ნახშირბადის ნანომილების გაწმენდა

CNT-ების მიღების არცერთი გავრცელებული მეთოდი არ იძლევა მათი სუფთა სახით იზოლირებას. NT-ში მინარევები შეიძლება იყოს ფულერენი, ამორფული ნახშირბადი, გრაფიტიზებული ნაწილაკები და კატალიზატორის ნაწილაკები.

CNT გამწმენდი მეთოდების სამი ჯგუფი გამოიყენება:

გამანადგურებელი,

არადესტრუქციული,

კომბინირებული.

დესტრუქციული მეთოდები იყენებს ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც შეიძლება იყოს ჟანგვითი ან რედუქციური და დაფუძნებულია ნახშირბადის სხვადასხვა ფორმების რეაქტიულობის განსხვავებებზე. დაჟანგვისთვის გამოიყენება ან ჟანგვის აგენტების ხსნარები ან აირისებრი რეაგენტები, ხოლო წყალბადი გამოიყენება შემცირებისთვის. მეთოდები იძლევა მაღალი სისუფთავის CNT-ების იზოლაციას, მაგრამ დაკავშირებულია მილის დანაკარგებთან.

არადესტრუქციული მეთოდები მოიცავს ექსტრაქციას, ფლოკულაციას და სელექციურ ნალექს, ჯვარედინი ნაკადის მიკროფილტრაციას, ზომის გამორიცხვის ქრომატოგრაფიას, ელექტროფორეზის და ორგანულ პოლიმერებთან შერჩევით ურთიერთქმედებას. როგორც წესი, ეს მეთოდები დაბალი პროდუქტიულობის და არაეფექტურია.

ნახშირბადის ნანომილების თვისებები

მექანიკური. ნანომილები, როგორც ითქვა, არის უაღრესად ძლიერი მასალა, როგორც დაჭიმვის, ისე ღუნვის დროს. უფრო მეტიც, კრიტიკულს აღემატება მექანიკური სტრესის გავლენის ქვეშ, ნანომილები არ "ირღვევა", არამედ გადანაწილებულია. ნანომილების მაღალი სიმტკიცის თვისებებიდან გამომდინარე, შეიძლება ითქვას, რომ ისინი ამჟამად საუკეთესო მასალაა კოსმოსური ლიფტის კაბელისთვის. როგორც ექსპერიმენტებისა და რიცხვითი სიმულაციების შედეგები აჩვენებს, ერთკედლიანი ნანომილის იანგის მოდული აღწევს 1-5 ტპა რიგის მნიშვნელობებს, რაც სიდიდის რიგით მეტია, ვიდრე ფოლადის. ქვემოთ მოცემული გრაფიკი გვიჩვენებს შედარებას ერთკედლიან ნანომილსა და მაღალი სიმტკიცის ფოლადს შორის.

1 - გამოთვლების მიხედვით, კოსმოსური ლიფტის კაბელი უნდა გაუძლოს 62,5 გპა მექანიკურ სტრესს.

2 - დაჭიმვის დიაგრამა (მექანიკური დაძაბულობა y შედარებით დრეკადობის წინააღმდეგ e)

ამჟამინდელ უძლიერეს მასალებსა და ნახშირბადის ნანომილებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავების საჩვენებლად, მოდით ჩავატაროთ შემდეგი სააზროვნო ექსპერიმენტი. წარმოვიდგინოთ, რომ, როგორც ადრე ვივარაუდეთ, კოსმოსური ლიფტის კაბელი იქნება სოლის ფორმის ერთგვაროვანი სტრუქტურა, რომელიც შედგება დღეს არსებული უძლიერესი მასალებისგან, მაშინ კაბელის დიამეტრი GEO-ზე (გეოსტაციონარული დედამიწის ორბიტაზე) იქნება დაახლოებით 2 კმ და შევიწროვდება დედამიწის ზედაპირზე 1 მმ-მდე. ამ შემთხვევაში, მთლიანი მასა იქნება 60 * 1010 ტონა. თუ მასალად გამოყენებული იქნებოდა ნახშირბადის ნანომილები, მაშინ GEO კაბელის დიამეტრი იქნება 0,26 მმ და 0,15 მმ დედამიწის ზედაპირზე და, შესაბამისად, მთლიანი მასა იქნება 9,2 ტონა. როგორც ზემოაღნიშნული ფაქტებიდან ჩანს, ნახშირბადის ნანობოჭკოვანი არის ზუსტად ის მასალა, რომელიც საჭიროა კაბელის ასაგებად, რომლის რეალური დიამეტრი იქნება დაახლოებით 0,75 მ, რათა ასევე გაუძლოს კოსმოსური ლიფტის გადაადგილების ელექტრომაგნიტურ სისტემას. კაბინა.

ელექტრო. ნახშირბადის ნანომილების მცირე ზომის გამო, მხოლოდ 1996 წელს გახდა შესაძლებელი მათი ელექტრული წინაღობის პირდაპირი გაზომვა ოთხკუთხა მეთოდით.

ოქროს ზოლები დაიტანეს სილიციუმის ოქსიდის გაპრიალებულ ზედაპირზე ვაკუუმში. 2-3 მკმ სიგრძის ნანომილები იყო დეპონირებული მათ შორის არსებულ უფსკრულში. შემდეგ, 80 ნმ სისქის 4 ვოლფრამის გამტარი დაიტანეს გასაზომად შერჩეულ ერთ-ერთ ნანომილაკზე. თითოეულ ვოლფრამის გამტარს შეხება ჰქონდა ოქროს ერთ-ერთ ზოლთან. კონტაქტებს შორის მანძილი ნანომილაკზე მერყეობდა 0,3-დან 1 მკმ-მდე. პირდაპირი გაზომვების შედეგებმა აჩვენა, რომ ნანომილების წინაღობა შეიძლება განსხვავდებოდეს მნიშვნელოვან საზღვრებში - 5.1*10 -6-დან 0.8 Ohm/cm-მდე. მინიმალური წინაღობა არის სიდიდის რიგით ნაკლები ვიდრე გრაფიტის. ნანომილების უმეტესობას აქვს მეტალის გამტარობა, ხოლო მცირე ნაწილი ავლენს ნახევარგამტარის თვისებებს ზოლის უფსკრულით 0,1-დან 0,3 ევ-მდე.

ფრანგმა და რუსმა მკვლევარებმა (IPTM RAS, Chernogolovka) აღმოაჩინეს ნანომილების კიდევ ერთი თვისება, როგორიცაა სუპერგამტარობა. მათ გაზომეს ინდივიდუალური ერთკედლიანი ნანომილის დენის ძაბვის მახასიათებლები ~ 1 ნმ დიამეტრით, დიდი რაოდენობით ერთკედლიანი ნანომილები, რომლებიც შემოვიდა შეკვრაში, ასევე ცალკეული მრავალკედლიანი ნანომილები. ზეგამტარი დენი 4K-თან ახლოს ტემპერატურაზე დაფიქსირდა ორ სუპერგამტარ ლითონის კონტაქტს შორის. ნანომილაკში მუხტის გადაცემის მახასიათებლები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ჩვეულებრივი, სამგანზომილებიანი გამტარებლების თანდაყოლილისაგან და, როგორც ჩანს, აიხსნება გადაცემის ერთგანზომილებიანი ბუნებით.

ასევე, დე გეერმა ლოზანის უნივერსიტეტიდან (შვეიცარია) აღმოაჩინა საინტერესო თვისება: გამტარობის მკვეთრი (დაახლოებით ორი რიგის სიდიდის) ცვლილება ერთკედლიანი ნანომილის მცირე, 5-10°-იანი მოსახვევით. ამ თვისებას შეუძლია გააფართოვოს ნანომილების გამოყენების სპექტრი. ერთის მხრივ, ნანომილაკი აღმოჩნდება მზა, ძალიან მგრძნობიარე მექანიკური ვიბრაციების გადამყვანად ელექტრულ სიგნალად და უკან (სინამდვილეში, ეს არის სატელეფონო მოწყობილობა რამდენიმე მიკრონი სიგრძისა და დიამეტრის დაახლოებით ნანომეტრით) და, მეორეს მხრივ, ეს არის უმცირესი დეფორმაციების თითქმის მზა სენსორი. ასეთ სენსორს შეუძლია იპოვნოს გამოყენება მოწყობილობებში, რომლებიც აკონტროლებენ მექანიკური კომპონენტებისა და ნაწილების მდგომარეობას, რომლებზედაც დამოკიდებულია ადამიანების უსაფრთხოება, მაგალითად, მატარებლებისა და თვითმფრინავების მგზავრები, ბირთვული და თბოელექტროსადგურების პერსონალი და ა.შ.

კაპილარული. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ღია ნანომილს აქვს კაპილარული თვისებები. ნანომილის გასახსნელად, თქვენ უნდა მოაცილოთ ზედა ნაწილი - თავსახური. ამოღების ერთ-ერთი მეთოდია ნანომილების 850 0 C ტემპერატურაზე დამუშავება ნახშირორჟანგის ნაკადში რამდენიმე საათის განმავლობაში. დაჟანგვის შედეგად ყველა ნანომილების დაახლოებით 10% ღია ხდება. ნანომილების დახურული ბოლოების განადგურების კიდევ ერთი გზაა მათი გაჟღენთვა კონცენტრირებულ აზოტმჟავაში 4,5 საათის განმავლობაში 2400 C ტემპერატურაზე. ამ დამუშავების შედეგად ნანომილების 80% ღია ხდება.

კაპილარული ფენომენების პირველმა კვლევებმა აჩვენა, რომ სითხე აღწევს ნანომილის არხში, თუ მისი ზედაპირული დაძაბულობა არ არის 200 მნ/მ-ზე მეტი. ამიტომ, ნანომილაკებში ნებისმიერი ნივთიერების შესატანად გამოიყენება დაბალი ზედაპირული დაძაბულობის გამხსნელები. მაგალითად, არხში ზოგიერთი ლითონის ნანომილების შესატანად გამოიყენება კონცენტრირებული აზოტის მჟავა, რომლის ზედაპირული დაძაბულობა დაბალია (43 მნ/მ). შემდეგ ანეილირება ტარდება 4000 C ტემპერატურაზე 4 საათის განმავლობაში წყალბადის ატმოსფეროში, რაც იწვევს ლითონის შემცირებას. ამ გზით მიიღეს ნიკელის, კობალტის და რკინის შემცველი ნანომილები.

ლითონებთან ერთად, ნახშირბადის ნანომილები შეიძლება ივსებოდეს აირისებრი ნივთიერებებით, როგორიცაა მოლეკულური წყალბადი. ამ უნარს პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს, რადგან ხსნის წყალბადის უსაფრთხო შენახვის შესაძლებლობას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ეკოლოგიურად სუფთა საწვავი შიდა წვის ძრავებში. მეცნიერებმა ასევე შეძლეს ნანომილის შიგნით მოათავსონ ფულერენების მთელი ჯაჭვი, რომელშიც უკვე ჩადებული იყო გადოლინიუმის ატომები (იხ. სურ. 5).

ბრინჯი. 5. C60 შიგნით ერთკედლიანი ნანომილის შიგნით

რეაქცია გოგირდის მჟავაში, რომელიც შეიცავს ქრომის ანჰიდრიდს. თუმცა, აუცილებელია ნანო ალმასის გრანულების დიდი ფრაქციის წინასწარი მოცილება. გამოყენებული ლიტერატურა 1. Spitsyn B.V., Davidson J.L., Gradoboev M.N., Galushko T.B., Serebryakova N.V., Karpukhina T.A., Kulakova I.I., Melnik N.N. დეტონაციური ნანო ალმასის მოდიფიკაციის გზა // Diamond and Related Materials, 2006, ტ. 15, გვ. 296-299 2. პატ. 5-10695, Japan (A), Chromium plating solution, Tokyo Daiyamondo Kogu Seisakusho K.K., 04/27/1993 3. Dolmatov, V.Yu. დეტონაციის სინთეზის ულტრაფინირებული ბრილიანტი, როგორც კომპოზიტური მეტალო-ალმასის გალვანური საფარების ახალი კლასის საფუძველი / V.Yu. Dolmatov, G.K. Burkat // Superhard Materials, 2000, T. 1.- P. 84-94 4. Gregory R. ფლოკულაცია და დალექვა - ძირითადი პრინციპები // სპეც. ქიმ., 1991, ტ. 11, No6, გვ. 426-430 UDC 661.66 N.Yu. ბირიუკოვა1, A.N. Kovalenko1, S.Yu. ცარევა1, ლ.დ. ისხაკოვა2, ე.ვ. ჟარიკოვის1 რუსეთის ქიმიურ-ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის სახელობის. DI. მენდელეევი, მოსკოვი, რუსეთი ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის სამეცნიერო ცენტრი RAS, მოსკოვი, რუსეთი 1 2 ნახშირბადის ნანომილაკების გაწმენდა, მიღებული ბენზოლის კატალიზური პიროლიზის მეთოდით ამ ნაშრომში მოცემულია ექსპერიმენტული კვლევების შედეგები ბენზოლის გაწმენდისა და გამოყოფის ფიზიკურად. წარმოდგენილია ქიმიური მეთოდები. თითოეული ეტაპის ეფექტურობა კონტროლდება პიროლიზის პროდუქტების მორფოლოგიური მახასიათებლების შესწავლით. ნაშრომში წარმოდგენილია ფიზიკური და ქიმიური მეთოდების გამოყენებით მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების გაწმენდისა და გამოყოფის ექსპერიმენტული კვლევების შედეგები. გაწმენდის თითოეული ეტაპის ეფექტურობის მონიტორინგი განხორციელდა პიროლიზის პროდუქტების მორფოლოგიური მახასიათებლების ცვლილებებით. ნახშირწყალბადების კატალიზური პიროლიზის მეთოდი ნახშირბადის ნანომილების სინთეზის ერთ-ერთი პერსპექტიული მეთოდია. მეთოდი შესაძლებელს ხდის ერთკედლიანი, მრავალკედლიანი ნანომილაკების, ნახშირბადის ნანოსტრუქტურების ორიენტირებული მასივების მიღებას სინთეზის პარამეტრების შესაბამისი ორგანიზებით. ამავდროულად, ნახშირბადის შემცველი ნაერთების პიროლიზით მიღებული პროდუქტი ნანომილაკებთან ერთად შეიცავს მნიშვნელოვან რაოდენობას მინარევებისაგან, როგორიცაა კატალიზატორის ნაწილაკები, ამორფული ნახშირბადი, ფულერენი და ა.შ. ამ მინარევების მოსაშორებლად ჩვეულებრივ გამოიყენება ფიზიკური მეთოდები ( ცენტრიფუგაცია, ულტრაბგერითი, ფილტრაცია) ქიმიურთან ერთად (დაჟანგვა გაზში ან თხევად გარემოში ამაღლებულ ტემპერატურაზე). ნამუშევარმა გამოსცადა მრავალკედლიანი ნანომილების გაწმენდისა და ქვეპროდუქტებისგან განცალკევების კომბინირებული ტექნიკა და დაადგინა სხვადასხვა რეაგენტების ეფექტურობა. საწყისი დეპოზიტი მიღებულ იქნა ბენზოლის კატალიზური პიროლიზით, რკინის პენტაკარბონილის გამოყენებით, როგორც პრეკატალიზატორი. საბადო დამუშავდა ჰიდროქლორინის, გოგირდის და აზოტის მჟავებით. ნანომილების აგრეგატები დაიშალა ულტრაბგერითი 22 kHz სიხშირით. დეპოზიტის ფრაქციებად გამოსაყოფად გამოიყენეს ცენტრიფუგაცია (3000 rpm, დამუშავების დრო - 1 ​​საათამდე). მჟავის გარდა, ნანომილაკების თერმული დამუშავება U S P E X I-ის გამოყენებით ასევე გამოიყენებოდა ქიმიასა და ქიმიურ ტექნოლოგიაში. ტომი XXI. 2007. No8 (76) 56 ჰაერი. საუკეთესო გაწმენდის მისაღწევად შეიქმნა სხვადასხვა მეთოდების ოპტიმალური თანმიმდევრობა. პიროლიზის პროდუქტების მორფოლოგიური მახასიათებლები და გაწმენდის ხარისხი კონტროლდებოდა სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით, რამანის სპექტროსკოპიით და რენტგენის ფაზის ანალიზით. UDC 541.1 E.N. გოლუბინა, ნ.ფ. ქიზიმი, ვ.ვ. მოსკალენკოს ნოვომოსკოვსკის სახელობის რუსეთის ქიმიურ-ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ინსტიტუტი. DI. მენდელეევი, ნოვომოსკოვსკი, რუსეთი. პროცესის დასაწყისში დინამიურ ინტერფეისურ ფენებზე დაგროვება, ექსტრემალური განლაგება განიხილება კონცენტრაციის თანაფარდობის ელემენტიდან და გამხსნელიდან დინამიური ინტერფეისის ფენების სისქის მიხედვით) ნაჩვენებია მოპოვების პროცესში ნანოსტრუქტურების მნიშვნელოვან ნაწილზე. ჰეპტანში D2EHPA ხსნარებით ერბიუმის (III) ექსტრაქციის კინეტიკური მახასიათებლები (კონცენტრაციის პლატოები კინეტიკურ მრუდეებზე, მისი დაგროვების მაღალი მაჩვენებელი DMS-ში პროცესის დასაწყისში, დაკვირვებული სისქის დამოკიდებულების უკიდურესი ბუნება. DMS ელემენტისა და ექსტრაქტორის კონცენტრაციების თანაფარდობაზე) მიუთითებს ნანოსტრუქტურების მნიშვნელოვან როლზე მოპოვების პროცესში. ცნობილია, რომ ექსტრაქციის სისტემებში შეიძლება გამოჩნდეს სხვადასხვა ნანოობიექტები: ადსორბციული ფენები, მიცელი, მიცელარული გელები, ვეზიკულები, პოლიმერული გელები, კრისტალური გელები, მიკროემულსია, ნანოდისპერსია, ემულსია. კერძოდ, La(OH)3-D2EHPA-დეკან-წყლის სისტემაში წარმოიქმნება ორგანოგელი, რომლის სივრცითი სტრუქტურა აგებულია ≈0,2 დიამეტრის და 2-3 მკმ სიგრძის ღეროს ფორმის ნაწილაკებისგან. D2EHPA-ს ნატრიუმის მარილი წყლის არარსებობის შემთხვევაში ქმნის საპირისპირო ცილინდრულ მიცელებს 53 ნმ რადიუსით. მიკელის ჯვარედინი განყოფილებაში არის NaD2EHP-ის სამი მოლეკულა, რომლებიც ორიენტირებულია პოლარული ჯგუფებით ცენტრისკენ და ნახშირწყალბადების ჯაჭვები ორგანული გამხსნელისკენ. ასეთი გისოსის მდგომარეობა დამოკიდებულია ელემენტის ბუნებაზე. Co(D2EHP)2-ის შემთხვევაში მაკრომოლეკულური სტრუქტურები იქმნება 225-ზე მეტი აგრეგაციის რიცხვით. Ni(D2EHP)2-ის შემთხვევაში (შესაძლოა Ni(D2EHP)2⋅2H2O) ჩნდება აგრეგატები აგრეგაციის ნომრით ≈5.2. . გარკვეულ პირობებში შესაძლებელია პოლიმერული მოლეკულური სტრუქტურების ფორმირება ≈15 ნმ ჰიდროდინამიკური რადიუსით. D2EHPA ხსნარებით ლანთანის მოპოვებისას წარმოიქმნება მოცულობითი და სტრუქტურულად ხისტი ლანთანუმის ალკილფოსფატი, რაც იწვევს ლანთანუმის ალკილფოსფატის მონოფენის ელასტიურობის დაქვეითებას ფაზის ინტერფეისზე. ნანოსტრუქტურების ფორმირება გავლენას ახდენს როგორც სისტემის წონასწორობის თვისებებზე, ასევე პროცესის კინეტიკაზე. იშვიათი დედამიწის ელემენტების მოპოვება რთულდება მრავალი ინტერფეისული პროცესის წარმოქმნით, როგორიცაა სპონტანური ზედაპირული კონვექციის (SSC) წარმოქმნა და განვითარება, სტრუქტურულ-მექანიკური ბარიერის წარმოქმნა, ფაზური დისპერსია და ა.შ. D2EHPA-სა და ელემენტს შორის ქიმიური რეაქციის შედეგად წარმოიქმნება ნაკლებად ხსნადი მარილი, რომელიც იწვევს ნანოსტრუქტურების წარმოქმნას „პატარიდან უფრო დიდამდე“ მექანიზმის მიხედვით. ამ სამუშაოს მიზანი იყო ნანოსტრუქტურების გავლენის დადგენა ერბიუმის(III) ექსტრაქციის კინეტიკურ მახასიათებლებზე ჰეპტანში D2EHPA ხსნარებით. U S P E X I ქიმიასა და ქიმიურ ტექნოლოგიაში. ტომი XXI. 2007. No8 (76) 57

თქვენი კარგი სამუშაოს გაგზავნა ცოდნის ბაზაში მარტივია. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა

სტუდენტები, კურსდამთავრებულები, ახალგაზრდა მეცნიერები, რომლებიც იყენებენ ცოდნის ბაზას სწავლასა და მუშაობაში, ძალიან მადლობლები იქნებიან თქვენი.

