مکانیسم تأثیر نانولوله های کربنی تک جداره بر پلیمرها. ویژگی های الکتروفیزیکی نانولوله های کربنی اصلاح شده نانولوله های کربنی: کاربرد

· کاربرد · اثر سمی · مقالات مرتبط · نظرات · یادداشت ها · ادبیات · وب سایت رسمی ·

طرح های ساختار اصلاحات مختلف کربن
الف: الماس، ب: گرافیت، ج: lonsdaleite
د: فولرن - باکی بال C 60، ه: فولرن C 540، f: فولرن C 70
g: کربن آمورف، ساعت: نانولوله کربنی

جزئیات بیشتر: آلوتروپی کربن

کربن کریستالی

• الماس
• گرافن
• گرافیت
• کاربین
• lonsdaleite
• نانوالماس
• فولرن ها
• فولریت
• فیبر کربن
• نانوالیاف کربنی
• نانولوله های کربنی

کربن آمورف

• کربن فعال
• زغال چوب
• زغال سنگ فسیلی: آنتراسیت و غیره
• کک زغال سنگ، کک نفتی و غیره
• کربن شیشه ای
• کربن سیاه
• نانوفوم کربنی

در عمل، معمولاً اشکال آمورف ذکر شده در بالا هستند ترکیبات شیمیاییکربن بالا به جای شکل خالص آلوتروپیک کربن.

فرم های خوشه ای

• Astralens
• دی کربن
• نانو مخروط کربنی

ساختار

اوربیتال های الکترونی یک اتم کربن، بر اساس درجه هیبریداسیون اوربیتال های الکترونی آن، می توانند هندسه های متفاوتی داشته باشند. سه هندسه اساسی برای اتم کربن وجود دارد.

• چهار وجهی، با مخلوط کردن یک s و سه الکترون p (هیبریداسیون sp 3) تشکیل شده است. اتم کربن در مرکز چهار وجهی قرار دارد که توسط چهار پیوند معادل به کربن یا سایر اتم ها در راس چهار وجهی متصل است. تغییرات آلوتروپیک کربن الماس و لونسدالیت با این هندسه اتم کربن مطابقت دارد. کربن چنین هیبریداسیونی را نشان می دهد، به عنوان مثال، در متان و سایر هیدروکربن ها.
• مثلثی، با مخلوط کردن یک اوربیتال s و دو الکترون p (هیبریداسیون sp 2) تشکیل شده است. اتم کربن دارای سه پیوند معادل است که در یک صفحه با زاویه 120 درجه نسبت به یکدیگر قرار دارند. اوربیتال p که در هیبریداسیون دخیل نیست و عمود بر صفحه پیوند قرار دارد برای تشکیل پیوند با اتم های دیگر استفاده می شود. این هندسه کربن مشخصه گرافیت، فنل و غیره است.
• دیگونال، که از مخلوط کردن یک الکترون s و یک p تشکیل می شود (هیبریداسیون sp). علاوه بر این، دو ابر الکترونی در امتداد یک جهت کشیده شده اند و شبیه دمبل های نامتقارن هستند. دو الکترون دیگر p پیوند ایجاد می کنند. کربن با چنین هندسه اتمی یک اصلاح آلوتروپیک ویژه - Carbyne را تشکیل می دهد.

در سال 2010، محققان دانشگاه ناتینگهام، استفان لیدل و همکارانش، ترکیبی (مونومریک دیلیتیو متاندیوم) را به دست آوردند که در آن چهار پیوند اتم کربن در یک صفحه قرار دارند. احتمال وجود «کربن مسطح» قبلاً توسط پل فون شلایر برای این ماده پیش‌بینی شده بود، اما سنتز نشد.

گرافیت و الماس

اصلاحات آلوتروپیک اصلی و به خوبی مطالعه شده کربن الماس و گرافیت هستند. در شرایط معمولی، تنها گرافیت از نظر ترمودینامیکی پایدار است، در حالی که الماس و سایر اشکال آن فراپایدار هستند. در فشار اتمسفرو دماهای بالاتر از 1200 کلوین، الماس شروع به تبدیل شدن به گرافیت بالای 2100 کلوین می کند، تبدیل در چند ثانیه صورت می گیرد. انتقال H 0 - 1.898 کیلوژول در مول. در فشار معمولی، کربن در 3780 کلوین تصعید می‌شود. کربن مایع فقط در یک فشار خارجی خاص وجود دارد. نقاط سه گانه: گرافیت-مایع-بخار T = 4130 K، r= 10.7 مگاپاسکال انتقال مستقیم گرافیت به الماس در 3000 کلوین و فشار 11-12 گیگا پاسکال رخ می دهد.

