorbție a nanotuburilor de carbon (CNT) cu molecule de alcool organic grele, care fac parte din fluidele care conțin alcool sub formă de impurități nedorite și se dovedește posibilitatea de sorbție pe suprafața nanotubului. Acest lucru a făcut posibilă propunerea unei metode inovatoare de purificare a amestecurilor de apă-etanol, care includ vodca, cu ajutorul nanomaterialelor de carbon. După cum se știe, sorbenții grafitului și carbunele purifică produsul de impurități nocive cu 60%, lapte cu 70%, metale prețioase (argint, aur) cu 75%. Utilizarea nanotuburilor de carbon pentru curățarea fluidului care conține alcool de impurități cu 98% ca material de sorbing de nanotuburi de carbon. De asemenea, avantajele filtrelor declarate bazate pe CNT pot fi atribuite: 1) productivitate ridicată a procesului la un cost redus; 2) de zece ori mai mic decât volumul substanței de adsorbare; 3) absența efectelor secundare de la utilizarea adsorbanților de natură grafit, menținând în același timp și creșterea în mod repetat a activității procesului; Buletinul Volga. Seria 10. Setați

2 4) Posibilitatea de adsorbție selectivă. Trebuie remarcat faptul că introducerea unui filtru bazată pe nanomateriale într-un ciclu de producție finit la etapa finală fără o schimbare fundamentală a procesului tehnologic oferă aproape 100% purificare a produsului amestecurilor etanolice cu apă, fără o creștere semnificativă a costurilor de producție. 1. Determinarea cantității optime de nanomateriale de carbon pentru curățarea lichidelor înainte de a trece direct la experimentele de laborator pe curățarea lichidelor care conțin alcool (producția internă Vodok), a fost necesară determinarea numărului optim de nanomateriale care conduc la efectul dorit al unei purificări ridicate . Ca obiect de cercetare, Vodka "Să bem pentru" a fost aleasă ", referitor la clasa de costuri slabe convenționale de vodcă. Studiile de lichide au fost efectuate prin metoda titrimetrică până când s-a dezvăluit masa minimă a nanotuburilor, necesară pentru purificarea eficientă a 50 ml de vodcă. Selecția a fost efectuată prin metoda "de la mai mare la cele mai mici", cantitatea inițială de nanotuburi de carbon a fost de 1 g. Precizia CNT de cântărire a fost determinată de acuratețea scalelor analitice utilizate și a fost de 0,0001 g. Reducerea numărului de Nanotuburile au fost efectuate înainte de a stabili momentul în care alcalinitatea vodcă a încetat să scadă. Conform normelor GOST R "Vodka și Vodka sunt speciale. Condiții tehnice generale ", alcalinitatea vodcă nu trebuie să depășească 2,5 3,0 ml. Înainte de purificare, alcalinitatea vodcă selectată a fost de 2,5 ml. Rezultatele studiilor titrimetrice completate sunt prezentate în tabel. Analiza rezultatelor a arătat că transmisia lichidului care conține alcool printr-un filtru cu nanotuburi de carbon reduce indicatorul de alcalinitate cu o medie de 98% (cu 2,45 ml). Cantitatea minimă a nanomaterialelor necesare este de 0,001 g, deoarece, cu o scădere a acestei cantități, alcalinitatea crește brusc, iar cu mai multă scădere este ușor redusă. 2. Selectarea materialului pentru crearea unei carcase de filtru pe bază de nanotuburi de carbon în producția de vodcă, deoarece filtrele pot fi utilizate ca filtre cu sticlă poroasă, cum ar fi filtrele Schotta și filtrele ceramice. Aceste materiale poroase pot fi, de asemenea, utilizate ca materiale pentru crearea unei carcase de filtru de nanotuburi de carbon. Luați în considerare caracteristicile acestor materiale. Material poros din sticlă de sticlă poroasă cu structură spongioasă și conținut de oxid de siliciu din Si02 este de aproximativ 96% (masă). Sticla poroasă este rezultatul procesării termice și chimice a compoziției speciale din sticlă. Ochelarii poruri pot fi obținuți numai din sticlă cu un conținut suficient de ridicat de Na2O, în care fazele coexistente după prelucrarea termică lungă formează cadrele cadru de performanță. O condiție necesară pentru obținerea ochelarilor porși este, de asemenea, conținutul din ochelarii sursă de cel puțin 40% (masă) de dioxid de siliciu, asigurând educația în geamul griului spațial continuu al Si02. Filtrele de sticlă sunt plăci din sticlă zdrobită și fuzionată. Pentru fabricarea lor, sticla se șlefuiește în mori de bile și se certa folosind un set de site-uri. Pulberea de sticlă păcătuiește încălzirea în cuptor în forme metalice sau ceramice. Plăcile obținute sunt lipite în tuburi, ochelari, canale, creuzete și alte feluri de mâncare din paharul aceleiași compoziții. Prin astfel de plăci, soluțiile fierbinți, acizii concentrați și alcalii diluați pot fi filtrați, deoarece astfel de filtre sunt rezistente la acțiunea mediilor agresive. Plăcile de filtrare se disting prin porozitate. În funcție de cantitatea de pori, sunt fabricate mai multe clase de filtre. Filtrele de sticlă sau așa-numitele filtre SCHOTTA sunt produse prin următoarele tipuri: 1 dimensiunea porilor este MCM, utilizată pentru a lucra cu precipitații de cristal mare; 7 6 n.p. Policarpova și colab. Filtru pe baza nanotuburilor de carbon

3 2 Dimensiunea porilor este o μm, utilizată pentru a lucra cu precipitații medii-gri; 3 dimensiunea porilor este MKM, folosit pentru a lucra cu precipitații cristaline mici; 4 Dimensiunea porilor este de 4 10 microni, folosit pentru a lucra cu precipitații cristaline foarte mici. Membranele ceramice sunt filtrele ceramice poroase de purificare fină, realizate prin sinterizarea materialelor metalice-ceramice, cum ar fi oxid de aluminiu, dioxid de titan sau zirconiu (fig.1), cu temperaturi ultrahigh. Membranele ceramice au de obicei o structură asimetrică care susține stratul de membrană activ (figura 2). Ceramica poroasă constă din particule conexe de aproximativ aceeași dimensiune, ceea ce creează un material omogen, permeabil, care oferă canale de înfășurare pentru fluxul de fluid. Cel mai adesea pentru fabricarea filtrelor sunt utilizate silice și alumină, deși posibilitățile de alegere a materialului, mărimii și formei sunt aproape nelimitate. Filtrele ceramice sunt de obicei clasificate pe diametrul mediu al porilor sau pe permeabilitate. Diametrul mediu al porilor este diametrul mediu de porți minim, măsurat în microni. Membranele de filtrare ceramice Dimensiuni: - Microfiltrare: 1,2 μm 0,5 pM 0,2 pM 0,1 MKM; - Ultrafiltrare: 50 nm 20 nm. Materialele macroporoase asigură stabilitate mecanică, în timp ce stratul de membrană activă asigură separarea: microfiltrarea, ultrafiltrarea, nanofiltrarea. Filtrele cu membrană ceramică funcționează întotdeauna în modul de filtrare tangențială cu moduri hidrodinamice optime. Lichidul turbid trece prin stratul de membrană din interiorul membranei unice sau multicannel la viteză mare. Sub acțiunea micromoleculei de presiune transmembrana (TMD) și apa trece vertical prin stratul de membrană, formând un flux de permeat. Substanțele ponderate și compușii moleculari ridicați sunt întârziate în interiorul membranei care formează un debit concentrat. Astfel, apare purificarea lichidelor contaminate. Membranele ceramice permit metoda fizică să împartă amestecurile componentelor fără utilizarea aditivilor. Introducerea unui sistem material de nanotub de carbon poate crește în continuare eficacitatea unui astfel de filtru. 3. Layout filtru bazat pe nanotuburile de carbon într-o carcasă din sticlă poroasă pentru a crea un aspect de filtru prin care a fost efectuată transmisia verticală a fluidului care conține alcool (fig.3), filtrele de sticlă din sticlă realizate din sticlă poroasă cu nanotuburi de carbon obținute pe Nanomaterialele de carbon au fost utilizate instalarea CVDODNA conform metodei descrise în I. V. Zavodsky. Partea de filtrare a filtrelor utilizate este o substanță poroasă din sticlă Fig. 1. Ceramica poroasă Fig. 2. Bulletin de filtru ceramic Volga. Seria 10. Setați

4 cu o dimensiune a membranei de 4 10 microni. Pentru un pre-aspect, au fost folosite două filtre de scotta de diametre diferite, care se îmbogățesc reciproc, formând un sistem de filtrare închis. Între plăcile de sticlă, dimensiunile porilor au fost de 4 10 microni, s-a plasat stratul de nanotuburi de carbon. Imaginea mărită a sticlei poroase este prezentată în figura 4. Pentru a asigura o deplasare, nanotuburile de carbon au fost plasate în plus între straturile de hârtie de filtru. Produsul studiat Vodka "Bea pentru" a continuat liber prin filtrul creat în acest mod sub acțiunea gravitației. Cantitatea de funcționare a nanomaterialelor de carbon și volumul fluidului care conține alcool care curge prin producător a fost selectat în conformitate cu rezultatele obținute mai devreme: 0,001 g de CNT pentru curățarea 50 ml de vodcă. Aceste tipuri de filtre s-au dovedit a fi suficient de eficiente pentru a oferi scurgeri libere prin intermediul lor un amestec de apă-etanol fără penetrare prin paharul de nanomaterial de carbon, care poate fi explicat prin poziția poziției aleatorie în bloc. Studiile suplimentare privind calitatea produsului purificat utilizând metode de spectroscopie moleculară și cromatografie lichidă (fig.5, 6) au fost confirmate de un grad ridicat de purificare a vodcăi de impurități de alcooli cu greutate moleculară mare de uleiuri de fuziune: nu există vârfuri referitoare la acești alcooli pe spectre. Rezultatele titrare a vodcăi "băutură" de diferite cantități de nanotuburi de carbon. 3. Layout-ul filtrului cu plăci de orez de sticlă poroasă. 4. Vizualizarea unei plăci din sticlă cu pori de 4 10 μm cu o creștere a x n.p. Policarpova și colab. Filtru pe baza nanotuburilor de carbon

