Nanoteknoloji: Karbon nanotüpleri. Modifiye karbon nanotüplerin elektrofiziksel özellikleri

Buluş, hidrojen depolama sistemleri için malzeme imalatı alanıyla ilgili olduğu gibi, karbon nanotüplerin üretimi alanıyla da ilgilidir ve çeşitli hidrojen depolama sistemlerinde taşıyıcı malzeme olarak kullanılan karbon nanotüplerin üretiminde kullanılabilir. Buluşun özü: Karbon nanotüpleri işleme yöntemi, 1500-1600°C sıcaklıkta çinko sülfit buharında 20-30 dakika ısıtmayı içerir. Buluşun teknik sonucu, karbon nanotüplerin emme kapasitesinin arttırılması ve aynı zamanda işlem sürecinin sıcaklığının ve süresinin azaltılmasıdır. 1 masa

Buluş, hidrojen depolama sistemleri için malzeme imalatı alanıyla ilgili olduğu gibi, karbon nanotüplerin üretimi alanıyla da ilgilidir ve çeşitli hidrojen depolama sistemlerinde taşıyıcı malzeme olarak kullanılan karbon nanotüplerin üretiminde kullanılabilir.

Karbon nanotüpleri argon akışında 120 dakika boyunca 1700-2200°C'ye ısıtmak suretiyle işleme tabi tutmak için bilinen bir yöntem vardır - prototip. Yöntem, karbon nanotüplerin hidrojene göre emme kapasitesinin, işlem sıcaklığına bağlı olarak 1,26-3,09 kat arttırılmasını mümkün kılmaktadır. Bu yöntemin ana dezavantajı, malzemenin emme kapasitesini önemli ölçüde arttırmak için yüksek işlem sıcaklıklarının kullanılmasına duyulan ihtiyaçtır. 1700°C'de işlem, adsorpsiyon kapasitesini yalnızca 1,26 kat artırırken, sorpsiyon kapasitesini 3,09 kat artırmak için 2200°C'ye ısıtma gerekir. Dezavantajları ise uzun işlem süresini (120 dakika) içermektedir.

Mevcut buluşun amacı, karbon nanotüplerin emme kapasitesini arttırırken aynı zamanda arıtma prosesinin sıcaklığını ve süresini azaltmaktır.

Bu sorun, karbon nanotüplerin işlenmesi için, 1500-1600°C sıcaklıkta, kapalı bir hacimde, çinko sülfür buharında 20-30 dakika süreyle gerçekleştirilen, ısıtma dahil önerilen yöntemde çözülmektedir.

Çinko sülfit buharında işlem, karbon nanotüplerin hidrojene göre emme kapasitesinin 3,4 kat arttırılmasını mümkün kılarken, işlemin sıcaklığı 1500-1600°C'ye düşürülür ve işlem süresi 20-30 °C'ye düşürülür dakika.

Çinko sülfürün erime noktası 1765°C'dir ve erime noktasında kendi buhar basıncı 4,5 atm'nin üzerindedir. Çinko sülfür katı fazda ısıtıldığında süblimleşir; Yaklaşık 1550°C sıcaklıkta kendi buharının basıncı 1 atm'dir. Malzeme 1600°C'nin üzerine ısıtıldığında çinko sülfit buharları atomik çinko ve moleküler kükürt oluşturmak üzere yoğun bir şekilde ayrışır.

Çinko sülfür buharının etkisi altında karbon nanotüplerin emme kapasitesindeki artış, bu malzemelerin kimyasal etkileşimi nedeniyle nanotüplerin aktif yüzey alanının artmasıyla açıklanmaktadır.

Arıtma prosesi için sıcaklık aralığının seçimi, 1500°C'nin altındaki sıcaklıklarda, ZnS'nin kendi buharının basıncı 1 atm'den az olduğunda çinko sülfürün yeterince yoğun bir şekilde buharlaşmaması ve sorpsiyon kapasitesinde önemli bir artış olmasından kaynaklanmaktadır. nanotüplerin elde edilmesi mümkün değildir. 1600°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, çinko sülfit buharları yoğun bir şekilde ayrışır ve karbon nanotüpleri, ayrışma ürünlerinden biri olan güçlü bir oksitleyici ajan olan gaz halindeki kükürtün etkisi altında hızla yok edilir.