در فشارهای بالاتر از 60 گیگا پاسکال، تشکیل یک اصلاح بسیار متراکم C III (چگالی 15-20٪ بیشتر از چگالی الماس) که دارای رسانایی فلزی است، فرض می شود. در فشارهای بالا و نسبتاً دمای پایین(تقریباً 1200 K) از گرافیت بسیار جهت‌دار، یک اصلاح شش ضلعی کربن با شبکه کریستالی از نوع wurtzite تشکیل شده است - lonsdaleite (a = 0.252 نانومتر، c = 0.412 نانومتر، گروه فضایی P6 3 /mmc)، چگالی 3.51 گرم بر سانتی متر، یعنی همان الماس. لونزدالیت در شهاب سنگ ها نیز یافت می شود.

الماس فوق پراکنده (نانو الماس)

در دهه 1980 در اتحاد جماهیر شوروی، مشخص شد که در شرایط بارگذاری دینامیکی مواد حاوی کربن، ساختارهای الماس مانندی به نام الماس های بسیار ریز (UDD) می توانند تشکیل شوند. امروزه اصطلاح «نانو الماس» به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرد. اندازه ذرات در چنین موادی چند نانومتر است. شرایط تشکیل UDD را می توان در حین انفجار مواد منفجره با تعادل اکسیژن منفی قابل توجهی، به عنوان مثال، مخلوط TNT با هگزوژن محقق کرد. چنین شرایطی همچنین می تواند در هنگام برخورد اجرام آسمانی بر سطح زمین در حضور مواد حاوی کربن (مواد آلی، ذغال سنگ نارس، زغال سنگ و غیره) تحقق یابد. بنابراین، در منطقه ای که شهاب سنگ Tunguska سقوط کرد، UDA در کف جنگل کشف شد.

کاربین

اصلاح کریستالی کربن سیستم شش ضلعی با ساختار زنجیره ای از مولکول ها Carbyne نامیده می شود. زنجیره ها یا ساختار پلی لن (-CC-) یا ساختار پلی کومولن (=C=C=) دارند. چندین شکل از کاربین شناخته شده است که از نظر تعداد اتم ها در سلول واحد، اندازه سلول و چگالی (2.68-3.30 گرم در سانتی متر) متفاوت است. کاربین در طبیعت به شکل کائوئیت معدنی (رگه‌های سفید و اجزاء در گرافیت) وجود دارد و به‌طور مصنوعی به دست می‌آید - از طریق dehydropolycondensation اکسیداتیو استیلن، با عمل تابش لیزر بر روی گرافیت، از هیدروکربن‌ها یا CCl 4 در پلاسمای با دمای پایین.

کاربین یک پودر سیاه کریستالی ریز است (چگالی 1.9-2 گرم در سانتی متر) و دارای خواص نیمه هادی است. تحت شرایط مصنوعی از زنجیره های طولانی اتم های کربن که به موازات یکدیگر قرار گرفته اند به دست می آید.

کاربین یک پلیمر خطی از کربن است. در مولکول کاربین، اتم‌های کربن به‌طور متناوب یا با پیوندهای سه‌گانه و منفرد (ساختار پلی‌ن) یا به‌طور دائم با پیوندهای دوگانه (ساختار پلی‌کومولن) به‌صورت زنجیره‌ای به هم متصل می‌شوند. این ماده برای اولین بار توسط شیمیدانان شوروی V.V.Kasatochkin و Yu.P. در موسسه ترکیبات ارگانو عنصری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی. کاربین دارای خواص نیمه هادی است و تحت تأثیر نور رسانایی آن به شدت افزایش می یابد. اولی بر اساس این خاصیت است کاربرد عملی- در فتوسل

فولرن ها و نانولوله های کربنی

کربن همچنین به صورت ذرات خوشه ای C 60، C 70، C 80، C 90، C 100 و مانند آن (Fullerenes) و علاوه بر آن گرافن ها، نانولوله ها و ساختارهای پیچیده- اختر.

کربن آمورف (ساختار)

ساختار کربن آمورف بر اساس ساختار بی نظم گرافیت تک کریستالی (همیشه حاوی ناخالصی) است. اینها کک، زغال سنگ قهوه ای و سیاه، کربن سیاه، دوده، کربن فعال هستند.

گرافن

جزئیات بیشتر: گرافن

گرافن یک اصلاح آلوتروپیک دو بعدی کربن است که توسط لایه ای از اتم های کربن به ضخامت یک اتم تشکیل شده است که از طریق پیوندهای sp به یک شبکه کریستالی دو بعدی شش ضلعی متصل شده است.

نانولوله های کربنی - فردا فن آوری های نوآورانه. تولید و اجرای نانوتوبولن ها باعث بهبود کیفیت کالاها و محصولات و کاهش قابل توجه وزن و افزایش استحکام آنها و همچنین ارائه ویژگی های جدید به آنها می شود.

