Enerji insan həyatında böyük rol oynayan mühüm sənayedir. Ölkənin enerji vəziyyəti bir çox alimlərin bu sahədəki fəaliyyətindən asılıdır. Bu gün onlar alternativ enerji mənbələri axtarırlar. Bu məqsədlər üçün günəş işığı və sudan tutmuş, havanın enerjisinə qədər hər şeydən istifadə etməyə hazırdırlar. Ətraf mühitdən enerji yarada bilən avadanlıq yüksək qiymətləndirilir.
Ümumi məlumat
Karbon nanoboruları silindrik formaya malik uzadılmış yuvarlanmış qrafit müstəviləridir. Bir qayda olaraq, onların qalınlığı bir neçə santimetr uzunluğunda bir neçə on nanometrə çatır. Nanoborucuqların sonunda fullerenin hissələrindən biri olan sferik başlıq əmələ gəlir.
İki növ karbon nanoborusu var: metal və yarımkeçirici. Onların əsas fərqi cərəyanın keçiriciliyidir. Birinci növ cərəyanı 0ºС-ə bərabər temperaturda, ikincisi isə yalnız yüksək temperaturda keçirə bilər.
Karbon nanoborular: xassələri
Ən çoxtətbiqi kimya və ya nanotexnologiya kimi müasir sahələr karbon çərçivə quruluşuna malik olan nanoborular ilə əlaqələndirilir. Bu nədir? Bu quruluş yalnız karbon atomları ilə birləşən böyük molekullara aiddir. Xüsusiyyətləri qapalı qabığa əsaslanan karbon nanoborucuqları yüksək qiymətləndirilir. Bundan əlavə, bu formasiyalar silindrik bir forma malikdir. Belə borular bir qrafit təbəqəni qatlamaqla əldə edilə bilər və ya müəyyən bir katalizatordan böyüyə bilər. Fotoları aşağıda təqdim olunan karbon nanoborucuqları qeyri-adi quruluşa malikdir.
Onlar müxtəlif forma və ölçülərdə olur: tək qatlı və çoxqatlı, düz və qıvrımlı. Nanoboruların olduqca kövrək görünməsinə baxmayaraq, onlar güclü materialdır. Çoxlu araşdırmalar nəticəsində onların uzanma və əyilmə kimi xüsusiyyətlərə malik olduğu müəyyən edilmişdir. Ciddi mexaniki yüklərin təsiri altında elementlər cırılmır və qırılmır, yəni müxtəlif gərginliklərə uyğunlaşa bilirlər.
Zəhərlilik
Aparılan çoxsaylı araşdırmalar nəticəsində məlum olub ki, karbon nanoborucuqları asbest lifləri ilə eyni problemlər yarada bilər, yəni müxtəlif bədxassəli şişlər, eləcə də ağciyər xərçəngi əmələ gəlir. Asbestin mənfi təsir dərəcəsi onun liflərinin növü və qalınlığından asılıdır. Karbon nanoborucuqları çəki və ölçü baxımından kiçik olduğundan hava ilə asanlıqla insan orqanizminə daxil olur. Bundan əlavə, plevraya daxil olurlar və sinə daxil olurlar və zamanlamüxtəlif fəsadlara səbəb olur. Alimlər təcrübə apararaq siçanların qidasına nanoborucuq hissəcikləri əlavə ediblər. Kiçik diametrli məhsullar praktiki olaraq bədəndə qalmadı, lakin daha böyük olanlar mədənin divarlarına qazıldı və müxtəlif xəstəliklərə səbəb oldu.
Alma Metodları
Bu gün karbon nanoboruları əldə etmək üçün aşağıdakı üsullar mövcuddur: qövs yükü, ablasiya, buxar çökdürmə.
