sənətkarlıq

Karbon nanoborular, onların istehsalı, xassələri və tətbiqləri. Tək divarlı karbon nanoborular Nanoborulardakı eksitonlar və bieksitonlar

Çoxluqların başqa bir sinfi uzunsov silindrik karbon birləşmələri idi, sonralar strukturlarını aydınlaşdırdıqdan sonra " karbon nanoborular"(CNTs). CNTs karbon atomlarından qurulmuş böyük, bəzən hətta həddindən artıq böyük (10 6 atomdan çox) molekullardır.

Tipik struktur sxemi tək divarlı CNT və onun molekulyar orbitallarının kompüter hesablamasının nəticəsi Şek. 3.1. Ağ xətlərlə təsvir edilmiş bütün altıbucaqlıların və beşbucaqlıların təpələrində sp 2 hibridləşmə vəziyyətində olan karbon atomları var. CNT çərçivə strukturunun aydın görünməsi üçün burada karbon atomları göstərilmir. Ancaq onları təsəvvür etmək çətin deyil. Boz ton CNT-lərin yan səthinin molekulyar orbitallarının görünüşünü göstərir.

Şəkil 3.1

Nəzəriyyə göstərir ki, təkdivarlı CNT-nin yan səthinin strukturunu boruya yuvarlanmış bir qrafit təbəqəsi kimi təsəvvür etmək olar. Aydındır ki, bu təbəqə yalnız silindrik səth bağlandıqda altıbucaqlı şəbəkənin özü ilə hizalanmasına nail olan istiqamətlərdə yuvarlana bilər. Buna görə də, CNT-lər yalnız müəyyən diametrlər dəstinə malikdir və təsnif edilir haqqında altıbucaqlı şəbəkənin bükülmə istiqamətini göstərən vektorlar. CNT-lərin həm görünüşü, həm də xassələrindəki dəyişikliklər bundan asılıdır. Üç tipik variant Şəkil 3.2-də göstərilmişdir.

Mümkün CNT diametrləri dəsti üst-üstə düşür diapazon 1 nm-dən bir qədər azdan onlarla nanometrə qədər. AMMA uzunluq CNT-lər onlarla mikrometrə çata bilər. Qeyd haqqında CNT uzunluqları artıq 1 mm həddini keçib.

Kifayət qədər uzun CNTs (zaman uzunluq diametrindən xeyli böyük) birölçülü kristal hesab edilə bilər. Onların üzərində borunun oxu boyunca dəfələrlə təkrarlanan "elementar hüceyrə" ayırmaq mümkündür. Və bu, uzun karbon nanoborucuqlarının bəzi xüsusiyyətlərində əks olunur.

Qrafit qatının qatlama vektorundan asılı olaraq (mütəxəssislər deyirlər: "dan xirallıq") nanoborular həm keçirici, həm də yarımkeçirici ola bilər."Yəhər" adlanan strukturun CNT-ləri həmişə kifayət qədər yüksək, "metal" elektrik keçiriciliyinə malikdir.

düyü. 3.2

Uçlarda CNT-ləri bağlayan "qapaqlar" da fərqli ola bilər. Onlar müxtəlif fullerenlərin "yarımları" formasına malikdirlər. Onların əsas variantları Şek. 3.3.

düyü. 3.3 Tək divarlı CNT-nin "qapaqlarının" əsas variantları

Həmçinin var çox qatlı CNT-lər. Onlardan bəziləri tumar halına salınmış qrafit təbəqəsinə bənzəyir. Lakin əksəriyyəti van der Waals qüvvələri ilə bir-birinə bağlanmış, biri digərinə daxil edilmiş bir qatlı borulardan ibarətdir. Əgər tək divarlı CNT-lər demək olar ki, həmişə qapaqlar ilə bağlıdır, sonra çox qatlı CNT-lər da qismən açıqdır. Onlar adətən tək divarlı CNT-lərə nisbətən daha kiçik struktur qüsurları nümayiş etdirirlər. Buna görə elektronikada tətbiqlər üçün üstünlük sonuncuya verilir.

CNT-lər təkcə düzxətli deyil, həm də əyri şəkildə böyüyür, "diz" meydana gətirmək üçün əyilir və hətta bir növ torus şəklində tamamilə bükülür. Çox vaxt bir neçə CNT bir-birinə möhkəm bağlanır və dəstələr əmələ gətirir.

Nanoborular üçün istifadə olunan materiallar

Karbon nanoborucuqlarının (CNTs) sintezi üsullarının inkişafı sintez temperaturlarının aşağı salınması yolu ilə getdi. Fullerenlərin alınması texnologiyası yaradıldıqdan sonra müəyyən edilmişdir ki, qrafit elektrodlarının elektrik qövslə buxarlanması zamanı fullerenlərin əmələ gəlməsi ilə yanaşı, uzadılmış silindrik strukturlar əmələ gəlir. Mikroskopçu Sumio İijima, transmissiya elektron mikroskopundan (TEM) istifadə edərək, bu strukturları nanoborular kimi müəyyən edən ilk şəxs olub. CNT-lərin istehsalı üçün yüksək temperatur üsullarına elektrik qövsü üsulu daxildir. Bir qrafit çubuq (anod) elektrik qövsündə buxarlanırsa, o zaman qarşı elektrodda (katodda) sərt karbon yığılması (çöküntüsü) əmələ gəlir ki, onun yumşaq nüvəsində diametri 15- olan çoxdivarlı CNT-lər var. 20 nm və uzunluğu 1 μm-dən çox.

Hiss üzərində yüksək temperaturun termal təsiri altında fulleren hissindən CNT-lərin əmələ gəlməsi ilk dəfə Oksford və İsveçrə qrupları tərəfindən müşahidə edilmişdir. Elektrik qövs sintezi üçün quraşdırma metal tutumlu, enerji sərf edən, lakin müxtəlif növ karbon nanomateriallarının alınması üçün universaldır. Əhəmiyyətli bir problem, qövs yanması zamanı prosesin tarazlığının olmamasıdır. Elektrik qövs üsulu bir vaxtlar lazer buxarlanma (ablation) metodunu lazer şüası ilə əvəz etdi. Ablyasiya qurğusu 1200°C temperatura malik adi rezistiv qızdırıcı sobadır. Orada daha yüksək temperatur əldə etmək üçün sobaya bir karbon hədəfi yerləşdirmək və ona bir lazer şüası yönəltmək, növbə ilə hədəfin bütün səthini skan etmək kifayətdir. Beləliklə, Smalley qrupu, qısa impulslu lazerlə bahalı qurğulardan istifadə edərək, 1995-ci ildə onların sintez texnologiyasını "əhəmiyyətli dərəcədə sadələşdirərək" nanoborular əldə etdi.

