Эрчим хүч бол хүний амьдралд асар их үүрэг гүйцэтгэдэг чухал салбар юм. Улс орны эрчим хүчний төлөв байдал энэ салбарын олон эрдэмтдийн хөдөлмөрөөс хамаардаг. Өнөөдөр тэд өөр эрчим хүчний эх үүсвэр хайж байна. Эдгээр зорилгын үүднээс тэд нарны гэрэл, уснаас эхлээд агаарын энерги хүртэл бүх зүйлийг ашиглахад бэлэн байдаг. Хүрээлэн буй орчноос эрчим хүч гаргаж авах боломжтой тоног төхөөрөмжийг өндөр үнэлдэг.
Ерөнхий мэдээлэл
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь цилиндр хэлбэртэй, сунгасан цувисан графит онгоц юм. Дүрмээр бол тэдний зузаан нь хэдэн арван нанометр, урт нь хэдэн сантиметр хүрдэг. Нано хуруу шилний төгсгөлд бөмбөрцөг хэлбэртэй толгой үүсдэг бөгөөд энэ нь фуллерений нэг хэсэг юм.
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь метал ба хагас дамжуулагч гэсэн хоёр төрөл байдаг. Тэдний гол ялгаа нь гүйдлийн дамжуулалт юм. Эхний төрөл нь 0ºС-тай тэнцэх температурт гүйдэл дамжуулах чадвартай, хоёр дахь нь зөвхөн өндөр температурт гүйдэл дамжуулдаг.
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой: шинж чанар
Хамгийн ихХэрэглээний хими эсвэл нанотехнологи зэрэг орчин үеийн салбарууд нь нүүрстөрөгчийн хүрээний бүтэцтэй нано хоолойтой холбоотой байдаг. Энэ юу вэ? Энэ бүтэц нь зөвхөн нүүрстөрөгчийн атомаар холбогдсон том молекулуудыг хэлдэг. Шинж чанар нь битүү бүрхүүл дээр суурилдаг нүүрстөрөгчийн нано хоолойнуудыг өндөр үнэлдэг. Үүнээс гадна эдгээр формацууд нь цилиндр хэлбэртэй байдаг. Ийм хоолойг графит хуудсыг нугалж авах эсвэл тодорхой катализатороос ургуулж авах боломжтой. Зургийг доор үзүүлсэн нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь ер бусын бүтэцтэй.
Тэд өөр хэлбэр, хэмжээтэй байдаг: нэг давхаргатай ба олон давхаргатай, шулуун ба нугаламтай. Нано хоолой нь нэлээд хэврэг мэт харагддаг ч бат бөх материал юм. Олон тооны судалгааны үр дүнд тэдгээр нь сунах, нугалах зэрэг шинж чанартай болох нь тогтоогдсон. Ноцтой механик ачааллын нөлөөн дор элементүүд нь урагдахгүй, хугардаггүй, өөрөөр хэлбэл өөр өөр хүчдэлд дасан зохицож чаддаг.
Хоруу чанар
Олон тооны судалгааны үр дүнд нүүрстөрөгчийн нано гуурс нь асбестын ширхэгтэй ижил асуудал үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл янз бүрийн хорт хавдар, уушигны хорт хавдар үүсгэдэг болохыг тогтоожээ. Асбестын сөрөг нөлөөллийн зэрэг нь түүний утаснуудын төрөл, зузаанаас хамаарна. Нүүрстөрөгчийн нано гуурс нь жин, хэмжээ багатай тул хүний биед агаартай амархан нэвтэрдэг. Цаашилбал, тэд гялтан хальс руу орж, цээжинд орж, цаг хугацаа өнгөрөх тусамянз бүрийн хүндрэл үүсгэдэг. Эрдэмтэд туршилт хийж, хулганын хоолонд нано хоолойн тоосонцор нэмсэн байна. Жижиг диаметртэй бүтээгдэхүүн нь биед бараг үлддэггүй, харин том хэмжээтэй нь ходоодны хананд нэвт шингэж, янз бүрийн өвчин үүсгэдэг.
