Въглеродните нанотръби са чудо на природата, Nanotechnology Nanonewsnet

Въглеродните нанотръби създават нов клон на индустрията и науката за материалите

Въглеродните микротръби са патентовани в края на 19 век, а нанотръбите са получени за първи път в Московския институт по физическа химия през 50-те години на миналия век, след това в Япония през 70-те години и накрая „открити“ в Япония през 1991 година. Оттогава интересът към тръбите нараства непрекъснато.

Нанотръбите нямат аналози по отношение на набора от необходими свойства

Свързването на въглеродните атоми един с друг в нанотръбите има рекордна сила. Модулът на Йънг (измерението на налягането, което характеризира устойчивостта на дадено вещество към опън или компресия) на нанотръбите е повече от 1 TPa (около 1 милион атмосфери - по-високо от диаманта). Топлопроводимостта на нанотръбите е осем пъти по-висока от тази на медта, а електрическата проводимост не се подчинява на закона на Ом. Плътността на тока в тръбите може да бъде хиляда пъти по-голяма от плътността, при която експлодира медна жица.

Световното производство на нанотръби надхвърля 1000 тона годишно. Използването на материали, направени от въглеродни нанотръби или съдържащи въглеродни нанотръби, се превърна в нов сектор на икономиката, който не е засегнат от световната финансова криза.

Общото световно търсене на нанотръби през 2010 г. се оценява на 10 хиляди тона. Произвеждат се от над 40 компании. Немски Байер планира да разшири производствения капацитет до 3000 т/г до 2012 г., френски Аркема има завод с годишен капацитет 400 т, китайски CNano - 500 т/г, и белгийски Наноцил - 400 т/г. Японската компания увеличава производството на въглеродни нановолокна до 500 т/г Шова денко.

Наноструктурираните материали се разделят на две големи групи. Материалите на едната са 95-100% нанотръби. Вторите материали са нанокомпозити - напротив, нанотръбите съдържат малко, до 5%.

Нанотръбни материали

Формата на нанотръбите им позволява да бъдат подредени по два начина: произволно или подредено, което засяга свойствата на материалите. Нанотръбите могат да бъдат модифицирани, различни химически групи и наночастици могат да бъдат прикрепени към тях. Той също така променя свойствата на самите нанотръби и техните материали.

Първата група материали включва "монолитни" структури на нанотръби; покрития, филми и нанохартия от тръби; влакна от тръби; „Гора“ - нанотръби, разположени успоредно една на друга и перпендикулярно на субстрата. "Монолитни" материали не се използват широко.

От заплетени дълги нанотръби е изолиран „каучук“, устойчив на разрушаване при циклични натоварвания и температури от –140 до +900 oC. Неговите характеристики са далеч по-добри от силиконовия каучук, който се счита за най-добрия вискоеластичен материал.

Покритията, филмите и нанохартиите се получават или по време на синтеза на епруветки, или от техните дисперсии (колоидни разтвори). Първата група методи е високотемпературна, втората не изисква нагряване. Най-простият макроматериал от епруветки - нанохартия - има дебелина 10-30 nm и се получава чрез филтриране на дисперсии.

Търговско дружество Nanocomp Technologies (САЩ) продава листове нанохартия с площ около 3 м2 и планира да създаде производство с капацитет 4-6 т/г. Приложени са методи за получаване на ролки от нанохартия.

Филтрите са изработени от нанохартия (включително за отстраняване на вируси или обезсоляване на вода), защита от електромагнитно излъчване, части от нагреватели, сензори, изпълнителни механизми, полеви излъчватели, електроди на електрохимични устройства, носители на катализатори и др.

Прозрачните електропроводими филми и покрития се конкурират с твърд разтвор на индий и калаен оксид и са в състояние да заменят този скъп и крехък материал в електрониката, сензорната и фотоволтаичната система.

Американска компания Ейкос се е развила и от 2005 г. доставя композицията Invisicon мастило за отлагане на тънки нанотръбни филми върху подложки.

Въглеродните влакна от нанотръби изглеждаха идеалният материал за свързване на "космически асансьор" за икономично издигане на товари в ниска околоземна орбита. Прехвърлянето на свойствата на нанотръбите върху макроматериалите обаче се оказа далеч от лесна задача.

Влакната се произвеждат по различни начини. "Сухите" методи включват образуване от аерогел, образуван по време на пиролизата на въглеводороди, и предене от "гората".

Технологията за разтягане и усукване на влакна от аерогел - "мек дим" - е разработена през Университет в Кеймбридж. Във въглеводорода се подава във високотемпературната реакционна зона, от която се образува аерогел (т.е. гел, в който течната фаза е напълно заместена от газообразната фаза). От него, както в старите дни от теглене, влакната се въртят. През 2010 г. в Израел е създадена компания за производство на бронежилетки и защитни покрития от хибридни композити, съдържащи нанотръби от Кеймбридж.