Nanotechnologijos: anglies nanovamzdeliai. Modifikuotų anglies nanovamzdelių elektrofizinės charakteristikos

Išradimas yra susijęs su vandenilio saugojimo sistemų medžiagų gamybos sritimi, taip pat su anglies nanovamzdelių gamybos sritimi ir gali būti naudojamas anglies nanovamzdelių, naudojamų kaip nešiklio medžiaga įvairiose vandenilio kaupimo sistemose, gamyboje. Išradimo esmė: anglies nanovamzdelių apdorojimo būdas apima kaitinimą 1500-1600°C temperatūroje cinko sulfido garuose 20-30 minučių. Techninis išradimo rezultatas – padidinti anglies nanovamzdelių sorbcijos pajėgumą, tuo pačiu sumažinant temperatūrą ir apdorojimo proceso trukmę. 1 stalas

Išradimas yra susijęs su vandenilio saugojimo sistemų medžiagų gamybos sritimi, taip pat su anglies nanovamzdelių gamybos sritimi ir gali būti naudojamas anglies nanovamzdelių, naudojamų kaip nešiklio medžiaga įvairiose vandenilio kaupimo sistemose, gamyboje.

Yra žinomas anglies nanovamzdelių apdorojimo būdas kaitinant iki 1700-2200°C argono sraute 120 minučių – prototipas. Metodas leidžia padidinti anglies nanovamzdelių sorbcijos gebą vandenilio atžvilgiu 1,26-3,09 karto, priklausomai nuo apdorojimo temperatūros. Pagrindinis šio metodo trūkumas yra būtinybė naudoti aukštą apdorojimo temperatūrą, kad žymiai padidėtų medžiagos sorbcijos geba. Apdorojant 1700°C temperatūroje adsorbcijos pajėgumas padidėja tik 1,26 karto, o kaitinant iki 2200°C reikia, kad sorbcijos pajėgumas padidėtų 3,09 karto. Trūkumai taip pat apima ilgą apdorojimo laiką (120 minučių).

Šio išradimo tikslas yra padidinti anglies nanovamzdelių sorbcijos pajėgumą, tuo pačiu sumažinant temperatūrą ir apdorojimo proceso trukmę.

Ši problema išspręsta siūlomu anglies nanovamzdelių apdorojimo būdu, įskaitant kaitinimą, kuris atliekamas 1500-1600°C temperatūroje uždarame tūryje cinko sulfido garuose 20-30 minučių.

Apdorojimas cinko sulfido garuose leidžia 3,4 karto padidinti anglies nanovamzdelių sorbcijos gebą vandenilio atžvilgiu, o proceso temperatūra sumažinama iki 1500-1600°C, o apdorojimo trukmė - iki 20-30 minučių.

Cinko sulfido lydymosi temperatūra yra 1765 ° C, o jo paties garų slėgis lydymosi temperatūroje yra didesnis nei 4,5 atm. Kai cinko sulfidas kaitinamas kietoje fazėje, jis sublimuoja; maždaug 1550°C temperatūroje savo garų slėgis yra 1 atm. Kai medžiaga kaitinama virš 1600°C, cinko sulfido garai intensyviai disocijuoja, sudarydami atominį cinką ir molekulinę sierą.

Anglies nanovamzdelių sorbcijos pajėgumo padidėjimas veikiant cinko sulfido garams paaiškinamas nanovamzdelių aktyvaus paviršiaus ploto padidėjimu dėl šių medžiagų cheminės sąveikos.

Apdorojimo proceso temperatūrų diapazonas pasirinktas dėl to, kad esant žemesnei nei 1500°C temperatūrai, kai pačių ZnS garų slėgis yra mažesnis nei 1 atm, cinko sulfidas išgaruoja nepakankamai intensyviai ir žymiai padidėja sorbcijos geba. nanovamzdelių. Esant aukštesnei nei 1600°C temperatūrai, cinko sulfido garai intensyviai disocijuoja, o anglies nanovamzdeliai greitai suardomi veikiami stiprios oksiduojančios medžiagos – dujinės sieros, kuri yra vienas iš disociacijos produktų.

