បំពង់ nanotubes កាបូន ការផលិត លក្ខណៈសម្បត្តិ និងកម្មវិធី។ បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ Excitons និង biexcitons នៅក្នុង nanotubes

ចង្កោម​មួយ​ប្រភេទ​ទៀត​ត្រូវ​បាន​ពន្លូត​ជា​ទម្រង់​កាបូន​រាង​ស៊ីឡាំង ដែល​ក្រោយ​មក​ក្រោយ​ពី​ធ្វើ​ឱ្យ​ច្បាស់​រចនាសម្ព័ន្ធ​របស់​វា​ត្រូវ​បាន​គេ​ហៅ​ថា " បំពង់ណាណូកាបូន"(CNTs)។ CNTs មានទំហំធំ ជួនកាលសូម្បីតែម៉ូលេគុលដែលមានទំហំធំ (លើសពី 10 6 អាតូម) ដែលបង្កើតឡើងពីអាតូមកាបូន។

ធម្មតា គ្រោងការណ៍រចនាសម្ព័ន្ធជញ្ជាំងតែមួយ CNT និងលទ្ធផលនៃការគណនាតាមកុំព្យូទ័រនៃគន្លងម៉ូលេគុលរបស់វាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។ ៣.១. នៅចំនុចកំពូលនៃ hexagons និង pentagons ទាំងអស់ដែលបង្ហាញដោយបន្ទាត់ពណ៌ស មានអាតូមកាបូននៅក្នុងស្ថានភាពនៃ sp 2 hybridization ។ ដើម្បីធ្វើឱ្យរចនាសម្ព័ន្ធក្របខ័ណ្ឌ CNT អាចមើលឃើញយ៉ាងច្បាស់ អាតូមកាបូនមិនត្រូវបានបង្ហាញនៅទីនេះទេ។ ប៉ុន្តែពួកគេមិនពិបាកស្រមៃទេ។ សម្លេងពណ៌ប្រផេះបង្ហាញពីទិដ្ឋភាពនៃគន្លងម៉ូលេគុលនៃផ្ទៃក្រោយនៃ CNTs ។

រូបភាព 3.1

ទ្រឹស្តីបង្ហាញថារចនាសម្ព័ន្ធនៃផ្ទៃចំហៀងនៃ CNT ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយអាចត្រូវបានគេស្រមៃថាជាស្រទាប់ក្រាហ្វិចតែមួយដែលរមៀលចូលទៅក្នុងបំពង់មួយ។ វាច្បាស់ណាស់ថាស្រទាប់នេះអាចត្រូវបានរមៀលឡើងតែក្នុងទិសដៅទាំងនោះដែលការតម្រឹមនៃបន្ទះឈើប្រាំមួយជាមួយនឹងខ្លួនវាត្រូវបានសម្រេចនៅពេលដែលផ្ទៃស៊ីឡាំងត្រូវបានបិទ។ ដូច្នេះ CNTs មានតែសំណុំជាក់លាក់នៃអង្កត់ផ្ចិត និងត្រូវបានចាត់ថ្នាក់ នៅលើវ៉ិចទ័រដែលបង្ហាញពីទិសដៅនៃការបត់នៃបន្ទះឈើឆកោន។ ទាំងរូបរាង និងការប្រែប្រួលនៃលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ CNTs អាស្រ័យលើនេះ។ ជម្រើសធម្មតាចំនួនបីត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 3.2 ។

សំណុំនៃអង្កត់ផ្ចិត CNT ដែលអាចធ្វើទៅបានត្រួតលើគ្នា។ ជួរពីតិចជាង 1 nm បន្តិចទៅរាប់សិប nanometers ។ ប៉ុន្តែ ប្រវែង CNTs អាចឈានដល់រាប់សិបមីក្រូម៉ែត្រ។ កត់ត្រា នៅលើប្រវែង CNT បានលើសពីដែនកំណត់ 1 ម.

CNTs វែងគ្រប់គ្រាន់ (ពេលណា ប្រវែងធំជាងអង្កត់ផ្ចិត) អាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជាគ្រីស្តាល់មួយវិមាត្រ។ វាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីបំបែក "កោសិកាបឋម" នៅលើពួកវាដែលធ្វើម្តងទៀតច្រើនដងតាមអ័ក្សនៃបំពង់។ ហើយនេះត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងនៅក្នុងលក្ខណៈសម្បត្តិមួយចំនួននៃ nanotubes កាបូនវែង។

អាស្រ័យលើវ៉ិចទ័របត់ស្រទាប់ក្រាហ្វិច (អ្នកជំនាញនិយាយថា: "ពី សេចក្តីសប្បុរស") nanotubes អាចជា conductors និង semiconductors ។ CNTs នៃរចនាសម្ព័ន្ធ "saddle" តែងតែមានចរន្តអគ្គិសនី " metallic" ខ្ពស់។

អង្ករ។ ៣.២

"គម្រប" ដែលបិទ CNTs នៅចុងបញ្ចប់ក៏អាចខុសគ្នាដែរ។ ពួកគេមានទម្រង់ "ពាក់កណ្តាល" នៃ fullerenes ផ្សេងៗគ្នា។ ជម្រើសចម្បងរបស់ពួកគេត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ ៣.៣.

អង្ករ។ ៣.៣ វ៉ារ្យ៉ង់សំខាន់នៃ "មួក" នៃ CNT ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ

មាន​ផង​ដែរ CNTs ច្រើនស្រទាប់. ពួកវាខ្លះមើលទៅដូចជាស្រទាប់ក្រាហ្វិចរមៀលឡើងចូលទៅក្នុងរមូរ។ ប៉ុន្តែភាគច្រើនមានបំពង់ស្រទាប់តែមួយ បញ្ចូលទៅក្នុងមួយទៀត ដែលភ្ជាប់គ្នាទៅវិញទៅមកដោយកងកម្លាំង van der Waals ។ ប្រសិនបើ CNTs ជញ្ជាំងតែមួយបិទជិតជានិច្ចជាមួយនឹងគម្រប CNTs ច្រើនស្រទាប់ក៏បើកចំហដោយផ្នែកផងដែរ។ ជាធម្មតាពួកវាបង្ហាញនូវពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធតូចៗច្រើនជាង CNTs ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ។ ដូច្នេះសម្រាប់កម្មវិធីនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិក ចំណង់ចំណូលចិត្តត្រូវបានផ្តល់ទៅឱ្យអ្នកក្រោយ។

CNTs លូតលាស់មិនត្រឹមតែ rectilinear ប៉ុណ្ណោះទេប៉ុន្តែថែមទាំង curvilinear កោងដើម្បីបង្កើតជា "ជង្គង់" និងសូម្បីតែបត់ទាំងស្រុងនៅក្នុងទម្រង់នៃប្រភេទនៃ torus មួយ។ ជាញឹកញាប់ CNTs ជាច្រើនត្រូវបានភ្ជាប់យ៉ាងរឹងមាំទៅគ្នាទៅវិញទៅមក ហើយបង្កើតជាបណ្តុំ។

សម្ភារៈប្រើប្រាស់សម្រាប់ nanotubes

ការអភិវឌ្ឍន៍វិធីសាស្រ្តសម្រាប់ការសំយោគកាបូនណាណូធូប (CNTs) បានដើរតាមគន្លងនៃការបញ្ចុះសីតុណ្ហភាពសំយោគ។ បន្ទាប់ពីការបង្កើតបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់ការផលិត fullerenes វាត្រូវបានគេរកឃើញថាក្នុងអំឡុងពេលនៃការហួតធ្នូអគ្គិសនីនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិចរួមជាមួយការបង្កើត fullerenes រចនាសម្ព័ន្ធស៊ីឡាំងពង្រីកត្រូវបានបង្កើតឡើង។ មីក្រូទស្សន៍ Sumio Iijima ដោយប្រើមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងបញ្ជូន (TEM) គឺជាអ្នកដំបូងគេដែលកំណត់អត្តសញ្ញាណរចនាសម្ព័ន្ធទាំងនេះជា nanotubes ។ វិធីសាស្រ្តសីតុណ្ហភាពខ្ពស់សម្រាប់ផលិត CNTs រួមមានវិធីសាស្ត្រធ្នូអគ្គិសនី។ ប្រសិនបើដំបងក្រាហ្វិច (អាណូត) ត្រូវបានហួតនៅក្នុងធ្នូអគ្គិសនី នោះការបង្កើតកាបូនរឹង (ប្រាក់បញ្ញើ) ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើអេឡិចត្រូតផ្ទុយ ( cathode) នៅក្នុងស្នូលទន់ដែលមាន CNTs ពហុជញ្ជាំងដែលមានអង្កត់ផ្ចិត 15- 20 nm និងប្រវែងលើសពី 1 μm។

ការបង្កើត CNTs ពី soot fullerene នៅក្រោមសកម្មភាពកំដៅដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៅលើ soot ត្រូវបានសង្កេតឃើញជាលើកដំបូងដោយក្រុម Oxford និង Swiss ។ ការដំឡើងសម្រាប់ការសំយោគធ្នូអគ្គិសនីគឺលោហៈដែលពឹងផ្អែកខ្លាំង ការប្រើប្រាស់ថាមពល ប៉ុន្តែជាសកលសម្រាប់ការទទួលបានប្រភេទផ្សេងៗនៃសម្ភារៈកាបូនណាណូ។ បញ្ហាសំខាន់មួយគឺភាពមិនស្មើគ្នានៃដំណើរការកំឡុងពេលដុតធ្នូ។ វិធីសាស្រ្តធ្នូអគ្គិសនីនៅពេលតែមួយបានជំនួសវិធីសាស្រ្តនៃការហួតឡាស៊ែរ (ablation) ជាមួយនឹងកាំរស្មីឡាស៊ែរ។ ឯកតា ablation គឺជាចង្ក្រានកំដៅធន់ទ្រាំធម្មតាដែលផ្តល់សីតុណ្ហភាព 1200 ° C ។ ដើម្បីទទួលបានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៅក្នុងវា វាគ្រប់គ្រាន់ក្នុងការដាក់គោលដៅកាបូននៅក្នុងចង្រ្កាន ហើយដឹកនាំកាំរស្មីឡាស៊ែរនៅវា ដោយឆ្លាស់គ្នាស្កេនផ្ទៃទាំងមូលនៃគោលដៅ។ ដូច្នេះ ក្រុមរបស់ Smalley ដែលប្រើប្រាស់ការដំឡើងថ្លៃៗជាមួយនឹងឡាស៊ែរជីពចរខ្លី បានទទួល nanotubes ក្នុងឆ្នាំ 1995 ដោយ "ធ្វើឱ្យងាយស្រួល" នូវបច្ចេកវិទ្យានៃការសំយោគរបស់ពួកគេ។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយទិន្នផល CNTs នៅតែមានកម្រិតទាប។ ការណែនាំនៃការបន្ថែមនីកែល និង cobalt តូចៗ (0.5 at.%) ទៅក្នុងក្រាហ្វិចបានធ្វើឱ្យវាអាចបង្កើនទិន្នផលនៃ CNTs ដល់ 70-90% ។ ចាប់ពីពេលនោះមកដំណាក់កាលថ្មីមួយបានចាប់ផ្តើមនៅក្នុងគំនិតនៃយន្តការនៃការបង្កើត nanotube ។ វាច្បាស់ណាស់ថាលោហៈគឺជាកាតាលីករលូតលាស់។ ដូច្នេះស្នាដៃដំបូងបានបង្ហាញខ្លួនលើការផលិតបំពង់ណាណូដោយវិធីសាស្រ្តសីតុណ្ហភាពទាប - ដោយវិធីសាស្រ្តនៃ pyrolysis កាតាលីករនៃអ៊ីដ្រូកាបូន (CVD) ដែលភាគល្អិតនៃលោហៈក្រុមដែកត្រូវបានគេប្រើជាកាតាលីករ។ ជម្រើសមួយក្នុងចំណោមជម្រើសសម្រាប់ការដំឡើងសម្រាប់ការផលិតនៃ nanotubes និង nanofibers ដោយវិធីសាស្រ្ត CVD គឺជារ៉េអាក់ទ័រដែលឧស្ម័ន inert carrier ត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ ដែលផ្ទុកកាតាលីករ និងអ៊ីដ្រូកាបូនទៅកាន់តំបន់សីតុណ្ហភាពខ្ពស់។