İşlem 20 dakikadan az sürdüğünde karbon nanotüplerin soğurma kapasitesi maksimum değerlere ulaşmamaktadır. Tedavi süresi 30 dakikanın üzerine çıktığında, emme kapasitesinin artışı önce durur, sonra azalmaya başlar, bu da nanotüplerin yok olmaya başlamasıyla açıklanabilir.

İşlemin sonunda buharlaşan fazla çinko sülfür, arıtma cihazının soğuk duvarlarında yoğunlaşır ve yeniden kullanım için toplanabilir.

İşleme modları, karşılaştırma amacıyla prototip yöntemi kullanılarak yapılan işleme sonuçlarının alındığı tabloda gösterilmektedir.

Tablo, karbon nanotüplerin emme kapasitesinde yalnızca önerilenlere karşılık gelen koşullar altında (satır 6-8, 12-13) maksimum artışın elde edildiğini göstermektedir. Bu durumda prototip yöntemine göre sıcaklık ve tedavi süresi azalır.

1 g ağırlığındaki bir karbon nanotüp numunesi, nanotüpler 30 mm mesafede 0,5 g ağırlığındaki bir çinko sülfür kaynağının üzerine yerleştirilecek şekilde bir kaba yerleştirilir. Konteyner 10-3 mm Hg'ye kadar boşaltılır. ve mühürlendi. Daha sonra kap, 1550°C'ye ısıtılan gradyansız bir fırına yerleştirilir ve 25 dakika tutulur. Daha sonra kap çıkarılır, soğutulur ve açılır. Kabın duvarlarında yoğunlaşan buharlaşan çinko sülfür yeniden kullanılmak üzere toplanır. İşlenen nanotüpler, 100 atm basınç altında ve 25°C sıcaklıkta 24 saat boyunca hidrojen ile doyurulur. Karbon nanotüplerin soğurma kapasitesi orijinal numuneye göre 3,4 kat artar.

Isıtma dahil karbon nanotüplerin işlenmesine yönelik bir yöntem olup özelliği, işlemin 1500-1600°C sıcaklıkta çinko sülfür buharında 20-30 dakika süreyle gerçekleştirilmesidir.

Kanagawa Üniversitesi'nden bilim adamları (tabii ki burası Japonya), havaya yükselen bir nesneyi yalnızca temas etmeden değil, aynı zamanda manyetik alanın özelliklerini değiştirmeden de kontrol edebildiler. Tüm bunların, mıknatısların özel konfigürasyonu (dama tahtası şeklinde yerleştirilmişlerdir) ve lazerin yüzen disk üzerindeki etkisi sayesinde mümkün olduğu ortaya çıktı. Lazer, diskin kenarının ısınmasını, sıcaklık farkının oluşmasını ve diskin ışının ardından hareket etmesini sağlayacak şekilde hareket eder. İşte her şey şöyle görünüyor:

Daha da ilginç gerçekleri polezno.kg web sitesinde bulabilirsiniz.

Antarktika kutup istasyonunda eşsiz bir Noel

Her birimiz Noel'i farklı şekilde kutladık. Kimisi bu günü hiç tatil olarak görmüyor, kimisi arkadaşlarıyla kutluyor, kimisi daha sıcak iklimlere gidiyor. Ancak Antarktika istasyonundaki bilim adamları, 1,8 ton ağırlığında özel bir teleskop fırlatmaya karar verdiler. Bu, yıldız oluşumu ve gezegen oluşumu süreçlerini incelemek için bir dizi önemli görevi yerine getiren stratosferik bir teleskoptur. Cihaz yaklaşık 30 kilometre yükseklikte durarak uzayı inceleyecek. Gökbilimcilere göre, bu tür teleskoplar yörünge teleskoplarından daha ucuzdur ve bunların işletim maliyeti, yörünge teleskoplarının işletme maliyetinden çok daha düşüktür.