Kai procesas trunka mažiau nei 20 minučių, anglies nanovamzdelių sorbcijos geba nepasiekia maksimalių verčių. Kai gydymo trukmė pailgėja ilgiau nei 30 minučių, sorbcijos pajėgumas pirmiausia nustoja didėti, o vėliau pradeda mažėti, o tai galima paaiškinti prasidėjusiu nanovamzdelių sunaikinimu.

Proceso pabaigoje išgarinto cinko sulfido perteklius kondensuojasi ant šaltų apdorojimo įrenginio sienelių ir gali būti surinktas pakartotiniam naudojimui.

Apdorojimo režimai pateikti lentelėje, kur palyginimui pateikiami apdorojimo prototipo metodu rezultatai, paimti iš.

Lentelėje matyti, kad tik esant pasiūlytoms sąlygoms (6-8, 12-13 eilutės) pasiekiamas didžiausias anglies nanovamzdelių sorbcijos pajėgumo padidėjimas. Tokiu atveju temperatūra ir gydymo trukmė sumažinama, lyginant su prototipo metodu.

1 g sveriančių anglies nanovamzdelių mėginys dedamas į konteinerį taip, kad nanovamzdeliai būtų virš 0,5 g sveriančio cinko sulfido šaltinio 30 mm atstumu. Talpykla evakuojama iki 10 -3 mm Hg. ir užantspauduotas. Tada indas dedamas į iki 1550 °C įkaitintą orkaitę be gradiento ir palaikoma 25 minutes. Tada indas išimamas, atvėsinamas ir atidaromas. Išgaravęs cinko sulfidas, kondensuotas ant konteinerio sienelių, surenkamas pakartotiniam naudojimui. Apdoroti nanovamzdeliai prisotinami vandeniliu 100 atm slėgyje ir 25°C temperatūroje 24 valandas. Anglies nanovamzdelių sorbcijos geba padidėja 3,4 karto, palyginti su pradiniu mėginiu.

1. Anglies nanovamzdelių apdorojimo būdas, įskaitant kaitinimą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad apdorojimas atliekamas 1500-1600°C temperatūroje cinko sulfido garuose 20-30 minučių.

Kanagavos universiteto (žinoma, tai Japonija) mokslininkai sugebėjo suvaldyti levituojantį objektą ne tik be kontakto, bet ir nekeičiant magnetinio lauko charakteristikų. Visa tai pasirodė įmanoma dėl specialios magnetų konfigūracijos (jie išdėstyti šaškių lentoje) ir lazerio poveikio slankiajam diskui. Lazeris veikia taip, kad disko kraštas įkaista, atsiranda temperatūrų skirtumas, o diskas juda paskui spindulį. Štai kaip viskas atrodo:

Dar įdomesnių faktų galima rasti svetainėje polezno.kg

Unikalios Kalėdos Antarkties poliarinėje stotyje

Kiekvienas Kalėdas šventėme skirtingai. Kai kurie žmonės šios dienos visai nepripažįsta švente, kai kurie šventė su draugais, kiti išvyko į šiltus kraštus. Tačiau Antarkties stoties mokslininkai nusprendė paleisti specialų teleskopą, sveriantį net 1,8 tonos. Tai stratosferinis teleskopas, atliekantis daugybę svarbių užduočių tiriant žvaigždžių formavimosi ir planetų formavimosi procesus. Įrenginys skries maždaug 30 kilometrų aukštyje, tyrinėdamas kosminę erdvę. Astronomų teigimu, tokie teleskopai yra pigesni už orbitinius teleskopus, o jų eksploatavimo kaina yra daug mažesnė nei eksploatuojant orbitinius teleskopus.