Bununla belə, CNT-lərin məhsuldarlığı aşağı olaraq qaldı. Qrafitə kiçik nikel və kobalt əlavələrinin (0,5 at.%) daxil edilməsi CNT-lərin məhsuldarlığını 70-90% -ə qədər artırmağa imkan verdi. Həmin andan nanoborunun əmələ gəlməsi mexanizmi konsepsiyasında yeni mərhələ başladı. Metalın böyümə katalizatoru olduğu aydın oldu. Beləliklə, aşağı temperatur üsulu ilə - karbohidrogenlərin katalitik piroliz üsulu ilə (CVD) nanoboruların istehsalı üzrə ilk işlər ortaya çıxdı, burada katalizator kimi dəmir qrupu metalının hissəcikləri istifadə edildi. CVD üsulu ilə nanoboruların və nanoliflərin istehsalı üçün quraşdırma variantlarından biri katalizator və karbohidrogeni yüksək temperatur zonasına daşıyan inert daşıyıcı qazın verildiyi reaktordur.

Sadələşdirilmiş, CNT artım mexanizmi aşağıdakı kimidir. Karbohidrogenin termal parçalanması zamanı əmələ gələn karbon metal nanohissəcikdə həll olur. Hissəcikdə yüksək karbon konsentrasiyasına çatdıqda, katalizator hissəciyinin üzlərindən birində, təhrif edilmiş semifuleren qapağı şəklində artıq karbonun enerji baxımından əlverişli "buraxılması" baş verir. Nanoboru belə yaranır. Parçalanmış karbon katalizator hissəciyinə daxil olmağa davam edir və onun konsentrasiyasının artıqlığını ərintidə buraxmaq üçün onu daim atmaq lazımdır. Ərinmənin səthindən yüksələn yarımkürə (semifulleren) özü ilə həll olunmuş artıq karbonu daşıyır, onun atomları ərintidən kənarda silindrik çərçivə-nanoboru olan C-C bağı əmələ gətirir.

Nanoölçülü vəziyyətdə olan hissəciyin ərimə temperaturu onun radiusundan asılıdır. Radius nə qədər kiçik olsa, Gibbs-Tompson effektinə görə ərimə nöqtəsi bir o qədər aşağı olur. Buna görə də, ölçüsü təxminən 10 nm olan dəmir nanohissəcikləri 600 ° C-dən aşağı ərimiş vəziyyətdədir. Bu günə qədər CNT-lərin aşağı temperaturda sintezi 550°C-də Fe hissəciklərinin iştirakı ilə asetilenin katalitik piroliz yolu ilə həyata keçirilir. Sintez temperaturunun azaldılması da mənfi nəticələrə malikdir. Daha aşağı temperaturlarda böyük diametrli (təxminən 100 nm) və “bambuk” və ya “yuvalanmış nanokonlar” kimi güclü qüsurlu struktura malik CNT-lər alınır. Əldə edilən materiallar yalnız karbondan ibarətdir, lakin onlar lazer ablasiyası və ya elektrik qövs sintezi yolu ilə əldə edilən təkdivarlı karbon nanoborucuqlarında müşahidə edilən qeyri-adi xüsusiyyətlərə (məsələn, Yanq modulu) belə yaxınlaşmırlar.

Ehtimal olunur ki, karbon nanoborucuqlarının kəşfçisi 1991-ci ildə saf karbonun molekulyar formalarının sintezi zamanı əmələ gələn çöküntüləri elektron mikroskop altında tədqiq edərkən çox qatlı nanoborucuqların strukturlarını müşahidə edən Yaponiyanın NEC Sumio İijima korporasiyasının əməkdaşıdır. hüceyrə quruluşudur.

Təsnifat

Nanoboruların əsas təsnifatı onları təşkil edən təbəqələrin sayına əsaslanır.

Tək divarlı nanoborular(birdivarlı nanoborular, SNWTs) - nanoborucuqların ən sadə növü. Onların əksəriyyətinin diametri təxminən 1 nm, uzunluğu minlərlə dəfə uzun ola bilər. Birdivarlı nanoborucuqların strukturu, künc təpələrində yerləşən karbon atomları olan altıbucaqlılara əsaslanan altıbucaqlı qrafit (qrafen) şəbəkəsinin tikişsiz silindrə “sarılması” kimi təqdim edilə bilər. Boruların yuxarı ucları yarımkürəşəkilli qapaqlarla bağlanıb, onların hər bir təbəqəsi yarım fulleren molekulunun quruluşuna bənzəyən altıbucaqlı və beşbucaqlılardan ibarətdir.

Şəkil 1. Bir qatlı nanoborunun qrafik təsviri

Çox qatlı nanoborular(çoxdivarlı nanoborular, MWNTs) boru şəklində yığılmış bir neçə qrafen qatından ibarətdir. Qatlar arasındakı məsafə 0,34 nm-dir, yəni kristal qrafitdəki təbəqələr arasındakı məsafə ilə eynidir.

Onların strukturunu təsvir etmək üçün istifadə olunan iki model var. Çox qatlı nanoborular bir-birinin içərisinə yerləşdirilmiş bir neçə tək qatlı nanoborular ola bilər ("matryoshka" adlanır). Başqa bir halda, qrafenin bir "vərəqi" bir neçə dəfə öz ətrafına sarılır, bu, perqamentin və ya qəzetin ("perqament" modeli) sürüşməsinə bənzəyir.

Şəkil 2. Çox qatlı nanoborunun qrafik təsviri (matryoshka modeli)

Sintez üsulları

Nanoborucuqların sintezi üçün ən çox yayılmış üsullar elektrik qövsü üsulu, lazer ablasiyası və kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) üsuludur.

Qövs boşalması - bu metodun mahiyyəti fullerenlərin istehsalı üçün texnoloji qurğularda helium atmosferində yanan qövs boşalma plazmasında karbon nanoborucuqlarının istehsalındadır. Bununla belə, burada qövsün digər rejimlərindən istifadə olunur: qövs boşalmasının aşağı cərəyan sıxlığı, daha yüksək helium təzyiqi (~ 500 Torr), daha böyük diametrli katodlar.

Püskürtmə məhsullarında nanoboruların məhsuldarlığını artırmaq üçün qrafit çubuğuna katalizator (dəmir qrupu metallarının qarışıqları) daxil edilir, inert qazın təzyiqi və püskürtmə rejimi dəyişdirilir.

Katod yatağında nanoboruların miqdarı 60%-ə çatır. Nəticədə uzunluğu 40 mkm-ə qədər olan nanoborular katoddan onun səthinə perpendikulyar olaraq böyüyür və diametri təxminən 50 km olan silindrik şüalara birləşir.

Lazer ablasyonu

Bu üsul Riçard Smolli və Rays Universiteti tərəfindən icad edilmişdir və yüksək temperaturlu reaktorda qrafit hədəfinin buxarlanmasına əsaslanır. Nanoborular reaktorun soyudulmuş səthində qrafit buxarlanma kondensatı kimi görünür. Su ilə soyudulan səth nanoboruların toplanması sisteminə daxil edilə bilər.