5 Transmisie,% număr de val, cm -1 Fig. 5. IR Spectra Vodka "Bea pentru": Spectrul roșu înainte de curățare; Spectrul purpuriu după curățare prin transmisie printr-un filtru cu nanotuburi de carbon și concluzia fabrică de studii experimentale au demonstrat că prelucrarea amestecului de apă-etanol cu \u200b\u200bnanotuburi de carbon ajută la reducerea conținutului uleiurilor mari și a altor substanțe de impurități, menținând b Fig. 6. Cromatograme de vodcă "Băutură pentru": a) înainte de curățare; b) după curățarea prin transmisie printr-un filtru cu nanotuburi de carbon, conținutul componentei principale de utilitate a produsului de alcool etilic. Structura creată și testată a filtrului de nanotuburi de carbon, închisă în carcasa sticlei poroase, poate fi utilizată ca bază pentru crearea unui filtru industrial. Buletinul de cercetare în continuare Volga. Seria 10. Setați

6 vor fi direcționate către crearea unui aspect de filtru cu o carcasă ceramică, mai mică decât dimensiunea porilor (în comparație cu porii carcasei de sticlă) poate asigura o protecție mai bună a produsului curățat din nanoparticulele de carbon. Referințe 1. Berkman, A. S. Poroișle Permeable Ceramică / A. S. Berkman. M.: Gosstroyisdat, p. 2. Vastilyev, V. P. Chimie analitică. Metode de analiză titrimetrică și gravimetrică: manual / V. P. Vasilyev. M.: Drop, cu. 3. Armash, E. P. Membranele ceramice pentru ultra-și microfiltrare / E. P. Garmash, Yu. N. Kryuchkov, V. P. Pavlikov // sticlă și ceramică cu GOST R Vodka și Vodka Special. Specificații generale. Standardul de stat al Federației Ruse. M.: Standardul de stat al Rusiei, p. 5. Zaporotsky, i.V. Nanomaterialele de perspectivă bazate pe carbon / I. V. Zaporotsky, L. V. Kolitov, V. V. Kozlov // Vesn. Volgogr. Stat UN-TA. Ser. 10, activitate inovatoare cu Zaporotskova, I. V. Activitatea de sorbție a nanotuburilor de carbon ca bază a tehnologiei inovatoare pentru purificarea amestecurilor de apă-etanol / I. V. Zaporotsky, N. P. Zaporotsky, T. A. Ermakova // Vesn. Volgogr. Stat UN-TA. Ser. 10, activitate inovatoare cu Zaporotskova, I.V. Nanomaterialele de carbon și necalificate și structurile compozite pe baza acestora: structura și proprietățile electronice / I. V. Zaporotsky. Volgograd: Din Volga, P. 8. Studiul efectului nanotubului de carbon asupra procesului de curățare a lichidelor care conțin alcool / I. V. Zaporotsky [și colab.] // VESTN. Volgogr. Stat UN-TA. Ser. 10, Activități inovatoare cu Casitsyn, L. A. Utilizarea spectroscopiei UV, IC, RMN în chimie organică: studii. Manual pentru universități / L. A. Kazitsyn, N. B. Kompyskaya. M.: Mai mare. Shk., S. 10. Sychev, S. N. Cromatografia lichidă extrem de eficientă ca metodă de determinare a falsificării și siguranței produselor / S. N. Sychev, V. A. Gavrilina, R. S. Murzalevskaya. M.: Delhi Print, S. 11. Enciclopedia chimică / Ed. I. L. Knunanya. M.: Enciclopedia sovietică, Dresselhaus, M. S. / M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. avouris // Nanotuburi de carbon: sinteză, structură, proprietăți și aplicații. Springer-Verlag, p. 13. Zaporotskova, I. V. Proprietățile active ale structurilor de carbon nanotubulare cu privire la moleculele organice grele / I. V. Zaporotskova // Nanoscience & Nanotehnologie-2011: Cartea Rezumat. Frascati laboratoarele naționale infn. Frasscati, Sept, Frasscati: Infn, P Zaporotskova, N. P. Investigarea activitatii nanotuburilor de carbon la molecule organice grele / N. P. Zaporotskova, I. V. Zaporotskova, T. A. Ermakova // Fullerenes și clustere atomice. Rezumate de prelegeri invitate și lucrări contibute. St.-Peterburg, 4 iulie 8, St. Petersburg., P Filtrul pe baza nanotuburilor de carbon pentru purificarea lichidelor care conțin alcool N.P. Polikarpova, i.v. Zaporotskova, T.A. Ermakova, P.A. Experimentele Zaporotskov privind purificarea lichidelor care conțin alcool sunt făcute, fracțiunile de masă ale nanotuburilor de carbon care duc la cel mai bun rezultat sunt estateblate. Modelul filtrului pe baza unui nanomaterial încheiat în spațiu între straturile de sticlă poroasă este creat și caracteristicile sale constructive sunt definite. Cuvinte cheie: nanotuburi de carbon, lichide care conțin alcool, adsorbție, filtru, sticlă poroasă, ceramică poroasă. 8 0 n.p. Policarpova și colab. Filtru pe baza nanotuburilor de carbon

Sisteme de inginerie și ecologie UDC 628.316.12 folosind un mineral natural ca sorbent de fenol pentru tratarea apelor uzate A. V. Yurko, A. Yu. Komarov, V. A. Romanov State Volgograd

Subiectul proiectului: "Curățarea apei de primăvară" autor (e): Rudyuk Elena Școala: GBou Sosh 2103 SP "Sosh 125" Clasa: 3 cap: CHROMOVA JULIA MIKHAILOVNA Scop: Aflați ce fel de filtre de curățare a apei sunt sarcini

UDC 21474 Aplicarea tehnologiilor membranelor în tratarea apelor reziduale biologice Vyazmikina K.I., Student Rusia, 105005, Moscova, MSTU-le. ANUNȚ Bauman, Departamentul "Ecologie și Siguranță Industrială"

FIZICĂ. Mecanică. Chimie UDC 666.9.017: 536,4: 539,21: 536,4: 539.21: 536.12 (575.2) (04) Efectul proceselor termofizice asupra permeabilității ceramicii vollastonite poroase a.N. Aythimbetova are un efect asupra permeabilității

Microfiltrare de filtrare rotativă 1 50 μm Ultrafiltrare 0,007 1 μm.ru Despre proiectarea și producția companiei Holding "Mașini energetice" este specializată în proiectarea și fabricarea cazanului

UDC 661.183 E. A. Non-Krakov, A. V. Babkin, A. E. Burakov, I. V. Romantsova, A. E. Kucherova Crearea de nanosorbanți de carbon hibrid de curățare complexă a mediilor acvatice astăzi în lume

2 Metode de analiză: 1. Metode chimice. Echilibrul chimic și utilizarea acestuia în analiză. Acid echilibru de bază. Puterea acizilor și bazelor, modelele schimbării lor. Funcția Gammetta. Calcul

Raportul privind grantura 16-03-717 pentru anul 2016 la cele mai importante rezultate obținute de noi ca urmare a lucrărilor în 2016 privind subvenția 16-03-717, pot fi atribuite următoarele: 1. A fost posibilă difuzarea principiului de minim de intensitate

Întrebări pentru a controla semestrul 1. Ce înseamnă termenul "de sus în jos" în legătură cu crearea de nanoobjects? 2. Ce înseamnă termenul "de jos în sus" înseamnă crearea de nanoobjects? 3. Care este principiul stabilizării

Viitorul proiectării și producției de filtrare rotativă "Mașini energetice" oferă o soluție la problema micro- și ultrafiltrarea continuă cu ajutorul așa-numitei tehnologii transversale

Instituția de învățământ autonomă autonomă "Școala generală secundară 16" cu amendamente din 16 decembrie 2016. Programul de lucru pentru subiectul "Chimie" 8-9 Clasa (statul FC) 1. Cerințe pentru nivel

Centrifugă conică pentru curățarea uleiului de soia. Utilizarea partiției de filtru de zeolit \u200b\u200bV.I. Zemskov, G.M. Harchenko prezintă dependența experimentală a densității și a vâscozității uleiului de soia

UDC 502.654 Klechenko V.V. Științific Mâinile. Basalaj I. A. Metode și echipamente de curățare a prafului utilizate în producția de materiale ceramice Universitatea Tehnică din Belarusiană în timpul producției

Experiența în implementarea tehnologiilor inovatoare de economisire a energiei, pe baza ceramicii permeabile nano-substituite în tratarea apei și tratarea apelor reziduale, 1 servicii și produse NTC Bakar 25 de ani

UDC 544.723.212 E. V. Paramonova, A. P. SUZDALTSEV, O. Yu. Shishkin, Yu. V. Cherfeestova Materiale de sorbție naturală pentru tratarea apelor uzate din ionii de metale grele Producția industrială

Programul de operare al cursului electiv în chimie din clasa de profil este compila. Acest curs electiv este destinat studenților în clasele de alegere a direcției științifice naturale, proiectată

Curs 6 Planul de analiză a metodelor cromatografice 1. Concepte și termeni de cromatografie. 2. Clasificarea metodelor de analiză cromatografică. Echipamente cromatografice. 3. Tipuri de cromatografie: gaz,

Sarcina 6 (semestru). Adsorbţie. Cromatografie. Opțiune. Parte. Dați exemple de surfactanți (surfactanți)? Descriu schematic modul în care moleculele de surfactant sunt orientate pe secțiunea Aerul de apă.