Anglies vamzdžiai yra pavojingi sveikatai

Edinburgo universiteto mokslininkai nustatė, kad anglies nanovamzdeliai yra ne mažiau (o gal ir daugiau) kenksmingi nei asbestas. Reikalas tas, kad pats vamzdelis yra labai plonas (žmogaus imuninė sistema nėra skirta tokiems matmenims), bet ilga. Taigi, nanovamzdelis, patekęs į plaučius, užkrečia plaučius, o imuninė sistema su tokiu „kaimynu“ visiškai nekovoja. Kol kas nėra visiškai aišku, ar nanovamzdeliai kaupsis žmogaus organizme ilgalaikės sąveikos su anglies nanovamzdelių medžiaga atveju. Tačiau net ir trumpuoju laikotarpiu visa tai gali pakenkti žmonių sveikatai.

Jei kam įdomu, išsamią informaciją galite gauti anglų kalba

Energetika yra svarbi pramonė, kuri atlieka didžiulį vaidmenį žmogaus gyvenime. Energetikos situacija šalyje priklauso nuo daugelio šios pramonės šakos mokslininkų darbo. Šiandien jie ieško šių tikslų, yra pasirengę naudoti bet ką – nuo ​​saulės šviesos ir vandens iki oro energijos. Labai vertinama įranga, galinti gaminti energiją iš aplinkos.

Bendra informacija

Anglies nanovamzdeliai yra ilgos, valcuotos grafito plokštumos, turinčios cilindrinę formą. Paprastai jų storis siekia kelias dešimtis nanometrų, o ilgis - kelis centimetrus. Nanovamzdelių gale susidaro sferinė galvutė, kuri yra viena iš fullereno dalių.

Yra dviejų tipų anglies nanovamzdeliai: metaliniai ir puslaidininkiniai. Pagrindinis jų skirtumas yra srovės laidumas. Pirmasis tipas gali vesti srovę esant 0ºС temperatūrai, o antrasis - tik aukštesnėje temperatūroje.

Anglies nanovamzdeliai: savybės

Dauguma šiuolaikinių sričių, tokių kaip taikomoji chemija ar nanotechnologijos, yra susijusios su nanovamzdeliais, turinčiais anglies karkaso struktūrą. kas tai? Ši struktūra reiškia dideles molekules, sujungtas viena su kita tik anglies atomais. Anglies nanovamzdeliai, kurių savybės pagrįstos uždaru apvalkalu, yra labai vertinami. Be to, šios formacijos turi cilindrinę formą. Tokius vamzdelius galima gauti suvyniojus grafito lakštą arba išauginti iš konkretaus katalizatoriaus. Anglies nanovamzdeliai, kurių nuotraukos pateiktos žemiau, turi neįprastą struktūrą.

Jie būna įvairių formų ir dydžių: viensluoksniai ir daugiasluoksniai, tiesūs ir lenkti. Nepaisant to, kad nanovamzdeliai atrodo gana trapūs, jie yra tvirta medžiaga. Daugelio tyrimų metu buvo nustatyta, kad jie turi tokias savybes kaip tempimas ir lenkimas. Esant rimtoms mechaninėms apkrovoms, elementai neplyšta ir nelūžta, tai yra, jie gali prisitaikyti prie skirtingų įtampų.

Toksiškumas

Atlikus daugybę tyrimų buvo nustatyta, kad anglies nanovamzdeliai gali sukelti tas pačias problemas kaip ir asbesto pluoštai, tai yra, atsiranda įvairių piktybinių navikų, taip pat plaučių vėžio. Asbesto neigiamo poveikio laipsnis priklauso nuo jo pluoštų tipo ir storio. Kadangi anglies nanovamzdeliai yra mažo svorio ir dydžio, jie lengvai patenka į žmogaus organizmą kartu su oru. Toliau jie patenka į pleurą ir patenka į krūtinę, o laikui bėgant sukelia įvairių komplikacijų. Mokslininkai atliko eksperimentą ir į pelių maistą pridėjo nanovamzdelių dalelių. Mažo skersmens gaminiai praktiškai neužsibūdavo organizme, o didesni įsiskverbdavo į skrandžio sieneles ir sukeldavo įvairias ligas.

