ऊर्जा एक महत्वपूर्ण उद्योग है जो मानव जीवन में बहुत बड़ी भूमिका निभाता है। देश की ऊर्जा स्थिति इस क्षेत्र में कई वैज्ञानिकों के काम पर निर्भर करती है। आज वे वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की तलाश में हैं। इन उद्देश्यों के लिए, वे कुछ भी उपयोग करने के लिए तैयार हैं, धूप और पानी से शुरू होकर, हवा की ऊर्जा के साथ समाप्त होते हैं। पर्यावरण से ऊर्जा उत्पन्न करने वाले उपकरण अत्यधिक मूल्यवान हैं।
सामान्य जानकारी
कार्बन नैनोट्यूब एक बेलनाकार आकार वाले विस्तारित लुढ़के हुए ग्रेफाइट विमान हैं। एक नियम के रूप में, उनकी मोटाई कई सेंटीमीटर की लंबाई के साथ कई दसियों नैनोमीटर तक पहुंच जाती है। नैनोट्यूब के अंत में एक गोलाकार सिर बनता है, जो फुलरीन के भागों में से एक है।
कार्बन नैनोट्यूब दो प्रकार के होते हैं: धातु और अर्धचालक। उनका मुख्य अंतर वर्तमान की चालकता है। पहला प्रकार 0ºС के बराबर तापमान पर करंट का संचालन कर सकता है, और दूसरा - केवल ऊंचे तापमान पर।
कार्बन नैनोट्यूब: गुण
अधिकांशआधुनिक क्षेत्र, जैसे अनुप्रयुक्त रसायन विज्ञान या नैनो प्रौद्योगिकी, नैनोट्यूब से जुड़े हैं, जिनकी कार्बन फ्रेम संरचना है। यह क्या है? यह संरचना केवल कार्बन परमाणुओं द्वारा एक साथ जुड़े बड़े अणुओं को संदर्भित करती है। कार्बन नैनोट्यूब, जिनके गुण एक बंद खोल पर आधारित होते हैं, अत्यधिक मूल्यवान होते हैं। इसके अलावा, इन संरचनाओं में एक बेलनाकार आकार होता है। इस तरह की ट्यूब एक ग्रेफाइट शीट को मोड़कर प्राप्त की जा सकती है, या एक निश्चित उत्प्रेरक से विकसित हो सकती है। कार्बन नैनोट्यूब, जिनकी तस्वीरें नीचे प्रस्तुत की गई हैं, में एक असामान्य संरचना है।
वे विभिन्न आकारों और आकारों में आते हैं: एकल-स्तरित और बहु-स्तरित, सीधे और पापी। इस तथ्य के बावजूद कि नैनोट्यूब काफी नाजुक दिखते हैं, वे एक मजबूत सामग्री हैं। कई अध्ययनों के परिणामस्वरूप, यह पाया गया कि उनमें खिंचाव और झुकने जैसे गुण होते हैं। गंभीर यांत्रिक भार की कार्रवाई के तहत, तत्व टूटते या टूटते नहीं हैं, यानी वे विभिन्न वोल्टेज के अनुकूल हो सकते हैं।
विषाक्तता
कई अध्ययनों के परिणामस्वरूप, यह पाया गया कि कार्बन नैनोट्यूब एस्बेस्टस फाइबर जैसी ही समस्याएं पैदा कर सकते हैं, यानी विभिन्न घातक ट्यूमर होते हैं, साथ ही साथ फेफड़ों का कैंसर भी होता है। अभ्रक के नकारात्मक प्रभाव की डिग्री इसके तंतुओं के प्रकार और मोटाई पर निर्भर करती है। चूंकि कार्बन नैनोट्यूब वजन और आकार में छोटे होते हैं, इसलिए वे आसानी से हवा के साथ मानव शरीर में प्रवेश कर जाते हैं। इसके अलावा, वे फुस्फुस का आवरण में प्रवेश करते हैं और छाती में प्रवेश करते हैं, और समय के साथविभिन्न जटिलताओं का कारण बनता है। वैज्ञानिकों ने एक प्रयोग किया और चूहों के भोजन में नैनोट्यूब के कणों को जोड़ा। छोटे व्यास के उत्पाद व्यावहारिक रूप से शरीर में नहीं रहते थे, लेकिन बड़े वाले पेट की दीवारों में खोदे जाते थे और विभिन्न बीमारियों का कारण बनते थे।