გამოქვეყნებულია http://www.allbest.ru/

შესავალი

ნანოტექნოლოგია - მეცნიერება ატომურ და მოლეკულურ დონეზე ტექნიკური ელემენტების დამზადებისა და თვისებების შესახებ - ახლა ყველას აინტერესებს. ასეთი ელემენტებისგან დამზადებული ნანომოწყობილობები და ნანომანქანები უკვე ფანტაზიის სფეროდან თანამედროვე ცხოვრებაში გადადის. და ამ მეცნიერების ნაწილია ნანომილებისა და ფულერენის კვლევის სწრაფად მზარდი ფილიალი, რომელმაც მიიზიდა ფიზიკოსების, ქიმიკოსებისა და მასალების მეცნიერების ასობით კვლევითი ჯგუფი.

განსაზღვრული თვისებებითა და კონტროლირებადი ზომის ნანოსტრუქტურების შექმნის პრობლემა 21-ე საუკუნის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემაა. მისი გადაწყვეტა მოახდინებს რევოლუციას ელექტრონიკაში, მასალების მეცნიერებაში, მექანიკაში, ქიმიაში, მედიცინასა და ბიოლოგიაში.

ნახშირბადის ნანომილები (CNT) უნიკალური მაკრომოლეკულური სისტემებია. მათი ძალიან მცირე ნანომეტრის დიამეტრი და დიდი მიკრონის სიგრძე მიუთითებს იმაზე, რომ ისინი სტრუქტურაში ყველაზე ახლოს არიან იდეალურ ერთგანზომილებიან (ID) სისტემებთან. ამიტომ, CNT-ები იდეალური ობიექტებია კვანტური ფენომენების თეორიის შესამოწმებლად, კერძოდ, კვანტური ტრანსპორტის დაბალგანზომილებიანი მყარი მდგომარეობის სისტემებში. ისინი ქიმიურად და თერმულად სტაბილურია მინიმუმ 2000 K-მდე, აქვთ შესანიშნავი თბოგამტარობა და უნიკალური სიმტკიცე და მექანიკური მახასიათებლები.

ნანომილების სტრუქტურის სიმარტივე იძლევა მათგან დამზადებული სტრუქტურების თეორიული მოდელების შემუშავების საშუალებას. ამიტომ, მომავალში ახალი მოულოდნელი აპლიკაციები ელოდება CNT-ებს, განსაკუთრებით ბიოლოგიაში (მოლეკულების მანიპულირება უჯრედის შიგნით, ხელოვნური ნერვული ქსელები, ნანომექანიკური მეხსიერება და ა.შ.).

1. ერთკედლიანი ნანომილები

1.1 გახსნა

1993 წლის დასაწყისში, მეცნიერთა რამდენიმე ჯგუფმა გამოაცხადა, რომ უცხო მასალები შეიძლება ჩაშენებულიყო ნახშირბადის ნანონაწილაკებში ან ნანომილაკებში მოდიფიცირებული ელექტროდების გამოყენებით რკალის აორთქლების პროცესის მეშვეობით. როდნი რუოფის ჯგუფმა კალიფორნიაში და იაჰაჩი საიტოს ჯგუფმა იაპონიაში მიიღეს ინკაფსულირებული LaC 2 კრისტალები ლანთანით დოპირებული ელექტროდების გამოყენებით, ხოლო სუპაპან სერაფინმა და კოლეგებმა განაცხადეს, რომ YC 2 შეიძლება ჩაერთოს ნანომილაკებში იტრიუმის შემცველი ელექტროდების გამოყენებით. ამ ნამუშევარმა გახსნა სრულიად ახალი ველი, რომელიც დაფუძნებულია ნანონაწილაკებზე და ნანომილებზე, როგორც „მოლეკულურ კონტეინერებზე“, მაგრამ ირიბად ასევე გამოიწვია სრულიად განსხვავებული აღმოჩენა, თანაბრად მნიშვნელოვანი აპლიკაციებით.

დონალდ ბეტუნი და მისი კოლეგები IBM Almaden Research Center-ში სან-ლუისში, კალიფორნია, ძალიან დაინტერესდნენ რუოფისა და სხვათა სტატიებით. ეს ჯგუფი მუშაობდა მაგნიტურ მასალებზე ინფორმაციის შესანახად და სჯეროდა, რომ ნახშირბადის კაფსულირებული ფერომაგნიტური გარდამავალი ლითონის კრისტალები შეიძლება იყოს ძალიან ღირებული ამ სფეროში. ასეთ მასალებში, ინკაფსულირებული ლითონის ნაწილაკები უნდა შეინარჩუნონ თავიანთი მაგნიტური მომენტები და ამავე დროს იყვნენ ქიმიურად და მაგნიტურად იზოლირებული მეზობლებისაგან. რამდენიმე წლის განმავლობაში IBM ჯგუფი მუშაობდა "ეშუედრალ ფულერენებზე"; ფულერენები, რომლებიც შეიცავს მცირე რაოდენობით ლითონის ატომებს შიგნით. მაგრამ დიდი მტევანი ან კრისტალები ფულერენის მსგავს უჯრედებში შეიძლება იყოს ყველაზე დიდი პრაქტიკული ინტერესი. ამიტომ ბეთუნმა გადაწყვიტა სცადა რკალის აორთქლების რამდენიმე ექსპერიმენტი ფერომაგნიტური გარდამავალი ლითონებით, რკინით, კობალტით და ნიკელით გაჟღენთილი ელექტროდების გამოყენებით. თუმცა, ამ ექსპერიმენტის შედეგი სულაც არ იყო ის, რაც მოსალოდნელი იყო. უპირველეს ყოვლისა, რკალის აორთქლების შედეგად წარმოქმნილი ჭვარტლი არ იყო სუფთა გრაფიტის რკალის აორთქლების შედეგად წარმოებული ჩვეულებრივი მასალის მსგავსი. ჭვარტლის ფენები ობობის ქსელივით ეკიდა პალატის კედლებს, ხოლო კედლებზე დაფენილ მასალას რეზინის ტექსტურა ჰქონდა და შეიძლება ზოლებად გახეხვა. როდესაც ბეთუნმა და მისმა კოლეგამ რობერტ ბეიერსმა გამოსცადეს ეს უცნაური ახალი მასალა მაღალი რეზოლუციის ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით, ისინი გაოცებულნი დარჩნენ, როცა აღმოაჩინეს, რომ იგი შეიცავდა ბევრ ნანომილს, რომელთა კედლებიც იგივეა, რაც ერთი ატომური ფენა. ეს მშვენიერი მილები შერეული იყო ამორფული ჭვარტლით და ლითონის ან ლითონის კარბიდის ნაწილაკებით, რომლებიც ეყრდნობოდა მასალას მის უცნაურ ტექსტურას. ეს ნამუშევარი მიღებული იქნა Nature-ში გამოსაქვეყნებლად და გამოჩნდა 1993 წლის ივნისში. ამ სტატიის მიკროგრაფიები ნაჩვენებია სურათზე 1.1.

სურათი 1.1 - კადრები ბეთუნისა და სხვების ნამუშევრიდან, სადაც ნაჩვენებია ნახშირბადის ერთკედლიანი ნანომილები, რომლებიც წარმოიქმნება გრაფიტისა და კობალტის თანააორთქლების შედეგად. მილების დიამეტრი დაახლოებით 1.2 ნმ.

ამერიკული ჯგუფისგან დამოუკიდებლად, სუმიო იჯიმამ და ტოშინარი იჩიჰაშიმა NEC Laboratories-დან იაპონიაში ასევე ჩაატარეს ექსპერიმენტები რკალის აორთქლებაზე მოდიფიცირებული ელექტროდების გამოყენებით. გარდა ამისა, ისინი დაინტერესდნენ რკალის აორთქლების კამერის შიგნით ატმოსფეროს შეცვლის ეფექტით. ბეთუნისა და მისი კოლეგების მსგავსად, მათ აღმოაჩინეს, რომ გარკვეულ პირობებში წარმოიქმნება სრულიად განსხვავებული ტიპის ჭვარტლი, განსხვავებული იმისგან, რომელიც ჩვეულებრივ წარმოიქმნება რკალის აორთქლების შედეგად. ამ კვლევისთვის იაპონელმა მეცნიერებმა ელექტროდებში რკინა შეიტანეს და ჰელიუმის ნაცვლად მეთანისა და არგონის ნარევი გამოიყენეს ატმოსფეროში. მაღალი რეზოლუციის ელექტრონული მიკროსკოპით გამოკვლევისას აღმოჩნდა, რომ ასეთი რკალის აორთქლების მასალა შეიცავდა ძალიან საოცარ ნანომილებს, რომლებიც ძაფებივით იყო გადაჭიმული ამორფული მასალის ან ლითონის ნაწილაკებს შორის. ერთკედლიანი ნანომილები განსხვავდებიან უწყვეტი რკალის აორთქლების შედეგად წარმოქმნილი ნანომილებისაგან ძალიან ვიწრო დიამეტრის განაწილებით. „რეგულარული“ მილების შემთხვევაში შიდა დიამეტრი 1,5-დან 15 ნმ-მდეა, ხოლო გარე დიამეტრი 2,5-დან 30 ნმ-მდე. მეორეს მხრივ, ერთკედლიან ნანომილებს აქვთ ძალიან მსგავსი დიამეტრი. ბეთუნისა და კოლეგების მასალაში ნანომილები ჰქონდა 1.2 (±0.1) ნმ დიამეტრი, ხოლო იჯიმაი იჩიჰაშიმ აღმოაჩინა, რომ მილების დიამეტრი მერყეობდა 0.7-დან 1.6 ნმ-მდე, ცენტრით დაახლოებით 1.05 ნმ. ჩვეულებრივი რკალის აორთქლების შედეგად წარმოქმნილი მილების მსგავსად, ერთკედლიანი ნანომილები ყველა თავსახური იყო და ამ მილების ბოლოებში ლითონის კატალიზატორის ნაწილაკების არსებობის მტკიცებულება არ იყო. თუმცა, ითვლება, რომ ერთკედლიანი ნანომილების ზრდა არსებითად კატალიზურია.

1.2 შემდგომი მუშაობა ერთკედლიან ნანომილაკებზე

თავდაპირველი ფუნდამენტური კვლევის შემდეგ, დონალდ ბეთუნმა და მისმა კოლეგებმა IBM-ში, სან ხოსეში, კალტექის, პოლიტექნიკური ინსტიტუტისა და ვირჯინიის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მეცნიერებთან თანამშრომლობით, ჩაატარეს კვლევების სერია ერთკედლიანი ნანომილების მომზადების შესახებ. "კატალიზატორები". ერთ-ერთ პირველ სერიაში, მათ აჩვენეს, რომ ანოდში გოგირდის და კობალტის დამატებამ (სუფთა S ან CoS) მიიყვანა ნანომილები დიამეტრის უფრო ფართო დიაპაზონით, ვიდრე მხოლოდ კობალტით წარმოებული ნანომილები. ამრიგად, კათოდში გოგირდის აღმოჩენისას მიიღეს ერთკედლიანი ნანომილები დიამეტრით 1-დან 6 ნმ-მდე, სუფთა კობალტის შემთხვევაში 1-2 ნმ. შემდგომში აჩვენეს, რომ ბისმუტსა და ტყვიას ასევე შეუძლიათ ხელი შეუწყონ დიდი დიამეტრის მილების წარმოქმნას.

1997 წელს ფრანგულმა ჯგუფმა აჩვენა, რომ რკალის აორთქლების შემთხვევაშიც კი შესაძლებელია ნანომილების მაღალი მოსავლიანობის მიღწევა. მათი მეთოდი ბეთუნისა და მისი კოლეგების თავდაპირველი ტექნიკის მსგავსი იყო, მაგრამ მათ გამოიყენეს რეაქტორის ოდნავ განსხვავებული გეომეტრია. ასევე, გამოყენებული კატალიზატორი იყო ნიკელის/იტრიუმის ნაზავი და არა კობალტი, რომელიც უპირატესობას ანიჭებდა ბეთუნის ჯგუფს. აღმოჩნდა, რომ ყველაზე მეტი ნანომილაკი წარმოიქმნება კათოდური საბადოს გარშემო „საყელოში“, რომელიც შეადგენდა აორთქლებული მასალის მთლიანი მასის დაახლოებით 20%-ს. მილების სრული გამოსავლიანობა შეფასდა 70-90%. საყელო მასალის მაღალი გარჩევადობის ელექტრონული მიკროსკოპით გამოკვლევამ გამოავლინა მილების მრავალი შეკვრა, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით 1,4 ნმ. ეს გამოსავალი და მიღებული მილების გარეგნობა მსგავსია Smalley ჯგუფის "შეფუთვის" ნიმუშების ლაზერული აორთქლების გამოყენებით.

1993 წლის ბოლოს, შეხარ სუბრამონი დუპონიდან ვილმინგტონში, დელავერი, SPI International-ის მკვლევარებთან თანამშრომლობით, აღწერა ერთი კედლიანი ნანომილების წარმოება სხვაგვარად. ამ მეცნიერებმა გამოიყენეს რკალის აორთქლება გადოლინით სავსე ელექტროდების გამოყენებით რეაქტორის კედლებიდან ჭვარტლის შესაგროვებლად. დიდი რაოდენობით ამორფულ ნახშირბადთან ერთად, ჭვარტლი შეიცავდა "ზღვის ჭინჭრის" ტიპის სტრუქტურებს, რომლებიც შეიცავდა ერთკედლიან ნანომილებს, რომლებიც იზრდებოდა შედარებით დიდ გადოლინიუმის კარბიდის ნაწილაკებზე (ტიპიური ზომებით ათობით ნანომეტრი). ასეთი მილები უფრო მოკლე იყო, ვიდრე რკინის ჯგუფის ლითონებით მიღებული მილები, მაგრამ ჰქონდათ დიამეტრის იგივე დიაპაზონი. შემდგომმა კვლევამ აჩვენა, რომ რადიალური ერთკედლიანი ნანომილები შეიძლება წარმოიქმნას სხვა ლითონებზე, მათ შორის ლანთანსა და იტრიუმზე. სურათი 1.2, აღებული საიტოს და კოლეგების ნამუშევრებიდან, გვიჩვენებს ერთკედლიანი ნანომილების ტიპურ სურათს, რომლებიც რადიალურად იზრდება ლანთანუმის შემცველი ნაწილაკებიდან. რკინის ჯგუფის ლითონებისგან განსხვავებით, იშვიათი დედამიწის ელემენტები არ არის ცნობილი, როგორც კატალიზატორები მრავალკედლიანი ნანომილების წარმოებისთვის, ამიტომ მათზე მილების წარმოქმნა საკმაოდ გასაკვირია. ის ფაქტი, რომ მილები იზრდება შედარებით დიდ ნაწილაკებზე, მიუთითებს იმაზე, რომ ზრდის ეს მექანიზმი განსხვავებულია. ვარაუდობენ, რომ მილის ზრდა ნაწილაკების ზედაპირებზე შეიძლება მოიცავდეს ზეგაჯერებული ნახშირბადის ატომების გამოყოფას კარბიდის ნაწილაკების შიგნიდან. გაითვალისწინეთ, რომ კატალიზური ნაწილაკების მრავალშრიანი მილების რადიალური ზრდა დაფიქსირდა მრავალი წლის წინ ბეიკერის და სხვების მიერ.

აქამდე განხილული მეთოდები ერთკედლიანი ნანომილების წარმოებისთვის მოიცავდა რკალის აორთქლებას მოდიფიცირებული ელექტროდების გამოყენებით. სმალისა და მისი კოლეგების მუშაობამ აჩვენა, რომ ერთკედლიანი ნანომილები ასევე შეიძლება სინთეზირებული იყოს წმინდა კატალიზური მეთოდის გამოყენებით. კატალიზატორი, რომელიც იყენებდა მოლიბდენის ნაწილაკებს რამდენიმე ნანომეტრის დიამეტრით, მდებარეობდა ალუმინისზე. ეს ყველაფერი მოთავსებული იყო მილის ფორმის ღუმელში, რომლის მეშვეობითაც ნახშირბადის მონოქსიდი გადიოდა 1200 °C ტემპერატურაზე. ეს ტემპერატურა გაცილებით მაღალია ვიდრე ჩვეულებრივ გამოიყენება ნანომილების კატალიზური წარმოებისას, რამაც შეიძლება ახსნას რატომ წარმოიქმნება ერთკედლიანი და არა მრავალკედლიანი ნანომილები.

