कार्बन नैनोट्यूब CNTs अजीबोगरीब बेलनाकार अणु होते हैं जिनका व्यास लगभग आधा नैनोमीटर और लंबाई कई माइक्रोमीटर तक होती है। कार्बन नैनोट्यूब कुछ से दसियों नैनोमीटर के क्रम के व्यास के साथ खोखले लम्बी बेलनाकार संरचनाएं हैं, पारंपरिक नैनोट्यूब की लंबाई की गणना माइक्रोन में की जाती है, हालांकि प्रयोगशालाओं में मिलीमीटर और यहां तक ​​​​कि सेंटीमीटर के क्रम की लंबाई वाली संरचनाएं पहले से ही प्राप्त की जा रही हैं। . ग्रेफाइट हेक्सागोनल ग्रिड का पारस्परिक अभिविन्यास और नैनोट्यूब का अनुदैर्ध्य अक्ष एक बहुत ही महत्वपूर्ण...

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परिचय

आज, प्रौद्योगिकी पूर्णता के इस स्तर पर पहुंच गई है कि आधुनिक तकनीक में सूक्ष्म घटकों का उपयोग कम होता जा रहा है, और धीरे-धीरे नैनो घटकों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। यह इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के अधिक लघुकरण की प्रवृत्ति की पुष्टि करता है। एक नए स्तर के एकीकरण में महारत हासिल करने की आवश्यकता थी - नैनोलेवल। नतीजतन, 1 से 20 नैनोमीटर की सीमा में आकार वाले ट्रांजिस्टर, तार प्राप्त करने की आवश्यकता थी। इस समस्या का समाधान 1985 में था। नैनोट्यूब की खोज की, लेकिन उनका अध्ययन केवल 1990 से शुरू हुआ, जब उन्होंने सीखा कि उन्हें पर्याप्त मात्रा में कैसे प्राप्त किया जाए।

कार्बन नैनोट्यूब (CNTs) अजीबोगरीब बेलनाकार अणु हैं

व्यास में लगभग आधा नैनोमीटर और लंबाई में कई माइक्रोमीटर तक। इन बहुलक प्रणालियों को पहली बार फुलरीन सी . के संश्लेषण के उप-उत्पादों के रूप में खोजा गया था 60 . फिर भी, नैनोमीटर (आणविक) आकार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरण पहले से ही कार्बन नैनोट्यूब के आधार पर बनाए जा रहे हैं। यह उम्मीद की जाती है कि निकट भविष्य में वे आधुनिक कंप्यूटर सहित विभिन्न उपकरणों के इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में समान उद्देश्य के तत्वों को बदल देंगे।

1. कार्बन नैनोट्यूब की अवधारणा

1991 में, जापानी शोधकर्ता इजिमा कैथोड पर बने निक्षेप का अध्ययन कर रहे थे, जब ग्रेफाइट को विद्युत चाप में थूक दिया गया था। उनका ध्यान तलछट की असामान्य संरचना की ओर आकर्षित हुआ, जिसमें सूक्ष्म तंतु और रेशे शामिल थे। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप माप से पता चला है कि ऐसे फिलामेंट्स का व्यास कुछ नैनोमीटर से अधिक नहीं होता है, और लंबाई एक से कई माइक्रोन तक होती है। अनुदैर्ध्य अक्ष के साथ एक पतली ट्यूब को काटने में कामयाब होने के बाद, वैज्ञानिकों ने पाया कि इसमें एक या एक से अधिक परतें होती हैं, जिनमें से प्रत्येक ग्रेफाइट का एक हेक्सागोनल ग्रिड होता है, जो कोने के कोने पर स्थित कार्बन परमाणुओं के साथ हेक्सागोन पर आधारित होता है। सभी मामलों में, परतों के बीच की दूरी 0.34 एनएम है, जो कि क्रिस्टलीय ग्रेफाइट में परतों के बीच समान है। एक नियम के रूप में, ट्यूबों के ऊपरी सिरों को बहुपरत गोलार्द्ध के कैप के साथ बंद किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक परत हेक्सागोन और पेंटागन से बनी होती है, जो आधा फुलरीन अणु की संरचना जैसा दिखता है।

नोड्स पर कार्बन परमाणुओं के साथ मुड़े हुए हेक्सागोनल नेटवर्क से युक्त विस्तारित संरचनाओं को नैनोट्यूब कहा जाता है। नैनोट्यूब की खोज ने असामान्य भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ सामग्री और संरचनाओं के निर्माण में शामिल शोधकर्ताओं के बीच बहुत रुचि पैदा की।

कार्बन नैनोट्यूब कुछ से दसियों नैनोमीटर के व्यास के साथ खोखले लम्बी बेलनाकार संरचनाएं हैं (पारंपरिक नैनोट्यूब की लंबाई माइक्रोन में मापी जाती है, हालांकि प्रयोगशालाओं में मिलीमीटर और यहां तक ​​​​कि सेंटीमीटर के क्रम की लंबाई वाली संरचनाएं पहले से ही प्राप्त की जा रही हैं)।

एक आदर्श नैनोट्यूब एक सिलेंडर है जो बिना सीम के ग्रेफाइट के एक फ्लैट हेक्सागोनल ग्रिड को रोल करके प्राप्त किया जाता है।ग्रेफाइट हेक्सागोनल नेटवर्क का पारस्परिक अभिविन्यास और नैनोट्यूब का अनुदैर्ध्य अक्ष नैनोट्यूब की एक बहुत ही महत्वपूर्ण संरचनात्मक विशेषता निर्धारित करता है, जिसे चिरायता कहा जाता है। चिरायता दो पूर्णांकों की विशेषता है (मी, नहीं ) जो ग्रिड षट्भुज के स्थान को इंगित करता है, जो तह के परिणामस्वरूप, मूल में स्थित षट्भुज के साथ मेल खाना चाहिए।

पूर्वगामी चित्र 1.1 में चित्रित किया गया है, जो एक हेक्सागोनल ग्रेफाइट नेटवर्क का एक हिस्सा दिखाता है, जिसके एक सिलेंडर में तह करने से अलग-अलग चिरायता के साथ सिंगल-लेयर नैनोट्यूब का निर्माण होता है। एक नैनोट्यूब की chirality भी विशिष्ट रूप से नैनोट्यूब के तह की दिशा द्वारा गठित कोण द्वारा निर्धारित की जा सकती है और जिस दिशा में आसन्न हेक्सागोन्स का एक सामान्य पक्ष होता है। इन दिशाओं को चित्र 1.1 में भी दिखाया गया है। नैनोट्यूब फोल्डिंग के बहुत सारे प्रकार हैं, लेकिन उनमें से वे हैं जो हेक्सागोनल नेटवर्क की संरचना के विरूपण का परिणाम नहीं देते हैं। ये दिशाएँ कोणों a = 0 और a = 30° के संगत हैं, जो chirality . से मेल खाती है(एम, 0) और (2एन, एन)।

सिंगल-लेयर ट्यूब के चिरलिटी इंडेक्स इसका व्यास निर्धारित करते हैंडी :

जहां d0 = 0.142 एनएम ग्रेफाइट के हेक्सागोनल ग्रिड में कार्बन परमाणुओं के बीच की दूरी है। उपरोक्त अभिव्यक्ति नैनोट्यूब के व्यास से इसकी चिरायता निर्धारित करना संभव बनाती है।

चित्र 1.1। जब एक ग्रेफाइट हेक्सागोनल ग्रिड को एक सिलेंडर में घुमाया जाता है, तो विभिन्न चिरायता के साथ नैनोट्यूब के निर्माण के लिए एक मॉडल।

कार्बन नैनोट्यूब को विभिन्न प्रकार की आकृतियों की विशेषता है। उदाहरण के लिए, वे एकल-दीवार या बहु-दीवार (एक-परत या बहु-परत), सीधी या सर्पिल, लंबी और छोटी, आदि हो सकते हैं।

चित्र 1.2 में। और अंजीर। 1.3। कार्बन सिंगल-लेयर का मॉडल और कार्बन मल्टीलेयर नैनोट्यूब का मॉडल क्रमशः प्रस्तुत किया गया है।

अंजीर। 1.2। सिंगल-लेयर कार्बन नैनोट्यूब का मॉडल

चित्र.1.3 कार्बन बहुपरत नैनोट्यूब का मॉडल

बहुपरत कार्बन नैनोट्यूब एकल-परत वाले से भिन्न आकार और विन्यास में भिन्न होते हैं। बहुपरत नैनोट्यूब की अनुप्रस्थ संरचना की संभावित किस्मों को चित्र 1.4.a और b में दिखाया गया है। चित्र 1.4.a में दिखाई गई संरचना, रूसी matryoshka कहा जाता है। यह समाक्षीय रूप से नेस्टेड सिंगल-लेयर बेलनाकार नैनोट्यूब है। अंजीर में दिखाया गया संरचना। 1.4.b, एक लुढ़का हुआ रोल या स्क्रॉल जैसा दिखता है। माना सभी संरचनाओं के लिए, ग्रेफाइट की तरह आसन्न परतों के बीच की औसत दूरी 0.34 एनएम है।

चित्र 1.4। बहुपरत नैनोट्यूब के क्रॉस सेक्शन के मॉडल: ए - रूसी मैत्रियोश्का,बी - स्क्रॉल।

जैसे-जैसे परतों की संख्या बढ़ती है, आदर्श बेलनाकार आकार से विचलन अधिक स्पष्ट होते जाते हैं। कुछ मामलों में, बाहरी आवरण एक बहुफलक का रूप ले लेता है। कभी-कभी सतह परत कार्बन परमाणुओं की अव्यवस्थित व्यवस्था वाली संरचना होती है। अन्य मामलों में, नैनोट्यूब की बाहरी परत के आदर्श हेक्सागोनल नेटवर्क पर पेंटागन और हेप्टागन के रूप में दोष बनते हैं, जिससे बेलनाकार आकार का उल्लंघन होता है। एक पेंटागन की उपस्थिति एक उत्तल, और एक हेप्टागन, नैनोट्यूब की बेलनाकार सतह के अवतल झुकने का कारण बनती है। इस तरह के दोष मुड़े हुए और पेचदार नैनोट्यूब की उपस्थिति की ओर ले जाते हैं, जो विकास की प्रक्रिया में आपस में मुड़ जाते हैं, लूप और जटिल आकार की अन्य विस्तारित संरचनाएं बनाते हैं।

महत्वपूर्ण रूप से, नैनोट्यूब तनाव और झुकने में उल्लेखनीय रूप से मजबूत साबित हुए। उच्च यांत्रिक तनावों की कार्रवाई के तहत, नैनोट्यूब फटते नहीं हैं, टूटते नहीं हैं, लेकिन उनकी संरचना को बस पुनर्व्यवस्थित किया जाता है। वैसे, चूंकि हम नैनोट्यूब की ताकत के बारे में बात कर रहे हैं, इसलिए इस संपत्ति की प्रकृति पर नवीनतम अध्ययनों में से एक पर ध्यान देना दिलचस्प है।

बोरिस जैकबसन के नेतृत्व में राइस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने पाया है कि कार्बन नैनोट्यूब "स्मार्ट सेल्फ-हीलिंग स्ट्रक्चर्स" की तरह व्यवहार करते हैं (अध्ययन 16 फरवरी, 2007 को फिजिकल रिव्यू लेटर्स जर्नल में प्रकाशित हुआ था)। इस प्रकार, महत्वपूर्ण यांत्रिक तनाव और तापमान परिवर्तन या रेडियोधर्मी विकिरण के कारण विकृतियों के तहत, नैनोट्यूब स्वयं को "मरम्मत" करने में सक्षम हैं। यह पता चला है कि 6-कार्बन कोशिकाओं के अलावा, नैनोट्यूब में पांच- और सात-परमाणु क्लस्टर भी होते हैं। ये 5/7-परमाणु कोशिकाएं असामान्य व्यवहार प्रदर्शित करती हैं, समुद्र पर स्टीमबोट की तरह कार्बन नैनोट्यूब की सतह के साथ साइकिल चलाना। जब दोष स्थल पर क्षति होती है, तो ये कोशिकाएं "घाव भरने" में भाग लेती हैं, ऊर्जा का पुनर्वितरण करती हैं।

इसके अलावा, नैनोट्यूब कई अप्रत्याशित विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल गुणों का प्रदर्शन करते हैं, जो पहले से ही कई अध्ययनों की वस्तु बन चुके हैं। कार्बन नैनोट्यूब की एक विशेषता उनकी विद्युत चालकता है, जो सभी ज्ञात कंडक्टरों की तुलना में अधिक है। उनके पास उत्कृष्ट तापीय चालकता भी है, रासायनिक रूप से स्थिर हैं और सबसे दिलचस्प बात यह है कि अर्धचालक गुण प्राप्त कर सकते हैं। इलेक्ट्रॉनिक गुणों के संदर्भ में, कार्बन नैनोट्यूब धातुओं या अर्धचालकों की तरह व्यवहार कर सकते हैं, जो कि ट्यूब अक्ष के सापेक्ष कार्बन बहुभुजों के उन्मुखीकरण से निर्धारित होता है।

नैनोट्यूब एक-दूसरे से कसकर चिपके रहते हैं, जिससे धातु और अर्धचालक नैनोट्यूब से बने सेट बनते हैं। अब तक, एक मुश्किल काम केवल अर्धचालक नैनोट्यूब की एक सरणी का संश्लेषण या धातु से अर्धचालक नैनोट्यूब का पृथक्करण (पृथक्करण) है।

2. कार्बन नैनोट्यूब के गुण

केशिका प्रभाव

केशिका प्रभावों का निरीक्षण करने के लिए, नैनोट्यूब को खोलना आवश्यक है, अर्थात ऊपरी भाग को हटाने के लिए - टोपियां। सौभाग्य से, यह ऑपरेशन काफी सरल है। कैप्स को हटाने का एक तरीका कार्बन डाइऑक्साइड की धारा में कई घंटों के लिए नैनोट्यूब को 850 डिग्री सेल्सियस पर रखना है। ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, सभी नैनोट्यूब के लगभग 10% खुले हैं। नैनोट्यूब के बंद सिरों को नष्ट करने का एक अन्य तरीका 240 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर 4.5 घंटे के लिए केंद्रित नाइट्रिक एसिड के संपर्क में है। इस उपचार के परिणामस्वरूप, 80% नैनोट्यूब खुले हो जाते हैं।

केशिका परिघटनाओं के पहले अध्ययनों से पता चला है कि एक तरल के सतह तनाव के परिमाण और इसके नैनोट्यूब चैनल में खींचे जाने की संभावना के बीच एक संबंध है। यह पता चला कि तरल नैनोट्यूब चैनल में प्रवेश करता है यदि इसकी सतह का तनाव 200 mN / m से अधिक नहीं है। इसलिए, नैनोट्यूब में किसी भी पदार्थ को पेश करने के लिए, कम सतह तनाव वाले सॉल्वैंट्स का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सांद्र नाइट्रिक एसिड, जिसका सतह तनाव कम (43 mN/m) है, का उपयोग कुछ धातुओं को नैनोट्यूब चैनल में डालने के लिए किया जाता है। फिर हाइड्रोजन वातावरण में 400°C पर 4 घंटे के लिए एनीलिंग की जाती है, जिससे धातु का ह्रास होता है। इस तरह निकल, कोबाल्ट और आयरन युक्त नैनोट्यूब प्राप्त किए गए।

धातुओं के साथ, कार्बन नैनोट्यूब गैसीय पदार्थों से भरे जा सकते हैं, जैसे आणविक हाइड्रोजन। यह क्षमता बहुत व्यावहारिक महत्व की है, क्योंकि यह हाइड्रोजन के सुरक्षित भंडारण की संभावना को खोलती है, जिसका उपयोग आंतरिक दहन इंजनों में पर्यावरण के अनुकूल ईंधन के रूप में किया जा सकता है।

कार्बन नैनोट्यूब की विद्युत प्रतिरोधकता

कार्बन नैनोट्यूब के छोटे आकार के कारण, केवल 1996 में चार-शूल विधि का उपयोग करके उनकी विद्युत प्रतिरोधकता p को सीधे मापना संभव था। इसके लिए आवश्यक प्रायोगिक कौशल की सराहना करने के लिए हम इस पद्धति का संक्षिप्त विवरण देंगे। सोने की धारियों को एक वैक्यूम में पॉलिश किए गए सिलिकॉन ऑक्साइड की सतह पर जमा किया गया था। नैनोट्यूब 2-3 µm लंबे उनके बीच जमा किए गए थे। फिर, माप के लिए चुने गए नैनोट्यूब में से एक पर 80 एनएम मोटी चार टंगस्टन कंडक्टर जमा किए गए, जिसकी व्यवस्था चित्र 2 में दिखाई गई है। टंगस्टन कंडक्टरों में से प्रत्येक का सोने की पट्टियों में से एक के साथ संपर्क था। नैनोट्यूब पर संपर्कों के बीच की दूरी 0.3 से 1 माइक्रोन तक थी। प्रत्यक्ष माप के परिणामों से पता चला है कि नैनोट्यूब की प्रतिरोधकता 5.1 10 . से एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर भिन्न हो सकती है-6 0.8 ओम / सेमी तक। न्यूनतम p मान ग्रेफाइट की तुलना में कम परिमाण का एक क्रम है। अधिकांश नैनोट्यूब में धात्विक चालकता होती है, जबकि छोटा भाग 0.1 से 0.3 eV के बैंड गैप वाले अर्धचालक के गुणों को प्रदर्शित करता है।

रेखा चित्र नम्बर 2। चार-जांच विधि द्वारा एक व्यक्तिगत नैनोट्यूब के विद्युत प्रतिरोध को मापने की योजना: 1 - सिलिकॉन ऑक्साइड सब्सट्रेट, 2 - सोने के पैड 3 - टंगस्टन प्रवाहकीय ट्रैक, 4 - कार्बन नैनोट्यूब।

3. कार्बन नैनोट्यूब के संश्लेषण के तरीके

3.1 विद्युत चाप विधि

नैनोट्यूब प्राप्त करने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि,

प्लाज्मा में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के थर्मल छिड़काव का उपयोग करना

एक हीलियम वातावरण में जल रहा चाप निर्वहन।

20-25 वी के वोल्टेज पर एनोड और कैथोड के बीच एक चाप निर्वहन में, 50-100 ए की एक स्थिर प्रत्यक्ष चाप धारा, 0.5-2 मिमी की एक इंटरइलेक्ट्रोड दूरी, और वह 100-500 टोर का दबाव, गहन एनोड सामग्री का स्पटरिंग होता है। ग्रेफाइट, कालिख और फुलरीन युक्त स्पटरिंग उत्पादों का हिस्सा कक्ष की ठंडी दीवारों पर जमा किया जाता है, जबकि ग्रेफाइट और बहुपरत कार्बन नैनोट्यूब (MWNTs) वाले हिस्से को कैथोड सतह पर जमा किया जाता है। कई कारक नैनोट्यूब की उपज को प्रभावित करते हैं।

प्रतिक्रिया कक्ष में सबसे महत्वपूर्ण वह दबाव है, जो एनटी उत्पादन के दृष्टिकोण से इष्टतम परिस्थितियों में 500 टोर है, न कि 100-150 टोर, जैसा कि फुलरीन के मामले में होता है। एक अन्य समान रूप से महत्वपूर्ण कारक चाप धारा है: NT का अधिकतम उत्पादन इसके स्थिर जलने के लिए आवश्यक न्यूनतम संभव चाप धारा पर देखा जाता है। एनोड की दरार और इसकी एक समान वाष्पीकरण से बचने के लिए चैम्बर की दीवारों और इलेक्ट्रोड का कुशल शीतलन भी महत्वपूर्ण है, जो सामग्री को प्रभावित करता है

कैथोड जमा में एनटी।

एक निश्चित स्तर पर इंटरइलेक्ट्रोड दूरी बनाए रखने के लिए एक स्वचालित उपकरण के उपयोग से आर्क डिस्चार्ज मापदंडों की स्थिरता बढ़ जाती है और नैनोट्यूब के साथ कैथोड सामग्री को समृद्ध करता है।

जमा।

3.2 लेजर स्पटरिंग

1995 में, एक निष्क्रिय (He या Ar) गैस वातावरण में स्पंदित लेजर विकिरण के प्रभाव में ग्रेफाइट लक्ष्य को स्पटर करके कार्बन नैनोट्यूब के संश्लेषण पर एक रिपोर्ट दिखाई दी। ग्रेफाइट लक्ष्य एक क्वार्ट्ज ट्यूब में 1200 . के तापमान पर होता हैके बारे में सी, जिसके माध्यम से बफर गैस बहती है।

लेंस सिस्टम द्वारा केंद्रित एक लेज़र बीम सतह को स्कैन करता है

लक्ष्य सामग्री का एक समान वाष्पीकरण सुनिश्चित करने के लिए ग्रेफाइट लक्ष्य।

लेजर वाष्पीकरण से उत्पन्न भाप धारा में प्रवेश करती है

अक्रिय गैस और उच्च तापमान वाले क्षेत्र से कम तापमान वाले क्षेत्र में ले जाया जाता है, जहां इसे वाटर-कूल्ड कॉपर सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है।

एनटी युक्त कालिख कॉपर सब्सट्रेट, क्वार्ट्ज ट्यूब की दीवारों और लक्ष्य के विपरीत भाग से एकत्र की जाती है। साथ ही चाप विधि में, यह पता चला है

कई प्रकार के अंत सामग्री:

1) उन प्रयोगों में जहां शुद्ध ग्रेफाइट को लक्ष्य के रूप में इस्तेमाल किया गया था, MWNTs प्राप्त किए गए थे, जिनकी लंबाई 300 एनएम तक थी और इसमें 4-24 ग्राफीन सिलेंडर शामिल थे। प्रारंभिक सामग्री में ऐसे एनटी की संरचना और एकाग्रता मुख्य रूप से तापमान द्वारा निर्धारित की गई थी। 1200 . परके बारे में सभी देखे गए NT में दोष नहीं थे और सिरों पर टोपियां थीं। जब संश्लेषण तापमान 900 . तक कम हो जाता हैके बारे में सी, एनटी में दोष दिखाई दिए, जिनकी संख्या तापमान में और कमी के साथ बढ़ी, और 200 . परके बारे में कोई NT गठन नहीं देखा गया था।

2) जब लक्ष्य में संक्रमण धातुओं की एक छोटी मात्रा जोड़ी जाती है, तो संघनन उत्पादों में SWCNTs देखे जाते हैं। हालांकि, वाष्पीकरण के दौरान, लक्ष्य धातु में समृद्ध हो गया, और SWNT उपज में कमी आई।