Curs 16 Osmoza inversă și ultrafiltrarea Metodele de osmoză inversă și ultrafiltrarea sunt filtrate prin soluții prin membrane speciale semi-permeabile. În același timp, fie membrana trece

Tratamentul apelor uzate din fenol folosind diferite materiale de sorbție 48 D.e. Pleshivtsiev conține substanțe organice de apă reziduală, intrarea în cantități semnificative în rezervor sau acumularea

Ministerul Educației al Republicii Moldova Educație Educație "Universitatea Pedagogică de Stat din Belarus, numită după rezervorul maxim" Sinteza substanțelor anorganice Atelier de laborator Minsk

8A Tema 04.02.2019 Geografie Contour Harta p. 8 Educație fizică P.18 PP 125-126 Semnificația și istoria dezvoltării paginilor de literatură de volei 62-68 (citiți articole pentru a citi), p. 68 (poezie

Lucrări de laborator 5 alcoolici Scopul lucrării: Pentru a studia unele dintre proprietățile fizice și chimice ale limitelor alcoolilor monatomici. Marcați reacția de înaltă calitate la alcoolii polihidrici. Reactivi și materiale:

Lucrări de cercetare în domeniul creării de tehnologie cu procese integrate de membrană: de la conceptul la activarea liniilor industriale 02.2014 LLC EleRAR Grup

Întrebări de furnizare a materialelor de industrii de înaltă tehnologie ale Rusiei Abramov A.O. Grishko n.e. [E-mail protejat] Liderul științific: K.T.N. Ditz A.a., profesor asociat al Departamentului de Iftts TSN, nici TPU

UDC 621.762: 669.2 V.M. Ketov, științifică. angajat., E.I. Demchenko, științifică. angajat., A.A. Nepoți, științifică. Colaborare, Academia Națională metalurgică din Ucraina, Dnepropetrovsk, Ucraina Investigarea influenței

Ministerul Educației și Științei din Federația Rusă Federația Statului Instituții de Educație pentru Educația Profesională Samara "Universitatea Tehnică de Stament Samara" K A F E DR A

Ministerul Educației și Științei din Federația Rusă Federația de Stat bugetară Instituție de învățământ superior "Saratov Național de Cercetare State University

AQUA Ideal Caracteristici detaliate SW300 și SW100 www.cohitek.com Modul de aspect SW300 Schemgent Imagine a componentelor interne Specificații: Dimensiuni: înălțime 470 mm lățime

4024 sinteza enantioselectivă a eterului etilic (1R, 2S)-cis-hidroxiciciclopentcarboxilic drojdie de acid C8H123C8H143 (156.2) (158.2) Clasificarea tipurilor de reacții și clase de recuperare a substanțelor,

1815 Interacțiunea soluțiilor acide diluate cu sticla de bariu-borat de Kerefov a.h. ( [E-mail protejat]), Kalinina N.V., Ashhotov O.g. Universitatea de Stat din Kabardino-Balcanizare, Nalchik

UDC 681.5 Proiectarea sistemului de control automat al procesului de purificare a metanului Efremkin S.I., Medvedeva L.I. Institutul Politehnic Volzhsky (Sucursala) Volgight E-mail: [E-mail protejat] In articol

Hidrogenarea catalitică a reziduurilor care conțin reziduuri de producție de cocs-chimie pe catalizatorul PT / PD Marinin A.a. Student din grupul Khtt-13, Merkulov V.V. Candidat la științe chimice, profesor rae, senior

Adnotarea proiectului (PNier) efectuată în cadrul "Cercetării și dezvoltării FTP privind direcțiile prioritare pentru dezvoltarea complexului științific și tehnologic al Rusiei pentru 2014 2020" Problema acordului de furnizare

Studiul procesului de ultrafiltrare a lichidului de sulfit A. P. Vishnyakova, T.F. Lichutin, O.S. Institutul de Probleme de Mediu din Brocco din Uro Rass, Arkhangelsk. Perspectiva utilizării multi-datoriei

Pregătirea nanostructurilor compozite bazate pe o matrice poroasă de aluminiu anodizat Rusinov A.P., Mukhin A.a. Universitatea de Stat Orenburg, Orenburg Stormy Dezvoltare de microelectronică și informații

Efectul filtrelor de cărbune asupra toxicității țigărilor de fum de tutun Durunch N.A.; Ostapchenko i.m. FGBNU "Institutul de Cercetare All-Rusia din Tobacco, Machkas si Institutul de Tobacco", Krasnodar cel mai important

P \\ n Tematică Lecția I II III Gradul 9, 2014-2015 Anul școlar, Nivelul de bază, Chimie Tema tematică a orelor de oscilație Ore de termeni aproximativi de cunoștințe, abilități, abilități. Teoria disocierii electrolitice (10 ore) 1 Electroliți

UDC 661.66-022.53 S. Yu. Oxidarea fazei de gaze Gorsky de nanotuburi de carbon: Problemele de oxidare a vânzărilor industriale este una dintre cele mai simple, disponibile și cele mai frecvente metode de covalent

Sarcina 7. Chimia coloidului. Opțiunea 1. Care este timpul de raze de particule de două suspensii monodisperse (1 și 2), sunt caracterizate de aceleași 1. Natura, dacă raportul ratelor de sedimentare este U 1 / U 2 \u003d 25?

07/2017: 20408 2.4.8. Metalele grele în metodele de mai jos sunt utilizate de un reactiv de tioacetamidă R. Utilizarea soluției de sodiu Sulfură P1 (0,1 ml) este permisă. Dacă este specificat într-o farmacopee private

Standardul educației generale de bază în chimie vizează realizarea următoarelor obiective: Mastering Cea mai importantă cunoaștere a conceptelor și legilor de bază

Kalabebov o.a., Kudryashov a.f., Kudryashova n.v., Moskalev E.v. Dezvoltarea tehnologiei industriale pentru grafit spumă și crearea unui sortiment de filtre bactericide pe baza acestuia pentru utilizare

Sarcina 1. Oamenii de știință cred că nu există practic substanțe individuale curate în natură din jurul nostru, deoarece toți, deși în fracții nesemnificative, conțin impurități. Atât naturale cât și artificial

UDC 504.06 Obținerea de sorbenți din deșeurile de legume și utilizarea lor în tehnologiile de medistate Togliatti Universitatea de Stat Valullina Venus, Student, Chadaeva Tatiana, Sabrytsky Student

Planificarea calendarului aproximativ al chimiei materialelor educaționale-8 2014/2015 Anul universitar este compilat pe baza programului de stat e.e. Minchenkova la ora 2 pe săptămână (70 de ore pe an) de lucru prima jumătate a anului

Un pic despre sulfurnet, noi în sulfurnet axat pe procesele de prelucrare a sulfului în producția de acid sulfuric și reciclarea sulfului. Sulfurnet înțelege

UDC 54 Obținerea unei imagini-aluminiu Anion Synthesis Synthesis Danilina A., Liderul științific al CAND. Chem. Științe Sikova S. V. Materialele Funcțiale Universitatea Federală Siberiană bazată pe

Realizări ale tehnologiilor moderne pentru filtrarea lichidelor. Filtre de carton și kizelgur (diatomite) În prezent, acestea sunt cele mai frecvente și utilizate materiale de filtrare din industria farmaceutică și dietetică.

Instituție de învățământ general bugetar municipal "Ust-kajatinskaya școală secundară" Lucrări practice în chimie Clasa 8 (34 ore) Halimova Natalia Nikolaevna Ust-Kyahta 2017 Program

Instituția generală de învățământ din municipale "Școala generală secundară 11" este luată în considerare la o reuniune a Protocolului Consiliului Pedagogic de la Deputatul. Director pentru OIR M.N.SHABUROVA

UDC 61.7 Tigli de turnătorie cu compoziții refractare care conțin carbon activate mecanic Chuprov I. V., Shiray A. M., Director științific Dr. Tehn. Științe Mina L. I., CAND. Tehn. Științe Baranov V.N., CAND.

Sarcini non-standard în chimie: de la simple la complex V.V. Facultatea de Statele Unite ale Universității de Stat din Moscova Sâmbătă. 03 octombrie 2015 1 Fracția de masă neobișnuită determină formula unei hidrocarburi în care

9 s 1. Determinați energia Gibbs (g) a suprafeței picăturilor de apă cu apă cântărind 4G la 293 k dacă tensiunea de suprafață a apei este de 72,7 mJ / m2, densitatea apei este de 0,998 g / cm3, Dispersia particulelor este de 50 microni 1.

Din metodele practice de utilizare a ceramicii, constă în fabricarea pieselor de piston din materialele din metal sau polimer. Matricea (baza) primului tip de materiale este aluminiu sau

UDC 628.35 + 532.528 Metode alternative de amânare a întreprinderilor de apă uzată din produsul metalurgic al negru OI, liderul științific al CAND. Tehn. Științe Dubrovskaya og. Universitatea Federală Siberiană

Bilete de examinare a certificării finală de stat în chimie cu privire la principalele programe educaționale ale principalei învățământuri generale în 2019 1. Legea periodică și sistemul periodic de chimie

Ministerul de măturări a Federației Ruse Farmak Kopienic Articol I Glicerină glicerină Glicerolum FS.2.2.00 006.15 În plus față de FS 42-2202-99 propan-1,2,3-triol C3H8O3 M. m. 92.09 conține nu

Opțiunea 1. 1 Cu o scădere a concentrației de romane într-o soluție de la 0,2 mol / l până la 0,15 mol / l, tensiunea suprafeței a crescut de la 6,9 10-2 n / m până la 7,1 10-2 n / m. Soluție de cocaină de la 6,5 \u200b\u200b10-2 la 7,0 10-2 n / m.

Echipamente de laborator de chimie Numele echipamentelor Numar de echipament seifuri de laborator, dispozitive demonstrative și echipamente de spălare pentru spălarea mâncărurilor chimice Mese de laborator

Instituția de învățământ bugetar municipal Școala secundară 2 adoptată cu prelungirea: Protocolul Consiliului Pedagogic 1 din "30 august" August 2016 Programul de lucru

Inovații tehnice UDC 539.2.21 BBC 30.6 privind adsorbția oxigenului molecular pe suprafața exterioară a nanotubeului borne și boronitride 1 i.v. Zaporotskova, E.V. Perevalov, S.V. Barozin în legătură cu creșterea

1 Acest program de lucru se concentrează pe studiul gradului 9 în cadrul programului de educație generală de bază (nivel de bază) asupra FCGOS. Programul de lucru este proiectat timp de 68 de ore pe an, 2 ore pe săptămână. Bază

Curățarea nanotuburilor de carbon

Aplicați trei grupe de metode de curățare a monedelor:

distructiv

nedistructiv

combinate.

