Meðal fjölskyldu nanóefna eru kolefnis nanotubes ein af töfrandi stjörnum. Þetta pípulaga efni, myndað með krullu kolefnisatómanna í sexhyrndum uppbyggingu, hefur þvermál á bilinu frá nokkrum nanómetrum til nokkurra tugi nanómetra, en samt býr það yfir ólýsanlega eiginleika og er fagnað af vísindamönnum sem „ofurefni í smásjáheiminum“. Frá því að það uppgötvaði fyrir aðeins nokkrum áratugum hefur það flutt frá rannsóknarstofunni yfir í iðnaðarforrit og breytt tæknilegu landslagi djúpt á mörgum sviðum.
I. Uppbygging ákvarðar árangur: „eðlislægir kostir“ kolefnisnanotubes
Merkilegir eiginleikar kolefnis nanotubes stafa fyrst og fremst af einstöku sameindauppbyggingu þeirra. Líta má á það sem óaðfinnanlega pípulaga uppbyggingu sem myndast með því að krulla eitt lag af grafít. Það fer eftir krulluaðferðinni, hægt er að flokka þær í ýmsar gerðir, svo sem armstól gerð, sikksakkgerð og chiral gerð. Meðal þeirra sýna kolefni nanotubes af hægindastólnum framúrskarandi rafleiðni, sem er næstum því að keppa við málm kopar.
Þessi pípulaga uppbygging veitir því með mörgum öfgafullum eiginleikum: togstyrkur þess er meira en 100 sinnum meiri en stál, en samt er þéttleiki þess aðeins 1/6 af stáli; Varma leiðni þess er meiri en demantur og er nokkrum sinnum meiri en kopar; Það býr einnig yfir góðum sveigjanleika, sem er fær um að vera beygður í ýmis form án þess að brjóta. Enn meira forvitnilegt að þessir eiginleikar eru ekki gagnkvæmir - eitt kolefnis nanotube getur samtímis haft ofurstyrk, öfgafullt - léttleika, rafleiðni og hitaleiðni, sem er næstum ómögulegt að ná í hefðbundnum efnum.
2. frá rannsóknarstofu til framleiðslulínu: Iðnvæðing árangurs á frammistöðu
Árangurskostur kolefnis nanotubes bera ávöxt á ýmsum sviðum. Á sviði rafeindatækni er litið á það sem sterkan keppandi fyrir næsta - kynslóð flís samtengingarefni. Vír hefðbundins kísils - byggðar flís munu glíma við mikla aukningu á viðnám við nanóskalann, en kolefnis nanotube vír hafa ekki aðeins litla mótstöðu heldur geta einnig unnið stöðugt við hærra hitastig. Sem stendur hefur rannsóknarteymi okkar í Kína undirbúið kolefnis nanotube flís og árangur náði alþjóðlegu leiðandi stigi.
Á sviði samsettra efna getur viðbót kolefnis nanotubes endurnýjað hefðbundin efni. Með því að bæta 0,1% af kolefnis nanotubes við plast getur það aukið leiðni þess með nokkrum stærðargráðum, en viðheldur léttu og auðveldum vinnslueinkennum plastsins; Með því að bæta því við steypu getur það aukið þjöppunarstyrk efnisins um 30%og einnig gefið steypunni getu til að sjálf - skynjun, til að fylgjast með burðarskemmdum í rauntíma.
Á orkusviðinu eru kolefnisnanörvandi rafskautsefni. Supercapacitors sem gerðir eru með þeim eru með hleðsluhraða meira en 10 sinnum hraðar en hefðbundnar litíum rafhlöður og hringrásarlífið getur náð 100.000 sinnum; Með því að bæta kolefnis nanotubes við litíum - jón rafhlöður getur bætt hleðslu og losun skilvirkni og öryggi rafhlöðunnar. Prófunargögn ákveðins nýrrar orku fyrirtækja sýna að rafhlaðan með kolefnis nanotube samsettum rafskautum getur aukið aksturssviðið um 15%.
3.. Ótakmarkaðir möguleikar í atburðarásum
Notkunarmörk kolefnis nanotubes stækka stöðugt. Í geimferðarreitnum eru þeir notaðir til að framleiða léttan og háan - styrktaríhluta fyrir geimfar, sem dregur úr sjósetningarþyngd en eflir burðarvirki; Á læknissviðinu er hægt að nota hagnýtur - breytt kolefni nanotubes sem lyfjagjafir, nákvæmlega skila lyfjum á viðkomandi svæði og draga úr skemmdum á venjulegum frumum.
Í umhverfisstjórnun geta síunarhimnurnar úr kolefnis nanotubes aðsogað þungmálmjónir og lífræn mengunarefni í vatni. Síunarvirkni er 5 - 10 sinnum meiri en hefðbundnar síur og hægt er að endurnýta þær; Á sviði sveigjanlegrar rafeindatækni, þegar þau eru sameinuð sveigjanlegum hvarfefnum, er hægt að nota þau til að búa til áþreifanleg rafræn skinn, sveigjanlegar skjáir og önnur tæki. Sveigjanlegur skynjari kolefnis nanotube, þróaður af ákveðnu tæknifyrirtæki, getur skynjað 0,1 örlítið örlítið aflögun með míkrómetra, með næmi sem er langt umfram hefðbundna skynjara.
4. Áskoranir og framtíð: Að gera „ofurefni“ að hluta af lífi okkar
Þrátt fyrir framúrskarandi afköst þeirra stendur stóri - mælikvarða á kolefnis nanotubes enn nokkrar áskoranir. Eins og er er framleiðslukostnaður hás - gæða kolefnis nanotubes enn tiltölulega mikill og erfitt er að stjórna samkvæmni meðan á framleiðsluframleiðslu stendur; Ennfremur þarf líffræðilegt öryggi þeirra enn langa - rannsóknir og sannprófun, sem að einhverju leyti takmarkar umfang umsóknar þeirra.
Hins vegar, með framgangi undirbúningstækni, eru þessi vandamál smám saman leyst. Að bæta hvata efnafræðilega gufuútfellingaraðferð hefur dregið úr framleiðslukostnaði kolefnis nanotubes um 90% á tíu árum; Innleiðing gervigreindartækni hefur gert kleift að stjórna námi á vaxtarferli kolefnis nanotubes og bæta verulega samkvæmni vörunnar.
Í framtíðinni, þegar tæknin þroskast enn frekar, er búist við að kolefnisnanotubes nái stóru - kvarða forriti á fleiri sviðum: frá bendanlegum snjallsíma skjám til léttra og traustra skothelda vestra, frá skilvirkum sólarfrumum til nákvæmra læknisgreiningarbúnaðar ... Þetta „ofurefni“ frá smásjárheiminum.