សាមញ្ញ យន្តការកំណើន CNT មានដូចខាងក្រោម។ កាបូនដែលបានបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេល decomposition កម្ដៅនៃអ៊ីដ្រូកាបូនរលាយនៅក្នុង nanoparticle លោហៈ។ នៅពេលដែលកំហាប់ខ្ពស់នៃកាបូននៅក្នុងភាគល្អិតត្រូវបានឈានដល់ នៅលើមុខមួយនៃភាគល្អិតកាតាលីករ "ការបញ្ចេញ" ដែលអំណោយផលដ៏ខ្លាំងក្លានៃកាបូនលើសកើតឡើងក្នុងទម្រង់ជាមួក semifulerene ដែលខូចទ្រង់ទ្រាយ។ នេះជារបៀបដែល Nanotube កើតមក។ កាបូនដែលបានបំបែកនៅតែបន្តចូលទៅក្នុងភាគល្អិតកាតាលីករ ហើយដើម្បីបញ្ចេញកំហាប់លើសរបស់វាក្នុងការរលាយ វាត្រូវតែបោះចោលឥតឈប់ឈរ។ អឌ្ឍគោលដែលកំពុងកើនឡើង (semifullerene) ពីផ្ទៃរលាយនាំកាបូនលើសដែលរលាយទៅជាមួយ ដែលអាតូមនៅខាងក្រៅរលាយបង្កើតបានជាចំណង C-C ដែលជាស៊ុមរាងស៊ីឡាំង-nanotube ។

សីតុណ្ហភាពរលាយនៃភាគល្អិតនៅក្នុងស្ថានភាពណាណូអាស្រ័យលើកាំរបស់វា។ កាំកាន់តែតូច ចំណុចរលាយកាន់តែទាប ដោយសារឥទ្ធិពល Gibbs-Thompson ។ ដូច្នេះ ភាគល្អិតណាណូដែកដែលមានទំហំប្រហែល 10 nm ស្ថិតក្នុងសភាពរលាយក្រោម 600°C។ រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន ការសំយោគសីតុណ្ហភាពទាបនៃ CNTs ត្រូវបានអនុវត្តដោយ pyrolysis កាតាលីករនៃ acetylene នៅក្នុងវត្តមាននៃភាគល្អិត Fe នៅ 550 ° C ។ ការកាត់បន្ថយសីតុណ្ហភាពសំយោគក៏មានផលវិបាកអវិជ្ជមានផងដែរ។ នៅសីតុណ្ហភាពទាប CNTs ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតធំ (ប្រហែល 100 nm) និងរចនាសម្ព័ន្ធដែលខូចខ្លាំងដូចជា "ឫស្សី" ឬ "nanocones" ត្រូវបានទទួល។ សមា្ភារៈលទ្ធផលគឺមានតែកាបូនប៉ុណ្ណោះ ប៉ុន្តែពួកវាមិនបានចូលទៅជិតលក្ខណៈវិសាមញ្ញទេ (ឧទាហរណ៍ ម៉ូឌុលរបស់ Young) ដែលសង្កេតឃើញនៅក្នុងបំពង់ nanotubes កាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ ដែលទទួលបានដោយឡាស៊ែរ ឬការសំយោគធ្នូអគ្គិសនី។

វាត្រូវបានគេជឿថាអ្នករកឃើញកាបូន nanotubes គឺជាបុគ្គលិកនៃសាជីវកម្មជប៉ុន NEC Sumio Iijima ដែលក្នុងឆ្នាំ 1991 បានសង្កេតមើលរចនាសម្ព័ន្ធនៃ nanotubes ពហុស្រទាប់នៅពេលសិក្សាប្រាក់បញ្ញើនៅក្រោមមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងដែលត្រូវបានបង្កើតឡើងកំឡុងពេលសំយោគទម្រង់ម៉ូលេគុលនៃកាបូនសុទ្ធដែលមាន។ រចនាសម្ព័ន្ធកោសិកា។

ចំណាត់ថ្នាក់

ការចាត់ថ្នាក់សំខាន់នៃ nanotubes គឺផ្អែកលើចំនួននៃស្រទាប់ធាតុផ្សំរបស់វា។

បំពង់ណាណូដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ(បំពង់ nanotubes ជញ្ជាំងតែមួយ, SNWTs) - ប្រភេទ nanotubes សាមញ្ញបំផុត។ ពួកវាភាគច្រើនមានអង្កត់ផ្ចិតប្រហែល 1 nm ដែលមានប្រវែងអាចវែងជាងរាប់ពាន់ដង។ រចនាសម្ព័ន្ធនៃបំពង់ nanotubes ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយអាចត្រូវបានតំណាងថាជា "ការរុំ" នៃបណ្តាញ hexagonal នៃ graphite (graphene) ដែលត្រូវបានផ្អែកលើ hexagons ជាមួយនឹងអាតូមកាបូនដែលមានទីតាំងនៅជ្រុងកំពូលចូលទៅក្នុងស៊ីឡាំងគ្មានថ្នេរ។ ចុងខាងលើនៃបំពង់ត្រូវបានបិទជាមួយនឹងមួកអឌ្ឍគោល ដែលស្រទាប់នីមួយៗត្រូវបានផ្សំពី hexagons និង pentagons ដែលស្រដៀងនឹងរចនាសម្ព័ន្ធនៃពាក់កណ្តាលម៉ូលេគុល fullerene ។

រូបភាពទី 1. តំណាងក្រាហ្វិកនៃ nanotube ស្រទាប់តែមួយ

បំពង់ណាណូពហុស្រទាប់(Multi-walled nanotubes, MWNTs) មានស្រទាប់ជាច្រើននៃ graphene ជង់គ្នាជារាងបំពង់។ ចម្ងាយរវាងស្រទាប់គឺ 0.34 nm ពោលគឺដូចគ្នានឹងរវាងស្រទាប់ក្រាហ្វិចគ្រីស្តាល់។

មានគំរូពីរដែលប្រើដើម្បីពិពណ៌នាអំពីរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ពួកគេ។ បំពង់ nanotubes ពហុស្រទាប់អាចជា nanotubes តែមួយស្រទាប់ជាច្រើនដែលដាក់នៅខាងក្នុងមួយទៀត (ដែលគេហៅថា "matryoshka") ។ ក្នុងករណីមួយផ្សេងទៀត "សន្លឹក" នៃ graphene រុំជុំវិញខ្លួនវាជាច្រើនដងដែលស្រដៀងនឹងការរមូរនៃ parchment ឬកាសែត (គំរូ "parchment") ។

រូបភាពទី 2. រូបភាពក្រាហ្វិកនៃ nanotube ពហុស្រទាប់ (គំរូ matryoshka)

វិធីសាស្រ្តសំយោគ

វិធីសាស្រ្តទូទៅបំផុតសម្រាប់ការសំយោគនៃ nanotubes គឺវិធីសាស្រ្តធ្នូអគ្គិសនី, ឡាស៊ែរ ablation និងការបញ្ចេញចំហាយគីមី (CVD) ។

ការបញ្ចេញធ្នូ -ខ្លឹមសារនៃវិធីសាស្រ្តនេះស្ថិតនៅក្នុងការផលិតកាបូនណាណូធូបនៅក្នុងប្លាស្មាបញ្ចេញធ្នូដែលឆេះនៅក្នុងបរិយាកាសអេលីយ៉ូមនៅឯការដំឡើងបច្ចេកវិជ្ជាសម្រាប់ការផលិតហ្វូលរីន។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ របៀបផ្សេងទៀតនៃ arcing ត្រូវបានប្រើនៅទីនេះ៖ ដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នទាបនៃការបញ្ចេញធ្នូ សម្ពាធអេលីយ៉ូមខ្ពស់ (~ 500 Torr) អង្កត់ផ្ចិតធំជាង cathodes ។

ដើម្បីបង្កើនទិន្នផលនៃ nanotubes នៅក្នុងផលិតផល sputtering កាតាលីករមួយ (ល្បាយនៃលោហៈក្រុមដែក) ត្រូវបានណែនាំទៅក្នុងដំបងក្រាហ្វិច សម្ពាធនៃឧស្ម័នអសកម្ម និងរបៀប sputtering ត្រូវបានផ្លាស់ប្តូរ។

មាតិកានៃ nanotubes នៅក្នុងប្រាក់បញ្ញើ cathode ឈានដល់ 60% ។ បំពង់ណាណូដែលមានប្រវែងរហូតដល់ 40 μm លូតលាស់ពី cathode កាត់កែងទៅផ្ទៃរបស់វា ហើយបញ្ចូលគ្នាទៅជាធ្នឹមស៊ីឡាំងដែលមានអង្កត់ផ្ចិតប្រហែល 50 គីឡូម៉ែត្រ។

ឡាស៊ែរ ablation

វិធីសាស្រ្តនេះត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយ Richard Smalley និងសាកលវិទ្យាល័យ Rice ហើយផ្អែកលើការហួតនៃគោលដៅក្រាហ្វិចនៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។ Nanotubes លេចឡើងនៅលើផ្ទៃត្រជាក់នៃរ៉េអាក់ទ័រជា condensate ហួតក្រាហ្វីត។ ផ្ទៃដែលត្រជាក់ដោយទឹកអាចត្រូវបានរួមបញ្ចូលនៅក្នុងប្រព័ន្ធប្រមូលផ្តុំ nanotube ។

ទិន្នផលផលិតផលក្នុងវិធីសាស្រ្តនេះគឺប្រហែល 70% ។ ដោយមានជំនួយរបស់វា បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយដែលមានអង្កត់ផ្ចិតដែលគ្រប់គ្រងដោយសីតុណ្ហភាពប្រតិកម្មត្រូវបានទទួល។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយតម្លៃនៃវិធីសាស្ត្រនេះគឺថ្លៃជាងវិធីផ្សេងទៀត។

ការបញ្ចេញចំហាយគីមី (CVD)

វិធីសាស្រ្តនៃការបញ្ចេញចំហាយកាបូនកាតាលីករត្រូវបានរកឃើញវិញនៅឆ្នាំ 1959 ប៉ុន្តែរហូតដល់ឆ្នាំ 1993 គ្មាននរណាម្នាក់សន្មត់ថាអាចទទួលបាន nanotubes នៅក្នុងដំណើរការនេះទេ។