კატალიზურად მომზადებულ ერთ ფენიან მილებს ჰქონდათ არაერთი საინტერესო თვისება, რაც მათ განასხვავებდა რკალის აორთქლების შედეგად სინთეზირებული მილებისაგან. პირველ რიგში, კატალიზურ მილებს, როგორც წესი, ჰქონდათ ბოლოში მიმაგრებული ლითონის მცირე ნაწილაკები, ისევე როგორც კატალიზის შედეგად წარმოქმნილი მრავალშრიანი მილები. ასევე იყო ნაწილაკების დიამეტრის ფართო დიაპაზონი (დაახლოებით 1-5 ნმ) და ჩანდა, რომ თითოეული მილის დიამეტრი განისაზღვრა შესაბამისი კატალიზატორის ნაწილაკების დიამეტრით. საბოლოოდ, კატალიზურად ჩამოყალიბებული ერთფენიანი მილები ჩვეულებრივ იზოლირებული იყო და არა შეფუთული, როგორც ეს ხდება რკალით აორთქლებული მილების შემთხვევაში.

ამ დაკვირვებებმა აიძულა სმელიმ და მისმა კოლეგებმა შესთავაზონ კატალიზურად ჩამოყალიბებული მილების ზრდის მექანიზმი, რომელიც მოიცავს ერთ ფენიანი თავსახურის საწყის ფორმირებას (რომელსაც მათ უწოდეს იარმულკე, თავის ქალას ებრაული სახელწოდება), რასაც მოჰყვება ამ ქუდის ზრდა. ის იშლება კატალიზური ნაწილაკებისგან, რომლებიც შემდგომ ტოვებენ მილს. ეს მექანიზმი სრულიად განსხვავდება იმ მექანიზმისგან, რომელიც მათ შემოგვთავაზეს ლაზერული აორთქლების გზით ერთფენიანი მილების ზრდისთვის.

სურათი 1.2 - ერთკედლიანი ნანომილები, რომლებიც იზრდება ლანთანუმის ნაწილაკზე

სურათი 1.3 - ნიმუშების TEM გამოსახულებები ერთკედლიანი ნანომილაკების „ჩალიჩებიდან“ (a)

დაბალი გარჩევადობის გამოსახულება, რომელიც აჩვენებს პაკეტების დიდ რაოდენობას, (ბ) ინდივიდუალური შეკვრის მაღალი გარჩევადობის მიკროგრაფი, რომელიც ნაჩვენებია მისი ღერძის გასწვრივ.

1.3 ნანომილების "ჩალიჩები"

1985 წელს რაისში C60-ის აღმოჩენის შემდეგ, სმალის ჯგუფი ფოკუსირებული იყო ლაზერების გამოყენებაზე ფულერენის მსგავსი მასალების სინთეზში. 1995 წელს მათ განაცხადეს ლაზერული სინთეზის ტექნოლოგიის განვითარების შესახებ, რამაც მათ საშუალება მისცა მიეღოთ ერთკედლიანი ნანომილები მაღალი გამოსავლით. ამ მეთოდის შემდგომმა გაუმჯობესებამ გამოიწვია უჩვეულოდ ერთიანი დიამეტრის მქონე ერთკედლიანი ნანომილების წარმოება. ერთკედლიანი ნანომილაკების საუკეთესო გამოსავლიანობა მიღებული იყო კატალიზური ნარევით, რომელიც შედგებოდა თანაბარი ნაწილებისგან Co და Ni, და ორმაგი პულსი გამოიყენებოდა ასეთი სამიზნის უფრო ერთგვაროვანი აორთქლების უზრუნველსაყოფად.

ამ ტექნოლოგიით მიღებული მასალის რამდენიმე მიკროგრამა ნაჩვენებია სურათზე 1.3. ზოგადად გარეგნულად ძალიან ჰგავს რკალის აორთქლების მასალას. თუმცა, ცალკეული მილები, როგორც წესი, ქმნიან "ჩალიჩებს" ან გაფართოებულ ჩალიჩებს, რომლებიც შედგება იმავე დიამეტრის ცალკეული მილებისაგან. ზოგჯერ შესაძლებელი იყო ჩალიჩების აღმოჩენა, რომლებიც გაივლიდნენ ელექტრონის სხივის მიმართულებიდან ახლო მანძილზე, ისე, რომ მათი დანახვა შესაძლებელი იყო "ბოლომდე", როგორც სურათზე 1.3(b). ელექტრონული მიკროსკოპის გარდა, სმელიმ და კოლეგებმა აწარმოეს რენტგენის დიფრაქციის გაზომვები თოკის ნიმუშებზე ჯონ ფიშერთან და მის თანაავტორებთან პენსილვანიის სახელმწიფო უნივერსიტეტში. მიღებულ იქნა კარგად გამოხატული ანარეკლები ორგანზომილებიანი ბადედან, რაც ადასტურებს, რომ მილებს ჰქონდათ იგივე დიამეტრი. კარგი შეთანხმება იქნა ნაპოვნი ექსპერიმენტულ მონაცემებთან იმ ვარაუდით, რომ ნანომილების დიამეტრი იყო 1,38 ნმ ± 0,02 ნმ შეცდომით. ვან დერ ვაალსის უფსკრული მილებს შორის აღმოჩნდა 0,315 ნმ, კრისტალური C60-ის მსგავსი. XRD კვლევებიდან დადგინდა, რომ ეს პაკეტები ძირითადად შედგება (10,10) სავარძლის ნანომილებისაგან. ეს აშკარად დადასტურდა ელექტრონული სხივის ელექტრონული ნანოდიფრაქციის გაზომვებით, რათა მათი დანახვა შესაძლებელი იყო „ბოლომდე“, როგორც ნახატზე 1.3(b).

2. ნანომილების ზრდის თეორიები

2.1 ზოგადი შენიშვნები

მნიშვნელოვანია პირველ რიგში განიხილოს გავლენა მილის სტრუქტურის ზრდაზე. თავის 1991 წლის ბუნების ნაშრომში, იჯიმამ აღნიშნა, რომ სპირალური სტრუქტურა, როგორც ჩანს, სასურველია, რადგან ასეთ მილებს აქვთ განმეორებადი მოედანი მზარდი ბოლოში. ეს ვარაუდი, რომელიც ილუსტრირებულია სურათზე 2, ძალიან ჰგავს ხრახნიანი დისლოკაციის გამოჩენას ბროლის ზედაპირზე. სავარძელსა და ზიგზაგის ნანომილებს არ აქვთ ეს სასურველი სტრუქტურა ზრდისთვის და უნდა მოითხოვონ ექვსკუთხედების ახალი რგოლის განმეორებითი ბირთვი. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ სპირალური ნანომილები უფრო ხშირად უნდა იყოს დაკვირვებული, ვიდრე სავარძლის ან ზიგზაგის ნანომილები, თუმცა ამჟამად არ არსებობს საკმარისი ექსპერიმენტული მტკიცებულება ამის დასადასტურებლად.

სურათი 2. - ორი კონცენტრული სპირალური მილის ნახაზი, რომელიც აჩვენებს საფეხურების არსებობას მზარდი ბოლოებზე (5)

შემდეგი, არის ძალიან მნიშვნელოვანი კითხვა ზრდის მექანიზმისთვის - მზარდი მილები აქვს დახურული თუ ღია ბოლოები? ნანომილების ზრდის ადრეული მოდელი, რომელიც პირველად შემოგვთავაზეს ენდომ და კროტო, მხარს უჭერდა დახურულ მექანიზმს. მათ ვარაუდობდნენ, რომ ნახშირბადის ატომები შეიძლებოდა ჩაესვათ ფულერენის დახურულ ზედაპირზე ხუთკუთხა რგოლების სიახლოვეს მდებარე ადგილებში, რასაც მოჰყვებოდა წონასწორობის მდგომარეობაზე გადასვლა, რაც გამოიწვევს თავდაპირველი ფულერენის უწყვეტ გაჭიმვას. ამ იდეის მხარდასაჭერად, ენდომ და კროტო მოჰყავდათ ულმერისა და კოლეგების დემონსტრაცია, რომ C60 და C70 აშკარად შეიძლება გადაიზარდოს დიდ ფულერენებად, როდესაც პატარა ნახშირბადის ფრაგმენტები დაემატება.

მიუხედავად იმისა, რომ Endo-Croteau მექანიზმი იძლევა სარწმუნო ახსნას ერთკედლიანი ნანომილაკების ზრდისთვის, მრავალშრიანი ზრდის ახსნა რჩება მთავარ გამოწვევად. მათი განხილვისას, Endo და Croteau მოდელები ვარაუდობენ, რომ მრავალშრიანი ზრდა შეიძლება მოხდეს "ეპიტაქსიურად". თუ ეს ასეა, როგორც ჩანს, არ არსებობს აშკარა მიზეზი, თუ რატომ არ უნდა დაიწყოს მეორე ფენის ზრდა მაშინვე თავდაპირველი ფულერენის წარმოქმნის შემდეგ, და როგორც კი მეორე ფენა დაიხურება, შიდა მილის შემდგომი გაფართოება შეუძლებელი უნდა გახდეს. მაგრამ ეს ეწინააღმდეგება დაკვირვებას, რომ მილების უმეტესობა მრავალფენიანია მთელ სიგრძეზე. ასეთ მოდელს ასევე აქვს სირთულეები მრავალი განყოფილების სტრუქტურების ახსნაში. ამ მიზეზების გამო, Endo-Croto დახურული ზრდის მექანიზმი ფართოდ არ არის მიღებული.

დასკვნა, რომ ზრდის მექანიზმი უნდა მოხდეს მილის ღია ბოლოზე, გარკვეულწილად უფრო სასურველია. როგორც რიჩარდ სმელიმ თქვა, „თუ ჩვენ ვისწავლეთ რამე 1984-1985 წლებში ნახშირბადის კონდენსაციის შესახებ, ეს არის ის, რომ ღია ფურცლები ადვილად უნდა აკავშირებდეს ხუთკუთხედებს ჩამოკიდებული ბმების აღმოსაფხვრელად“. მილების დახურვისთვის ხელსაყრელ პირობებში ღია ბოლოებით დარჩენის პრობლემა ერთ-ერთია იმ პრობლემათაგან, რომელიც განხილულია არაერთი ავტორის მიერ.

2.2 რატომ რჩება ნანომილები ღია ზრდის დროს

ზოგიერთი ავტორი, განსაკუთრებით სმელი და კოლეგები, ვარაუდობენ, რომ რკალში ელექტრული ველი შესაძლოა მნიშვნელოვანი როლი შეასრულოს ზრდის დროს მილების ღიად შენარჩუნებაში. უფრო სწორად, ეს უნდა დახმარებოდა იმის გაგებას, თუ რატომ არასოდეს გვხვდება ნანომილები რკალის აორთქლების კამერის კედლებზე შედედებულ ჭვარტლში. თუმცა, გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ველით გამოწვეული ღია ენერგიის კლება არ არის საკმარისი ღია კონფიგურაციის სტაბილიზაციისთვის, გარდა არარეალურად მაღალი ველებისა. აქედან გამომდინარე, შემუშავდა ელეგანტური მოდელი, რომელშიც ატომი "ლაქით შედუღებულია" ფენებს შორის, რაც ხელს უწყობს ღია ბოლოს ფორმირების სტაბილიზაციას და არა მის დახურვას.

ეს იდეა დადასტურდა ექსპერიმენტებით ცალკეული მრავალკედლიანი ნანომილების დახურვაზე ძაბვის სხვაობის გამოყენებით და მის გარეშე. ასეთი მოდელი დაგეხმარებათ ნანომილების ზრდის გაგებაში რკალში, მაგრამ არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მილის ზრდის შემთხვევაში, სადაც ძლიერი ელექტრული ველები არ არის. ამან აიძულა ზოგიერთი ავტორის ვარაუდი, რომ მხოლოდ ინტეგრირებულ კონცენტრულ მილებს შორის ურთიერთქმედება შეიძლება იყოს არსებითი ღია მილების სტაბილიზაციისთვის.

ორი კომბინირებული მილის ურთიერთქმედების დეტალური ანალიზი ჩაატარეს ჟან-კრისტოფ შარლიემ და კოლეგებმა მოლეკულური დინამიკის მეთოდების გამოყენებით. მათ შეხედეს (10,0) მილს (18,0) მილის შიგნით და აღმოაჩინეს, რომ ხიდი კავშირები წარმოიქმნა ორი მილის ბოლოებს შორის. აღმოჩნდა, რომ მაღალ ტემპერატურაზე (3000 K) შეკრული შემაერთებელი სტრუქტურების კონფიგურაცია მუდმივად მერყეობს. ითვლებოდა, რომ მერყევმა სტრუქტურამ უნდა შექმნას აქტიური ადგილები ნახშირბადის ახალი ატომების ადსორბციისა და დანერგვისთვის, რაც ხელს შეუწყობს მილის ზრდას.

ამ თეორიის პრობლემა ის არის, რომ ვერ ხსნის დიდი დიამეტრის ერთკედლიანი მილების ზრდას ფულერენის ჭვარტლზე თერმული გავლენის ქვეშ. ზოგადად, ამჟამად, როგორც ჩანს, არ არსებობს სრული ახსნა ღია ნანომილების ზრდის შესახებ.

2.3 რკალის პლაზმის თვისებები

ადრე განხილული ნანომილების ზრდის მოდელების უმეტესობა ვარაუდობს, რომ მილები ქმნიან ბირთვს და იზრდებიან რკალის პლაზმაში. თუმცა, ზოგიერთმა ავტორმა განიხილა თავად პლაზმის ფიზიკური მდგომარეობა და მისი როლი ნანომილების ფორმირებაში. ამ პრობლემის ყველაზე დეტალური განხილვა ჩაატარეს ევგენი გამალიმ, პლაზმის ფიზიკის ექსპერტმა და თომას ებესენმა (30, 31). ეს კომპლექსური საკითხია და აქ მხოლოდ მოკლე შეჯამებაა შესაძლებელი.

გამალი და ებესენი იწყებენ იმ ვარაუდით, რომ ნანომილები და ნანონაწილაკები წარმოიქმნება რკალის რეგიონში კათოდის ზედაპირის მახლობლად. ასე რომ, ისინი აანალიზებენ ნახშირბადის ორთქლის სიმკვრივესა და სიჩქარეს ამ მხარეში, თავად რკალის ტემპერატურისა და თვისებების გათვალისწინებით, რათა განავითარონ თავიანთი მოდელი. მათ მიაჩნიათ, რომ კათოდის ზედაპირის მახლობლად ნახშირბადის ორთქლის ფენაში იქნება ნახშირბადის ნაწილაკების ორი ჯგუფი სხვადასხვა სიჩქარის განაწილებით. ეს იდეა ცენტრალურია მათი ზრდის მოდელისთვის. ნახშირბადის ნაწილაკების ერთ ჯგუფს უნდა ჰქონდეს მაქსველიანი, ე.ი. იზოტროპული სიჩქარის განაწილება, რომელიც შეესაბამება რკალის ტემპერატურას (~ 4000 K). მეორე ჯგუფი შედგება იონებისგან, რომლებიც აჩქარებენ უფსკრული სივრცის დადებით მუხტსა და კათოდს შორის. ამ ნახშირბადის ნაწილაკების სიჩქარე თერმული ნაწილაკების სიჩქარეზე მეტი უნდა იყოს, ამ შემთხვევაში ნაკადი მიმართული უნდა იყოს და არა იზოტროპული. ნანომილების (და ნანონაწილაკების) ფორმირების პროცესი განიხილება, როგორც ციკლების სერია, რომელთაგან თითოეული შედგება შემდეგი საფეხურებისგან:

1.ემბრიონის ფორმირება. გამონადენის პროცესის დასაწყისში ნახშირბადის სიჩქარის განაწილება აორთქლებულ ფენაში უპირატესად მაქსველისეულია და ეს იწვევს სტრუქტურების წარმოქმნას ყოველგვარი სიმეტრიის ღერძის გარეშე, როგორიცაა ნანონაწილაკები. დენი უფრო მიმართული ხდება, იწყება ღია სტრუქტურების ფორმირება, რომლებსაც გამალი და ებესენი თვლიან ნანომილების ზრდის თესლებად.

2. მილების ზრდა სტაბილური გამონადენის დროს. როდესაც გამონადენი სტაბილიზდება, ნახშირბადის იონების ნაკადი შეაღწევს ორთქლის ფენას კათოდის ზედაპირის პერპენდიკულარული მიმართულებით. ნახშირბადის ეს ნაწილაკები ხელს შეუწყობს ერთკედლიანი და მრავალკედლიანი ნანომილების გახანგრძლივებას. ვინაიდან მიმართული ნახშირბადის ნაწილაკების ურთიერთქმედება მყარ ზედაპირთან უნდა იყოს უფრო ინტენსიური, ვიდრე ორთქლის ფენის ნახშირბადის ნაწილაკები, გაფართოებული სტრუქტურების ზრდამ უპირატესობა უნდა მიენიჭოს იზოტროპული სტრუქტურების ფორმირებას. თუმცა, ნახშირბადის კონდენსაცია ორთქლის ფენიდან კათოდის ზედაპირზე ხელს შეუწყობს ნანომილების გასქელებას.

3.ზრდის დასასრული და დახურვა. Gamaley და Ebbesen აღნიშნავენ, რომ ნანომილები ხშირად იზრდება ჩალიჩებად და რომ ყველა მილის დაკვირვებულ შეკვრაში ზრდა და დასრულება ხდება დაახლოებით ერთსა და იმავე დროს. ეს იწვევს მათ ეჭვს, რომ არასტაბილურობა ხდება რკალის გამონადენში, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ნანომილების ზრდის უეცარი დასრულება. ასეთი არასტაბილურობა შეიძლება მოხდეს კათოდური ლაქის არასტაბილური მოძრაობის შედეგად კათოდური ზედაპირის გასწვრივ ან რკალის სპონტანური შეწყვეტისა და აალების შედეგად. ასეთ პირობებში, ნახშირბადის ნაწილაკები მაქსველის სიჩქარის განაწილებით კვლავ დომინირებენ და ასეთი ნახშირბადის კონდენსაცია საბოლოოდ გამოიწვევს მილის დაფარვას და ზრდის დასრულებას.