Priėmimo būdai

Šiandien yra šie anglies nanovamzdelių gamybos būdai: lanko įkrovimas, abliacija, nusodinimas garais.

Elektros lanko išlydis. Gaunamas (šiame straipsnyje aprašyti anglies nanovamzdeliai) elektros krūvis plazmoje, kuris dega naudojant helią. Šis procesas gali būti atliekamas naudojant specialią techninę įrangą fullerenams gaminti. Tačiau šis metodas naudoja kitus lanko degimo režimus. Pavyzdžiui, jis sumažinamas, taip pat naudojami didžiulio storio katodai. Norint sukurti helio atmosferą, būtina padidinti šio cheminio elemento slėgį. Anglies nanovamzdeliai gaminami purškiant. Kad jų skaičius padidėtų, į grafito strypą reikia įvesti katalizatorių. Dažniausiai tai yra įvairių metalų grupių mišinys. Toliau keičiasi slėgis ir purškimo būdas. Taip gaunamas katodinis telkinys, kuriame susidaro anglies nanovamzdeliai. Gatavi produktai auga statmenai katodui ir surenkami į ryšulius. Jie yra 40 mikronų ilgio.

Abliacija. Šį metodą išrado Richardas Smalley. Jo esmė – aukštoje temperatūroje veikiančiame reaktoriuje išgarinti skirtingus grafito paviršius. Anglies nanovamzdeliai susidaro išgaruojant grafitui reaktoriaus apačioje.

Jie atšaldomi ir surenkami naudojant aušinimo paviršių. Jei pirmuoju atveju elementų skaičius buvo lygus 60%, tai naudojant šį metodą skaičius padidėjo 10%. Lazerinio absoliacijos metodo kaina yra brangesnė nei visų kitų. Paprastai vienasieniai nanovamzdeliai gaunami keičiant reakcijos temperatūrą.

Garų nusodinimas. Anglies garų nusodinimo metodas buvo išrastas šeštojo dešimtmečio pabaigoje. Tačiau niekas net neįsivaizdavo, kad jį galima panaudoti anglies nanovamzdelių gamybai. Taigi, pirmiausia reikia paruošti paviršių katalizatoriumi. Tai gali būti smulkios įvairių metalų dalelės, pavyzdžiui, kobaltas, nikelis ir daugelis kitų. Iš katalizatoriaus sluoksnio pradeda kilti nanovamzdeliai. Jų storis tiesiogiai priklauso nuo katalizinio metalo dydžio. Paviršius pašildomas iki aukštos temperatūros, tada tiekiamos dujos, kuriose yra anglies. Tarp jų yra metanas, acetilenas, etanolis ir kt. Amoniakas yra papildomos techninės dujos. Šis nanovamzdelių gamybos būdas yra labiausiai paplitęs. Pats procesas vyksta įvairiose pramonės įmonėse, todėl daugybei vamzdžių pagaminti išleidžiama mažiau finansinių išteklių. Kitas šio metodo privalumas yra tas, kad vertikalius elementus galima gauti iš bet kokių metalo dalelių, kurios tarnauja kaip katalizatorius. Gamyba (anglies nanovamzdeliai aprašomi iš visų pusių) buvo įmanoma dėka Suomi Iijima tyrimų, kurie mikroskopu stebėjo jų atsiradimą dėl anglies sintezės.

Pagrindiniai tipai

Anglies elementai klasifikuojami pagal sluoksnių skaičių. Paprasčiausias tipas yra vienasieniai anglies nanovamzdeliai. Kiekvienas iš jų yra maždaug 1 nm storio, o ilgis gali būti daug didesnis. Jei atsižvelgsime į struktūrą, gaminys atrodo kaip grafito įvyniojimas naudojant šešiakampį tinklelį. Jo viršūnėse yra anglies atomai. Taigi vamzdis turi cilindro formą, kuriame nėra siūlių. Viršutinė prietaisų dalis uždaroma dangteliais, susidedančiais iš fullereno molekulių.