នៅក្នុងដំណើរការនៃវិធីសាស្រ្តនេះ ស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានរៀបចំជាមួយនឹងស្រទាប់កាតាលីករ - ភាគល្អិតដែក (ភាគច្រើនជាញឹកញាប់នីកែល cobalt ដែក ឬបន្សំរបស់វា) ។ អង្កត់ផ្ចិតនៃ nanotubes លូតលាស់តាមរបៀបនេះអាស្រ័យលើទំហំនៃភាគល្អិតដែក។

ស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានកំដៅដល់ប្រហែល 700 អង្សាសេ។ ដើម្បីចាប់ផ្តើមការលូតលាស់នៃបំពង់ nanotubes ឧស្ម័នពីរប្រភេទត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងម៉ាស៊ីនរ៉េអាក់ទ័រ៖ ឧស្ម័នដំណើរការ (ឧទាហរណ៍ អាម៉ូញាក់ អាសូត អ៊ីដ្រូសែន ។ល។) និងឧស្ម័នដែលមានផ្ទុកកាបូន (អាសុីទីលីន អេទីឡែន អេតាណុល មេតាន ជាដើម)។ Nanotubes ចាប់ផ្តើមលូតលាស់នៅលើទីតាំងនៃកាតាលីករដែក។

យន្តការនេះគឺជាវិធីសាស្រ្តពាណិជ្ជកម្មទូទៅបំផុតសម្រាប់ការផលិតបំពង់ណាណូកាបូន។ ក្នុងចំណោមវិធីសាស្រ្តផ្សេងទៀតសម្រាប់ការទទួលបាន nanotubes, CVD គឺជាការសន្យាបំផុតនៅលើមាត្រដ្ឋានឧស្សាហកម្មដោយសារតែសមាមាត្រល្អបំផុតនៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃតម្លៃឯកតា។ លើសពីនេះទៀតវាធ្វើឱ្យវាអាចទទួលបាន nanotubes តម្រង់ទិសបញ្ឈរនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលចង់បានដោយគ្មានការប្រមូលផ្តុំបន្ថែមក៏ដូចជាដើម្បីគ្រប់គ្រងការលូតលាស់របស់ពួកគេដោយមធ្យោបាយនៃកាតាលីករ។

តំបន់ប្រើប្រាស់

បំពង់ nanotubes កាបូន រួមជាមួយនឹង fullerenes និងរចនាសម្ព័ន្ធកាបូន mesoporous បង្កើតថ្នាក់ថ្មីនៃ carbon nanomaterials ឬ carbon framework structures ជាមួយនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិដែលខុសគ្នាយ៉ាងខ្លាំងពីទម្រង់កាបូនផ្សេងទៀតដូចជា graphite និង diamond។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ណាណូធូបគឺជាជម្រើសដ៏ជោគជ័យបំផុតក្នុងចំណោមពួកគេ។

ចាប់អារម្មណ៍លើអាជីវកម្ម nanomaterials? បន្ទាប់មកអ្នកប្រហែលជាចាប់អារម្មណ៍

បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយត្រូវបានរកឃើញនៅឆ្នាំ ១៩៩៣។ អត្ថបទចំនួនពីរត្រូវបានបោះពុម្ពក្នុងពេលដំណាលគ្នានៅក្នុងទស្សនាវដ្តីមួយ ធម្មជាតិដែលក្នុងនោះអ្នកស្រាវជ្រាវមកពីប្រទេសជប៉ុន Ichihashi និង Sumio Iijima ក៏ដូចជាអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រមកពី IBM បានចេញផ្សាយលទ្ធផលស្តីពីលទ្ធភាពនៃការសំយោគបំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយដោយប្រើកាតាលីករដែក។ បំពង់ nanotubes កាបូនគឺជាជើងឯក, ជើងឯកក្នុងចំណោមសម្ភារៈផ្សេងទៀត។

ពិចារណាអំពីលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្ត។ ចរន្តអគ្គិសនី។ ចរន្តអគ្គិសនីនៃបំពង់ណាណូកាបូនគឺខ្ពស់ជាងទង់ដែង និងប្រាក់។ លើសពីនេះទៀត ការបញ្ជូនបាល់ទិកត្រូវបានគេសង្កេតឃើញនៅចម្ងាយនៃមីក្រូម៉ែត្រជាច្រើន។ ម្យ៉ាងវិញទៀត បំពង់ nanotubes កាបូនគឺជាសម្ភារៈ semiconductor គួរឱ្យកត់សម្គាល់ដែលអាចប្រៀបធៀបជាមួយស៊ីលីកុនក្នុងលក្ខណៈរបស់វា។ ដោយប្រើបំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ វាអាចទៅរួចដើម្បីទទួលបានត្រង់ស៊ីស្ទ័រដែលការចល័តរបស់ឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកលើសពីការចល័តនៅក្នុងត្រង់ស៊ីស្ទ័រស៊ីលីកុនប្រពៃណី។ លើសពីនេះទៀត nanotubes ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយធ្វើឱ្យវាអាចទទួលបានត្រង់ស៊ីស្ទ័រនៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមដែលអាចបត់បែនបាននិងមានតម្លាភាព។ បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយមានលក្ខណៈសម្បត្តិកម្ដៅគួរឱ្យកត់សម្គាល់ ប្រសើរជាងពេជ្រ៖ ចរន្តកំដៅក្នុងបំពង់គឺខ្ពស់ជាងប្រហែល 2 ដង។ លើសពីនេះ បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ គឺជាឧបករណ៍បញ្ចេញអេឡិចត្រុងត្រជាក់ដ៏មានប្រសិទ្ធភាព។

ស្ថេរភាពកម្ដៅនៃបំពង់ណាណូកាបូនគឺខ្ពស់ណាស់៖ អ្នកអាចធ្វើបានដោយមិនខ្លាចការបំផ្លាញ កំដៅរហូតដល់ 1500 អង្សាសេ ខណៈពេលដែលគូប្រជែងសំខាន់របស់ពួកគេ - សារធាតុសរីរាង្គ - ចាប់ផ្តើមបំបែករួចហើយនៅសីតុណ្ហភាពប្រហែល 150 អង្សាសេ។ បំពង់ nanotubes កាបូនគឺជាសម្ភារៈស្រាលណាស់។ ម្យ៉ាងវិញទៀតពួកគេមានកម្លាំងជាក់លាក់ខ្ពស់ - ខ្ពស់ជាងដែកដែលមានកម្លាំង 25 ដង។ នេះស្ទើរតែជាសម្ភារៈតែមួយគត់ ដែលវាអាចបង្កើតជណ្តើរយន្តអវកាស ដោយភ្ជាប់ផ្កាយរណបដែលបង្វិលក្នុងគន្លង geostationary ជាមួយផែនដី ក្នុងទម្រង់ជាខ្សែ ដែលអាចលើកបន្ទុកទៅអវកាសបាន។ សារធាតុបន្ថែមនៃបំពង់ណាណូកាបូនទៅនឹងសារធាតុប៉ូលីម៊ែរ ធ្វើឱ្យវាអាចទទួលបានសមាសធាតុដែលលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិកផ្លាស់ប្តូរ សមា្ភារៈសមាសធាតុខ្លាំងត្រូវបានទទួល ដែលក្នុងនោះចរន្តអគ្គិសនីក៏ប្រែប្រួលផងដែរ។ ប្រសិនបើសម្ភារៈត្រូវបានគ្របដណ្ដប់ដោយស្រទាប់កាបូនណាណូ នោះស្រទាប់មួយអាចទទួលបានដែលនឹងការពារ និងការពារសម្ភារៈពីរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច។

អ្វីដែលអាចនិយាយបានអំពីកម្មវិធីថាមពល៖ បំពង់ណាណូកាបូនអាចត្រូវបានប្រើជា anode នៅក្នុងអាគុយលីចូម ជា supercapacitors ហើយលើសពីនេះទៀត ពួកវាជាធាតុមានប្រសិទ្ធភាពនៅក្នុងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យ - លើសារធាតុពណ៌ ក៏ដូចជាមុខងារ heterojunctions ដែលស៊ីលីកុនπ- ស្រទាប់ត្រូវបានជំនួសបំពង់ nanotubes ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ។ លើសពីនេះទៀត វាអាចបង្កើតឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាឧស្ម័ន និងអុបទិកផ្សេងៗនៃជួរវិសាលគមធំទូលាយដោយស្មើភាពពីបំពង់ណាណូកាបូន។ បំពង់ nanotubes កាបូនអាចត្រូវបានប្រើជាអេឡិចត្រូតថ្លា និងត្រង់ស៊ីស្ទ័រ។ ខ្ញុំ​ចង់​និយាយ​អំពី​រឿង​នេះ​ឲ្យ​បាន​លម្អិត​បន្តិច ប៉ុន្តែ​ពេល​ក្រោយ។

ខ្ញុំចង់និយាយអំពីចរន្តនៃបំពង់ណាណូកាបូន។ ដូចដែលខ្ញុំបាននិយាយ បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ គឺជាចំហាយលោហៈដ៏ល្អ និងជា semiconductor ដ៏អស្ចារ្យ។ ប្រភេទនៃចរន្តត្រូវបានកំណត់ដោយក្រុមស៊ីមេទ្រី។ ប្រសិនបើយើងដឹងពីសន្ទស្សន៍ chirality នោះយើងអាចទស្សន៍ទាយអំពីលក្ខណៈសម្បត្តិលោហធាតុនៃកាបូនណាណូធូប។ ប្រសិនបើភាពខុសគ្នារវាងសន្ទស្សន៍ទាំងនេះគឺ 0 ឬពហុគុណនៃ 3 យើងទទួលបាន nanotubes កាបូនដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិលោហធាតុ ខណៈដែល nanotubes ផ្សេងទៀតទាំងអស់នឹងក្លាយជា semiconductor ។ ជាក់ស្តែង 1/3 នៃ carbon nanotubes គឺជាលោហធាតុ ហើយ 2/3 គឺជា semiconductor ។ ជាអកុសល គ្មានវិធីសាស្រ្តណាដែលអាចប្រើបាននាពេលបច្ចុប្បន្ននេះទេ ដែលធ្វើឱ្យវាអាចសំយោគកាបូនណាណូធូបជាមួយនឹង chirality ជាក់លាក់មួយ។ អ្វីដែលត្រូវនិយាយអំពី chirality - វាមិនអាចទៅរួចទេក្នុងការទទួលបានកាបូន nanotubes សូម្បីតែជាមួយនឹងលោហធាតុជាក់លាក់មួយ។