तरीके प्राप्त करना
आज, कार्बन नैनोट्यूब प्राप्त करने की निम्नलिखित विधियाँ हैं: चाप आवेश, पृथक्करण, वाष्प जमाव।
इलेक्ट्रिक आर्क डिस्चार्ज। विद्युत आवेश के एक प्लाज्मा में प्राप्त करना (कार्बन नैनोट्यूब का वर्णन इस लेख में किया गया है), जो हीलियम के उपयोग से जलता है। फुलरीन के उत्पादन के लिए विशेष तकनीकी उपकरणों का उपयोग करके ऐसी प्रक्रिया को अंजाम दिया जा सकता है। लेकिन इस पद्धति के साथ, आर्क बर्निंग के अन्य तरीकों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, वर्तमान घनत्व कम हो जाता है, और भारी मोटाई के कैथोड का भी उपयोग किया जाता है। हीलियम का वातावरण बनाने के लिए इस रासायनिक तत्व का दबाव बढ़ाना आवश्यक है। कार्बन नैनोट्यूब स्पटरिंग द्वारा प्राप्त किए जाते हैं। इनकी संख्या बढ़ाने के लिए ग्रेफाइट की छड़ में उत्प्रेरक लगाना आवश्यक है। अक्सर यह विभिन्न धातु समूहों का मिश्रण होता है। इसके अलावा, दबाव और छिड़काव के तरीके में भी बदलाव होता है। इस प्रकार, एक कैथोडिक जमा प्राप्त होता है, जहां कार्बन नैनोट्यूब बनते हैं। तैयार उत्पाद कैथोड के लंबवत बढ़ते हैं और बंडलों में एकत्र किए जाते हैं। वे 40 µm लंबे हैं।
निष्कासन। इस पद्धति का आविष्कार रिचर्ड स्माले ने किया था। इसका सार उच्च तापमान पर काम करने वाले रिएक्टर में विभिन्न ग्रेफाइट सतहों को वाष्पित करना है। कार्बन नैनोट्यूब तल पर ग्रेफाइट के वाष्पीकरण के परिणामस्वरूप बनते हैंरिएक्टर के हिस्से।
इन्हें ठंडा किया जाता है और एक ठंडी सतह का उपयोग करके एकत्र किया जाता है। यदि पहले मामले में, तत्वों की संख्या 60% के बराबर थी, तो इस पद्धति से आंकड़ा 10% बढ़ गया। लेजर एब्सोलेशन विधि की लागत अन्य सभी की तुलना में अधिक महंगी है। एक नियम के रूप में, एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब प्रतिक्रिया तापमान को बदलकर प्राप्त किए जाते हैं।
गैस चरण से निक्षेपण। 50 के दशक के अंत में कार्बन वाष्प जमाव विधि का आविष्कार किया गया था। लेकिन किसी ने कल्पना भी नहीं की थी कि इससे कार्बन नैनोट्यूब प्राप्त किए जा सकते हैं। तो, पहले आपको उत्प्रेरक के साथ सतह तैयार करने की आवश्यकता है। विभिन्न धातुओं के छोटे कण, उदाहरण के लिए, कोबाल्ट, निकल और कई अन्य, इसके रूप में काम कर सकते हैं। उत्प्रेरक बिस्तर से नैनोट्यूब निकलने लगते हैं। उनकी मोटाई सीधे उत्प्रेरित धातु के आकार पर निर्भर करती है। सतह को उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है, और फिर कार्बन युक्त गैस की आपूर्ति की जाती है। उनमें से मीथेन, एसिटिलीन, इथेनॉल आदि हैं। अमोनिया एक अतिरिक्त तकनीकी गैस के रूप में कार्य करता है। नैनोट्यूब प्राप्त करने की यह विधि सबसे आम है। प्रक्रिया स्वयं विभिन्न औद्योगिक उद्यमों में होती है, जिसके कारण बड़ी संख्या में ट्यूबों के निर्माण के लिए कम वित्तीय संसाधन खर्च किए जाते हैं। इस पद्धति का एक अन्य लाभ यह है कि किसी भी धातु के कण से ऊर्ध्वाधर तत्व प्राप्त किए जा सकते हैं जो उत्प्रेरक के रूप में कार्य करते हैं। प्राप्त करना (कार्बन नैनोट्यूब सभी पक्षों से वर्णित हैं) सुओमी इजिमा के शोध के लिए संभव हो गया, जिन्होंनेकार्बन संश्लेषण के परिणामस्वरूप उनकी उपस्थिति के लिए एक माइक्रोस्कोप के तहत देखा गया।