Kitas tipas yra kelių sienelių anglies nanovamzdeliai. Jie susideda iš kelių grafito sluoksnių, kurie yra sulankstyti į cilindro formą. Tarp jų išlaikomas 0,34 nm atstumas. Šio tipo struktūra apibūdinama dviem būdais. Remiantis pirmuoju, daugiasluoksniai vamzdeliai yra keli vieno sluoksnio vamzdeliai, išdėstyti vienas kito viduje, kurie atrodo kaip lizdinė lėlė. Pagal antrąjį, daugiasieniai nanovamzdeliai yra grafito lakštas, kuris kelis kartus apsivynioja aplink save, panašus į sulankstytą laikraštį.

Anglies nanovamzdeliai: taikymas

Elementai yra visiškai naujas nanomedžiagų klasės atstovas.

Kaip minėta anksčiau, jie turi rėmo struktūrą, kuri savo savybėmis skiriasi nuo grafito ar deimanto. Štai kodėl jie naudojami daug dažniau nei kitos medžiagos.

Dėl savybių, tokių kaip stiprumas, lenkimas, laidumas, jie naudojami daugelyje sričių:

• kaip polimerų priedai;
• apšvietimo prietaisų, taip pat plokščiųjų ekranų ir telekomunikacijų tinklų vamzdžių katalizatorius;
• kaip elektromagnetinių bangų absorberis;
• energijos konvertavimui;
• anodų gamyba įvairių tipų baterijose;
• vandenilio saugojimas;
• jutiklių ir kondensatorių gamyba;
• kompozitų gamyba ir jų struktūros bei savybių stiprinimas.

Daugelį metų moksliniuose tyrimuose naudojami anglies nanovamzdeliai, kurių pritaikymas neapsiriboja viena konkrečia pramonės šaka. Ši medžiaga užima silpnas pozicijas rinkoje, nes kyla problemų dėl didelio masto gamybos. Kitas svarbus dalykas yra didelė anglies nanovamzdelių kaina, kuri yra maždaug 120 USD už gramą tokios medžiagos.

Jie naudojami kaip pagrindinis elementas gaminant daugelį kompozitų, iš kurių gaminama daug sporto prekių. Kita pramonės šaka yra automobilių pramonė. Anglies nanovamzdelių funkcionalizavimas šioje srityje susijęs su laidžiųjų savybių suteikimu polimerams.

Nanovamzdelių šilumos laidumo koeficientas yra gana aukštas, todėl juos galima naudoti kaip įvairių masyvių įrenginių aušinimo įrenginį. Jie taip pat naudojami antgaliams, tvirtinamiems prie zondo vamzdžių, gaminti.

Svarbiausia taikymo sritis yra kompiuterinės technologijos. Nanovamzdelių dėka sukuriami ypač plokšti ekranai. Naudodami juos galite žymiai sumažinti bendrus paties kompiuterio matmenis, taip pat padidinti jo technines charakteristikas. Pagaminta įranga bus kelis kartus pranašesnė už dabartines technologijas. Remiantis šiais tyrimais, galima sukurti aukštos įtampos vaizdo vamzdžius.

Laikui bėgant, vamzdžiai bus naudojami ne tik elektronikoje, bet ir medicinos bei energetikos srityse.

Gamyba

Anglies vamzdžiai, kurių gamyba skirstoma į du tipus, pasiskirsto netolygiai.

Tai yra, MWNT gaminama daug daugiau nei SWNT. Antrasis tipas atliekamas esant būtinybei. Įvairios įmonės nuolat gamina anglies nanovamzdelius. Tačiau jie praktiškai nėra paklausūs, nes jų kaina yra per didelė.