Авах арга
Өнөөдөр нүүрстөрөгчийн нано хоолой авах дараах аргууд байдаг: нуман цэнэг, арилгах, уурын хуримтлал.
Цахилгаан нумын цэнэг. Гели ашиглан шатдаг цахилгаан цэнэгийн сийвэн дэх (нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг энэ зүйлд тайлбарласан) олж авах. Ийм процессыг фуллерен үйлдвэрлэх тусгай техникийн тоног төхөөрөмж ашиглан хийж болно. Гэхдээ энэ аргын тусламжтайгаар нуман шатаах бусад горимуудыг ашигладаг. Жишээлбэл, гүйдлийн нягт багасч, асар их зузаантай катодыг бас ашигладаг. Гелийн уур амьсгалыг бий болгохын тулд энэ химийн элементийн даралтыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг шүрших замаар олж авдаг. Тэдний тоог нэмэгдүүлэхийн тулд графит саваа руу катализатор оруулах шаардлагатай. Ихэнхдээ энэ нь янз бүрийн металлын бүлгүүдийн холимог юм. Цаашилбал, даралт, шүрших арга нь өөрчлөгддөг. Ийнхүү нүүрстөрөгчийн нано хоолой үүсдэг катодын ордыг олж авдаг. Бэлэн бүтээгдэхүүн нь катод руу перпендикуляр ургаж, багц хэлбэрээр цуглуулдаг. Тэдгээр нь 40 микрон урттай.
Абляци. Энэ аргыг Ричард Смолли зохион бүтээсэн. Үүний мөн чанар нь өндөр температурт ажилладаг реакторт янз бүрийн бал чулууны гадаргууг ууршуулах явдал юм. Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь ёроолд нь бал чулуу ууршсаны үр дүнд үүсдэгреакторын хэсгүүд.
Тэдгээрийг хөргөж, хөргөх гадаргуу ашиглан цуглуулдаг. Хэрэв эхний тохиолдолд элементүүдийн тоо 60% -тай тэнцүү байсан бол энэ аргын тусламжтайгаар энэ үзүүлэлт 10% -иар өссөн байна. Лазер арилгах аргын өртөг нь бусад бүх аргуудаас илүү үнэтэй байдаг. Дүрмээр бол нэг ханатай нано гуурсыг урвалын температурыг өөрчлөх замаар олж авдаг.
Хийн үе шатнаас үүссэн тунадас. Нүүрстөрөгчийн уурыг хуримтлуулах аргыг 50-аад оны сүүлээр зохион бүтээсэн. Гэхдээ үүнээс нүүрстөрөгчийн нано гуурс гаргаж авна гэж хэн ч төсөөлөөгүй. Тиймээс эхлээд гадаргууг катализатороор бэлтгэх хэрэгтэй. Янз бүрийн металлын жижиг хэсгүүд, жишээлбэл, кобальт, никель болон бусад олон тоосонцорууд үүнийг хийж чадна. Нано хоолой нь катализаторын давхаргаас гарч эхэлдэг. Тэдний зузаан нь катализаторын металлын хэмжээнээс шууд хамаардаг. Гадаргууг өндөр температурт халааж, дараа нь нүүрстөрөгч агуулсан хий нийлүүлдэг. Тэдгээрийн дотор метан, ацетилен, этанол гэх мэт аммиак нь нэмэлт техникийн хий болдог. Нано хоолой олж авах энэ арга нь хамгийн түгээмэл юм. Уг процесс нь өөрөө янз бүрийн аж үйлдвэрийн аж ахуйн нэгжүүдэд явагддаг тул олон тооны хоолой үйлдвэрлэхэд санхүүгийн эх үүсвэр бага зарцуулагддаг. Энэ аргын өөр нэг давуу тал нь катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг аливаа металл хэсгүүдээс босоо элементүүдийг гаргаж авах боломжтой юм. (Нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг бүх талаас нь дүрсэлсэн) олж авах нь Суоми Иижимагийн судалгааны ачаар боломжтой болсон.нүүрстөрөгчийн нийлэгжилтийн үр дүнд харагдах байдлыг микроскопоор ажиглав.