យោងតាមវិធីសាស្រ្តនៃអាតូមកាបូន វិធីសាស្រ្តទាំងអស់សម្រាប់ការសំយោគនៃកាបូនណាណូតូអាចត្រូវបានបែងចែកជារូបវន្ត និងគីមី។ វិធីសាស្រ្តរូបវន្តគឺផ្អែកលើការហួត និង sublimation នៃកាបូន។ យើងដឹងថាក្រាហ្វីតមានសម្ពាធចំហាយទាបខ្លាំង ដូច្នេះដើម្បីបំភាយក្រាហ្វីត វាត្រូវតែត្រូវបានកំដៅទៅសីតុណ្ហភាពលើសពី 3000 Kelvin ។ ថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យ កំដៅអាំងឌុចស្យុង ឡាស៊ែរ ឬការឆក់ចរន្តអគ្គិសនីអាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការនេះ។ វិធីសាស្រ្តនេះគឺមានការពេញនិយមយ៉ាងខ្លាំងនៅក្នុងថ្ងៃដំបូងនៃការស្រាវជ្រាវ carbon nanotube ប៉ុន្តែជាអកុសល សីតុណ្ហភាពខ្ពស់មិនអនុញ្ញាតឱ្យមនុស្សម្នាក់គ្រប់គ្រងលក្ខណៈសម្បត្តិនៃសម្ភារៈលទ្ធផលនោះទេ។ ដូច្នេះក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះមាននិន្នាការឆ្ពោះទៅរកការសិក្សាអំពីបំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ - កាន់តែច្បាស់ជាងនេះទៅទៀត វិធីសាស្រ្តនៃការផលិតរបស់ពួកគេ - ដោយវិធីសាស្រ្តគីមី។ វិធីសាស្រ្តនេះត្រូវបានផ្អែកលើការ decomposition នៃសមាសធាតុកាបូន - ទាំងនេះអាចជាអ៊ីដ្រូកាបូន, ជាតិអាល់កុល, ketones, សរីរាង្គណាមួយ, កាបូនម៉ូណូអុកស៊ីត។

នៅក្នុងវេនខ្ញុំនឹងបែងចែកវិធីសាស្រ្តគីមីចូលទៅក្នុងការសំយោគនៃកាបូន nanotubes នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមនិងនៅក្នុងដំណាក់កាលឧស្ម័ន។ ការសំយោគនៃបំពង់ nanotubes កាបូននៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមគឺជាវិធីសាស្រ្តទូទៅបំផុត។ វាអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកទទួលបានកាបូន nanotubes: អ្នកអាចយកស្រទាប់ខាងក្រោម inert បង្កើតជា nanoparticles កាតាលីករនៅលើវា ដាក់ស្រទាប់ខាងក្រោមបែបនេះនៅក្នុង reactor សម្រាប់ពេលវេលាជាក់លាក់មួយ (ជាធម្មតា 5, 10, 20 ឬ 30 នាទី) ហើយបន្ទាប់មករីករាយនឹងរូបភាពដែលទទួលបាន។ នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោមរបស់អ្នកនៅក្នុងមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង។ ម្យ៉ាងវិញទៀត វិធីសាស្ត្រ aerosol មិនផ្អែកលើការប្រើប្រាស់ស្រទាប់ខាងក្រោមទេ ហើយដំណើរការទាំងអស់នៃការបង្កើតកាបូនណាណូធូបកើតឡើងក្នុងដំណាក់កាលឧស្ម័ន។ មានពេលវេលាកំណត់យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរនៅទីនេះ ចាប់តាំងពីប្រហែល 10-12 វិនាទីកន្លងផុតទៅរវាងការបញ្ចូល និងទិន្នផលនៃចំហាយទឹកចូលទៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រ។ ក្នុងអំឡុងពេលនេះ អ្វីគ្រប់យ៉ាងគួរតែកើតឡើង៖ ការរលាយនៃសារធាតុមុនកាតាលីករ (ជាធម្មតាទាំងជាតិដែក pentacarbonyl ឬ ferrocene ត្រូវបានប្រើក្នុងវិធីសាស្រ្តបែបនេះ) បន្ទាប់មកការបង្កើតភាគល្អិតកាតាលីករទំហំណាណូម៉ែត្រ ពី 1 ដល់ 5 nanometers ការរលួយ ឬបំបែកកាបូន។ សមាសធាតុនៅលើផ្ទៃកាតាលីករ និងការរីកលូតលាស់នៃបំពង់ណាណូកាបូន។ អ្វីគ្រប់យ៉ាងចំណាយពេល 12 វិនាទី។

វិធីសាស្រ្ត aerosol សម្រាប់ការសិក្សា carbon nanotubes ត្រូវបានស្នើឡើងជាលើកដំបូងនៅក្នុងឆ្នាំ 1999 នៅសាកលវិទ្យាល័យ Houston ។ ខ្ញុំ​ក៏​បាន​ចូលរួម​ក្នុង​ការ​សំយោគ​បំពង់​កាបូន​ដោយ​វិធីសាស្ត្រ​អេរ៉ូសូល​ប្រហែល​១៣​ឆ្នាំ​មក​ហើយ។ ខ្ញុំជឿថាវិធីសាស្រ្តនេះគឺជាការសន្យាច្រើនបំផុតព្រោះវាអនុញ្ញាតឱ្យទទួលបានកាបូនណាណូដែលមានគុណភាពខ្ពស់ដោយគ្មានភាគល្អិតកាតាលីករដែលមិនប្រើដោយគ្មានកាបូនអាម៉ូញ៉ូសដែលជាផលិតផលដែលត្រៀមរួចជាស្រេចសម្រាប់ការប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅពេលវាចាកចេញពីរ៉េអាក់ទ័រ។ បន្ទាប់ពីម៉ាស៊ីនរ៉េអាក់ទ័រ បំពង់ណាណូកាបូនត្រូវបានដាក់នៅលើតម្រង។ បន្ទាប់មកពួកគេអាចត្រូវបានផ្ទេរទៅស្រទាប់ខាងក្រោមណាមួយ។ ដំណើរការនេះចំណាយពេលត្រឹមតែប៉ុន្មានវិនាទីប៉ុណ្ណោះ ប៉ុន្តែអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកទទួលបានអេឡិចត្រូតថ្លាគុណភាពខ្ពស់យ៉ាងឆាប់រហ័ស។

នៅក្នុងការងាររបស់យើង យើងបានប្រើប្រាស់បំពង់ nanotubes កាបូនក្នុងផ្នែកជាច្រើន ចាប់ពីតម្រង រហូតដល់អេឡិចត្រូនិច។ ខ្ញុំនឹងផ្តល់ឧទាហរណ៍មួយចំនួន។ តម្រង Aerosol ។ តាមរយៈខ្សែភាពយន្តនៃបំពង់ណាណូកាបូន ស្ទ្រីមឧស្ម័នដែលមានភាគល្អិត aerosol ដែលយើងចង់កម្ចាត់ឆ្លងកាត់យ៉ាងងាយស្រួលដោយមិនបង្កើតភាពធន់។ លើសពីនេះទៀត nanopores ធ្វើឱ្យវាអាចត្រងវត្ថុស្ទើរតែទាំងអស់។ យើងបានវាស់លក្ខណៈនៃតម្រងបែបនេះ ហើយបានរកឃើញថាកត្តាគុណភាពនៃតម្រងដែលផលិតពីបំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ គឺជាលំដាប់នៃទំហំខ្ពស់ជាង analogues ដែលមានលក់ក្នុងពាណិជ្ជកម្ម។ លើសពីនេះទៀត យើងបានប្រើបំពង់ nanotubes កាបូនជាឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអេឡិចត្រូគីមី - ការធ្វើតេស្ត dopamine ស្តង់ដារបានអនុញ្ញាតឱ្យយើងកំណត់កម្រិតនៃភាពប្រែប្រួលតិចជាង 100 millinanomoles លើជួរដ៏ធំទូលាយមួយ - ប្រហែល 4 លំដាប់នៃការផ្តោតអារម្មណ៍។ ខ្សែភាពយន្តកាបូន nanotube គឺជាឧបករណ៍ស្រូបយកឡាស៊ែរដ៏គួរឱ្យកត់សម្គាល់ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមនុស្សម្នាក់ទទួលបាន 200 femtosecond pulses ។ លើសពីនេះ បំពង់ nanotubes កាបូនអាចត្រូវបានប្រើជាឧបករណ៍វាស់លំហូរ កំដៅខ្យល់ ចង្កៀង incandescent និងឧបករណ៍ផ្សេងទៀត។ យើងក៏បានបង្កើតឧបករណ៍បំពងសំឡេង thermoacoustic ដោយប្រើបំពង់ណាណូកាបូនដែលផ្អាកដោយសេរី។ លើសពីនេះ អេឡិចត្រូតថ្លាមានលក្ខណៈសម្បត្តិល្អឥតខ្ចោះ ដែលខ្ញុំជឿថានឹងមាននៅលើទីផ្សារក្នុងពេលឆាប់ៗនេះ ពីព្រោះអេឡិចត្រូតថ្លាដែលផ្អែកលើបំពង់ nanotubes កាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ មានលក្ខណៈល្អឥតខ្ចោះ ប្រៀបធៀបទៅនឹងអុកស៊ីដ indium doped ជាមួយសំណប៉ាហាំង។

បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយអាច ហើយទំនងជានឹងត្រូវបានប្រើនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចជាអេឡិចត្រូតថ្លា។ នៅក្នុងភាសាអង់គ្លេសវាត្រូវបានគេហៅថា ការជំនួស ITO- ការជំនួសសារធាតុសំណប៉ាហាំង indium oxide នេះគឺជាសម្ភារៈដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់ក្នុង 75% នៃទូរស័ព្ទដៃ និងឧបករណ៍។ វាត្រូវបានគេដឹងថា indium គឺជាវត្ថុធាតុកម្រ លើសពីនេះទៅទៀត សំណប៉ាហាំង indium oxide គឺជាវត្ថុធាតុផុយ ដែលមិនអាចប្រើសម្រាប់អេឡិចត្រូនិចដែលអាចបត់បែនបាន និងមានតម្លាភាព ខណៈដែលបំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ ខ្សែភាពយន្តដែលផលិតពីពួកវាកាន់តែច្បាស់អាច ត្រូវបានបត់ចូលទៅក្នុងជាច្រើនម៉ឺនដងដោយស្ទើរតែគ្មានការផ្លាស់ប្តូរនៃភាពធន់ទ្រាំលើផ្ទៃ។ លើសពីនេះត្រង់ស៊ីស្ទ័របែបផែនហ្វីលស្តើងអាចផលិតចេញពីសម្ភារៈរបស់យើង ដែលមានលក្ខណៈគួរឱ្យកត់សម្គាល់ក្នុងកម្រិតនៃបច្ចេកវិទ្យាស៊ីលីកុនប្រពៃណី ហើយជួនកាលថែមទាំងលើសពីពួកវា ជាមួយនឹងសមាមាត្របច្ចុប្បន្ន 106 និង 108 និងជាមួយ ការចល័តក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនបន្ទុកនៃលំដាប់ 1000 ឬច្រើនជាងនេះសង់ទីម៉ែត្រការ៉េក្នុងមួយវ៉ុលក្នុងមួយវិនាទី។

វិធីសាស្រ្ត aerosol សម្រាប់ការសំយោគនៃ carbon nanotubes និងការរៀបចំខ្សែភាពយន្តដែលបានដាក់នៅលើតម្រងគឺជាឱកាសពិសេសសម្រាប់ការរៀបចំសមាសធាតុសម្រាប់អេឡិចត្រូនិចដែលអាចបត់បែនបាននិងមានតម្លាភាព។ ការទម្លាក់ទឹកកើតឡើងនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ បច្ចេកវិទ្យានេះមិនតម្រូវឱ្យមានម៉ាស៊ីនបូមធូលីទេ វាមានល្បឿនលឿន និងថោក។ គោលដៅរបស់យើងគឺដើម្បីបង្កើតការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំនៃបំពង់ nanotubes កាបូន ជាមួយនឹងលទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិជ្ជាវិលសម្រាប់ប្រើប្រាស់ក្នុងអេឡិចត្រូនិចដែលអាចបត់បែនបាន និងតម្លាភាព។