2.4 ალტერნატიული მოდელები

მეცნიერებმა წარმოადგინეს ნანომილების ზრდის სრულიად განსხვავებული თეორია რკალის აორთქლების დროს. ამ მოდელში ნანომილები და ნანონაწილაკები არ იზრდებიან რკალის პლაზმაში, არამედ წარმოიქმნება კათოდზე მყარი მდგომარეობის ტრანსფორმაციის შედეგად. ამრიგად, ნანომილების ზრდა არ არის ელექტრული ველის მოქმედების შედეგი, არამედ უბრალოდ შედეგია რკალის მოქმედების დროს კათოდზე დეპონირებული მასალის მიერ მაღალ ტემპერატურამდე ძალიან სწრაფი გაცხელების შედეგი. ეს იდეა წამოიწყო დაკვირვებით, რომ ნანომილები შეიძლება მომზადდეს ფულერენის ნახშირბადის მაღალი ტემპერატურის თერმული ზემოქმედებით და ითვალისწინებს ნანომილების ზრდის ორეტაპიან პროცესს, რომელშიც ფულერენის ნახშირბადი შუალედური პროდუქტია. მოდელი შეიძლება განზოგადდეს შემდეგნაირად. რკალის აორთქლების საწყის ეტაპებზე, ფულერენისმაგვარი მასალა (პლუს ფულერენები) უნდა კონდენსირებული იყოს კათოდზე, შემდეგ კი შედედებული მასალა უნდა დაექვემდებაროს მაღალ ტემპერატურას, რადგან რკალის პროცესი გრძელდება, რაც გამოიწვევს პირველი ერთ ფენის, ნანომილის წარმოქმნას. -მსგავსი სტრუქტურები და შემდეგ მრავალკედლიანი ნანომილები. ამ ორეტაპიან მოდელში, მთავარი მოქმედება არის ფულერენის ჭვარტლის ადუღება. ამგვარად, რეაქტორის კედლებზე დეპონირებული ჭვარტლი, რომელიც განიცდის შედარებით სუსტ დუღილს, არ გარდაიქმნება მილებად. მეორეს მხრივ, ჭვარტლს, რომელიც კონდენსირდება კათოდზე, უნდა გაიაროს მნიშვნელოვანი დამუშავება: ეს გამოიწვევს მილებისა და ნანონაწილაკების წარმოქმნას მყარი მასის სახით. ამიტომ, ასეთი მოდელი საშუალებას გვაძლევს ავხსნათ ისეთი ცვლადების გავლენა, როგორიცაა ელექტროდის გაგრილება და ჰელიუმის წნევა ნანომილების წარმოებაზე. როგორც ჩანს, წყლის გაგრილება აუცილებელი უნდა იყოს კათოდის ტემპერატურის შესანარჩუნებლად დაბალ დონეზე, რათა თავიდან იქნას აცილებული მილების წიდა. ანალოგიურად, ჰელიუმის როლი შეიძლება აიხსნას მისი ზემოქმედებით კათოდური საბადოს ტემპერატურაზე. ვინაიდან ჰელიუმი სითბოს შესანიშნავი გამტარია, მაღალმა წნევამ უნდა გამოიწვიოს ელექტროდის ტემპერატურის შემცირება, რაც იწვევს მის დაცემას რეგიონში, სადაც ნანომილების ზრდა შეიძლება მოხდეს წიდის გარეშე.

2.5 ერთკედლიანი ნანომილების ზრდა

ჩვენ პირველ რიგში განვიხილავთ ერთკედლიანი ნანომილების ზრდას რკალის აორთქლებაში. ეს პროცესი არანაკლებ კითხვებს აჩენს, ვიდრე რკალში მრავალკედლიანი ნანომილების ზრდა. მათ შორის ყველაზე აშკარაა შემდეგი: რატომ შეინიშნება მხოლოდ ერთკედლიანი ნანომილები? რატომ არის მილის დიამეტრის ასეთი ვიწრო განაწილება? რა როლი აქვს მეტალს? რატომ იზრდება მილები ყველაზე ხშირად ჩალიჩების სახით? ისევ და ისევ, ჩვენ გვაქვს მხოლოდ რამდენიმე საბოლოო პასუხი ამ კითხვებზე.

ერთი რამ, რაც აშკარად ჩანს, არის ის, რომ ერთკედლიანი ნანომილაკების ზრდა მეტწილად თერმოდინამიკის ნაცვლად კინეტიკაზე უნდა იყოს დამოკიდებული, რადგან ძალიან მცირე დიამეტრის მილები ნაკლებად სტაბილური იქნება, ვიდრე დიდი დიამეტრის მქონე მილები. ბევრი ფენის არარსებობა ასევე, სავარაუდოდ, შეზღუდულია კინეტიკური ფაქტორებით. ლითონის როლთან დაკავშირებით, ბეთუნმა და მისმა კოლეგებმა და იჯიმამ და იჩიჰაშიმ შესთავაზეს, რომ ლითონის ცალკეული ატომები ან მათი მცირე გროვები შეიძლება მოქმედებდნენ როგორც კატალიზატორები ორთქლის ფაზის ზრდისთვის, ანალოგიურად, რომლითაც ლითონის მცირე ნაწილაკები კატალიზირებენ მრავალშრიანი მილების ზრდას. . ცალკეული ატომების ან კარგად განსაზღვრული კლასტერების ჩართვა ხელს შეუწყობს ვიწრო ზომის განაწილების ახსნას. თუმცა გასაკვირია, რომ კატალიზური ნაწილაკები, როგორც ჩანს, არასოდეს შეინიშნება ერთკედლიანი ნანომილების ზედა ნაწილში. მაშინაც კი, თუ კატალიზური ნაწილაკები ერთი ატომები იყვნენ, მათი აღმოჩენა შესაძლებელია მაღალი გარჩევადობის ელექტრონული მიკროსკოპის ან სკანირების გადაცემის ელექტრონული მიკროსკოპის საშუალებით (STEM). შესაძლებელია, რომ კატალიზური ატომები ან ნაწილაკები დაიშლება მილების დახურვისას. როგორც ზემოთ აღინიშნა, ბეთუნმა და კოლეგებმა აჩვენეს, რომ მეტალზე ისეთი ელემენტების დამატება, როგორიცაა გოგირდი, შეიძლება მნიშვნელოვნად შეუშალოს მილების დიამეტრის განაწილებას. ამ ფენომენის შემდგომმა შესწავლამ შეიძლება უზრუნველყოს ზრდის მექანიზმის სასარგებლო ახსნა.

ერთკედლიანი ნანომილების ზრდის დეტალური მოდელის შემუშავების რამდენიმე მცდელობიდან ერთ-ერთი გაკეთდა ჩინგ-ჰვა კიანგი და უილიამ გოდარდი. ეს მკვლევარები ვარაუდობენ, რომ პოლიენის პლენარული რგოლები შეიძლება იყოს ბირთვები ერთკედლიანი ნანომილების ფორმირებისთვის. ნაჩვენებია, რომ ასეთი რგოლის სტრუქტურები უნდა იყოს დომინანტური ნაწილაკები ნახშირბადის წყვილებში, ხოლო დახურული ჩარჩო სტრუქტურები დომინირებს უფრო დიდ ზომებში. ვარაუდობენ, რომ ნახშირბადის რგოლები შეიძლება იყვნენ ფულერენების ფორმირების წინამორბედები, თუმცა ეს საკამათო რჩება. კიანგსა და გოდარდს მიაჩნიათ, რომ ერთკედლიანი ნანომილების ფორმირების საწყისი მასალები არის მონოციკლური ნახშირბადის რგოლები და კობალტის კარბიდის გაზის ფაზის გროვები, შესაძლოა დამუხტული. კობალტის კარბიდის მტევანი მოქმედებს როგორც კატალიზატორი C2-ის ან სხვა სახეობის რგოლებზე მიმაგრებისას. ეს ავტორები ვარაუდობენ, რომ სპეციფიკურმა კონფორმაციამ გავლენა უნდა მოახდინოს ახალშობილ ნანომილის სტრუქტურაზე.

სმალიმ და კოლეგებმა, ნანომილების შეკვრათა სინთეზის შემდეგ, შემოგვთავაზეს ზრდის მექანიზმი, რომელსაც აქვს გარკვეული მსგავსება კიანგისა და გოდარდის მექანიზმებთან. ეს მოდელი ეფუძნება ვარაუდს, რომ ყველა მილს აქვს იგივე (10,10) სავარძლის სტრუქტურა. ეს უნიკალური სტრუქტურა საშუალებას აძლევს ღია ექვსკუთხა რგოლებს "გაფართოვდეს" სამმაგი ბმებით, თუმცა ისინი საგრძნობლად უნდა იყოს დაჭიმული თავდაპირველ ხაზოვან განლაგებასთან შედარებით. სმელის ჯგუფის შემდეგ ვარაუდობს, რომ ერთი ნიკელის ატომი ქიმიურად შეიწოვება მილის ბოლოში და „გაიქცევა“ პერიფერიაზე (სურათი 2.1), რაც ხელს შეუწყობს შემომავალი ნახშირბადის ატომების განლაგებას ექვსკუთხა რგოლებზე. ნებისმიერი ლოკალურად არაოპტიმალური სტრუქტურა, მათ შორის ხუთკუთხედები, აისახება, ამიტომ ასეთი მილი გაგრძელდება განუსაზღვრელი ვადით.

აქ, ისევე როგორც სხვა მექანიზმებისთვის, რომლებიც შემოთავაზებულია ერთკედლიანი ნანომილაკების ზრდისთვის, არ არსებობს პირდაპირი ექსპერიმენტული მტკიცებულება.

სურათი 2.1 - „სკუტერის“ მექანიზმის ილუსტრაცია (10,10) სავარძლის ნანომილების ზრდის დროს.

მთელს მსოფლიოში არაერთი სამეცნიერო ჯგუფი ცდილობდა ნანომილების ნიმუშების გაწმენდას ისეთი მეთოდების გამოყენებით, როგორიცაა ცენტრიფუგაცია, ფილტრაცია და ქრომატოგრაფია. ზოგიერთი ეს მეთოდი გულისხმობს ნანომილის შემცველი მასალის კოლოიდური სუსპენზიების საწყის მომზადებას ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების გამოყენებით. მაგალითად, ჟან-მარკ ბონარდმა და კოლეგებმა გამოიყენეს ანიონური ზედაპირული ნატრიუმის დოდეკაციკლოსულფატი (SDS) წყალში ნანომილების და ნანონაწილაკების სტაბილური სუსპენზიის მისაღწევად. თავდაპირველად, ფილტრაციის მეთოდი გამოიყენებოდა ნანომილების ნანონაწილაკებისგან გამოსაყოფად, მაგრამ უფრო წარმატებული განცალკევება მიღწეული იყო უბრალოდ ნანომილაკების ნალექის სახით დაცემით და ნანონაწილაკების სუსპენზია. შემდეგ შესაძლებელია ნალექის ამოღება და შემდგომი დალექვის პროცედურების გაგრძელება. ამან არა მხოლოდ ნანონაწილაკების მოპოვების საშუალება მისცა, არამედ გამოიწვია მილების გარკვეული განცალკევება მათი სიგრძის გასწვრივ.

ნანომილების ზომის გამოყოფის კიდევ ერთი მეთოდი აღწერილია დუისბერგის და კოლეგების მიერ შტუტგარტის მაქს პლანკის ინსტიტუტიდან და დუბლინის ტრინიტის კოლეჯიდან. მილების და სხვა მასალის გამოყოფა კვლავ იქნა მიღებული SDN მჟავაში. შემდეგ განცალკევება განხორციელდა ზომის გამორიცხვის ქრომატოგრაფიის (SEC) გამოყენებით. ეს ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენებოდა ბიოლოგიური მაკრომოლეკულების გამოსაყოფად და ავტორებმა აჩვენეს, რომ ნანომილის ნიმუშები წარმატებით იყოფა ფრაქციებად სხვადასხვა მილის სიგრძით. ნანომილების გაწმენდისას სუფფაქტანტების გამოყენების ერთ-ერთი შესაძლო მინუსი არის ის, რომ სულფაქტანტის კვალი შეიძლება დარჩეს საბოლოო პროდუქტში. თუმცა, ბონარდმა და კოლეგებმა აჩვენეს, რომ შესაძლებელი იყო SDN-ის დონის შემცირება 0,1%-ზე ქვემოთ გარეცხვით.

3. ერთფენიანი მილების გაწმენდა

ასევე შემუშავებულია ერთკედლიანი მილების გაწმენდის მეთოდები, თუმცა პროცესი უფრო მეტ ძალისხმევას მოითხოვს, ვიდრე მრავალკედლიანი ნანომილაკებისთვის. დიდი რაოდენობით ამორფული ნახშირბადის გარდა, ნანომილაკები შეიცავს მეტალის ნაწილაკებს, რომლებიც ხშირად დაფარულია ნახშირბადით. უფრო მეტიც, უხეში დაჟანგვის მეთოდები, რომლებიც გამოიყენება მრავალკედლიანი ნანომილების გასაწმენდად, ასევე დამღუპველია ერთკედლიანი მილებისთვის.

იაპონელმა მეცნიერებმა ეტაპობრივად აღწერეს სხვადასხვა მინარევების თანმიმდევრული აღმოფხვრის პროცესი. პირველი ნაბიჯი მოიცავდა უმი ჭვარტლის გარეცხვას გამოხდილი წყლით 12 საათის განმავლობაში, რასაც მოჰყვა ფილტრაცია და გაშრობა. ამ პროცედურამ დაუშვა გრაფიტის ზოგიერთი ნაწილაკის და ამორფული ნახშირბადის მოცილება. ფულერენები გამორეცხეს ტოლუენით Soxclet-ის აპარატში. შემდეგ ჭვარტლს აცხელებდნენ ჰაერში 470°C-მდე 20 წუთის განმავლობაში, რათა მოეშორებინათ ლითონის ნაწილაკები. საბოლოოდ, დარჩენილი ჭვარტლი ექვემდებარებოდა პერქლორინის მჟავას ლითონის ნაწილაკების დასაშლელად. საბოლოო პროდუქტის ელექტრონული მიკროსკოპით და რენტგენის დიფრაქციით შესწავლამ აჩვენა, რომ დამაბინძურებლების უმეტესობა ამოღებულია, თუმცა ზოგიერთი შევსებული და ცარიელი ნანონაწილაკი დარჩა.

სმელიმ და კოლეგებმა შეიმუშავეს მეთოდი მიკროფილტრაციის გამოყენებით ნანომილების ნიმუშების გასაწმენდად. მათ პირველებმა აღწერეს კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების გამოყენების ტექნიკა ხსნარში ნანომილების სუსპენზიისა და თანმხლები მასალის მოსამზადებლად, შემდეგ კი ნანომილების მემბრანაზე დეპონირების მიზნით. თუმცა, განმეორებითი ფილტრაცია სუსპენზიის მომზადებით ყოველი ფილტრაციის შემდეგ იყო საჭირო, რათა მიღწეულიყო გაწმენდის მნიშვნელოვანი დონე, რაც ამ პროცედურას ძალიან ნელა და არაეფექტურს ხდის. გაუმჯობესებული მეთოდი აღწერილი იყო ქაღალდში, სადაც გამოყენებული იყო ულტრაბგერითი დამუშავება, ფილტრაციის დროს მასალის შეჩერება და ამგვარად დიდი რაოდენობით ნიმუშის უწყვეტი ფილტრაციის პროცესის დაშვება. ამ გზით შესაძლებელი გახდა 150 მლ-მდე ჭვარტლის გაწმენდა 3-6 საათის განმავლობაში 90%-ზე მეტი SWNT შემცველი მასალის მისაღებად.

ერთფენიანი მილების გაწმენდა ასევე შესაძლებელია ქრომატოგრაფიის გამოყენებით; დუისბურგმა და სხვებმა აღწერეს მეთოდი, რომელიც გამოიყენება MWNT-ებისთვის და აჩვენეს მისი ეფექტურობა SWNT-ებისთვის.

4. ნანომილის ნიმუშების გასწორება

ნახშირბადის ნანომილაკი ფულერენის მსგავსი პლაზმა

ზემოთ აღწერილი მომზადების მრავალი მეთოდი აწარმოებს ნიმუშებს შემთხვევით ორიენტირებული ნანომილებით. მიუხედავად იმისა, რომ მილები ხშირად ჯგუფდება ჩალიჩებად, თავად ჩალიჩები საერთოდ არ შეესაბამება ერთმანეთს. ნანომილების თვისებების გასაზომად ძალიან სასარგებლო იქნებოდა ნიმუშების ქონა, რომლებშიც ყველა მილი გასწორებულია ერთი მიმართულებით. მიუხედავად იმისა, რომ გასწორებული მილების მომზადების კატალიზური მეთოდები უკვე აღწერილია, ასევე საჭირო იყო ტექნოლოგიების შემუშავება მილების ნიმუშების გასწორების მიზნით მათი სინთეზის შემდეგ. ამრიგად, ერთ-ერთი პირველი ასეთი მეთოდი შემოთავაზებული იქნა 1995 წელს შვეიცარიის Ecole Polytechnic Federale Lozanne-ის ჯგუფის მიერ. მათ გამოიყენეს რკალის აორთქლების შედეგად მომზადებული MWNT ნიმუში, რომელიც გაწმენდილი იყო ცენტრიფუგირებით და ფილტრაციით ნანონაწილაკებისა და სხვა დამაბინძურებლების მოსაშორებლად. შემდეგ გასუფთავებული ნანომილების თხელი ფენები დეპონირებული იყო პლასტმასის ზედაპირზე და SEM სურათებმა აჩვენა, რომ ეს მილები გასწორებულია ფილმის პერპენდიკულურად თავისუფლად დეპონირებულ მდგომარეობაში. აღმოჩნდა, რომ მილები შეიძლება გასწორებულიყო ნიმუშის ზედაპირის პარალელურად, რომელიც მანამდე მსუბუქად იყო გახეხილი ტეფლონით ან ალუმინის ფოლგით. ავტორები ამტკიცებენ, რომ ამ მეთოდით ფილმების "თვითნებურად დიდი" დამზადება შესაძლებელია და ისინი ამ ფილმებს საველე ემისიის ექსპერიმენტების ჩასატარებლად იყენებდნენ.

ნანომილების გასწორების კიდევ ერთი მეთოდია მილების ჩასმა მატრიცაში და შემდეგ მატრიქსის რაიმე სახით გადაწურვა ისე, რომ მილები გასწორდეს დინების მიმართულებით.

5. ნახშირბადის ნანომილების სიგრძის კონტროლი

ცალკეული ერთკედლიანი ნანომილების კონტროლირებად სიგრძეზე დაჭრის ტექნიკა აღწერილი იქნა დელფტისა და რაისის უნივერსიტეტების მკვლევარებმა 1997 წლის ბოლოს. გამოყენებული ნანომილები წარმოიქმნა ლაზერული აორთქლების შედეგად Smalley ჯგუფის მიერ და დეპონირებული იყო ოქროს ერთკრისტალების ზედაპირზე გვირაბის სკანირების გზით. მიკროსკოპია. როდესაც იდენტიფიცირებული იყო შესაფერისი ნანომილაკი, სკანირება შეჩერდა და Pt/Ir წვერი გადავიდა ამ მილის არჩეულ წერტილამდე. შემდეგ უკუკავშირი გამორთული იყო და ძაბვის პულსი გამოიყენებოდა წვერსა და ნიმუშს შორის გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. როდესაც სკანირება განახლდა, ​​ნანომილაკზე შესამჩნევი იყო შესვენება, თუ ჭრა წარმატებული იყო. ნაჩვენებია, რომ ცალკეული მილები შეიძლება დაიჭრას ოთხამდე ცალკეულ პოზიციაზე. აღმოჩნდა, რომ ჭრის პროცესში კრიტიკული ფაქტორი არის ძაბვა და არა დენი, ჭრის პროცესისთვის საჭირო მინიმალური ძაბვა უნდა იყოს 4 ვ.