Karbon tüpler sağlığa zararlıdır

Edinburgh Üniversitesi'nden bilim adamları, karbon nanotüplerin asbestten daha az (ve belki daha fazla) zararlı olmadığını keşfettiler. Mesele şu ki, tüpün kendisi çok ince (insanın bağışıklık sistemi bu boyutlar için tasarlanmamıştır), fakat uzundur. Böylece bir nanotüp akciğere girdiğinde akciğeri enfekte eder ve bağışıklık sistemi böyle bir “komşu” ile hiçbir şekilde savaşmaz. Karbon nanotüp malzemesi ile uzun süreli etkileşim durumunda nanotüplerin insan vücudunda birikip birikmeyeceği henüz tam olarak belli değil. Ancak kısa vadede bile tüm bunlar insan sağlığına zarar verebilir.

İlgilenen olursa İngilizce detaylı bilgi alabilir

Enerji, insan yaşamında büyük rol oynayan önemli bir sektördür. Ülkedeki enerji durumu bu sektördeki birçok bilim insanının çalışmalarına bağlıdır. Bugün bu amaçları arıyorlar, güneş ışığından sudan hava enerjisine kadar her şeyi kullanmaya hazırlar. Çevreden enerji üretebilen ekipmanlar oldukça değerlidir.

Genel bilgi

Karbon nanotüpler, silindirik bir şekle sahip, uzun, haddelenmiş grafit düzlemlerdir. Kural olarak, kalınlıkları birkaç santimetre uzunluğa sahip birkaç on nanometreye ulaşır. Nanotüplerin sonunda fulleren parçalarından biri olan küresel bir başlık oluşur.

İki tür karbon nanotüp vardır: metalik ve yarı iletken. Temel farkları akım iletkenliğidir. Birinci tip, akımı 0ºС'ye eşit bir sıcaklıkta, ikincisi ise yalnızca yüksek sıcaklıklarda iletebilir.

Karbon nanotüpleri: özellikleri

Uygulamalı kimya veya nanoteknoloji gibi modern alanların çoğu, karbon çerçeve yapısına sahip nanotüplerle ilişkilidir. Nedir? Bu yapı, birbirine yalnızca karbon atomlarıyla bağlanan büyük molekülleri ifade eder. Özellikleri kapalı bir kabuğa dayanan karbon nanotüpleri oldukça değerlidir. Ayrıca bu oluşumlar silindirik bir şekle sahiptir. Bu tür tüpler, bir grafit tabakasının sarılmasıyla elde edilebilir veya belirli bir katalizörden büyütülebilir. Fotoğrafları aşağıda sunulan karbon nanotüpleri alışılmadık bir yapıya sahiptir.

Farklı şekil ve boyutlarda gelirler: tek katmanlı ve çok katmanlı, düz ve kavisli. Nanotüpler oldukça kırılgan görünmelerine rağmen güçlü bir malzemedir. Birçok çalışma sonucunda esneme, bükülme gibi özelliklere sahip oldukları tespit edilmiştir. Ciddi mekanik yüklerin etkisi altında elemanlar yırtılmaz veya kırılmaz, yani farklı voltajlara uyum sağlayabilirler.

Toksisite

Yapılan birçok çalışma sonucunda karbon nanotüplerin asbest lifleriyle aynı sorunlara neden olabileceği, yani akciğer kanserinin yanı sıra çeşitli kötü huylu tümörlerin ortaya çıktığı da ortaya çıktı. Asbestin olumsuz etkisinin derecesi, liflerinin tipine ve kalınlığına bağlıdır. Karbon nanotüpler ağırlık ve boyut olarak küçük olduğundan havayla birlikte insan vücuduna kolaylıkla girebilmektedir. Daha sonra plevraya girip göğse girerler ve zamanla çeşitli komplikasyonlara neden olurlar. Bilim insanları bir deney yaparak farelerin yemeğine nanotüp parçacıkları eklediler. Küçük çaplı ürünler pratik olarak vücutta oyalanmadı, ancak daha büyük olanlar midenin duvarlarına kazınarak çeşitli hastalıklara neden oldu.