Gamybos lyderiai

Šiandien pirmaujančią vietą anglies nanovamzdelių gamyboje užima Azijos šalys, kurios yra 3 kartus didesnės nei kitose Europos ir Amerikos šalyse. Visų pirma, Japonija užsiima MWNT gamyba. Tačiau kitos šalys, pavyzdžiui, Korėja ir Kinija, šiuo rodikliu niekuo nenusileidžia.

Gamyba Rusijoje

Anglies nanovamzdelių gamyba šalyje gerokai atsilieka nuo kitų šalių. Tiesą sakant, viskas priklauso nuo šioje srityje atliekamų tyrimų kokybės. Čia nepakanka finansinių išteklių mokslo ir technologijų centrų kūrimui šalyje. Daugelis žmonių nesutinka su nanotechnologijų raida, nes nežino, kaip ją galima panaudoti pramonėje. Todėl pereiti ekonomiką į naują kelią yra gana sunku.

Todėl Rusijos prezidentas išleido dekretą, nurodantį įvairių nanotechnologijų sričių, įskaitant anglies elementus, vystymosi kelius. Šiems tikslams buvo sukurta speciali plėtros ir technologijų programa.

Siekiant užtikrinti, kad visi užsakymo punktai būtų įvykdyti, buvo sukurta įmonė „Rusnanotech“. Jo veiklai buvo skirta nemaža suma iš valstybės biudžeto. Būtent ji turėtų kontroliuoti anglies nanovamzdelių kūrimo, gamybos ir pramoninio diegimo procesą. Skirta suma bus skirta įvairių mokslinių tyrimų institutų ir laboratorijų kūrimui, taip pat sustiprins esamą šalies mokslininkų darbą. Už šias lėšas taip pat bus perkama kokybiška anglies nanovamzdelių gamybos įranga. Taip pat verta pasirūpinti tais prietaisais, kurie saugos žmonių sveikatą, nes ši medžiaga sukelia daugybę ligų.

Kaip minėta anksčiau, visa problema yra lėšų pritraukimas. Dauguma investuotojų nenori investuoti į mokslo plėtrą, ypač ilgą laiką. Visi verslininkai nori matyti pelną, tačiau nanoplėtra gali užtrukti ne vienerius metus. Būtent tai atbaido smulkaus ir vidutinio verslo atstovus. Be to, be vyriausybės investicijų nebus įmanoma visiškai pradėti nanomedžiagų gamybos.

Kita problema yra teisinės bazės nebuvimas, nes nėra tarpinio ryšio tarp skirtingų verslo lygių. Todėl anglies nanovamzdeliai, kurių gamyba Rusijoje nėra paklausi, reikalauja ne tik finansinių, bet ir protinių investicijų. Kol kas Rusijos Federacija yra toli nuo Azijos šalių, kurios pirmauja nanotechnologijų kūrimo srityje.

Šiandien šios pramonės plėtra vykdoma įvairių Maskvos, Tambovo, Sankt Peterburgo, Novosibirsko ir Kazanės universitetų chemijos fakultetuose. Pagrindiniai anglies nanovamzdelių gamintojai yra „Granat“ įmonė ir Tambovo gamykla „Komsomolets“.

Teigiamos ir neigiamos pusės

Tarp privalumų – ypatingos anglies nanovamzdelių savybės. Jie yra patvari medžiaga, kuri nesuyra veikiant mechaniniam poveikiui. Be to, jie puikiai veikia lenkiant ir tempiant. Tai tapo įmanoma dėl uždaros rėmo konstrukcijos. Jų naudojimas neapsiriboja viena pramonės šaka. Vamzdžiai buvo pritaikyti automobilių pramonėje, elektronikoje, medicinoje ir energetikoje.

Didelis trūkumas yra neigiamas poveikis žmonių sveikatai.

Į žmogaus organizmą patekusios nanovamzdelių dalelės sukelia piktybinių navikų ir vėžio atsiradimą.

Esminis aspektas yra šios pramonės finansavimas. Daugelis žmonių nenori investuoti į mokslą, nes norint gauti pelną reikia daug laiko. O be mokslinių tyrimų laboratorijų veikimo nanotechnologijų plėtra neįmanoma.