इस समस्या को हल करने के लिए, उन्होंने एक साथ दो विकिरणित लक्ष्यों का उपयोग करना शुरू किया, जिनमें से एक शुद्ध ग्रेफाइट है, और दूसरा धातु मिश्र धातु से बना है।

उत्प्रेरक के आधार पर एनटी की प्रतिशत उपज नाटकीय रूप से भिन्न होती है। उदाहरण के लिए, Ni, Co उत्प्रेरक, Ni और Co के अन्य तत्वों के साथ मिश्रण पर NT की उच्च उपज प्राप्त होती है। प्राप्त SWCNTs का व्यास समान था और उन्हें 5-20 एनएम के व्यास के साथ बीम में जोड़ा गया था। Ni/Pt और Co/Pt मिश्रण उच्च NT यील्ड देते हैं, जबकि शुद्ध प्लैटिनम कम SWNT यील्ड में परिणत होता है। Co/Cu मिश्रण SWNTs की कम उपज देता है, और शुद्ध तांबे के उपयोग से SWNTs का निर्माण बिल्कुल भी नहीं होता है। उत्प्रेरक कणों से मुक्त SWNTs के सिरों पर गोलाकार टोपियां देखी गईं।

भिन्नता के रूप में, एक विधि व्यापक हो गई है, जहां स्पंदित लेजर विकिरण के बजाय, केंद्रित सौर विकिरण का उपयोग किया गया था। इस विधि का उपयोग फुलरीन प्राप्त करने के लिए किया जाता था, और उसके बाद

एनटी प्राप्त करने के लिए सुधार। सूर्य का प्रकाश समतल दर्पण पर पड़ता है और परावर्तित होकर परवलयिक दर्पण पर समतल-समानांतर किरण आपतित होता है। दर्पण के फोकस पर ग्रेफाइट और धातु पाउडर के मिश्रण से भरी एक ग्रेफाइट नाव है। नाव एक ग्रेफाइट ट्यूब के अंदर होती है, जो हीट शील्ड का काम करती है। पूरे सिस्टम को एक अक्रिय गैस से भरे कक्ष में रखा गया है।

विभिन्न धातुओं और उनके मिश्रणों को उत्प्रेरक के रूप में लिया गया। चुने हुए उत्प्रेरक और अक्रिय गैस के दबाव के आधार पर विभिन्न संरचनाएं प्राप्त की गईं। कम बफर गैस दबाव पर निकल-कोबाल्ट उत्प्रेरक का उपयोग करते हुए, संश्लेषित नमूने में मुख्य रूप से बांस जैसे MWNTs शामिल थे। दबाव में वृद्धि के साथ, 1-2 एनएम के व्यास वाले SWNTs दिखाई देने लगे और हावी होने लगे; SWNTs को 20 एनएम तक के व्यास के साथ बीम में जोड़ा गया था, जो अनाकार कार्बन से मुक्त सतह के साथ था।

3.3 हाइड्रोकार्बन का उत्प्रेरक अपघटन

एनटी के उत्पादन के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि उत्प्रेरक की उपस्थिति में एसिटिलीन के अपघटन के उपयोग पर आधारित है। कई नैनोमीटर आकार के Ni, Co, Cu और Fe धातुओं के कणों को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता था। 20-50 मिलीग्राम उत्प्रेरक के साथ एक सिरेमिक नाव को 60 सेंटीमीटर लंबी और आंतरिक व्यास में 4 मिमी की क्वार्ट्ज ट्यूब में रखा गया है। एसिटिलीन C2H2 (2.5-10%) और नाइट्रोजन का मिश्रण 500-1100 के तापमान पर कई घंटों तक ट्यूब के माध्यम से पंप किया जाता हैके बारे में C. फिर सिस्टम को कमरे के तापमान पर ठंडा किया जाता है। कोबाल्ट उत्प्रेरक के प्रयोग में चार प्रकार की संरचनाएँ देखी गईं:

1) उत्प्रेरक कणों पर अनाकार कार्बन परतें;

2) धातु उत्प्रेरक कण ग्रेफीन परतों द्वारा समझाया गया;

3) अनाकार कार्बन द्वारा निर्मित धागे;

4) एमएसएनटी।

इन MWNTs के भीतरी व्यास का सबसे छोटा मान 10 nm था। अनाकार कार्बन से मुक्त NT का बाहरी व्यास 25-30 एनएम की सीमा में था, और NT के लिए अनाकार कार्बन के साथ, 130 एनएम तक। NT लंबाई प्रतिक्रिया समय द्वारा निर्धारित की गई थी और 100 एनएम से 10 µm तक भिन्न थी।

NT की उपज और संरचना उत्प्रेरक के प्रकार पर निर्भर करती है - Co के साथ Fe का प्रतिस्थापन NT की कम सांद्रता देता है और दोष-मुक्त NT की संख्या घट जाती है। जब एक निकल उत्प्रेरक का उपयोग किया गया था, तो अधिकांश फिलामेंट्स में एक अनाकार संरचना थी; कभी-कभी एक रेखांकन, दोष-मुक्त संरचना वाले NT का सामना करना पड़ता था। तांबे के उत्प्रेरक पर अनियमित आकार और अनाकार संरचना वाले धागे बनते हैं। नमूने में ग्राफीन परतों में घिरे धातु के कण देखे गए हैं। प्राप्त एनटी और धागे विभिन्न रूप लेते हैं - प्रत्यक्ष; घुमावदार, सीधे वर्गों से मिलकर; ज़िगज़ैग; सर्पिल। कुछ मामलों में, हेलिक्स पिच का छद्म-स्थिर मान होता है।

वर्तमान में, उन्मुख NTs की एक सरणी प्राप्त करना आवश्यक हो गया है, जो कि उत्सर्जक जैसी संरचनाओं के उपयोग से निर्धारित होता है। उन्मुख एनटी के सरणियों को प्राप्त करने के दो तरीके हैं: पहले से विकसित एनटी का उन्मुखीकरण और उत्प्रेरक विधियों का उपयोग करके उन्मुख एनटी का विकास।

झरझरा सिलिकॉन का उपयोग करने का प्रस्ताव किया गया था, जिसके छिद्र एनटी विकास के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में लोहे के नैनोकणों से भरे हुए हैं। सब्सट्रेट को बफर गैस और एसिटिलीन माध्यम में 700 . के तापमान पर रखा गया थाके बारे में सी, जहां लोहे ने एसिटिलीन के थर्मल अपघटन की प्रक्रिया को उत्प्रेरित किया। नतीजतन, कई मिमी . के क्षेत्रों में 2 , सब्सट्रेट के लंबवत, उन्मुख बहुपरत NT का गठन किया गया था।

एक समान विधि सब्सट्रेट के रूप में एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम का उपयोग है। एनोडाइज्ड एल्यूमीनियम के छिद्र कोबाल्ट से भरे होते हैं। सब्सट्रेट को एसिटिलीन और नाइट्रोजन के बहते हुए मिश्रण में 800 . के तापमान पर रखा जाता हैके बारे में सी. परिणामी उन्मुख एनटी का औसत व्यास 50.0 ± 0.7 एनएम है, जो 104.2 ± 2.3 एनएम की ट्यूबों के बीच की दूरी के साथ है। औसत घनत्व 1.1x1010 NT/cm . के स्तर पर निर्धारित किया गया था 2 . नैनोट्यूब के टीईएम ने 0.34 एनएम की ग्राफीन परतों के बीच की दूरी के साथ एक अच्छी तरह से चित्रित संरचना का खुलासा किया। यह बताया गया है कि एल्यूमीनियम सब्सट्रेट के मापदंडों और प्रसंस्करण समय को बदलकर, एनटी व्यास और उनके बीच की दूरी दोनों को बदलना संभव है।

कम तापमान पर आगे बढ़ने वाली विधि (666 . से नीचे)के बारे में ग) लेखों में भी वर्णित है। संश्लेषण के दौरान कम तापमान एक सब्सट्रेट के रूप में जमा निकल फिल्म के साथ ग्लास का उपयोग करना संभव बनाता है। निकेल फिल्म ने हॉट-फिलामेंट सक्रिय प्लाज्मा वाष्प जमाव द्वारा NT वृद्धि के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया। एसिटिलीन का उपयोग कार्बन स्रोत के रूप में किया जाता था। प्रायोगिक स्थितियों को बदलकर, ट्यूबों के व्यास को 20 से 400 एनएम और उनकी लंबाई को 0.1-50 माइक्रोन की सीमा में बदलना संभव है। बड़े-व्यास (> 100 एनएम) प्राप्त MWNT सीधे होते हैं और उनकी कुल्हाड़ियों को सब्सट्रेट के लिए सख्ती से लंबवत निर्देशित किया जाता है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के अनुसार NT का प्रेक्षित घनत्व 107 NT/mm . है 2 . जब NT व्यास 100 एनएम से कम हो जाता है, तो सब्सट्रेट विमान के लंबवत पसंदीदा अभिविन्यास गायब हो जाता है। उन्मुख MWNT सरणियाँ कई सेमी . के क्षेत्रों में बनाई जा सकती हैं 2 .

3.4 इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण

इस पद्धति का मुख्य विचार पिघले हुए आयनिक नमक में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत प्रवाह को पारित करके कार्बन एनटी प्राप्त करना है। प्रतिक्रिया के दौरान ग्रेफाइट कैथोड का सेवन किया जाता है और कार्बन परमाणुओं के स्रोत के रूप में कार्य करता है। नतीजतन, नैनोमटेरियल्स की एक विस्तृत श्रृंखला बनती है। एनोड उच्च शुद्धता वाले ग्रेफाइट से बनी एक नाव है और लिथियम क्लोराइड से भरी होती है। नाव को लिथियम क्लोराइड के गलनांक तक गर्म किया जाता है (604 .)के बारे में सी) हवा में या अक्रिय गैस (आर्गन) के वातावरण में। कैथोड को पिघले हुए लिथियम क्लोराइड में डुबोया जाता है और एक मिनट के भीतर इलेक्ट्रोड के बीच 1-30 A का करंट प्रवाहित किया जाता है। करंट के पारित होने के दौरान, कैथोड का हिस्सा पिघल जाता है। अगला, इलेक्ट्रोलाइट कण युक्त पिघलता हैकार्बन, कमरे के तापमान तक ठंडा।

कैथोड क्षरण से उत्पन्न कार्बन कणों को अलग करने के लिए, नमक को पानी में घोल दिया गया था। अवक्षेप को अलग किया गया, टोल्यूनि में भंग किया गया, और एक अल्ट्रासोनिक स्नान में फैलाया गया। टीईएम का उपयोग करके इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण के उत्पादों का अध्ययन किया गया। पता चला कि वे

सर्पिल और दृढ़ता से घुमावदार सहित विभिन्न आकारिकी के इनकैप्सुलेटेड धातु कणों, प्याज और कार्बन एनटी से मिलकर बनता है। निर्भर करता है

प्रायोगिक स्थितियों के आधार पर, बेलनाकार ग्राफीन परतों द्वारा निर्मित नैनोट्यूब का व्यास 2 से 20 एनएम तक भिन्न होता है। MWNT की लंबाई 5 माइक्रोन तक पहुंच गई।

इष्टतम वर्तमान स्थितियाँ पाई गईं - 3-5 ए। उच्च वर्तमान मूल्य (10-30 ए) पर, केवल इनकैप्सुलेटेड कण और अनाकार कार्बन बनते हैं। पर

कम वर्तमान मान (<1А) образуется только аморфный углерод.

3.5 संक्षेपण विधि

अर्ध-मुक्त वाष्प संघनन की विधि में, कार्बन वाष्प ग्रेफाइट रिबन के प्रतिरोधक ताप के परिणामस्वरूप बनता है और अत्यधिक क्रम वाले पायरोलाइटिक ग्रेफाइट के सब्सट्रेट पर संघनित होता है, जिसे 30 के तापमान तक ठंडा किया जाता है।के बारे में C निर्वात में 10-8 Torr। 2-6 एनएम की मोटाई वाली प्राप्त फिल्मों के टीईएम अध्ययनों से पता चलता है कि उनमें 1-7 एनएम के व्यास और 200 एनएम तक की लंबाई वाले कार्बन नैनोट्यूब होते हैं, जिनमें से अधिकांश गोलाकार सिरों में समाप्त होते हैं। तलछट में NT की सामग्री 50% से अधिक है। बहुपरत एनटी के लिए, उन्हें बनाने वाली ग्राफीन परतों के बीच की दूरी 0.34 एनएम है। ट्यूब लगभग क्षैतिज रूप से सब्सट्रेट पर स्थित होते हैं।

3.6 संरचनात्मक विनाश विधि

इस पद्धति को आईबीएम प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित किया गया था। जैसे थे

पहले कहा गया था, नैनोट्यूब में धात्विक और दोनों होते हैं

अर्धचालक गुण। हालांकि, उन पर आधारित कई उपकरणों के उत्पादन के लिए, विशेष रूप से, ट्रांजिस्टर और, आगे, उनका उपयोग करने वाले प्रोसेसर, केवल अर्धचालक नैनोट्यूब की आवश्यकता होती है। आईबीएम के वैज्ञानिकों ने "रचनात्मक विनाश" नामक एक विधि विकसित की जिसने उन्हें अर्धचालक नैनोट्यूब को बरकरार रखते हुए सभी धातु नैनोट्यूब को नष्ट करने की अनुमति दी। यही है, वे या तो क्रमिक रूप से एक बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब में एक खोल को नष्ट कर देते हैं, या चुनिंदा धातु एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब को नष्ट कर देते हैं।

यहाँ इस प्रक्रिया का संक्षेप में वर्णन किया गया है:

1. धातु और अर्धचालक ट्यूबों की चिपचिपी "रस्सी" एक सिलिकॉन ऑक्साइड सब्सट्रेट पर रखी जाती हैं।

2. फिर एक लिथोग्राफिक मास्क को सब्सट्रेट पर बनाने के लिए प्रक्षेपित किया जाता है

नैनोट्यूब के शीर्ष पर इलेक्ट्रोड (धातु स्पेसर)। ये इलेक्ट्रोड

चालू/बंद करने के लिए स्विच के रूप में काम करें

अर्धचालक नैनोट्यूब।

3. सिलिकॉन सब्सट्रेट को इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग करते हुए, वैज्ञानिक "बंद" करते हैं

अर्धचालक नैनोट्यूब जो उनके माध्यम से किसी भी धारा के मार्ग को अवरुद्ध करते हैं।

4. धात्विक नैनोट्यूब को असुरक्षित छोड़ दिया गया। उसके बाद, सब्सट्रेट पर एक उपयुक्त वोल्टेज लगाया जाता है, जो धातु नैनोट्यूब को नष्ट कर देता है, जबकि सेमीकंडक्टर नैनोट्यूब अछूता रहता है। परिणाम अक्षुण्ण, व्यावहारिक अर्धचालक नैनोट्यूब - ट्रांजिस्टर का एक सघन सरणी है जिसका उपयोग तर्क सर्किट बनाने के लिए किया जा सकता है - अर्थात, प्रोसेसर। अब आइए इन प्रक्रियाओं को और अधिक विस्तार से देखें। विभिन्न MWNT गोले में अलग-अलग विद्युत गुण हो सकते हैं। नतीजतन, MWNTs में इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और तंत्र अलग हैं। यह संरचनात्मक जटिलता केवल एक MWNT शेल को चुनने और उपयोग करने की अनुमति देती है: वह जिसमें वांछित गुण होते हैं। बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब का विनाश हवा में एक निश्चित शक्ति स्तर पर तेजी से होता है

बाहरी कार्बन के गोले का ऑक्सीकरण। विनाश के दौरान, MWNT के माध्यम से बहने वाली धारा चरणों में बदल जाती है, और ये चरण आश्चर्यजनक नियमितता के साथ एक व्यक्तिगत खोल के विनाश के साथ मेल खाते हैं। म्यान हटाने की प्रक्रिया को एक-एक करके नियंत्रित करके, बाहरी म्यान, धातु या अर्धचालक की वांछित विशेषताओं के साथ ट्यूब बनाना संभव है। बाहरी आवरण के व्यास को चुनकर, कोई वांछित बैंड गैप प्राप्त कर सकता है।

यदि क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर बनाने के लिए एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब के साथ "रस्सियों" का उपयोग किया जाता है, तो उनमें धातु ट्यूब नहीं छोड़ी जा सकती हैं, क्योंकि वे हावी होंगे और डिवाइस के परिवहन गुणों को निर्धारित करेंगे, अर्थात। क्षेत्र प्रभाव नहीं होगा। चयनात्मक विनाश द्वारा भी इस समस्या का समाधान किया जाता है। MWNTs के विपरीत, एक पतली "रस्सी" में, प्रत्येक SWNT को अलग से बाहरी इलेक्ट्रोड से जोड़ा जा सकता है। इस प्रकार, MWNTs के साथ एक "रस्सी" को सूत्र द्वारा गणना की गई कुल चालकता के साथ स्वतंत्र समानांतर कंडक्टर के रूप में दर्शाया जा सकता है:

जी (वीजी) = जीएम + जीएस (वीजी),

जहां जीएम धातु नैनोट्यूब द्वारा निर्मित होता है और जीएस सेमीकंडक्टर नैनोट्यूब की गेट निर्भर चालकता है।

इसके अलावा, "रस्सी" में कई एसडब्ल्यूएनटी हवा के संपर्क में हैं, एक संभावित ऑक्सीकरण वातावरण, एमडब्ल्यूएनटी के मामले के विपरीत, एक ही समय में कई ट्यूबों को नष्ट किया जा सकता है। और, अंत में, एक छोटी "रस्सी" में एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से MWNTs के संकेंद्रित गोले के रूप में प्रभावी रूप से एक दूसरे की रक्षा नहीं करते हैं। नतीजतन, गेट इलेक्ट्रोड का उपयोग विद्युत प्रवाह वाहक (इलेक्ट्रॉनों या ) को प्रभावी ढंग से कम करने के लिए किया जा सकता है

छेद) अर्धचालक SWNTs में "रस्सी" में। यह सेमीकंडक्टर ट्यूब को इंसुलेटर में बदल देता है। इस मामले में, करंट के कारण होने वाले ऑक्सीकरण को केवल "रस्सी" में धातु SWNTs को निर्देशित किया जा सकता है।

अर्धचालक नैनोट्यूब के सरणियों का उत्पादन किया जाता है

सरल: ऑक्सीकृत सिलिकॉन सब्सट्रेट पर SWNT "रस्सी" रखकर,

और फिर वर्तमान स्रोत, ग्राउंडिंग और इन्सुलेट इलेक्ट्रोड का एक सेट "रस्सियों" के शीर्ष पर लिथोग्राफिक रूप से रखा जाता है। ट्यूबों की एकाग्रता पूर्व-चयनित होती है ताकि औसतन केवल एक "रस्सी" स्रोत और जमीन को बंद कर दे। इस मामले में, नैनोट्यूब के किसी विशेष अभिविन्यास की आवश्यकता नहीं है। बॉटम गेट (स्वयं सिलिकॉन सब्सट्रेट) का उपयोग सेमीकंडक्टर ट्यूबों को बंद करने के लिए किया जाता है, और फिर "रस्सी" में धातु ट्यूबों को नष्ट करने के लिए अतिरिक्त वोल्टेज लगाया जाता है, जो FET बनाता है। इस चयनात्मक विनाश तकनीक को लागू करके, कार्बन नैनोट्यूब के आकार को नियंत्रित किया जा सकता है, जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की आवश्यक विशेषताओं को पूरा करने वाले पूर्व-निर्धारित विद्युत गुणों वाले नैनोट्यूब के निर्माण की अनुमति देता है। नैनोट्यूब का उपयोग नैनोसाइज्ड तारों के रूप में या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सक्रिय घटकों के रूप में किया जा सकता है, जैसे कि फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर। यह स्पष्ट है कि, सिलिकॉन-आधारित अर्धचालकों के विपरीत, जिन्हें क्रिस्टल के भीतर अर्धचालक तत्वों को जोड़ने के लिए एल्यूमीनियम- या तांबे-आधारित कंडक्टरों के निर्माण की आवश्यकता होती है, इस तकनीक को केवल कार्बन से दूर किया जा सकता है।

आज, प्रोसेसर निर्माता आवृत्ति बढ़ाने के लिए ट्रांजिस्टर में चैनलों की लंबाई कम करने की कोशिश कर रहे हैं। आईबीएम द्वारा प्रस्तावित तकनीक ट्रांजिस्टर में चैनल के रूप में कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करके इस समस्या को सफलतापूर्वक हल करना संभव बनाती है।

4. कार्बन नैनोट्यूब का व्यावहारिक उपयोग

4.1 क्षेत्र उत्सर्जन और परिरक्षण

जब नैनोट्यूब अक्ष के साथ एक छोटा विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो इसके सिरों से बहुत तीव्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन होता है। ऐसी घटनाओं को क्षेत्र उत्सर्जन कहा जाता है। दो समानांतर धातु इलेक्ट्रोड के बीच एक छोटा वोल्टेज लगाने से इस प्रभाव को आसानी से देखा जा सकता है, जिनमें से एक को समग्र नैनोट्यूब पेस्ट के साथ लेपित किया जाता है। पर्याप्त संख्या में ट्यूब इलेक्ट्रोड के लंबवत होंगे, जो आपको क्षेत्र उत्सर्जन का निरीक्षण करने की अनुमति देता है। इस आशय का एक अनुप्रयोग फ्लैट पैनल डिस्प्ले में सुधार करना है। टेलीविजन और कंप्यूटर मॉनिटर एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन को विकिरणित करने के लिए एक नियंत्रित इलेक्ट्रॉन गन का उपयोग करते हैं जो वांछित रंगों में प्रकाश उत्सर्जित करती है। कोरियाई निगम सैमसंग कार्बन नैनोट्यूब के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का उपयोग करके एक फ्लैट-पैनल डिस्प्ले विकसित कर रहा है। नैनोट्यूब की एक पतली फिल्म नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स परत पर रखी जाती है और फॉस्फोर परत के साथ लेपित ग्लास प्लेट के साथ सबसे ऊपर होती है। एक जापानी कंपनी वैक्यूम लैंप में इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के प्रभाव का उपयोग करती है जो पारंपरिक गरमागरम लैंप की तरह उज्ज्वल होते हैं, लेकिन अधिक कुशल और लंबे समय तक चलते हैं। अन्य शोधकर्ता माइक्रोवेव विकिरण उत्पन्न करने के नए तरीके विकसित करने के लिए प्रभाव का उपयोग करते हैं।