मुख्य प्रजातियां
कार्बन तत्वों को परतों की संख्या के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। सबसे सरल प्रकार एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब हैं। उनमें से प्रत्येक की मोटाई लगभग 1 एनएम है, और उनकी लंबाई बहुत अधिक हो सकती है। यदि हम संरचना पर विचार करते हैं, तो उत्पाद हेक्सागोनल ग्रिड के साथ ग्रेफाइट लपेटने जैसा दिखता है। इसके शीर्ष पर कार्बन परमाणु हैं। इस प्रकार, ट्यूब में एक सिलेंडर का आकार होता है, जिसमें कोई सीम नहीं होती है। उपकरणों का ऊपरी भाग फुलरीन अणुओं से युक्त आवरणों से बंद होता है।
अगला दृश्य बहुपरत कार्बन नैनोट्यूब है। इनमें ग्रेफाइट की कई परतें होती हैं, जो एक सिलेंडर के आकार में मुड़ी होती हैं। उनके बीच 0.34 एनएम की दूरी बनाए रखी जाती है। इस प्रकार की संरचना का दो प्रकार से वर्णन किया गया है। पहले के अनुसार, मल्टीलेयर ट्यूब एक दूसरे में नेस्टेड कई सिंगल-लेयर ट्यूब होते हैं, जो नेस्टिंग डॉल की तरह दिखते हैं। दूसरे के अनुसार, बहुपरत नैनोट्यूब ग्रेफाइट की एक शीट होती है जो अपने चारों ओर कई बार लपेटती है, जो मुड़े हुए अखबार की तरह दिखती है।
कार्बन नैनोट्यूब: अनुप्रयोग
तत्व नैनोमटेरियल के वर्ग के बिल्कुल नए प्रतिनिधि हैं।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, उनके पास एक फ्रेम संरचना है, जो ग्रेफाइट या हीरे से गुणों में भिन्न है। इसीलिए इनका उपयोग अन्य सामग्रियों की तुलना में बहुत अधिक बार किया जाता है।
ताकत, झुकने, चालकता जैसी विशेषताओं के कारण इसका उपयोग कई क्षेत्रों में किया जाता है:
- पॉलिमर में योजक के रूप में;
- प्रकाश उपकरणों के लिए उत्प्रेरक, साथ ही दूरसंचार नेटवर्क में फ्लैट पैनल डिस्प्ले और हैंडसेट;
- एक विद्युत चुम्बकीय तरंग अवशोषक के रूप में;
- ऊर्जा रूपांतरण के लिए;
- विभिन्न प्रकार की बैटरियों में एनोड का निर्माण;
- हाइड्रोजन भंडारण;
- सेंसर और कैपेसिटर का निर्माण;
- कंपोजिट का उत्पादन और उनकी संरचना और गुणों का सुदृढ़ीकरण।
कई वर्षों से, कार्बन नैनोट्यूब, जिसका अनुप्रयोग किसी एक विशेष उद्योग तक सीमित नहीं है, वैज्ञानिक अनुसंधान में उपयोग किया जाता रहा है। इस तरह की सामग्री की बाजार में कमजोर स्थिति है, क्योंकि बड़े पैमाने पर उत्पादन में समस्याएं हैं। एक अन्य महत्वपूर्ण बिंदु कार्बन नैनोट्यूब की उच्च लागत है, जो इस तरह के पदार्थ का लगभग 120 डॉलर प्रति ग्राम है।
