Попов, КР№2 / Лекция 7 / 1-4
.docxЛЕКЦИЯ 7
-
Области применения углеродных наноструктур.
Благодаря своим уникальным свойствам (высокая прочность (63 ГПа), сверхпроводимость, капиллярные, оптические, магнитные свойства и т.д.) углеродные нанотрубки могут найти применение в огромном количестве областей:
-
добавки в полимеры;
-
катализаторы (автоэлектронная эмиссия для катодных лучей осветительных элементов, плоские панели дисплеев, газоразрядные трубки в телекоммуникационных сетях);
-
поглощение и экранирование электромагнитных волн;
-
преобразование энергии;
-
аноды в литиевых батареях;
-
хранение водорода;
-
композиты (заполнители или покрытия);
-
нанозонды;
-
датчики;
-
усиление композитов;
-
суперконденсаторы.
Применение фуллеренов:
-
Создание новых конструкционных материалов с уникальными свойствами для использования в строительстве инженерно-технических сооружений и в изготовлении средств индивидуальной защиты.
-
Улучшение эксплуатационных характеристик транспортных средств и других специальных механизмов.
-
Получение новых композиционных материалов электротехнического назначения.
-
Получение новых композиционных материалов для оптического и радиоэлектронного противодействия.
-
Создание материалов и микроэлектронных изделий специального назначения.
-
Разработка новых технологий в медицине.
-
Схема установки для получения и исследования кластеров.
-
Синтез фуллеренов на установках Смолли (схема и принцип действия).
Установка, предложенная Смолли в самом начале «фуллереновой эры», позволяла получать фуллерены лазерным испарением графита [2.1]. Импульсный неодимовый лазер, работающий на длине волны 532 нм и дающий в импульсе энергию 250 мДж, использовался как источник излучения. Луч направлялся на графитовую мишень в форме диска, находящуюся в печи при температуре 1200°С (рис. 2.1). Образующиеся пары углерода и фуллеренов уносились потоком гелия и осаждались на стенках камеры. Существенный недостаток установки - низкий выход конечного продукта, однако она незаменима при изучении механизма образования углеродных кластеров, в том числе и фуллеренов .
-
Установки Кречмера и Вудла для синтеза фуллеренов (схема и принцип действия).
Такая установка для синтеза фуллеренов в макроколичествах представляла собой стеклянный колпак с устройствами для откачки и напуска газов. Внутри находились два графитовых стержня: тонкий и заостренный, выполнявший роль испаряемого анода; другой - большего диаметра и плоской формы - служил катодом. Установка сначала вакуумировалась, а потом заполнялась гелием. При подаче тока между электродами возникала электрическая дуга с температурой 2500-3000°С. Углеродная сажа с молекулами фуллеренов оседала на холодных стенках колпака и на ловушке. Выход фуллеренов достигал 10% от веса сажи. Этот метод требует давления инертного газа по крайней мере 25 торр. Увеличение давления инертного газа способствует образованию фуллеренов с большей массой. Тепло, вырабатываемое в электрическом разряде между графитовыми электродами, испаряет углерод с образованием сажи и фуллеренов, которые вместе конденсируются на охлаждаемых стенках реактора.
Выход экстрагируемых из сажи фуллеренов 4%. На рис. электрические вводы находятся в верхней части установки, а для зажигания дуги между двумя графитовыми электродами в атмосфере гелия при давлении 200 торр используется недорогой генератор переменного тока. Аппарат погружается в резервуар с водой для охлаждения цилиндрических стенок сосуда. Фуллереновый реактор Вудла не требует совместного перемещения электродов по мере их расходования. Верхний электрод связан с электрическим контактом гибким кабелем и по мере расходования опускается вниз под действием силы тяжести, что автоматически поддерживает контакт между электродами. Эта методика получила название «контактного электродугового метода» (“contact arc method”). Как правило, в течение 10 мин при токе 120 А расходуется около 1 г графитового электрода длиной 6 мм. В камере сразу можно установить несколько электродов длиной 10-20 см. Сажа собирается со стенок и подвергается экстракции.