Išvada

Anglies nanovamzdeliai atlieka svarbų vaidmenį naujoviškose technologijose. Daugelis ekspertų prognozuoja šios pramonės augimą ateinančiais metais. Ženkliai padidės gamybos pajėgumai, dėl to sumažės prekių savikaina. Mažėjant kainoms, vamzdžiai bus labai paklausūs ir taps nepakeičiama medžiaga daugeliui prietaisų ir įrangos.

Taigi, mes sužinojome, kas yra šie produktai.

Anglies nanovamzdeliai yra žinomi dėl savo unikalių mechaninių, elektrinių ir šiluminių savybių, tinkančių įvairiems polimerams. Atskiroje konstrukcijoje buvo išmatuotas 1000 GPa Youngo modulis ir 60 GPa tempiamasis stipris. Šie rodikliai yra keliomis eilėmis didesni nei įprastinių inžinerinių plastikų. Eksperimentiškai taip pat buvo nustatytas didelis elektros ir šilumos laidumas, kurių vertės artėjo arba viršija metalų reikšmes. Toks savybių ir gaminio formos derinys, suderinamas su šiuolaikinėmis polimerų apdirbimo technologijomis, užtikrina naujų konstrukcinių medžiagų sukūrimą.

Komercinė paraiška
Anglies nanovamzdelių naudojimas polimerams antistatinėms ir laidžioms savybėms suteikti dabar yra komercinė praktika ir plečiasi tokiose pramonės šakose kaip elektronika ir automobilių pramonė. 1 paveiksle parodytas tipinis inžinerinio termoplastiko laidumo vaizdas. Daugiasienių anglies nanovamzdelių užpildymas elektriniam perdavimui gali būti 5–10 kartų mažesnis nei laidžios suodžių. Panašūs palyginimai atliekami naudojant termoreaktyviąsias dervas, tokias kaip epoksidinė derva, tačiau esant žymiai mažesniam užpildymui. Šį reiškinį galima paaiškinti perkoliacijos teorija: elektronų srauto kelias susidaro tada, kai dalelės yra labai arti viena kitos arba yra pasiekusios prasiskverbimo slenkstį. Didelį santykį (ilgis/skersmuo) turinčios pluoštinės konstrukcijos padidina elektrinių kontaktų skaičių ir užtikrina tolygesnį kelią. Angliavandenilių nanovamzdelių geometrinis santykis galutiniame produkte (pvz., liejamose dalyse) paprastai yra didesnis nei 100, palyginti su trumpais anglies pluoštais (<30) и техническим углеродом (>1). Tai paaiškina mažesnę dozę, reikalingą tam tikrai varžai. Perkoliacijos elgsena gali skirtis priklausomai nuo dervos tipo, klampumo ir polimero apdorojimo metodo.

Ryžiai. 1. Elektros laidumo priklausomybė nuo anglies užpildų kiekio: anglies nanovamzdeliai, labai laidi suodė, standartinė suodė.

Sumažėjęs užpildo kiekis gali suteikti keletą privalumų, tokių kaip geresnis apdirbamumas, paviršiaus išvaizda, mažesnis įdubimas ir didesnis gebėjimas išlaikyti pirminio polimero mechanines savybes. Šie pranašumai leido naudoti daugiasienius anglies nanovamzdelius laidžių polimerų taikymuose, 1 lentelė. Šiose srityse jie gali konkuruoti su priedais, tokiais kaip labai laidžioji suodė ir anglies pluoštai kainos ir našumo pagrindu arba unikalių savybių pagrindu. savybes, kurių neįmanoma pasiekti arba atitikti gaminio specifikacijas.

1 lentelė. Laidžių polimerų su daugiasieniais anglies nanovamzdeliais pritaikymas komerciniams tikslams.