Makbuz yöntemleri

Günümüzde karbon nanotüpleri üretmek için şu yöntemler bulunmaktadır: ark şarjı, ablasyon, buhar biriktirme.

Elektrik ark deşarjı. Plazmada helyum kullanılarak yanan bir elektrik yükünün elde edilmesi (bu makalede karbon nanotüpleri anlatılmıştır). Bu işlem fulleren üretimine yönelik özel teknik ekipmanlar kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ancak bu yöntem diğer ark yakma modlarını kullanır. Örneğin azaltılır ve çok büyük kalınlıktaki katotlar da kullanılır. Helyum atmosferi yaratmak için bu kimyasal elementin basıncını arttırmak gerekir. Karbon nanotüpler püskürtme yöntemiyle üretilir. Sayılarının artması için grafit çubuğa bir katalizör eklenmesi gerekir. Çoğu zaman farklı metal gruplarının bir karışımıdır. Daha sonra basınç ve püskürtme yöntemi değişir. Böylece karbon nanotüplerin oluştuğu bir katot birikintisi elde edilir. Bitmiş ürünler katoda dik olarak büyür ve demetler halinde toplanır. 40 mikron uzunluğundadırlar.

Ablasyon. Bu yöntem Richard Smalley tarafından icat edildi. Bunun özü, yüksek sıcaklıklarda çalışan bir reaktörde farklı grafit yüzeylerinin buharlaştırılmasıdır. Karbon nanotüpleri, reaktörün tabanındaki grafitin buharlaşmasıyla oluşur.

Bir soğutma yüzeyi kullanılarak soğutulur ve toplanırlar. İlk durumda eleman sayısı% 60'a eşitse, bu yöntemle rakam% 10 arttı. Lazer absolasyon yönteminin maliyeti diğerlerine göre daha pahalıdır. Kural olarak, reaksiyon sıcaklığı değiştirilerek tek duvarlı nanotüpler elde edilir.

Buhar birikmesi. Karbon buharı biriktirme yöntemi 50'li yılların sonlarında icat edildi. Ancak hiç kimse bunun karbon nanotüp üretmek için kullanılabileceğini hayal bile etmedi. Bu yüzden önce yüzeyi katalizörle hazırlamanız gerekir. Bunlar, kobalt, nikel ve diğerleri gibi farklı metallerin küçük parçacıkları olabilir. Katalizör katmanından nanotüpler çıkmaya başlar. Kalınlıkları doğrudan katalitik metalin boyutuna bağlıdır. Yüzey yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve ardından karbon içeren bir gaz verilir. Bunlar arasında metan, asetilen, etanol vb. yer alır. Amonyak ek bir teknik gaz görevi görür. Bu nanotüp üretme yöntemi en yaygın olanıdır. Sürecin kendisi, çok sayıda borunun üretilmesi için daha az mali kaynağın harcanması nedeniyle çeşitli endüstriyel işletmelerde gerçekleşmektedir. Bu yöntemin bir diğer avantajı ise katalizör görevi gören herhangi bir metal parçacıktan dikey elemanların elde edilebilmesidir. Üretim (karbon nanotüpleri her yönden açıklanmıştır), karbon sentezinin bir sonucu olarak görünümlerini mikroskop altında gözlemleyen Suomi Iijima'nın araştırması sayesinde mümkün olmuştur.

Ana türler

Karbon elementleri katman sayısına göre sınıflandırılır. En basit tip tek duvarlı karbon nanotüplerdir. Her biri yaklaşık 1 nm kalınlığındadır ve uzunlukları çok daha fazla olabilir. Yapısına bakılacak olursa ürün, altıgen ağ kullanılarak grafit sarılmış gibi görünüyor. Köşelerinde karbon atomları bulunur. Böylece tüp, dikişi olmayan bir silindir şekline sahiptir. Cihazların üst kısmı fulleren moleküllerinden oluşan kapaklarla kapatılmıştır.