कार्बन नैनोट्यूब की उच्च विद्युत चालकता का मतलब है कि वे विद्युत चुम्बकीय तरंगों को अच्छी तरह से प्रसारित नहीं करेंगे। नैनोट्यूब के साथ मिश्रित प्लास्टिक एक हल्का पदार्थ हो सकता है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण को ढाल देता है। यह सेना के लिए एक बहुत ही महत्वपूर्ण मुद्दा है, जो कमान, नियंत्रण और संचार प्रणालियों में युद्ध के मैदान के डिजिटल प्रतिनिधित्व के विचारों को विकसित कर रहे हैं। कंप्यूटर और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जो इस तरह की प्रणाली का हिस्सा हैं, उन्हें ऐसे हथियारों से बचाना चाहिए जो विद्युत चुम्बकीय दालों को उत्पन्न करते हैं।

4.2 ईंधन सेल

कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग बैटरी बनाने में किया जा सकता है।

लिथियम, जो कुछ बैटरियों में चार्ज कैरियर है, रखा जा सकता है

नैनोट्यूब के अंदर। यह अनुमान लगाया गया है कि प्रत्येक छह कार्बन परमाणुओं के लिए लिथियम का एक परमाणु ट्यूब में रखा जा सकता है। नैनोट्यूब का एक अन्य संभावित उपयोग उनमें हाइड्रोजन का भंडारण है, जिसका उपयोग भविष्य की कारों में विद्युत ऊर्जा के स्रोतों के रूप में ईंधन कोशिकाओं के डिजाइन में किया जा सकता है। ईंधन सेल में दो इलेक्ट्रोड और एक विशेष इलेक्ट्रोलाइट होता है जो हाइड्रोजन आयनों को उनके बीच से गुजरने देता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों को गुजरने नहीं देता है। हाइड्रोजन को एनोड में भेजा जाता है जहां यह आयनित होता है। मुक्त इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट के साथ कैथोड में चले जाते हैं, और हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड में फैल जाते हैं, जहां इन आयनों, इलेक्ट्रॉनों और ऑक्सीजन से पानी के अणु बनते हैं। ऐसी प्रणाली को हाइड्रोजन के स्रोत की आवश्यकता होती है। एक संभावना कार्बन नैनोट्यूब के अंदर हाइड्रोजन को स्टोर करने की है। यह अनुमान है कि इस क्षमता में प्रभावी होने के लिए, ट्यूब को वजन से 6.5% हाइड्रोजन को अवशोषित करना होगा। वर्तमान में, हाइड्रोजन के भार से केवल 4% ही ट्यूब में फिट हो पाया है।
कार्बन नैनोट्यूब को हाइड्रोजन से भरने का एक सुंदर तरीका इसके लिए एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल का उपयोग करना है। कागज की एक शीट के रूप में एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब KOH के एक समाधान में नकारात्मक इलेक्ट्रोड का निर्माण करते हैं, जो एक इलेक्ट्रोलाइट है। अन्य इलेक्ट्रोड Ni (OH) से बना है 2 . इलेक्ट्रोलाइट पानी सकारात्मक हाइड्रोजन आयन (H .) बनाने के लिए विघटित होता है+ ) नैनोट्यूब से बने नकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ रहा है। ट्यूबों में बाध्य हाइड्रोजन की उपस्थिति रमन प्रकीर्णन तीव्रता में कमी से निर्धारित होती है।

4.3. उत्प्रेरक

उत्प्रेरक एक पदार्थ है, आमतौर पर एक धातु या मिश्र धातु, जो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाता है। कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए, कार्बन नैनोट्यूब उत्प्रेरक हैं। उदाहरण के लिए, बाहरी रूप से बंधे रूथेनियम परमाणुओं के साथ बहुपरत नैनोट्यूब का दालचीनी एल्डिहाइड (सी) की हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रिया पर एक मजबूत उत्प्रेरक प्रभाव पड़ता है। 6 एच 5 CH=CHCHO) अन्य कार्बन सबस्ट्रेट्स पर समान रूथेनियम के प्रभाव की तुलना में तरल चरण में। कार्बन नैनोट्यूब के अंदर रासायनिक प्रतिक्रियाएं भी की गईं, उदाहरण के लिए, निकल ऑक्साइड NiO का धातु निकल और A में अपचयनएल 1 3 एल्युमिनियम को। हाइड्रोजन गैस प्रवाह एच 2 475 डिग्री सेल्सियस पर आंशिक रूप से Mo . को कम करता हैओ 3 से मो ओ 2 बहुपरत नैनोट्यूब के अंदर जल वाष्प के सहवर्ती गठन के साथ। कैडमियम सल्फाइड सीडीएस क्रिस्टल नैनोट्यूब के अंदर हाइड्रोजन सल्फाइड (एच) के साथ क्रिस्टलीय कैडमियम ऑक्साइड सीडीओ की प्रतिक्रिया से बनते हैं। 2 एस) 400 डिग्री सेल्सियस पर।

4.4 रासायनिक सेंसर

यह स्थापित किया गया है कि अर्धचालक चिरल नैनोट्यूब पर बना एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर विभिन्न गैसों का एक संवेदनशील डिटेक्टर है। फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर को 500 मिली की क्षमता वाले बर्तन में रखा गया था जिसमें बिजली की आपूर्ति होती है और ट्रांजिस्टर को धोने वाली गैस के इनलेट और आउटलेट के लिए दो वाल्व होते हैं। 2 से 200 पीपीएम एन . युक्त गैस का प्रवाह O2 , 10 मिनट के लिए 700 मिली/मिनट की दर से नैनोट्यूब की चालकता में तीन गुना वृद्धि हुई। यह प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि N . को बांधते समय O2 एक नैनोट्यूब के साथ, चार्ज को नैनोट्यूब से समूह N . में स्थानांतरित किया जाता है O2 , नैनोट्यूब में छिद्रों की सांद्रता और इसकी चालकता में वृद्धि।

4.5 क्वांटम तार

नैनोट्यूब के विद्युत और चुंबकीय गुणों के सैद्धांतिक और प्रायोगिक अध्ययनों ने कई प्रभावों का खुलासा किया है जो इन आणविक तारों में आवेश हस्तांतरण की क्वांटम प्रकृति को इंगित करते हैं और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किए जा सकते हैं।

एक साधारण तार की चालकता उसकी लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती होती है और सीधे क्रॉस सेक्शन के समानुपाती होती है, जबकि नैनोट्यूब के मामले में यह न तो इसकी लंबाई या इसकी मोटाई पर निर्भर करती है और न ही चालकता क्वांटम (12.9 kΩ) के बराबर होती है।-1 ) - चालकता का सीमित मूल्य, जो कंडक्टर की पूरी लंबाई के साथ डेलोकाइज्ड इलेक्ट्रॉनों के मुक्त हस्तांतरण से मेल खाता है।

सामान्य तापमान पर, वर्तमान घनत्व (107 A(cm-2)) का प्रेक्षित मान वर्तमान में प्राप्त वर्तमान घनत्व से परिमाण के दो क्रम है

अतिचालक।

एक नैनोट्यूब जो लगभग 1 K के तापमान पर दो सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोड के संपर्क में होता है, वह स्वयं एक सुपरकंडक्टर बन जाता है। यह प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि कूपर इलेक्ट्रॉन जोड़े बनते हैं

सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोड में, गुजरते समय क्षय नहीं होता है

नैनोट्यूब

कम तापमान पर, नैनोट्यूब पर लागू पूर्वाग्रह वोल्टेज वी में वृद्धि के साथ धातु नैनोट्यूब पर वर्तमान (चालकता मात्राकरण) में एक चरणबद्ध वृद्धि देखी गई: प्रत्येक छलांग नैनोट्यूब के अगले डेलोकाइज्ड स्तर की उपस्थिति से मेल खाती है। कैथोड और एनोड के फर्मी स्तर।

नैनोट्यूब में एक स्पष्ट चुंबकत्व है: विद्युत चालकता चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण पर दृढ़ता से निर्भर करती है। यदि नैनोट्यूब अक्ष की दिशा में एक बाहरी क्षेत्र लागू किया जाता है, तो विद्युत चालकता में ध्यान देने योग्य दोलन देखे जाते हैं; यदि क्षेत्र को NT अक्ष के लंबवत लगाया जाता है, तो इसकी वृद्धि देखी जाती है।

4.6 एलईडी

MWNTs का एक अन्य अनुप्रयोग कार्बनिक पदार्थों पर आधारित LED का निर्माण है। इस मामले में, उनकी तैयारी के लिए निम्नलिखित विधि का उपयोग किया गया था: एनटी पाउडर को टोल्यूनि में कार्बनिक तत्वों के साथ मिलाया गया और अल्ट्रासाउंड के साथ विकिरणित किया गया, फिर समाधान को 48 घंटों के लिए व्यवस्थित होने दिया गया। घटकों की प्रारंभिक मात्रा के आधार पर, NT के विभिन्न द्रव्यमान अंश प्राप्त किए गए थे। एल ई डी के निर्माण के लिए, समाधान के ऊपरी हिस्से को हटा दिया गया और सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा एक ग्लास सब्सट्रेट पर जमा किया गया, जिसके बाद पॉलिमर परतों पर एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोड का छिड़काव किया गया। परिणामी उपकरणों का अध्ययन इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन द्वारा किया गया था, जिससे स्पेक्ट्रम के अवरक्त क्षेत्र (600-700 एनएम) में उनके विकिरण के शिखर का पता चला।

निष्कर्ष

वर्तमान में, कार्बन नैनोट्यूब नैनोमीटर के आकार के उपकरणों को उनके आधार पर बनाने की संभावना के कारण बहुत अधिक ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। इस क्षेत्र में कई अध्ययनों के बावजूद, वांछित मापदंडों और गुणों के साथ नैनोट्यूब के उत्पादन के सटीक नियंत्रण की असंभवता के कारण, ऐसे उपकरणों के बड़े पैमाने पर उत्पादन का मुद्दा खुला रहता है।

हालांकि, निकट भविष्य में, नैनोट्रांसिस्टर्स पर आधारित माइक्रोप्रोसेसरों और चिप्स के निर्माण की संभावना के कारण इस क्षेत्र में तेजी से विकास की उम्मीद करनी चाहिए और इसके परिणामस्वरूप, कंप्यूटर प्रौद्योगिकी में विशेषज्ञता वाले निगमों द्वारा इस क्षेत्र में निवेश किया जाना चाहिए।

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और अन्य समान संरचनाएं जिन्हें सामान्य शब्द द्वारा बुलाया जा सकता है कार्बन फ्रेम संरचनाएं. यह क्या है?

कार्बन फ्रेम संरचनाएं बड़ी (और कभी-कभी विशाल!) अणु होती हैं जिनमें विशेष रूप से कार्बन परमाणु होते हैं। कोई यह भी कह सकता है कि कार्बन फ्रेमवर्क संरचनाएं कार्बन का एक नया एलोट्रोपिक रूप है (लंबे समय से ज्ञात लोगों के अलावा: हीरा और ग्रेफाइट)। इन अणुओं की मुख्य विशेषता उनका कंकाल रूप है: वे "खोल" के अंदर बंद, खाली जैसे दिखते हैं। कार्बन फ्रेम संरचनाओं में सबसे प्रसिद्ध सी 60 फुलरीन है, जिसकी बिल्कुल अप्रत्याशित खोज 1985 में इस क्षेत्र में अनुसंधान में उछाल आई (1996 के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार फुलरीन के खोजकर्ताओं रॉबर्ट कर्ल, हेरोल्ड को दिया गया था) क्रोटो और रिचर्ड स्माली)। 1980 के दशक के अंत और 1990 के दशक की शुरुआत में, मैक्रोस्कोपिक मात्रा में फुलरीन प्राप्त करने की तकनीक विकसित होने के बाद, कई अन्य, हल्के और भारी फुलरीन दोनों की खोज की गई: सी 20 से शुरू (फुलरीन का सबसे छोटा संभव) और सी 70 तक, सी 82 , सी 96, और ऊपर।

हालाँकि, कार्बन फ्रेमवर्क संरचनाओं की विविधता वहाँ समाप्त नहीं होती है। 1991 में, फिर से अप्रत्याशित रूप से, लंबे, बेलनाकार कार्बन संरचनाओं की खोज की गई, जिन्हें नैनोट्यूब कहा जाता है। नेत्रहीन, ऐसे नैनोट्यूब की संरचना की कल्पना इस प्रकार की जा सकती है: हम एक ग्रेफाइट विमान लेते हैं, उसमें से एक पट्टी काटते हैं और इसे एक सिलेंडर में "गोंद" करते हैं (सावधानी का एक शब्द: ग्रेफाइट विमान का यह तह सिर्फ एक तरीका है एक नैनोट्यूब की संरचना की कल्पना करें; वास्तव में, नैनोट्यूब काफी अलग तरह से विकसित होते हैं)। ऐसा लगता है कि यह आसान है - आप एक ग्रेफाइट विमान लेते हैं और इसे एक सिलेंडर में बदल देते हैं! - हालाँकि, नैनोट्यूब की प्रायोगिक खोज से पहले, किसी भी सिद्धांतकार ने उनकी भविष्यवाणी नहीं की थी! तो वैज्ञानिक केवल उनका अध्ययन कर सकते थे - और आश्चर्यचकित हो जाओ!

और बहुत सारे आश्चर्य थे। सबसे पहले, आकार की विविधता: नैनोट्यूब बड़े और छोटे, एकल-परत और बहु-परत, सीधे और सर्पिल हो सकते हैं। दूसरे, स्पष्ट नाजुकता और यहां तक ​​कि नाजुकता के बावजूद, नैनोट्यूब तनाव और झुकने दोनों में एक अत्यंत मजबूत सामग्री बन गए। इसके अलावा, महत्वपूर्ण से अधिक यांत्रिक तनाव की कार्रवाई के तहत, नैनोट्यूब भी असाधारण व्यवहार करते हैं: वे "फाड़" या "ब्रेक" नहीं करते हैं, लेकिन बस पुनर्व्यवस्थित करते हैं! इसके अलावा, नैनोट्यूब सबसे अप्रत्याशित विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल गुणों के पूरे स्पेक्ट्रम को प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट तल की विशिष्ट तह योजना के आधार पर, नैनोट्यूब कंडक्टर और अर्धचालक दोनों हो सकते हैं! क्या इतनी सरल रासायनिक संरचना वाली कोई अन्य सामग्री नैनोट्यूब के कम से कम कुछ गुणों का दावा कर सकती है ?!

अंत में, नैनोट्यूब के लिए पहले से तैयार किए गए अनुप्रयोगों की विविधता हड़ताली है। पहली चीज जो खुद को बताती है वह है नैनोट्यूब का उपयोग बहुत मजबूत सूक्ष्म छड़ और धागे के रूप में। जैसा कि प्रयोगों और संख्यात्मक सिमुलेशन के परिणाम दिखाते हैं, सिंगल-लेयर नैनोट्यूब का यंग मापांक 1-5 टीपीए के क्रम के मूल्यों तक पहुंचता है, जो कि स्टील की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम है! सच है, वर्तमान में, नैनोट्यूब की अधिकतम लंबाई दसियों और सैकड़ों माइक्रोन है - जो निश्चित रूप से, परमाणु पैमाने पर बहुत बड़ी है, लेकिन रोजमर्रा के उपयोग के लिए बहुत छोटी है। हालांकि, प्रयोगशाला में प्राप्त नैनोट्यूब की लंबाई धीरे-धीरे बढ़ रही है - अब वैज्ञानिक पहले से ही मिलीमीटर सीमा के करीब आ चुके हैं: देखें [जेड। पैन एट अल, 1998], जो 2 मिमी लंबे बहुपरत नैनोट्यूब के संश्लेषण का वर्णन करता है। इसलिए, यह आशा करने का हर कारण है कि निकट भविष्य में, वैज्ञानिक सीखेंगे कि नैनोट्यूब कैसे विकसित किए जाते हैं जो सेंटीमीटर और यहां तक ​​कि मीटर लंबे होते हैं! बेशक, यह भविष्य की प्रौद्योगिकियों को बहुत प्रभावित करेगा: आखिरकार, एक "केबल" मानव बाल जितना मोटा, सैकड़ों किलोग्राम भार रखने में सक्षम, अनगिनत अनुप्रयोग पाएंगे।

एक अन्य उदाहरण, जब एक नैनोट्यूब एक भौतिक उपकरण का एक हिस्सा होता है, तो वह स्कैनिंग टनलिंग या परमाणु बल माइक्रोस्कोप की नोक पर "माउंटिंग" होता है। आमतौर पर ऐसा बिंदु एक तेज नुकीली टंगस्टन सुई होती है, लेकिन परमाणु मानकों के अनुसार इस तरह की धार अभी भी काफी खुरदरी है। दूसरी ओर, एक नैनोट्यूब, कई परमाणुओं के क्रम के व्यास के साथ एक आदर्श सुई है। एक निश्चित वोल्टेज लागू करके, सब्सट्रेट पर स्थित परमाणुओं और पूरे अणुओं को सीधे सुई के नीचे उठाना संभव है, और उन्हें एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करना संभव है।

नैनोट्यूब के असामान्य विद्युत गुण उन्हें नैनोइलेक्ट्रॉनिक की मुख्य सामग्रियों में से एक बना देंगे। एकल नैनोट्यूब पर आधारित क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के प्रोटोटाइप पहले ही बनाए जा चुके हैं: कई वोल्ट के अवरुद्ध वोल्टेज को लागू करके, वैज्ञानिकों ने एकल-परत नैनोट्यूब की चालकता को परिमाण के 5 आदेशों से बदलना सीख लिया है!

नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स में एक अन्य अनुप्रयोग अर्धचालक हेटरोस्ट्रक्चर का निर्माण है, अर्थात। धातु/अर्धचालक संरचनाएं या दो अलग-अलग अर्धचालकों का जंक्शन। अब, इस तरह के हेटरोस्ट्रक्चर के निर्माण के लिए, दो सामग्रियों को अलग-अलग विकसित करने और फिर उन्हें एक साथ "वेल्ड" करने की आवश्यकता नहीं होगी। इसके विकास के दौरान नैनोट्यूब में एक संरचनात्मक दोष पैदा करना आवश्यक है (अर्थात्, कार्बन हेक्सागोन्स में से एक को पेंटागन के साथ बदलने के लिए)। तब नैनोट्यूब का एक हिस्सा धात्विक होगा, और दूसरा हिस्सा सेमीकंडक्टर होगा!

कंप्यूटर उद्योग में नैनोट्यूब के कई अनुप्रयोग पहले ही विकसित किए जा चुके हैं। उदाहरण के लिए, नैनोट्यूब के मैट्रिक्स पर आधारित पतले फ्लैट डिस्प्ले के प्रोटोटाइप बनाए और परीक्षण किए गए हैं। नैनोट्यूब के एक छोर पर लगाए गए वोल्टेज की क्रिया के तहत, दूसरे छोर से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होने लगते हैं, जो फॉस्फोरसेंट स्क्रीन पर गिरते हैं और पिक्सेल चमकते हैं। परिणामी छवि अनाज काल्पनिक रूप से छोटा होगा: एक माइक्रोन के आदेश पर!

एक ही परमाणु सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके, -Al 2 O 3 सब्सट्रेट पर पड़े टाइटेनियम परमाणुओं से युक्त मैट्रिक्स से जानकारी रिकॉर्ड करना और पढ़ना संभव है। इस विचार को प्रयोगात्मक रूप से भी महसूस किया गया है: प्राप्त सूचना रिकॉर्डिंग घनत्व 250 Gbit/cm 2 था। हालांकि, इन दोनों उदाहरणों में, बड़े पैमाने पर आवेदन अभी भी दूर है - ऐसे विज्ञान-गहन नवाचार बहुत महंगे हैं। इसलिए, यहां सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक इन विचारों को लागू करने के लिए एक सस्ता तरीका विकसित करना है।

नैनोट्यूब (और सामान्य रूप से कार्बन फ्रेमवर्क संरचनाओं) के अंदर की रिक्तियों ने भी वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित किया है। दरअसल, अगर फुलरीन के अंदर किसी पदार्थ का परमाणु रखा जाए तो क्या होगा? प्रयोगों से पता चला है कि विभिन्न धातुओं के परमाणुओं के अंतर्संबंध (यानी सम्मिलन) फुलरीन के विद्युत गुणों को बदल देते हैं और यहां तक ​​कि एक इन्सुलेटर को एक सुपरकंडक्टर में भी बदल सकते हैं! क्या नैनोट्यूब के गुणों को उसी तरह बदलना संभव है? यह हाँ निकला। काम में [के.हिराहारा एट अल, 2000], वैज्ञानिक एक नैनोट्यूब के अंदर पहले से ही एम्बेडेड गैडोलीनियम परमाणुओं के साथ फुलरीन की एक पूरी श्रृंखला रखने में सक्षम थे! इस तरह की असामान्य संरचना के विद्युत गुण एक साधारण, खोखले नैनोट्यूब के गुणों और अंदर खाली फुलरीन के साथ एक नैनोट्यूब के गुणों से बहुत अलग थे। जैसा कि यह पता चला है, धातु परमाणु द्वारा जनता को दिया गया वैलेंस इलेक्ट्रॉन, बहुत मायने रखता है! वैसे, यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि ऐसे यौगिकों के लिए विशेष रासायनिक पदनाम विकसित किए गए हैं। ऊपर वर्णित संरचना इस प्रकार लिखी गई है [ईमेल संरक्षित] 60 @SWNT, जिसका अर्थ है "एक दीवार नैनोट्यूब (सिंगल वॉल नैनोट्यूब) के अंदर सी 60 के अंदर जीडी"।

नैनोट्यूब में न केवल परमाणुओं और अणुओं को "ड्राइव" करना संभव है, बल्कि शाब्दिक रूप से उनमें "डालना" भी है। जैसा कि प्रयोगों से पता चला है, एक खुले नैनोट्यूब में केशिका गुण होते हैं, अर्थात यह पदार्थ को अपने में खींच लेता है, जैसा कि वह था। इस प्रकार, नैनोट्यूब का उपयोग रासायनिक या जैविक रूप से सक्रिय पदार्थों के परिवहन के लिए सूक्ष्म कंटेनरों के रूप में किया जा सकता है: प्रोटीन, जहरीली गैसें, ईंधन घटक और यहां तक ​​कि पिघली हुई धातुएं। एक बार नैनोट्यूब के अंदर, परमाणु या अणु अब बाहर नहीं निकल सकते: नैनोट्यूब के सिरे सुरक्षित रूप से "सील" होते हैं, और अधिकांश परमाणुओं के लिए सुगंधित कार्बन रिंग बहुत संकीर्ण होती है। इस रूप में, सक्रिय परमाणुओं या अणुओं को सुरक्षित रूप से ले जाया जा सकता है। एक बार गंतव्य पर, नैनोट्यूब एक छोर से खुलते हैं (और नैनोट्यूब के सिरों को "सोल्डरिंग" और "अनसोल्डरिंग" के संचालन पहले से ही आधुनिक तकनीक की शक्ति के भीतर हैं) और उनकी सामग्री को कड़ाई से परिभाषित खुराक में जारी करते हैं। यह कोई कल्पना नहीं है, दुनिया भर की कई प्रयोगशालाओं में इस तरह के प्रयोग पहले से ही किए जा रहे हैं। और यह संभव है कि 10-20 वर्षों में, इस तकनीक का उपयोग बीमारियों के इलाज के लिए किया जाएगा: उदाहरण के लिए, एक मरीज को पहले से तैयार नैनोट्यूब के साथ बहुत सक्रिय एंजाइमों के साथ रक्त में इंजेक्ट किया जाता है, इन नैनोट्यूब को एक निश्चित स्थान पर इकट्ठा किया जाता है। कुछ सूक्ष्म तंत्रों द्वारा शरीर और एक निश्चित समय पर "खोला"। आधुनिक तकनीक कार्यान्वयन के लिए लगभग तैयार है...