Elektrik qövs boşalması. Heliumun istifadəsi ilə yanan elektrik yüklü bir plazmada əldə edilməsi (karbon nanoborucuqları bu məqalədə təsvir edilmişdir). Belə bir proses fullerenlərin istehsalı üçün xüsusi texniki avadanlıqdan istifadə etməklə həyata keçirilə bilər. Ancaq bu üsulla qövs yandırmağın digər rejimləri istifadə olunur. Məsələn, cərəyan sıxlığı azalır və böyük qalınlığa malik katodlar da istifadə olunur. Helium atmosferi yaratmaq üçün bu kimyəvi elementin təzyiqini artırmaq lazımdır. Karbon nanoborular püskürtmə yolu ilə əldə edilir. Onların sayını artırmaq üçün qrafit çubuğuna katalizator daxil etmək lazımdır. Çox vaxt müxtəlif metal qruplarının qarışığıdır. Bundan əlavə, təzyiq və çiləmə üsulunda dəyişiklik var. Beləliklə, karbon nanoborucuqlarının əmələ gəldiyi katod çöküntüsü əldə edilir. Hazır məhsullar katoda dik olaraq böyüyür və paketlərə yığılır. Onların uzunluğu 40 µm-dir.
Ablasiya. Bu üsul Richard Smalley tərəfindən icad edilmişdir. Onun mahiyyəti yüksək temperaturda işləyən reaktorda müxtəlif qrafit səthlərinin buxarlanmasıdır. Karbon nanoboruları dibində qrafitin buxarlanması nəticəsində əmələ gəlirreaktorun hissələri.
Onlar soyudulur və soyuducu səthdən istifadə edilərək yığılır. Əgər birinci halda elementlərin sayı 60%-ə bərabər idisə, bu üsulla rəqəm 10% artmışdır. Lazer absolasiya metodunun dəyəri bütün digərlərindən daha bahalıdır. Bir qayda olaraq, tək divarlı nanoborular reaksiya temperaturunun dəyişdirilməsi ilə əldə edilir.
Qaz fazasından çökmə. Karbon buxarının çökdürülməsi üsulu 50-ci illərin sonlarında icad edilmişdir. Lakin heç kim ağlına belə gətirmirdi ki, onunla karbon nanoborular əldə edilə bilər. Beləliklə, əvvəlcə bir katalizator ilə səthi hazırlamalısınız. Müxtəlif metalların kiçik hissəcikləri, məsələn, kob alt, nikel və bir çox başqaları buna xidmət edə bilər. Nanoborular katalizator yatağından çıxmağa başlayır. Onların qalınlığı birbaşa katalizator metalın ölçüsündən asılıdır. Səth yüksək temperatura qədər qızdırılır və sonra karbon olan bir qaz verilir. Onların arasında metan, asetilen, etanol və s. ammonyak əlavə texniki qaz rolunu oynayır. Nanoborular əldə etməyin bu üsulu ən çox yayılmışdır. Prosesin özü müxtəlif sənaye müəssisələrində baş verir, buna görə çox sayda boru istehsalı üçün daha az maliyyə vəsaiti sərf olunur. Bu metodun digər üstünlüyü ondan ibarətdir ki, şaquli elementlər katalizator kimi xidmət edən istənilən metal hissəciklərdən alına bilər. Əldə etmək (karbon nanoboruları hər tərəfdən təsvir edilmişdir) Suomi İijimanın tədqiqatı sayəsində mümkün olmuşdur.karbon sintezi nəticəsində onların görünüşü mikroskop altında müşahidə edilmişdir.
Əsas növ
Karbon elementləri təbəqələrin sayına görə təsnif edilir. Ən sadə növü tək divarlı karbon nanoborucuqlarıdır. Onların hər birinin qalınlığı təxminən 1 nm-dir və uzunluğu daha uzun ola bilər. Quruluşunu nəzərə alsaq, məhsul altıbucaqlı bir şəbəkə ilə qrafiti sarmağa bənzəyir. Onun zirvəsində karbon atomları var. Beləliklə, boru heç bir tikişi olmayan bir silindr şəklinə malikdir. Cihazların yuxarı hissəsi fulleren molekullarından ibarət örtüklərlə bağlanıb.
Növbəti görünüş çox qatlı karbon nanoborucuqlarıdır. Onlar silindr şəklində bükülmüş bir neçə qrafit təbəqəsindən ibarətdir. Onların arasında 0,34 nm məsafə saxlanılır. Bu tip struktur iki şəkildə təsvir olunur. Birinciyə görə, çox qatlı borular bir-birinə yuvalanmış bir neçə tək qatlı borulardır və bu, yuva quran kuklaya bənzəyir. İkinciyə görə, çox qatlı nanoborular qatlanmış qəzetə bənzəyən bir neçə dəfə ətrafına sarılan qrafit vərəqidir.