Proprietățile nanotuburilor de carbon

1 - Cablul de ridicare cosmică pentru calcule trebuie să reziste tensiunii mecanice de 62,5 GPA

2 - Diagrama de tracțiune (dependența tensiunii mecanice din alungirea relativă e)

Electric. Datorită dimensiunilor mici de nanotuburi de carbon, numai în 1996 a reușit să-și măsoare direct rezistența electrică specifică la metoda cu patru contacte.

O dungi de aur au fost aplicate pe suprafața lustruită a oxidului de siliciu în vid. În intervalul dintre ele, nanotuburile au fost pulverizate cu o lungime de 2-3 microni. Apoi, 4 conductor de tungsten cu o grosime de 80 nm au fost aplicate la una din nanotuburile selectate pentru măsurare. Fiecare dintre conductorii de tungsten a avut contact cu unul dintre benzile de aur. Distanța dintre contactele de pe nanotub a fost de la 0,3 la 1 μm. Rezultatele măsurătorilor directe au arătat că rezistența specifică a nanotubului poate varia în limite semnificative - de la 5,1 x 10-6 până la 0,8 ohmi / cm. Rezistența specifică minimă este o ordine de mărime mai mică decât cea a grafitului. Majoritatea nanotuburilor au o conductivitate metalică, iar cele mai mici prezintă proprietățile semiconductorului cu lățimea zonei interzise de la 0,1 la 0,3 EV.

Capilar. După cum au arătat experimente, nanotubul deschis are proprietăți capilare. Pentru a deschide Nanotube, este necesar să scoateți partea superioară - capacul. Una dintre metodele de îndepărtare constă în annotuburi de recoacere la o temperatură de 850 ° C timp de mai multe ore în fluxul de dioxid de carbon. Ca urmare a oxidării, aproximativ 10% din toate nanotuburile sunt deschise. O altă modalitate de a distruge capetele închise ale nanotuburilor este un extras în acid azotic concentrat timp de 4,5 ore la o temperatură de 2400 C. Ca rezultat al unei astfel de prelucrări, 80% din nanotuburi devin deschise.

Împreună cu metalele, nanotuburile de carbon pot fi umplute cu substanțe gazoase, cum ar fi hidrogenul în formă moleculară. Această abilitate are o importanță practică, pentru că deschide posibilitatea depozitării de hidrogen sigure, care poate fi utilizată ca combustibil ecologic în motoarele cu combustie internă. De asemenea, oamenii de știință au reușit să pună un întreg lanț de fullerene în interiorul nanotuburilor cu deja implementate în aceștia atomi ai gadolinului (vezi figura 5).

Smochin. cinci. În interiorul C60 în interiorul unui nanotube cu un singur strat

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplă. Utilizați formularul de mai jos

Elevii, studenți absolvenți, tineri oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Introducere

Nanotehnologia este știința fabricării și proprietăților elementelor tehnicii la nivel atomic și molecular - toată lumea este acum "pe auz". Nanopriile și națiunile de la astfel de elemente din domeniul fanteziei se mișcă deja în viața modernă. Și o parte din această știință este ramura rapidă a studiilor Nanotubine și Fullerene, a atras sute de grupuri de cercetare de fizicieni, chimiști și oameni de știință.

Problema creării de nanostructuri cu proprietăți specificate și dimensiunile controlate este printre cele mai importante probleme ale secolului XXI. Soluția sa revoluționează electronica, știința materialelor, mecanica, chimia, medicina și biologia.

Nanoturbii de carbon (CNT) sunt sisteme macromoleculare unice. Diametrul lor de nanometru foarte mic și lungimea mare a micronilor indică faptul că acestea sunt cele mai apropiate de structura lor la sistemele ideale unidimensionale (ID). Prin urmare, CNT este obiecte ideale pentru a verifica teoria fenomenelor cuantice, în special a vehiculelor cuantice în sisteme solide cu dimensiuni reduse. Ele sunt stabile din punct de vedere chimic și termic cel puțin 2000 K, au o conductivitate termică excelentă, o rezistență unică și caracteristici mecanice.

Simplitatea structurii nanotuburilor vă permite să dezvoltați modele teoretice de structuri ale acestora. Prin urmare, noi aplicații neașteptate așteaptă CNT în viitor, în special acest lucru se aplică biologiei (manipularea moleculelor din interiorul celulei, rețelele neuronale artificiale, memoria nanomecanică etc.).

1. Nanottruba cu un singur strat

1.1 Deschiderea

La începutul anului 1993, mai multe grupuri de oameni de știință au declarat că materialele străine ar putea fi plasate în nanoparticule de carbon sau nanoturbii atunci când se utilizează electrozi modificați în timpul evaporării arcului. Grupul Rodni Ruoff din California și Yakhachi Saito Group din Japonia a primit cristale Lac 2 capsulate atunci când lucrează cu electrozi, Lange Lanthanas, în timp ce Suppan Seraphin cu colegii au raportat că YC2 ar putea fi implementat în Nanotruba utilizând electrozi care conțin ytriu. Această lucrare a deschis o nouă zonă nouă bazată pe nanoparticule și nanoturzi ca "containere moleculare", dar, de asemenea, a condus indirect la o descoperire complet diferită, cu aplicații echivalente.

Donald Betuun și colegii săi din Centrul de Cercetare din California IBM Almaden din San Louis sunt foarte interesați de articolele lui Ruoff și alții. Acest grup a lucrat la materiale magnetice în aplicațiile lor la memorarea informațiilor și a crezut că cristalitele metalice de tranziție feromagnetice încapsulate în cochilii de carbon pot fi foarte valoroase în această zonă. În astfel de materiale, particulele metalice crime trebuie să-și mențină momentele magnetice și, în același timp, să fie izolate din punct de vedere chimic și magnetic de la vecinii lor. Timp de câțiva ani, acest grup IBM a lucrat la "Fullerenes Fullerenes"; Fullerenes conținând în interiorul unui număr mic de atomi de metal. Dar clusterele mari sau cristalele din interiorul celulelor Fullerene ar putea prezenta cel mai mare interes practic. Prin urmare, Betuun a decis să încerce să efectueze unele experimente pe evaporarea cu arc, folosind electrozi impregnați cu metal metal de tranziție feromagnetic, cobalt și nichel. Cu toate acestea, rezultatul acestui experiment nu a fost cel care era de așteptat. În primul rând, funinginele obținute în timpul evaporării arcului nu a fost similar cu materialul obișnuit produs sub evaporarea arcului de grafit pur. Straturile de funingine au fost înghițite ca o țesătură din pereții camerei, în timp ce materialul asediat pe pereți avea o textura din cauciuc și ar putea fi considerată dungi. Când Betuun și colegul său Robert Beers au verificat acest material nou ciudat folosind o microscopie electronică de înaltă rezoluție, au fost uimiți, constată că conținea un set de nanotube cu pereții într-un strat atomic. Aceste țevi frumoase au fost confundate cu funingine amorfă și particule de metal sau carbură de metal care susțin acest material în această formă, care corespundea texturii sale ciudate. Această lucrare a fost acceptată pentru imprimarea în natură și a apărut în iunie 1993. Micrografele din acest articol sunt prezentate în Figura 1.1.

Figura 1.1 - Snapshots de la lucrările lui Betuun și colab., Care prezintă nanoturbii de carbon cu un singur strat obținute cu evaporarea articulațiilor grafitului și cobaltului. Țevile au diametre aproximativ 1,2 nm.

Indiferent de grupul american, Sumio-Iidji și Tyoshyy Ichikhai de la Laboratories NEC din Japonia au fost, de asemenea, experimentate cu evaporare cu arc utilizând electrozi modificați. În plus, ei au fost interesați de influența schimbării atmosferei în interiorul camerei de evaporare a arcului. La fel ca Bethune și colegii săi, au descoperit că, în anumite condiții, se dovedește un tip complet diferit de funingine diferit de cel care este de obicei format sub evaporarea ARC. Pentru acest studiu, oamenii de știință japonezi au implementat fier în electrozii lor și un amestec de metan și argon a fost folosit ca o atmosferă în loc de heliu. La verificarea microscopiei electronice de înaltă rezoluție, sa constatat că materialul unei astfel de evaporare a arcului conține nanotroni foarte bine minunați, întinzându-se ca fire între grupurile de material amorf sau particulele de metal. Nanotrisele cu un singur strat diferă de cele obținute în evaporarea cu arc continuu, o distribuție foarte îngustă a diametrelor. În cazul conductelor "obișnuite", diametrul interior are un interval de la 1,5 la 15 nm și extern - de la 2,5 la 30 nm. Pe de altă parte, nanotters cu un singur strat sunt toate diametrele foarte apropiate. În materialul lui Betuun și a colegilor săi, nanoturbii au avut diametre 1.2 (± 0,1) nm, în timp ce Ichihashi se constată că diametrele conductei variază de la 0,7 la 1,6 nm cu un mijloc de aproximativ 1,05 nm. Ca și conductele obținute cu evaporarea cu arc obișnuit, toate nanotrubii cu un singur strat au fost închise cu capace și nu existau dovezi ale prezenței particulelor catalizatorului metalic la capetele acestor țevi. Cu toate acestea, se crede că creșterea nanotubului cu un singur strat este substanțial catalitică.

1.2 Lucrări de urmărire pe nanottrubam cu un singur strat

În urma studiului fundamental inițial, Donald Betuun și colegii săi de la IBM din San Jose în Commonwealth cu oamenii de știință din Institutul de Tehnologie din California, Institutul Politehnic și Universitatea de Stat din Virginia au efectuat o serie de cercetări privind pregătirea nanotubului cu un singur strat, folosind o masă de "catalizatori". Într-unul din primele episoade, ele au arătat că adăugarea de sulf și cobaldă la anod (sau sub formă de S sau Cos) a condus la aspectul nanotubului cu o gamă mai largă de diametre decât la primirea cu un cobalt. Astfel, s-au obținut nanoturbii cu un singur strat cu dimeri de la 1 la 6 nM atunci când sulful a fost găsit în catod, comparativ cu 1-2 nm în cazul cobaltului pur. Ulterior, sa demonstrat că bismutul și plumbul ar putea contribui în mod similar la formarea conductelor cu diametrul mare.