रेडियल टायर से ज्यादा मजबूत? सभी संकेत हैं कि टायर उद्योग में ट्यूबल कार्बन नैनोट्यूब का आगमन 1990 के दशक में सिलिकॉन के आगमन से भी अधिक क्रांति लाएगा, युद्ध के बाद रेडियल टायर की खोज की तुलना में। यहां तक ​​कि एक नैनोमीटर (मीटर का 1 अरबवां) के व्यास के साथ इन आश्चर्यजनक छोटी ट्यूबों की एक छोटी संख्या, एक (!) कार्बन परमाणु जितनी पतली दीवारें, किसी भी रबर के प्रदर्शन में सुधार कर सकती हैं।अविश्वसनीय पैमाने पर। साइबेरिया के बहुत दिल में पैदा हुए इस आविष्कार का इतिहास भव्य और मूल दोनों है।

1945 में इतिहास में पहली बार परमाणु बम का इस्तेमाल किया गया था। तब लोगों को पता चला कि पदार्थ विशाल ऊर्जा का भंडार है। उस समय मुख्य कठिनाई थी -उचित ऊर्जा निष्कर्षण। परमाणु स्तर पर कार्बन नैनोट्यूब के साथ काम करने की आवश्यकता है जो उन्हें उनकी विशेषताओं में असामान्य और संश्लेषित करने में मुश्किल दोनों बनाती है।

मूर्खों की तरह मरना नहीं...

इस तरह की उन्नत तकनीकों को न्यूनतम ज्ञान के साथ देखना शुरू करना एक गारंटी है कि आप इस अध्ययन में कुछ भी नहीं समझेंगे, भले ही आपको लगता है कि आप जानते हैं कि कार्बन क्या है। शायद 500,000 साल से भी पहले, हमारे पूर्वजों ने इसे लकड़ी का कोयला पर गर्म करने या खाना पकाने के लिए इस्तेमाल करना शुरू कर दिया था। लगभग 3 शताब्दी पूर्व, कोयले (पत्थर) और भाप इंजन के उपयोग की शुरुआत ने उद्योग के युग की शुरुआत को चिह्नित किया। हालाँकि, कार्बन के इतिहास में इस प्रागैतिहासिक काल का आधुनिक नैनोकैमिस्ट्री से कोई लेना-देना नहीं है ...

व्यापक अर्थ में, पृथ्वी पर उगने और रहने वाली हर चीज कार्बन पर निर्भर करती है। और एक व्यक्ति जो 65% पानी, 3% नाइट्रोजन, 18% कार्बन और 10% हाइड्रोजन है, इसका एक आदर्श उदाहरण है। प्रकृति में, कार्बन और हाइड्रोजन के संयोजन से एक लाख से अधिक यौगिक हैं, और हमें यह नहीं भूलना चाहिए कि कोयले के बाद, हमारे लिए ऊर्जा का मुख्य स्रोत हाइड्रोकार्बन है: सामान्य तौर पर, अपूरणीय कार्बन के बिना करना इतना आसान नहीं है .

अपनी प्राकृतिक अवस्था में, इसके केवल दो क्रिस्टलीय और बहुत भिन्न रूप हैं: हीरा और ग्रेफाइट। पहला एक प्रतिष्ठित, अत्यंत दुर्लभ और कठोर सामग्री है, दूसरा स्पर्श करने के लिए चिकना है, बहुत कम विशिष्ट प्रकार का कार्बन, प्रति वर्ष लगभग डेढ़ मिलियन टन की मात्रा में खनन किया जाता है। कम ही लोग जानते हैं कि एक हीरा समय के साथ (बहुत लंबी अवधि!)ग्रेफाइट में टूट जाता है, जो अंततः कार्बन का सबसे स्थिर रूप है। हम इस काले या भूरे रंग के खनिज से अच्छी तरह परिचित हैं, यह याद रखने योग्य है, उदाहरण के लिए, चीनी स्याही या पेंसिल लेड। आज, अन्य बातों के अलावा, ग्रेफाइट परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की सुरक्षा सुनिश्चित करने में मदद करता है, और हमें लाखों इलेक्ट्रिक बैटरी भी देता है। यह वह है जो कार्बन परमाणुओं से सभी प्रकार की संरचनाओं का निर्विवाद पूर्वज है, जिसे मनुष्य बाद में बनाएगा।

माइक्रोमीटर से...

ग्रेफाइट के इस तरह के उपयोगी स्नेहन गुण, इसकी संरचना में कार्बन "यारो" या "हजार-परत" जैसा दिखते हैं, आसानी से परतें एक दूसरे के ऊपर स्लाइड करती हैं। ये सपाट और बेहद पतली परतें अपने आकार में "हनीकॉम्ब्स" से मिलती-जुलती हैं, जिसमें निकटवर्ती हेक्सागोनल रिंग्स होते हैं, जिनमें से प्रत्येक के ऊपर एक कार्बन परमाणु होता है जो अपने तीन पड़ोसियों से जुड़ा होता है। एक परमाणु मोटी भी परतें होती हैं! इस तरह की एक विशेष संरचना कार्बन परमाणुओं तक पहुंच (सब कुछ सापेक्ष है!) की सुविधा प्रदान करती है। ग्रेफाइट की विशाल क्षमता को लंबे समय से जाना जाता है, लेकिन ग्रेफाइट के सभी सकारात्मक गुणों का उपयोग परमाणु स्तर पर ग्रेफाइट के साथ काम करते समय उत्पन्न होने वाली कई समस्याओं से बाधित होता है। पहला नुकसान यह है कि नए शक्तिशाली उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के आगमन के बाद ही ऐसी संरचनाओं को स्पष्ट रूप से देखना संभव होगा।

प्रारंभ में, रसायनज्ञ कार्बन को उस सहजता के प्रिज्म के माध्यम से देखते थे जिसके साथ यह फाइबर में बदल जाता है। लंबे और सपाट माइक्रोक्रिस्टल को जोड़ने और उन्हें समानांतर रेखाओं के साथ संरेखित करते समय, 5-10 माइक्रोन के व्यास के साथ फाइबर को संश्लेषित करना संभव है। इन कार्बन फाइबर के 1, 3, 6, 12, 24, 48 हजार की असेंबली, जिस प्रकार के उपयोग के लिए उनका इरादा था, उसके आधार पर,
वजनहीनता के बावजूद आश्चर्यजनक रूप से मजबूत धागों को संश्लेषित करने में मदद करता है। कपड़ा उद्योग को बहाल करने के प्रयास में, जिसे युद्ध के दौरान नुकसान उठाना पड़ा था, 1959 से जापानी कार्बन फाइबर विकसित कर रहे हैं। पहला शोध केंद्र बाद में टोरे बन गया, जो अभी भी दुनिया की सबसे बड़ी कंपनियों में से एक है।

एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब के असाधारण गुणों का एक संक्षिप्त अवलोकन: प्रवाहकीय गुण तांबे से बेहतर होते हैं, जबकि वे स्टील से पांच गुना हल्के और 100 गुना मजबूत होते हैं, उनकी लंबाई उनके व्यास का एक लाख गुना होती है, और विकसित सतह का 1 ग्राम कवर होता है 2 बास्केटबॉल कोर्ट का क्षेत्र!

ये नए फाइबर पारंपरिक वस्त्रों के लिए पूरी तरह से उपयोगी नहीं थे, लेकिन उनके असाधारण यांत्रिक गुणों को देखते हुए, उन्हें सैन्य और विमानन उद्योगों द्वारा जल्दी से सराहा गया। आज, नागरिक विमानों की नवीनतम पीढ़ी 50% से अधिक कार्बन फाइबर से बनी है, और A380 इसके बिना बिल्कुल भी उड़ान भरने में सक्षम नहीं होगा... और हर जगह उस दक्षता और हल्के वजन की आवश्यकता होती है - खेल के सामान, सेलबोट्स और रेसिंग कार, प्रोस्थेटिक्स, आदि। डी। अब आप कार्बन फाइबर के बिना नहीं कर सकते।

... नैनोमीटर तक

हालांकि, हमें 1985 तक इंतजार करना पड़ा, जब मनुष्य ने कार्बन का तीसरा क्रिस्टलीय रूप बनाया, इस बार पूरी तरह से कृत्रिम, फुलरीन। पैमाने में भारी परिवर्तन होता है और असीम रूप से छोटी मात्रा की गहराई में विसर्जन शुरू होता है, फाइबर के माइक्रोन को नैनोमीटर से बदल दिया जाता है। उपसर्ग "नैनो" (ग्रीक में "नईन") का अर्थ है मीटर का 1 अरबवां। जब आप नैनोमीटर पैमाने पर परमाणुओं के साथ खेलते हैं, तो आपको माइक्रोन आयाम को 1,000 से विभाजित करना होगा! फुलरीन की खोज प्रयोगशाला में हुई, जब खगोल भौतिकविदों ने अंतरिक्ष में पाई जाने वाली लंबी कार्बन युक्त श्रृंखलाओं की उत्पत्ति की प्रकृति के बारे में प्रश्न का उत्तर खोजने की कोशिश की।

ग्रेफाइट की दो-आयामी सपाट परतों तक सीमित अणुओं के अपने ज्ञान के आधार पर, रसायनज्ञ नए 3-डी अणु बनाने में सक्षम हैं जो अभी भी 100% कार्बन हैं, लेकिन अधिक विविध और दिलचस्प आकार लेते हैं: गोले, दीर्घवृत्त, ट्यूब, छल्ले , आदि डी। इसके लिए किस निर्माण विधि का प्रयोग किया गया? बहुत विशिष्ट परिस्थितियों में लेजर पृथक के माध्यम से ग्रेफाइट डिस्क के तटस्थ वातावरण में वाष्पीकरण। यह विचार, साथ ही इसका कार्यान्वयन, हर किसी की शक्ति के भीतर होने से बहुत दूर है ... जिसे आधिकारिक तौर पर 1996 में मान्यता दी गई थी, जब रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, क्रोटो से मिलकर अन्वेषकों की एंग्लो-अमेरिकन टीम को, कर्ल (कर्ल), स्माली। और यह उचित था।

इस पीढ़ी के तरीके से प्राप्त किए गए पहले उत्पाद में मूल रूप से सॉकर बॉल का आकार था! गेंद की तरह, संरचना को 20 हेक्सागोन्स में तोड़ दिया गया था, और ग्रेफाइट की तरह, यह 12 पेंटागन से जुड़ा था। C60 नामक यह संरचना केवल 0.7 नैनोमीटर मोटी है और इसमें केवल एक नैनोमीटर का आंतरिक स्थान है, जो एक वास्तविक सॉकर बॉल से 200 मिलियन गुना छोटा है! हालांकि, यह अनुसंधान दल की एंग्लो-सैक्सन संस्कृति से जुड़ी यह विशेषता है जो उत्पाद को एक बहुत ही मूल नाम के असाइनमेंट की ओर ले जाएगी। भूगर्भीय क्षेत्रों के आविष्कारक, आर्किटेक्ट बकमिन्स्टर फुलर के सम्मान में, C60 को कुछ समय के लिए "फुटबॉलिन" कहा जाता था, फिर वह पहला बकमिनस्टरफुलरीन बन गया, और बाद में फुलरीन को कम कर दिया गया (सौभाग्य से!)

एक नवीन सामग्री के निर्माण का द्वार खुलने के बाद, प्रक्रिया शुरू हुई: कई शोध समूह फुलरीन प्राप्त करने के लिए दौड़ पड़े, इसके संश्लेषण के लिए विभिन्न तरीकों का आविष्कार किया। फुलरीन के सबसे विविध रूप दिखने लगे, पिछले वाले की तुलना में अधिक प्रभावी, गुणों के साथ-साथ वे उत्कृष्ट थे! अब यह माना जाता है कि 250,000 से अधिक प्रकार के फुलरॉन हैं (और यह अंत नहीं है!), जो किसी भी उद्योग में उपयोगी हो सकते हैं: फार्मास्यूटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन, इलेक्ट्रॉनिक्स, फोटोवोल्टिक, स्नेहक, आदि। पैसे के बाद नैनोपार्टिकल्स दुनिया में सबसे ज्यादा इस्तेमाल की जाने वाली चीजें हैं।

और फिर नैनोट्यूब और अंत में, ग्रैफेन हैं।

C60 के बाद, 70, 76, 84, 100, 200 परमाणुओं और यहां तक ​​कि 20 के "फुटबॉल" प्राप्त करना संभव था, और यह केवल शुरुआत थी। तापमान के प्रभाव के तहत, कार्बन अणुओं को विभाजित किया जाता है (किसी को केवल यह सीखना है कि यह कैसे करना है), और उनके घटक परमाणु अंतहीन रूपों में फिर से जुड़ जाते हैं, और ऐसा लगता है कि कोई भी विन्यास संभव है। बॉल्स, मेगाट्यूब, नैनोट्यूब, डिमर, पॉलिमर, नैनोऑनियन आदि, फुलरीन का विशाल परिवार लगातार बढ़ रहा है, लेकिन छोटे नैनोट्यूब आज भी गंभीर औद्योगिक विकास की मुख्य आशा बने हुए हैं।

यदि 1959 और 1985 को आम तौर पर कार्बन फाइबर और फुलरीन के जन्म के लिए स्वीकृत तारीखें हैं, तो नैनोट्यूब 1991 और 1993 के बीच कहीं दिखाई दिए। 1991 में, फुलरीन के संश्लेषण में अपने शोध के दौरान जापानी अग्रणी सुमियो इजिमा (एनईसी) ने पहली बहुपरत नैनोट्यूब प्राप्त की, जिसमें ग्रैफेन परतों की संख्या 2 से 50 तक थी। उन्होंने 1993 में उन्हें फिर से प्राप्त किया, लेकिन अब वे हैं एक दीवार के साथ नैनोट्यूब, और एक ही समय में डोनाल्ड एस। बेथ्यून, आईबीएम (डोनाल्ड एस। बेथ्यून), प्रत्येक अपने तरीके से।

कार्बन के आधुनिक इतिहास में इस स्तर पर, एक सामग्री दिखाई देती है जो एक एकल दीवार नैनोट्यूब (एकल दीवार), यानी ग्रेफीन की दीवारें बनाती है। यह प्रसिद्ध द्वि-आयामी क्रिस्टल है, जिसमें छत्ते के रूप में एक सपाट परत होती है और केवल एक परमाणु मोटा होता है, जिसकी परत ग्रेफाइट बनाती है। वास्तव में, जो सरल लग रहा था, उसकी प्राकृतिक उत्पत्ति को देखते हुए, वह नहीं था, इसलिए हमें 2004 का इंतजार करना पड़ा, जब डचमैन आंद्रे गीम इस कालीन (या बल्कि एक ग्रिड?) को एक मूल तरीके से मोटा एक परमाणु अलग करने में सक्षम थे। उन्होंने पदार्थ की परत को परत दर परत छीलने के लिए डक्ट टेप का उपयोग किया जब तक कि एक परत 1 परमाणु मोटी न हो जाए। बेशक, ग्रैफेन प्राप्त करने के अन्य तरीकों की भी खोज की गई थी, लेकिन इसके लिए गीम ने 2010 में नोबेल को रूसी मूल के एक ब्रिटान कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव के साथ साझा किया, जो उनके जैसे यूके में काम करते थे।

पारंपरिक दृष्टिकोण से, भविष्य में, ग्राफीन हमारे जीवन में क्रांति लाएगा। कुछ के अनुसार, यह एक तकनीकी उथल-पुथल है जो कांस्य युग से लौह युग में संक्रमण के दायरे में तुलनीय है! ग्राफीन, जो लचीला और लोचदार दोनों है, तांबे की तुलना में बिजली का बेहतर संचालन करता है। रंगहीन ग्रेफीन स्टील की तुलना में 6 गुना हल्का होता है, और 100 या 300 गुना अधिक मजबूत भी होता है। यह अनोखा सब कुछ कर सकता है: अपने आकार के बावजूद, वह लगभग हर चीज को मजबूत कर सकता है। यह एक बाल से 1 लाख गुना पतला होता है -ग्रैफेन की 3 मिलियन परतें एक साथ खड़ी होती हैं, 1 मिमी से अधिक मोटी नहीं होती हैं। हालांकि, यूरोप से शुरू होने वाला पूरा ग्रह, यह जानने के लिए अरबों खर्च कर रहा है कि सस्ती कीमतों पर ऐसी परतों को सही आकार में कैसे संश्लेषित किया जाए। दुर्भाग्य से, हर कोई अभी तक इसे हासिल करने में कामयाब नहीं हुआ है!

एकल दीवार नैनोट्यूब

इस बीच, ग्रैफेन के सीरियल संश्लेषण का प्रक्षेपण स्थापित नहीं किया गया है, ग्रैफेन से बने दीवारों के साथ फुलरीन का एक और रूप गति प्राप्त करना शुरू कर दिया है: एक नैनोट्यूब। प्रारंभ में, Iijima (Iijima) ने इसे दो ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड का उपयोग करके प्राप्त किया: जब एक विद्युत प्रवाह 6000 ° C का प्लाज्मा बनाता है: एनोड (+) वाष्पित हो जाता है, और कैथोड (-), यानी नैनोट्यूब पर एक काला अवक्षेप बनता है। "चाप डिस्चार्ज प्लाज्मा में स्पटरिंग" की इस पद्धति के अलावा, अन्य भी हैं: उच्च और मध्यम तापमान पर, गैसीय अवस्था में। परिणाम अलग हैं, हालांकि, उनकी रिहाई के तुरंत बाद, कार्बन परमाणु तुरंत फिर से जुड़ना शुरू कर देते हैं, विचित्र आकार बनाते हैं। इस प्रकार, अधिकांश संश्लेषित नैनोट्यूब, फुलरीन परिवार के उत्तराधिकारी के रूप में, एक या दो अर्धगोलाकार टोपियों के साथ सिरों पर "बंद" होते हैं। इन "फुटबॉल हाफ" को ट्यूब के दोनों सिरों को खोलने और इसे और भी दिलचस्प बनाने के लिए इसे अन्य उत्पादों से भरने के लिए रखा या हटाया जा सकता है।

मल्टीवॉल्ड नैनोट्यूब (मेगावाट, मल्टीवॉल) उनकी संरचना में रूसी घोंसले के शिकार गुड़िया जैसा दिखता है: घटते व्यास वाले कई ट्यूब, एक दूसरे में मुड़े हुए, या एक परत स्क्रॉल की तरह अपने आप को घुमाती है। 5 या 7 पक्षों के साथ सेलुलर या अन्य संरचनाओं में अंतराल, छेद भी होते हैं, और कभी-कभी अशुद्धियाँ, धातु उत्प्रेरक से जमा होती हैं, जो इस ऑपरेशन में अपरिहार्य हैं: फिर, ऐसे नैनोट्यूब का उपयोग करने से पहले, उन्हें शुद्ध या बहाल करने की आवश्यकता होती है। सिंगल वॉल (SW, सिंगल वॉल) में एक बहुत अलग संरचना (सर्पिल या नहीं) भी हो सकती है, जो उन्हें यांत्रिक या विद्युत विशेषताओं के संदर्भ में एक बड़ा लाभ देती है और उन्हें एक कंडक्टर या अर्धचालक आदि के गुण देती है।

नैनोट्यूब संश्लेषण की विधि में महारत हासिल करना एक लंबी और शांत नदी के साथ की यात्रा नहीं है, बल्कि एक अत्यंत जटिल प्रक्रिया है, जिसमें उच्च स्तर की लागत पर बहुत कम मात्रा में सामग्री के साथ काम करना शामिल है। अभी भी काफी कठिनाइयां हैं, और उनके आसपास जाना अभी भी बहुत मुश्किल है। यह 2013 में सामने आया था, जब रासायनिक विशाल बेयर ने लीवरकुसेन में अपना संयंत्र खोलने के ठीक तीन साल बाद बंद करके बहुत सारा पैसा खो दिया था। साल में 200 टन नैनोट्यूब का संश्लेषण। ऐसा लगता है कि यह निर्णय तकनीकी (कार्बन फाइबर और केवलर अभी भी रैंक में हैं) और वाणिज्यिक प्रतिस्पर्धा के साथ-साथ इसकी मात्रा और विकास दर दोनों के संदर्भ में मांग के पुनर्मूल्यांकन से प्रेरित था।

OCSiAl, सिलिकॉन ताइगा का बच्चा

कई रचनाकारों के साथ कई महान आधुनिक आविष्कारों की तरह, नैनोट्यूब की खोज केवल इजिमा और बेथ्यून के कारण नहीं है। कई टीमों ने इस मुद्दे पर काम किया, कभी-कभी वे एक-दूसरे से परिचित भी नहीं होते थे और विभिन्न तरीकों का इस्तेमाल करते थे। मुद्दे के इतिहास का अधिक सावधानीपूर्वक अध्ययन इंगित करता है कि 1952 में, सोवियत वैज्ञानिक रादुशकेविच और लुक्यानोविच पहले से ही 50 नैनोमीटर मापने वाली ट्यूबों पर शोध कर रहे थे, और 1976 में ओबेरलिन, एंडो और कोयामा ने खोखले फाइबर और एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एकल दीवार) का अध्ययन किया। नैनो कार्बन ट्यूब, संक्षिप्त SWCNT)। 1981 में, सोवियत वैज्ञानिकों ने 0.6 से 6 एनएम की सीमा में कर्लिंग ग्राफीन, एकल-दीवार वाली ट्यूबों की एक छवि प्राप्त की।

शीत युद्ध और औद्योगिक रहस्यों के संरक्षण ने नैनोट्यूब के बारे में जानकारी के प्रसार को धीमा कर दिया, जो साइबेरिया के केंद्र में नोवोसिबिर्स्क से 20 किमी दूर एक शोध शहर, अकाडेमगोरोडोक में स्थित रूसी कंपनी OCSiAl के विश्व बाजार में उपस्थिति की व्याख्या करता है। इसकी कल्पना और निर्माण 1957 में भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, शिक्षाविद लावेरेंटिव द्वारा किया गया था। निकिता ख्रुश्चेव ने सोवियत विज्ञान के अभिजात वर्ग के जीवन और कार्य के लिए सर्वोत्तम परिस्थितियों के निर्माण का संरक्षण किया। यूएसएसआर के पतन के कारण छोड़ दिया गया, अकादेमोरोडोक को बाद में एक नए, अधिक आधुनिक और पूंजीवादी रूप में पुनर्जीवित किया गया। 60,000 निवासियों का यह शहर आज विश्व स्तरीय स्टार्टअप का घर है। 2006 में, इसमें एक नया टेक्नोपार्क बनाया गया था। गतिशीलता, रचनात्मकता और उन्नत उद्यमों की एक उच्च एकाग्रता हमें अकाडेमगोरोडोक को "सिलिकॉन टैगा" कहने की अनुमति देती है - कैलिफोर्निया की सिलिकॉन वैली के अनुरूप ...