Karbon nanoborular: tətbiqlər
Elementlər nanomateriallar sinfinin mütləq yeni nümayəndəsidir.
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, onlar qrafit və ya almazdan xassələri ilə fərqlənən çərçivə quruluşuna malikdirlər. Buna görə də onlar digər materiallardan daha çox istifadə olunur.
Güc, əyilmə, keçiricilik kimi xüsusiyyətlərinə görə bir çox sahədə istifadə olunur:
- polimerlərə əlavələr kimi;
- işıqlandırma cihazları, eləcə də telekommunikasiya şəbəkələrində düz panel displeylər və telefonlar üçün katalizator;
- elektromaqnit dalğa uducu kimi;
- enerji çevrilməsi üçün;
- müxtəlif tipli akkumulyatorlarda anodların istehsalı;
- hidrogen anbarı;
- sensorların və kondansatörlərin istehsalı;
- kompozitlərin istehsalı və onların strukturunun və xassələrinin gücləndirilməsi.
Uzun illərdir ki, tətbiqi müəyyən bir sənaye ilə məhdudlaşmayan karbon nanoborucuqları elmi tədqiqatlarda istifadə olunur. Bu cür material bazarda zəif mövqeyə malikdir, çünki genişmiqyaslı istehsalda problemlər var. Digər vacib məqam karbon nanoborucuqlarının yüksək qiymətidir ki, bu da belə bir maddənin qramı üçün təxminən 120 dollardır.
Onlardan bir çox idman mallarının istehsalı üçün istifadə olunan bir çox kompozitlərin istehsalı üçün əsas element kimi istifadə olunur. Digər sənaye avtomobil sənayesidir. Bu sahədə karbon nanoborucuqlarının funksionallığı polimerlərin keçirici xüsusiyyətlərə malik olmasına qədər azalır.
Nanoboruların istilik keçiriciliyi kifayət qədər yüksəkdir ki, onlar müxtəlif kütləvi avadanlıqlar üçün soyuducu cihaz kimi istifadə oluna bilər. Onlar həmçinin zond borularına bərkidilmiş ucları hazırlamaq üçün istifadə olunur.
Ən vacib tətbiq sahəsi kompüter texnologiyasıdır. Nanoborular sayəsində xüsusilə düz ekranlar yaradılır. Onlar əhəmiyyətli dərəcədə az altmaq üçün istifadə edilə bilərkompüterin özünün ümumi ölçüləri, eləcə də texniki göstəricilərini artırır. Hazır avadanlıq mövcud texnologiyalardan bir neçə dəfə üstün olacaq. Bu tədqiqatlar əsasında yüksək gərginlikli kineskoplar yaradıla bilər.
Zamanla borular təkcə elektronikada deyil, həm də tibb və enerji sahələrində istifadə olunacaq.
İstehsal
İstehsalı iki növ arasında paylanmış karbon boruları qeyri-bərabər paylanmışdır.
Beləliklə, MWNT-lər SWNT-lərdən daha çox qazanır. İkinci növ təcili ehtiyac olduqda edilir. Müxtəlif şirkətlər davamlı olaraq karbon nanoborular istehsal edirlər. Lakin dəyəri çox yüksək olduğu üçün onlara praktiki olaraq tələbat yoxdur.
İstehsal liderləri
Bu gün karbon nanoboruların istehsalında aparıcı yeri istehsal imkanları Avropa və Amerikanın digər ölkələrindən 3 dəfə yüksək olan Asiya ölkələri tutur. Xüsusilə, Yaponiya MWNT istehsalı ilə məşğuldur. Amma Koreya və Çin kimi digər ölkələr də bu göstəricidən geri qalmırlar.
Rusiyada istehsal
Karbon nanoborucuqlarının yerli istehsalı digər ölkələrdən xeyli geri qalır. Əslində, hər şey bu sahədə aparılan tədqiqatların keyfiyyətindən asılıdır. Ölkədə elmi-texniki mərkəzlərin yaradılması üçün kifayət qədər maliyyə vəsaiti ayırmır. Bir çox insan nanotexnologiya sahəsindəki inkişafı qəbul etmir, çünki onun sənayedə necə istifadə oluna biləcəyini bilmirlər. Bu səbəbdən iqtisadiyyatın keçidiyeni yol olduqca çətindir.