Bu üsulda məhsulun məhsuldarlığı təxminən 70% -dir. Onun köməyi ilə diametri reaksiya temperaturu ilə idarə olunan, əsasən tək divarlı karbon nanoborular əldə edilir. Ancaq bu metodun dəyəri digərlərindən qat-qat bahadır.

Kimyəvi buxar çökməsi (CVD)

Katalitik karbon buxarının çökdürülməsi üsulu hələ 1959-cu ildə kəşf edilmişdi, lakin 1993-cü ilə qədər heç kim bu prosesdə nanoboruların əldə oluna biləcəyini güman etmirdi.

Bu üsul prosesində bir katalizator təbəqəsi - metal hissəcikləri (ən çox nikel, kobalt, dəmir və ya onların birləşmələri) ilə substrat hazırlanır. Bu şəkildə yetişdirilən nanoborucuqların diametri metal hissəciklərin ölçüsündən asılıdır.

Substrat təxminən 700 ° C-yə qədər qızdırılır. Nanoboruların böyüməsinə başlamaq üçün reaktora iki növ qaz daxil edilir: texnoloji qaz (məsələn, ammonyak, azot, hidrogen və s.) və karbon tərkibli qaz (asitilen, etilen, etanol, metan və s.). Nanoborular metal katalizatorların yerlərində böyüməyə başlayır.

Bu mexanizm karbon nanoborucuqlarının istehsalı üçün ən çox yayılmış kommersiya üsuludur. Nanoborular əldə etmək üçün digər üsullar arasında CVD vahid qiymət baxımından ən yaxşı nisbətə görə sənaye miqyasında ən perspektivlidir. Bundan əlavə, əlavə toplanmadan istənilən substratda şaquli yönümlü nanoborular əldə etməyə, həmçinin katalizator vasitəsilə onların böyüməsinə nəzarət etməyə imkan verir.

İstifadə sahələri

Karbon nanoborucuqları fullerenlər və mezoporoz karbon strukturları ilə birlikdə qrafit və almaz kimi karbonun digər formalarından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənən xüsusiyyətlərə malik karbon nanomateriallarının yeni sinfini və ya karbon çərçivə strukturlarını təşkil edir. Bununla belə, onların arasında ən perspektivlisi nanoborulardır.

Nanomateriallar biznesi ilə maraqlanırsınız? Onda maraqlana bilərsiniz

Tək divarlı karbon nanoborular 1993-cü ildə kəşf edilib. Jurnalın bir nömrəsində eyni vaxtda iki məqalə dərc edilmişdir Təbiət Yapon tədqiqatçıları İçihaşi və Sumio İijima, eləcə də IBM-in alimləri metal katalizatorlardan istifadə etməklə birdivarlı karbon nanoborucuqlarının sintezinin mümkünlüyü ilə bağlı nəticələri dərc ediblər. Karbon nanoborular digər materiallar arasında çempiondur, çempiondur.

Fiziki xüsusiyyətləri nəzərə alın. Keçiricilik. Karbon nanoborucuqlarının elektrik keçiriciliyi mis və gümüşdən xeyli yüksəkdir. Bundan əlavə, bir neçə mikrometr məsafədə ballistik keçiricilik müşahidə olunur. Digər tərəfdən, karbon nanoborular xüsusiyyətlərinə görə silikonla müqayisə edilə bilən əlamətdar yarımkeçirici materialdır. Tək divarlı karbon nanoborucuqlarından istifadə etməklə yükdaşıyıcıların hərəkətliliyi ənənəvi silikon tranzistorlardakı hərəkətliliyi əhəmiyyətli dərəcədə üstələyən tranzistorlar əldə etmək mümkündür. Bundan əlavə, tək divarlı nanoborular çevik və şəffaf substratlarda tranzistorlar əldə etməyə imkan verir. Tək divarlı karbon nanoborular almazdan daha yaxşı əlamətdar istilik xüsusiyyətlərinə malikdir: borularda istilik keçiriciliyi təxminən 2 dəfə yüksəkdir. Bundan əlavə, tək divarlı karbon nanoborucuqları soyuq elektronların effektiv sahə emitentidir.

Karbon nanoborucuqlarının istilik dayanıqlığı kifayət qədər yüksəkdir: siz onları məhv etməkdən qorxmadan 1500 dərəcə Selsiyə qədər qızdıra bilərsiniz, halbuki onların əsas rəqibi - üzvi keçiricilər təxminən 150 dərəcə Selsi temperaturunda parçalanmağa başlayır. Karbon nanoborular çox yüngül materialdır. Digər tərəfdən, onlar yüksək xüsusi gücə malikdirlər - yüksək möhkəm poladdan 25 dəfə yüksəkdir. Bu, demək olar ki, yeganə materialdır ki, ondan yükləri kosmosa qaldırmaq mümkün olan kabel şəklində geostasionar orbitdə fırlanan peyki Yerlə birləşdirən kosmik lift yaratmaq mümkün olacaq. Karbon nanoborucuqlarının polimerlərə əlavələri mexaniki xassələrinin dəyişdiyi, çox möhkəm kompozit materialların alındığı, elektrik keçiriciliyinin də dəyişdiyi kompozitlər almağa imkan verir. Əgər material karbon nanoborucuqları ilə örtülmüşdürsə, o zaman materialı elektromaqnit dalğalarından qoruyacaq və qoruyacaq təbəqə əldə edilə bilər.

Enerji tətbiqləri haqqında nə demək olar: karbon nanoboruları litium batareyalarında anod kimi, superkondensatorlar kimi istifadə edilə bilər və əlavə olaraq, onlar günəş batareyalarında - boyalarda, eləcə də silisium π-nin olduğu heteroqovşaqlarda səmərəli elementlərdir. təbəqə tək divarlı nanoborular ilə əvəz edilmişdir. Bundan əlavə, karbon nanoborucuqlarından kifayət qədər geniş spektrli müxtəlif qaz və optik sensorlar hazırlamaq mümkündür. Karbon nanoboruları şəffaf elektrodlar və tranzistorlar kimi istifadə edilə bilər. Bu barədə bir az daha ətraflı danışmaq istərdim, amma sonra.

Mən karbon nanoborucuqlarının keçiriciliyindən danışmaq istərdim. Dediyim kimi, tək divarlı karbon nanoborucuqları həm yaxşı metal keçirici, həm də gözəl yarımkeçiricidir. Keçiriciliyin növü simmetriya qrupu ilə müəyyən edilir. Əgər xirallıq indekslərini bilsək, o zaman karbon nanoborunun metal xassələrini proqnozlaşdıra bilərik. Bu indekslər arasındakı fərq 0 və ya 3-ə çox olarsa, biz metal xassələrə malik karbon nanoborular alırıq, digər bütün nanoborular isə yarımkeçirici olacaq. Aydındır ki, karbon nanoborucuqlarının 1/3 hissəsi metal, 2/3 hissəsi isə yarımkeçiricidir. Təəssüf ki, hazırda mövcud olan üsulların heç biri müəyyən bir şirallığa malik karbon nanoborucuqlarını sintez etməyə imkan vermir. Xirallıq haqqında nə demək olar - müəyyən metallıq ilə belə karbon nanoborular əldə etmək mümkün deyil.