În 1997, grupul francez a arătat că, cu evaporare a arcului, poate fi atins un randament ridicat de nanotube. Metoda lor a fost similară cu tehnica originală a lui Betuun și colegii săi, dar au folosit o geometrie de reactor ușor diferită. De asemenea, un amestec de nichel / yttrium a fost utilizat ca catalizator și nu este preferat de grupul Bethune Cobalt. Sa constatat că cel mai mare număr de nanotuburi a fost format în "guler" în jurul depozitului catod, care a fost de aproximativ 20% din masa totală a materialului evaporat. Ieșirea completă a țevii a fost estimată la 70-90%. Studiul microscopiei de electroni de material "guler" de înaltă rezoluție a arătat prezența multor grinzi din țevi cu o dimensiune de aproximativ 1,4 nm. Un astfel de randament și tip de țevi obținute sunt similare probelor "arzătoare" ale grupului smallli utilizând evaporarea cu laser.

La sfârșitul anului 1993, Shekhar Submasoni de la Dujna din Willgington, delave, în colaborare cu cercetători de la SPI International, a descris primirea nanotubului cu un singur strat într-un alt mod. Acești oameni de știință au fost folosiți evaporarea cu arc utilizând electrozi cu umplutură de ghadoliniu și a colectat funingine din pereții reactorului. Împreună cu cantități mari de carbon amorf, funinginele conține structuri ale tipului "hedgehog marin", care conținea nanoturbii cu un singur strat care cresc pe particule relativ mari ale carburii gadolinei (cu dimensiuni tipice în zeci de nanometri). Astfel de țevi au fost mai scurte decât cele obținute cu metalele grupului de fier, dar au avut același interval de diametre. Studiul ulterior a arătat că nanotrubii radiali cu un singur strat ar putea fi formați pe o multitudine de alte metale, inclusiv lantanis și yttrium. Figura 1.2, luată din activitatea Saito cu colegii, prezintă o imagine tipică a nanotubului cu un singur strat, crescând radial de la o particulă care conține un lantan. Spre deosebire de metalele grupului de fier, elementele de pământ rare nu sunt cunoscute ca catalizatori pentru obținerea nanotuburilor multistrat, deci este destul de surprinzător să se formeze țevi pe ele. Faptul de creștere a țevilor pe particulele relativ mari presupune că un astfel de mecanism de creștere este diferit. S-a presupus că creșterea țevilor pe suprafețele particulelor poate include izolarea atomilor de carbon deraganți din interiorul particulelor de carbură. Rețineți că creșterea radială a țevilor multistrat din particulele catalitice a fost observată cu mulți ani de Baker și alții.

Până acum, metodele discutate pentru obținerea nanotuburilor cu un singur strat au inclus evaporarea cu arc utilizând electrozi modificați. Lucrarea lui Smalli și a colegilor săi au arătat că nanoturbii cu un singur strat pot fi, de asemenea, sintetizați cu ajutorul unei metode pur catalitice. Catalizatorul utilizat de particulele de molobden din mai multe nanometri în diametru a fost amplasat pe aluminiu. Totul a fost plasat în interiorul cuptorului în formă de țeavă, prin care monoxidul de carbon a fost trecut la o temperatură de 1200 ° C. Această temperatură este mult mai mare utilizată în timpul producției catalitice a nanotubului, care poate explica de ce stratul unic este ridicat decât nanotrubii multistrat.

Țevile cu straturi unice gătite catalitic au avut o serie de caracteristici interesante care le-au distins de conductele sintetizate prin evaporarea arcului. În primul rând, conductele catalitice au avut de obicei particule metalice mici atașate la capăt, precum și conductele multi-strat obținute în timpul catalizei. A existat și o gamă largă de diametre de particule (aproximativ 1-5 nm) și se părea că diametrul fiecărei țevi a fost determinat de diametrul particulei corespunzătoare a catalizatorului. În cele din urmă, conductele cu straturi unice formate catalitic au fost de obicei izolate decât colectate în pachete, așa cum se întâmplă în cazul țevilor sintetizate cu evaporare a arcului.

Aceste observații au dat posibilitatea ca suma cu colegii să ofere un mecanism de creștere pentru conductele formate catalitic, care includ formarea inițială a unei pălării cu o singură mână (numită de ele, numele evreiesc al Tubeette), urmat de creșterea acestei pălării cu o separare de particule catalitice, lăsând ulterior conducta. Acest mecanism este complet diferit de propus pentru creșterea conductelor cu un singur strat cu evaporare laser.

Figura 1.2 - Nanotronii cu un singur strat care cresc pe o particulă de lantan

Figura 1.3 - Imagini TEM ale eșantioanelor din "hamuri" de nanotube cu un singur strat (A)

O imagine a unei rezoluții reduse care prezintă un număr mare de hamuri, (b) micrografic de înaltă rezoluție a unui ham individual arătat de-a lungul axei sale.

1.3 Nanotube "Harness"

Din descoperirea din 1985 din Raisa C60, grupul Smallli sa axat pe utilizarea laserelor în sinteza materialelor asemănătoare fullerenului. În 1995, au raportat despre dezvoltarea tehnologiei de sinteză laser, care le-a permis să obțină nanotrisuri cu un strat cu randament ridicat. Îmbunătățirile ulterioare ale acestei metode au condus la producerea nanotubului unic cu diametre neobișnuit de omogene. Cea mai bună ieșire de nanotub omogene unică a fost obținută la un amestec catalitic compus din părți egale de CO și Ni și a fost utilizat un puls dublu pentru a asigura o evaporare mai uniformă a unei astfel de țintă.

Mai multe micrograme ale materialului obținut prin această tehnologie sunt prezentate în Figura 1.3. În general, este foarte asemănător cu materialul obținut prin evaporarea ARC. Cu toate acestea, conductele individuale tind să formeze "hamuri" sau pachete extinse, care constau din țevi individuale cu același diametru. Uneori a fost posibilă detectarea hamurilor, care au avut loc îndeaproape de direcția fasciculului de electroni, astfel încât să fie posibil să le vedem "în cele din urmă", ca în figura 1.3 (b). În plus față de microscopia electronică, smalli cu colegii au efectuat dimensiuni de difracție cu raze X pe eșantioane "arzătoare" în colaborare cu John Fisher și coautorii săi de la Universitatea de Stat din Pennsylvania. Reflecții bine definite de la o latură bidimensională, confirmând faptul că țevile au avut aceleași diametre. Un acord bun a fost găsit cu date experimentale, sub presupunerea că diametrul nanotube este egal cu 1,38 nm cu o eroare de ± 0,02 nm. Sa constatat că decalajul Van der Warals între țevi este de 0,315 nm, similar cu Cristalina C 60. Din studiile RD, sa concluzionat că aceste hamuri constau în principal din (10,10) scaun Nanotube. Evident, a fost confirmată prin măsurătorile nanodificationului electronic electronic electronic, astfel încât să fie posibil să le vadă "în cele din urmă", ca în figura 1.3 (b).

2. Teoria creșterii nanotuburilor

2.1 Comentarii generale

Inițial, este important să se ia în considerare efectul asupra creșterii structurii țevii. În articolul său în Nature 1991, Iimi a indicat că structura elicoidală pare să fie mai preferată, deoarece astfel de țevi au un pas repetat asupra capătului de creștere. Această presupunere ilustrată în figura 2. este foarte asemănătoare cu apariția unei dislocări a șurubului pe suprafața cristalului. Nanotrubii fermecători și zigzag nu au o astfel de structură preferată pentru creștere și ar trebui să necesite re-nuclearea unui nou inel hexagonal. Acest lucru sugerează că nanotele spirale ar trebui să fie mai des observate decât cicatul sau Zigzagne, deși dovezile experimentale în prezent nu sunt suficiente pentru a confirma acest lucru.

Figura 2. - Figura a două țevi spirale concentrice, arătând prezența pașilor în capetele de creștere (5)

Mai mult, există o întrebare foarte importantă pentru un mecanism de creștere - conductele de creștere au închis sau capete deschise? Un model timpuriu de creștere a nanotuburilor propus pentru prima dată, endo și blând, a preferat un mecanism cu un capăt închis. Ei au presupus că atomii de carbon pot fi inserați în suprafața fullerenă închisă la scaunele din vecinătatea inelelor pentagonale, urmată de trecerea la o stare de echilibru, ceea ce duce la extrudarea continuă a fullerenei inițiale. În susținerea acestei idei, endo și a citat cu blândețe demonstrația Ulmer cu colegii că C 60 și C 70 pot crește în mod evident în flalerene mari atunci când adaugă fragmente de carbon mici.

În timp ce mecanismul, Endo-Meek asigură o explicație plauzibilă a creșterii nanotubului cu un strat unic, rămâne o problemă serioasă pentru a explica creșterea multi-strat. Cu considerația sa, modelul Endo și blând sugerează că creșterea multistrat poate fi efectuată "epitaxial". Dacă acest lucru este așa, atunci se pare că nu există niciun motiv evident pentru care cel de-al doilea strat nu începe să crească imediat după formarea fullerenului inițial și, de îndată ce cel de-al doilea strat devine închis, orice extrudare suplimentară a tubului interior ar trebui să devină imposibilă. Dar nu este în ciudă cu observația că majoritatea țevilor sunt multi-strat pe toată lungimea sa. Un astfel de model are, de asemenea, dificultăți în a explica structurile unor departamente oarecum. Din aceste motive, mecanismul Endo-Meek de creștere cu un sfârșit închis nu a fost acceptat pe scară largă.

Concluzia că mecanismul de creștere ar trebui să apară cu capătul deschis al țevii, într-un fel mai preferabil. Așa cum a spus Richard Smalli, "Dacă am învățat din 1984-1985, ceva despre cum condensează carbonul, aceasta este ce foile deschise trebuie să fie fericite să conecteze pentagoanele pentru a exclude conexiunile de chat." Problema țevilor rămase cu un sfârșit deschis în condiții favorabile închiderii sale, una dintre problemele care au considerat un număr de autori.

2.2 De ce nanoturii rămân deschise în timpul creșterii

Unii autori, în special cu colegii, au presupus că câmpul electric din ARC ar putea juca un rol important în conservarea țevilor deschise în timpul creșterii. Dacă este mai corect, ar fi trebuit să înțeleagă de ce nanotrubii nu găsesc niciodată în funingine condensată pe pereții camerei de evaporare a arcului. Cu toate acestea, calculele au arătat că reducerea energiei deschise a capătului deschis nu este suficientă pentru a stabili o configurație deschisă, cu excepția câmpurilor înalte nereal. Prin urmare, a fost dezvoltat un model elegant, în care atomul "este sudat" între straturi, ajutând la stabilizarea formării unui capăt deschis și nu închiderea acesteia.