Bir sonraki tip çok duvarlı karbon nanotüplerdir. Silindir şeklinde katlanmış birkaç grafit katmanından oluşurlar. Aralarında 0,34 nm'lik bir mesafe korunur. Bu tür yapı iki şekilde açıklanmaktadır. Birincisine göre, çok katmanlı tüpler, iç içe geçmiş bir oyuncak bebeğe benzeyen, birbirinin içine yerleştirilmiş birkaç tek katmanlı tüptür. İkinciye göre, çok duvarlı nanotüpler katlanmış bir gazeteye benzer şekilde kendi etrafını birkaç kez saran bir grafit tabakasıdır.

Karbon nanotüpleri: uygulama

Elementler nanomalzemeler sınıfının tamamen yeni bir temsilcisidir.

Daha önce de belirtildiği gibi, özellikleri grafit veya elmastan farklı olan bir çerçeve yapısına sahiptirler. Bu nedenle diğer malzemelere göre çok daha sık kullanılırlar.

Mukavemet, bükülme, iletkenlik gibi özelliklerinden dolayı birçok alanda kullanılırlar:

• polimerlere katkı maddesi olarak;
• telekomünikasyon ağlarındaki aydınlatma cihazlarının yanı sıra düz panel ekranlar ve tüpler için katalizör;
• elektromanyetik dalgaların emicisi olarak;
• enerji dönüşümü için;
• çeşitli pil türlerinde anot üretimi;
• hidrojen depolama;
• sensör ve kapasitör imalatı;
• Kompozit üretimi, yapı ve özelliklerinin güçlendirilmesi.

Uygulamaları belirli bir endüstriyle sınırlı olmayan karbon nanotüpler uzun yıllardan beri bilimsel araştırmalarda kullanılmaktadır. Büyük ölçekli üretimde sorunlar olduğu için bu malzeme pazarda zayıf bir konuma sahiptir. Bir diğer önemli nokta ise karbon nanotüplerin yüksek maliyetidir; bu tür bir maddenin gramı yaklaşık 120 dolardır.

Birçok spor malzemesinin yapımında kullanılan birçok kompozitin üretiminde temel unsur olarak kullanılırlar. Bir diğer sektör ise otomotiv sektörüdür. Bu alanda karbon nanotüplerin işlevselleştirilmesi, polimerlere iletken özellikler kazandırılmasına indirgenmiştir.

Nanotüplerin ısıl iletkenlik katsayısı oldukça yüksektir, bu nedenle çeşitli büyük ekipmanlar için soğutma cihazı olarak kullanılabilirler. Ayrıca prob tüplerine takılan uçları yapmak için de kullanılırlar.

En önemli uygulama alanı bilgisayar teknolojisidir. Nanotüpler sayesinde özellikle düz ekranlar yaratılıyor. Bunları kullanarak bilgisayarın genel boyutlarını önemli ölçüde azaltabilir ve teknik performansını artırabilirsiniz. Bitmiş ekipman mevcut teknolojilerden birkaç kat daha üstün olacaktır. Bu çalışmalara dayanarak yüksek voltajlı resim tüpleri oluşturulabilir.

Zamanla tüpler sadece elektronikte değil, tıp ve enerji alanlarında da kullanılacak.

Üretme

Üretimi iki türe ayrılan karbon tüpler eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır.

Yani MWNT'ler SWNT'lerden çok daha fazla üretiliyor. İkinci tip acil ihtiyaç durumunda yapılır. Çeşitli şirketler sürekli olarak karbon nanotüpler üretiyor. Ancak maliyetleri çok yüksek olduğu için pratikte talep görmüyorlar.

Üretim liderleri

Günümüzde karbon nanotüp üretiminde lider yer, diğer Avrupa ve Amerika ülkelerine göre 3 kat daha fazla olan Asya ülkeleri tarafından işgal edilmektedir. Özellikle Japonya MWNT üretimiyle meşgul. Ancak Kore ve Çin gibi diğer ülkeler bu göstergede hiçbir şekilde aşağılık değildir.