उनका उपयोग कई कंपोजिट के उत्पादन के लिए एक बुनियादी तत्व के रूप में किया जाता है, जिसका उपयोग कई खेल सामग्री बनाने के लिए किया जाता है। एक अन्य उद्योग मोटर वाहन उद्योग है। इस क्षेत्र में कार्बन नैनोट्यूब की क्रियाशीलता प्रवाहकीय गुणों वाले पॉलिमर को समाप्त करने के लिए कम हो जाती है।
नैनोट्यूब की तापीय चालकता इतनी अधिक होती है कि उन्हें विभिन्न बड़े उपकरणों के लिए शीतलन उपकरण के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इनका उपयोग उन युक्तियों को बनाने के लिए भी किया जाता है जो जांच ट्यूबों से जुड़ी होती हैं।
सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षेत्र कंप्यूटर प्रौद्योगिकी है। नैनोट्यूब के लिए धन्यवाद, विशेष रूप से फ्लैट डिस्प्ले बनाए जाते हैं। उनका उपयोग काफी कम करने के लिए किया जा सकता हैकंप्यूटर के समग्र आयामों के साथ-साथ इसके तकनीकी प्रदर्शन को भी बढ़ाता है। तैयार उपकरण मौजूदा तकनीकों से कई गुना बेहतर होंगे। इन अध्ययनों के आधार पर हाई-वोल्टेज कीनेस्कोप बनाए जा सकते हैं।
समय के साथ, ट्यूब का उपयोग न केवल इलेक्ट्रॉनिक्स में, बल्कि चिकित्सा और ऊर्जा क्षेत्रों में भी किया जाएगा।
उत्पादन
कार्बन टयूबिंग, जिसका उत्पादन दो प्रकारों के बीच वितरित किया जाता है, असमान रूप से वितरित किया जाता है।
इसलिए MWNTs, SWNTs की तुलना में बहुत अधिक कमाते हैं। दूसरा प्रकार तत्काल आवश्यकता के मामले में किया जाता है। विभिन्न कंपनियां लगातार कार्बन नैनोट्यूब का उत्पादन कर रही हैं। लेकिन वे व्यावहारिक रूप से मांग में नहीं हैं, क्योंकि उनकी लागत बहुत अधिक है।
प्रोडक्शन लीडर
आज कार्बन नैनोट्यूब के उत्पादन में अग्रणी स्थान पर एशियाई देशों का कब्जा है, जिनकी उत्पादन क्षमता यूरोप और अमेरिका के अन्य देशों की तुलना में 3 गुना अधिक है। विशेष रूप से, जापान MWNT के निर्माण में लगा हुआ है। लेकिन अन्य देश, जैसे कोरिया और चीन, इस सूचक में नीच नहीं हैं।
रूस में उत्पादन
कार्बन नैनोट्यूब का घरेलू उत्पादन अन्य देशों से काफी पीछे है। वास्तव में, यह सब इस क्षेत्र में अनुसंधान की गुणवत्ता पर निर्भर करता है। यह देश में वैज्ञानिक और तकनीकी केंद्र बनाने के लिए पर्याप्त वित्तीय संसाधन आवंटित नहीं करता है। बहुत से लोग नैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्र में विकास को स्वीकार नहीं करते हैं क्योंकि वे नहीं जानते कि इसका उपयोग उद्योग में कैसे किया जा सकता है। इसलिए, अर्थव्यवस्था का संक्रमणनया रास्ता काफी कठिन है।
इसलिए, रूस के राष्ट्रपति ने एक फरमान जारी किया, जो कार्बन तत्वों सहित नैनो प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों के विकास को इंगित करता है। इन उद्देश्यों के लिए, हमारी अपनी प्रौद्योगिकियों के विकास और उत्पादन के लिए एक विशेष कार्यक्रम बनाया गया था।