Үндсэн зүйл
Нүүрстөрөгчийн элементүүдийг давхаргын тоогоор нь ангилдаг. Хамгийн энгийн төрөл нь нэг ханатай нүүрстөрөгчийн нано хоолой юм. Тэд тус бүр нь ойролцоогоор 1 нм зузаантай бөгөөд урт нь илүү урт байж болно. Хэрэв бид бүтцийг авч үзвэл бүтээгдэхүүн нь графитыг зургаан өнцөгт тороор боож байгаа мэт харагдаж байна. Түүний дээд хэсэгт нүүрстөрөгчийн атомууд байдаг. Тиймээс хоолой нь цилиндр хэлбэртэй, ямар ч давхаргагүй байдаг. Төхөөрөмжийн дээд хэсэг нь фуллерен молекулуудаас бүрдсэн бүрээсээр хаалттай байна.
Дараагийн харагдац бол олон давхаргат нүүрстөрөгчийн нано хоолой. Эдгээр нь цилиндр хэлбэртэй нугалж буй бал чулууны хэд хэдэн давхаргаас бүрддэг. Тэдгээрийн хооронд 0.34 нм зайтай байна. Энэ төрлийн бүтцийг хоёр янзаар тайлбарладаг. Эхнийх нь дагуу олон давхаргат хоолой нь бие биендээ үүрлэсэн хэд хэдэн нэг давхаргат хоолой бөгөөд үүрлэсэн хүүхэлдэй шиг харагддаг. Хоёрдахь хувилбарын дагуу олон давхаргат нано гуурс нь нугалсан сонин шиг харагддаг, хэд хэдэн удаа ороосон бал чулуу юм.
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой: хэрэглээ
Элементүүд нь наноматериалын ангийн үнэмлэхүй шинэ төлөөлөгч юм.
Өмнө дурьдсанчлан тэдгээр нь графит эсвэл алмаазаас шинж чанараараа ялгаатай хүрээ бүтэцтэй. Тийм ч учраас тэдгээрийг бусад материалаас хамаагүй илүү ашигладаг.
Бат бөх, гулзайлгах, дамжуулах чанар зэрэг шинж чанараараа олон салбарт ашиглагддаг:
- полимерт нэмэлт болгон;
- гэрлийн төхөөрөмжүүдийн катализатор, түүнчлэн харилцаа холбооны сүлжээн дэх хавтгай дэлгэц, гар утас;
- цахилгаан соронзон долгион шингээгчээр;
- эрчим хүч хувиргах;
- төрөл бүрийн төрлийн батерейнд анод үйлдвэрлэх;
- устөрөгчийн хуримтлал;
- мэдрэгч ба конденсаторын үйлдвэрлэл;
- нийлмэл материал үйлдвэрлэх, бүтэц, шинж чанарыг нь бэхжүүлэх.
Олон жилийн турш зөвхөн нэг салбараар хязгаарлагдахгүй нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг шинжлэх ухааны судалгаанд ашиглаж ирсэн. Их хэмжээний үйлдвэрлэлд асуудал тулгардаг тул ийм материал нь зах зээлд сул байр суурь эзэлдэг. Өөр нэг чухал зүйл бол нүүрстөрөгчийн нано хоолойн өндөр өртөг бөгөөд нэг грамм нь ойролцоогоор 120 доллар болно.
Тэдгээрийг олон төрлийн нийлмэл материал үйлдвэрлэх үндсэн элемент болгон ашигладаг бөгөөд эдгээрийг спортын олон бүтээгдэхүүн хийхэд ашигладаг. Өөр нэг салбар бол автомашины үйлдвэрлэл юм. Энэ хэсэгт нүүрстөрөгчийн нано гуурсан хоолойн функциональ байдал нь дамжуулагч шинж чанартай полимерээр хангагдсан байна.
