ВУЗ:
Составители:
ВВЕДЕНИЕ
Нанотехнологии – это совокупность знаний о способах и средствах проведения процессов, основанных на явлении
самоорганизации наноразмерных частиц и систем и на использовании внутренних возможностей систем.
Анализ состояния и тенденций развития объектов наноиндустрии в настоящее время позволяет сделать вывод о том,
что одной из наиболее перспективных областей нанотехнологий является синтез углеродных наноматериалов (УНМ) –
фуллереноподобных структур, представляющих собой новую аллотропную форму углерода в виде замкнутых, каркасных,
макромолекулярных систем. Среди этих материалов особое место занимают углеродные нанотрубки (УНТ) или
нанотубулены, которые при диаметре 1 ... 50 нм и длине до нескольких мкм образуют новый класс квазиодномерных
нанообъектов. УНТ обладают рядом уникальных свойств, обусловленных упорядоченной структурой их нанофрагментов:
хорошая электропроводность и адсорбционные свойства, способность к холодной эмиссии электронов и аккумулированию
газов, диамагнитные характеристики, химическая и термическая стабильность, большая прочность в сочетании с высокими
значениями упругой деформации. Материалы, созданные на основе УНТ, могут успешно использоваться в качестве
структурных модификаторов конструкционных материалов, аккумуляторов водорода, элементов радиоэлектроники, добавок
в смазочные материалы, лаки и краски, высокоэффективных адсорбентов, газораспределительных слоёв топливных
элементов. Широко обсуждается использование углеродных наноструктур в тонком химическом синтезе, биологии и
медицине.
Оценивая способы получения УНТ с позиции перспектив промышленного производства, следует констатировать
преимущества каталитического синтеза УНТ в процессе пиролиза углеводородов. В качестве аргументов в пользу этого
вывода следует отметить: сравнительно низкую энергоёмкость процесса; применение дешёвого и доступного
углеродсодержащего сырья; сравнительно «мягкие» технологические параметры синтеза; простоту конструкций и
технологичность изготовления используемой аппаратуры; отсутствие необходимости и дорогой очистки от примесей.
Существуют различные оценки объёма мирового рынка производства и реализации углеродных наноматериалов. По
некоторым оценкам производство УНТ через несколько лет должно составить несколько сотен тонн, а объём продаж –
превысит 3 млрд. евро.
Рынок УНТ отечественного производства в настоящее время находится в стадии становления, в то же время ведущими
научно-иссле-
довательскими организациями Российской Федерации получены весомые результаты при проведении исследовательских
работ в области синтеза углеродных наноструктур.
Несомненный интерес вызывает опыт создания опытно-промыш-ленного производства многослойных нанотрубок. В
пособии описано устройство ёмкостного реактора полунепрерывного принципа действия с неподвижным слоем
полидисперсного катализатора, разработанного в г. Тамбове коллективом учёных и специалистов ГОУ ВПО «Тамбовский
государственный технический университет», ООО «Тамбовский инновационно-технологический центр машиностроения»,
ОАО «Тамбовский завод "Комсомолец" им. Н.С. Артёмова» и ООО «НаноТехЦентр».
Обеспечение наноиндустрии необходимым количеством высокопроизводительного оборудования, в том числе и
рассмотренных типов, предполагает использование на предприятиях аппаратостроения прогрессивных технологий
изготовления деталей аппаратов, обеспечивающих снижение металлоёмкости и затрат труда при изготовлении реакторов
синтеза УНМ.
1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАНОИНДУСТРИИ
1.1. УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ И НАНОВОЛОКНА
1.1.1. СТРОЕНИЕ ФУЛЛЕРЕНОПОДОБНЫХ НАНОСТРУКТУР
В 1985 г. Гарри Крото и Ричард Смолли с сотрудниками сообщили, что в масс-спектрах паров графита, полученных его
испарением под лазерным пучком, имеется ряд интенсивных пиков, отвечающих кластерам (или многоатомным молекулам)
углерода. Наиболее стабильными из них оказались С
60
и С
70
. Как выяснилось в результате структурного анализа, первый из
них имел форму футбольного, а второй – регбийского мяча. Впоследствии их стали называть фуллеренами в честь
американского архитектора Фуллера, получившего в 1954 г. патент на строительные конструкции в виде многогранных
сфероидов для перекрытия больших помещений.
Открытая форма углерода являлась новой по существу. В противоположность алмазу и графиту, структура которых
представляет собой периодическую решётку атомов, третья форма кристаллического углерода (фуллерены) является
молекулярной.
Количество синтезированных фуллеренов было небольшим, поэтому потребовалось ещё пять лет, когда в 1990 г.
Вольфганг Кретчмер и Дональд Хаффман, используя вместо мощного лазера простую угольную дугу, получили эти
структуры уже в макроскопических объёмах.
Фуллерен представляет собой молекулу сферической формы, состоящую из 60 и более атомов углерода. Данное
соединение достаточно изучено и описаны накопленные сведения о его физико-химических и структурных характеристиках.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- …
- следующая ›
- последняя »