Rusya'da üretim

Karbon nanotüplerin yerli üretimi diğer ülkelerin önemli ölçüde gerisinde kalıyor. Aslında her şey bu alanda yapılan araştırmanın kalitesine bağlı. Ülkede bilim ve teknoloji merkezlerinin oluşturulması için buraya ayrılan yeterli mali kaynak yok. Pek çok kişi nanoteknolojideki gelişmeleri sanayide nasıl kullanılabileceğini bilmediği için kabul etmiyor. Dolayısıyla ekonominin yeni bir yola geçişi oldukça zordur.

Bu nedenle Rusya Devlet Başkanı, karbon elementleri de dahil olmak üzere nanoteknolojinin çeşitli alanlarının gelişim yollarını gösteren bir kararname yayınladı. Bu amaçlar için özel bir geliştirme ve teknoloji programı oluşturuldu.

Siparişin tüm noktalarının yerine getirilmesini sağlamak için Rusnanotech şirketi kuruldu. Operasyonu için devlet bütçesinden önemli bir miktar ayrıldı. Karbon nanotüplerin geliştirilmesi, üretimi ve endüstriyel uygulama sürecini kontrol etmesi gereken kişi odur. Tahsis edilen miktar, çeşitli araştırma enstitüleri ve laboratuvarların oluşturulmasına harcanacak ve aynı zamanda yerli bilim adamlarının mevcut çalışmaları da güçlendirilecek. Bu fonlar aynı zamanda karbon nanotüplerin üretimi için yüksek kaliteli ekipman satın almak için de kullanılacak. Bu malzeme birçok hastalığa neden olduğundan insan sağlığını koruyacak cihazlara da dikkat etmekte fayda var.

Daha önce de belirtildiği gibi, bütün sorun fon bulmaktır. Çoğu yatırımcı, özellikle uzun süre bilimsel gelişmelere yatırım yapmak istemiyor. Tüm işadamları kar görmek ister ancak nanogelişme yıllar alabilir. Küçük ve orta ölçekli işletmelerin temsilcilerini iten şey budur. Ayrıca devlet yatırımı olmadan nanomalzeme üretiminin tam olarak başlatılması mümkün olmayacaktır.

Diğer bir sorun ise farklı iş düzeyleri arasında herhangi bir ara bağlantı bulunmadığından yasal bir çerçevenin bulunmamasıdır. Bu nedenle Rusya'da üretimi talep edilmeyen karbon nanotüpler sadece finansal değil zihinsel yatırım da gerektiriyor. Şu ana kadar Rusya Federasyonu, nanoteknolojilerin geliştirilmesinde lider olan Asya ülkelerinden uzaktır.

Bugün bu sektördeki gelişmeler Moskova, Tambov, St. Petersburg, Novosibirsk ve Kazan'daki çeşitli üniversitelerin kimya fakültelerinde yürütülmektedir. Karbon nanotüplerin önde gelen üreticileri Granat şirketi ve Tambov fabrikası Komsomolets'tir.

Olumlu ve olumsuz taraflar

Avantajları arasında karbon nanotüplerin özel özellikleri bulunmaktadır. Mekanik stres altında çökmeyen dayanıklı bir malzemedir. Ayrıca bükme ve esnetme konusunda da iyi çalışırlar. Bu, kapalı çerçeve yapısı sayesinde mümkün oldu. Kullanımları tek bir sektörle sınırlı değildir. Tüpler otomotiv endüstrisinde, elektronikte, tıpta ve enerjide uygulama alanı bulmuştur.

Büyük bir dezavantaj, insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkidir.

Nanotüp parçacıklarının insan vücuduna girmesi kötü huylu tümörlerin ve kanserin oluşmasına yol açmaktadır.

Önemli bir husus bu sektörün finansmanıdır. Pek çok insan bilime yatırım yapmak istemiyor çünkü kar elde etmek çok zaman alıyor. Ve araştırma laboratuvarlarının işleyişi olmadan nanoteknolojinin gelişmesi imkansızdır.