Confirmarea acestei idei a fost experimentele de închidere a nanotubului multilayer individual atunci când diferența de tensiune este aplicată și fără ea. Un astfel de model poate ajuta la înțelegerea creșterii nanotuburilor în ARC, dar nu se poate aborda cazul creșterii conductelor în care nu sunt prezente câmpuri electrice puternice. Acest lucru a determinat unii autori până la presupunerea că unele interacțiuni între conductele concentrice combinate pot fi esențiale pentru stabilizarea țevilor deschise.

O analiză detaliată a interacțiunii a două țevi combinate a fost efectuată de către Charlier lui Jean-Christoph cu colegii din dinamica moleculară. Ei au revizuit (10,0) conductele din interiorul (18,0) și au constatat că se formează legăturile de legare între capetele a două țevi. S-a constatat că la temperaturi ridicate (3000 K), configurația de a lipi continuu structurile de legare. S-a presupus că structura fluctuantă ar trebui să creeze locuri active pentru adsorbție și introducerea de noi atomi de carbon, contribuind astfel la creșterea conductei.

Problema acestei teorii este că nu poate explica creșterea conductelor cu o singură axă cu un diametru mare în expunerea termică la salvie Fullerene. În general, în prezent, explicația completă a creșterii nanotuburilor deschise nu pare să existe.

2.3 Proprietăți ale plasmei ARC

Majoritatea modelelor de creștere ale Nanotubului, discutate mai devreme, sugerează că țevile sunt născute și cresc în plasma arcului. Cu toate acestea, unii autori au considerat starea fizică a plasmei în sine și rolul său în formarea Nanotubului. Cea mai detaliată discuție a acestei probleme a fost efectuată de Evgeny Gamaleem, un expert în fizica plasmei și Thomas Ebbene (30, 31). Aceasta este o problemă cuprinzătoare, iar aici este doar un scurt rezumat.

Hamali și Ebiesen încep cu presupunerea că nanotrubii și nanoparticulele sunt formate în zona arcului de lângă suprafața catodică. Prin urmare, aceștia analizează densitatea și viteza vaporilor de carbon din zonă, luând în considerare temperatura și proprietățile ARC în sine pentru a-și dezvolta modelul. Ei cred că în stratul perechii de carbon din apropierea suprafeței catodice vor exista două grupe de particule de carbon cu distribuții diferite de viteză. Această idee este centrală în modelul lor de creștere. Un grup de particule de carbon trebuie să aibă maxwellovskoe, adică. Distribuția vitezei izotropice, temperatura arc corespunzătoare (~ 4000 K). Un alt grup constă din ioni care accelerează în decalajul dintre o încărcătură spațială pozitivă și catod. Viteza acestor particule de carbon trebuie să fie mai mare decât rata de particule de căldură și, în acest caz, fluxul trebuie să fie destul de îndreptat decât izotropic. Procesul de formare a nanotuburilor (și nanoparticulelor) este considerat ca implementarea unei serii de cicluri, fiecare dintre ele constă din următorii pași:

1. Formarea embrionului. La începutul procesului de descărcare, distribuția vitezelor de carbon în stratul evaporat este predominant Maxwell și aceasta duce la formarea de structuri fără axă de simetrie, cum ar fi nanoparticulele. Atunci când curentul devine mai direcționat, încep să se formeze structuri deschise, pe care Hamlelele și Ebiesen sunt considerate embrioni pentru creșterea nanotuburilor.

2. Țevi adevărate în timpul unei descărcări stabile. Când se stabilizează descărcarea, fluxul de ioni de carbon pătrunde într-un strat de abur în direcția perpendiculară pe suprafața catodului. Aceste particule de carbon vor contribui la alungirea nanotubului cu un singur strat și multistrat. Deoarece interacțiunea particulelor de carbon direcționale cu o suprafață solidă ar trebui să fie mai intensă decât particulele de carbon din stratul de abur, creșterea structurilor extinse ar trebui să fie preferată pe formarea unor structuri izotropice. Cu toate acestea, condensarea pe suprafața catodică a carbonului din stratul de aburi va contribui la îngroșarea nanotubului.

3. Creșterea și închiderea. Hamali și Ebiessen observă că nanoturbii sunt adesea văzuți sub formă de grinzi și că în fasciculul observat pentru creșterea tuturor conductelor și sfârșitul său are loc aproximativ în același timp. Acest lucru le permite să presupună că în descărcarea cu arc există instabilitate, ceea ce poate duce la o încetare bruscă a creșterii nanotuburilor. O astfel de instabilitate poate apărea dintr-o mișcare instabilă a locului catod de-a lungul unei suprafețe catodice sau de la întreruperea spontană și incendia de arc. În astfel de circumstanțe, particulele de carbon cu distribuție maxiliană de viteză vor prevala din nou, iar condensarea unui astfel de carbon va duce în cele din urmă la închiderea țevii cu capacul și la sfârșitul creșterii.

2.4 Modele alternative

Oamenii de știință au prezentat o teorie complet diferită a creșterii nanotuburilor în cadrul evaporării arcului. În acest model, nanoturbii și nanoparticulele nu cresc în plasma arcului și mai degrabă se formează pe catod ca rezultat al transformării stării de stare solidă. Astfel, creșterea nanotubului nu este o consecință a funcționării câmpului electric, ci pur și simplu rezultatul încălzirii foarte rapide la temperaturi ridicate cu care se confruntă materialul depus pe catod în timpul acțiunilor ARC. Această idee a fost inițiată de observarea faptului că nanotrubii pot fi preparați prin impact termic la temperaturi ridicate asupra funinginei fullerenie și asigură un proces în două etape de creștere a nantelor, în care funinginele Fulleren este un produs intermediar. Modelul poate fi generalizat după cum urmează. La etapele inițiale ale evaporării arcului, materialul de tip fullerene (plus fullerenes) trebuie condensat pe catod și apoi materialul condensat trebuie să fie supus la temperaturi ridicate în timpul continuării procesului ARC, ceea ce duce la formarea unuia- Stratul, structurile care conțin nanotrup inițial, apoi Nanotube multistrat. În acest model cu două etape, o recoacere a funinginei Fulleren este o acțiune-cheie. Astfel, a asediat pe pereții reactorului de funingine, care testează recoacerea relativ slabă nu este transformată în țevi. Pe de altă parte, funinginea, care condensează pe catod, ar trebui să experimenteze doar o recoacere semnificativă: va duce la formarea țevilor și nanoparticulelor ca o masă solidă. Prin urmare, un astfel de model ne oferă posibilitatea de a explica efectul asupra producției de variabile nanotuburi, cum ar fi răcirea electrozilor și presiunea heliu. Se pare că răcirea cu apă ar trebui să fie esențială pentru a menține temperatura catodului scăzută la nivelul necesar pentru a exclude stabilirea țevilor. În mod similar, rolul heliu poate fi explicat în ceea ce privește influența sa asupra temperaturii depozitului catodic. Deoarece heliul este un conductor de căldură minunat, presiunea ridicată ar trebui să conducă la o scădere a temperaturii electrodului, ceea ce duce la scăderea sa în zona în care creșterea nanotuburilor poate să apară fără a se stabili.

2.5 Creșterea nanotubului cu un singur strat

În primul rând, luați în considerare creșterea nanotubului cu un singur strat într-un evaporator cu arc. Acest proces ridică mai puține întrebări decât creșterea nanotubului multi-strat în arc. Printre cele mai evidente sunt următoarele: de ce sunt observate numai nanoturbii cu un singur strat? De ce există o distribuție atât de îngustă a diametrelor de țevi? Care este rolul metalului? De ce conductele cresc cel mai adesea sub formă de grinzi? Și din nou avem doar câteva răspunsuri specifice la aceste întrebări.

Un lucru care pare clar este că creșterea nanotubului unic ar trebui să fie determinată semnificativ de cinetică, mai degrabă decât termodinamica, deoarece este de așteptat ca țevile cu un diametru foarte mic să fie mai puțin stabile decât cu un mare. Absența multor straturi este pretins constrânsă de factori kinici. În ceea ce privește rolul metalului, apoi betuun cu colegii și Iciia cu Ichikhas, au presupus că atomii metalici individuali sau clusterele lor mici pot acționa ca catalizatori de creștere în faza de vapori prin analogie cu acel mod în care particulele mici de metal catalizează creșterea țevilor multistrat . Participarea atomilor individuali sau a clusterelor bine definite ar trebui să explice distribuțiile de dimensiuni înguste. Cu toate acestea, este surprinzător faptul că particulele catalitice, aparent, nu sunt observate niciodată pe vârfurile nanotubului cu un strat. Chiar dacă particulele catalitice ar fi atomi separați, acestea pot fi detectate prin microscopie electronică de înaltă rezoluție sau microscopie electronică de transmisie de scanare (tulpină). Poate că atomii sau particulele catalitice vor fi descărcate în timpul închiderii țevilor. După cum sa menționat mai sus, Betuun și colegii au arătat că adăugarea unor astfel de elemente cum ar fi sulful la metal poate perturba puternic distribuția diametrelor de țevi. Studiul ulterior al acestui fenomen poate oferi explicații utile ale mecanismului de creștere.

Una dintre mai multe încercări de a dezvolta un model detaliat de creștere a nanotubului cu un singur strat a fost întreprinsă de Chingg-Hwa Kanggom și William Goddard. Acești cercetători sugerează că inelele poligonale plenare pot servi ca embritare a formării nanotubului cu un strat unic. Sa demonstrat că astfel de structuri de inel ar trebui să fie particule dominante în perechi de carbon, în timp ce structurile de cadru închis domină cu dimensiuni mari. A fost postulată că inelele de carbon pot fi predecesori în formarea de Fullerenes, deși rămâne controversată. Kiang și Goddard consideră că materialele inițiale ale formării nanotubului cu un strat unic sunt inele de carbon monociclic și clustere de carbură de carbură de cobalt la gaz, eventual încărcate. Clusterele de carbură de cobalt acționează ca catalizatori atunci când sunt conectați la inele cu 2 sau alte particule. Acești autori sugerează că conformația specifică ar trebui să afecteze structura nanotrupului emergent.