OCSiAl नाम मुख्य तत्वों के रासायनिक प्रतीकों पर एक संकेत है जिसके साथ कंपनी काम करती है: O - ऑक्सीजन, C6 - कार्बन इसकी परमाणु संख्या 6, Si - सिलिकॉन, अल - एल्यूमीनियम के साथ।

थ्री मस्किटियर OCSiAl

परंपरा के अनुसार, OCSiAl के संस्थापकों में से चार मस्किटियर थे! भले ही आधिकारिक तौर पर मिखाइल प्रेडटेकेंस्की केवल एक वरिष्ठ उपाध्यक्ष हैं, संश्लेषण प्रौद्योगिकी के लेखक हैं, फिर भी वह कंपनी में एक प्रमुख व्यक्ति और भविष्य के व्यक्ति हैं। यह वैज्ञानिक और आविष्कारक थे जो एक "प्लाज्मा-रसायन" रिएक्टर को अंतिम रूप देने में सक्षम थे, जो बड़ी मात्रा में उच्चतम गुणवत्ता के एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब को संश्लेषित करने में सक्षम थे, और इसलिए, बाजार की कीमतों पर, जिसे अभी तक कोई भी सक्षम नहीं कर पाया है। करना। यह वैज्ञानिक, सबसे उन्नत तकनीक का वाहक, तीन अन्य सह-संस्थापकों, फाइनेंसरों और समान उच्च स्तर के प्रबंधकों से जुड़ा था: यूरी इगोरविच कोरोपाचिंस्की, ओलेग इगोरविच किरिलोव और अब इज़राइल में रह रहे हैंयूरी ज़ेलवेन्स्की। वे विश्व बाजार की क्षमता की पहचान करने में सक्षम थे (अनुमानित 3 बिलियन डॉलर!) प्रति वर्ष एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब का।

ग्राफट्रॉन 1.0 2014 में प्रचलन में लाया गया था। और 2016 में, कंपनी के कर्मचारियों में पहले से ही 260 लोग थे, जिनमें से 100 लोग अकादेमोरोडोक की प्रयोगशालाओं में काम करने वाले उच्चतम स्तर के वैज्ञानिक हैं। कंपनी के बाकी कर्मचारी इंजीनियर और व्यापारी हैं जो दुनिया भर में TUBALL ट्रेडमार्क के तहत ब्रांडेड नैनोट्यूब बेचते हैं। प्रारंभ में, सभी प्रमुख बाजारों में प्रवेश करने के लिए कोलंबस, इंचियोन, मुंबई, शेनझेन, हांगकांग, मॉस्को में कार्यालय खोले गए थे। कंपनी का मुख्यालय लक्जमबर्ग में स्थित है। टीम में विभिन्न प्रकार के प्रोफाइल के विशेषज्ञ शामिल हैं, क्योंकि बड़ी संख्या में उद्योग (और बहुत विविध) हैं जिनके उत्पाद ट्यूबल को "उत्तेजित" कर सकते हैं। TUBALL का उपयोग करने के लिए तकनीकी और वाणिज्यिक विशेषज्ञ गुणवत्ता और संभावनाओं की विस्तृत श्रृंखला में आश्वस्त हैं। मार्केटिंग OCSiAl उनके लिए काफी उच्च लक्ष्य बार निर्धारित करता है। 2017 में, प्रति वर्ष 50 टन को संश्लेषित करने में सक्षम दूसरा रिएक्टर लॉन्च करने की योजना है। 2020 में 800 टन और 2022 में 3,000 टन के आधार पर अल्पकालिक अनुमान घातीय हैं।

और अगर 2018 से पहले दो ग्रैफेट्रॉन एकेडेमगोरोडोक में 60 टन का संश्लेषण करना शुरू करते हैं, तो तीसरे को, सिद्धांत रूप में, यूरोप और उसके मुख्य बाजारों के करीब दिखाई देना चाहिए। और चूंकि बुनियादी विनिर्देश "बहुत सारी ऊर्जा और गैस" के लिए कहते हैं, भविष्य के स्थान के बारे में पहले से ही दांव लगाया जा रहा है: लक्ज़मबर्ग में क्यों नहीं, क्योंकि कंपनी का मुख्यालय यहां है?

स्पष्ट श्रेष्ठता

कोई भी इस तरह के पूर्वानुमानों को बहुत आशावादी मान सकता है और पाइप में उड़ने से डर सकता है, जैसा कि बायर के साथ हुआ था, लेकिन लक्ज़मबर्ग में कोई भी इससे नहीं डरता है - ट्यूबल एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब बहुपरत नैनोट्यूब के लिए अपनी विशेषताओं में इतने बेहतर हैं। क्रिस्टोफ सियारा, मार्केटिंग और सेल्स के निदेशक, ऑक्सियल यूरोप, और जीन-निकोलस हेल्ट, लीड डेवलपमेंट एंड कस्टमर सपोर्ट, इलास्टोमर्स, ओसीएसआईएल यूरोप, के बारे में आश्वस्त हैं। आप क्रिस्टोफ़ सियारा के नाम से नहीं बता सकते कि वह जर्मन है। क्रिस्टोफ एक वकील के रूप में शिक्षित थे। 1983 से फ्रांस में रहते हुए, एक अत्याधुनिक उद्योग से दूसरे उद्योग में करियर परिवर्तन ने उन्हें समझ के साथ सबसे जटिल तकनीकों में महारत हासिल करने का अनुभव दिया है। जब क्रिस्टोफ़ सियारा नैनोट्यूब के बारे में बात करते हैं, तो उन्हें एक वास्तविक रसायनज्ञ के लिए गलत समझा जा सकता है। इंजीनियर जीन-निकोलस एल्ट फ्रांस से हैं। उन्होंने नैन्सी विश्वविद्यालय से पर्यावरण भौतिकी में स्नातक किया, फिर ऑरलियन्स के ईएसईएम से। अपनी उत्कृष्ट शिक्षा के लिए धन्यवाद, वह लक्ज़मबर्ग में गुडइयर में शामिल होने में सक्षम था। 17 वर्षों के दौरान, उन्होंने भारी ट्रकों और यात्री कारों के लिए टायर उद्योग में कई प्रमुख उपलब्धियां हासिल की हैं। 2015 में, वह एक प्रोजेक्ट मैनेजर के रूप में OCSiAl में शामिल हुए, और उन्होंने ही कहा था कि TUBALL नैनोट्यूब टायर उद्योग के लिए कुछ मूल्यवान ला सकते हैं।

क्रिस्टोफ़ सियारा बताते हैं कि ट्यूबल सिंगल-वॉल कार्बन नैनोट्यूब की शुरुआत उद्योग के लिए एक महत्वपूर्ण सफलता है, जब उनके पूर्ववर्तियों, बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब की तुलना में। 25 से 40 एनएम के व्यास के साथ, कई मुड़ परतों से मिलकर, ये बहुपरत नैनोट्यूब प्रकृति में काफी कठोर हैं, जिसका उनके यांत्रिक गुणों पर नकारात्मक प्रभाव पड़ा है। बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब के विपरीत, ट्यूबल एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब 1.5 एनएम के क्रम में पतले होते हैं, और बहुत लंबे> 5 माइक्रोन: "वे चौड़े से 3,000 गुना लंबे होते हैं, जो इस उदाहरण से स्पष्ट हो जाता है: यह आपके बगीचे की सिंचाई है नली 100 मीटर लंबी!

इसका मतलब यह है कि इस मुद्दे का भाषाई पक्ष भी है, क्योंकि "सर्पेन्टाइन", "नूडल्स", "खोखले और लंबे कार्बन फाइबर" नाम ट्यूब की तुलना में अधिक उपयुक्त लगते हैं। लेकिन फिर भी, एक नैनोट्यूब बहुत आसान है!

अन्य पहलू जिनमें TUBALL का कोई प्रतिद्वंदी नहीं है: इसकी 1 एनएम मोटी परत बिल्कुल सम, अनाकार कार्बन है< 10 %, остаточные неорганические примеси (Fer) < 15 % заключены в капсулах, то есть не действуют. В отличие от своих конкурентов TUBALL не требует никакой очистки. Кроме того к отличительным чертам нанотрубок TUBALL можно отнести: содержание углерода >85%, बैंड अनुपात G/D (रमन स्पेक्ट्रोमेट्री)> 70, जो उत्कृष्ट चालकता की पुष्टि करता है। सभी परिणामों की पुष्टि स्वतंत्र प्रयोगशालाओं द्वारा की जाती है, जिनमें से एक इंटरटेक (मई 2014) है।

सिंथेटिक नाइट्राइल रबर हर्मेटिक सील के साथ सभी मापदंडों में अविश्वसनीय वृद्धि और महत्वपूर्ण सुधार।

सारा अंतर प्रक्रिया में है

ग्राफट्रॉन 1.0 मिखाइल प्रेडटेकेंस्की शायद उन मशीनों में से एक है जो 21 वीं सदी में क्रांति लाएगी। यह एक रिएक्टर है जो पूर्ववर्ती और सस्ते उत्प्रेरक का उपयोग करके बड़ी मात्रा में प्रसंस्करण करने में सक्षम है। यह काम किस प्रकार करता है? यह एक परम रहस्य है, जिसे बहुत अच्छी तरह से संरक्षित किया जाता है। क्रिस्टोफ़ सियारा और जीन-निकोलस हेल्ट ने हँसते हुए आश्वासन दिया कि उन्हें इस बारे में कुछ भी नहीं पता था और न ही कभी होगा। और रोजगार के लिए सभी कागजातों में सबसे पहला, जिस पर उन्होंने हस्ताक्षर किए, सभी कर्मचारियों की तरह, एक गैर-प्रकटीकरण समझौता था! "ग्राफट्रॉन 1.0 नवंबर में एक विज्ञान सम्मेलन के दौरान दिखाए जाने वाले हैं, लेकिन हम शर्त लगाते हैं कि इससे हमारा कोई भला नहीं होगा। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह उचित कीमतों पर उच्च गुणवत्ता वाले एसडब्ल्यूसीएनटी संश्लेषण के निरंतर प्रवाह की अनुमति देता है। एक अनुमान है कि ये वार्षिक 10 टन आज दुनिया के एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब के 90% संश्लेषण का प्रतिनिधित्व करते हैं। 2017 से, कंपनी 50 टन अधिक नैनोट्यूब का संश्लेषण शुरू करने की योजना बना रही है!

ट्यूबल उत्पादों के लिए कीमतें? - इसके बारे में बात करना मना है। व्यापार रहस्य। केवल अब कंपनी के ब्रोशर इसे प्रकट करते हैं: ऐसा लग रहा है कि यह सही अनुमानों से बहुत दूर है, लेकिन कम से कम यह नैनोट्यूब की अनुमानित लागत का एक विचार देता है: नोवोसिबिर्स्क से शिपिंग की लागत एक छोटे ऑर्डर वॉल्यूम के लिए $ 8 प्रति ग्राम है। , बड़े ऑर्डर के लिए $2. OCSiAl ने विनम्रतापूर्वक आश्वासन दिया कि उसने कीमत कम से कम 25 गुना कम कर दी है।

उत्पादन बढ़ाने की यह उन्मादी दौड़ TUBALL की बहुमुखी प्रतिभा के कारण है। OCSiAl न केवल कार्बन नैनोट्यूब बेचता है, बल्कि लगभग एक सार्वभौमिक योजक है जो हमारे ग्रह पर लगभग 70% उपयोगी सामग्रियों की विशेषताओं में विस्फोटक वृद्धि प्रदान कर सकता है।

बहुमुखी योजक, अविश्वसनीय प्रदर्शन

TUBALL के गुणों का उल्लेख करना लगभग विभाजन करने के समान ही है: जितना अधिक आप गहराई में गोता लगाते हैं, जो केवल एक माइक्रोस्कोप के नीचे दिखाई देता है, आप उतनी ही अधिक दक्षता की ऊंचाइयों तक पहुंचते हैं! आइए संक्षेप में देखें: इसकी थर्मल स्थिरता 1,000 ° C तक बनी रहती है, यह स्टील से 100 गुना अधिक मजबूत होती है, और इसका क्षेत्र किसी भी उचित समझ से अधिक होता है: TUBALL नैनोट्यूब की विकसित सतह का 1 ग्राम 2 बास्केटबॉल कोर्ट को कवर करता है, अर्थात, 3,000 वर्ग मीटर 2 .

यह सब एक अतिरिक्त मौलिक संपत्ति के बिना बहुत कम उपयोग होगा - इसकी फैलाने की अद्भुत क्षमता। इसकी बहुत पतली और लंबी ट्यूबों के लिए धन्यवाद, ट्यूबल कई नेटवर्क बनाता है जो अदृश्य रूप से अन्य तत्वों के साथ मिश्रित होते हैं और उन्हें मजबूत बनाते हैं। इस प्रकार, कुल वजन के 1/1,000 से 1/10,000 तक ट्यूबल की कुछ हास्यास्पद मात्रा, सामग्री की विशेषताओं को एक विस्फोटक वृद्धि देने के लिए पर्याप्त है। सिंगल वाल्ड नैनोट्यूब (एसडब्ल्यू) 21वीं सदी की कई तकनीकी सफलताओं का वास्तविक समाधान है।

1 ग्राम ट्यूबल के साथ एक छोटी बोतल, जिसे ओसीएसआईएल आगंतुक के हाथ में रखता है ताकि वह उत्पाद की बेहतर "सराहना" कर सके, 100% सफलता की गारंटी है जब वे इसकी सामग्री के बारे में विस्तार से बात करना शुरू करते हैं: 1015 टुकड़े, यानी 1,000,000,000,000,000 (एक मिलियन बिलियन) ट्यूब! यदि उन्हें एक दूसरे के अंत तक रखा जाता है, तो परिणामी लंबाई लगभग 50 मिलियन किलोमीटर होगी!

TUBALL जो कुछ भी करने में सक्षम है, OCSiAl संक्षेप में एक चित्र में कई पंखुड़ियों वाले एक सुंदर फूल के रूप में प्रस्तुत करता है। इसके गुणों, चालकता, ताकत, रासायनिक तटस्थता, पारदर्शिता आदि को चुनकर या उन्हें एक साथ जोड़कर, बड़ी संख्या में संभावित अनुप्रयोगों को खोलता है। TUBALL वास्तव में "सार्वभौमिक amp" है जिसका वह दावा करता है।

और एक प्रवाहकीय योज्य के उपयोग की सुविधा के लिए, ट्यूबल नैनोट्यूब को शायद ही कभी पाउडर के रूप में आपूर्ति की जाती है। उन्हें आवेदन के लिए बहुत अधिक सुविधाजनक विकल्पों में पेश किया जाता है: एक तरल, बहुलक, तेल, रबर, आदि के रूप में। सॉल्वैंट्स में निलंबन के रूप में भी। यह मिश्रण और फैलाव में आसानी सुनिश्चित करता है। उदाहरण के लिए, 50 ग्राम ट्यूबल नैनोट्यूब 50 किलो एपॉक्सी या पॉलिएस्टर में भंग तुरंत चालकता के साथ सामग्री प्रदान करते हैं, जो फर्श के लिए बहुत व्यावहारिक है जो रंगीन भी हो सकते हैं!

लचीलापन - सुरक्षा

रेडी-टू-यूज़ कॉन्संट्रेट का एक और फायदा है: नैनोट्यूब के साथ काम करते समय सुरक्षा सुनिश्चित करना। उनका प्राथमिक रूप और बहुत छोटा आकार उन्हें मानव शरीर की कोशिकाओं के बहुत दिल में प्रवेश करने की अनुमति देता है, इसलिए सावधानी बरतनी चाहिए, भले ही कार्बन मनुष्यों के लिए विषाक्त न हो। मैट्रिक्स में पेश किए गए नैनोट्यूब वातावरण में वाष्पित नहीं हो सकते हैं, जो उनके उपयोग को सुरक्षित बनाता है और उन लोगों को आश्वस्त करता है जो एस्बेस्टस जैसे कार्सिनोजेनिक प्रभावों से डरते हैं। विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ) का सुझाव है कि नैनोट्यूब फाइबर के समान हैं। हालाँकि, ट्यूबल एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब की विशेषताएँ बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब से बहुत भिन्न हैं, जिनका हमने शुरुआत में उल्लेख किया था। "पूरी तरह से स्पष्ट होने के लिए," क्रिस्टोफ़ सियारा का सार है, "यदि MWCNTs गोल्फ क्लब हैं, तो TUBALL SWCNTs पानी की नली हैं। ठोस आकार और खुरदरापन की उपस्थिति MWCNTs को सेल में प्रवेश करने और संलग्न करने की अनुमति देती है। लेकिन साथ ही, बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब का कठोर और अनम्य आकार कई समस्याएं पैदा करता है, जिन्हें लचीली और लंबी एकल-दीवार वाली ट्यूबल नैनोट्यूब का उपयोग करके टाला जा सकता है, जो अपनी विशेषताओं के कारण, स्वयं कोशिका में प्रवेश नहीं करते हैं। .

OCSiAl इस समस्या के अध्ययन के लिए बहुत चौकस है, इसलिए, यह दुनिया में किए गए सभी शोधों का अनुसरण करता है। विशेष रूप से, 2008 के बाद से कंपनी ने बीएयूए के काम की देखरेख की है, एक जर्मन सरकारी संस्थान जो औद्योगिक मानकों को विकसित करता है और विशेष रूप से, उन उत्पादों की विशेषताओं को परिभाषित करता है जो श्रमिकों की सुरक्षा सुनिश्चित करते हैं। TUBALL को इसके सरलतम रूप में - पाउडर में लिया गया था, जिसे 10% ग्राहकों द्वारा खरीदा जाता है। नैनोट्यूब को पर्यावरण के लिए उनके उपयोग की सुरक्षा पर सकारात्मक परिणाम मिले हैं। केवल एक ही समस्या थी: निस्पंदन के माध्यम से नैनोट्यूब की हवा को साफ करने का कोई तरीका नहीं था, क्योंकि उनके बहुत छोटे आकार के कारण, वे हमारे लिए ज्ञात सभी सामग्रियों से दूर हो जाते हैं! इस बीच, एक समाधान खोजा जा रहा है (इस पर काम किया जा रहा है), OCSiAl एहतियाती सिद्धांत को नहीं भूलता है, जिसमें TUBALL पाउडर फॉर्म के लिए सबसे प्रभावी प्रकार की सुरक्षा का उपयोग करने का प्रस्ताव है, जो अपने आप में काम करते समय पहले से ही अनिवार्य है। सबसे खतरनाक रसायन: एक मुखौटा जो पूरे चेहरे, चौग़ा, दस्ताने, जूते को ढकता है। पदार्थ की तरल संरचना के लिए, चश्मा, दस्ताने और चौग़ा पर्याप्त हैं।

ओसीएसआईएल अपने उत्पादों के जीवन चक्र की अखंडता की भी परवाह करता है। खबर उत्साहजनक है, क्योंकि एक बार मैट्रिक्स में और फिर नई सामग्री में एम्बेडेड होने के बाद, नैनोट्यूब वहीं रहते हैं। उन खतरों से हर संभव सुरक्षा प्राप्त करने के बाद, जो वे ले जा सकते हैं, ट्यूबल नैनोट्यूब एक "सामान्य" रासायनिक एजेंट बन जाते हैं जो हाल ही में पेश किए गए सबसे कड़े नियमों के अधीन है। इस प्रकार, खुशी के साथ, लेकिन बिना किसी आश्चर्य के, OCSiAl ने अक्टूबर में REACH प्रमाणपत्र प्राप्त किया, जो इसे अब से यूरोपीय बाजार में प्रति वर्ष 10 टन नैनोट्यूब की आपूर्ति करने की अनुमति देता है।

महान टायर क्रांति

टायरों की शुरुआत से ही, सभी निर्माता ऐसी तकनीकों की तलाश में रहे हैं जो सामग्री की विशेषताओं को बढ़ा सकें। क्ले और टैल्क से लेकर कार्बन जैसे एडिटिव्स से लेकर हम अभी भी टायर के टिकाऊपन को बेहतर बनाने का प्रयास कर रहे हैं। 1991 में सिलिकॉन के आगमन ने बाजार की स्थिति को पूरी तरह से बदल दिया। सिलिकॉन रबर को सार्वभौमिक अनुपात देने की अनुमति देता है जो विशिष्ट भार के अनुकूल होता है। सिलिकॉन टायर के प्रदर्शन के लिए एक आवश्यक घटक बन गया है, लेकिन यह नाटकीय छलांग की तुलना में कुछ भी नहीं है जो टायर उद्योग में ट्यूबल के प्रवेश के साथ आएगा।