نانولوله‌های کربنی یا نانوساختار لوله‌ای (نانوتوبولن) به‌طور مصنوعی در ساختارهای استوانه‌ای توخالی یک یا چند جداره آزمایشگاهی به‌دست‌آمده از اتم‌های کربن و دارای خواص مکانیکی، الکتریکی و فیزیکی استثنایی ایجاد می‌شوند.

نانولوله‌های کربنی از اتم‌های کربن ساخته شده‌اند و به شکل لوله یا سیلندر هستند. آنها بسیار کوچک (در مقیاس نانو)، با قطر یک تا چند ده نانومتر و طول تا چند سانتی متر هستند. نانولوله‌های کربنی از گرافیت تشکیل شده‌اند، اما ویژگی‌های دیگری دارند که مشخصه گرافیت نیست. آنها در طبیعت وجود ندارند. منشا آنها مصنوعی است. بدنه نانولوله‌ها مصنوعی است که توسط افراد مستقل از ابتدا تا انتها ایجاد می‌شود.

اگر به نانولوله ای نگاه کنید که میلیون ها بار بزرگ شده است، استوانه ای کشیده متشکل از شش ضلعی های متساوی الاضلاع با اتم های کربن در راس آنها را می بینید. این یک صفحه گرافیتی است که در یک لوله نورد شده است. کایرالیته یک نانولوله مشخصه‌های فیزیکی و خواص آن است.

نانولوله که میلیون ها بار بزرگ شده است، یک استوانه دراز است که از شش ضلعی متساوی الاضلاع تشکیل شده است که اتم های کربن در راس آنها قرار دارند. این یک صفحه گرافیتی است که در یک لوله نورد شده است.

کایرالیته خاصیت یک مولکول است که در فضا با تصویر آینه ای خود ترکیب نشود.

برای واضح‌تر شدن، کایرالیت زمانی است که مثلاً یک ورق کاغذ را به طور مساوی تا کنید. اگر مایل باشد، پس این ناخوشایند است. نانوتوبولن ها می توانند ساختارهای تک لایه و چند لایه داشته باشند. یک ساختار چندلایه چیزی نیست جز چندین نانولوله تک جداره که یک به یک "پوشش" دارند.

تاریخچه کشف

تاریخ دقیق کشف نانولوله ها و کاشف آنها مشخص نیست. این موضوع خوراکی برای بحث و گمانه زنی است، زیرا توصیفات موازی زیادی از این ساختارها توسط دانشمندان وجود دارد. کشورهای مختلف. مشکل اصلی در شناسایی کاشف این است که نانولوله ها و نانوالیاف که مورد توجه دانشمندان قرار می گیرند، برای مدت طولانی توجه آنها را به خود جلب نکرده و به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته اند. موجود آثار علمیثابت کند که امکان ایجاد نانولوله ها و الیاف از مواد حاوی کربن از نظر تئوری در نیمه دوم قرن گذشته مجاز بوده است.

دلیل اصلی عدم انجام مطالعات جدی در مورد ترکیبات کربنی در ابعاد میکرون برای مدت طولانی این است که در آن زمان دانشمندان پایگاه علمی به اندازه کافی قوی برای تحقیق نداشتند، یعنی تجهیزاتی وجود نداشت که بتواند موضوع مورد مطالعه را بزرگ کند. به میزان لازم و روشنایی ساختار آنها .

اگر رویدادهای مطالعه ترکیبات نانوکربن را به ترتیب زمانی ترتیب دهیم، اولین شواهد در سال 1952 به دست می آید، زمانی که دانشمندان شوروی رادوشکویچ و لوکیانوویچ توجه خود را به ساختار نانوالیافی تشکیل شده در طی تجزیه حرارتی مونوکسید کربن جلب کردند. نام روسی- اکسید). ساختار مشاهده شده با استفاده از تجهیزات میکروسکوپ الکترونی دارای فیبرهایی با قطر حدود 100 نانومتر بود. متأسفانه، موضوع فراتر از رفع این نانوساختار غیرعادی پیش نرفت و تحقیقات بیشتری در این زمینه انجام نشد.

پس از 25 سال فراموشی، از سال 1974، اطلاعاتی در مورد وجود ساختارهای لوله ای به اندازه میکرومتر ساخته شده از کربن در روزنامه ها منتشر شد. بنابراین، گروهی از دانشمندان ژاپنی (T. Koyama، M. Endo، A. Oberlin) طی تحقیقاتی در 1974-1975. نتایج تعدادی از مطالعات آنها به عموم مردم ارائه شد که حاوی توصیفی از لوله های نازک با قطر کمتر از 100 Å بود که از بخارات در حین تراکم به دست آمده بودند.