Karbon atomizasiyası üsullarına görə, karbon nanoborucuqlarının sintezi üçün bütün üsullar fiziki və kimyəvi bölünə bilər. Fiziki üsul karbonun buxarlanması və sublimasiyasına əsaslanır. Biz bilirik ki, qrafitin çox aşağı buxar təzyiqi var, ona görə də qrafiti buxarlamaq üçün onu 3000 Kelvindən yuxarı temperaturlara qədər qızdırmaq lazımdır. Bunun üçün günəş enerjisi, induksiya ilə isitmə, lazer ablasiyası və ya elektrik qövs boşalması istifadə edilə bilər. Bu üsul karbon nanoborucuqlarının tədqiqinin ilk günlərində çox məşhur idi, lakin təəssüf ki, yüksək temperaturlar yaranan materialın xüsusiyyətlərini idarə etməyə imkan vermir. Buna görə də son illərdə birdivarlı karbon nanoborucuqlarının - daha dəqiq desək, onların istehsal üsullarının - kimyəvi üsullarla öyrənilməsi tendensiyası müşahidə olunur. Bu üsul karbon birləşmələrinin parçalanmasına əsaslanır - bunlar karbohidrogenlər, spirtlər, ketonlar, hər hansı üzvi, karbon monoksit ola bilər.

Mən öz növbəsində kimyəvi üsulları substratlarda və qaz fazasında karbon nanoborucuqlarının sintezinə bölərdim. Substratlarda karbon nanoborucuqlarının sintezi ən geniş yayılmış üsuldur. O, karbon nanoborucuqlarını əldə etməyə imkan verir: siz inert substrat götürə, onun üzərində katalizator nanohissəcikləri əmələ gətirə, belə bir substratı müəyyən müddətə (adətən 5, 10, 20 və ya 30 dəqiqə) reaktorda yerləşdirə və sonra alınan təsvirlərdən həzz ala bilərsiniz. elektron mikroskopda substratınızda. Digər tərəfdən, aerozol üsulu substratın istifadəsinə əsaslanmır və karbon nanoborunun əmələ gəlməsinin bütün prosesləri qaz fazasında baş verir. Burada ciddi vaxt məhdudiyyəti var, çünki buxarın reaktora daxil olması və çıxışı arasında təxminən 10-12 saniyə vaxt keçir. Bu müddət ərzində hər şey baş verməlidir: katalizatorun prekursorunun parçalanması (adətən belə üsullarda ya dəmir pentakarbonil, ya da ferrosen istifadə olunur), sonra nanometr ölçülü, 1-dən 5 nanometrə qədər olan katalitik hissəciklərin əmələ gəlməsi, karbonun parçalanması və ya parçalanması. katalizator səthində komponentlər və karbon nanoborucuqlarının böyüməsi. Hər şey 12 saniyə çəkir.

Karbon nanoborucuqlarının öyrənilməsi üçün aerozol üsulu ilk dəfə 1999-cu ildə Hyuston Universitetində təklif edilmişdir. Mən də 13 ilə yaxındır ki, aerozol üsulu ilə karbon nanoborucuqlarının sintezi ilə məşğulam. Hesab edirəm ki, bu üsul istifadə olunmamış katalitik hissəciklər olmadan, amorf karbonsuz yüksək keyfiyyətli karbon nanoborucuqlarını, yəni reaktordan çıxanda geniş istifadəyə hazır olan məhsulu əldə etməyə imkan verdiyi üçün ən perspektivlidir. Reaktordan sonra karbon nanoborucuqları filtrə yığılır. Sonra hər hansı digər substrata köçürülə bilər. Bu proses sözün əsl mənasında bir neçə saniyə çəkir, lakin çox tez yüksək keyfiyyətli şəffaf elektrodlar əldə etməyə imkan verir.

İşimizdə karbon nanoborucuqlarından filtrlərdən tutmuş elektronikaya qədər bir çox sahədə istifadə etdik. Mən bir neçə nümunə verəcəyəm. Aerozol filtrləri. Karbon nanoborucuqlarından ibarət bir film vasitəsilə bizim xilas etmək istədiyimiz aerozol hissəciklərini ehtiva edən qaz axını müqavimət yaratmadan olduqca asanlıqla keçir. Bundan əlavə, nanoməsamələr demək olar ki, bütün obyektləri süzgəcdən keçirməyə imkan verir. Biz belə bir filtrin xüsusiyyətlərini ölçdük və müəyyən etdik ki, tək divarlı karbon nanoborucuqlarından hazırlanan filtrlərin keyfiyyət əmsalı kommersiyada mövcud olan analoqlardan daha yüksəkdir. Bundan əlavə, biz elektrokimyəvi sensorlar kimi karbon nanoborucuqlarından istifadə etdik - standart dopamin testləri kifayət qədər geniş diapazonda 100 millinanomoldan az həssaslıq səviyyəsini təyin etməyə imkan verdi - konsentrasiyada təxminən 4 sifariş. Karbon nanoboru filmi 200 femtosaniyə impuls əldə etməyə imkan verən əla lazer uducudur. Bundan əlavə, karbon nanoborucuqları axın ölçən, hava qızdırıcısı, közərmə lampası və digər cihazlar kimi istifadə edilə bilər. Biz həmçinin sərbəst asılmış karbon nanoborucuqlarından istifadə edərək termoakustik dinamik yaratdıq. Bundan əlavə, şəffaf elektrodlar əla xüsusiyyətlərə malikdir, məncə, tezliklə bazarda olacaq, çünki tək divarlı karbon nanoborucuqlarına əsaslanan şəffaf elektrodlar qalay ilə qatlanmış indium oksidi ilə müqayisə edilə bilən əla xüsusiyyətlərə malikdir.

Tək divarlı karbon nanoborular elektronikada şəffaf elektrodlar kimi istifadə oluna bilər və çox güman ki, istifadə olunacaq. İngilis dilində buna deyilir ITO dəyişdirilməsi- qalay qatqılı indium oksidin dəyişdirilməsi, bu, cib telefonlarının və gadgetların 75% -də istifadə olunan materialdır. Məlumdur ki, indium nadir torpaq materialıdır, bundan əlavə, qalay qatqılı indium oksidi kifayət qədər kövrək materialdır və çevik və şəffaf elektronika üçün istifadə edilə bilməz, tək divarlı karbon nanoborular, daha doğrusu onlardan hazırlanmış filmlər səth müqavimətində faktiki olaraq heç bir dəyişiklik olmadan bir neçə on minlərlə dəfə əyilə bilər. Bundan əlavə, ənənəvi silisium texnologiyaları səviyyəsində diqqətəlayiq xüsusiyyətlərə malik olan, bəzən hətta onları üstələyən, 106 və 108 cərəyan nisbəti ilə nazik təbəqəli sahə effektli tranzistorlar hazırlana bilər. bir saniyə üçün 1000 və ya daha çox kvadrat santimetr olan bir yük daşıyıcısının hərəkətliliyi.