Daugiasienių anglies nanovamzdelių įtraukimas į plastiką ar elastomerus priklauso nuo gana standartinių gumos mišinių ir termoplastinių medžiagų, pvz., smulkių sraigtinių ekstruderių ir uždarų gumos maišytuvų. Nanocyl kelių sienelių anglies nanovamzdeliai gali būti tiekiami miltelių (Nanocyl® 7000) arba termoplastinių koncentratų (PlastiCyl™) pavidalu.

Kompozitinių medžiagų taikymas konstrukciniams tikslams
Išskirtinis anglies nanovamzdelių stiprumas yra naudingas kuriant įvairių tipų sporto prekes, pagrįstas kompozicinėmis medžiagomis iš anglies pluošto ir epoksidinių dervų. Siekiant palengvinti įterpimą ir pagerinti sukibimą su rišiklio faze (pavyzdžiui, epoksidu arba poliuretanu), anglies nanovamzdeliai paprastai yra chemiškai modifikuojami paviršiuje. Tipinis pagerėjimas, išmatuotas naudojant pluoštu sustiprintą kompozitinę medžiagą, yra 10–50 % stiprumo ir gyvosios apkrovos. Šis sutvirtinimo lygis gali būti reikšmingas tam tikrai kompozicinei medžiagai, paprastai jį riboja dervos savybės.

Nauji įvykiai
Išskirtinai plonų laidžių struktūrų, tokių kaip anglies nanovamzdeliai, tinklas taip pat suteikia naujų galimybių plonų plėvelių technologijoje, įskaitant antistatines skaidrias ir laidžias dangas, pasižyminčias nuolatiniu laidumu, patobulintomis mechaninėmis savybėmis ir padidintu cheminiu atsparumu. Šiuo metu kuriamos labai laidžios skaidrios plėvelės technologijos, kurios artimiausiu metu konkuruos su metalo oksidų technologijomis, pvz., indžio alavo oksido purškimo technologija, šiandien naudojama skaidraus elektrodų gamybai plokščiuose ekranuose ir riboto dizaino, pavyzdžiui, lanksčiųjų ekranų.
Sukurta moderni popieriaus gamybos technologija, naudojant daugiasienius anglies nanovamzdelius. Toks popierius naudojamas kuriant lankstesnę šilumos barjerinę dangą, apsaugančią automobilių veidrodėlius nuo apledėjimo, grindų šildymo ir kitų šildymo prietaisų.
Atliekami naujų savybių, gautų nežymiai pridedant kelių sienelių anglies nanovamzdelių į polimerus, tokių kaip atsparumas ugniai ir atsparumas puvimui, tyrimai, dėl kurių gali būti sukurti nauji produktai, labiau atitinkantys šiuolaikinius aplinkosaugos reikalavimus ir patobulinti. našumas, palyginti su esamomis medžiagomis, sutaupant sąnaudas.

Sustiprinti elastomerai
Suodžiai ir kiti miltelių užpildai plačiai naudojami padangų ir kitų pramoninių gumų gumai sutvirtinti. Kompozicijoje gali būti daug užpildų, kad padidintų stiprumą ir standumą iki reikiamo lygio (daugiau nei 50 % masės), tačiau kai kuriais atvejais gali trūkti elastingumo. Pakeitus 5–10 % užpildą daugiasieniais anglies nanovamzdeliais, tokiais kaip Nanocyl® 7000, galima gauti didelio našumo elastomerus, kurių stiprumas ir standumas yra panašaus lygio ir pagerintas elastingumas, o tai suteikia naują mechaninių savybių balansą, neprilygstamą tradicinėms medžiagoms.

Anglies nanovamzdelių naudojimas komerciniais tikslais dabar yra realybė ir sulaukia vis daugiau dėmesio. Tai reiškia, kad pramonė juos priima kaip pridėtinės vertės komponentą, konkuruojantį su kitomis pramonės standartų reguliuojamomis galimybėmis. Šiuo metu atliekami naujų naudingų ir nenuspėjamų anglies nanovamzdelių savybių tyrimai, kurie padidins jų skverbimąsi į polimerų pramonę.