បំពង់ណាណូកាបូនគឺជាសម្ភារៈដែលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រជាច្រើនស្រមៃចង់បាន។ កត្តាកម្លាំងខ្ពស់ ចរន្តកំដៅ និងចរន្តអគ្គិសនីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ភាពធន់នឹងអណ្តាតភ្លើង និងកត្តាទម្ងន់ គឺជាលំដាប់នៃរ៉ិចទ័រខ្ពស់ជាងវត្ថុធាតុដើមដែលគេស្គាល់ភាគច្រើន។ បំពង់ nanotubes កាបូនគឺជាសន្លឹក graphene រមៀលចូលទៅក្នុងបំពង់មួយ។ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ី Konstantin Novoselov និង Andrey Geim បានទទួលរង្វាន់ណូបែលក្នុងឆ្នាំ 2010 សម្រាប់ការរកឃើញរបស់វា។

ជាលើកដំបូងដែលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រសូវៀតអាចសង្កេតឃើញបំពង់កាបូននៅលើផ្ទៃនៃកាតាលីករដែកកាលពីឆ្នាំ 1952 ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ វាត្រូវចំណាយពេល 50 ឆ្នាំសម្រាប់អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រដើម្បីមើលថា nanotubes ជាសម្ភារៈដែលមានប្រយោជន៍ និងមានប្រយោជន៍។ លក្ខណៈសម្បត្តិដ៏គួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍មួយនៃ nanotubes ទាំងនេះគឺថា លក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ពួកគេត្រូវបានកំណត់ដោយធរណីមាត្រ។ ដូច្នេះលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីរបស់ពួកគេអាស្រ័យលើមុំនៃការបង្វិល - បំពង់ nanotubes អាចបង្ហាញពី semiconductor និង metallic conductivity ។

តំបន់ដែលជោគជ័យជាច្រើននៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាណាណូនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងបំពង់ណាណូកាបូន។ និយាយឱ្យសាមញ្ញ បំពង់ណាណូកាបូនគឺជាម៉ូលេគុលដ៏ធំ ឬរចនាសម្ព័ន្ធក្របខ័ណ្ឌដែលមានតែអាតូមកាបូនប៉ុណ្ណោះ។ វាងាយស្រួលក្នុងការស្រមៃមើលបំពង់ nanotube ប្រសិនបើយើងស្រមៃថា graphene ត្រូវបានរមៀលចូលទៅក្នុងបំពង់មួយ - នេះគឺជាស្រទាប់ម៉ូលេគុលនៃ graphite ។ វិធីសាស្រ្តនៃការបត់ nanotube ភាគច្រើនកំណត់លក្ខណៈសម្បត្តិចុងក្រោយនៃសម្ភារៈដែលបានផ្តល់ឱ្យ។

តាមធម្មជាតិ គ្មាននរណាម្នាក់បង្កើត nanotubes ដោយរំកិលពួកវាចេញពីសន្លឹកក្រាហ្វិចពិសេសនោះទេ។ បំពង់ Nanotubes ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយខ្លួនឯង ឧទាហរណ៍ នៅលើផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតកាបូន ឬរវាងពួកវាកំឡុងពេលបញ្ចេញធ្នូ។ អាតូមកាបូនកំឡុងពេលបញ្ចេញទឹកហួតចេញពីផ្ទៃ ហើយផ្សំជាមួយគ្នា។ ជាលទ្ធផល nanotubes នៃប្រភេទផ្សេងៗត្រូវបានបង្កើតឡើង - ពហុស្រទាប់ ស្រទាប់តែមួយ និងជាមួយនឹងមុំបង្វិលផ្សេងគ្នា។

ការចាត់ថ្នាក់សំខាន់នៃ nanotubes គឺផ្អែកលើចំនួននៃស្រទាប់ធាតុផ្សំរបស់ពួកគេ៖

• បំពង់ណាណូដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ គឺជាប្រភេទបំពង់ណាណូដ៏សាមញ្ញបំផុត។ ភាគច្រើននៃពួកគេមានអង្កត់ផ្ចិតនៃលំដាប់នៃ 1 nm ដែលមានប្រវែងដែលអាចវែងជាងនេះរាប់ពាន់ដង;
• បំពង់ nanotubes ពហុស្រទាប់ ដែលមានស្រទាប់ជាច្រើននៃ graphene ពួកវាបត់ចូលទៅក្នុងរាងបំពង់មួយ។ ចម្ងាយ 0.34 nm ត្រូវបានបង្កើតឡើងរវាងស្រទាប់ ពោលគឺដូចគ្នាបេះបិទទៅនឹងចំងាយរវាងស្រទាប់ក្នុងគ្រីស្តាល់ក្រាហ្វីត។

ឧបករណ៍

Nanotubes គឺជារចនាសម្ព័ន្ធស៊ីឡាំងដែលលាតសន្ធឹងនៃកាបូន ដែលអាចមានប្រវែងរហូតដល់ច្រើនសង់ទីម៉ែត្រ និងពីមួយទៅរាប់សិបនៃ nanometers នៅក្នុងអង្កត់ផ្ចិត។ ទន្ទឹមនឹងនេះដែរសព្វថ្ងៃនេះមានបច្ចេកវិទ្យាដែលអនុញ្ញាតឱ្យពួកគេត្បាញចូលទៅក្នុងខ្សែស្រឡាយដែលមានប្រវែងគ្មានដែនកំណត់។ ពួកវាអាចមានយន្តហោះ graphene មួយ ឬច្រើនដែលរមៀលចូលទៅក្នុងបំពង់មួយដែលជាធម្មតាបញ្ចប់ដោយក្បាលអឌ្ឍគោលមួយ។

អង្កត់ផ្ចិតនៃ nanotubes គឺ nanometers ជាច្រើន ពោលគឺរាប់ពាន់លាននៃមួយម៉ែត្រ។ ជញ្ជាំងនៃបំពង់ nanotubes កាបូនត្រូវបានធ្វើពី hexagon ជាមួយនឹងអាតូមកាបូននៅផ្នែកខាងលើរបស់ពួកគេ។ បំពង់អាចមានប្រភេទផ្សេងគ្នានៃរចនាសម្ព័ន្ធវាគឺជាគាត់ដែលប៉ះពាល់ដល់លក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចអេឡិចត្រូនិនិងគីមីរបស់ពួកគេ។ បំពង់ស្រទាប់តែមួយមានពិការភាពតិចជាងនេះ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ បន្ទាប់ពីការសម្ងួតនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ក្នុងបរិយាកាសអសកម្ម បំពង់ដែលមិនមានពិការភាពក៏អាចទទួលបានផងដែរ។ បំពង់ណាណូដែលមានជញ្ជាំងច្រើនខុសពីបំពង់ណាណូដែលមានជញ្ជាំងតែមួយស្តង់ដារនៅក្នុងការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធ និងរូបរាងដ៏ធំទូលាយ។

បំពង់ណាណូកាបូនអាចត្រូវបានសំយោគតាមវិធីជាច្រើន ប៉ុន្តែទូទៅបំផុតគឺ៖

• ការហូរចេញនៃធ្នូ. វិធីសាស្រ្តនេះធានាដល់ការផលិតនៃ nanotubes នៅលើការដំឡើងបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់ការផលិត fullerenes នៅក្នុងប្លាស្មានៃការហូរចេញធ្នូមួយដែលឆេះនៅក្នុងបរិយាកាសអេលីយ៉ូមមួយ។ ប៉ុន្តែរបៀបផ្សេងទៀតនៃការ arcing ត្រូវបានប្រើនៅទីនេះ: សម្ពាធ helium ខ្ពស់ និងដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នទាប ក៏ដូចជា cathodes អង្កត់ផ្ចិតធំជាង។ ប្រាក់បញ្ញើ cathode មាន nanotubes មានប្រវែងរហូតដល់ 40 μm ពួកវាលូតលាស់កាត់កែងពី cathode ហើយបញ្ចូលគ្នាជាបាច់ស៊ីឡាំង។
• វិធីសាស្ត្រកាត់ឡាស៊ែរ . វិធីសាស្រ្តគឺផ្អែកលើការហួតនៃគោលដៅក្រាហ្វិចនៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ពិសេស។ Nanotubes ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើផ្ទៃត្រជាក់នៃរ៉េអាក់ទ័រក្នុងទម្រង់ជា condensate ហួតក្រាហ្វីត។ វិធីសាស្រ្តនេះអនុញ្ញាតឱ្យភាគច្រើនទទួលបាន nanotubes ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយជាមួយនឹងអង្កត់ផ្ចិតដែលត្រូវការដែលគ្រប់គ្រងដោយសីតុណ្ហភាព។ ប៉ុន្តែ​វិធី​នេះ​មាន​តម្លៃ​ថ្លៃ​ជាង​វិធី​ផ្សេង​ទៀត។
• ការបញ្ចេញចំហាយគីមី . វិធីសាស្រ្តនេះពាក់ព័ន្ធនឹងការរៀបចំស្រទាប់ខាងក្រោមជាមួយនឹងស្រទាប់កាតាលីករ ដែលអាចជាភាគល្អិតនៃជាតិដែក cobalt នីកែល ឬបន្សំរបស់វា។ អង្កត់ផ្ចិតនៃ nanotubes លូតលាស់តាមរបៀបនេះនឹងអាស្រ័យលើទំហំនៃភាគល្អិតដែលបានប្រើ។ ស្រទាប់ខាងក្រោមឡើងកំដៅរហូតដល់ 700 ដឺក្រេ។ ដើម្បីចាប់ផ្តើមការលូតលាស់នៃបំពង់ nanotubes ឧស្ម័នដែលមានកាបូន និងឧស្ម័នដំណើរការ (អ៊ីដ្រូសែន អាសូត ឬអាម៉ូញាក់) ត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងរ៉េអាក់ទ័រ។ Nanotubes ដុះនៅលើទីតាំងកាតាលីករដែក។

កម្មវិធី និងមុខងារ

• កម្មវិធីនៅក្នុង photonics និង optics . ដោយជ្រើសរើសអង្កត់ផ្ចិតនៃ nanotubes មួយអាចផ្តល់នូវការស្រូបយកអុបទិកក្នុងជួរវិសាលគមធំមួយ។ បំពង់ណាណូកាបូនដែលមានជញ្ជាំងតែមួយបង្ហាញពីភាពមិនស្មើភាពខ្លាំងនៃការស្រូបឆ្អែត ពោលគឺពួកវាក្លាយទៅជាថ្លានៅពន្លឺខ្លាំងគ្រប់គ្រាន់។ ដូច្នេះពួកវាអាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់កម្មវិធីផ្សេងៗក្នុងវិស័យ photonics ឧទាហរណ៍នៅក្នុង routers និង switches ដើម្បីបង្កើត ultrashort laser pulses និងបង្កើតឡើងវិញនូវ optical signals។
• ការដាក់ពាក្យនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិច . នៅពេលនេះវិធីជាច្រើនក្នុងការប្រើប្រាស់ nanotubes នៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចត្រូវបានប្រកាស ប៉ុន្តែមានតែផ្នែកតូចមួយនៃពួកវាប៉ុណ្ណោះដែលអាចត្រូវបានអនុវត្ត។ ការចាប់អារម្មណ៍ខ្លាំងបំផុតគឺការប្រើប្រាស់ nanotubes នៅក្នុង transparent conductors ជាសម្ភារៈ interfacial ធន់នឹងកំដៅ។

ភាពពាក់ព័ន្ធនៃការប៉ុនប៉ងណែនាំ nanotubes នៅក្នុងគ្រឿងអេឡិចត្រូនិចគឺបណ្តាលមកពីតម្រូវការក្នុងការជំនួស indium នៅក្នុង heat sinks ដែលត្រូវបានប្រើនៅក្នុង transistor ដែលមានថាមពលខ្ពស់ ក្រាហ្វិក processors និង central processors ពីព្រោះស្តុកនៃសម្ភារៈនេះគឺមានការថយចុះ ហើយតម្លៃរបស់វាកំពុងកើនឡើង។ .

• ការបង្កើតឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា . បំពង់ nanotubes កាបូនសម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាគឺជាដំណោះស្រាយមួយដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍បំផុត។ ខ្សែភាពយន្ត Ultrathin ធ្វើពី nanotubes ដែលមានជញ្ជាំងតែមួយ បច្ចុប្បន្នអាចក្លាយជាមូលដ្ឋានដ៏ល្អបំផុតសម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអេឡិចត្រូនិច។ ពួកវាអាចត្រូវបានផលិតដោយប្រើវិធីសាស្ត្រផ្សេងៗ។
• ការបង្កើត biochips, biosensors ការគ្រប់គ្រងការចែកចាយតាមគោលដៅ និងសកម្មភាពនៃថ្នាំក្នុងឧស្សាហកម្មជីវបច្ចេកវិទ្យា។ ការងារក្នុងទិសដៅនេះបច្ចុប្បន្នកំពុងត្រូវបានអនុវត្តដោយកម្លាំង និងមេ។ ការវិភាគកម្រិតខ្ពស់ដែលត្រូវបានអនុវត្តដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យាណាណូនឹងកាត់បន្ថយពេលវេលាដែលវាត្រូវការដើម្បីនាំយកបច្ចេកវិទ្យាទៅកាន់ទីផ្សារ។
• សព្វថ្ងៃនេះកំពុងរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័ស ការផលិត nanocomposites ភាគច្រើនជាវត្ថុធាតុ polymeric ។ នៅពេលដែលសូម្បីតែបំពង់ណាណូកាបូនតិចតួចត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងពួកវា ការផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ប៉ូលីមែរត្រូវបានផ្តល់ជូន។ ដូច្នេះពួកគេបង្កើនភាពធន់ទ្រាំកម្ដៅនិងគីមី ចរន្តកំដៅ ចរន្តអគ្គិសនី ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈមេកានិច។ សមា្ភារៈរាប់សិបត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដោយការបន្ថែមបំពង់ nanotubes កាបូនទៅឱ្យពួកគេ;

- សរសៃសមាសធាតុដែលមានមូលដ្ឋានលើប៉ូលីមែរដែលមានបំពង់ nanotubes;
- សមាសធាតុសេរ៉ាមិចជាមួយសារធាតុបន្ថែម។ ភាពធន់នឹងការបង្ក្រាបនៃសេរ៉ាមិចកើនឡើង ការការពារវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចលេចឡើង ចរន្តអគ្គិសនី និងកម្ដៅកើនឡើង។
- បេតុងជាមួយ nanotubes - ថ្នាក់, កម្លាំង, ការកើនឡើងធន់ទ្រាំនឹងការបង្ក្រាប, shrinkage ថយចុះ;
- សមាសធាតុដែក។ ជាពិសេសសមាសធាតុទង់ដែងដែលលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិចគឺខ្ពស់ជាងទង់ដែងធម្មតាច្រើនដង។
- សមាសធាតុកូនកាត់ ដែលមានធាតុផ្សំបីក្នុងពេលតែមួយ៖ សរសៃអសរីរាង្គ ឬវត្ថុធាតុ polymer (ក្រណាត់) សារធាតុចង និងបំពង់ណាណូ។

គុណសម្បត្តិ​និង​គុណវិបត្តិ

ក្នុងចំណោមគុណសម្បត្តិនៃបំពង់ណាណូកាបូនគឺ៖

• លក្ខណៈសម្បត្តិពិសេស និងមានប្រយោជន៍ជាច្រើនដែលអាចត្រូវបានអនុវត្តនៅក្នុងផ្នែកនៃដំណោះស្រាយប្រសិទ្ធភាពថាមពល រូបវិទ្យា អេឡិចត្រូនិច និងកម្មវិធីផ្សេងៗទៀត។
• វាជាសម្ភារៈណាណូដែលមានកត្តាកម្លាំងខ្ពស់ ចរន្តកំដៅ និងចរន្តអគ្គិសនីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ និងធន់នឹងភ្លើង។
• ការកែលម្អលក្ខណៈសម្បត្តិនៃវត្ថុធាតុផ្សេងទៀតដោយដាក់បញ្ចូលបរិមាណកាបូនណាណូធូបចូលទៅក្នុងពួកវា។
• បំពង់ nanotubes កាបូនបើកចំហបង្ហាញឥទ្ធិពល capillary មានន័យថាពួកគេអាចគូរនៅក្នុងលោហធាតុរលាយនិងវត្ថុរាវផ្សេងទៀត;
• Nanotubes រួមបញ្ចូលគ្នានូវលក្ខណៈសម្បត្តិនៃសារធាតុរឹង និងម៉ូលេគុល ដែលបើកការរំពឹងទុកយ៉ាងសំខាន់។

ក្នុងចំណោមគុណវិបត្តិនៃបំពង់ណាណូកាបូនគឺ៖

• បំពង់ nanotubes កាបូនបច្ចុប្បន្នមិនត្រូវបានផលិតនៅលើខ្នាតឧស្សាហកម្មទេ ដូច្នេះការប្រើប្រាស់ពាណិជ្ជកម្មរបស់ពួកគេមានកម្រិត។
• តម្លៃនៃការផលិតបំពង់ណាណូកាបូនគឺខ្ពស់ ដែលកំណត់ការអនុវត្តរបស់ពួកគេផងដែរ។ យ៉ាង​ណា​មិញ អ្នក​វិទ្យាសាស្ត្រ​កំពុង​តែ​ខិត​ខំ​កាត់​បន្ថយ​តម្លៃ​ផលិត​កម្ម​របស់​ខ្លួន។
• តម្រូវការក្នុងការកែលម្អបច្ចេកវិជ្ជាផលិតកម្មដើម្បីបង្កើតបំពង់ណាណូកាបូនជាមួយនឹងលក្ខណៈសម្បត្តិដែលបានបញ្ជាក់យ៉ាងជាក់លាក់។

ការរំពឹងទុក

នាពេលអនាគតដ៏ខ្លីខាងមុខនេះ បំពង់ណាណូកាបូននឹងត្រូវបានប្រើនៅគ្រប់ទីកន្លែង ពួកវានឹងត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើត៖

• Nanobalances, សមា្ភារៈសមាសធាតុ, ខ្សែស្រឡាយដែលធន់ធ្ងន់។
• កោសិកាឥន្ធនៈ, ផ្ទៃ conductive ថ្លា, nanowires, ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ។
• ការវិវឌ្ឍន៍ចុងក្រោយបង្អស់នៃកុំព្យូទ័រ neurocomputer ។
• អេក្រង់, LEDs ។
• ឧបករណ៍សម្រាប់ផ្ទុកលោហធាតុ និងឧស្ម័ន កន្សោមសម្រាប់ម៉ូលេគុលសកម្ម nanopipettes ។
• nanorobots វេជ្ជសាស្រ្តសម្រាប់ការចែកចាយថ្នាំ និងប្រតិបត្តិការ។
• ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាខ្នាតតូចដែលមានភាពរសើបខ្លាំងបំផុត។ ឧបករណ៍ nanosensors បែបនេះអាចស្វែងរកកម្មវិធីនៅក្នុងកម្មវិធីជីវបច្ចេកវិទ្យា វេជ្ជសាស្ត្រ និងយោធា។
• ខ្សែសម្រាប់ជណ្តើរយន្តអវកាស។
• ឧបករណ៍បំពងសម្លេងថ្លារលោង។
• សាច់ដុំសិប្បនិម្មិត។ នៅពេលអនាគត cyborgs មនុស្សយន្តនឹងលេចឡើង ជនពិការនឹងត្រលប់ទៅជីវិតពេញលេញវិញ។
• ម៉ាស៊ីននិងម៉ាស៊ីនភ្លើង។
• សម្លៀកបំពាក់ឆ្លាតវៃ ស្រាល និងមានផាសុកភាព ដែលនឹងការពារប្រឆាំងនឹងភាពមិនអនុគ្រោះណាមួយ។
• Supercapacitors សុវត្ថិភាពជាមួយនឹងការសាកថ្មលឿន។

ទាំងអស់នេះគឺនៅពេលអនាគត ព្រោះបច្ចេកវិទ្យាឧស្សាហកម្មសម្រាប់ការបង្កើត និងប្រើប្រាស់បំពង់ណាណូកាបូនគឺស្ថិតក្នុងដំណាក់កាលដំបូងនៃការអភិវឌ្ឍន៍ ហើយតម្លៃរបស់វាថ្លៃខ្លាំង។ ប៉ុន្តែអ្នកវិទ្យាសាស្ត្ររុស្ស៊ីបានប្រកាសរួចហើយថាពួកគេបានរកឃើញវិធីកាត់បន្ថយការចំណាយនៃការបង្កើតសម្ភារៈនេះចំនួនពីររយដង។ បច្ចេកវិជ្ជាតែមួយគត់នេះសម្រាប់ផលិតបំពង់ណាណូកាបូនបច្ចុប្បន្នត្រូវបានរក្សាទុកជាសម្ងាត់ ប៉ុន្តែវាគួរតែធ្វើបដិវត្តឧស្សាហកម្ម និងផ្នែកជាច្រើនទៀត។

បំពង់ nanotubes កាបូនបង្កើតសាខាថ្មីនៃវិទ្យាសាស្ត្រឧស្សាហកម្ម និងសម្ភារៈ

សារធាតុនៃប្រភេទ "ណាណូ" ពោលគឺមានភាគល្អិតតិចជាង 100 nm សព្វថ្ងៃត្រូវបានតំណាងដោយកាបូនបច្ចេកទេស (soot) និង silica gel ("ម្សៅពណ៌ស")។ បរិមាណផលិតកម្មនៃវត្ថុធាតុណាណូផ្សេងទៀតគឺទាបជាងដែលមិនអាចប្រៀបផ្ទឹមបាន។ ប៉ុន្តែឥឡូវនេះស្ថានភាពកំពុងផ្លាស់ប្តូរ បំពង់ណាណូកាបូនបានចូលទីផ្សារ។ បំពង់ណាណូកាបូន- ទាំងនេះគឺជារចនាសម្ព័ន្ធស៊ីឡាំងដែលបានពង្រីកដែលមានប្លង់គោលមួយឬច្រើនប្រាំមួយ (ធរណីមាត្រស្រដៀងនឹង Honeycomb) យន្តហោះក្រាហ្វិចរមៀលចូលទៅក្នុងបំពង់មួយ។

មីក្រូបំពង់កាបូនត្រូវបានទទួលប៉ាតង់នៅចុងសតវត្សទី 19 ហើយបំពង់ណាណូត្រូវបានទទួលជាលើកដំបូងនៅវិទ្យាស្ថានគីមីសាស្ត្រម៉ូស្គូក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1950 បន្ទាប់មកនៅប្រទេសជប៉ុនក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 ហើយទីបំផុត "បានរកឃើញ" នៅក្នុងប្រទេសជប៉ុនក្នុងឆ្នាំ 1991 ។ ចាប់តាំងពីពេលនោះមកចំណាប់អារម្មណ៍លើបំពង់បានកើនឡើងជាលំដាប់។

Nanotubes មិនមាន analogues នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃសំណុំនៃលក្ខណៈសម្បត្តិដែលត្រូវការ

• ចំណងនៃអាតូមកាបូនទៅគ្នាទៅវិញទៅមកនៅក្នុង nanotubes មានកម្លាំងកំណត់ត្រា។ ម៉ូឌុលរបស់ Young (វិមាត្រសម្ពាធបង្ហាញពីភាពធន់នៃសារធាតុទៅនឹងភាពតានតឹងឬការបង្ហាប់) នៃ nanotubes គឺច្រើនជាង 1 TPa (ប្រហែល 1 លានបរិយាកាស - ខ្ពស់ជាងពេជ្រ) ។ ចរន្តកំដៅនៃ nanotubes គឺខ្ពស់ជាងទង់ដែង 8 ដង ហើយចរន្តអគ្គិសនីមិនគោរពច្បាប់របស់ Ohm ទេ។ ដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្ននៅក្នុងបំពង់អាចមានមួយពាន់ដងធំជាងដង់ស៊ីតេដែលខ្សែស្ពាន់ផ្ទុះ។

ផលិតកម្ម nanotubes ពិភពលោកមានលើសពី 1,000 តោនក្នុងមួយឆ្នាំ។ ការប្រើប្រាស់សម្ភារៈដែលធ្វើពីបំពង់ណាណូកាបូន ឬមានបំពង់ណាណូកាបូនបានក្លាយជាវិស័យថ្មីមួយនៃសេដ្ឋកិច្ចដែលមិនរងផលប៉ះពាល់ដោយវិបត្តិហិរញ្ញវត្ថុពិភពលោក។

• តម្រូវការសកលសម្រាប់បំពង់ណាណូក្នុងឆ្នាំ 2010 ត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណថាមានចំនួន 10,000 តោន។ ពួកវាត្រូវបានផលិតដោយក្រុមហ៊ុនជាង 40 ។ អាល្លឺម៉ង់ បាយ័ន បារាំងគ្រោងនឹងពង្រីកសមត្ថភាពផលិតកម្មដល់ 3,000 តោន/ឆ្នាំ នៅឆ្នាំ 2012 អាខេម៉ា មានរោងចក្រដែលមានសមត្ថភាពផលិតប្រចាំឆ្នាំ ៤០០ តោន ជាជនជាតិចិន ស៊ីណាណូ - 500 តោន / ក្រាម, និងបែលហ្ស៊ិក ណាណូស៊ីល - ៤០០ តោន / ក្រាម។ រហូតដល់ 500 តោន / y បង្កើនការផលិតកាបូន nanofibers ជប៉ុន Showa Denko .

• សមា្ភារៈ nanostructured ត្រូវបានបែងចែកជាពីរក្រុមធំ។ សមា្ភារៈមួយគឺ 95-100% nanotubes ។ សមា្ភារៈនៃទីពីរ - nanocomposites - ផ្ទុយទៅវិញមាន nanotubes តិចតួចរហូតដល់ 5% ។

សម្ភារៈ Nanotube

រូបរាងរបស់ nanotubes អនុញ្ញាតឱ្យពួកវាត្រូវបានដាក់ជង់តាមពីរវិធី: ចៃដន្យឬតាមលំដាប់ដែលប៉ះពាល់ដល់លក្ខណៈសម្បត្តិនៃវត្ថុធាតុដើម។ Nanotubes អាច​ត្រូវ​បាន​កែប្រែ​ដោយ​ភ្ជាប់​ក្រុម​គីមី​ផ្សេងៗ និង​ភាគល្អិត​ណាណូ​ទៅ​ពួកវា។ វាក៏ផ្លាស់ប្តូរលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ nanotubes ខ្លួនឯង និងសម្ភារៈរបស់វាផងដែរ។

• សមា្ភារៈនៃក្រុមទីមួយរួមមានរចនាសម្ព័ន្ធ "monolithic" នៃ nanotubes; ថ្នាំកូត, ខ្សែភាពយន្តនិង nanopaper ពីបំពង់; សរសៃបំពង់; "ព្រៃឈើ" - បំពង់ nanotubes បានរៀបចំស្របទៅគ្នាទៅវិញទៅមកនិងកាត់កែងទៅនឹងស្រទាប់ខាងក្រោម។ សម្ភារៈ "Monolithic" មិនត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយទេ។

ពីបំពង់ណាណូវែងដែលជាប់គាំង "កៅស៊ូ" ត្រូវបានញែកដាច់ពីគេដែលធន់នឹងការបំផ្លិចបំផ្លាញនៅក្រោមបន្ទុករង្វិលនិងសីតុណ្ហភាពពី -140 ទៅ +900 ° C ។ ដំណើរការរបស់វាគឺខ្ពស់ជាងកៅស៊ូស៊ីលីកុន ដែលត្រូវបានគេចាត់ទុកថាជាសម្ភារៈ viscoelastic ដ៏ល្អបំផុត។

• ថ្នាំកូត ខ្សែភាពយន្ត និង nanopaper ត្រូវបានទទួលទាំងកំឡុងពេលសំយោគនៃបំពង់ ឬពីការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយរបស់វា (ដំណោះស្រាយ colloidal) ។ ក្រុមទីមួយនៃវិធីសាស្រ្តគឺសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ទីពីរមិនតម្រូវឱ្យមានកំដៅ។ macromaterial សាមញ្ញបំផុតពីបំពង់, nanopaper, មានកម្រាស់ 10-30 nm និងត្រូវបានផលិតដោយការបំបែកតម្រង។

.

ក្រុមហ៊ុន បច្ចេកវិទ្យា Nanocomp (សហរដ្ឋអាមេរិក) លក់សន្លឹក nanopaper ដែលមានទំហំប្រហែល 3 m2 ហើយគ្រោងនឹងបង្កើតកន្លែងផលិតដែលមានសមត្ថភាព 4-6 t/y ។ វិធីសាស្រ្តដែលបានអនុវត្តសម្រាប់ការទទួលបានវិលនៃ nanopaper ។

• តម្រងត្រូវបានផលិតចេញពី nanopaper (រួមទាំងសម្រាប់ការយកមេរោគ ឬ desalination ទឹក) ការការពារប្រឆាំងនឹងវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញេទិក, ផ្នែកកំដៅ, ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា, actuators, បញ្ចេញវាល, អេឡិចត្រូតនៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូត, នាវាកាតាលីករ។ល។

ខ្សែភាពយន្ត និងថ្នាំកូតដែលមានតម្លាភាពប្រកួតប្រជែងជាមួយនឹងដំណោះស្រាយដ៏រឹងមាំនៃអុកស៊ីដ indium និងសំណប៉ាហាំង ហើយអាចជំនួសសម្ភារៈដែលមានតម្លៃថ្លៃ និងផុយស្រួយនេះនៅក្នុងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា និង photovoltaics ។

• ក្រុមហ៊ុនអាមេរិក អ៊ីកូស បានបង្កើត ហើយចាប់តាំងពីឆ្នាំ 2005 មក បាននិងកំពុងផ្គត់ផ្គង់សមាសភាព ទឹកថ្នាំ Invisicon សម្រាប់ការដាក់ខ្សែភាពយន្តស្តើងនៃ nanotubes នៅលើស្រទាប់ខាងក្រោម។

សរសៃ nanotube កាបូន ហាក់បីដូចជាជាសម្ភារៈភ្ជាប់ "ជណ្តើរយន្តអវកាស" ដ៏ល្អសម្រាប់ការលើកបន្ទុកផ្នែកសេដ្ឋកិច្ចទៅក្នុងគន្លងផែនដី។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយការផ្ទេរលក្ខណៈសម្បត្តិនៃ nanotubes ទៅ macromaterials ប្រែទៅជាឆ្ងាយពីកិច្ចការសាមញ្ញ។

• សរសៃត្រូវបានទទួលតាមវិធីផ្សេងៗ។ វិធីសាស្រ្ត "ស្ងួត" រួមមានការបង្កើតពី airgel ដែលបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេល pyrolysis នៃអ៊ីដ្រូកាបូន និងការបង្វិលពី "ឈើ" ។

បច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់ការគូរ និងបង្វិលសរសៃពី airgel - "ផ្សែងទន់" - ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុង សាកលវិទ្យាល័យ Cambridge . អ៊ីដ្រូកាបូនត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងតំបន់ប្រតិកម្មនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ដែលខ្យល់ត្រូវបានបង្កើតឡើង (ឧ. ជែលដែលដំណាក់កាលរាវត្រូវបានជំនួសទាំងស្រុងដោយឧស្ម័នមួយ) ។ ពីវាដូចនៅក្នុងថ្ងៃចាស់ពី tow មួយសរសៃត្រូវបានបង្វិល។ នៅក្នុងប្រទេសអ៊ីស្រាអែល ក្រុមហ៊ុនមួយត្រូវបានបង្កើតឡើងក្នុងឆ្នាំ 2010 ដើម្បីផលិតពាសដែក និងថ្នាំកូតការពារពីសមាសធាតុចម្រុះដែលមានផ្ទុកនូវបំពង់ណាណូ Cambridge ។

• ការបង្វិលពី "ព្រៃ" គឺដូចជាការទទួលបានសរសៃសូត្រពីដង្កូវនាងដូង។

.

វិធីសាស្រ្តនៃដំណោះស្រាយសម្រាប់ការផលិតសរសៃគឺការបញ្ចោញការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយទៅក្នុងស្ទ្រីមរាវ ឬការទាញចេញពីដំណោះស្រាយ colloidal នៅក្នុង superacids (អាស៊ីតខ្លាំងជាង sulfuric) ។

• ក្រុមហ៊ុន បច្ចេកវិទ្យា Nanocomp បានប្រកាសអំពីការផ្គត់ផ្គង់សរសៃដ៏រឹងមាំដែលមានប្រវែងរហូតដល់ 10 គីឡូម៉ែត្រសម្រាប់ការផលិតដែលប្រើ nanotubes វែង។ ខ្សែស្រឡាយរមួលមានកម្លាំង 3 GPa ហើយល្អជាង Kevlar រួចទៅហើយនៅក្នុងការគោរពមួយចំនួន។

"ព្រៃឈើ" នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃសំណុំនៃលក្ខណៈសម្បត្តិមិនមាន analogues - វាគឺជាសម្ភារៈយឺត, អគ្គិសនីនិងកំដៅដែលអាចទទួលយកបានក្នុងទម្រង់ផ្សេងគ្នានិងត្រូវបានកែប្រែ។ នៅឆ្នាំ 2004 ដំណើរការលូតលាស់ "ព្រៃឈើ" ដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ត្រូវបានពិពណ៌នា៖ ការទទួលបានបំពង់ណាណូកាបូនសុទ្ធដែលមានប្រវែងរហូតដល់ 15-18 មីលីម៉ែត្រ ដែលកាត់បន្ថយការចំណាយរបស់ពួកគេយ៉ាងខ្លាំង។

• ប្រទេសជប៉ុនកំពុងរៀបចំចាប់ផ្តើមផលិតកម្មដោយផ្អែកលើដំណើរការរីកចម្រើន។ សមត្ថភាពរបស់វាគឺត្រឹមតែ 600 ក្រាមក្នុងមួយម៉ោងនៃបំពង់ណាណូដែលមានជញ្ជាំងតែមួយប៉ុណ្ណោះ ប៉ុន្តែវាត្រូវបានគេគ្រោងនឹងបង្កើនវាដល់ 10 តោន/ក្រាមក្នុងពេលឆាប់ៗនេះ។

"ព្រៃឈើ" អាចត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតអេឡិចត្រូតសម្រាប់ supercapacitor, វាល emitters និងកោសិកាពន្លឺព្រះអាទិត្យដែលជាធាតុផ្សំនៃសមាសធាតុដែលមានមូលដ្ឋានលើវត្ថុធាតុ polymer ។ ដោយការដាក់ "ព្រៃឈើ" នៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមខ្សែបូក្រាស់ត្រូវបានទទួល។ នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃចរន្តអគ្គិសនីជាក់លាក់ ពួកគេអាចលើសពីលោហៈ ហើយនឹងរកឃើញការអនុវត្តនៅក្នុងឧស្សាហកម្មអវកាស។

• ខ្សែសាច់ដុំសិប្បនិម្មិតដែលធ្វើពីបំពង់ nanotubes ប៉ារ៉ាឡែលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពពី 80 ទៅ 1900 K ហើយនៅពេលដែលសក្តានុពលអគ្គិសនីត្រូវបានអនុវត្ត ផ្តល់នូវការពន្លូតខ្ពស់ណាស់។ ឧបករណ៍បំលែងអគ្គិសនីបែបនេះទៅជាថាមពលមេកានិកគឺមានប្រសិទ្ធភាពជាង piezocrystals ។

សមា្ភារៈដែលមានល្បាយនៃ nanotubes

ការផលិតសម្ភារៈនៃក្រុមទីពីរ - nanocomposites ជាចម្បងប៉ូលីមែរកំពុងរីកចម្រើនយ៉ាងខ្លាំង។

• ការណែនាំនៃបំពង់ណាណូកាបូនក្នុងបរិមាណតិចតួចបានផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងខ្លាំងនូវលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ប៉ូលីម៊ែរ ផ្តល់ចរន្តអគ្គិសនី បង្កើនចរន្តកំដៅ ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវលក្ខណៈមេកានិច ស្ថេរភាពគីមី និងកម្ដៅ។ Nanocomposites ផ្អែកលើប៉ូលីម័រផ្សេងៗគ្នារាប់សិបត្រូវបានបង្កើតឡើង ហើយវិធីសាស្រ្តជាច្រើនសម្រាប់ការរៀបចំរបស់វាត្រូវបានបង្កើតឡើង។

សរសៃសមាសធាតុដែលបង្កើតឡើងនៅលើមូលដ្ឋាននៃប៉ូលីម៊ែរដែលមានបំពង់ nanotubes អាចត្រូវបានប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយ។

• ស្ទើរតែទាំងអស់របស់ក្រុមហ៊ុន បាយ័ន nanotubes ត្រូវបានប្រើសម្រាប់សមាសធាតុវត្ថុធាតុ polymer ។ ក្រុមហ៊ុន អាខេម៉ា ផ្គត់ផ្គង់ nanotubes របស់វាសម្រាប់សមាសធាតុ thermoplastic និង ណាណូស៊ីល - សម្រាប់ប៉ូលីម៊ែរដែលអាចទប់កំដៅបាន និង prepregs ជាតិសរសៃកាបូន (prepregs គឺជាវត្ថុធាតុដើមពាក់កណ្តាលសម្រេចសម្រាប់ដំណើរការបន្ថែម) ។

ក្រុមហ៊ុនអាមេរិក Hyperion Catalysis Int. ដែលជាអ្នកត្រួសត្រាយផ្លូវក្នុងផលិតកម្មឧស្សាហកម្មនៃ nanotubes ផលិតការប្រមូលផ្តុំសម្រាប់ការបញ្ចូលទៅក្នុងជ័រ epoxy និងប៉ូលីមែរ។

ប្រភេទនៃ nanotubes

• សមាសធាតុសេរ៉ាមិចត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅលើមូលដ្ឋាននៃសារធាតុ refractory ជាច្រើនទោះជាយ៉ាងណានៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការអភិវឌ្ឍឧស្សាហកម្មពួកគេគួរឱ្យកត់សម្គាល់ទាបជាង nanocomposites ដោយផ្អែកលើប៉ូលីម៊ែរ។ ដូចនៅក្នុងករណីនៃសារធាតុប៉ូលីម៊ែរ ការបន្ថែមបំពង់ណាណូក្នុងបរិមាណតិចតួចបង្កើនចរន្តអគ្គិសនី និងកម្ដៅ ផ្តល់សមត្ថភាពការពារប្រឆាំងនឹងវិទ្យុសកម្មអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច ហើយសំខាន់បំផុតគឺបង្កើនភាពធន់នឹងការប្រេះនៃសេរ៉ាមិច។

ការដាក់បញ្ចូលបំពង់ nanotubes ក្នុងបរិមាណតិចតួចបំផុតចូលទៅក្នុងបេតុងបង្កើនកម្រិតរបស់វា ធន់នឹងការប្រេះ កម្លាំង និងកាត់បន្ថយការរួញតូច។

• សមាសធាតុលោហធាតុត្រូវបានបង្កើតឡើងជាមួយនឹងលោហធាតុដែលមិនមែនជាជាតិដែកទូទៅ និងយ៉ាន់ស្ព័រ។ ការយកចិត្តទុកដាក់បំផុតគឺត្រូវបានបង់ទៅសមាសធាតុទង់ដែងដែលលក្ខណៈសម្បត្តិមេកានិកខ្ពស់ជាង 2 ទៅ 3 ដងនៃទង់ដែង។ សមាសធាតុជាច្រើនបានបង្កើនកម្លាំង និងភាពរឹង មេគុណទាបនៃការពង្រីកកម្ដៅ និងការកកិត។

សមាសធាតុកូនកាត់ជាធម្មតាមានសមាសធាតុបី៖ សរសៃវត្ថុធាតុ polymeric ឬ inorganic (ក្រណាត់) nanotubes និង binder ។ ថ្នាក់នេះរួមបញ្ចូល prepregs .

• ក្រុមហ៊ុនអាមេរិកមួយមានជំនាញក្នុងការផលិត prepregs ជាមួយនឹង nanotubes សម្ភារៈអនុវត្ត Zyvex . Nanotubes បង្កើនកម្លាំងនិងភាពរឹងរបស់ prepregs ដោយ 30-50% ។ Prepregs បានប្រើដើម្បីបង្កើតទូកឈ្លបយកការណ៍ដែនសមុទ្រគ្មានមនុស្សបើក "Piranha" .

នៅសហរដ្ឋអាមេរិកក្នុងឆ្នាំ 2009 យន្តហោះកាយសម្ព័ន្ធដំបូងគេនៅលើអាកាសដែលមានម៉ាស៊ីនដែលធ្វើពីសមាសធាតុផ្សំជាមួយនឹងបំពង់ណាណូបានហោះហើរ។ ធាតុមួយចំនួននៃស៊ុមខ្យល់ អេហ្វ-៣៥ ក្រុមហ៊ុន លោក Martin Lockheed ធ្វើពីសមាសធាតុបែបនេះប្រហែល 100 ផ្នែកនៃយន្តហោះដឹកអ្នកដំណើរ ប៊ូអ៊ីង ៧៨៧ វាត្រូវបានសន្មត់ថាត្រូវបានធ្វើដោយប្រើ nanotubes ។

• ក្រុមហ៊ុន ណាណូស៊ីល ផលិតជ័រ epoxy ជាមួយបំពង់ អេប៉ូស៊ីល និង prepregs Pregcyl ផ្អែកលើសរសៃកញ្ចក់ កាបូន ឬសរសៃអារ៉ាមីត។ សារធាតុបន្ថែមបង្កើនភាពធន់នឹងការប្រេះ 100%, កម្លាំងកាត់ interlaminar 15% និងកាត់បន្ថយមេគុណនៃការពង្រីកកម្ដៅ។ វាត្រូវបានគេសន្មត់ថាប្រើសមាសធាតុនៅក្នុងឧស្សាហកម្មរថយន្ត និងអាកាសចរណ៍ សម្រាប់អាវកាក់ការពារគ្រាប់កាំភ្លើង។ ពួកគេកាត់បន្ថយទម្ងន់នៃទួរប៊ីនខ្យល់ប្រវែង 49 ម៉ែត្រពី 7,3 ទៅ 5,8 តោន។

ក្រុមហ៊ុនហ្វាំងឡង់ Amroy អឺរ៉ុប Oy ការប្រើប្រាស់ផលិតកម្ម nanotube បាយ័ន បញ្ចេញសារធាតុ epoxy ផ្តោតអារម្មណ៍ អ៊ីប៉ូតូនីត សម្រាប់នាវាសមុទ្រ ទួរប៊ីនខ្យល់ ឧបករណ៍កីឡា។ល។

• សម្រាប់ prepregs កាណាដា ណាណូលីដ ប្រើបំពង់របស់ក្រុមហ៊ុន បាយ័ន , ប៉ុន្តែ បច្ចេកវិទ្យា Nanocomp ផលិតសន្លឹកទំហំធំ និងវិលនៃ nanopaper ។

សមាសធាតុចម្រុះអាចបង្ហាញលក្ខណៈសម្បត្តិឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាខូច។

• Biocomposites ក៏ត្រូវបានបង្កើតឡើងជាមួយនឹងម៉ាទ្រីសផ្សេងៗផងដែរ។ សម្ភារៈសម្រាប់ការផ្សាំឆ្អឹង ខ្សែភាពយន្តសម្រាប់ការលូតលាស់ជាលិកាសាច់ដុំ និងឆ្អឹង កោសិការនៃភ្នែក និងកោសិកា epithelial នៃភ្នែក បណ្តាញនៃណឺរ៉ូន ក៏ដូចជាសមាសធាតុជីវកម្ម និងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាជីវគីមីកំពុងត្រូវបានសិក្សា។

ឧទាហរណ៍មិនអស់ភាពចម្រុះ និងលក្ខណៈសម្បត្តិនៃវត្ថុធាតុដែលមាន nanotubes ទេ។ ផ្នែកនៃការអនុវត្តរបស់ពួកគេកំពុងពង្រីក ពួកគេកំពុងចាប់ផ្តើមកំណត់កម្រិតនៃការអភិវឌ្ឍន៍វិទ្យាសាស្ត្រសម្ភារៈណាណូ ស្ថានភាពទូទៅនៃវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យានៅក្នុងប្រទេសនីមួយៗ។

Eduard Rakov បណ្ឌិតគីមីវិទ្យា ប្រធាននាយកដ្ឋានណាណូបច្ចេកវិទ្យា និងសម្ភារៈណាណូ សាកលវិទ្យាល័យបច្ចេកទេសគីមីរុស្ស៊ី ដាក់ឈ្មោះតាម។ ឌី. ម៉ែនដេឡេវ