Smalli cu colegi, urmând "hamurile" de nanotube de sinteză, au sugerat un mecanism de creștere, care are unele asemănări cu mecanismul Kiang și Goddard. Acest model se bazează pe presupunerea că toate conductele au aceeași diagramă (10.10). Această structură este unică în acest fel permite inelelor hexagonale dezvăluite să fie "blocate" legături triple, deși ele trebuie să fie în mod substanțial tensionate în comparație cu locația inițială liniară. Apoi, grupul smallli presupune că un atom separat de nichel va fi adsorbit chimic la capătul țevii și va "rula" de-a lungul periferiei (Figura 2.1), ajutând la adaptarea atomilor de carbon asupra inelelor hexagonale. Orice structuri locale non-optime, inclusiv pentagoane, vor fi reflectate, astfel încât o astfel de țeavă va continua să crească pe o perioadă nedeterminată.

Aici, precum și pentru alte mecanisme propuse pentru creșterea nanotubului unic, nu există nici o dovadă experimentală directă.

Figura 2.1 - Ilustrația unui mecanism "scooter" cu creștere (10,10) de scaun Nanotub.

Un număr de grupuri de oameni de știință din lume au încercat să purifică eșantioane de nanotube folosind astfel de metode ca centrifugare, filtrare și cromatografie. Unele dintre aceste metode includ prepararea inițială a suspensiilor coloidale ale materialului care conține material, folosind agenți de surfactanți. De exemplu, Jean-Mark Bonard cu colegii a aplicat un surfactant anionic pentru dodeciclosulfat de sodiu (SDN) pentru a obține o suspensie stabilă de nanotuburi și nanoparticule în apă. Inițial, o metodă de filtrare a fost utilizată pentru a separa nanotubul de nanoparticule, dar a fost realizată o separare mai reușită: permițând ca nanoturbii să cadă sub formă de fulgi, lăsând nanoparticule în suspensie. Precipitatul poate, atunci a fost apoi extragerea și continuarea procedeelor \u200b\u200bsuplimentare de precipitare. Acest lucru nu numai că este permis să extragă nanoparticulele, ci și la o anumită diviziune a țevilor pe lungimi.

O altă metodă de realizare a separării nanotuburilor în dimensiune este descrisă de Duisberg cu colegii de la Max - Planck de la Institutul din Stuttgart și Trinity College Dublin. Separarea țevilor și a altor materiale a fost din nou obținută în acidul SDN. Apoi, separarea a fost efectuată utilizând cromatografia excepției dimensionale (HR). Această tehnologie a fost utilizată pe scară largă pentru a separa macromoleculele biologice, iar autorii au demonstrat că este posibil să separe cu succes probele de nanotuburi pe fracțiuni cu țevi de diferite lungimi. Un dezavantaj posibil al utilizării revoltei, cum ar fi SDN, în curățarea nanotubului este că amprentele pot rămâne în produsul final. Cu toate acestea, Bonard cu colegii au arătat că este posibil să se reducă nivelul SDN sub 0,1% prin spălare.

3. Curățarea conductelor cu un singur strat

Au fost dezvoltate și metode de curățare a țevilor cu un singur strat, deși acest proces necesită un mare efort decât pentru Nanotube multistrat. În plus față de o cantitate mare de carbon amorf, funinginele care conține nanotruba conține atât particule metalice încât ele însele sunt adesea acoperite cu carbon. Mai mult - Metodele de oxidare tare utilizate pentru curățarea nanotuburilor multistrat sunt, de asemenea, distructive și pentru conductele cu un singur strat.

Oamenii de știință japonezi pas cu pas au descris procesul de excludere consecventă a diferitelor impurități. Primul pas a pornit spălarea funinginei netratate de apă distilată timp de 12 ore. Urmată de filtrare și uscare. Această procedură a făcut posibilă eliminarea unor particule de grafit și a carbonului amorf. Fullerenes au fost spălate cu toluen în aparatul Sokklet. Apoi, funinginea a fost încălzită la 470, cu aer timp de 20 de minute pentru a scăpa de particule metalice. În cele din urmă, funinginea rămasă a fost expusă la acid clor pentru a dizolva particulele de metal. Verificarea produsului final al microscopiei electronice și a difracției cu raze X a arătat că majoritatea contaminanților au fost îndepărtați, deși unele nanoparticule umplute și goale au rămas în ea.

Smalli cu colegii au dezvoltat o metodă de curățare a probelor de nanotuburi din hamuri folosind microfiltrarea. Ei au fost primii care au descris tehnica utilizării unui surfactant cationic pentru prepararea unei suspensii de la nanotub și material însoțitor în soluție și apoi plantarea nanotuburilor pe membrană. Cu toate acestea, filtrarea repetată cu prepararea suspensiei după fiecare filtrare pentru a obține un nivel semnificativ de curățare, ceea ce face o astfel de procedură foarte lentă și ineficientă. Metoda îmbunătățită a fost descrisă în lucrare, unde am folosit prelucrarea ultrasunetelor, menținând în același timp materialul în suspensie în timpul filtrării și, prin urmare, făcând un proces continuu de filtrare a unui număr mare de probă posibil. În acest fel, a fost posibilă purificarea până la 150 mg de funingine timp de 3-6 ore cu un material care conține mai mult de 90% mătușă.

Țevile cu un singur strat ar putea fi curățate și atunci când se utilizează cromotographic, Duisburg etc. a descris metoda similară cu cea utilizată pentru MSNT și și-a arătat eficacitatea pentru And.

4. Alinierea probelor de nanotuburi

carbon Nanotruba Fullerene asemănătoare cu plasma

Multe metode de preparare descrise mai sus furnizează eșantioane cu nanotururi orientate aleator. Deși țevile sunt adesea grupate în pachete, aceste pachete înșiși nu aliniază una față de cealaltă. Pentru a măsura proprietățile Nanotubului, ar fi foarte util să aveți mostre în care toate conductele sunt aliniate într-o direcție. Deși au fost deja descrise metodele catalitice de preparare a țevilor aliniate, dar a fost, de asemenea, necesar să se dezvolte tehnologiile de aliniere a probelor de țevi după sinteza lor. Deci, una dintre primele astfel de metode a fost propusă în 1995 de către un grup de politehnic ECOL de către Lausanne federal din Elveția. Au folosit eșantionul MSNT preparat prin evaporare a arcului, care a fost purificat prin centrifugare și filtrare din nanoparticule și alte materiale poluante. Apoi, filmele subțiri de nanotuburi purificate au fost asediat pe suprafața plasticului, iar imaginile SEM au arătat că aceste țevi au fost perpendiculare pe film într-o astfel de stare precipitabilă liber. S-a descoperit că țevile ar putea fi aliniate paralele cu suprafața probei, pre-cu ușurință cu teflon sau folie de aluminiu. Autorii susțin că această metodă poate face filme "arbitrar mare" și au folosit aceste filme pentru a efectua experimente pe emisii de teren.

O altă metodă de aliniere a nanotubului este introducerea acestor țevi în matrice și extrudarea ulterioară a unei astfel de matrice în orice mod, astfel încât țevile să devină aliniate în direcția fluxului.

5. Controlul lungimii nanotubului de carbon

Tehnica de tăiere a nanotuburilor individuale individuale pe lungimi controlate este descrisă de cercetătorii de la universitățile Delft și Rais la sfârșitul anului 1997, Nanotroba utilizată a fost obținută de evaporarea laserului de către grupul mic și au fost asediate pe suprafața cristalelor unice de aur pentru cercetarea utilizând microscopia tunelului de scanare. Atunci când a fost identificată o nanoteuba adecvată, scanarea sa oprit și acul PT / IR sa mutat în punctul selectat de pe această conductă. Apoi, feedbackul este oprit și pulsul de tensiune a fost furnizat între margine și eșantion pentru o anumită perioadă. Când scanarea a fost reluată, o pauză a fost vizibilă pe nanottrub dacă circumcizia a avut succes. Sa demonstrat că țevile individuale pot fi tăiate până la patru poziții separate. Sa constatat că un factor critic în procesul de tăiere este tensiunea, mai degrabă decât curentul necesar pentru procesul de tăiere al minimului de tensiune trebuie să fie de 4 V.

După ce au tăiat nanoturbii individuali în lungimi scurte, autorii au putut să arate că proprietățile electrice ale țevilor scurte erau diferite de proprietățile nanotubului original. Aceste diferențe au fost atribuite manifestării efectelor dimensionale cuantică.

Pe lângă controlul lungimilor nanotubului individual, este posibilă tăierea în lungimi scurte și eșantioane volumetrice de la nanotubul cu un strat unic. Acest lucru a fost demonstrat în 1998 de grupul Smallli. Cea mai eficientă modalitate de a obține eșantioane de țevi scurte (au fost numite "tuburi fullerene") este tratamentul ultrasunetelor materialului nanotub în soluția de sulf și acizi azotici. În timpul acestui impact, se manifestă faptul că sonocimia loială produce găuri pe suprafețele țevilor, care sunt apoi atacate de acizi, formând "tuburi" deschise. Smallli cu colegii au arătat că aceste tuburi pot fi sortate la diferite fracțiuni prin metoda de fracțiune cunoscută sub numele de fracționare în fluxul de câmp. De asemenea, au terminat capetele unor astfel de nanuburi deschise de diferite grupări funcționale și au arătat că particulele de aur se pot alătura conductelor fudiționale. Această lucrare poate fi considerată începutul unei noi chimie organice bazată pe nanoturbii de carbon.