Çözüm

Karbon nanotüpler yenilikçi teknolojilerde önemli bir rol oynamaktadır. Pek çok uzman bu sektörün önümüzdeki yıllarda büyüyeceğini tahmin ediyor. Üretim yeteneklerinde önemli bir artış olacak ve bu da malların maliyetinde bir düşüşe yol açacak. Fiyatların düşmesiyle birlikte tüpler büyük talep görecek ve birçok cihaz ve ekipmanın vazgeçilmez malzemesi haline gelecektir.

Böylece bu ürünlerin ne olduğunu öğrendik.

Karbon nanotüpler, çok çeşitli polimer uygulamalarına uygun, benzersiz mekanik, elektriksel ve termal özellikleriyle bilinir. Bireysel yapı üzerinde 1000 GPa'lık Young modülü ve 60 GPa'lık çekme mukavemeti ölçüldü. Bu göstergeler, geleneksel mühendislik plastiklerinden birkaç kat daha yüksektir. Değerleri metallerin değerlerine yaklaşan veya aşan yüksek elektriksel ve termal iletkenlik de deneysel olarak belirlenmiştir. Modern polimer işleme teknolojileriyle uyumlu bu özellik ve ürün biçimi kombinasyonu, yeni yapısal malzemelerin oluşturulmasını sağlar.

Ticari Uygulama
Polimerlere antistatik ve iletken özellikler kazandırmak için karbon nanotüplerin kullanımı artık ticari bir uygulamadır ve elektronik ve otomotiv endüstrisi gibi endüstrilere de yayılmaktadır. Şekil 1, bir mühendislik termoplastiğinin iletkenliğinin tipik bir görüntüsünü göstermektedir. Çok duvarlı karbon nanotüpler durumunda elektrik iletimini sağlamak için kullanılan dolgu, iletken karbon siyahına göre 5-10 kat daha düşük olabilir. Epoksi gibi ısıyla sertleşen reçinelerde de benzer karşılaştırmalar yapılır, ancak dolgu miktarı önemli ölçüde daha düşüktür. Bu olay süzülme teorisiyle açıklanabilir: Parçacıklar birbirine çok yakın olduğunda veya süzülme eşiğine ulaştığında elektron akışı için bir yol oluşturulur. Yüksek orana (uzunluk/çap) sahip fiber yapılar, elektrik kontaklarının sayısını arttırır ve daha düzgün bir yol sağlar. Nihai üründeki (enjeksiyonla kalıplanmış parçalar gibi) hidrokarbon nanotüplerin geometrik oranı, kısa karbon fiberlerle karşılaştırıldığında tipik olarak 100'den büyüktür.<30) и техническим углеродом (>1). Bu, belirli bir direnç için gereken daha düşük dozajı açıklar. Süzme davranışı reçine tipine, viskoziteye ve polimer işleme yöntemine bağlı olarak değişebilir.

Pirinç. 1. Elektrik iletkenliğinin karbon dolgu içeriğine bağlılığı: karbon nanotüpler, yüksek iletkenliğe sahip karbon siyahı, standart karbon siyahı.

Azaltılmış dolgu içeriği, gelişmiş işlenebilirlik, yüzey görünümü, azaltılmış sarkma ve orijinal polimerin mekanik özelliklerini koruma yeteneğinin artması gibi çeşitli faydalar sağlayabilir. Bu avantajlar, çok duvarlı karbon nanotüplerin iletken polimer uygulamalarına dahil edilmesini sağlamıştır, Tablo 1. Bu uygulamalarda, yüksek iletkenliğe sahip karbon siyahı ve karbon fiberler gibi katkı maddeleri ile maliyet/performans temelinde veya benzersiz performans temelinde rekabet edebilirler. Ürün spesifikasyonlarına ulaşılması veya eşleşmesi mümkün olmayan özellikler.

Tablo 1. Çok duvarlı karbon nanotüplere sahip iletken polimerlerin ticari uygulamaları.

Çok duvarlı karbon nanotüplerin plastiklere veya elastomerlere dahil edilmesi, ince vidalı ekstrüderler ve kapalı kauçuk karıştırıcılar gibi kauçuk bileşikleri ve termoplastiklerde kullanılan nispeten standart cihazlara dayanır. Nanocyl'in çok duvarlı karbon nanotüpleri toz halinde (Nanocyl® 7000) veya termoplastik konsantreler (PlastiCyl™) halinde tedarik edilebilir.