ცალკეული ნანომილების მოკლე სიგრძეზე დაჭრით, ავტორებმა შეძლეს ეჩვენებინათ, რომ მოკლე მილების ელექტრული თვისებები განსხვავდებოდა ორიგინალური ნანომილებისგან. ეს განსხვავებები მიეკუთვნებოდა კვანტური ზომის ეფექტების გამოვლინებას.

ცალკეული ნანომილების სიგრძის კონტროლის გარდა, შესაძლებელია ერთკედლიანი ნანომილების ნაყარი ნიმუშების მოკლე სიგრძეებად დაჭრა. ეს აჩვენა 1998 წელს სმალის ჯგუფმა. მოკლე მილებიდან ნიმუშების მიღების ყველაზე ეფექტური გზა (მათ „ფულერენის მილებს“ ეძახდნენ) არის ნანომილის მასალის გაჟონვა გოგირდის და აზოტის მჟავების ხსნარში. ამ ექსპოზიციის დროს, როგორც ჩანს, ლოიალური სონოქიმია წარმოქმნის ხვრელებს მილის ზედაპირებზე, რომლებიც შემდეგ თავს დაესხმება მჟავებს და ქმნიან ღია "მილებს". სმელიმ და მისმა კოლეგებმა აჩვენეს, რომ ამ მილების დალაგება შესაძლებელია სხვადასხვა სიგრძის ფრაქციებად, მეთოდით, რომელიც ცნობილია როგორც ველის ნაკადის ფრაქციები. მათ ასევე შეავსეს ამ ღია ნანომილების ბოლოები სხვადასხვა ფუნქციური ჯგუფებით და აჩვენეს, რომ ოქროს ნაწილაკები შეიძლება მიმაგრებულიყვნენ ფუნდიონის მილის ბოლოებზე. ეს ნამუშევარი შეიძლება ჩაითვალოს ნახშირბადის ნანომილაკებზე დაფუძნებული ახალი ორგანული ქიმიის დასაწყისად.

6. კვლევის ანალიზი

Iijima-ს, Ebbesen-ისა და Ajayan-ის რკალის აორთქლების მეთოდი რჩება საუკეთესო ტექნიკად მაღალი ხარისხის ნანომილების სინთეზისთვის, მაგრამ მას აქვს მთელი რიგი უარყოფითი მხარეები. პირველ რიგში, ეს არის შრომატევადი და მოითხოვს გარკვეულ უნარებს, რათა მივაღწიოთ რეპროდუქციულობის შესაბამის დონეს. მეორეც, მოსავლიანობა საკმაოდ დაბალია, რადგან უფრო მეტი აორთქლებული ნახშირბადი დეპონირდება კამერის კედლებზე, ვიდრე კათოდზე და ნანომილები ბინძურდება ნანონაწილაკებით და სხვა გრაფიტის ფრაგმენტებით. მესამე, ეს უფრო გამომცხვარია, ვიდრე უწყვეტი პროცესი და ადვილად არ მასშტაბირებს. თუ ნანომილები ოდესმე იქნება გამოყენებული კომერციულად ფართომასშტაბიანი, სავარაუდოდ სხვა მომზადების მეთოდის გამოყენება იქნება საჭირო. ამ მიმართულებით პროგრესს აფერხებს რკალში მილის ზრდის მექანიზმის არ გაგება. ამიტომ, მისასალმებელია შემდგომი კვლევა, რომელიც სპეციალურად მიეძღვნა ნანომილების ზრდის მექანიზმის გარკვევას.

არსებობს კიდევ ერთი სერიოზული სისუსტე რკალის აორთქლების მეთოდისა და ყველა სხვა თანამედროვე ტექნოლოგიების მრავალკედლიანი ნანომილების მოსამზადებლად: ისინი აწარმოებენ მილების ზომისა და სტრუქტურების ფართო სპექტრს. ეს შეიძლება იყოს პრობლემა არა მხოლოდ ზოგიერთი აპლიკაციისთვის, არამედ მინუსია იმ ადგილებში, სადაც საჭიროა კონკრეტული მილის სტრუქტურები, როგორიცაა ნანოელექტრონიკა. შესაძლებელია თუ არა იმის პროგნოზირება, თუ რა გზას გაივლიან გარკვეული კონსტრუქციების მქონე მილები მოსამზადებლად? შესაძლოა ეს მიიღწევა კატალიზატორების კრეატიული გამოყენებით.

მკვლევარებმა ყურადღება გაამახვილეს ერთკედლიანი მილების უფრო დიდ ერთგვაროვნებაზე, ვიდრე მათი მრავალკედლიანი კოლეგები, ყოველ შემთხვევაში მათი დიამეტრის მიმართ. თუმცა, მეთოდები, რომლებიც უშუალოდ გამოიყენება ერთკედლიანი მილების სინთეზისთვის, უფრო რთულია, ვიდრე მრავალკედლიანი ნანომილაკებისთვის. სმოლის ჯგუფის მიერ შემუშავებული ლაზერული აორთქლების ტექნიკა აწარმოებს საუკეთესო ხარისხის მასალას უმაღლესი გამოსავლით, მაგრამ ამ მეთოდისთვის საჭირო მაღალი ენერგიის ლაზერები ყოველთვის არ არის ხელმისაწვდომი საშუალო ლაბორატორიისთვის. როგორც მრავალშრიანი მილების შემთხვევაში, წინსვლის გზა შეიძლება მოიცავდეს კატალიზურ მეთოდებს და ამ მიმართულებით მიმდინარე კვლევები გამამხნევებელია. საბოლოო ჯამში, იმედი გვაქვს, რომ ორგანული ქიმიკოსები შეძლებენ ნანომილების სრული სინთეზის დასრულებას. თუმცა, უნდა გავითვალისწინოთ, რომ ეს შეიძლება იყოს შორეული პერსპექტივა, რადგან C60-ის სრული სინთეზიც კი ჯერ არ განხორციელებულა.

მიუხედავად იმისა, რომ საუკეთესო ხარისხის ნანომილები ამჟამად იწარმოება მეთოდების გამოყენებით, რომლებიც ასევე წარმოქმნიან დამაბინძურებლების მნიშვნელოვან რაოდენობას, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ არსებობს მეთოდები ამ მასალის მოსაშორებლად. საბედნიეროდ, ბოლო დროს მნიშვნელოვანი პროგრესი იქნა მიღწეული ამ სფეროში და ახლა ხელმისაწვდომია სხვადასხვა მეთოდი არასასურველი ნანონაწილაკების, მიკროფოროვანი ნახშირბადის და სხვა დამაბინძურებლების მოსაშორებლად როგორც მრავალკედლიანი, ისე ერთკედლიანი ნანომილის ნიმუშებიდან. ასევე შემუშავებულია პროცედურები მილების გასწორებისა და კონტროლირებად სიგრძეზე ჭრისთვის. ეს ტექნოლოგიები საშუალებას მისცემს პროგრესს ისეთ სფეროებში, სადაც სუფთა და კარგად განსაზღვრული ნიმუშების ნაკლებობა კვლავ სერიოზულ პრობლემად რჩება.

დასკვნა

ნანომილების მომზადების მეთოდი, რომელიც აღწერა ინჯიმამ 1991 წელს, შედარებით ცუდ მოსავალს იძლეოდა, რაც ართულებდა მათი სტრუქტურისა და თვისებების შემდგომ შესწავლას. მნიშვნელოვანი წინსვლა მოხდა 1992 წლის ივლისში, როდესაც თომას ებესენმა და პულიკელ აჯაიანმა, რომლებიც მუშაობდნენ იმავე იაპონურ ლაბორატორიაში, როგორც იჯიმა, აღწერეს ნანომილების გრამური რაოდენობის მომზადების მეთოდი. კიდევ ერთხელ, ეს მოულოდნელი აღმოჩენა იყო: ფულერენის წარმოებულების მომზადების მცდელობისას, ებესენმა და აჯაიანმა აღმოაჩინეს, რომ რკალის აორთქლების კამერაში ჰელიუმის წნევის გაზრდა მკვეთრად აუმჯობესებდა კათოდური ჭვარტლში წარმოქმნილი ნანომილების გამოსავლიანობას. ნანომილების დიდი რაოდენობით ხელმისაწვდომობამ გამოიწვია კვლევის ტემპის უზარმაზარი ზრდა მთელს მსოფლიოში.

კიდევ ერთი სფერო, რომელმაც ადრეული ინტერესი გამოიწვია, იყო ნახშირბადის ნანომილების და ნანონაწილაკების „მოლეკულური კონტეინერების“ გამოყენების იდეა. ამ მიმართულებით მნიშვნელოვანი ეტაპი იყო აჯაიანისა და იჯიმას დემონსტრირება, რომ ნანომილები შეიძლებოდა ამოვსებულიყო გამდნარი ტყვიით და ამგვარად გამოეყენებინათ „ნანომავთულის“ შაბლონებად. შემდგომში შემუშავდა ნანომილების გახსნისა და შევსების უფრო კონტროლირებადი მეთოდები, რაც საშუალებას აძლევდა მასალების ფართო სპექტრს, მათ შორის ბიოლოგიურს, მოთავსებულიყო შიგნით. ნანომილების გახსნამ და შევსებამ შეიძლება გამოიწვიოს საოცარი თვისებები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას კატალიზში ან ბიოლოგიურ სენსორებში. შევსებულ ნახშირბადის ნანონაწილაკებს ასევე შეიძლება ჰქონდეთ მნიშვნელოვანი გამოყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მაგნიტური ჩაწერა და ბირთვული მედიცინა.

შესაძლოა, ნანომილების კვლევის ყველაზე დიდი მოცულობა უნდა დაეთმოს მათ ელექტრონულ თვისებებს. თეორიული ნაშრომი, რომელიც წინ უძღოდა იჯიმას აღმოჩენას, ზემოთ უკვე აღინიშნა. Iijima-ს 1991 წლის ბუნების წერილიდან მალევე, ორი სხვა ნაშრომი გამოჩნდა ნახშირბადის ნანომილების ელექტრონული თვისებების შესახებ. MIT-ის გუნდმა და ნორიაკი ჰამადამ და კოლეგებმა Iijima-ს ლაბორატორიიდან ცუკუბაში შეასრულეს ზოლის სტრუქტურის გამოთვლები მჭიდრო შეკვრის მოდელის გამოყენებით და აჩვენეს, რომ ელექტრონული თვისებები დამოკიდებულია როგორც მილის სტრუქტურაზე, ასევე მის დიამეტრზე. ამ შესანიშნავმა პროგნოზებმა დიდი ინტერესი გამოიწვია, მაგრამ ნანომილების ელექტრონული თვისებების დადგენის მცდელობამ ექსპერიმენტულად დიდი სირთულე წააწყდა. მაგრამ მხოლოდ 1996 წელს განხორციელდა ექსპერიმენტული გაზომვები ცალკეულ ნანომილებზე, რომლებსაც შეეძლოთ თეორიული პროგნოზების დადასტურება. ეს შედეგები ვარაუდობს, რომ ნანომილები შეიძლება გახდეს მომავალი ნანოელექტრონული მოწყობილობების კომპონენტები.

ნახშირბადის ნანომილაკების მექანიკური თვისებების დადგენა დიდ სირთულეებს წარმოადგენდა, მაგრამ ექსპერიმენტატორებმა კიდევ ერთხელ გაუმკლავდნენ გამოწვევას. გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპისა და ატომური ძალის მიკროსკოპის გამოყენებით გაზომვებმა აჩვენა, რომ ნახშირბადის ნანომილების მექანიკური თვისებები შეიძლება იყოს ისეთივე განსაკუთრებული, როგორც მათი ელექტრონული თვისებები. შედეგად, გაიზარდა ინტერესი ნანომილების კომპოზიციურ მასალებში გამოყენების მიმართ.

დღესდღეობით, ნანომილების სხვადასხვა შესაძლო გამოყენება იწვევს ინტერესს. მაგალითად, მრავალი მეცნიერი იკვლევს ნანომილების გამოყენების პრობლემას, როგორც სკანირების ზონდის მიკროსკოპის რჩევებს. მათი წაგრძელებული ფორმის, წვეტიანი წვერების და მაღალი სიმტკიცის გამო, ნანომილები იდეალურად შეეფერებოდა ამ მიზნისთვის და ამ სფეროში თავდაპირველმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა ძალიან შთამბეჭდავი შედეგები. ასევე ნაჩვენებია, რომ ნანომილებს აქვთ სასარგებლო ველის ემისიის თვისებები, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მათი გამოყენება ბრტყელ პანელის ეკრანებზე. ნანომილების კვლევა ყველგან ასტრონომიული ტემპით იზრდება და კომერციული აპლიკაციები, რა თქმა უნდა, დიდი ხანი არ არის.

ბიბლიოგრაფია

1. პ. ჰარისი, ნახშირბადის ნანომილები და მასთან დაკავშირებული სტრუქტურები. XXI საუკუნის ახალი მასალები - მ.: ტექნოსფერო, 2003 წ.

გამოქვეყნებულია Allbest.ru-ზე

მსგავსი დოკუმენტები

გრაფიტის სტრუქტურა, რომელიც განსაზღვრავს მის ელექტრულ თვისებებს. ერთკედლიანი და მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილები. ბრომის შეერთების ენერგია გრაფიტის ფენასთან. ინსტალაციის ექსპერიმენტული ტექნიკა და მახასიათებლები. ბრომირების პროცესის ფენომენოლოგიური აღწერა.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 09/17/2011


ნახშირბადის ნანოსტრუქტურების კლასიფიკაცია. ფულერენის ფორმირების მოდელები. ფულერენების შეკრება გრაფიტის ფრაგმენტებიდან. ნახშირბადის ნანონაწილაკების წარმოქმნის მექანიზმი თხევადი მტევნის კრისტალიზაციის გზით. ნახშირბადის ნანომილების მომზადების მეთოდები, სტრუქტურა და თვისებები.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 25/09/2009


სორბციის პროცესები სორბატ-სორბენტი ფაზის საზღვარზე. ფოროვანი ნახშირბადის მასალების წარმოების მეთოდები. ჩამდინარე წყლების დამუშავების ადსორბციული მეთოდები. ორგანული ნივთიერებების ნარევების კომპონენტებს შორის ურთიერთქმედების ძირითადი რეაქციები თანათერმოლიზის პროცესებში.

ნაშრომი, დამატებულია 21/06/2015


მილსადენის შედუღების ძირითადი ცნებები და მეთოდები. ფოლადის შერჩევა გაზსადენისთვის. მილის კიდეების მომზადება შედუღებისთვის. შედუღების მასალის შერჩევა. მოთხოვნები მილის შეკრებისთვის. შემდუღებლების საკვალიფიკაციო ტესტები. ხელით რკალის შედუღების ტექნოლოგია და ტექნიკა.

დისერტაცია, დამატებულია 25/01/2015


DC ძრავის ბრუნვის სიჩქარის სტაბილიზაციის სისტემა, როგორც ავტომატური კონტროლის თეორიის მეთოდების გამოყენების მაგალითი. რკალის ფოლადის დნობის ღუმელის დენის სტაბილიზაციის სისტემა, უცენტრო დაფქვის პროცესის ჭრის ძალა.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 18/01/2013


შედუღების წარმოების ტექნოლოგია. შედუღების წარმოების განვითარების ისტორია. არგონ-რკალის შედუღების სპეციფიკა და მისი გამოყენების ფარგლები. არგონ-რკალის შედუღების აპლიკაციები, უპირატესობები და უარყოფითი მხარეები. ამ ტიპის შედუღების აღჭურვილობის შედარებითი მახასიათებლები.

რეზიუმე, დამატებულია 05/18/2012


ფოლადის შემადგენლობა და თვისებები. ინფორმაცია მისი შედუღების შესახებ. ორ ფურცელს შორის გადახურული შედუღებული სახსრის წარმოების ტექნოლოგია ხელით რკალის შედუღების და დამცავი გაზის შედუღების გამოყენებით სახარჯო ელექტროდით. შედუღების მასალების შერჩევა და შედუღების რკალის დენის წყაროები.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 28/05/2015


გამოყენებული მასალების შედუღების განსაზღვრა, შემავსებლის მასალებისა და აღჭურვილობის შერჩევა. შედუღების მოწყობილობა ზედა ქვედა და ზედა გარსისთვის. ხელით რკალის შედუღების რეჟიმის გაანგარიშება. A Ar-C17 შედუღების კვანძის ტექნოლოგიური პროცესის რუკა GOST 14771-76-ის მიხედვით.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 02/20/2013


ზოგადი ინფორმაცია კომპოზიტური მასალების შესახებ. კომპოზიციური მასალების თვისებები, როგორიცაა სიბუნიტი. ფოროვანი ნახშირბადის მასალების სპექტრი. დამცავი და რადიოშთანთქმის მასალები. კალციუმის ფოსფატის კერამიკა არის ბიოპოლიმერი ძვლის ქსოვილის რეგენერაციისთვის.

რეზიუმე, დამატებულია 05/13/2011


პლასტმასის მილების სახეები და მახასიათებლები, მათი შეერთების მეთოდის არჩევის დასაბუთება, შეერთების პრინციპები. პლასტმასის და პოლიპროპილენის მილების კონდახით შედუღების ზოგადი წესები. სოკეტის შედუღების ტექნოლოგია. პოლიპროპილენის მილების დამონტაჟების პრინციპები და ეტაპები.

გამოგონება ეხება ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების სორბციული გაწმენდის სფეროს ტიტანისა და მისი ნაერთების მაღალი შემცველობით და შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყლის გასაწმენდად ჯანმრთელობისთვის უსაფრთხო სასმელი წყლის მისაღებად. ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის მეთოდი გულისხმობს დაბინძურებული წყლის ადსორბენტთან კონტაქტში მოყვანას, სადაც ადსორბენტად გამოიყენება ნახშირბადის ნანომილები, რომლებიც მოთავსებულია ულტრაბგერით აბანოში და მოქმედებს ნახშირბადის ნანომილაკებზე და წყალი იწმინდება. რეჟიმი 1-15 წთ, ულტრაბგერითი სიხშირით 42 kHz და სიმძლავრით 50 W. ტექნიკური შედეგი მოიცავს წყლის 100% გაწმენდას ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან ნახშირბადის ნანომილების ძალიან მაღალი ადსორბციის მახასიათებლების გამო. 4 ავადმყოფი, 2 მაგიდა, 4 ყოფილი.