Ona görə də, Rusiya prezidenti nanotexnologiyanın müxtəlif sahələrinin, o cümlədən karbon elementlərinin inkişafını göstərən fərman verib. Bu məqsədlər üçün öz texnologiyalarımızın inkişafı və istehsalı üçün xüsusi proqram yaradılmışdır.
Sifarişin bütün bəndlərini yerinə yetirmək üçün Rosnanotech şirkəti yaradıldı. Onun fəaliyyət göstərməsi üçün dövlət büdcəsindən xeyli vəsait ayrılıb. Məhz o, karbon nanoborucuqlarının inkişafı, istehsalı və sənaye sahəsinə daxil edilməsi prosesinə nəzarət etməlidir. Ayrılan vəsait müxtəlif elmi-tədqiqat institutlarının və laboratoriyalarının yaradılmasına sərf olunacaq, həmçinin yerli alimlərin mövcud nailiyyətlərini gücləndirəcək. Həmçinin, bu vəsait karbon nanoborucuqlarının istehsalı üçün yüksək keyfiyyətli avadanlıqların alınmasına sərf olunacaq. İnsan sağlamlığını qoruyacaq cihazlara da diqqət yetirməyə dəyər, çünki bu material bir çox xəstəliyə səbəb olur.
Əvvəldə qeyd edildiyi kimi, bütün problem vəsait toplamaqdır. Əksər investorlar tədqiqat və inkişafa, xüsusən də uzun müddətə investisiya etmək istəmirlər. Bütün iş adamları mənfəət görmək istəyir, lakin nanoinkişaf illər çəkə bilər. Kiçik və orta biznes nümayəndələrini dəf edən budur. Bundan əlavə, dövlət investisiyası olmadan nanomaterialların istehsalına tam başlamaq mümkün olmayacaq.
Başqa problemhüquqi bazanın olmamasıdır, çünki biznesin müxtəlif mərhələləri arasında aralıq əlaqə yoxdur. Buna görə də istehsalına Rusiyada tələbat olmayan karbon nanoborular təkcə maliyyə deyil, həm də zehni investisiyalar tələb edir. Hələlik Rusiya Federasiyası nanotexnologiyanın inkişafında lider olan Asiya ölkələrindən uzaqdır.
Bu gün bu sənayenin inkişafı Moskva, Tambov, Sankt-Peterburq, Novosibirsk və Kazan şəhərlərində müxtəlif universitetlərin kimya fakültələrində həyata keçirilir. Karbon nanoboruların aparıcı istehsalçıları Granat şirkəti və Tambovdakı Komsomolets zavodudur.
Yaxşı və pis tərəflər
Üstünlüklər arasında karbon nanoborucuqlarının xüsusi xassələri var. Onlar mexaniki təsirlərin təsiri altında çökməyən davamlı materialdır. Bundan əlavə, onlar əyilmə və uzanma üçün yaxşı işləyirlər. Bu, qapalı çərçivə quruluşu ilə mümkün olur. Onların tətbiqi bir sənaye ilə məhdudlaşmır. Borular avtomobil, elektronika, tibb və enerji sahələrində istifadə olunur.
Böyük çatışmazlıq insan sağlamlığına mənfi təsirdir.
İnsan orqanizminə daxil olan nanoborucuq hissəcikləri bədxassəli şişlərin və xərçəngin yaranmasına səbəb olur.
Əsas tərəf bu sənayenin maliyyələşdirilməsidir. Bir çox insan elmə sərmayə qoymaq istəmir, çünki qazanc əldə etmək uzun müddət tələb edir. Tədqiqat laboratoriyaları fəaliyyət göstərmədən, nanotexnologiyanın inkişafıqeyri-mümkün.
Nəticə
Karbon nanoborular innovativ texnologiyalarda mühüm rol oynayır. Bir çox ekspertlər yaxın illərdə bu sənayenin böyüməsini proqnozlaşdırırlar. İstehsal imkanlarında əhəmiyyətli artım olacaq ki, bu da məhsulun maya dəyərinin azalmasına səbəb olacaq. Qiymətin aşağı düşməsi ilə borulara böyük tələbat olacaq və bir çox cihaz və avadanlıq üçün əvəzedilməz material olacaq.
Beləliklə, bu məhsulların nə olduğunu öyrəndik.