अपने बेल्ट के तहत गुडइयर में 17 से अधिक वर्षों के अनुभव के साथ, जीन-निकोलस हेल्ट सीधे बिंदु पर जा रहे हैं। पृष्ठ 53 पर आरेख टायर यौगिकों में ट्यूबल के फैलाव को दर्शाता है। बाईं ओर, दो ब्लैक कार्बन कण पॉलिमर क्यूब में काफी अलग-थलग दिखाई देते हैं। केंद्रीय चित्र बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करके उत्पाद को मजबूत करने के परिणाम दिखाता है - बल्कि छोटा, ठोस और पैक किया हुआ। तस्वीर को देखकर आप देख सकते हैं कि लाभ काफी कमजोर और अप्रभावी निकला। दाईं ओर, TUBALL, कुल वजन के केवल 1/1,000 के अनुपात में, घन को 100% भरता है, एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब के बहुत घने नेटवर्क के साथ जो एक-दूसरे के साथ कसकर जुड़े हुए हैं। इस प्रकार, इस मिनी-फिलर का इस तथ्य के कारण बहुत मजबूत प्रभाव पड़ता है कि यह अत्यधिक संरचित है और घटकों के सामंजस्य को बढ़ाने की अनुमति देता है। किसी भी मामले में, ऐसे प्रबलित कनेक्शनों का सबसे अच्छा प्रभाव होता है, जिससे घटकों की गतिशीलता कम हो जाती है, और इसलिए, उनके पहनने की अनुमति मिलती है। यह काफी तार्किक है कि यहसिंगल-वॉल कार्बन नैनोट्यूब का एक 3D नेटवर्क टायर के रबड़ में टायर पहनने को धीमा करने के लिए दूसरा कंकाल बनाता है। इसके अलावा, ट्यूबल रासायनिक रूप से तटस्थ है, जो इसे अन्य कच्चे माल की तुलना में गर्मी, यूवी और हाइड्रोकार्बन संदूषण के प्रति अधिक प्रतिरोधी बनाता है।

"सावधान," जीन-निकोलस एल्ट कहते हैं, "ट्यूबल सिलिकॉन की तरह ही कालिख को संभालता है। टायर अपने मूल प्रदर्शन को बरकरार रखता है, इसके अलावा, एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब की बहुत कम मात्रा के अतिरिक्त, प्रदर्शन में काफी सुधार होने लगता है। ट्यूबल का एक अन्य लाभ यह है किकि यह एक अत्यंत मजबूत कंडक्टर है, इसलिए इंसुलेटेड होने के बजाय बस के टायर को 100% सिलिकॉन, लेकिन फिर भी 100% स्थिर-प्रवाहकीय बनाना संभव है। यह जमीन में स्थैतिक बिजली को नष्ट करने के लिए एक प्रीमियम टायर टायर के भूमध्य रेखा पर एनडीसी रबर के मनके की आवश्यकता को समाप्त करता है। ” यह एक और महत्वपूर्ण लाभ है।

आरेख ए। नीली मकड़ियों क्लासिक मिश्रण के प्रदर्शन का प्रतिनिधित्व करती हैं, गुलाबी क्षेत्र उस लाभ को दिखाते हैं जो सिलिकॉन जोड़कर प्राप्त किया जा सकता है। सर्किट की तुलना निम्नलिखित सर्किट बी से की जानी है, जो इस मुद्दे को ट्यूबल के अतिरिक्त के साथ संबोधित करता है।

योजना बी। सिद्धांत पिछली योजना ए के समान है, मूल्यों का पैमाना समान है। यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि ट्यूबल को जोड़ने के साथ गुलाबी सतह प्रदर्शन में सुधार दिखा रही है।

TUBALL . के अतिरिक्त के साथ पॉलिमर

TUBALL का पॉलिमर पर वैसा ही प्रभाव पड़ता है जैसा कि फिलर्स को मजबूत करने पर होता है। इस प्रकार, इंजीनियर आसानी से "ए ला कार्टे" टायर विकसित कर सकते हैं, इस या उस बहुलक को जोड़कर, इस या उस विशेषता को बनाए रख सकते हैं, जो अन्य संकेतकों के शक्तिशाली विकास से खराब नहीं होगा। उदाहरण के लिए, सूखी या गीली सतहों पर कुछ टायरों की खामियों की भरपाई ट्यूबल से की जा सकती है। और मोटरसाइकिल के टायरों के लिए भी यह एक अच्छा विकल्प होगा, क्योंकि यह एक साथ ग्रिप और वियर में सुधार करेगा। "यह कुछ भी सुधार सकता है," जीन-निकोलस हेल्ट संक्षेप में संक्षेप में बताता है। लेकिन कीमत क्या है? मिश्रण में जोड़ने के लिए नगण्य राशि (कुल वजन का कुछ हज़ारवां हिस्सा) और ट्यूबल की उचित लागत को देखते हुए, जीन-निकोलस एल्ट का मानना ​​​​है कि निर्माण लागत $ 2 से $ 3 प्रति टायर तक बढ़ जाएगी, जो तुलनात्मक रूप से महंगा है लेकिन इसके लिए सहने योग्य है प्रीमियम टायर। , जो ट्यूबल को अपनाने वाले पहले होने चाहिए, क्योंकि उनके लिए, दक्षता बढ़ाना पहले स्थान पर है। और यह बिल्कुल सच है, क्योंकि बड़ी संख्या में निर्माता पहले से ही ट्यूबल की ओर देख रहे हैं, खासकर स्वतंत्र प्रयोगशालाओं में किए गए परीक्षणों से सकारात्मक परिणाम प्राप्त करने के बाद, उदाहरण के लिए, दुनिया की नंबर 1 प्रयोगशाला में।स्मिथर्स। तभी OCSiAl के सभी दावों का परीक्षण और पुष्टि की गई, जिसमें यह तथ्य भी शामिल है कि TUBALL द्वारा निर्धारित छोटी मात्रा से अधिक होने से कोई सुधार नहीं होता है। "आपको जरूरत से ज्यादा जोड़ने की जरूरत नहीं है," निष्कर्ष है!

निष्कर्ष में यह भी कहा गया है कि मिश्रण के लिए ट्यूबल को खुराक देना बहुत सरल है, क्योंकि प्रक्रिया स्वयं नहीं बदलती (मिश्रण, बाहर निकालना, उबालना, आदि) और आपको इसकी सामग्री को बैनबरी मिक्सर में डालने के लिए केवल ट्यूबल टैंक को खोलने की आवश्यकता है। OCSiAl अपने TUBALL MATRIX 603 को बाजार में पहले से ही रेडी-टू-यूज़ कॉन्संट्रेट के रूप में आपूर्ति करता है - संश्लेषित रबर्स (प्राकृतिक, स्टाइरीन ब्यूटाडीन, नाइट्राइल ब्यूटाडीन, आदि) के साथ मिश्रित नैनोट्यूब और ट्राइडेसिल अल्कोहल एथोक्सिलेट (TDAE) प्रोसेस ऑयल, जो सबसे अधिक बार टायर के लिए उपयोग किया जाता है। TUBALL विभिन्न प्रकार के सॉल्वैंट्स (MEK, आइसोप्रोपेनॉल, एथिलीन ग्लाइकॉल, एथिल एसीटेट, N-मिथाइलपाइरोलिडोन, ग्लिसरीन या यहां तक ​​कि पानी) में निलंबन के रूप में भी मौजूद है। सुरक्षा के लिहाज से आदर्श, ये फॉर्मूलेशन उपयोग में बेहद आसान हैं।

उपयोग करने के लिए सरल और सही, इस घोल को इसके पोलीमराइजेशन के समय पॉलीमर में ट्यूबल जोड़कर और भी आसान बनाया जा सकता है: मिश्रण के दौरान और कोई अतिरिक्त कदम नहीं! जन्म के समय एक पॉलीमर को पेश करने की यह विधि समस्या को निर्माता से संश्लेषित रबर के आपूर्तिकर्ता के पास स्थानांतरित कर देती है, लेकिन OCSiAl ने इस बारे में पहले ही सोच लिया है जब इसने LANXESS के साथ सहयोग शुरू किया। दूसरे शब्दों में, TUBALL ने एक ही बार में दो दरवाजों के माध्यम से टायर उद्योग में प्रवेश करने की तैयारी की है, जिसका अर्थ है कि इसकी प्रगति और भी तेज होगी।

भले ही प्राकृतिक घिसने का संयोजन केवल मिश्रण के समय ही हो सकता है, ट्यूबल के उपयोग से आकर्षक संभावनाएं प्राप्त होंगी, भले ही इसे निर्माण प्रक्रिया के दौरान सीधे अन्य संश्लेषित घिसने वाले, आइसोप्रीन या नाइट्राइल ब्यूटाडीन में जोड़ा जाए। उत्तरार्द्ध ने उद्योग में एक वास्तविक छलांग लगाई, सभी क्षेत्रों में गैसकेट की ताकत के एक नए स्तर की ओर बढ़ रहा है ... सीधे शब्दों में कहें, टायर के लिए बाजार, औद्योगिक रबर (लेटेक्स सर्जन के दस्ताने ट्यूबल पर स्विच किए गए), पॉलिमर, इलास्टोमर्स, कंपोजिट, बैटरी, फोटोवोल्टिक, लचीली स्क्रीन, चुंबकीय स्याही, एंटीस्टेटिक कंक्रीट, पेंट, सिरेमिक, तांबा, अर्धचालक, सना हुआ ग्लास, चिपकने वाला टेप, आदि। सभी लक्षित क्षेत्र हैं जहां TUBALL लागू किया जा सकता है। और अब हम परियोजना की सभी संभावनाओं को बेहतर ढंग से समझते हैं "ग्राफट्रॉन 50" का उद्देश्य उद्योग में मौजूदा उत्पादों के 70% के लिए एक विस्फोटक प्रदर्शन को बढ़ावा देना है ...

योजना सी। नीचे दी गई सीधी रेखा क्लासिक यौगिक है, हरी बिंदीदार रेखा सिलिकॉन के अतिरिक्त मिश्रण है, जबकि नीली अनुप्रस्थ रेखा ट्यूबल के अतिरिक्त टायर प्रदर्शन में सुधार दिखाती है।

पहले से ही प्रतियोगिता...

उन लोगों के लिए जो अभी भी TUBALL का उपयोग करके टायर निर्माताओं को दिए जाने वाले लाभों के बारे में संदेह रखते हैं, जीन-निकोलस एल्ट तीन योजनाएं प्रस्तुत करता है। पहले दो क्लासिक "मकड़ियों" हैं जो तीन अलग-अलग प्रकार के टायरों की "दक्षता" की तुलना करते हैं - पारंपरिक, सिलिकॉन के साथ बढ़ाया गया और ट्यूबल के अतिरिक्त टायर। पहली तालिका (ए) विज़ुअलाइज़ करती हैहल्के गुलाबी रंग के क्षेत्रों के रूप में, सिलिकॉन के उपयोग के माध्यम से प्राप्त सफलता निश्चित रूप से महत्वपूर्ण है, लेकिन अभी भी टायर विशेषताओं की पूरी श्रृंखला को प्रभावित करने से दूर है।

दूसरा (बी) एक ही सिद्धांत पर आधारित है, लेकिन इस बार, हल्के गुलाबी ट्यूबल क्षेत्र लगभग सभी मापदंडों में प्रदर्शन में उल्लेखनीय वृद्धि दिखाते हुए अधिकांश क्षेत्र पर कब्जा कर लेते हैं। इसके अलावा, उपयोग की जाने वाली सामग्री की कम मात्रा आश्चर्यजनक है: प्राकृतिक रबर सांद्रता में 0.2%, अन्य दो के लिए 0.1%, तेल केंद्रित के रूप में।

तीसरी योजना (सी) लंबे समय से विशेष प्रेस में जानी जाती है। दो सीधी रेखाएं "कालिख" मिश्रण (नीचे, गहरे नीले रंग में) और "सिलिकॉन" के प्रदर्शन की विशेषताओं को निर्धारित करती हैं, जो अधिक प्रभावी होती हैं, जिन्हें हरे रंग की बिंदीदार रेखाओं में हाइलाइट किया जाता है। तीसरी सीधी रेखा, जो ऊपर से स्पष्ट रूप से चलती है, शीर्ष पर नीले रंग में हाइलाइट किए गए TUBALL के साथ मिश्रण की कल्पना करती है। ग्राफ स्पष्ट रूप से एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब द्वारा प्रदान किए गए लाभों को दर्शाता है।

कुछ निर्माता पहले से ही नैनोकार्बन के उपयोग की घोषणा करके वक्र से आगे निकलने के लिए तैयार हैं। इसका मतलब यह नहीं है कि अन्य निर्माता अब नैनोकार्बन का उपयोग नहीं कर रहे हैं, हालांकि वे इसके बारे में बात नहीं करते हैं ... वर्ष की शुरुआत से, साइकिल टायर निर्माता विटोरिया, ट्यूबल नैनोट्यूब के लिए आधार सामग्री ग्रेफीन के साथ टायर बेच रहा है। (यदि आप पहले ही भूल गए हैं तो लेख के शीर्ष पर वापस आएं!) विटोरिया इसे टायर में एम्बेडेड परतों के रूप में उपयोग करता है और दावा करता है कि अब तक अप्राप्य समझौता पाया गया है: टायर पंचर प्रतिरोध को प्राप्त करते हुए रोलिंग प्रतिरोध में सुधार, साइकिल चालकों के लिए एक विशेषता बहुत महत्वपूर्ण है। "एक बार में सब कुछ सुधारें" - अब प्रतियोगिता जीन-निकोलस एल्टा के शब्दों की पुष्टि करती है ...

दूसरी खबर चीन से आई है, जहां सेंचुरी टायर और हुआगो ने अगस्त में ग्रेफीन से भरे टायर बनाने के लिए एक समझौता किया था। हम नहीं जानते कि कैसे अभी तक, लेकिन किसी भी तरह से, तकनीक विटोरिया टायर से बिल्कुल अलग होगी। इस तरह के समाचार समग्र प्रगति को इंगित करते हैं: रोलिंग प्रतिरोध और माइलेज बार 1.5। और यहां कंपनी के दो प्रतिनिधियों ने 22 सितंबर को कार्बन विशेषज्ञों "ग्रेपचाइना" की एक बड़ी बैठक में अपना ग्रैफेन "फर्स्ट-बॉर्न" दिखाया। उसी समय और उसी बैठक में, निर्माता शांगडोंग ने आधिकारिक तौर पर घोषणा की कि वह अब ग्रैफेन-युक्त टायर का उत्पादन करेगा। और जो लोग इसका उपयोग करते हैं वे इस तथ्य का उल्लेख करते हैं कि इसका आविष्कार नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने किया था। यह एक तर्क है कि ट्यूबल दावा नहीं कर सकता, भले ही नैनोट्यूब का आविष्कार ग्रैफेन से पहले किया गया हो!

हम शर्त लगाते हैं कि इस तरह की खबरों की संख्या बहुत तेजी से बढ़ेगी। 2016 टायर उद्योग में कार्बन के लिए शुरुआती बिंदु है। और यह बदलाव अभी शुरू हुआ है, और OCSiAl, अपने नैनोट्यूब के साथ, इस परिवर्तन में सबसे आगे है। और यह हमारे ध्यान देने योग्य प्रक्रिया है... आने वाले कई वर्षों के लिए...

जीन पियरे गोसलिन

परिचय:

नैनोट्यूब न केवल अध्ययन के तहत सामग्री के रूप में कार्य कर सकते हैं, बल्कि एक शोध उपकरण के रूप में भी कार्य कर सकते हैं। एक नैनोट्यूब के आधार पर, उदाहरण के लिए, सूक्ष्म तराजू बनाना संभव है। हम एक नैनोट्यूब लेते हैं, उसके प्राकृतिक दोलनों की आवृत्ति (स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधियों द्वारा) निर्धारित करते हैं, फिर उसमें परीक्षण नमूना संलग्न करते हैं और भरी हुई नैनोट्यूब की दोलन आवृत्ति निर्धारित करते हैं। यह आवृत्ति एक मुक्त नैनोट्यूब की दोलन आवृत्ति से कम होगी: आखिरकार, सिस्टम का द्रव्यमान बढ़ गया है, लेकिन कठोरता वही बनी हुई है (वसंत पर भार के दोलन आवृत्ति के लिए सूत्र याद रखें)। उदाहरण के लिए, काम में यह पाया गया कि भार दोलन आवृत्ति को 3.28 मेगाहर्ट्ज से घटाकर 968 kHz कर देता है, जिससे भार का द्रव्यमान 22 + - 8 fg (femtogram, यानी 10-15 ग्राम!) प्राप्त किया गया था।

एक अन्य उदाहरण, जब एक नैनोट्यूब एक भौतिक उपकरण का एक हिस्सा होता है, जब यह एक स्कैनिंग टनलिंग या परमाणु बल माइक्रोस्कोप की नोक पर "घुड़सवार" होता है। आमतौर पर ऐसा बिंदु एक तेज नुकीली टंगस्टन सुई होती है, लेकिन परमाणु मानकों के अनुसार इस तरह की धार अभी भी काफी खुरदरी है। दूसरी ओर, एक नैनोट्यूब, कई परमाणुओं के क्रम के व्यास के साथ एक आदर्श सुई है। एक निश्चित वोल्टेज लागू करके, सब्सट्रेट पर स्थित परमाणुओं और पूरे अणुओं को सीधे सुई के नीचे उठाना संभव है, और उन्हें एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करना संभव है।

नैनोट्यूब के असामान्य विद्युत गुण उन्हें नैनोइलेक्ट्रॉनिक की मुख्य सामग्रियों में से एक बना देंगे। एकल नैनोट्यूब पर आधारित क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के प्रोटोटाइप पहले ही बनाए जा चुके हैं: कई वोल्ट के अवरुद्ध वोल्टेज को लागू करके, वैज्ञानिकों ने एकल-परत नैनोट्यूब की चालकता को परिमाण के 5 आदेशों से बदलना सीख लिया है!

कंप्यूटर उद्योग में नैनोट्यूब के कई अनुप्रयोग पहले ही विकसित किए जा चुके हैं। उदाहरण के लिए, नैनोट्यूब के मैट्रिक्स पर आधारित पतले फ्लैट डिस्प्ले के प्रोटोटाइप बनाए और परीक्षण किए गए हैं। नैनोट्यूब के एक छोर पर लगाए गए वोल्टेज की क्रिया के तहत, दूसरे छोर से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होने लगते हैं, जो फॉस्फोरसेंट स्क्रीन पर गिरते हैं और पिक्सेल चमकते हैं। परिणामी छवि अनाज काल्पनिक रूप से छोटा होगा: एक माइक्रोन के आदेश पर!

कार्बन नैनोट्यूब (नलिकाएं) एक से कई दसियों नैनोमीटर के व्यास और कई सेंटीमीटर तक की लंबाई के साथ विस्तारित बेलनाकार संरचनाएं हैं, जिसमें एक या एक से अधिक हेक्सागोनल ग्रेफाइट विमानों को एक ट्यूब में घुमाया जाता है और आमतौर पर एक गोलार्ध के सिर में समाप्त होता है, जिसे आधा माना जा सकता है एक फुलरीन अणु

नैनोट्यूब की संरचना:

एक नैनोट्यूब (एन, एम) प्राप्त करने के लिए, ग्रेफाइट विमान को बिंदीदार रेखाओं की दिशा में काटा जाना चाहिए और वेक्टर की दिशा में घुमाया जाना चाहिए आर .

एक आदर्श नैनोट्यूब एक ग्रेफाइट विमान है जिसे एक सिलेंडर में घुमाया जाता है, जो कि नियमित हेक्सागोन के साथ एक सतह होती है, जिसके शीर्ष पर कार्बन परमाणु स्थित होते हैं। इस तरह के एक ऑपरेशन का परिणाम नैनोट्यूब अक्ष के संबंध में ग्रेफाइट विमान के अभिविन्यास कोण पर निर्भर करता है। ओरिएंटेशन कोण, बदले में, नैनोट्यूब की चिरलिटी को निर्धारित करता है, जो विशेष रूप से, इसकी विद्युत विशेषताओं को निर्धारित करता है।

नैनोट्यूब की चिरलिटी को प्रतीकों के एक सेट (एम, एन) द्वारा दर्शाया गया है जो षट्भुज के निर्देशांक को दर्शाता है, जो कि विमान के तह के परिणामस्वरूप, मूल में स्थित षट्भुज के साथ मेल खाना चाहिए।

चिरायता को नामित करने का एक अन्य तरीका नैनोट्यूब के तह की दिशा और उस दिशा के बीच कोण α को इंगित करना है जिसमें आसन्न हेक्सागोन एक आम पक्ष साझा करते हैं। हालांकि, इस मामले में, नैनोट्यूब ज्यामिति के पूर्ण विवरण के लिए, इसके व्यास को निर्दिष्ट करना आवश्यक है। एकल-परत नैनोट्यूब (m, n) के चिरायता सूचकांक विशिष्ट रूप से इसके व्यास D को निर्धारित करते हैं। इस संबंध का निम्न रूप है:

कहाँ पे डी 0 = 0.142 एनएम - ग्रेफाइट तल में आसन्न कार्बन परमाणुओं के बीच की दूरी। चिरायता सूचकांकों (एम, एन) और कोण α के बीच संबंध द्वारा दिया गया है:

नैनोट्यूब फोल्डिंग के विभिन्न संभावित दिशाओं में से हैं, जिनके लिए मूल के साथ षट्भुज (एम, एन) के संरेखण के लिए इसकी संरचना के विरूपण की आवश्यकता नहीं होती है। ये दिशाएं, विशेष रूप से, कोणों α = 0 (आर्मचेयर कॉन्फ़िगरेशन) और α = 30° (ज़िगज़ैग कॉन्फ़िगरेशन) के अनुरूप हैं। ये विन्यास क्रमशः chiralities (m, 0) और (2n, n) के अनुरूप हैं।

(नैनोट्यूब के प्रकार)

एकल दीवार नैनोट्यूब:

प्रयोगात्मक रूप से देखी गई एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की संरचना ऊपर प्रस्तुत आदर्श चित्र से कई मायनों में भिन्न है। सबसे पहले, यह नैनोट्यूब के कोने से संबंधित है, जिसका आकार, जैसा कि अवलोकनों से है, एक आदर्श गोलार्ध से बहुत दूर है।

एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब के बीच एक विशेष स्थान तथाकथित आर्मचेयर नैनोट्यूब या नैनोट्यूब के साथ चिरायता [10, 10] द्वारा कब्जा कर लिया गया है। इस प्रकार के नैनोट्यूब में, दो सी-सी बांड जो प्रत्येक छह-सदस्यीय रिंग बनाते हैं, ट्यूब के अनुदैर्ध्य अक्ष के समानांतर उन्मुख होते हैं। ऐसी संरचना वाले नैनोट्यूब में विशुद्ध रूप से धात्विक संरचना होनी चाहिए।

बहुदीवार नैनोट्यूब:

बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब से बहुत व्यापक आकार और विन्यास में भिन्न होते हैं। संरचनाओं की विविधता अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दोनों दिशाओं में प्रकट होती है।