ნახატები RF პატენტისთვის 2575029

გამოგონება ეხება ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების სორბციული გაწმენდის სფეროს ტიტანისა და მისი ნაერთების მაღალი შემცველობით და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან წყლის გასაწმენდად ჯანმრთელობისთვის უსაფრთხო სასმელი წყლის მისაღებად.

ცნობილია მძიმე მეტალის იონებისგან წყლის გაწმენდის მეთოდი, რომლის მიხედვითაც ადსორბენტად გამოიყენება კალცინირებული გააქტიურებული ბუნებრივი ადსორბენტი, რომელიც წარმოადგენს შერეული მინერალური შემადგენლობის სილიციუმურ ქვას თათარტანის საბადოებიდან, რომელიც შეიცავს wt.%: ოპალკრისტობოლიტს 51-70. , ცეოლიტი 9-25, თიხის კომპონენტი - mont morillonite, hydromica 7-15, კალციტი 10-25 და სხვ. [RF პატენტი 2150997, IPC B01G 20/16, B01G 20/26, პუბლიკ. 06/20/2000]. ამ ცნობილი მეთოდის მინუსი არის მარილმჟავას გამოყენება მასალის გასააქტიურებლად, რაც მოითხოვს აგრესიული გარემოსადმი მდგრადი აღჭურვილობას. გარდა ამისა, მეთოდი იყენებს რთული მინერალური შემადგენლობის საკმაოდ იშვიათ ქვას და არ არსებობს მონაცემები ტიტანისა და მისი ნაერთების შემცველობის შესახებ.

ცნობილია შუნგიტის საფუძველზე მარცვლოვანი ადსორბენტის წარმოების მეთოდი [Auth.St. სსრკ No 822881, IPC B01G 20/16, პუბლიკ. 04/23/1981].

ამ მეთოდის მინუსი არის ნაკლებად გავრცელებული მინერალური შუნგიტის გამოყენება, რომელიც წინასწარ არის მოდიფიცირებული ამონიუმის ნიტრატით, კალცინაციით მაღალ ტემპერატურაზე, რაც საჭიროებს შესაბამის აღჭურვილობას და ენერგიის მოხმარებას, ასევე დამუშავებას აგრესიულ გარემოში. არ არსებობს მონაცემები ტიტანისგან წყლის გაწმენდის ეფექტურობის შესახებ.

არსებობს ბუნებრივ ალუმინოსილიკატებზე დაფუძნებული ორგანომინერალური სორბენტების, კერძოდ ცეოლიტის მოპოვების ცნობილი მეთოდი, რომელიც აღებულია ანალოგად, წინასწარ სითბოს დამუშავებული ალუმინოსილიკატის მოდიფიცირებით პოლისაქარიდებით, კერძოდ კიტოზანით [RF Patent No. 2184607, IPC C02F 1/56, B01J 20/32, B01J 20/26 , B01J 20/12, publ. 07/10/2002]. მეთოდი შესაძლებელს ხდის სორბენტების მიღებას, რომლებიც შესაფერისია წყლის ხსნარების ეფექტური გასაწმენდად ლითონის იონებისა და სხვადასხვა ბუნების ორგანული საღებავებისგან.

აღწერილი მეთოდით მიღებული სორბენტების უარყოფითი მხარეა მათი დისპერსიის მაღალი ხარისხი, რაც არ იძლევა წყლის გაწმენდას სორბენტის ფენით დენით (ფილტრი სწრაფად იკეტება), ასევე სორბენტიდან ქიტოზანის ფენის ჩამორეცხვის შესაძლებლობა. დროთა განმავლობაში მინერალურ საფუძველზე ფიქსაციის ნაკლებობის გამო და მონაცემების არარსებობის შესახებ მძიმე მეტალის ნაერთებისგან, როგორიცაა ტიტანი და მისი ნაერთები ეფექტური გაწმენდის შესახებ.

აღწერილია წყლის გამწმენდი სადგურების ფილტრის სტრუქტურებიდან სამრეწველო წყლის გაწმენდისა და განკარგვის მეთოდი [პატენტი გამოგონებისთვის RU No. 2372297, IPC C02F 1/5, C02F 103/04, publ. 11/10/2009].

გამოგონების არსი მდგომარეობს კომპლექსური კოაგულანტის გამოყენებაში, რომელიც წარმოადგენს სულფატისა და ალუმინის ოქსიქლორიდის წყალხსნარების ნარევს დოზის თანაფარდობით 2:1 ალუმინის ოქსიდისთვის.

ეს პატენტი შეიცავს მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის მაგალითებს სასმელი წყლის მიწოდებისთვის.

აღწერილი მეთოდის მინუსი არის მინარევებისაგან გაწმენდის ცუდი ეფექტურობა; ნალექის 46% ცურავდა, დანარჩენი კი შეჩერებულია.

არსებობს წყლის გაწმენდის ცნობილი მეთოდი მიწოდების მილსადენში კათიონური ფლოკულანტით დამუშავებით [RF Patent No. 2125540, IPC C02F 1/00, publ. 01/27/1999].

გამოგონება ეხება ზედაპირული დრენაჟებიდან წყლის გაწმენდის მეთოდებს და შეიძლება გამოყენებულ იქნას საყოფაცხოვრებო და სასმელი ან ტექნიკური წყალმომარაგების სფეროში.

გამოგონების არსი: ფლოკულანტის გარდა, მილსადენში შეჰყავთ მინერალური კოაგულანტი ფლოკულანტთან მასის თანაფარდობით 40:1-დან 1:1-მდე.

მეთოდი უზრუნველყოფს შეჩერებული ნივთიერებების აგრეგაციის ეფექტურობის გაზრდას, რაც შესაძლებელს ხდის დასახლებული წყლის სიმღვრივის 2-3-ჯერ შემცირებას. ამ მეთოდის გამოყენების შემდეგ, საჭიროა შემდგომი სრული დალექვა ტანკებში. ამრიგად, აღწერილი მეთოდის მიხედვით, ლითონების 100%-იანი მოცილება ვერ მოხერხდა, წყლის სიხისტე შემცირდა 5,7 მგ-ეკვ/ლ-დან 3 მგ-ეკვ/ლ-მდე, სიმღვრივე შემცირდა 8,0 მგ/ლ-მდე.

ანალოგის მინუსი არის ლითონებისა და ორგანული მინარევების მოცილების ცუდი ეფექტურობა; არ არსებობს მონაცემები ტიტანის შემცველობის შესახებ.

ნახშირბადის ნანომილების (CNTs) სორბციის ეფექტურობა აღწერილია, როგორც წყალ-ეთანოლის ნარევების გაწმენდის ინოვაციური ტექნოლოგიის საფუძველი [Zaporotskova N.P. და სხვები VolSU-ს ბიულეტენი, სერია 10, ნომერი. 5, 2011, 106 გვ.].

სამუშაომ ჩაატარა კვანტური მექანიკური კვლევები მძიმე ალკოჰოლის მოლეკულების ადსორბციის პროცესების ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების გარე ზედაპირზე.

CNT-ების აღწერილი სორბციული აქტივობის მინუსი არის ის, რომ ტარდება მხოლოდ თეორიული კვანტური მექანიკური გამოთვლები, ხოლო ექსპერიმენტული კვლევები ჩატარდა ალკოჰოლებზე. ლითონების გაწმენდის მაგალითები არ არსებობს.

დადასტურებულია ნახშირბადის ნანომილების დადებითი ეფექტი წყალ-ეთანოლის ნარევების გაწმენდის პროცესზე.

ამჟამად, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების მრავალი სფეროს განვითარებაში განსაკუთრებული იმედები დაკავშირებულია ნახშირბადის ნანომილაკებთან CNT-ებთან [Harris P. Carbon nanotubes and related structures. XXI საუკუნის ახალი მასალები. - მ.: ტექნოსფერო, 2003. - 336გვ.].

CNT-ების შესანიშნავი თვისება დაკავშირებულია მათ უნიკალურ სორბციულ მახასიათებლებთან [Eletsky A.V. ნახშირბადის ნანოსტრუქტურების სორბციული თვისებები. - მიღწევები ფიზიკურ მეცნიერებებში. - 2004. -თ. 174, No 11. - გვ 1191-1231].

აღწერილია ნახშირბადის ნანომილაკებზე დაფუძნებული ფილტრი ალკოჰოლის შემცველი სითხეების გასაწმენდად [Polikarpova N.P. და სხვები VolSU-ს ბიულეტენი, სერია 10, ნომერი. 6, 2012, 75 გვ.]. ჩატარდა ექსპერიმენტები ალკოჰოლის შემცველი სითხეების გაწმენდაზე ფილტრაციისა და გადაცემის მეთოდების გამოყენებით და დადგინდა CNT-ების მასობრივი ფრაქცია, რაც იწვევს საუკეთესო შედეგს.

ჩატარებულმა ექსპერიმენტულმა კვლევებმა დაამტკიცა, რომ წყლის ეთანოლის ნარევის CNT-ებით დამუშავება ხელს უწყობს ფუზელის ზეთებისა და სხვა ნივთიერებების შემცველობის შემცირებას. ამ ანალოგის მინუსი არის მონაცემების ნაკლებობა ლითონისგან წყლის გაწმენდის შესახებ.

სამუშაომ შეისწავლა Zn(II) სორბცია/დესორბცია თანმიმდევრულ ციკლებში გააქტიურებული ნახშირბადის და CNT-ებით. გააქტიურებული ნახშირბადის მიერ Zn(II) ადსორბცია მკვეთრად შემცირდა რამდენიმე ციკლის შემდეგ, რაც განპირობებული იყო ლითონის იონების დაბალი მოცილებით გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების შიდა ზედაპირიდან.

CNT-ების ჰიდროფობიური ბუნება იწვევს მათ სუსტ ურთიერთქმედებას წყლის მოლეკულებთან, რაც ქმნის პირობებს მისი თავისუფალი ნაკადისთვის.

Noy A., Park N.G., Fornasiero F., Holt J.K., Grigoropoulos S.P. და Bakajin O. Nanofluidics in carbon nanotubes // Nano Today. 2007 წ., ტ. 2, არა. 6, გვ. 22-29.

CNT-ების ადსორბციის უნარი დამოკიდებულია ადსორბენტის ზედაპირზე ფუნქციური ჯგუფების არსებობაზე და ადსორბატის თვისებებზე.

მაგალითად, კარბოქსილის, ლაქტონის და ფენოლური ჯგუფების არსებობა ზრდის პოლარული ნივთიერებების ადსორბციის შესაძლებლობებს.

CNT-ებს, რომლებსაც არ აქვთ ფუნქციური ჯგუფები ზედაპირზე, ხასიათდებიან არაპოლარული დამაბინძურებლების მაღალი ადსორბციული უნარით.

მემბრანის შექმნის ერთ-ერთი გზაა CNT-ების გაზრდა სილიკონის ზედაპირზე ნახშირბადის შემცველი ორთქლის გამოყენებით ნიკელის, როგორც კატალიზატორის გამოყენებით.

CNTs არის მოლეკულური სტრუქტურები, რომლებიც წააგავს ნახშირბადის ფურცლების ფრაქცია ნანომეტრის სისქის, 10-9 მ სისქის, არსებითად ჩვეულებრივი გრაფიტის ატომური ფენის მილაკში მოქცეულ ჩალას - ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული მასალა ნანოტექნოლოგიის სფეროში. CNT-ებს ასევე შეიძლება ჰქონდეთ გაფართოებული სტრუქტურა [WCG ვებსაიტი http://www.worldcommunitygrid.org/].

მემბრანული ტექნოლოგია, რომელიც ფართოდ გამოიყენება ჩვენი პლანეტის მაცხოვრებლებისთვის სასმელი წყლის მისაღებად.

არსებობს ორი მნიშვნელოვანი მინუსი - ენერგიის მოხმარება და მემბრანის დაბინძურება, რომლის მოცილება შესაძლებელია მხოლოდ ქიმიური მეთოდებით.

პროდუქტიული და დაბინძურების საწინააღმდეგო მემბრანები შეიძლება შეიქმნას ნახშირბადის ნანომილების ან გრაფენის საფუძველზე [M. მაჯუმდერი და სხვ. Nature 438, 44 (2005)].

ტექნიკური არსით და მიღწეული შედეგით პრეტენზიულ გამოგონებასთან ყველაზე ახლოს არის წყლის გამწმენდი სორბენტების წარმოების მეთოდი [RF Patent 2277013 C1, IPC B01J 20/16, B01J 20/26, B01J 20/32, publ. 01.12.2004]. ეს პატენტი აღებულია როგორც პროტოტიპი. ეს მეთოდი ეხება სორბციული წყლის გამწმენდის სფეროს, კონკრეტულად სორბენტების წარმოებას და გამწმენდ მეთოდებს და შეიძლება გამოყენებულ იქნას სასმელი ან სამრეწველო წყლის გასაწმენდად მძიმე მეტალის იონებისა და პოლარული ორგანული ნივთიერებების მაღალი შემცველობით. მეთოდი გულისხმობს ნატურალური ალუმინოსილიკატის დამუშავებას ჩიტოზანის ხსნარით განზავებულ ძმარმჟავაში ალუმინის სილიკატის და ქიტოზანის ხსნარის თანაფარდობით 1:1, pH 8-9-ზე.

მაგიდაზე 1 გვიჩვენებს პროტოტიპად აღებული გამოგონების მიხედვით მიღებული სორბენტების შედარებით აღწერას [პატენტი 2277013]. მოყვანილია მაგალითები სორბციის შესახებ საღებავებთან მიმართებაში და ხსნარებიდან სპილენძის, რკინის და სხვა ლითონის იონების შეწოვის შესახებ.

პროტოტიპის მინუსი არის მძიმე მეტალების დაბალი ადსორბციის უნარი (SOE) მგ/ლ სპილენძისთვის Cu +2 (3,4-დან 5,85-მდე); არ არსებობს მონაცემები ტიტანისა და მისი ნაერთების ადსორბციის შესახებ. COE, მგ/ლ Fe +3-ისთვის მერყეობს 3.4-დან 6.9-მდე.

გამოგონების მიზანია ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის მეთოდის შემუშავება ნახშირბადის ნანომილების და ულტრაბგერითი ზემოქმედების გამოყენებით, რომელიც გამოიმუშავებს მაღალი ხარისხის, სუფთა სასმელ წყალს და გაზრდის ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის ეფექტურობას. CNT-ების მაღალი ადსორბციის მახასიათებლები.

პრობლემა მოგვარებულია ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის შემოთავაზებული მეთოდით CNT-ების გამოყენებით, ულტრაბგერის გამოყენებით 50 ვტ სიმძლავრის ულტრაბგერითი სიხშირით 42 kHz 1-15 წუთის განმავლობაში.

მეთოდი ხორციელდება შემდეგნაირად. ადსორბენტი არის ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკი, რომელსაც აქვს ტიტანის ატომებთან და მის კატიონებთან (Ti, Ti +2, Ti +4) აქტიური ურთიერთქმედების უნარი.

98% სისუფთავის ერთი გრამი CNTs ემატება 99 გ წყალს Ti, Ti +2, Ti +4 მოსაშორებლად, შემდეგ კი მთელი შიგთავსი მოთავსებულია ულტრაბგერითი აბაზანაში UKH-3560 და ექვემდებარება ულტრაბგერას 1-15 წუთის განმავლობაში. სიმძლავრეზე 50 ვატი და ულტრაბგერითი სიხშირით 42 kHz.

ფილტრაციის შემდეგ ხდება ანალიზისთვის აღებული წყლის ნიმუშების გამოკვლევა. ატომური ემისიის ანალიზი გამოიყენება წყლის ნიმუშებში ტიტანის და მისი ნაერთების შემცველობის დასადგენად CNT-ების დამუშავებამდე და წყლის ნიმუშების CNT-ებით დამუშავების შემდეგ ულტრაბგერითი აბანოში.

შემოთავაზებული „ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის მეთოდი ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან ნახშირბადის ნანომილების და ულტრაბგერითი გამოყენებით“ დასტურდება მაგალითებით, რომლებიც ქვემოთ იქნება აღწერილი.

მეთოდის დანერგვა მითითებული პირობების შესაბამისად იძლევა აბსოლუტურად სუფთა წყლის მიღებას ტიტანისა და მისი ნაერთების ნულოვანი შემცველობით (Ti, Ti +2, Ti +4).

ტექნიკური შედეგი მიიღწევა იმით, რომ CNT მოქმედებს როგორც კაპილარული, შთანთქავს Ti ატომებს და ტიტანის კათიონებს Ti +2 და Ti +4, რომელთა ზომები შედარებულია CNT-ის შიდა დიამეტრთან. CNT-ების დიამეტრი მერყეობს 4,8 Å-დან 19,6Å-მდე, დამოკიდებულია CNT-ების მიღების პირობებზე.

ექსპერიმენტულად დადასტურდა, რომ CNT-ების ღრუები აქტიურად ივსება სხვადასხვა ქიმიური ელემენტებით.

მნიშვნელოვანი მახასიათებელი, რომელიც განასხვავებს CNT-ებს სხვა ცნობილი მასალებისგან, არის ნანომილაკში შიდა ღრუს არსებობა. Ti ატომი და მისი კათიონები Ti +2, Ti +4 შედიან CNT-ში გარე წნევის გავლენის ქვეშ ან კაპილარული ეფექტის შედეგად და იქ ნარჩუნდებიან სორბციული ძალების გამო [Dyachkov P.N. ნახშირბადის ნანომილები: სტრუქტურა, თვისებები, გამოყენება. - მ.: ბინომი. ცოდნის ლაბორატორია, 2006. - 293 გვ.].

ეს საშუალებას აძლევს შერჩევით ადსორბციას ნანომილებით. გარდა ამისა, CNT-ების მაღალი მრუდი ზედაპირი იძლევა საკმაოდ რთული ატომებისა და მოლეკულების ადსორბციის საშუალებას მის ზედაპირზე, კერძოდ Ti, Ti +2, Ti +4.

უფრო მეტიც, ნანომილების ეფექტურობა ათჯერ აღემატება გრაფიტის ადსორბენტების აქტივობას, რომლებიც დღეს ყველაზე გავრცელებული გამწმენდი საშუალებებია. CNT-ებს შეუძლიათ მინარევების შეწოვა როგორც გარე, ასევე შიდა ზედაპირზე, რაც შერჩევითი ადსორბციის საშუალებას იძლევა.

ამიტომ, CNTs შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სითხეების საბოლოო გასაწმენდად ულტრა დაბალი კონცენტრაციის მინარევებისაგან.

CNT-ებს აქვთ CNT მასალის მიმზიდველი მაღალი სპეციფიკური ზედაპირი, რომელიც აღწევს 600 მ 2/გ ან მეტ მნიშვნელობებს.

ასეთი მაღალი სპეციფიკური ზედაპირი, რამდენჯერმე აღემატება საუკეთესო თანამედროვე სორბენტების სპეციფიკურ ფართობს, ხსნის მათი გამოყენების შესაძლებლობას ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების მძიმე ლითონებისგან, კერძოდ, Ti, Ti +2, Ti +4 გასაწმენდად. .