Kompozit malzemelerin yapısal amaçlarla uygulanması
Karbon nanotüplerin olağanüstü gücü, karbon fiberlerden ve epoksi reçinelerden elde edilen kompozit malzemelere dayalı çeşitli spor malzemelerinin yaratılmasında faydalı uygulamalara sahiptir. Bağlayıcı faz (epoksi veya poliüretan gibi) ile birleşmeyi kolaylaştırmak ve bağlanmayı geliştirmek için, karbon nanotüpler tipik olarak yüzeyde kimyasal olarak modifiye edilir. Fiberle güçlendirilmiş kompozit malzemede ölçülen tipik iyileşme, mukavemet ve hareketli yükte %10 ila %50'dir. Bu takviye seviyesi belirli bir kompozit malzeme için önemli olabilir ve genellikle reçinenin özellikleriyle sınırlıdır.

Yeni gelişmeler
Karbon nanotüpler gibi olağanüstü derecede ince iletken yapılardan oluşan ağ, aynı zamanda, kalıcı iletkenliğe, gelişmiş mekanik özelliklere ve geliştirilmiş kimyasal dirence sahip antistatik şeffaf ve iletken kaplamalar dahil olmak üzere ince film teknolojisinde yeni fırsatlar da sağlar. Günümüzde düz panel ekranlarda şeffaf elektrotlar yapmak için kullanılan indiyum kalay oksit püskürtme teknolojisi ve esnek ekranlar gibi daha sınırlı tasarımlar gibi yakın gelecekte metal oksit teknolojileriyle rekabet edecek yüksek iletkenliğe sahip şeffaf film teknolojileri şu anda geliştirilmektedir.
Çok duvarlı karbon nanotüpleri kullanan modern bir kağıt üretim teknolojisi geliştirildi. Bu tür kağıtlar, araba aynalarını buzlanmadan, yerden ısıtmadan ve diğer ısıtma cihazlarından korumak için daha esnek bir termal bariyer kaplaması oluşturmak için kullanılır.
Modern çevresel gerekliliklerle daha uyumlu ve geliştirilmiş yeni ürünlerin geliştirilmesine yol açabilecek, yangına dayanıklılık ve çürümeye karşı dayanıklılık gibi polimerlere çok duvarlı karbon nanotüplerin küçük ilaveleriyle elde edilen yeni özellikler üzerine araştırmalar yürütülmektedir. maliyet tasarrufuna tabi olarak mevcut malzemelerle karşılaştırıldığında performans.

Güçlendirilmiş elastomerler
Karbon siyahı ve diğer toz dolgu maddeleri, lastiklerde ve diğer endüstriyel kauçuklarda kauçuğu güçlendirmek için yaygın olarak kullanılır. Bileşim, mukavemeti ve sertliği gerekli seviyeye (ağırlıkça %50'den fazla) artırmak için yüksek miktarda dolgu maddesi içerebilir, ancak bazı uygulamalarda esneklikten yoksun olabilir. %5-10 dolgunun Nanocyl® 7000 gibi çok duvarlı karbon nanotüplerle değiştirilmesi, gelişmiş elastikiyetle benzer düzeyde güç ve sertliğe sahip yüksek performanslı elastomerler sağlayabilir ve geleneksel malzemelerle eşleşmeyen yeni bir mekanik özellikler dengesi sunabilir.

Karbon nanotüplerin ticari amaçlarla kullanımı artık bir gerçektir ve giderek daha fazla ilgi görmektedir. Bu, bunların endüstri standartları tarafından düzenlenen diğer seçeneklerle rekabet eden, katma değerli bir bileşen olarak endüstri tarafından kabul edildiği anlamına gelir. Karbon nanotüplerin polimer endüstrisine nüfuzunu genişletecek yeni faydalı ve öngörülemeyen özelliklerine yönelik araştırmalar halen devam etmektedir.