Karbon nanoborucuqlarının sintezi üçün aerozol üsulu və filtrdə çökdürülmüş plyonkaların hazırlanması çevik və şəffaf elektronika üçün komponentlərin hazırlanması üçün unikal imkandır. Çökmə otaq temperaturunda baş verir, bu texnologiya vakuum tələb etmir, kifayət qədər sürətli və ucuzdur. Məqsədimiz çevik və şəffaf elektronikada istifadə üçün rulon texnologiyasından istifadə etmək imkanı ilə karbon nanoborucuqlarının geniş miqyaslı istehsalını yaratmaqdır.

Karbon nanoborular bir çox elm adamının xəyal etdiyi materialdır. Yüksək möhkəmlik əmsalı, əla istilik və elektrik keçiriciliyi, alov gecikdiricilik və çəki faktoru əksər tanınmış materiallardan daha yüksək miqyaslı bir sifarişdir. Karbon nanoborular boruya yuvarlanan qrafen təbəqədir. Rus alimləri Konstantin Novoselov və Andrey Qeym onun kəşfinə görə 2010-cu ildə Nobel mükafatı alıblar.

Sovet alimləri ilk dəfə 1952-ci ildə dəmir katalizatorun səthində karbon borularını müşahidə edə bildilər. Bununla belə, elm adamlarına nanoborucuqları perspektivli və faydalı material kimi görmək üçün əlli il lazım oldu. Bu nanoborucuqların diqqət çəkən xüsusiyyətlərindən biri də onların xassələrinin həndəsə ilə müəyyən edilməsidir. Beləliklə, onların elektrik xassələri bükülmə bucağından asılıdır - nanoborular yarımkeçirici və metal keçiricilik nümayiş etdirə bilər.

Bu gün nanotexnologiyada bir çox perspektivli sahələr karbon nanoborucuqları ilə əlaqələndirilir. Sadəcə olaraq, karbon nanoborular yalnız karbon atomlarından ibarət nəhəng molekullar və ya çərçivə strukturlarıdır. Qrafenin boruya yuvarlandığını təsəvvür etsək, belə bir nanoborubka təsəvvür etmək asandır - bu, qrafitin molekulyar təbəqələrindən biridir. Nanoborucuqların qatlanması üsulu əsasən verilmiş materialın son xassələrini müəyyən edir.

Təbii ki, heç kim nanoboruları xüsusi olaraq qrafit təbəqəsindən yuvarlayaraq yaratmır. Nanoborular özləri, məsələn, karbon elektrodlarının səthində və ya qövs boşalması zamanı onların arasında əmələ gəlir. Boşaltma zamanı karbon atomları səthdən buxarlanır və bir-biri ilə birləşir. Nəticədə müxtəlif növ - çoxqatlı, birqatlı və müxtəlif bükülmə bucaqlı nanoborular əmələ gəlir.

Nanoboruların əsas təsnifatı onları təşkil edən təbəqələrin sayına əsaslanır:

Tək divarlı nanoborular ən sadə nanoborular növüdür. Onların əksəriyyətinin diametri 1 nm, uzunluğu minlərlə dəfə uzun ola bilər;
bir neçə qat qrafendən ibarət çoxqatlı nanoborular boru şəklində bükülür. Laylar arasında 0,34 nm məsafə yaranır, yəni qrafit kristalında təbəqələr arasındakı məsafə ilə eynidir.

Qurğu

Nanoborular bir neçə santimetr uzunluğa və bir neçə on nanometrə qədər ola bilən karbonun uzadılmış silindrik strukturlarıdır. Eyni zamanda, bu gün onları qeyri-məhdud uzunluqda iplərə toxunmağa imkan verən texnologiyalar var. Onlar bir boruya yuvarlanmış bir və ya daha çox qrafen təyyarəsindən ibarət ola bilər və adətən yarımkürə şəklində bitən başlıqda olur.

Nanoboruların diametri bir neçə nanometrdir, yəni metrin milyardda bir hissəsidir. Karbon nanoborucuqlarının divarları uclarında karbon atomları olan altıbucaqlılardan ibarətdir. Borular fərqli bir quruluşa sahib ola bilər, onların mexaniki, elektron və kimyəvi xüsusiyyətlərinə təsir edən odur. Bir qatlı boruların qüsurları daha azdır, eyni zamanda, inert bir atmosferdə yüksək temperaturda tavlandıqdan sonra qüsursuz borular da əldə edilə bilər. Çoxdivarlı nanoborular standart təkdivarlı nanoborucuqlardan daha geniş çeşiddə konfiqurasiya və formada fərqlənir.

Karbon nanoborular bir çox yolla sintez oluna bilər, lakin ən çox yayılmışları bunlardır:

qövs boşalması. Metod helium atmosferində yanan qövs atqısının plazmasında fullerenlərin istehsalı üçün texnoloji qurğularda nanoboruların istehsalını təmin edir. Lakin burada digər qövs rejimləri istifadə olunur: daha yüksək helium təzyiqi və aşağı cərəyan sıxlığı, həmçinin daha böyük diametrli katodlar. Katod yatağında uzunluğu 40 μm-ə qədər olan nanoborular var; onlar katoddan perpendikulyar şəkildə böyüyür və silindrik dəstələrə birləşirlər.
Lazer ablasyon üsulu . Metod qrafit hədəfinin xüsusi yüksək temperaturlu reaktorda buxarlanmasına əsaslanır. Nanoborular reaktorun soyudulmuş səthində qrafit buxarlanma kondensatı şəklində əmələ gəlir. Bu üsul, əsasən, temperaturla idarə olunan tələb olunan diametrli birdivarlı nanoborular əldə etməyə imkan verir. Ancaq bu üsul digərlərindən qat-qat baha başa gəlir.
Kimyəvi buxarın çökməsi . Bu üsul dəmir, kobalt, nikel hissəcikləri və ya onların birləşmələri ola bilən katalizator təbəqəsi olan substratın hazırlanmasını nəzərdə tutur. Bu şəkildə yetişdirilən nanoborucuqların diametri istifadə olunan hissəciklərin ölçüsündən asılı olacaq. Substrat 700 dərəcəyə qədər qızdırır. Nanoboruların böyüməsini başlamaq üçün reaktora karbon tərkibli qaz və texnoloji qaz (hidrogen, azot və ya ammonyak) daxil edilir. Nanoborular metal katalizator yerlərində böyüyür.

