Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Что такое углеродные нанотрубки? Опишите особенности их структуры, способы получения и возможности практического использования




Особую группу образуют так называемые фуллереновые трубки – тубулены, представляющие собой полые цилиндрические образования, собранные из шестиугольников и имеющие, как правило, на конце сферическую крышку, включающую пятиугольные грани. Образуются такие трубки при конденсации паров графита на плоской графитовой подложке. Диаметр трубок 10–30 , длина достигает сотен ангстремов. Отмечены случаи, когда такие трубки формируются одна внутри другой. Существуют также многослойные образования, по форме близкие к сферической и напоминающие луковицу.

Первая нанотрубка была получена путём распыления графита в электрической дуге. Измерения, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что диаметр таких нитей не превышает нескольких нанометров, а длина от одного до нескольких микрон. В настоящее время наиболее распространенным является метод термического распыления графитовых электродов в плазме дугового разряда. Процесс синтеза осуществляется в камере, заполненной гелием под давлением около 500 торр. При горении плазмы происходит интенсивное термическое испарение анода, при этом на торцевой поверхности катода образуется осадок, в котором формируются нанотрубки углерода.



Нанотрубки являются на редкость прочным материалом, как на растяжение, так и на изгиб. Более того, под действием механических напряжений, превышающих критические, нанотрубки не "рвутся", а перестраиваются.

Основываясь на таком свойстве нанотрубок как высокая прочность, можно утверждать, что они являются наилучшим материалом для троса космического лифта на данный момент. Как показывают результаты экспериментов и численного моделирования, модуль Юнга однослойной нанотрубки достигает величин порядка 1-5 ТПа, что на порядок больше, чем у стали. Французскими и российскими исследователями было открыто ещё одно свойство нанотрубок, как сверхпроводимость.

Механические применения: сверхпрочные нити, композитные материалы, нановесы

Применения в микроэлектронике: транзисторы, нанопровода, прозрачные проводящие поверхности, топливные элементы

Для создания соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в новейших нейрокомпьютерных разработках

Капиллярные применения: капсулы для активных молекул, хранение металлов и газов, нанопипетки

Оптические применения: дисплеи, светодиоды

Медицина (в стадии активной разработки)

Одностенные нанотрубки являются миниатюрными датчиками для обнаружения молекул в газовой среде или в растворах с ультравысокой чувствительностью — при адсорбции на поверхности нанотрубки молекул её электросопротивление, а также характеристики нанотранзистора могут изменяться. Такие нанодатчики могут использоваться для мониторинга окружающей среды, в военных, медицинских и биотехнологических применениях.

Кабель для космического лифта

 

 


24. Что такое графены? Опишите особенности их структуры, способы получения и возможности практического использования.

В связи с относительно слабыми межплоскостными связями в графите существует возможность «отщепления» отдельных углеродных плоскостей, но выявлена их существенная нестабильность в свободном состоянии.

Бездефектные графены имеют тенденцию собираться в «пачки», образуя нанокристаллы графита. Наличие структурных дефектов на краях углеродных плоскостей способствует их сворачиванию в нанотрубки, развитые дефекты способствуют образованию фуллереноподобных объектов. Одним из способов стабилизации может быть присоединение атомов водорода.

Впервые свободные молекулы графенов получили методом миктомеханического «отшелушивания» углеродных плоскостей от кристалла графита.

По оценкам, графен обладает большой механической жёсткостью и хорошейтеплопроводностью (~1 ТПа[3] и ~5·103 Вт·м−1·К−1[4] соответственно). Высокая подвижностьносителей заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов) делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники[5] и возможную заменукремния в интегральных микросхемах. Основной из существующих в настоящее время способов получения графена в условиях научных лабораторий[2][6] основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоёв графита от высокоориентированного пиролитического графита (HOPG). Он позволяет получать наиболее качественные образцы с высокой подвижностью носителей. Этот метод не предполагает использования масштабного производства, поскольку это ручная процедура. Другой известный способ — метод термического разложения подложки карбида кремния[7][8] — гораздо ближе к промышленному производству. Поскольку графен впервые[2] был получен только в 2004 году, он ещё недостаточно хорошо изучен и привлекает к себе повышенный интерес.


25. Каким образом предполагается использовать графены для повышения эффективности разработки нефтяных месторождений?

 

26. Опишите основные типы кристаллизующихся наноколлоидов в нефтегазовых средах. Какие принципиально новые сведения о закономерностях кристаллизации были получены в последние годы?

27. Опишите закономерности образования кристаллизующихся наноколлоидов парафинов в нефтегазовых средах. Какие проблемы нефтегазового производства связаны с наличием подобных наноколлоидов?

28. Опишите закономерности образования кристаллизующихся наноколлоидов гидратов в нефтегазовых средах. Какие проблемы нефтегазового производства связаны с наличием подобных наноколлоидов?

29. Опишите основные типы ассоциативных наноколлоидов в нефтегазовых средах и основные сведения о закономерностях их самоорганизации.

30. Опишите основные типы ассоциативных (самоорганизующихся) наноколлоидов в нефтегазовых средах. Какие проблемы нефтегазового производства связаны с наличием подобных наноколлоидов?

 

http://window.edu.ru/library/pdf2txt/378/73378/52086/page4




Читайте также:
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (392)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.009 сек.)