"रूसी घोंसले के शिकार गुड़िया" (रूसी गुड़िया) प्रकार (छवि ए) की संरचना समाक्षीय रूप से नेस्टेड बेलनाकार ट्यूबों का एक सेट है। इस संरचना का एक अन्य रूपांतर (चित्र बी) नेस्टेड समाक्षीय प्रिज्म का एक सेट है। अंत में, उपरोक्त संरचनाओं में से अंतिम (चित्र। ग) एक स्क्रॉल (स्क्रॉल) जैसा दिखता है। अंजीर में सभी संरचनाओं के लिए। आसन्न ग्रेफाइट परतों के बीच की दूरी का विशेषता मूल्य, 0.34 एनएम के मूल्य के करीब, क्रिस्टलीय ग्रेफाइट के आसन्न विमानों के बीच की दूरी में निहित है।

एक विशिष्ट प्रयोगात्मक स्थिति में बहुदीवार नैनोट्यूब की एक या दूसरी संरचना का कार्यान्वयन संश्लेषण की स्थिति पर निर्भर करता है। उपलब्ध प्रायोगिक डेटा के विश्लेषण से संकेत मिलता है कि बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब की सबसे विशिष्ट संरचना "रूसी गुड़िया" और "पपीयर-माचे" प्रकार के वर्गों के साथ एक संरचना है जो लंबाई के साथ वैकल्पिक रूप से स्थित है। इस मामले में, छोटे आकार के "ट्यूब" को बड़े ट्यूबों में क्रमिक रूप से नेस्ट किया जाता है। इस तरह के एक मॉडल का समर्थन किया जाता है, उदाहरण के लिए, "इंटरट्यूब" स्पेस में पोटेशियम या फेरिक क्लोराइड के अंतर्संबंध पर तथ्यों और "बीड" प्रकार की संरचनाओं के गठन द्वारा।

उद्घाटन इतिहास:

जैसा कि ज्ञात है, फुलरीन (सी 60) की खोज 1985 में स्माली, क्रोटो और कर्ल के समूह द्वारा की गई थी, जिसके लिए इन शोधकर्ताओं को 1996 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। जहां तक ​​कार्बन नैनोट्यूब का सवाल है, उनकी खोज की सही तारीख यहां नहीं दी जा सकती है। यद्यपि इजिमा का 1991 में बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब की संरचना का अवलोकन सामान्य ज्ञान है, कार्बन नैनोट्यूब की खोज के लिए पहले के प्रमाण हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, 1974-1975 में। एंडो एट अल ने वाष्प संघनन द्वारा तैयार 100 से कम व्यास वाली पतली ट्यूबों का वर्णन करने वाले कई पत्र प्रकाशित किए, लेकिन संरचना का अधिक विस्तृत अध्ययन नहीं किया गया। 1977 में यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज की साइबेरियाई शाखा के कैटेलिसिस संस्थान के वैज्ञानिकों के एक समूह ने माइक्रोस्कोप के तहत लौह-क्रोमियम डिहाइड्रोजनीकरण उत्प्रेरक के कार्बोनाइजेशन का अध्ययन करते हुए, "खोखले कार्बन डेंड्राइट्स" के गठन को पंजीकृत किया, जबकि एक तंत्र गठन का प्रस्ताव रखा गया था और दीवारों की संरचना का वर्णन किया गया था। 1992 में, नेचर में एक लेख प्रकाशित किया गया था जिसमें कहा गया था कि नैनोट्यूब 1953 में देखे गए थे। एक साल पहले, 1952 में, सोवियत वैज्ञानिकों रादुशकेविच और लुक्यानोविच के एक लेख ने लगभग 100 एनएम के व्यास के साथ फाइबर के इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म अवलोकन पर रिपोर्ट की, जिसे प्राप्त किया गया था लोहे के उत्प्रेरक पर ऑक्साइड कार्बन का थर्मल अपघटन। इन अध्ययनों को भी जारी नहीं रखा गया था।

रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय

उच्च व्यावसायिक शिक्षा के संघीय राज्य संस्थान

रूसी रासायनिक-तकनीकी विश्वविद्यालय। डी. आई. मेंडेलीव

पेट्रोलियम रसायन विज्ञान और बहुलक सामग्री के संकाय

कार्बन सामग्री के रासायनिक प्रौद्योगिकी विभाग

अभ्यास रिपोर्ट

विषय पर कार्बन नैनोट्यूब और नैनोवोल्क्स

द्वारा पूरा किया गया: मारिनिन एस.डी.

द्वारा जाँचा गया: डॉक्टर ऑफ केमिकल साइंसेज, बुखारकिना टी.वी.

मॉस्को, 2013

परिचय

नैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्र को 21वीं सदी की प्रौद्योगिकियों के लिए दुनिया भर में एक प्रमुख विषय के रूप में माना जाता है। अर्धचालक, दवा, सेंसर प्रौद्योगिकी, पारिस्थितिकी, मोटर वाहन, निर्माण सामग्री, जैव प्रौद्योगिकी, रसायन विज्ञान, विमानन और एयरोस्पेस, मैकेनिकल इंजीनियरिंग और कपड़ा उद्योग के उत्पादन के रूप में अर्थव्यवस्था के ऐसे क्षेत्रों में उनके बहुमुखी अनुप्रयोग की संभावनाएं, के लिए एक बड़ी क्षमता रखती हैं वृद्धि। नैनो-प्रौद्योगिकी उत्पादों के उपयोग से कच्चे माल और ऊर्जा की खपत में बचत होगी, वातावरण में उत्सर्जन कम होगा और इस प्रकार अर्थव्यवस्था के सतत विकास में योगदान होगा।

नैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्र में विकास एक नए अंतःविषय क्षेत्र - नैनोसाइंस द्वारा किया जाता है, जिनमें से एक क्षेत्र नैनोकैमिस्ट्री है। नैनोकैमिस्ट्री सदी के मोड़ पर उत्पन्न हुई, जब ऐसा लगा कि रसायन विज्ञान में सब कुछ पहले से ही खुला था, सब कुछ स्पष्ट था, और जो कुछ बचा था वह समाज के लाभ के लिए अर्जित ज्ञान का उपयोग करना था।

रसायनज्ञ हमेशा से ही परमाणुओं और अणुओं के महत्व को एक विशाल रासायनिक नींव के बुनियादी निर्माण खंडों के रूप में जानते और अच्छी तरह समझते हैं। इसी समय, विशेष नमूना तैयार करने के तरीकों के संयोजन में इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, अत्यधिक चयनात्मक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे नए शोध विधियों के विकास ने एक छोटे, सौ से कम, परमाणुओं की संख्या वाले कणों के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव बना दिया। .

इन कणों, आकार में लगभग 1 एनएम (10-9 मीटर एक मिलियन से विभाजित एक मिलीमीटर है), असामान्य, कठिन-से-अनुमानित रासायनिक गुण हैं।

अधिकांश लोगों के लिए सबसे प्रसिद्ध और समझने योग्य निम्नलिखित नैनोस्ट्रक्चर हैं जैसे फुलरीन, ग्रैफेन, कार्बन नैनोट्यूब और नैनोफाइबर। वे सभी एक दूसरे से बंधे कार्बन परमाणुओं से बने होते हैं, लेकिन उनका आकार काफी भिन्न होता है। ग्रैफेन एसपी . में कार्बन परमाणुओं का एक विमान, मोनोलेयर, "घूंघट" है 2 संकरण। फुलरीन बंद बहुभुज हैं, कुछ हद तक एक सॉकर बॉल की याद दिलाते हैं। नैनोट्यूब बेलनाकार खोखले आयतन निकाय हैं। नैनोफाइबर शंकु, सिलेंडर, कटोरे हो सकते हैं। अपने काम में, मैं बिल्कुल नैनोट्यूब और नैनोफाइबर को उजागर करने की कोशिश करूंगा।

नैनोट्यूब और नैनोफाइबर की संरचना

कार्बन नैनोट्यूब क्या हैं? कार्बन नैनोट्यूब एक कार्बन सामग्री है जो एक बेलनाकार संरचना है जिसमें कई नैनोमीटर के क्रम के व्यास होते हैं, जिसमें ग्रेफाइट विमानों को एक ट्यूब में घुमाया जाता है। ग्रेफाइट तल एक सतत षट्कोणीय ग्रिड है जिसमें षट्भुज के शीर्ष पर कार्बन परमाणु होते हैं। कार्बन नैनोट्यूब लंबाई, व्यास, चिरायता (लुढ़का ग्रेफाइट विमान की समरूपता), और परतों की संख्या में भिन्न हो सकते हैं। दाहिनी ओर<#"280" src="doc_zip1.jpg" />

एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब। एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWCNTs) कार्बन नैनोफाइबर की एक उप-प्रजाति हैं, जिसकी संरचना ग्राफीन को एक सिलेंडर में मोड़कर बनाई जाती है, जिसके किनारे बिना सीम के जुड़ जाते हैं। एक सीम के बिना एक सिलेंडर में रोलिंग ग्रैफेन केवल सीमित तरीकों से संभव है, दो-आयामी वेक्टर की दिशा में भिन्न होता है जो ग्रैफेन पर दो समकक्ष बिंदुओं को जोड़ता है जो सिलेंडर में घुमाए जाने पर मेल खाता है। इस वेक्टर को चिरायता वेक्टर कहा जाता है सिंगल-लेयर कार्बन नैनोट्यूब। इस प्रकार, एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब व्यास और चिरायता में भिन्न होते हैं। प्रायोगिक आंकड़ों के अनुसार एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब का व्यास ~ 0.7 एनएम से ~ 3-4 एनएम तक भिन्न होता है। एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की लंबाई 4 सेमी तक पहुंच सकती है। SWCNTs के तीन रूप हैं: अचिरल "कुर्सी" प्रकार (प्रत्येक षट्भुज के दो पक्ष CNT अक्ष के लंबवत उन्मुख होते हैं), अचिरल "ज़िगज़ैग" प्रकार (प्रत्येक के दो पक्ष) षट्भुज CNT अक्ष के समानांतर उन्मुख होते हैं), और चिरल या पेचदार (षट्भुज का प्रत्येक पक्ष 0 और 90 के अलावा अन्य कोण पर CNT अक्ष पर स्थित होता है) º ) इस प्रकार, "आर्मचेयर" प्रकार के अचिरल सीएनटी को "ज़िगज़ैग" प्रकार - (एन, 0), चिरल - (एन, एम) के सूचकांक (एन, एन) द्वारा विशेषता है।

बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब। बहुपरत कार्बन नैनोट्यूब (MWCNTs) कार्बन नैनोफाइबर की एक उप-प्रजाति है जिसकी संरचना कई नेस्टेड सिंगल-लेयर कार्बन नैनोट्यूब द्वारा बनाई गई है (चित्र 2 देखें)। बहुदीवार वाले नैनोट्यूब का बाहरी व्यास कुछ नैनोमीटर से लेकर दसियों नैनोमीटर तक की विस्तृत श्रृंखला में भिन्न होता है।

MWCNT में परतों की संख्या अक्सर 10 से अधिक नहीं होती है, लेकिन कुछ मामलों में यह कई दहाई तक पहुंच जाती है।

कभी-कभी, बहुपरत नैनोट्यूब के बीच, दो-परत नैनोट्यूब को एक विशेष प्रकार के रूप में चुना जाता है। "रूसी गुड़िया" प्रकार की संरचना समाक्षीय रूप से नेस्टेड बेलनाकार ट्यूबों का एक सेट है। इस संरचना का एक अन्य प्रकार नेस्टेड समाक्षीय प्रिज्म का एक सेट है। अंत में, इन संरचनाओं में से अंतिम एक स्क्रॉल (स्क्रॉल) जैसा दिखता है। अंजीर में सभी संरचनाओं के लिए। क्रिस्टलीय ग्रेफाइट के आसन्न विमानों के बीच की दूरी में निहित 0.34 एनएम के मूल्य के करीब आसन्न ग्राफीन परतों के बीच की दूरी का विशेषता मूल्य<#"128" src="doc_zip3.jpg" />

रूसी Matryoshka रोल Papier-mache

कार्बन नैनोफाइबर (सीएनएफ) सामग्री का एक वर्ग है जिसमें घुमावदार ग्रैफेन परतें या नैनोकोन एक-आयामी फिलामेंट में तब्दील हो जाते हैं जिनकी आंतरिक संरचना कोण द्वारा विशेषता हो सकती है? ग्राफीन परतों और फाइबर अक्ष के बीच। एक सामान्य अंतर दो मुख्य फाइबर प्रकारों के बीच है: हेरिंगबोन, घनी पैक वाली शंक्वाकार ग्रेफीन परतों और बड़े α के साथ, और बांस, बेलनाकार कप जैसी ग्रेफीन परतों और छोटे α के साथ, जो बहु-दीवार कार्बन नैनोट्यूब की तरह हैं।<#"228" src="doc_zip4.jpg" />

ए - नैनोफाइबर "सिक्का कॉलम";

बी - "क्रिसमस ट्री संरचना" नैनोफाइबर (शंकु का ढेर, "मछली की हड्डी");

सी - नैनोफाइबर "कप का ढेर" ("लैंप शेड्स");

डी - नैनोट्यूब "रूसी मैत्रियोश्का";

ई - बांस के आकार का नैनोफाइबर;

ई - गोलाकार वर्गों के साथ नैनोफाइबर;

जी - पॉलीहेड्रल वर्गों के साथ नैनोफाइबर

एक अलग उप-प्रजाति के रूप में कार्बन नैनोट्यूब का अलगाव इस तथ्य के कारण है कि उनके गुण अन्य प्रकार के कार्बन नैनोफाइबर के गुणों से बेहतर के लिए स्पष्ट रूप से भिन्न हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि ग्राफीन परत, जो इसकी पूरी लंबाई के साथ नैनोट्यूब दीवार बनाती है, में उच्च तन्यता ताकत, तापीय और विद्युत चालकता होती है। इसके विपरीत, दीवार के साथ चलने वाले कार्बन नैनोफाइबर में एक ग्राफीन परत से दूसरे में संक्रमण होता है। इंटरलेयर संपर्कों की उपस्थिति और नैनोफाइबर की संरचना की उच्च दोषपूर्णता उनकी भौतिक विशेषताओं को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है।

कहानी

नैनोट्यूब और नैनोफाइबर के इतिहास के बारे में अलग-अलग बात करना मुश्किल है, क्योंकि ये उत्पाद अक्सर संश्लेषण के दौरान एक दूसरे के साथ होते हैं। कार्बन नैनोफाइबर के उत्पादन पर पहला डेटा संभवतः ह्यूजेस और चेम्बर्स द्वारा लोहे के क्रूसिबल में CH4 और H2 के मिश्रण के पायरोलिसिस के दौरान गठित कार्बन के ट्यूबलर रूपों के उत्पादन के लिए 1889 का पेटेंट है। उन्होंने गैस के पायरोलिसिस द्वारा कार्बन फिलामेंट्स विकसित करने के लिए मीथेन और हाइड्रोजन के मिश्रण का इस्तेमाल किया, इसके बाद कार्बन वर्षा हुई। इन तंतुओं को प्राप्त करने के बारे में निश्चित रूप से बहुत बाद में बात करना संभव हो गया, जब इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके उनकी संरचना का अध्ययन करना संभव हो गया। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए कार्बन नैनोफाइबर का पहला अवलोकन 1950 के दशक की शुरुआत में सोवियत वैज्ञानिकों रादुशकेविच और लुक्यानोविच द्वारा किया गया था, जिन्होंने सोवियत जर्नल ऑफ फिजिकल केमिस्ट्री में एक लेख प्रकाशित किया था जिसमें कार्बन के खोखले ग्रेफाइट फाइबर दिखाए गए थे जो व्यास में 50 नैनोमीटर थे। 1970 के दशक की शुरुआत में, जापानी शोधकर्ता कोयामा और एंडो 1 माइक्रोन के व्यास और 1 मिमी से अधिक की लंबाई के साथ वाष्प जमाव (वीजीसीएफ) द्वारा कार्बन फाइबर का उत्पादन करने में सफल रहे। बाद में, 1980 के दशक की शुरुआत में, संयुक्त राज्य अमेरिका में तिब्बत और फ्रांस में बेनिसाड ने कार्बन फाइबर (वीजीसीएफ) प्रक्रिया में सुधार जारी रखा। संयुक्त राज्य अमेरिका में, व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए इन सामग्रियों के संश्लेषण और गुणों में अधिक गहन शोध आर। टेरी के। बेकर द्वारा किया गया था और सामग्री के कारण लगातार समस्याओं के कारण कार्बन नैनोफाइबर के विकास को दबाने की आवश्यकता से प्रेरित था। विभिन्न वाणिज्यिक प्रक्रियाओं में संचय, विशेष रूप से तेल शोधन के क्षेत्र में। । गैस चरण से उगाए गए कार्बन फाइबर के व्यावसायीकरण का पहला प्रयास जापानी कंपनी निकोसो द्वारा 1991 में ब्रांड नाम ग्रास्कर के तहत किया गया था, उसी वर्ष इजिमा ने कार्बन नैनोट्यूब की खोज की रिपोर्ट करने वाला अपना प्रसिद्ध लेख प्रकाशित किया था।<#"justify">रसीद

वर्तमान में, हाइड्रोकार्बन के पायरोलिसिस और ग्रेफाइट के उर्ध्वपातन और अपक्षरण पर आधारित संश्लेषण मुख्य रूप से उपयोग किए जाते हैं।

ग्रेफाइट का उर्ध्वपातन-अपघटनकई तरीकों से लागू किया जा सकता है:

• चाप विधि,
• रेडिएंट हीटिंग (सौर सांद्रता या लेजर विकिरण का उपयोग),
• लेजर-थर्मल,
• एक इलेक्ट्रॉन या आयन बीम के साथ हीटिंग,
• प्लाज्मा उच्च बनाने की क्रिया,
• प्रतिरोधी हीटिंग।

इनमें से कई विकल्पों की अपनी विविधताएं हैं। विद्युत चाप विधि के कुछ प्रकारों का पदानुक्रम आरेख में दिखाया गया है:

वर्तमान में, आर्क डिस्चार्ज प्लाज्मा में ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के थर्मल स्पटरिंग की विधि सबसे आम है। संश्लेषण प्रक्रिया लगभग 500 मिमी एचजी के दबाव में हीलियम से भरे कक्ष में की जाती है। कला। प्लाज्मा दहन के दौरान, एनोड का तीव्र तापीय वाष्पीकरण होता है, जबकि कैथोड की अंतिम सतह पर एक निक्षेप बनता है, जिसमें कार्बन नैनोट्यूब बनते हैं। नैनोट्यूब की अधिकतम संख्या तब बनती है जब प्लाज्मा करंट न्यूनतम होता है और इसका घनत्व लगभग 100 A/cm2 होता है। प्रायोगिक सेटअप में, इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज लगभग 15-25 वी है, डिस्चार्ज करंट कई दसियों एम्पीयर है, और ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के सिरों के बीच की दूरी 1-2 मिमी है। संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान, एनोड के द्रव्यमान का लगभग 90% कैथोड पर जमा हो जाता है। परिणामी कई नैनोट्यूब की लंबाई लगभग 40 माइक्रोन है। वे कैथोड पर इसके सिरे की सपाट सतह पर बढ़ते हैं और लगभग 50 माइक्रोन व्यास के बेलनाकार बीम में एकत्रित होते हैं।

नैनोट्यूब बंडल नियमित रूप से कैथोड की सतह को कोट करते हैं, जिससे एक छत्ते की संरचना बनती है। कार्बन जमा में नैनोट्यूब की सामग्री लगभग 60% है। घटकों को अलग करने के लिए, परिणामी अवक्षेप को मेथनॉल में रखा जाता है और सोनिकेट किया जाता है। परिणाम एक निलंबन है, जो पानी जोड़ने के बाद, एक अपकेंद्रित्र में अलग होने के अधीन है। बड़े कण अपकेंद्रित्र की दीवारों का पालन करते हैं, जबकि नैनोट्यूब निलंबन में तैरते रहते हैं। फिर नैनोट्यूब को नाइट्रिक एसिड में धोया जाता है और 750 के तापमान पर 1:4 के अनुपात में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के गैसीय प्रवाह में सुखाया जाता है। 05 मिनट के लिए सी. इस तरह के प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप, एक हल्की झरझरा सामग्री प्राप्त होती है, जिसमें कई नैनोट्यूब होते हैं जिनका औसत व्यास 20 एनएम और लंबाई 10 माइक्रोन होती है। अब तक, प्राप्त की गई अधिकतम नैनोफाइबर लंबाई 1 सेमी है।

हाइड्रोकार्बन का पायरोलिसिस

प्रारंभिक अभिकर्मकों और प्रक्रियाओं के संचालन के तरीकों की पसंद के संदर्भ में, इस समूह के पास ग्रेफाइट के उच्च बनाने की क्रिया और ऊर्ध्वपातन के तरीकों की तुलना में काफी बड़ी संख्या में विकल्प हैं। यह सीएनटी गठन की प्रक्रिया पर अधिक सटीक नियंत्रण प्रदान करता है, बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है और न केवल कार्बन नैनोमटेरियल्स के उत्पादन की अनुमति देता है, बल्कि सब्सट्रेट्स पर कुछ संरचनाएं, नैनोट्यूब से युक्त मैक्रोस्कोपिक फाइबर, साथ ही मिश्रित सामग्री, विशेष रूप से, कार्बन सीएनटी के साथ संशोधित कार्बन फाइबर और कार्बन पेपर, सिरेमिक कंपोजिट। हाल ही में विकसित नैनोस्फेरिक लिथोग्राफी के उपयोग से, सीएनटी से फोटोनिक क्रिस्टल प्राप्त करना संभव था। इस तरह, एक निश्चित व्यास और लंबाई के सीएनटी को अलग करना संभव है।

पाइरोलाइटिक विधि के लाभों में, इसके अलावा, मैट्रिक्स संश्लेषण के लिए इसके कार्यान्वयन की संभावना शामिल है, उदाहरण के लिए, झरझरा एल्यूमिना झिल्ली या आणविक चलनी का उपयोग करना। एल्यूमीनियम ऑक्साइड का उपयोग करके, शाखित सीएनटी और सीएनटी झिल्ली प्राप्त करना संभव है। मैट्रिक्स विधि का मुख्य नुकसान कई मैट्रिक्स की उच्च लागत, उनके छोटे आकार, और सक्रिय अभिकर्मकों और मैट्रिक्स को भंग करने के लिए कठोर परिस्थितियों का उपयोग करने की आवश्यकता है।

सीएनटी और सीएनएफ के संश्लेषण के लिए तीन हाइड्रोकार्बन, मीथेन, एसिटिलीन और बेंजीन के साथ-साथ सीओ के थर्मल अपघटन (असमानता) का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। मीथेन, कार्बन मोनोऑक्साइड की तरह, कम तापमान पर अपघटन के लिए प्रवण नहीं है (मीथेन का गैर-उत्प्रेरक अपघटन ~ 900 से शुरू होता है) के बारे में सी), जो एसडब्ल्यूसीएनटी को अपेक्षाकृत कम मात्रा में अनाकार कार्बन अशुद्धियों के साथ संश्लेषित करना संभव बनाता है। कार्बन मोनोऑक्साइड एक अन्य कारण से कम तापमान पर विघटित नहीं होता है: गतिज। अंजीर में विभिन्न पदार्थों के व्यवहार में अंतर दिखाई देता है। 94.