Tətbiqlər və xüsusiyyətlər

Fotonika və optikada tətbiqlər . Nanoborucuqların diametrini seçməklə, böyük spektral diapazonda optik udulmanı təmin etmək olar. Tək divarlı karbon nanoborular doymuş udulmanın güclü qeyri-xəttiliyini göstərir, yəni kifayət qədər intensiv işıqda şəffaf olurlar. Buna görə də, onlar fotonika sahəsində müxtəlif tətbiqlər üçün, məsələn, marşrutlaşdırıcılarda və açarlarda, ultra qısa lazer impulsları yaratmaq və optik siqnalları bərpa etmək üçün istifadə edilə bilər.
Elektronikada tətbiq . Hazırda nanoboruların elektronikada istifadəsinin bir çox üsulları açıqlanıb, lakin onların yalnız kiçik bir hissəsini həyata keçirmək mümkündür. İstiliyədavamlı interfasial material kimi şəffaf keçiricilərdə nanoboruların istifadəsi ən böyük maraq doğurur.

Elektronikada nanoboruların tətbiqi cəhdlərinin aktuallığı yüksək güclü tranzistorlarda, qrafik prosessorlarda və mərkəzi prosessorlarda istifadə olunan istilik qəbuledicilərində indiumun dəyişdirilməsi zərurəti ilə əlaqədardır, çünki bu materialın ehtiyatları azalır və qiyməti artır. .

Sensorların yaradılması . Sensorlar üçün karbon nanoborular ən maraqlı həllərdən biridir. Tək divarlı nanoborulardan hazırlanmış ultra nazik plyonkalar hazırda elektron sensorlar üçün ən yaxşı əsas ola bilər. Onlar müxtəlif üsullarla istehsal edilə bilər.
Bioçiplərin, biosensorların yaradılması , biotexnologiya sənayesində dərmanların məqsədyönlü çatdırılmasına və fəaliyyətinə nəzarət. Hazırda bu istiqamətdə işlər güclü və əsaslı şəkildə aparılır. Nanotexnologiyadan istifadə etməklə həyata keçirilən yüksək məhsuldarlıqlı analiz texnologiyanı bazara çıxarmaq üçün lazım olan vaxtı əhəmiyyətli dərəcədə azaldacaq.
Bu gün sürətlə böyüyür nanokompozitlərin istehsalı , əsasən polimerdir. Onlara hətta az miqdarda karbon nanoborucuqları daxil edildikdə, polimerlərin xassələrində əhəmiyyətli dəyişiklik təmin edilir. Beləliklə, onlar istilik və kimyəvi müqaviməti, istilik keçiriciliyini, elektrik keçiriciliyini artırır, mexaniki xüsusiyyətləri yaxşılaşdırır. Onlarla material onlara karbon nanoborucuqları əlavə edilərək təkmilləşdirilmişdir;

— nanoborucuqlu polimerlərə əsaslanan kompozit liflər;
— əlavələrlə keramika kompozitləri. Keramikanın çatlara qarşı müqaviməti artır, elektromaqnit şüalanmasının qorunması görünür, elektrik və istilik keçiriciliyi artır;
- nanoborularla beton - sinfi, gücü, çatlama müqaviməti artır, büzülmə azalır;
- metal kompozitlər. Xüsusilə mexaniki xüsusiyyətləri adi misdən bir neçə dəfə yüksək olan mis kompozitlər;
- eyni anda üç komponenti ehtiva edən hibrid kompozitlər: qeyri-üzvi və ya polimer liflər (parçalar), bağlayıcı və nanoborular.

Yaxşı və pis tərəfləri

Karbon nanoboruların üstünlükləri arasında:

Enerji səmərəliliyi həlləri, fotonik, elektronika və digər tətbiqlər sahəsində tətbiq oluna bilən bir çox unikal və həqiqətən faydalı xüsusiyyətlər.
Yüksək möhkəmlik faktoruna, əla istilik və elektrik keçiriciliyinə və yanğına davamlılığa malik nanomaterialdır.
Digər materialların xassələrini onlara az miqdarda karbon nanoborucuqları daxil etməklə yaxşılaşdırmaq.
Açıq ucu olan karbon nanoborular kapilyar effekt nümayiş etdirir, yəni ərimiş metalları və digər mayeləri çəkə bilir;
Nanoborular bərk və molekulların xassələrini birləşdirir ki, bu da mühüm perspektivlər açır.

Karbon nanoboruların çatışmazlıqları arasında:

Karbon nanoborular hazırda sənaye miqyasında istehsal olunmur, ona görə də onların kommersiya istifadəsi məhduddur.
Karbon nanoborucuqlarının istehsal dəyəri yüksəkdir, bu da onların tətbiqini məhdudlaşdırır. Bununla belə, alimlər onların istehsalının maya dəyərini azaltmaq üçün çox çalışırlar.
Dəqiq müəyyən edilmiş xassələri olan karbon nanoborular yaratmaq üçün istehsal texnologiyalarının təkmilləşdirilməsinə ehtiyac.

perspektivlər

Yaxın gələcəkdə karbon nanoborucuqları hər yerdə istifadə olunacaq, onlardan aşağıdakıları yaratmaq üçün istifadə olunacaq:

Nanobalanslar, kompozit materiallar, ağır iş parçacığı.
Yanacaq hüceyrələri, şəffaf keçirici səthlər, nanotellər, tranzistorlar.
Ən son neyrokompüter inkişafları.
Ekranlar, LEDlər.
Metalların və qazların saxlanması üçün qurğular, aktiv molekullar üçün kapsullar, nanopipetler.
Dərmanların çatdırılması və əməliyyatları üçün tibbi nanorobotlar.
Ultra yüksək həssaslığa malik miniatür sensorlar. Belə nanosensorlar biotexnoloji, tibbi və hərbi tətbiqlərdə tətbiq tapa bilər.
Kosmik lift üçün kabel.
Yastı şəffaf dinamiklər.
süni əzələlər. Gələcəkdə kiborqlar, robotlar peyda olacaq, əlillər tam həyata qayıdacaqlar.
Mühərriklər və generatorlar.
Hər hansı bir bəladan qoruyacaq ağıllı, yüngül və rahat geyim.
Sürətli doldurma ilə təhlükəsiz superkondensatorlar.

Bütün bunlar gələcəkdədir, çünki karbon nanoborucuqlarının yaradılması və istifadəsi üzrə sənaye texnologiyaları inkişafın ilkin mərhələsindədir və onların qiyməti olduqca bahadır. Amma rus alimləri artıq bu materialın yaradılması xərclərini iki yüz dəfə azaltmağın yolunu tapdıqlarını bəyan ediblər. Karbon nanoboruların istehsalı üçün bu unikal texnologiya hazırda məxfi saxlanılır, lakin o, sənayedə və bir çox başqa sahələrdə inqilab etməlidir.

Karbon nanoborular sənaye və materialşünaslığın yeni bir sahəsi yaradır

“Nano” kateqoriyasına aid olan, yəni hissəcikləri 100 nm-dən az olan maddələr bu gün texniki karbon (his) və silikagel (“ağ his”) ilə təmsil olunur. Digər nanomaterialların istehsal həcmi müqayisə olunmayacaq dərəcədə aşağıdır. Amma indi vəziyyət dəyişir, karbon nanoborular bazara daxil olub. karbon nanoborular- bunlar boruya yuvarlanmış bir və ya daha çox altıbucaqlı (həndəsi cəhətdən bal pətəklərinə bənzəyən) qrafit müstəvilərindən ibarət uzadılmış silindrik strukturlardır.