Нано хуруу шилний дулаан дамжилтын илтгэлцүүр хангалттай өндөр тул тэдгээрийг янз бүрийн том төхөөрөмжид хөргөх төхөөрөмж болгон ашиглаж болно. Тэдгээрийг датчик хоолойд бэхэлсэн зөвлөмжийг хийхэд ашигладаг.
Хамгийн чухал хэрэглээний талбар бол компьютерийн технологи юм. Нано хуруу шилний ачаар ялангуяа хавтгай дэлгэц бий болсон. Тэдгээрийг мэдэгдэхүйц бууруулахад ашиглаж болнокомпьютерийн ерөнхий хэмжээсүүд, түүнчлэн техникийн гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэх. Бэлэн болсон тоног төхөөрөмж нь одоогийн технологиос хэд дахин илүү байх болно. Эдгээр судалгаан дээр үндэслэн өндөр хүчдэлийн кинескоп үүсгэж болно.
Цаг хугацаа өнгөрөх тусам хоолой нь зөвхөн электроникийн салбарт төдийгүй анагаах ухаан, эрчим хүчний салбарт ашиглагдах болно.
Үйлдвэрлэл
Үйлдвэрлэл нь хоёр төрөлд хуваагддаг нүүрстөрөгчийн хоолой жигд бус тархсан.
Тиймээс MWNT нь SWNT-ээс хамаагүй ихийг хийдэг. Хоёр дахь төрөл нь яаралтай шаардлагатай тохиолдолд хийгддэг. Төрөл бүрийн компаниуд нүүрстөрөгчийн нано хоолой байнга үйлдвэрлэдэг. Гэвч өртөг нь хэт өндөр тул тэдгээр нь бараг эрэлтгүй байна.
Үйлдвэрлэлийн удирдагчид
Өнөөдөр нүүрстөрөгчийн нано гуурсын үйлдвэрлэлд тэргүүлэгч байрыг Азийн орнууд эзэлж байгаа бөгөөд үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нь Европ, Америкийн бусад орнуудаас 3 дахин өндөр байдаг. Тодруулбал, Япон улс төгрөгийн үйлдвэрлэл эрхэлдэг. Гэхдээ Солонгос, Хятад зэрэг бусад орнууд энэ үзүүлэлтээрээ дутахгүй.
Орос дахь үйлдвэрлэл
Нүүрстөрөгчийн нано гуурс үйлдвэрлэх дотоодын үйлдвэрлэл бусад орноос хол хоцорч байна. Уг нь энэ чиглэлийн судалгааны чанараас бүх зүйл шалтгаална. Тус улсад шинжлэх ухаан, технологийн төвүүдийг бий болгоход санхүүгийн эх үүсвэрийг хангалттай хуваарилдаггүй. Олон хүмүүс нанотехнологийн салбарын хөгжлийг хүлээн зөвшөөрдөггүй, учир нь үүнийг үйлдвэрлэлд хэрхэн ашиглах талаар мэдэхгүй байна. Тиймээс эдийн засгийн шилжилтийншинэ зам нэлээд хэцүү байна.
Тиймээс ОХУ-ын ерөнхийлөгч зарлиг гаргасан нь нанотехнологийн төрөл бүрийн салбарууд, тэр дундаа нүүрстөрөгчийн элементүүдийг хөгжүүлэхийг харуулсан. Эдгээр зорилгын үүднээс өөрсдийн технологийг хөгжүүлэх, үйлдвэрлэх тусгай хөтөлбөрийг бий болгосон.
Захиалгын бүх зүйлийг биелүүлэхийн тулд Роснанотех компанийг байгуулсан. Үүнийг ажиллуулахын тулд улсын төсвөөс багагүй хөрөнгө гаргасан. Тэрээр нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг боловсруулах, үйлдвэрлэх, үйлдвэрлэлийн салбарт нэвтрүүлэх үйл явцыг хянах ёстой. Хуваарилагдсан мөнгийг төрөл бүрийн судалгааны хүрээлэн, лаборатори байгуулахад зарцуулж, дотоодын эрдэмтдийн одоо байгаа ололт амжилтыг бэхжүүлэх болно. Мөн эдгээр хөрөнгийг нүүрстөрөгчийн нано хоолой үйлдвэрлэх өндөр чанартай тоног төхөөрөмж худалдан авахад зарцуулна. Энэ материал нь олон төрлийн өвчин үүсгэдэг тул хүний эрүүл мэндийг хамгаалах төхөөрөмжүүдэд анхаарал тавих нь зүйтэй.