CNT-ების სინთეზი. CVDomna-ს ნახშირბადის ნანომილის სინთეზის ობიექტის გამოყენებით, მიიღეს ნახშირბადის ნანომასალა CNT, რომელიც გამოიყენებოდა ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გასაწმენდად ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან.

ჩატარდა ექსპერიმენტული კვლევები ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან წყლის გასაწმენდად.

CNT-ების ოპტიმალური რაოდენობის დასადგენად აუცილებელია ტიტანის და მისი ნაერთების შემცველობა ულტრა დაბალ რაოდენობამდე მიიყვანოთ. CNT-ების ეს კონცენტრაცია იქნა ნაპოვნი და შემდგომ ექსპერიმენტებში გამოყენებული იქნა ოპტიმალური კონცენტრაცია 0,01 გ ოდენობით 1 ლიტრ გაანალიზებულ წყალზე.

ატომური ემისიის ანალიზმა აჩვენა ატომური Ti და მისი კათიონების (Ti +2, Ti +4) არსებობა შესწავლილ წყლის ნიმუშებში, საიდანაც შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ეს არის ტიტანი და Ti +2, Ti +4 კათიონები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ნახშირბადის ნანომილები. Ti ატომის რადიუსი არის 147 pm, ე.ი. ტიტანის კატიონებს შეუძლიათ ან შეაღწიონ ნახშირბადის ნანომილის ღრუში და შეიწოვება შიგნით (ნახ. 1) ან მის გარე ზედაპირზე, ასევე ქმნიან ხიდის სტრუქტურას ექვსკუთხედების ნახშირბადის ატომებთან (ნახ. 2), დაკავშირებულ მოლეკულურ სტრუქტურებს. .

Ti და მისი კატიონების შეყვანა CNT ღრუში შესაძლებელია Ti-ს ეტაპობრივი მიდგომით ნანომილაკთან მისი მთავარი გრძივი ღერძის გასწვრივ და ტიტანის ატომებისა და მისი კატიონების შეღწევით ნანომილის ღრუში მათი შემდგომი ადსორბციით შიდა მხარეს. CNT-ის ზედაპირი. ცნობილია აგრეთვე Ti ადსორბციის კიდევ ერთი ვარიანტი, რომლის მიხედვითაც ერთ ტიტანის ატომს შეუძლია შექმნას სტაბილური Ti-C ბმები ნახშირბადის ნანომილის გარედან ნახშირბადის ატომებთან ორ მარტივ შემთხვევაში, როდესაც Ti არის 1/4 და 1/2. ექვსკუთხედები (ნახ. 3) .

ანუ ტიტანისა და მისი კათიონების ადსორბცია CNT-ების ზედაპირზე არა მხოლოდ თეორიულად დადასტურებული ფაქტია, არამედ ექსპერიმენტულად დადასტურებულია კვლევაშიც.

გამომგონებელი სორბენტი არის ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკების კონგლომერატი, რომლებსაც აქვთ აქტიური ურთიერთქმედების უნარი ტიტანთან და მის კატიონებთან, ქმნიან სტაბილურ ბმებს და ტიტანის ატომების და მისი ნაერთების ადსორბციის შესაძლებლობას CNT-ების შიდა და გარე ზედაპირებზე. ხიდის სტრუქტურების ფორმირება ორი Ti-C ბმით, თუ Ti +2 ან ოთხი Ti +4-ისთვის. ტიტანით და მისი ნაერთებით დაბინძურებული წყლის გაწმენდისას გამოიყენება CNT-ები; ტიტანი ადსორბირდება CNT ზედაპირებზე ვან დერ ვაალის ძალების გამო, ანუ ტიტანი და მისი ნაერთები თავისუფალი ატომიდან და კათიონები Ti +2 და Ti +4 იკვრება. მოლეკულურ კავშირში (ნახ. 4).

გამოგონების განხორციელების შესაძლებლობა ილუსტრირებულია შემდეგი მაგალითებით.

მაგალითი 1. მიწისქვეშა წყლები 1) ჭაბურღილიდან 40 მ სიღრმიდან იქნა აღებული ხარისხობრივი ელემენტარული შემადგენლობის შემცველობის შესამოწმებლად, აგრეთვე ტიტანის და მისი ნაერთების შემცველობის რაოდენობრივი ანალიზისთვის CNT-ებით გაწმენდამდე და CNT ადსორბციის და ულტრაბგერითი დამუშავების შემდეგ. . ულტრაბგერითი ექსპოზიციის დრო 15 წთ. Ti და მისი ნაერთების შემცველობა გაწმენდის შემდეგ არის 0% (ცხრილი 2).

მაგალითი 2. მიწისქვეშა წყლები ჭაბურღილიდან 2) 41 მ სიღრმით, ჭაბურღილის 1-ისგან განსხვავებით, ეს წყალი მდებარეობდა ბერესლავსკის წყალსაცავის (ვოლგოგრადი) ჭაბურღილიდან 200 მ მანძილზე. ულტრაბგერითი ექსპოზიციის დრო 15 წთ. Ti და მისი ნაერთების შემცველობა გაწმენდის შემდეგ არის 0% გამოგონების მიხედვით (ცხრილი 2).

მაგალითი 3. წყლის ონკანიდან აღებული წყალი (სოვეცკის რაიონი, ვოლგოგრადი) გაიწმინდა CNT-ების გამოყენებით და ულტრაბგერითი ზემოქმედებით 15 წუთის განმავლობაში, სიმძლავრე 50 W და მოქმედი ულტრაბგერითი სიხშირე 42 kHz (ცხრილი 2).

მაგალითი 4. ყველაფერი იგივეა, რაც მაგალითად 1-ში, მაგრამ ულტრაბგერითი ექსპოზიციის დრო არის 1 წუთი.

მაგალითი 5. მიწისქვეშა წყლები ჭაბურღილის 1) 40 მ სიღრმიდან აღებული იქნა ანალიზისთვის ტიტანისა და მისი ნაერთების შემცველობაზე და შემდეგ გაწმენდილი იქნა პროტოტიპის მიხედვით [პატენტი RU 2277013].

ულტრაბგერითი ექსპოზიციის დრო 15 წთ (ექსპერიმენტი 1, 2, 3, 5). ულტრაბგერითი ექსპოზიციის დრო 1 წთ (ექსპერიმენტი 4).

CNT-ებზე დაფუძნებული პრეტენზიული მეთოდის უპირატესობებში შედის ტიტანის და მისი ნაერთების ადსორბციის ძალიან მაღალი ხარისხი. ექსპერიმენტის შედეგების მიხედვით, ოპტიმალურ პირობებში უზრუნველყოფილია საცდელი წყლების 100%-იანი გაწმენდა ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან.

ᲛᲝᲗᲮᲝᲕᲜᲐ

ზედაპირული და მიწისქვეშა წყლების გაწმენდის მეთოდი ტიტანისა და მისი ნაერთებისგან ნახშირბადის ნანომილების (CNTs) და ულტრაბგერის გამოყენებით, მათ შორის დაბინძურებული წყლის ადსორბენტებთან კონტაქტში მძიმე მეტალების დასაჭერად, ხასიათდება იმით, რომ ნახშირბადის ნანომილები გამოიყენება როგორც ადსორბენტი ულტრაბგერითი აბაზანა, CNT-ების ზემოქმედება და გაწმენდილი წყალი 1-15 წუთის რეჟიმში, ულტრაბგერითი სიხშირით 42 kHz და სიმძლავრით 50 W.

პატენტის RU 2430879 მფლობელები:

გამოგონება ეხება ნანოტექნოლოგიას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომპოზიტური მასალების კომპონენტად. მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილები იწარმოება ნახშირწყალბადების პიროლიზით, კატალიზატორების გამოყენებით, რომლებიც შეიცავს Fe, Co, Ni, Mo, Mn და მათ კომბინაციებს, როგორც აქტიურ კომპონენტებს, ასევე Al 2 O 3, MgO, CaCO 3, როგორც მატარებლები. მიღებული ნანომილები იწმინდება მარილმჟავას ხსნარში ადუღებით, რასაც მოჰყვება წყლით გარეცხვა. მჟავა დამუშავების შემდეგ გათბობა ხორციელდება მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში ტემპერატურის გრადიენტის მქონე ღუმელში. ღუმელის სამუშაო ზონაში ტემპერატურაა 2200-2800°C. ღუმელის კიდეებზე ტემპერატურაა 900-1000°C. გამოგონება საშუალებას იძლევა მიიღოთ მრავალკედლიანი ნანომილები ლითონის მინარევების შემცველობით 1 ppm-ზე ნაკლები. 3 ხელფასი f-ly, 9 ill., 3 მაგიდა.

გამოგონება ეხება მაღალი სისუფთავის მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების (MWCNTs) წარმოების სფეროს ლითონის მინარევების შემცველობით 1 ppm-ზე ნაკლები, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომპოზიტური მასალების კომპონენტებად სხვადასხვა მიზნებისთვის.

MWCNT-ების მასობრივი წარმოებისთვის, გამოიყენება ნახშირწყალბადების ან ნახშირბადის მონოქსიდის პიროლიზის საფუძველზე მეთოდები, რკინის ქვეჯგუფის ლითონებზე დაფუძნებული ლითონის კატალიზატორების თანდასწრებით [T.W.Ebbesen // Carbon nanotubes: Preparation and თვისებები, CRC Press, 1997, გვ. 139-161; V.Shanov, Yeo-Heung Yun, M.J.Schuiz // ნახშირბადის ნანომილის მასალების სინთეზი და დახასიათება (მიმოხილვა) // ქიმიური ტექნოლოგიისა და მეტალურგიის უნივერსიტეტის ჟურნალი, 2006, No 4, ვ.41, გვ.377-390 ; J. W. Seo; ა.მაგრესი; მ.მილასი; K.Lee, V Lukovac, L.Forro // Catalytically grown carbon nanotubes: from synthesis to toxicity // Journal of Physics D (Applied Physics), 2007, v.40, n.6]. ამის გამო, მათი დახმარებით მიღებული MWCNTs შეიცავს გამოყენებული კატალიზატორების ლითონების მინარევებს. ამავდროულად, რიგი აპლიკაციები, მაგალითად, ელექტროქიმიური მოწყობილობების შესაქმნელად და სხვადასხვა მიზნებისათვის კომპოზიტური მასალების წარმოებისთვის, მოითხოვს მაღალი სისუფთავის MWCNT-ებს, რომლებიც არ შეიცავს ლითონის მინარევებს. მაღალი სისუფთავის MWCNT-ები პირველ რიგში აუცილებელია მაღალი ტემპერატურის დამუშავების ქვეშ მყოფი კომპოზიციური მასალების წარმოებისთვის. ეს გამოწვეულია იმით, რომ არაორგანული ჩანართები შეიძლება იყოს კატალიზატორი ადგილობრივი გრაფიტიზაციისთვის და, შედეგად, გამოიწვიოს ნახშირბადის სტრუქტურაში ახალი დეფექტების წარმოქმნა [A.S. Fialkov // Carbon, interlayer ნაერთები და მასზე დაფუძნებული კომპოზიტები, Aspect Press, მოსკოვი. , 1997, გვ.588 -602]. ლითონის ნაწილაკების კატალიზური მოქმედების მექანიზმი ემყარება ლითონის ატომების ურთიერთქმედებას ნახშირბადის მატრიქსთან მეტალ-ნახშირბადის ნაწილაკების წარმოქმნით ახალი გრაფიტის მსგავსი წარმონაქმნების შემდგომი განთავისუფლებით, რომლებსაც შეუძლიათ გაანადგურონ კომპოზიტის სტრუქტურა. ამიტომ, ლითონის მცირე მინარევებიც კი შეიძლება გამოიწვიოს კომპოზიტური მასალის ჰომოგენურობისა და მორფოლოგიის დარღვევა.

კატალიზური ნახშირბადის ნანომილების მინარევებისაგან გაწმენდის ყველაზე გავრცელებული მეთოდები ეფუძნება მათ მკურნალობას მჟავების ნარევით სხვადასხვა კონცენტრაციით გაცხელებისას და ასევე მიკროტალღური გამოსხივების ზემოქმედებასთან ერთად. თუმცა, ამ მეთოდების მთავარი მინუსი არის ნახშირბადის ნანომილების კედლების განადგურება ძლიერი მჟავების ზემოქმედების შედეგად, ასევე მათ ზედაპირზე დიდი რაოდენობით არასასურველი ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების გამოჩენა, რაც ართულებს. მჟავით მკურნალობის პირობების შესარჩევად. ამ შემთხვევაში, მიღებული MWCNT-ების სისუფთავე არის 96-98 wt.%, რადგან კატალიზატორის ლითონის ნაწილაკები ჩაკეტილია ნახშირბადის ნანომილის შიდა ღრუში და მიუწვდომელია რეაგენტებისთვის.

MWCNT-ების სისუფთავის გაზრდა შეიძლება მიღწეული იყოს მათი გაცხელებით 1500°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე ნახშირბადის ნანომილების სტრუქტურისა და მორფოლოგიის შენარჩუნებით. ეს მეთოდები იძლევა არა მხოლოდ MWCNT-ების გაწმენდას ლითონის მინარევებისაგან, არამედ ხელს უწყობს ნახშირბადის ნანომილების სტრუქტურის მოწესრიგებას მცირე დეფექტების გამომუშავების გამო, იანგის მოდულის გაზრდის, გრაფიტის ფენებს შორის მანძილის შემცირებას და ასევე ზედაპირული ჟანგბადის მოცილებას. რაც შემდგომში უზრუნველყოფს ნახშირბადის ნანომილების უფრო ერთგვაროვან დისპერსიას პოლიმერულ მატრიცაში, რაც აუცილებელია უმაღლესი ხარისხის კომპოზიციური მასალების მისაღებად. კალციაცია დაახლოებით 3000°C ტემპერატურაზე იწვევს ნახშირბადის ნანომილების სტრუქტურაში დამატებითი დეფექტების წარმოქმნას და არსებული დეფექტების განვითარებას. უნდა აღინიშნოს, რომ აღწერილი მეთოდებით მიღებული ნახშირბადის ნანომილების სისუფთავე არაუმეტეს 99,9%-ია.

გამოგონება წყვეტს ნახშირწყალბადების კატალიზური პიროლიზით მიღებული მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების გაწმენდის მეთოდის შემუშავების პრობლემას, კატალიზატორის მინარევების თითქმის სრული მოცილებით (1 ppm-მდე), ისევე როგორც სხვა ნაერთების მინარევები, რომლებიც შეიძლება გამოჩნდეს MWCNT-ების მჟავა დამუშავებისას. ნახშირბადის ნანომილების მორფოლოგიის შენარჩუნებისას.

პრობლემა მოგვარებულია მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების გაწმენდის მეთოდით, მიღებული ნახშირწყალბადების პიროლიზით, კატალიზატორების გამოყენებით, რომლებიც შეიცავს Fe, Co, Ni, Mo, Mn და მათ კომბინაციებს, როგორც აქტიურ კომპონენტებს, ასევე Al 2 O 3, MgO, CaCO 3, როგორც მატარებლები. , რომელიც ტარდება მარილმჟავას ხსნარში დუღილით შემდგომი გარეცხვით წყლით, მჟავა დამუშავების შემდეგ გათბობა ტარდება მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში ტემპერატურის გრადიენტის მქონე ღუმელში, სამუშაო ზონაში ტემპერატურა 2200 -2800 ° C, ღუმელის კიდეებზე ტემპერატურაა 900-1000 ° C, რის შედეგადაც მიიღება მრავალკედლიანი ნანომილები ლითონის მინარევების შემცველობით 1 ppm-ზე ნაკლები.

გათბობა ხორციელდება მაღალი სისუფთავის გრაფიტისგან დამზადებულ ამპულებში.

გათბობის დრო არგონის ნაკადში არის, მაგალითად, 15-60 წუთი.

არგონი გამოიყენება 99,999% სიწმინდით.

მეთოდის მნიშვნელოვანი განსხვავებაა ღუმელის გამოყენება ტემპერატურული გრადიენტით MWCNT-ების გასაწმენდად, სადაც ლითონის მინარევები აორთქლდება ცხელ ზონაში, ხოლო ლითონის ნაწილაკების კონდენსაცია პატარა ბურთების სახით ხდება ცივ ზონაში. ლითონის ორთქლების გადაცემის განსახორციელებლად გამოიყენება მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადი (99,999%) გაზის ნაკადის სიჩქარით დაახლოებით 20 ლ/სთ. ღუმელი აღჭურვილია სპეციალური ლუქებით, რომლებიც ხელს უშლიან ატმოსფერული გაზების ზემოქმედებას.

წყლისა და ჰაერის ჟანგბადის წინასწარი დეზორბცია MWCNT-ის ზედაპირიდან და გრაფიტის ამპულიდან, რომელშიც ნიმუში მოთავსებულია გრაფიტის ღუმელში, აგრეთვე მათი მაღალი სისუფთავის არგონით აფეთქება, შესაძლებელს ხდის თავიდან იქნას აცილებული ზემოქმედება გაწმენდილზე. გაზის ტრანსპორტირების რეაქციების MWCNT წყალბადისა და ჟანგბადის შემცველი გაზების მონაწილეობით, რაც იწვევს ნახშირბადის გადანაწილებას მის უაღრესად გაფანტულ ფორმებსა და კარგად კრისტალიზებულ გრაფიტის მსგავს ფორმებს შორის დაბალი ზედაპირის ენერგიით (V.L.Kuznetsov, Yu.V.Butenko, V.I.Zaikovskii და A.L. Chuvilin // Carbon redistribution processes in nanocarbons // Carbon 42 (2004) pp.1057-1061; A.S. Fialkov // პროცესები და მოწყობილობები დაფხვნილი ნახშირბად-გრაფიტის მასალების წარმოებისთვის, Aspect Press, მოსკოვი, 2008, გვ. 510-514 ).

კატალიზური მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილები იწარმოება ნახშირწყალბადების პიროლიზით, კატალიზატორების გამოყენებით, რომლებიც შეიცავს Fe, Co, Ni, Mo და მათ კომბინაციებს, როგორც აქტიურ კომპონენტებს, ასევე Al 2 O 3, MgO, CaCO 3, როგორც მატარებლები (T.W. Ebbesen // ნახშირბადის ნანომილები: მომზადება და თვისებები, CRC Press, 1997, გვ.139-161; V.Shanov, Yeo-Heung Yun, M.J.Schuiz // ნახშირბადის ნანომილის მასალების სინთეზი და დახასიათება (მიმოხილვა) // ქიმიური ტექნოლოგიებისა და მეტალურგიის უნივერსიტეტის ჟურნალი, 2006 წ. , No 4, v.41, გვ.377-390; J.W.Seo; A.Magrez; M.Milas; K.Lee, V Lukovac, L.Forro // კატალიზურად გაზრდილი ნახშირბადის ნანომილები: სინთეზიდან ტოქსიკურობამდე / / ჟურნალი ფიზიკის D (გამოყენებითი ფიზიკა), 2007, ტ.40, n.6).