आदेश के सभी बिंदुओं को पूरा करने के लिए, Rosnanotech कंपनी बनाई गई थी। इसके कामकाज के लिए राज्य के बजट से एक महत्वपूर्ण राशि आवंटित की गई थी। यह वह है जिसे औद्योगिक क्षेत्र में कार्बन नैनोट्यूब के विकास, उत्पादन और परिचय की प्रक्रिया को नियंत्रित करना चाहिए। आवंटित राशि को विभिन्न अनुसंधान संस्थानों और प्रयोगशालाओं के निर्माण पर खर्च किया जाएगा, और घरेलू वैज्ञानिकों की मौजूदा उपलब्धियों को भी मजबूत करेगा। साथ ही, इन निधियों का उपयोग कार्बन नैनोट्यूब के उत्पादन के लिए उच्च गुणवत्ता वाले उपकरण खरीदने के लिए किया जाएगा। यह उन उपकरणों का भी ध्यान रखने योग्य है जो मानव स्वास्थ्य की रक्षा करेंगे, क्योंकि यह सामग्री कई बीमारियों का कारण बनती है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, पूरी समस्या धन जुटाने की है। ज्यादातर निवेशक अनुसंधान और विकास में निवेश नहीं करना चाहते हैं, खासकर लंबे समय के लिए। सभी व्यवसायी लाभ देखना चाहते हैं, लेकिन नैनोडेवलपमेंट में वर्षों लग सकते हैं। यह वही है जो छोटे और मध्यम आकार के व्यवसायों के प्रतिनिधियों को पीछे हटाता है। इसके अलावा, सरकारी निवेश के बिना नैनोमटेरियल्स का उत्पादन पूरी तरह से शुरू करना संभव नहीं होगा।
एक और समस्याकानूनी ढांचे की कमी है, क्योंकि व्यवसाय के विभिन्न चरणों के बीच कोई मध्यवर्ती लिंक नहीं है। इसलिए, कार्बन नैनोट्यूब, जिसका उत्पादन रूस में मांग में नहीं है, के लिए न केवल वित्तीय, बल्कि मानसिक निवेश की भी आवश्यकता होती है। अब तक, रूसी संघ एशियाई देशों से दूर है, जो नैनो तकनीक के विकास में अग्रणी हैं।
आज, इस उद्योग में विकास मास्को, तांबोव, सेंट पीटर्सबर्ग, नोवोसिबिर्स्क और कज़ान में विभिन्न विश्वविद्यालयों के रासायनिक विभागों में किया जाता है। कार्बन नैनोट्यूब के अग्रणी निर्माता टैम्बोव में ग्रेनाट कंपनी और कोम्सोमोलेट्स प्लांट हैं।
अच्छे और बुरे पहलू
फायतों में कार्बन नैनोट्यूब के विशेष गुण हैं। वे एक टिकाऊ सामग्री हैं जो यांत्रिक प्रभावों के प्रभाव में नहीं गिरती हैं। इसके अलावा, वे झुकने और खींचने के लिए अच्छी तरह से काम करते हैं। यह बंद फ्रेम संरचना द्वारा संभव बनाया गया है। उनका आवेदन एक उद्योग तक सीमित नहीं है। ट्यूबों का उपयोग मोटर वाहन, इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा और ऊर्जा में किया जाता है।
एक बड़ा नुकसान मानव स्वास्थ्य पर नकारात्मक प्रभाव है।
नैनोट्यूब के कण, मानव शरीर में प्रवेश कर, घातक ट्यूमर और कैंसर का कारण बनते हैं।
आवश्यक पक्ष इस उद्योग का वित्तपोषण है। बहुत से लोग विज्ञान में निवेश नहीं करना चाहते, क्योंकि लाभ कमाने में लंबा समय लगता है। और अनुसंधान प्रयोगशालाओं के कामकाज के बिना, नैनो तकनीक का विकासअसंभव।
निष्कर्ष
कार्बन नैनोट्यूब नवीन तकनीकों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। कई विशेषज्ञ आने वाले वर्षों में इस उद्योग के विकास की भविष्यवाणी करते हैं। उत्पादन क्षमताओं में उल्लेखनीय वृद्धि होगी, जिससे माल की लागत में कमी आएगी। कीमतों में कमी के साथ, ट्यूब बहुत मांग में होंगे, और कई उपकरणों और उपकरणों के लिए एक अनिवार्य सामग्री बन जाएंगे।
तो, हमें पता चला कि ये उत्पाद क्या हैं।