अन्य हाइड्रोकार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड पर मीथेन के लाभों में यह तथ्य शामिल है कि सीएनटी या सीएनएफ के गठन के साथ इसका पायरोलिसिस एच की रिहाई के साथ संयुक्त है। 2और मौजूदा H2 उत्पादन में इस्तेमाल किया जा सकता है .

उत्प्रेरक

सीएनटी और सीएनएफ के गठन के लिए उत्प्रेरक Fe, Co, और Ni हैं; प्रमोटर, जो कम मात्रा में पेश किए जाते हैं, मुख्य रूप से Mo, W या Cr (कम अक्सर - V, Mn, Pt और Pd) होते हैं, उत्प्रेरक वाहक गैर-वाष्पशील ऑक्साइड और धातुओं के हाइड्रॉक्साइड (Mg, Ca, Al, La, Si) होते हैं। , Ti, Zr), ठोस घोल, कुछ लवण और खनिज (कार्बोनेट, स्पिनेल, पेरोसाइट, हाइड्रोटैल्साइट, प्राकृतिक मिट्टी, डायटोमाइट्स), आणविक चलनी (विशेष रूप से, जिओलाइट्स), सिलिका जेल, एयरजेल, एल्यूमीनियम जेल, झरझरा सी और अनाकार सी उसी समय, V, Cr, Mo, W, Mn और, शायद, पायरोलिसिस स्थितियों के तहत कुछ अन्य धातुएं यौगिकों के रूप में होती हैं - ऑक्साइड, कार्बाइड, मेटालेट्स, आदि।

नोबल मेटल्स (Pd, Ru, PdSe), एलॉय (मिश्कमेटल, परमालॉय, निक्रोम, मोनेल, स्टेनलेस स्टील, Co-V, Fe-Cr, Fe-Sn, Fe-Ni-Cr, Fe-Ni-C, Co-Fe -Ni, हार्ड मिश्र धातु Co-WC, आदि), CoSi 2और CoGe 2, लानी 5, ममनि 5(एमएम - मिस्चमेटल), जेडआर और अन्य हाइड्राइड बनाने वाली धातुओं के मिश्र धातु। इसके विपरीत, Au और Ag CNTs के निर्माण को रोकते हैं।

उत्प्रेरकों को एक पतली ऑक्साइड फिल्म के साथ लेपित सिलिकॉन पर, जर्मेनियम पर, कुछ प्रकार के कांच और अन्य सामग्रियों से बने सब्सट्रेट पर जमा किया जा सकता है।

एक निश्चित संरचना के घोल में एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन के इलेक्ट्रोकेमिकल नक़्क़ाशी द्वारा प्राप्त झरझरा सिलिकॉन एक आदर्श उत्प्रेरक वाहक माना जाता है। झरझरा सिलिकॉन में माइक्रोप्रोर्स हो सकते हैं (< 2 нм), мезопоры и макропоры (>100 एनएम)। उत्प्रेरक प्राप्त करने के लिए, पारंपरिक विधियों का उपयोग किया जाता है:

• पाउडर का मिश्रण (शायद ही कभी सिंटरिंग);
• एक सब्सट्रेट पर धातुओं का जमाव या विद्युत रासायनिक निक्षेपण, इसके बाद एक निरंतर पतली फिल्म को नैनोसाइज्ड द्वीपों में बदलना (कई धातुओं के परत-दर-परत निक्षेपण का भी उपयोग किया जाता है;
• रासायनिक वाष्प निक्षेपन;
• समाधान में सब्सट्रेट को डुबोना;
• एक सब्सट्रेट के लिए उत्प्रेरक कणों का निलंबन लागू करना;
• एक घूर्णन सब्सट्रेट के समाधान को लागू करना;
• नमक के साथ अक्रिय पाउडर का संसेचन;
• ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड का सह-अवक्षेपण;
• आयन विनिमय;
• कोलाइडल विधियाँ (सोल-जेल प्रक्रिया, रिवर्स मिसेल विधि);
• लवण का थर्मल अपघटन;
• धातु नाइट्रेट का दहन।

ऊपर वर्णित दो समूहों के अलावा, सीएनटी प्राप्त करने के लिए बड़ी संख्या में अन्य तरीके विकसित किए गए हैं। उन्हें इस्तेमाल किए गए कार्बन स्रोतों के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। प्रारंभिक यौगिक हैं: ग्रेफाइट और ठोस कार्बन के अन्य रूप, कार्बनिक यौगिक, अकार्बनिक यौगिक, ऑर्गोमेटेलिक यौगिक। ग्रेफाइट को कई तरीकों से सीएनटी में परिवर्तित किया जा सकता है: तीव्र बॉल मिलिंग के बाद उच्च तापमान एनीलिंग द्वारा; पिघला हुआ लवण का इलेक्ट्रोलिसिस; अलग-अलग ग्राफीन शीट्स में विभाजित होना और बाद में इन शीट्स का स्वतःस्फूर्त मुड़ जाना। हाइड्रोथर्मल परिस्थितियों में संसाधित होने पर अनाकार कार्बन को सीएनटी में परिवर्तित किया जा सकता है। कार्बन ब्लैक (कालिख) से, CNTs उत्प्रेरक के साथ या बिना उच्च तापमान परिवर्तन के साथ-साथ दबाव वाले जल वाष्प के साथ बातचीत द्वारा प्राप्त किए गए थे। नैनोट्यूबुलर संरचनाएं वैक्यूम एनीलिंग (1000 .) के उत्पादों में निहित हैं के बारे में सी) उत्प्रेरक की उपस्थिति में हीरे की तरह कार्बन की फिल्में। अंत में, फुलराइट C . का उत्प्रेरक उच्च तापमान परिवर्तन 60या हाइड्रोथर्मल परिस्थितियों में इसके उपचार से भी सीएनटी का निर्माण होता है।

कार्बन नैनोट्यूब प्रकृति में मौजूद हैं। मैक्सिकन शोधकर्ताओं के एक समूह ने उन्हें 5.6 किमी (वेलास्को-सैंटोस, 2003) की गहराई से लिए गए तेल के नमूनों में पाया। CNT व्यास कई नैनोमीटर से लेकर दसियों नैनोमीटर तक था, और लंबाई 2 माइक्रोन तक पहुंच गई। उनमें से कुछ विभिन्न नैनोकणों से भरे हुए थे।

कार्बन नैनोट्यूब की शुद्धि

सीएनटी प्राप्त करने के लिए कोई भी सामान्य तरीका उन्हें अपने शुद्ध रूप में अलग-थलग करने की अनुमति नहीं देता है। NT के लिए अशुद्धियाँ फुलरीन, अनाकार कार्बन, ग्राफ़िटाइज़्ड कण, उत्प्रेरक कण हो सकते हैं।

सीएनटी सफाई विधियों के तीन समूह हैं:

1. विनाशकारी,
2. विनाशकारी,
3. संयुक्त।

विनाशकारी विधियां रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करती हैं, जो ऑक्सीडेटिव या रिडक्टिव हो सकती हैं, और विभिन्न कार्बन रूपों की प्रतिक्रियाशीलता में अंतर पर आधारित होती हैं। ऑक्सीकरण के लिए, या तो ऑक्सीकरण एजेंटों या गैसीय अभिकर्मकों के समाधान का उपयोग किया जाता है; कमी के लिए, हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। विधियां उच्च शुद्धता वाले सीएनटी को अलग करना संभव बनाती हैं, लेकिन ट्यूबों के नुकसान से जुड़ी होती हैं।

गैर-विनाशकारी तरीकों में निष्कर्षण, फ्लोक्यूलेशन और चयनात्मक वर्षा, क्रॉस-फ्लो माइक्रोफिल्ट्रेशन, अपवर्जन क्रोमैटोग्राफी, वैद्युतकणसंचलन, कार्बनिक पॉलिमर के साथ चयनात्मक प्रतिक्रिया शामिल हैं। एक नियम के रूप में, ये विधियां अक्षम और अक्षम हैं।

कार्बन नैनोट्यूब के गुण

यांत्रिक। नैनोट्यूब, जैसा कि कहा गया था, तनाव और झुकने दोनों में एक अत्यंत मजबूत सामग्री है। इसके अलावा, महत्वपूर्ण से अधिक यांत्रिक तनाव की कार्रवाई के तहत, नैनोट्यूब "ब्रेक" नहीं करते हैं, लेकिन पुनर्व्यवस्थित होते हैं। नैनोट्यूब के उच्च शक्ति गुणों के आधार पर, यह तर्क दिया जा सकता है कि वे इस समय अंतरिक्ष लिफ्ट टीथर के लिए सबसे अच्छी सामग्री हैं। जैसा कि प्रयोगों और संख्यात्मक सिमुलेशन के परिणाम दिखाते हैं, सिंगल-लेयर नैनोट्यूब का यंग मापांक 1-5 टीपीए के क्रम के मूल्यों तक पहुंचता है, जो कि स्टील की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम है। नीचे दिया गया ग्राफ़ एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब और उच्च-शक्ति वाले स्टील के बीच तुलना दिखाता है।

अंतरिक्ष लिफ्ट की केबल 62.5 GPa . के यांत्रिक तनाव का सामना करने का अनुमान है

तन्यता आरेख (यांत्रिक तनाव की निर्भरता ? सापेक्ष बढ़ाव से?)

वर्तमान में सबसे मजबूत सामग्री और कार्बन नैनोट्यूब के बीच महत्वपूर्ण अंतर को प्रदर्शित करने के लिए, आइए निम्नलिखित विचार प्रयोग करें। कल्पना कीजिए कि, जैसा कि पहले माना गया था, एक निश्चित पच्चर के आकार की सजातीय संरचना जिसमें अब तक की सबसे टिकाऊ सामग्री शामिल है, एक अंतरिक्ष लिफ्ट के लिए एक केबल के रूप में काम करेगी, फिर GEO (जियोस्टेशनरी अर्थ ऑर्बिट) पर केबल का व्यास लगभग होगा 2 किमी और पृथ्वी की सतह पर 1 मिमी तक संकीर्ण होगा। इस मामले में, कुल द्रव्यमान 60 * 1010 टन होगा। यदि कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग सामग्री के रूप में किया जाता था, तो GEO पर केबल का व्यास पृथ्वी की सतह पर 0.26 मिमी और 0.15 मिमी था, और इसलिए कुल द्रव्यमान 9.2 टन था। जैसा कि उपरोक्त तथ्यों से देखा जा सकता है, कार्बन नैनोफाइबर ठीक वह सामग्री है जो एक केबल बनाने के लिए आवश्यक है, जिसका वास्तविक व्यास लगभग 0.75 मीटर होगा, ताकि अंतरिक्ष लिफ्ट कार को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली विद्युत चुम्बकीय प्रणाली का भी सामना किया जा सके।

विद्युत। कार्बन नैनोट्यूब के छोटे आकार के कारण, केवल 1996 में चार-शूल विधि का उपयोग करके उनकी विद्युत प्रतिरोधकता को सीधे मापना संभव था।

सोने की धारियों को एक वैक्यूम में पॉलिश किए गए सिलिकॉन ऑक्साइड की सतह पर जमा किया गया था। नैनोट्यूब 2-3 µm लंबे उनके बीच जमा किए गए थे। फिर, माप के लिए चुने गए नैनोट्यूब में से एक पर 80 एनएम मोटी चार टंगस्टन कंडक्टर जमा किए गए। टंगस्टन कंडक्टरों में से प्रत्येक का सोने की पट्टियों में से एक के साथ संपर्क था। नैनोट्यूब पर संपर्कों के बीच की दूरी 0.3 से 1 माइक्रोन तक थी। प्रत्यक्ष माप के परिणामों से पता चला है कि नैनोट्यूब की प्रतिरोधकता एक महत्वपूर्ण सीमा के भीतर भिन्न हो सकती है - 5.1 * 10 . से -60.8 ओम / सेमी तक। न्यूनतम प्रतिरोधकता ग्रेफाइट की तुलना में कम परिमाण का एक क्रम है। अधिकांश नैनोट्यूब में धात्विक चालकता होती है, जबकि छोटा भाग 0.1 से 0.3 eV के बैंड गैप वाले अर्धचालक के गुणों को प्रदर्शित करता है।

फ्रांसीसी और रूसी शोधकर्ताओं (आईपीटीएम आरएएस, चेर्नोगोलोव्का से) ने नैनोट्यूब की एक और संपत्ति की खोज की, जो अतिचालकता है। उन्होंने ~ 1 एनएम के व्यास के साथ एक व्यक्तिगत एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की वर्तमान-वोल्टेज विशेषताओं को मापा, बड़ी संख्या में एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब के बंडल के साथ-साथ व्यक्तिगत बहुपरत नैनोट्यूब में लुढ़का। दो अतिचालक धातु संपर्कों के बीच 4K के करीब तापमान पर एक अतिचालक धारा देखी गई। एक नैनोट्यूब में चार्ज ट्रांसफर की विशेषताएं अनिवार्य रूप से उन लोगों से भिन्न होती हैं जो सामान्य, त्रि-आयामी कंडक्टर में निहित होती हैं और जाहिर है, स्थानांतरण की एक-आयामी प्रकृति द्वारा समझाया जाता है।

इसके अलावा, लॉज़ेन विश्वविद्यालय (स्विट्जरलैंड) के डी गिरोम ने एक दिलचस्प संपत्ति की खोज की: एक तेज (परिमाण के लगभग दो क्रम) चालकता में एक छोटे से 5-10o तक, एकल-परत नैनोट्यूब के झुकने के साथ परिवर्तन। यह गुण नैनोट्यूब के दायरे का विस्तार कर सकता है। एक ओर, नैनोट्यूब एक विद्युत सिग्नल में यांत्रिक कंपन का एक तैयार अत्यधिक संवेदनशील कनवर्टर बन जाता है और इसके विपरीत (वास्तव में, यह एक टेलीफोन रिसीवर है जो कुछ माइक्रोन लंबा और व्यास में लगभग एक नैनोमीटर है), और दूसरी ओर, यह सबसे छोटी विकृतियों का व्यावहारिक रूप से तैयार सेंसर है। इस तरह के सेंसर का उपयोग उन उपकरणों में किया जा सकता है जो यांत्रिक घटकों और भागों की स्थिति की निगरानी करते हैं जिन पर लोगों की सुरक्षा निर्भर करती है, उदाहरण के लिए, ट्रेनों और विमानों के यात्रियों, परमाणु और थर्मल पावर प्लांट के कर्मियों आदि।

केशिका। प्रयोगों से पता चला है कि एक खुले नैनोट्यूब में केशिका गुण होते हैं। एक नैनोट्यूब खोलने के लिए, ऊपरी भाग - टोपी को हटाना आवश्यक है। 850 . के तापमान पर नैनोट्यूब को हटाने का एक तरीका है 0सी कार्बन डाइऑक्साइड की धारा में कई घंटों तक। ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, सभी नैनोट्यूब के लगभग 10% खुले हैं। नैनोट्यूब के बंद सिरों को नष्ट करने का एक अन्य तरीका 2400 सी के तापमान पर 4.5 घंटे के लिए केंद्रित नाइट्रिक एसिड के संपर्क में है। इस उपचार के परिणामस्वरूप, 80% नैनोट्यूब खुले हो जाते हैं।

केशिका घटना के पहले अध्ययनों से पता चला है कि एक तरल नैनोट्यूब चैनल में प्रवेश करता है यदि इसकी सतह का तनाव 200 mN / m से अधिक नहीं है। इसलिए, नैनोट्यूब में किसी भी पदार्थ को पेश करने के लिए, कम सतह तनाव वाले सॉल्वैंट्स का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सांद्र नाइट्रिक एसिड, जिसका सतह तनाव कम (43 mN/m) है, का उपयोग कुछ धातुओं को नैनोट्यूब चैनल में डालने के लिए किया जाता है। फिर हाइड्रोजन वातावरण में 4 घंटे के लिए 4000 C पर एनीलिंग किया जाता है, जिससे धातु की कमी होती है। इस तरह निकल, कोबाल्ट और आयरन युक्त नैनोट्यूब प्राप्त किए गए।

धातुओं के साथ, कार्बन नैनोट्यूब गैसीय पदार्थों से भरे जा सकते हैं, जैसे आणविक हाइड्रोजन। यह क्षमता व्यावहारिक महत्व की है, क्योंकि यह हाइड्रोजन के सुरक्षित भंडारण की संभावना को खोलती है, जिसका उपयोग आंतरिक दहन इंजनों में पर्यावरण के अनुकूल ईंधन के रूप में किया जा सकता है। इसके अलावा, वैज्ञानिक फुलरीन की एक पूरी श्रृंखला को गैडोलीनियम परमाणुओं के साथ पहले से ही एम्बेडेड करने में सक्षम थे (चित्र 5 देखें)।

चावल। 5. एक दीवार वाले नैनोट्यूब के अंदर C60 के अंदर

केशिका प्रभाव और नैनोट्यूब भरना

नैनोट्यूब कार्बन पायरोलिसिस इलेक्ट्रिक आर्क

कार्बन नैनोट्यूब की खोज के तुरंत बाद, शोधकर्ताओं का ध्यान नैनोट्यूब को विभिन्न पदार्थों से भरने की संभावना से आकर्षित हुआ, जो न केवल वैज्ञानिक रुचि का है, बल्कि लागू समस्याओं के लिए भी बहुत महत्व रखता है, क्योंकि एक नैनोट्यूब एक संवाहक, अर्धचालक से भरा होता है। या सुपरकंडक्टिंग सामग्री को सभी ज्ञात नैनोट्यूबों में सबसे छोटा माना जा सकता है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के वर्तमान समय के तत्व। इस समस्या में वैज्ञानिक रुचि प्रश्न के प्रयोगात्मक रूप से प्रमाणित उत्तर प्राप्त करने की संभावना से जुड़ी है: केशिका घटनाएं किस न्यूनतम आकार पर मैक्रोस्कोपिक वस्तुओं में निहित अपनी विशेषताओं को बरकरार रखती हैं? पहली बार ध्रुवीकरण बलों की कार्रवाई के तहत नैनोट्यूब के अंदर एक एचपी अणु के पीछे हटने की समस्या में इस समस्या पर विचार किया गया था। यह दिखाया गया है कि केशिका की घटना के कारण तरल पदार्थ में ड्राइंग होती है जो ट्यूब की आंतरिक सतह को केशिका में गीला कर देती है, नैनोमीटर-व्यास ट्यूबों में संक्रमण पर उनकी प्रकृति को बनाए रखती है।

कार्बन नैनोट्यूब में केशिका की घटना को पहले प्रयोगात्मक रूप से एक ऐसे कार्य में किया गया था जहां नैनोट्यूब में पिघले हुए सीसा के केशिका प्रत्यावर्तन का प्रभाव देखा गया था। इस प्रयोग में, नैनोट्यूब के संश्लेषण के लिए एक विद्युत चाप को 30 वी के वोल्टेज और 180-200 ए के वर्तमान में 0.8 के व्यास और 15 सेमी की लंबाई वाले इलेक्ट्रोड के बीच प्रज्वलित किया गया था। सामग्री की एक परत 3-4 एनोड सतह के ऊष्मीय विनाश के परिणामस्वरूप कैथोड सतह पर बने सेमी उच्च को कक्ष से हटा दिया गया और कार्बन डाइऑक्साइड के प्रवाह में T = 850°C पर 5 घंटे के लिए रखा गया। यह ऑपरेशन, जिसके परिणामस्वरूप नमूना द्रव्यमान का लगभग 10% खो गया, ने अनाकार ग्रेफाइट के कणों से नमूने के शुद्धिकरण और अवक्षेप में नैनोट्यूब की खोज में योगदान दिया। नैनोट्यूब युक्त अवक्षेप के मध्य भाग को एथेनॉल में रखा गया था और सोनिकेट किया गया था। क्लोरोफॉर्म में बिखरे हुए ऑक्सीकरण उत्पाद को इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ अवलोकन के लिए छेद वाले कार्बन टेप पर लागू किया गया था। जैसा कि टिप्पणियों से पता चला है, जिन ट्यूबों को प्रसंस्करण के अधीन नहीं किया गया था, उनमें एक निर्बाध संरचना, सही आकार के सिर और 0.8 से 10 एनएम का व्यास था। ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, लगभग 10% नैनोट्यूब में क्षतिग्रस्त टोपी निकली, और शीर्ष के पास की कुछ परतें फट गईं। अवलोकन के लिए इच्छित नैनोट्यूब युक्त एक नमूना वैक्यूम में पिघला हुआ सीसा की बूंदों से भरा गया था, जो एक इलेक्ट्रॉन बीम के साथ एक धातु की सतह को विकिरणित करके प्राप्त किया गया था। इस मामले में, नैनोट्यूब की बाहरी सतह पर 1 से 15 एनएम आकार की सीसा की बूंदें देखी गईं। नैनोट्यूब को हवा में = 400°С (सीसा के गलनांक से ऊपर) पर 30 मिनट के लिए बंद कर दिया गया। जैसा कि एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की मदद से किए गए अवलोकनों के परिणाम दिखाते हैं, एनीलिंग के बाद कुछ नैनोट्यूब एक ठोस सामग्री से भरे हुए निकले। एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन बीम के साथ एनीलिंग के परिणामस्वरूप खोले गए ट्यूबों के सिर के विकिरण पर नैनोट्यूब भरने का एक समान प्रभाव देखा गया। पर्याप्त रूप से मजबूत विकिरण के साथ, ट्यूब के खुले सिरे के पास की सामग्री पिघल जाती है और अंदर प्रवेश कर जाती है। ट्यूबों के अंदर लेड की उपस्थिति एक्स-रे विवर्तन और इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा स्थापित की गई थी। सबसे पतले सीसे के तार का व्यास 1.5 एनएम था। टिप्पणियों के परिणामों के अनुसार, भरे हुए नैनोट्यूब की संख्या 1% से अधिक नहीं थी।

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