6. Analiza cercetării

Metoda de evaporare a arcului din IIJIMA, EBBEGEST și ADAYAYANA rămâne, fără îndoială, cea mai bună tehnologie de sinteză nanotube de înaltă calitate, dar suferă de neajunsuri. În primul rând, este mare de costurile forței de muncă și necesită o anumită abilitate pentru a atinge un nivel adecvat de reproductibilitate. În al doilea rând, ieșirea din ea este destul de scăzută, deoarece carbonul aburit este precipitat pe pereții camerei mai mult decât pe catod, iar nanotrubii sunt contaminați cu nanoparticule și alte resturi de grafit. B-În al treilea rând, este mai degrabă "coacere" decât un proces continuu și nu este ușor de scalat. Dacă Nanotruba va fi folosit vreodată comercial pe o scară largă, atunci, aparent, va trebui să utilizați o altă metodă de gătit. Progresul în această direcție este împiedicat de lipsa înțelegerii mecanismului de creștere a țevilor în arc. Prin urmare, ar trebui să fie binevenite studii suplimentare, special dedicate clarificării mecanismului de creștere a nanotuburilor.

Există o altă slăbiciune gravă a metodei de evaporare a arcului și a tuturor celorlalte tehnologii curente pentru prepararea nanotuburilor multistrat: ele produc o gamă largă de dimensiuni și structuri de țevi. Și aceasta poate fi o problemă nu numai de unele aplicații, ci și un dezavantaj în acele zone în care sunt necesare structuri specifice de țevi, cum ar fi nanoelectronica. Este posibilă prezicerea căii la care vor fi pregătiți conductele cu anumite structuri? Poate fi realizată prin utilizarea creativă a catalizatoarelor.

Cercetătorii sunt atrași de o omogenitate mai mare a țevilor cu o singură axă decât colegul lor de multă dimensiune, cel puțin în raport cu diametrele lor. Cu toate acestea, metodele sunt utilizate direct pentru a sintetiza conductele cu sens unic, metodele sunt mai complexe decât pentru nanotube multi-piatră. Tehnica evaporării laserului, dezvoltată de Grupul Smith, servește la producerea celui mai bun material de calitate cu cea mai mare ieșire, însă laserele de mare energie necesare pentru această metodă nu sunt întotdeauna disponibile pentru un laborator convențional. În ceea ce privește țevile multistrat, calea de mișcare înainte poate include metode catalitice, iar cercetarea de astăzi este încurajată în această direcție. În cele din urmă, puteți spera că chimistii organici vor putea completa sinteza completa a Nanotube. Cu toate acestea, este necesar să se țină cont de faptul că poate fi o perspectivă îndepărtată, deoarece chiar și sinteza completă a C60 nu a fost încă pusă în aplicare.

Cu aceasta, în prezent, nanoturbii de cea mai bună calitate sunt obținuți utilizând metode care produc și o cantitate semnificativă de material poluant, este important să rețineți că există metode de eliminare a acestui material. Din fericire, în acest domeniu au existat progrese semnificative în acest domeniu, iar acum există o serie de metode de înlăturare a nanoparticulelor inutile, a carbonului microporos și a altor contaminanți din eșantioane atât de nanotuburi multistrat cât și un singur strat. Au fost dezvoltate procedurile de egalizare a țevilor și a tăieturilor lor cu lungimi controlate. Aceste tehnologii vor progresa în zonele în care încă lipsa unor eșantioane pure și bine definite rămân o problemă gravă.

Concluzie

Metoda de gătit Nanotube, indie descrisă în 1991, a dat o cale relativ slabă, făcând dificilă studierea în continuare a structurii și proprietăților lor. O promoție importantă a avut loc în iulie 1992, când Thomas Ebaens și Planul Ageyan, care lucrează în același laborator japonez ca IIMI, a descris metoda de pregătire a gramelor de nanotuburi. Și din nou a fost o descoperire neașteptată: încercarea de a pregăti un derivați de Fullerenes, Ebaesen și Ageyan au descoperit că creșterea presiunii heliu în camera de evaporare a arcului îmbunătățește dramatic randamentul nanotubului, format în funingine catodică. Disponibilitatea Nanotubului într-o mare cantitate a condus la o creștere uriașă a ratei de cercetare din întreaga lume.

O altă zonă implicată în interesul precoce a fost ideea de a folosi nanotubul de carbon și nanoparticulele ca "recipiente moleculare". Piatra de hotar în această direcție a fost o demonstrație a lui Adayayan și Andiya că nanotrubii pot fi umpluți cu plumb topit și astfel folosiți ca șabloane pentru "nanowire". Ulterior, au fost dezvoltate metode mai controlate pentru deschiderea și umplerea nanotubului, permițând introducerea unei game largi de materiale, inclusiv biologice. Consecința deschiderii și umplerii nanotubului poate fi proprietăți uimitoare care pot fi aplicate în cataliză sau în senzori biologici. Nanoparticulele de carbon umplute pot avea, de asemenea, aplicații importante în astfel de zone diferite ca înregistrarea magnetică și medicina nucleară.

Poate cel mai mare volum de nanotub ar trebui să fie dedicat proprietăților lor electronice. Deasupra lucrărilor teoretice au fost deja observate, care a precedat deschiderea IIJIMA. După o perioadă scurtă de timp, după publicarea scrisorii în Nature 1991, au existat alte două articole privind proprietățile electronice ale Nanotubului de carbon. MIT un grup de oameni de știință și Noriaki Hamada cu colegii din laboratorul IIJIMA din Tsukuba au efectuat calcule ale structurii zonei utilizând un model de ton greu și au demonstrat că proprietățile electronice depind atât de structura țevii cât și de diametrul său. Aceste predicții minunate au provocat un interes deosebit, dar o încercare de a determina proprietățile electronice ale nanotubului cu care se confruntă experimental cu mari dificultăți. Dar numai în 1996 măsurătorile experimentale s-au efectuat pe nanoturbii separați, capabili să confirme predicțiile teoretice. Aceste rezultate au sugerat că nanotrubii pot deveni componente ale viitoarelor dispozitive nanoelectronice.

Determinarea proprietăților mecanice ale nanotubului de carbon a reprezentat dificultăți impresionante, dar, din nou, experimentatorii au luat această provocare. Măsurătorile efectuate utilizând microscopia electronică de transmisie și forța atomică au arătat că caracteristicile mecanice ale nanotubului de carbon pot fi, de asemenea, excepționale, precum și proprietățile lor electronice. Ca urmare, interesul pentru utilizarea nanotubului în materiale compozite a crescut.

În zilele noastre, alte aplicații posibile ale Nanotubului le provoacă interes. De exemplu, un număr de oameni de știință explorează problema utilizării Nanotube ca margine pentru microscopia sondei de scanare. Cu forma lor alungită, vârfurile ascuțite și rigiditatea ridicată a nanoturbilor au fost perfecte în acest scop, iar experimentele inițiale din acest domeniu au prezentat rezultate extrem de impresionante. De asemenea, sa arătat că Nanotruba posedă proprietățile benefice ale emisiilor de teren care pot duce la utilizarea lor în afișaje plate. Peste tot, volumul studiilor de nanotuburi crește cu viteza astronomică, iar aplicațiile lor comerciale vor aștepta cu siguranță mult timp.

Bibliografie

1. P. Harris, nanoturbii de carbon și structurile aferente. Materiale noi din secolul XXI - M.: Tehnosphere, 2003.

Postat pe Allbest.ru.

Documente similare

Structura grafitului care definește proprietățile sale electrofizice. Nanottruba de carbon cu un singur strat și multistrat. Brom brom de energie cu un strat de grafit. Tehnica experimentală și caracteristicile de instalare. Descrierea fenomenologică a procesului de bromurare.

lucrări de curs, a fost adăugată 09/17/2011

Clasificarea nanostructurilor de carbon. Modele de formare Fullerene. Asamblarea Fullerenes din fragmente de grafit. Mecanismul de formare a cristalizării nanoparticulelor de carbon a clusterului lichid. Metode de obținere, structură și proprietăți ale nanotuburilor de carbon.

cursuri, adăugat 09/25/2009

Procesele de sorbție la marginea secțiunii de fază sorbat - sorbent. Metode de obținere a materialelor de carbon poroase. Metode de adsorbție pentru curățarea apelor reziduale. Principalele reacții ale interacțiunii componentelor amestecurilor de materiale organice în procesele de co-termoliză.

teza, a fost adăugată 06/21/2015

Concepte de bază și modalități de sudare a conductelor. Alegerea oțelului pentru conducta de gaz. Pregătirea marginilor țevilor pentru sudură. Selectați materialul de sudură. Cerințe pentru asamblarea țevilor. Teste de calificare ale sudorilor. Tehnologie și tehnică de sudare manuală a arcului.

teza, a fost adăugată 01/25/2015

Un sistem de stabilizare a vitezei de rotație a motorului DC ca exemplu de utilizare a metodelor de teorie automată de control. Un sistem de stabilizare a curentului cuptorului de masterat din arc, puterea de tăiere a procesului de șlefuire constantă.

lucrări de curs, a fost adăugată 01/18/2013

Producția de sudare tehnologică. Istoria dezvoltării producției de sudare. Specificitatea sudării arcului și scopul utilizării acestuia. Aplicare, avantaje și dezavantaje ale sudării arcului Argon. Caracteristicile comparative ale echipamentului de acest tip de sudare.

rezumat, a adăugat 05/18/2012

Compoziția și proprietățile din oțel. Informații despre sudabilitatea sa. Tehnologie pentru producerea unei îmbinări sudate a două foi cu arc manual de sudură și în mediul de protecție a gazului de protecție printr-un electrod de topire. Selectarea materialelor de sudare și a surselor de alimentare cu arc de sudură.

lucrări de curs, a fost adăugată 05/28/2015

Determinarea sudării materialelor utilizate, selectarea materialelor și echipamentelor aditivi. Nodul de sudură de sudură superioară și coajă superioară. Calcularea modului de sudare cu arc manual. Harta procesului tehnologic de sudare AR-C17 conform GOST 14771-76.

lucrări de curs, a fost adăugată 02/20/2013

Informații generale despre materialele compozite. Proprietățile materialelor compozite sibunite. Sortiment de materiale poroase de carbon. Materiale de ecranare și absorbție radio. Ceramica de calciu fosfat este un biopolimer pentru regenerarea țesuturilor osoase.

rezumat, a adăugat 05/13/2011

Specia și caracteristicile conductelor de plastic, justificarea alegerii metodei compusului lor, principiile de andocare. Reguli generale pentru sudarea la cap de țevi din plastic și din polipropilenă. Tehnologia de sudare este o fisură. Principii și etape de instalare a țevilor din polipropilenă.

Poate că va fi util să citiți: