L'énergie est une industrie importante qui joue un rôle énorme dans la vie humaine. L'état énergétique du pays dépend des travaux de nombreux scientifiques dans ce domaine. Aujourd'hui, ils recherchent des sources d'énergie alternatives. À ces fins, ils sont prêts à utiliser n'importe quoi, à commencer par la lumière du soleil et l'eau, en terminant par l'énergie de l'air. Les équipements qui peuvent générer de l'énergie à partir de l'environnement sont très appréciés.
Informations générales
Les nanotubes de carbone sont des plans allongés en graphite laminé ayant une forme cylindrique. En règle générale, leur épaisseur atteint plusieurs dizaines de nanomètres, avec une longueur de plusieurs centimètres. À l'extrémité des nanotubes, une tête sphérique se forme, qui est l'une des parties du fullerène.
Il existe deux types de nanotubes de carbone: les métaux et les semi-conducteurs. Leur principale différence est la conductivité du courant. Le premier type peut conduire le courant à une température égale à 0ºС, et le second - uniquement à des températures élevées.
Nanotubes de carbone: propriétés
La plupartles domaines modernes, tels que la chimie appliquée ou les nanotechnologies, sont associés aux nanotubes, qui ont une structure en ossature de carbone. Ce que c'est? Cette structure fait référence à de grosses molécules liées entre elles uniquement par des atomes de carbone. Les nanotubes de carbone, dont les propriétés reposent sur une coquille fermée, sont très appréciés. De plus, ces formations ont une forme cylindrique. De tels tubes peuvent être obtenus en pliant une feuille de graphite, ou se développer à partir d'un certain catalyseur. Les nanotubes de carbone, dont les photos sont présentées ci-dessous, ont une structure inhabituelle.
Ils se présentent sous différentes formes et tailles: monocouche et multicouche, droites et sinueuses. Malgré le fait que les nanotubes semblent assez fragiles, ils sont un matériau solide. À la suite de nombreuses études, il a été constaté qu'ils ont des propriétés telles que l'étirement et la flexion. Sous l'action de charges mécaniques importantes, les éléments ne se déchirent pas et ne se cassent pas, c'est-à-dire qu'ils peuvent s'adapter à différentes tensions.
Toxicité
À la suite de plusieurs études, il a été constaté que les nanotubes de carbone peuvent causer les mêmes problèmes que les fibres d'amiante, c'est-à-dire que diverses tumeurs malignes se produisent, ainsi que le cancer du poumon. Le degré d'impact négatif de l'amiante dépend du type et de l'épaisseur de ses fibres. Étant donné que les nanotubes de carbone sont de petit poids et de petite taille, ils pénètrent facilement dans le corps humain avec de l'air. De plus, ils pénètrent dans la plèvre et pénètrent dans la poitrine, et au fil du tempsentraîner diverses complications. Les scientifiques ont mené une expérience et ajouté des particules de nanotubes à la nourriture des souris. Les produits de petit diamètre ne s'attardaient pratiquement pas dans le corps, mais les plus gros s'enfonçaient dans les parois de l'estomac et provoquaient diverses maladies.
Obtenir des méthodes
Aujourd'hui, il existe les méthodes suivantes pour obtenir des nanotubes de carbone: charge à l'arc, ablation, dépôt en phase vapeur.
Décharge d'arc électrique. Obtention (les nanotubes de carbone sont décrits dans cet article) dans un plasma de charge électrique, qui brûle à l'aide d'hélium. Un tel procédé peut être réalisé à l'aide d'équipements techniques spéciaux pour la production de fullerènes. Mais avec cette méthode, d'autres modes de combustion à l'arc sont utilisés. Par exemple, la densité de courant est réduite et des cathodes d'énorme épaisseur sont également utilisées. Pour créer une atmosphère d'hélium, il faut augmenter la pression de cet élément chimique. Les nanotubes de carbone sont obtenus par pulvérisation cathodique. Pour augmenter leur nombre, il est nécessaire d'introduire un catalyseur dans la tige de graphite. Le plus souvent, il s'agit d'un mélange de différents groupes métalliques. De plus, il y a un changement de pression et de méthode de pulvérisation. Ainsi, un dépôt cathodique est obtenu, où des nanotubes de carbone sont formés. Les produits finis poussent perpendiculairement à la cathode et sont rassemblés en faisceaux. Ils mesurent 40 µm de long.
Ablation. Cette méthode a été inventée par Richard Smalley. Son essence est d'évaporer différentes surfaces de graphite dans un réacteur fonctionnant à haute température. Les nanotubes de carbone se forment à la suite de l'évaporation du graphite sur le fondparties du réacteur.
Ils sont refroidis et récupérés à l'aide d'une surface de refroidissement. Si dans le premier cas, le nombre d'éléments était égal à 60%, alors avec cette méthode, le chiffre a augmenté de 10%. Le coût de la méthode d'absolation au laser est plus cher que tous les autres. En règle générale, les nanotubes à simple paroi sont obtenus en modifiant la température de réaction.
Dépôt de la phase gazeuse. La méthode de dépôt de vapeur de carbone a été inventée à la fin des années 50. Mais personne n'imaginait même que des nanotubes de carbone pourraient être obtenus avec. Donc, vous devez d'abord préparer la surface avec un catalyseur. De petites particules de différents métaux, par exemple le cob alt, le nickel et bien d'autres, peuvent lui servir. Des nanotubes commencent à émerger du lit catalytique. Leur épaisseur dépend directement de la taille du métal catalyseur. La surface est chauffée à des températures élevées, puis un gaz contenant du carbone est fourni. Parmi eux se trouvent le méthane, l'acétylène, l'éthanol, etc. L'ammoniac sert de gaz technique supplémentaire. Cette méthode d'obtention de nanotubes est la plus courante. Le processus lui-même se déroule dans diverses entreprises industrielles, grâce auxquelles moins de ressources financières sont dépensées pour la fabrication d'un grand nombre de tubes. Un autre avantage de cette méthode est que des éléments verticaux peuvent être obtenus à partir de n'importe quelle particule métallique servant de catalyseur. L'obtention (les nanotubes de carbone sont décrits de toutes parts) est devenue possible grâce aux recherches de Suomi Iijima, quiobservés au microscope pour leur apparition à la suite de la synthèse du carbone.
Principales espèces
Les éléments en carbone sont classés par nombre de couches. Le type le plus simple est celui des nanotubes de carbone à paroi unique. Chacun d'eux a une épaisseur d'environ 1 nm et leur longueur peut être beaucoup plus longue. Si l'on considère la structure, le produit ressemble à un emballage de graphite avec une grille hexagonale. À ses sommets se trouvent des atomes de carbone. Ainsi, le tube a la forme d'un cylindre, qui n'a pas de coutures. La partie supérieure des appareils est fermée par des couvercles constitués de molécules de fullerène.
La vue suivante concerne les nanotubes de carbone multicouches. Ils se composent de plusieurs couches de graphite, qui sont pliées en forme de cylindre. Une distance de 0,34 nm est maintenue entre eux. Une structure de ce type est décrite de deux manières. Selon la première, les tubes multicouches sont plusieurs tubes monocouches imbriqués les uns dans les autres, ce qui ressemble à une poupée gigogne. Selon la seconde, les nanotubes multicouches sont une feuille de graphite qui s'enroule plusieurs fois sur elle-même, ressemblant à un journal plié.
Nanotubes de carbone: applications
Les éléments sont un nouveau représentant absolu de la classe des nanomatériaux.
Comme mentionné précédemment, ils ont une structure de cadre, dont les propriétés diffèrent du graphite ou du diamant. C'est pourquoi ils sont utilisés beaucoup plus souvent que d'autres matériaux.
De par ses caractéristiques telles que la résistance, la flexion, la conductivité, il est utilisé dans de nombreux domaines:
- comme additifs aux polymères;
- catalyseur pour les dispositifs d'éclairage, ainsi que les écrans plats et les combinés dans les réseaux de télécommunications;
- comme absorbeur d'ondes électromagnétiques;
- pour la conversion d'énergie;
- fabrication d'anodes dans divers types de batteries;
- stockage d'hydrogène;
- fabrication de capteurs et de condensateurs;
- production de composites et renforcement de leur structure et de leurs propriétés.
Depuis de nombreuses années, les nanotubes de carbone, dont l'application ne se limite pas à une industrie particulière, sont utilisés dans la recherche scientifique. Un tel matériau a une position faible sur le marché, car il y a des problèmes avec la production à grande échelle. Un autre point important est le coût élevé des nanotubes de carbone, qui est d'environ 120 $ par gramme d'une telle substance.
Ils sont utilisés comme élément de base pour la production de nombreux composites, qui sont utilisés pour fabriquer de nombreux articles de sport. Une autre industrie est l'industrie automobile. La fonctionnalisation des nanotubes de carbone dans ce domaine se réduit à conférer aux polymères des propriétés conductrices.
La conductivité thermique des nanotubes est suffisamment élevée pour qu'ils puissent être utilisés comme dispositif de refroidissement pour divers équipements massifs. Ils sont également utilisés pour fabriquer des pointes qui sont attachées aux tubes de sonde.
Le domaine d'application le plus important est l'informatique. Grâce aux nanotubes, on crée surtout des écrans plats. Ils peuvent être utilisés pour réduire considérablementles dimensions globales de l'ordinateur lui-même, ainsi que d'augmenter ses performances techniques. L'équipement fini sera plusieurs fois supérieur aux technologies actuelles. Sur la base de ces études, des kinéscopes haute tension peuvent être créés.
Au fil du temps, les tubes seront utilisés non seulement dans l'électronique, mais aussi dans les domaines médical et énergétique.
Production
Les tubes en carbone, dont la production est répartie entre les deux types, sont inégalement répartis.
Ainsi, les MWNT rapportent beaucoup plus que les SWNT. Le deuxième type est fait en cas de besoin urgent. Diverses entreprises produisent constamment des nanotubes de carbone. Mais ils ne sont pratiquement pas demandés, car leur coût est trop élevé.
Chefs de production
Aujourd'hui, la première place dans la production de nanotubes de carbone est occupée par les pays asiatiques, dont les capacités de production sont 3 fois supérieures à celles des autres pays d'Europe et d'Amérique. En particulier, le Japon est engagé dans la fabrication de MWNT. Mais d'autres pays, comme la Corée et la Chine, ne sont pas inférieurs à cet indicateur.
Production en Russie
La production nationale de nanotubes de carbone est loin derrière les autres pays. En fait, tout dépend de la qualité de la recherche dans ce domaine. Il n'alloue pas suffisamment de ressources financières pour créer des centres scientifiques et technologiques dans le pays. De nombreuses personnes n'acceptent pas les développements dans le domaine des nanotechnologies car elles ne savent pas comment elles peuvent être utilisées dans l'industrie. Ainsi, la transition de l'économiele nouveau chemin est assez difficile.
Par conséquent, le président de la Russie a publié un décret indiquant le développement de divers domaines de la nanotechnologie, y compris les éléments de carbone. À ces fins, un programme spécial pour le développement et la production de nos propres technologies a été créé.
Afin de remplir tous les points de la commande, la société Rosnanotech a été créée. Un montant important a été alloué sur le budget de l'État pour son fonctionnement. C'est elle qui devrait contrôler le processus de développement, de production et d'introduction des nanotubes de carbone dans la sphère industrielle. Le montant alloué sera consacré à la création de divers instituts et laboratoires de recherche et renforcera également les réalisations existantes des scientifiques nationaux. De plus, ces fonds serviront à acheter des équipements de haute qualité pour la production de nanotubes de carbone. Il convient également de prendre soin des appareils qui protégeront la santé humaine, car ce matériau provoque de nombreuses maladies.
Comme mentionné précédemment, tout le problème est de lever des fonds. La plupart des investisseurs ne veulent pas investir dans la recherche et le développement, surtout pendant longtemps. Tous les hommes d'affaires veulent voir des bénéfices, mais le nanodéveloppement peut prendre des années. C'est ce qui rebute les représentants des petites et moyennes entreprises. De plus, sans investissement gouvernemental, il ne sera pas possible de lancer pleinement la production de nanomatériaux.
Un autre problèmec'est l'absence de cadre légal, puisqu'il n'y a pas de lien intermédiaire entre les différentes étapes de l'entreprise. Par conséquent, les nanotubes de carbone, dont la production n'est pas demandée en Russie, nécessitent non seulement des investissements financiers, mais aussi mentaux. Jusqu'à présent, la Fédération de Russie est loin des pays asiatiques, qui sont à la pointe du développement des nanotechnologies.
Aujourd'hui, les développements de cette industrie sont réalisés dans les départements de chimie de diverses universités à Moscou, Tambov, Saint-Pétersbourg, Novossibirsk et Kazan. Les principaux fabricants de nanotubes de carbone sont la société Granat et l'usine Komsomolets à Tambov.
Bons et mauvais côtés
Parmi les avantages figurent les propriétés particulières des nanotubes de carbone. Il s'agit d'un matériau durable qui ne s'effondre pas sous l'influence d'influences mécaniques. De plus, ils fonctionnent bien pour se plier et s'étirer. Ceci est rendu possible par la structure à cadre fermé. Leur application ne se limite pas à une seule industrie. Les tubes sont utilisés dans l'automobile, l'électronique, la médecine et l'énergie.
Un énorme inconvénient est l'impact négatif sur la santé humaine.
Les particules de nanotubes pénétrant dans le corps humain entraînent l'émergence de tumeurs malignes et de cancers.
L'essentiel est le financement de cette industrie. Beaucoup de gens ne veulent pas investir dans la science, car il faut beaucoup de temps pour faire des profits. Et sans le fonctionnement des laboratoires de recherche, le développement des nanotechnologiesimpossible.
Conclusion
Les nanotubes de carbone jouent un rôle important dans les technologies innovantes. De nombreux experts prédisent la croissance de cette industrie dans les années à venir. Il y aura une augmentation significative des capacités de production, ce qui entraînera une diminution du coût des marchandises. Avec la baisse des prix, les tubes seront très demandés et deviendront un matériau indispensable pour de nombreux appareils et équipements.
Donc, nous avons découvert ce que sont ces produits.