Karbon mikroboruları 19-cu əsrin sonunda patentləşdirildi və nanoborular ilk dəfə 1950-ci illərdə Moskva Fiziki Kimya İnstitutunda, daha sonra 1970-ci illərdə Yaponiyada əldə edildi və nəhayət, 1991-ci ildə Yaponiyada “kəşf edildi”. O vaxtdan bəri borulara maraq durmadan artdı.

Tələb olunan xüsusiyyətlər toplusuna görə nanoboruların analoqu yoxdur

Nanoborucuqlarda karbon atomlarının bir-birinə bağlanması rekord gücə malikdir. Nanoboruların Young modulu (maddənin gərginliyə və ya sıxılma müqavimətini xarakterizə edən təzyiq ölçüsü) 1 TPa-dan çoxdur (təxminən 1 milyon atmosfer - almazdan yüksək). Nanoborucuqların istilik keçiriciliyi misdən səkkiz dəfə yüksəkdir və elektrik keçiriciliyi Ohm qanununa tabe deyil. Borularda cərəyan sıxlığı mis telin partladığı sıxlıqdan min dəfə çox ola bilər.

Nanoboruların dünya istehsalı ildə 1000 tonu ötüb. Karbon nanoborucuqlarından hazırlanmış və ya tərkibində karbon nanoboru olan materialların istifadəsi iqtisadiyyatın qlobal maliyyə böhranından təsirlənməmiş yeni sahəsinə çevrilib.

2010-cu ildə nanoborulara qlobal tələbat 10.000 ton olaraq qiymətləndirilir. Onlar 40-dan çox şirkət tərəfindən istehsal olunur. alman Bayer 2012-ci ilə qədər istehsal gücünü 3000 t/y-ə qədər genişləndirməyi planlaşdırır, fransızlar Arkema illik istehsal gücü 400 ton olan zavoda malikdir, Çin CNano - 500 t/q və Belçika Nanosil - 400 t/q. 500 t/y-ə qədər Yapon karbon nanoliflərinin istehsalını artırır Şou Denko .

Nanostrukturlu materiallar iki böyük qrupa bölünür. Birinin materialları 95-100% nanoborulardır. İkincinin materialları - nanokompozitlər - əksinə, 5% -ə qədər bir neçə nanoborucuqdan ibarətdir.

Nanoboru materialları

Nanoborucuqların forması onları iki şəkildə yığmaq imkanı verir: təsadüfi və ya sifarişlə, bu da materialların xassələrinə təsir göstərir. Nanoborular onlara müxtəlif kimyəvi qruplar və nanohissəciklər əlavə etməklə dəyişdirilə bilər. O, həmçinin nanoborucuqların özlərinin və materiallarının xüsusiyyətlərini dəyişir.

Birinci qrupun materiallarına nanoboruların "monolit" strukturları daxildir; borulardan örtüklər, filmlər və nanokağız; boru lifləri; "meşə" - bir-birinə paralel və substrata perpendikulyar düzülmüş nanoborular. "Monolit" materiallar geniş istifadə edilmir.

Dolaşan uzun nanoborucuqlardan tsiklik yüklər və –140 ilə +900 °C arasında olan temperaturlar altında məhv olmağa davamlı bir “rezin” ayrıldı. Onun performansı ən yaxşı viskoelastik material hesab edilən silikon kauçukdan qat-qat üstündür.

Örtüklər, plyonkalar və nanokağız ya boruların sintezi zamanı, ya da onların dispersiyalarından (kolloid məhlullar) əldə edilir. Birinci qrup üsullar yüksək temperaturdur, ikincisi istilik tələb etmir. Borulardan ən sadə makromaterial, nanokağız, 10-30 nm qalınlığa malikdir və dispersiyaların süzülməsi ilə istehsal olunur.

Şirkət Nanocomp Texnologiyaları (ABŞ) sahəsi təqribən 3 m2 olan nanokağız vərəqləri satır və 4-6 t/y istehsal gücünə malik istehsal müəssisəsi qurmağı planlaşdırır. Nanokağız rulonlarının alınması üsulları tətbiq edilmişdir.

Filtrlər nanokağızdan (o cümlədən virusların və ya suyun duzsuzlaşdırılması üçün), elektromaqnit şüalanmasından qorunma, qızdırıcı hissələri, sensorlar, aktuatorlar, sahə emitentləri, elektrokimyəvi cihazların elektrodları, katalizator daşıyıcıları və s.

Şəffaf keçirici filmlər və örtüklər indium və qalay oksidlərinin bərk məhlulu ilə rəqabət aparır və elektronika, sensorlar və fotovoltaiklərdə bu bahalı və kövrək materialı əvəz edə bilər.

Amerika şirkəti Eikos inkişaf etdirmiş və 2005-ci ildən kompozisiya ilə təchiz edilmişdir Invisicon mürəkkəbi nanoborucuqların nazik təbəqələrini substratlara yerləşdirmək üçün.

Karbon nanoboru lifləri faydalı yükləri Yerin orbitinə iqtisadi cəhətdən qaldırmaq üçün ideal "kosmik lift" bağlayıcı material kimi görünürdü. Bununla belə, nanoborucuqların xassələrinin makromateriallara ötürülməsi sadə işdən uzaq olduğu ortaya çıxdı.

Liflər müxtəlif yollarla əldə edilir. “Quru” üsullara karbohidrogenlərin pirolizi zamanı əmələ gələn aerogeldən əmələ gəlmə və “ağacdan” fırlanma daxildir.

Aerojeldən liflərin çəkilməsi və bükülməsi texnologiyası - "yumşaq tüstü" - ildə hazırlanmışdır Kembric Universiteti . Karbohidrogen yüksək temperaturda reaksiya zonasına verilir, ondan aerojel əmələ gəlir (yəni maye fazası tamamilə qaz halında olan bir gel ilə əvəz olunur). Ondan, köhnə günlərdə olduğu kimi, yedəkdən lif bükülür. İsraildə 2010-cu ildə Kembric nanoborucuqlarını ehtiva edən hibrid kompozitlərdən bədən zirehləri və qoruyucu örtüklər istehsal edən şirkət yaradılıb.

“Meşədən” fırlamaq, ipək qurdunun baramalarından ipək saplar əldə etmək kimi bir şeydir.

Liflərin istehsalı üçün həll üsulları dispersiyaların maye axınına ekstruziyası və ya superturşularda (kükürddən daha güclü turşular) kolloid məhlullardan çəkilməsidir.

Şirkət Nanocomp Texnologiyaları istehsalı üçün uzun nanoboruların istifadə edildiyi 10 km uzunluğa qədər güclü liflərin tədarükünü elan etdi. Bükülmüş iplər 3 GPa gücünə malikdir və bəzi parametrlərdə artıq Kevlardan üstündür.