შემოთავაზებულ მეთოდში, ყველაზე ტიპიური ლითონების მინარევების მოცილების შესაძლებლობის საჩვენებლად, გაწმენდა ტარდება ორი ტიპის MWCNT-ისთვის, რომლებიც სინთეზირებულია Fe-Co/Al 2 O 3 და Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორებზე, რომლებიც შეიცავს Fe და Co. 2:1 თანაფარდობა. ამ კატალიზატორების გამოყენების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია სინთეზირებულ ნიმუშებში სხვა ნახშირბადის ფაზების არარსებობა, გარდა MWCNT-ებისა. Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორის თანდასწრებით მიიღება MWCNT-ები საშუალო გარე დიამეტრით 7-10 ნმ, ხოლო Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორის თანდასწრებით MWCNT მიიღება დიდი საშუალო გარე დიამეტრით. 22-25 ნმ.

მიღებული ნიმუშები გამოკვლეულია გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით, რენტგენის სპექტრული ფლუორესცენციის მეთოდით ARL - Advant "x ანალიზატორზე რენტგენის მილის Rh ანოდით (გაზომვის სიზუსტე ± 10%) და ნიმუშების სპეციფიკური ზედაპირია. იზომება BET მეთოდით.

TEM მონაცემების მიხედვით, საწყისი ნიმუშები შედგება უაღრესად დეფექტური MWCNT-ებისგან (ნახ. 1, 6). მილების ფრაგმენტებს მოსახვევების მიდამოში აქვს გლუვი, მომრგვალო კონტურები; მილების ზედაპირზე შეინიშნება ფულერენის მსგავსი წარმონაქმნების დიდი რაოდენობა. ნანომილების გრაფენის მსგავსი ფენები ხასიათდება დიდი რაოდენობით დეფექტების არსებობით (გატეხვები, Y-ის მსგავსი შეერთებები და ა.შ.). მილების ზოგიერთ მონაკვეთში არის შეუსაბამობა ფენების რაოდენობაში MWCNT-ების სხვადასხვა მხარეს. ეს უკანასკნელი მიუთითებს ღია გაფართოებული გრაფენის ფენების არსებობაზე, ძირითადად ლოკალიზებული მილების შიგნით. გაცხელებული MWCNT-ების ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში 2200°C ტემპერატურაზე - სურ. 2, 7; 2600°C - სურ.3, 8; 2800°C - ნახატები 4, 5, 9. ნიმუშებში კალცინაციის შემდეგ შეინიშნება უფრო გლუვი MWCNT-ები ნაკლები შიდა და ზედაპირული დეფექტებით. მილები შედგება ასობით ნანომეტრის რიგის სწორი ფრაგმენტებისაგან, მკაფიოდ გამოხატული ნახვევებით. კალცინაციის ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება სწორი მონაკვეთების ზომები. სხვადასხვა მხარეს მილების კედლებში გრაფენის ფენების რაოდენობა ერთნაირი ხდება, რაც MWCNT სტრუქტურას უფრო მოწესრიგებულს ხდის. მნიშვნელოვან ცვლილებებს განიცდის მილების შიდა ზედაპირიც - ლითონის ნაწილაკები ამოღებულია, შიდა ტიხრები უფრო მოწესრიგებული ხდება. უფრო მეტიც, მილების ბოლოები იხურება - დახურულია გრაფენის ფენები, რომლებიც ქმნიან მილებს.

ნიმუშების კალცირება 2800°C-ზე იწვევს მცირე რაოდენობის გაფართოებული ცილინდრული ნახშირბადის წარმონაქმნების წარმოქმნას, რომლებიც შედგება ერთმანეთში ჩადგმული გრაფენის ფენებისგან, რაც შეიძლება დაკავშირებული იყოს ნახშირბადის გადაცემასთან მცირე დისტანციებზე გრაფიტის ორთქლის წნევის გაზრდის გამო. .

საწყისი და გაცხელებული MWCNT-ების ნიმუშების კვლევებმა რენტგენის ფლუორესცენციის მეთოდით აჩვენა, რომ ნახშირბადის მრავალკედლიანი ნანომილების ნიმუშების გაცხელების შემდეგ 2200-2800°C დიაპაზონში მინარევების რაოდენობა მცირდება, რაც ასევე დასტურდება გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით. . MWCNT ნიმუშების გათბობა 2800°C-ზე უზრუნველყოფს ნიმუშებიდან მინარევების თითქმის სრულ მოცილებას. ამ შემთხვევაში ამოღებულია არა მხოლოდ კატალიზატორის ლითონების მინარევები, არამედ სხვა ელემენტების მინარევებიც, რომლებიც შედიან MWCNT-ებში მჟავით დამუშავებისა და რეცხვის ეტაპებზე. საწყის ნიმუშებში რკინისა და კობალტის თანაფარდობა არის დაახლოებით 2:1, რაც შეესაბამება კატალიზატორების საწყის შემადგენლობას. Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორის ნიმუშების გამოყენებით მიღებულ საწყის მილებში ალუმინის შემცველობა მცირეა, რაც დაკავშირებულია მის მოცილებასთან კატალიზატორის რეცხვისას ნანომილების მჟავით დამუშავებისას. მინარევების შემცველობის შესწავლის შედეგები რენტგენის სპექტრული ფლუორესცენციის მეთოდით მოცემულია ცხრილებში 1 და 2.

სპეციფიური ზედაპირის ფართობის BET მეთოდით გაზომვამ აჩვენა, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, MWCNT ნიმუშების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი უმნიშვნელოდ იცვლება ნახშირბადის ნანომილების სტრუქტურისა და მორფოლოგიის შენარჩუნებისას. TEM მონაცემების მიხედვით, სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის შემცირება შეიძლება დაკავშირებული იყოს როგორც MWCNT-ების ბოლოების დახურვასთან, ასევე ზედაპირის დეფექტების რაოდენობის შემცირებასთან. ტემპერატურის მატებასთან ერთად შესაძლებელია გაფართოებული ცილინდრული წარმონაქმნების მცირე ნაწილის ჩამოყალიბება ფენების გაზრდილი რაოდენობით და სიგრძისა და სიგანის თანაფარდობით დაახლოებით 2-3, რაც ასევე ხელს უწყობს კონკრეტული ზედაპირის ფართობის შემცირებას. კონკრეტული ზედაპირის ფართობის შესწავლის შედეგები მოცემულია ცხრილში 3.

გამოგონების არსი ილუსტრირებულია შემდეგი მაგალითებით, ცხრილებით (ცხრილები 1-3) და ილუსტრაციებით (სურათები 1-9).

MWCNT-ების ნიმუში (10 გ), მიღებული ეთილენის პიროლიზით Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორის თანდასწრებით ნაკადის კვარცის რეაქტორში 650-750°C ტემპერატურაზე, მოთავსებულია გრაფიტის ამპულაში სიმაღლე 200 მმ და გარე დიამეტრი 45 მმ და დახურულია სახურავით (10 მმ დიამეტრის) ხვრელით (1-2 მმ დიამეტრით). გრაფიტის ამპულა მოთავსებულია კვარცის ამპულაში და ჰაერის ამოტუმბვა ხდება ვაკუუმის ტუმბოს გამოყენებით მინიმუმ 10 -3 Torr წნევამდე, რასაც მოჰყვება მაღალი სისუფთავის არგონით (99,999% სისუფთავის) გაწმენდა, ჯერ ოთახის ტემპერატურაზე და შემდეგ. 200-230°C ტემპერატურაზე ჟანგბადის შემცველი ზედაპირული ჯგუფებისა და წყლის კვალის მოსაშორებლად. ნიმუში თბება 2200°C ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში (~20 ლ/სთ) ტემპერატურის გრადიენტის მქონე ღუმელში, სადაც სამუშაო ზონაში ტემპერატურა შენარჩუნებულია 2200°C-ზე. , ხოლო ღუმელის კიდეებზე ტემპერატურაა 900-1000°C. ლითონის ატომები, რომლებიც აორთქლდება MWCNT-ებიდან გათბობის დროს, ღუმელის ცხელი ნაწილიდან ცივ ნაწილში არგონის ნაკადით იხსნება, სადაც ლითონი ილექება პატარა ბურთულების სახით.

კალცინაციის შემდეგ მიღებული მასალის გამოკვლევა ხდება გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით და რენტგენის ფლუორესცენციის მეთოდით. სურათი 1 გვიჩვენებს ორიგინალური MWCNT-ების ელექტრონულ მიკროსკოპულ გამოსახულებებს, ხოლო 2200°C-ზე გაცხელებული MWNT-ები. BET მეთოდის გამოყენებით, MWCNT ნიმუშების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი განისაზღვრება კალცინაციამდე და შემდეგ. მიღებული მონაცემები მიუთითებს ნიმუშების სპეციფიური ზედაპირის ფართობის უმნიშვნელო შემცირებაზე კალციაციის შემდეგ, ორიგინალური MWCNT ნიმუშის სპეციფიკურ ფართობთან შედარებით.

მაგალითი 1-ის მსგავსად, ხასიათდება იმით, რომ ორიგინალური MWCNT-ის ნიმუში თბება 2600°C-ზე 1 საათის განმავლობაში მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში (~20 ლ/სთ) ღუმელში ტემპერატურის გრადიენტით, სადაც ტემპერატურა სამუშაო ადგილი შენარჩუნებულია 2600°C-ზე, ტემპერატურა ღუმელის კიდეებზე არის 900-1000°C. გაცხელებული MWCNT-ების სურათები, რომლებიც მიღებულია გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით, ნაჩვენებია სურათზე 3. მაღალი რეზოლუციის TEM გამოსახულებები აჩვენებს ნანომილების დახურულ ბოლოებს.

მაგალითი 1-ის მსგავსად, ხასიათდება იმით, რომ ორიგინალური MWCNT-ის ნიმუში თბება 2800°C-ზე 15 წუთის განმავლობაში მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში (~20 ლ/სთ) ღუმელში ტემპერატურის გრადიენტით, სადაც ტემპერატურა სამუშაო ადგილი შენარჩუნებულია 2800°C-ზე, ტემპერატურა ღუმელის კიდეებზე არის 900-1000°C. გაცხელებული MWCNT-ების გამოსახულებები, რომლებიც მიღებულია გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით, ნაჩვენებია სურათზე 4.

კალცინაცია 2800°C-ზე იწვევს მცირე რაოდენობის გაფართოებული ცილინდრული წარმონაქმნების წარმოქმნას ფენების გაზრდილი რაოდენობით და სიგრძისა და სიგანის თანაფარდობით დაახლოებით 2-3. ეს გადიდებები ჩანს TEM სურათებში (სურათი 5).

მაგალითი 1-ის მსგავსად, ხასიათდება იმით, რომ ორიგინალური MWCNT-ები მიიღეს Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორის თანდასწრებით. 2200°C-ზე გაცხელებული ორიგინალური MWCNT-ების და MWCNT-ების გამოსახულებები, რომლებიც მიღებულია გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით, ნაჩვენებია სურათებში 6, 7, შესაბამისად. ორიგინალური MWCNT-ების TEM გამოსახულებები აჩვენებს ლითონის ნაწილაკებს მილის არხებში (მონიშნულია ისრებით).

მე-4 მაგალითის მსგავსად, ხასიათდება იმით, რომ ორიგინალური MWCNT-ის ნიმუში გაცხელდა 2600°C-ზე. გაცხელებული MWCNT-ების გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოსახულებები ნაჩვენებია სურათზე 8. მაღალი რეზოლუციის TEM გამოსახულებები აჩვენებს ნანომილების დახურულ ბოლოებს.

მე-4 მაგალითის მსგავსად, ხასიათდება იმით, რომ ორიგინალური MWCNT-ის ნიმუში გაცხელდა 2800°C-ზე 15 წუთის განმავლობაში. გაცხელებული MWCNT-ების გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოსახულებები ნაჩვენებია სურათზე 9. სურათებში ნაჩვენებია გაფართოების მცირე ნაწილის ფორმირება.

ცხრილი 1
რენტგენის სპექტრული ფლუორესცენციის მონაცემები მინარევების შემცველობაზე MWCNT-ებში გათბობის შემდეგ, მიღებული Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორის გამოყენებით
ელემენტი
საწყისი MWCNTs	MWCNT_2200°C მაგალითი 1	MWCNT_2600°C მაგალითი 2	MWCNT_2800°C მაგალითი 3
ფე	0.136	0.008	ნაკვალევი	ნაკვალევი
Co	0.0627	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
ალ	0.0050	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
დაახ	ნაკვალევი	0.0028	0.0014	ნაკვალევი
ნი	0.0004	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
სი	0.0083	0.0076	ნაკვალევი	არა
ტი	არა	0.0033	ნაკვალევი	ნაკვალევი
ს	ნაკვალევი	არა	არა	არა
კლ	0.111	არა	არა	არა
სნ	0.001	0.001	ნაკვალევი	ნაკვალევი
ბა	არა	არა	არა	არა
კუ	0.001	0.001	ნაკვალევი	ნაკვალევი
კვალი - ელემენტის შემცველობა 1 ppm ქვემოთ

მაგიდა 2
რენტგენის სპექტრული ფლუორესცენციის მონაცემები მინარევების შემცველობაზე MWCNT-ებში გათბობის შემდეგ, მიღებული Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორის გამოყენებით
ელემენტი	მინარევების შემცველობის შეფასება, wt.%
საწყისი MWCNTs	MWCNT_2200°C მაგალითი 4	MWCNT_2600°C მაგალითი 5	MWCNT_2800°C მაგალითი 6
ფე	0.212	0.0011	0.0014	0.001
Co	0.0936	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
ალ	0.0048	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
დაახ	0.0035	0.005	0.0036	ნაკვალევი
ნი	0.0003	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
სი	0.0080	0.0169	0.0098	ნაკვალევი
ტი	არა	ნაკვალევი	0.0021	0.0005
ს	0.002	არა	არა	არა
კლ	0.078	არა	არა	არა
სნ	0.0005	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი
ბა	0.008	არა	არა	არა
კუ	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი	ნაკვალევი

ცხრილი 3
საწყისი და გაცხელებული MWCNT ნიმუშების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი BET
MWCNT ნიმუში (კატალიზატორი)	Ssp., მ 2 /გ (±2,5%)
MWCNT_ref (Fe-Co/Al 2 O 3)	390
MWCNT_2200 (Fe-Co/Al 2 O 3) მაგალითი 1	328
MWCNT_2600 (Fe-Co/Al 2 O 3) მაგალითი 2	302
MWCNT_2800 (Fe-Co/Al 2 O 3) მაგალითი 3	304
MWCNT_ref (Fe-Co/CaCO 3)	140
MWCNT_2200 (Fe-Co/CaCO 3) მაგალითი 4	134
MWCNT_2600 (Fe-Co/CaCO 3) მაგალითი5	140
MWCNT_2800 (Fe-Co/CaCO 3) მაგალითი 6	134

წარწერები ფიგურებისთვის:

ნახ.1. Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორზე სინთეზირებული საწყისი MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვნივ, ქვემოთ არის მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი, რომელიც აჩვენებს MWCNT-ების დეფექტურ კედლებს.

ნახ.2. 2200°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორზე. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვენა, ქვედა - მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი. MWCNT სტრუქტურა ხდება ნაკლებად დეფექტური და ნანომილების ბოლოები იხურება.

ნახ.3. 2600°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორზე. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვნივ, ქვემოთ არის მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი, რომელიც აჩვენებს MWCNT-ების დახურულ ბოლოებს. MWCNT-ების კედლები უფრო გლუვი და ნაკლებად დეფექტური ხდება.

ნახ.4. 2800°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორზე. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვნივ, ქვემოთ არის მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი, რომელიც აჩვენებს ნაკლებად დეფექტურ MWCNT კედლებს.

ნახ.5. 2800°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/Al 2 O 3 კატალიზატორზე, აჩვენებს დეფექტებს MWCNT სტრუქტურაში, რომლებიც ცილინდრული წარმონაქმნებია, რომლებიც შედგება გრაფენის ფენებისგან, რომლებიც ბუდობენ თითოეულში. სხვა, რომლებიც ნაჩვენებია მარჯვენა ზედა მაღალი გარჩევადობის TEM სურათზე.

სურ.6. Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორზე სინთეზირებული საწყისი MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვნივ, ქვემოთ არის მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი, რომელიც აჩვენებს MWCNT-ების არათანაბარ ზედაპირს. მარჯვნივ, ზევით, კატალიზატორის ნაწილაკები ჩანს ნახშირბადის ნანომილის არხებში ჩაფლული (ისრებით მონიშნული).

ნახ.7. 2200°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორზე. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვნივ, ქვემოთ არის მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი, რომელიც აჩვენებს MWCNT-ების უფრო გლუვ კედლებს.

სურ.8. 2600°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორზე. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. ქვედა მარჯვნივ არის მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი, რომელიც აჩვენებს MWCNT-ების დახურულ ბოლოებს. MWCNT-ების კედლები უფრო გლუვი და ნაკლებად დეფექტური ხდება.

ნახ.9. 2800°C ტემპერატურაზე გაცხელებული MWCNT ნიმუშის ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებები, სინთეზირებული Fe-Co/CaCO 3 კატალიზატორზე. მარცხნივ არის დაბალი გარჩევადობის TEM სურათი. მარჯვენა, ქვედა - მაღალი გარჩევადობის TEM სურათი.

1. ნახშირწყალბადების პიროლიზით მიღებული მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების გაწმენდის მეთოდი Fe, Co, Ni, Mo, Mn და მათი კომბინაციების შემცველი კატალიზატორების გამოყენებით, როგორც აქტიური კომპონენტები, ასევე Al 2 O 3, MgO, CaCO 3, როგორც მატარებლები, ადუღების გზით. მარილმჟავას ხსნარში შემდგომი გარეცხვით წყლით, ხასიათდება იმით, რომ მჟავა დამუშავების შემდეგ გათბობა ხორციელდება მაღალი სისუფთავის არგონის ნაკადში ტემპერატურის გრადიენტის მქონე ღუმელში, სადაც სამუშაო ზონაში ტემპერატურაა 2200-. 2800°C, ღუმელის კიდეებზე ტემპერატურაა 900-1000°C, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მრავალკედლიანი ნანომილები ლითონის მინარევების შემცველობით 1 ppm-ზე ნაკლები.

2. მეთოდი 1-ლი პრეტენზიის მიხედვით, რომელიც ხასიათდება იმით, რომ გათბობა ხორციელდება მაღალი სისუფთავის გრაფიტისგან დამზადებულ ამპულებში.