Түрүүн хэлсэнчлэн бүх асуудал нь хөрөнгө босгох явдал юм. Ихэнх хөрөнгө оруулагчид судалгаа, хөгжүүлэлт, ялангуяа удаан хугацааны туршид хөрөнгө оруулахыг хүсдэггүй. Бүх бизнесмэнүүд ашиг олохыг хүсдэг ч нано хөгжилд олон жил шаардагддаг. Энэ бол жижиг, дунд бизнес эрхлэгчдийн төлөөлөгчдийг няцаах явдал юм. Түүнчлэн төрийн хөрөнгө оруулалтгүйгээр наноматериалын үйлдвэрлэлийг бүрэн эхлүүлэх боломжгүй.
Өөр нэг асуудалбизнесийн янз бүрийн үе шатуудын хооронд завсрын холбоо байхгүй тул хууль эрх зүйн орчин дутмаг байна. Тиймээс Орос улсад үйлдвэрлэл нь эрэлт хэрэгцээгүй байгаа нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь зөвхөн санхүүгийн төдийгүй оюун санааны хөрөнгө оруулалт шаарддаг. Одоогоор Оросын Холбооны Улс нано технологийн хөгжлөөрөө тэргүүлж буй Азийн орнуудаас хол байна.
Өнөөдөр энэ салбарын бүтээн байгуулалтууд Москва, Тамбов, Санкт-Петербург, Новосибирск, Казань хотын янз бүрийн их дээд сургуулийн химийн тэнхимүүдэд явагдаж байна. Нүүрстөрөгчийн нано хоолойн тэргүүлэгч үйлдвэрлэгчид бол Гранат компани болон Тамбов дахь Комсомолецийн үйлдвэр юм.
Сайн ба муу талууд
Давуу талуудын дунд нүүрстөрөгчийн нано хоолойн онцгой шинж чанарууд байдаг. Эдгээр нь механик нөлөөллийн нөлөөн дор нурж унахгүй бат бөх материал юм. Үүнээс гадна гулзайлгах, сунгахад сайн ажилладаг. Энэ нь хаалттай хүрээний бүтцээр боломжтой болсон. Тэдний хэрэглээ нь зөвхөн нэг салбараар хязгаарлагдахгүй. Хоолойг автомашин, электрон бараа, анагаах ухаан, эрчим хүчний салбарт ашигладаг.
Асар том сул тал бол хүний эрүүл мэндэд үзүүлэх сөрөг нөлөө юм.
Хүний биед нэвтэрч буй нано хоолойн хэсгүүд нь хорт хавдар, хорт хавдар үүсэхэд хүргэдэг.
Хамгийн чухал тал нь энэ салбарын санхүүжилт юм. Олон хүмүүс шинжлэх ухаанд хөрөнгө оруулахыг хүсдэггүй, учир нь ашиг олоход удаан хугацаа шаардагддаг. Мөн судалгааны лаборатори ажиллахгүйгээр нано технологи хөгжинөболомжгүй.
Дүгнэлт
Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь шинэлэг технологид чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Ирэх жилүүдэд энэ салбарын өсөлтийг олон мэргэжилтнүүд таамаглаж байна. Үйлдвэрлэлийн хүчин чадал мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, энэ нь барааны өртөг буурахад хүргэнэ. Үнэ буурах тусам хоолой нь маш их эрэлт хэрэгцээтэй болж, олон төхөөрөмж, тоног төхөөрөмжид зайлшгүй шаардлагатай материал болно.
Тиймээс бид эдгээр бүтээгдэхүүнүүд юу болохыг олж мэдсэн.