Xüsusiyyətlər dəsti baxımından "meşə"nin analoqu yoxdur - bu, müxtəlif formalar ala bilən və dəyişdirilə bilən elastik, elektrik və istilik keçirici materialdır. 2004-cü ildə yüksək performanslı "meşə" superböyümə prosesi təsvir edilmişdir: uzunluğu 15-18 mm-ə qədər olan çox təmiz karbon nanoborucuqlarının əldə edilməsi, onların dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.

Yaponiya superböyümə prosesi əsasında istehsala başlamağa hazırlaşır. Onun tutumu cəmi 600 q/saat birdivarlı nanoborular təşkil edir, lakin tezliklə onu 10 t/q-a çatdırmaq planlaşdırılır.

"Meşə" polimer əsaslı kompozitlərin tərkib hissəsi kimi superkondensatorlar, sahə emitentləri və günəş elementləri üçün elektrodlar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Substratın səthinə "meşə" qoyaraq, sıx lentlər əldə edildi. Xüsusi elektrik keçiriciliyi baxımından, onlar metalları üstələyə bilər və aerokosmik sənayedə tətbiq tapacaqlar.

Paralel nanoborulardan hazırlanmış süni əzələ zolaqları 80-1900 K temperaturda işləyir və elektrik potensialı tətbiq edildikdə çox yüksək uzanma təmin edir. Belə elektrik enerjisini mexaniki enerjiyə çevirənlər pyezokristallardan qat-qat səmərəlidir.

Nanoboruların qarışığı olan materiallar

İkinci qrup materialların - nanokompozitlərin, əsasən polimerlərin istehsalı kəskin şəkildə artır.

Hətta kiçik miqdarda karbon nanoborucuqlarının tətbiqi polimerlərin xassələrini əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir, elektrik keçiriciliyini verir, istilik keçiriciliyini artırır, mexaniki xüsusiyyətləri, kimyəvi və istilik sabitliyini yaxşılaşdırır. Onlarla müxtəlif polimerlər əsasında nanokompozitlər yaradılmış, onların hazırlanması üçün bir çox üsullar hazırlanmışdır.

Nanoborularla polimerlər əsasında yaradılmış kompozit liflərdən geniş istifadə oluna bilər.

Şirkətin demək olar ki, hamısı Bayer polimer kompozitlər üçün nanoborular istifadə olunur. Şirkət Arkema termoplastik kompozitlər üçün öz nanoborularını təmin edir və Nanosil - termobüzülə bilən polimerlər və karbon lifli prepreqlər üçün (prepreglər sonrakı emal üçün yarımfabrikat kompozit materiallardır).

Amerika şirkəti Hyperion Catalysis Int. , nanoboruların sənaye istehsalında qabaqcıl, epoksi qatranlarına və polimerlərə daxil olmaq üçün konsentratlar istehsal edir.

Nanoboruların növləri

Keramika kompozitləri bir çox odadavamlı maddələr əsasında yaradılır, lakin sənaye inkişafı baxımından polimerlərə əsaslanan nanokompozitlərdən nəzərəçarpacaq dərəcədə aşağıdır. Polimerlərdə olduğu kimi, az miqdarda nanoborucuqların əlavə edilməsi elektrik və istilik keçiriciliyini artırır, elektromaqnit şüalanmasından qorunma qabiliyyəti verir və ən əsası keramikaların çatlara davamlılığını artırır.

Çox az miqdarda nanoboruların betona daxil edilməsi onun dərəcəsini, çatlama müqavimətini, möhkəmliyini artırır və büzülməsini azaldır.

Metal kompozitlər adi əlvan metallar və ərintilərlə yaradılır. Ən böyük diqqət mexaniki xüsusiyyətləri misdən iki-üç dəfə yüksək olan mis kompozitlərə verilir. Bir çox birləşmələrdə artan güc və sərtlik, daha aşağı istilik genişlənməsi və sürtünmə əmsalları var.

Hibrid kompozitlər adətən üç komponentdən ibarətdir: polimer və ya qeyri-üzvi liflər (parçalar), nanoborular və bağlayıcı. Bu sinfə daxildir prepregs .

Amerika şirkəti nanoborularla prepreglərin istehsalında ixtisaslaşmışdır Zyvex Performans Materialları . Nanoborular prepreglərin gücünü və sərtliyini 30-50% artırır. Prepregs pilotsuz dəniz kəşfiyyatı qayıqları yaratmaq üçün istifadə edirdi "Piranha" .

2009-cu ildə ABŞ-da nanoborucuqlar ilə kompozitdən hazırlanmış mühərrik sipərli ilk hava akrobatika təyyarəsi uçdu. Təyyarə korpusunun bəzi elementləri F-35 şirkətlər Martin Lockheed belə kompozitlərdən, təxminən 100 sərnişin təyyarə gövdəsindən ibarətdir Boeing 787 nanoborulardan istifadə etməklə həyata keçirilməlidir.

Şirkət Nanosil borularla epoksi qatran istehsal edir Eposil və prepregs pregsil şüşə lifləri, karbon və ya aramid lifləri əsasında. Əlavələr çatlara qarşı müqaviməti 100%, interlaminar kəsmə gücünü 15% artırır və istilik genişlənməsi əmsalını azaldır. Kompozitlərdən avtomobil və aviasiya sənayesində gülləkeçirməz jiletlər üçün istifadə edilməsi nəzərdə tutulur. Onlar külək turbinlərinin 49 metrlik qanadlarının çəkisini 7,3 tondan 5,8 tona qədər azaldır.

Fin şirkəti Amroy Europe Oy nanoboru istehsalından istifadə etməklə Bayer , epoksi konsentrat buraxır Hibtonit dəniz gəmiləri, külək turbinləri, idman avadanlıqları və s.

Prepregs Kanada üçün Nano məlumat şirkətin borularından istifadə edir Bayer , Amma Nanocomp Texnologiyaları böyük sahəli vərəqlər və nanokağız rulonları istehsal edir.

Hibrid kompozitlər zərər sensoru xüsusiyyətlərini nümayiş etdirə bilər.

Müxtəlif matrislərlə biokompozitlər də yaradılmışdır. Sümük implantları üçün materiallar, əzələ və sümük toxumalarının böyüməsi üçün plyonkalar, gözün retinal və epitel hüceyrələri, neyron şəbəkələri, həmçinin biofunksional kompozitlər və biosensorlar tədqiq olunur.

Nümunələr nanoborular olan materialların müxtəlifliyini və xüsusiyyətlərini tükəndirmir. Onların tətbiq sahələri genişlənir, nanostrukturlu materialşünaslığın inkişaf səviyyəsini, ayrı-ayrı ölkələrdə elm və texnikanın ümumi vəziyyətini müəyyən etməyə başlayırlar.

Eduard Rakov, kimya elmləri doktoru, Rusiya Kimya Texniki Universitetinin Nanotexnologiyalar və nanomateriallar kafedrasının müdiri. DI. Mendeleyev