همچنین، تشکیل ساختارهای توخالی با شرح ساختار و مکانیسم تشکیل به دست آمده از مطالعه خواص کربن توسط دانشمندان شوروی از موسسه کاتالیز شعبه سیبری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی در سال 1977 شرح داده شد.

Å (آگستروم) یک واحد اندازه گیری فاصله است که برابر با 10-10 متر است.

فولرن ها مولکول های توخالی کروی شکلی به شکل توپ یا راگبی هستند.

و تنها پس از استفاده از آن در خود تحقیقات علمیبا جدیدترین تجهیزاتی که امکان بررسی دقیق و روشنایی ساختار کربنی نانولوله‌ها را فراهم می‌کند، دانشمند ژاپنی سومیو ایجیما اولین مطالعات جدی را در سال 1991 انجام داد که در نتیجه آن امکان دستیابی تجربی نانولوله‌های کربنی و مطالعه دقیق آنها وجود داشت.

پروفسور ایجیما در تحقیقات خود از تخلیه قوس الکتریکی برای تولید نمونه اولیه استفاده کرد. نمونه اولیه به دقت اندازه گیری شد. ابعاد آن نشان داد که قطر رزوه ها (قاب) با طول یک تا چند میکرون از چند نانومتر تجاوز نمی کند. با مطالعه ساختار یک نانولوله کربنی، دانشمندان دریافتند که جسم مورد مطالعه می تواند از یک تا چند لایه متشکل از یک شبکه شش ضلعی گرافیت بر اساس شش ضلعی داشته باشد. در این حالت، انتهای نانولوله‌ها از نظر ساختاری شبیه به نصف یک مولکول فولرن است که به دو نیم شده است.

در زمان مطالعات فوق، قبلاً آثاری از دانشمندان مشهور در زمینه خود مانند Jones, L.A. وجود داشت. چرنوزاتونسکی، ام.یو. کورنیلوف، که امکان تشکیل این شکل آلوتروپیک کربن را با توصیف ساختار، خواص فیزیکی، شیمیایی و سایر خواص آن پیش بینی کرد.

ساختار چندلایه یک نانولوله چیزی نیست جز چندین نانولوله تک جداره که مطابق با اصل عروسک روسی، یک به یک "لباس" شده اند.

خواص الکتروفیزیکی

خواص الکتروفیزیکی نانولوله های کربنیتحت نزدیکترین مطالعه توسط جوامع علمی در سراسر جهان هستند. با طراحی نانولوله ها در روابط هندسی خاص، می توان به آنها خاصیت رسانایی یا نیمه هادی داد. به عنوان مثال، الماس و گرافیت کربن هستند، اما به دلیل تفاوت در ساختار مولکولی دارای خواص متفاوت و در برخی موارد مخالف هستند. چنین نانولوله هایی را نانولوله های فلزی یا نیمه هادی می نامند.

نانولوله هایی که هدایت می کنند جریان الکتریکیحتی در دمای صفر مطلق، فلزی هستند. رسانایی صفر جریان الکتریکی در صفر مطلق، که با افزایش دما افزایش می یابد، نشان دهنده وجود نانوساختار نیمه هادی است.

طبقه بندی اصلی با توجه به روش تا کردن صفحه گرافیت توزیع می شود. روش تاشو با دو عدد نشان داده می شود: "m" و "n" که جهت تاشو در امتداد بردارهای شبکه گرافیت را مشخص می کند. خواص نانولوله به هندسه نورد صفحه گرافیت بستگی دارد، برای مثال، زاویه پیچش مستقیماً بر خواص الکتریکی آنها تأثیر می گذارد.

بسته به پارامترهای (n، m)، نانولوله‌ها عبارتند از: مستقیم (غیر معمولی)، دندانه دار ("صندلی")، زیگزاگ و مارپیچ (کایرال). برای محاسبه و برنامه ریزی هدایت الکتریکی، از فرمول نسبت پارامترها استفاده کنید: (n-m)/3.

عدد صحیح به دست آمده در محاسبه نشان دهنده رسانایی نانولوله نوع فلزی و عدد کسری نشان دهنده رسانایی نیمه هادی است. به عنوان مثال، تمام لوله های صندلی راحتی فلزی هستند. نانولوله های کربنی فلزی جریان الکتریکی را در صفر مطلق هدایت می کنند. نانوتوبولن های نیمه هادی در صفر مطلق رسانایی صفر دارند که با افزایش دما افزایش می یابد.

نانولوله‌های با رسانایی فلزی می‌توانند تقریباً از یک میلیارد آمپر در هر سانتی‌متر مربع عبور کنند. مس به عنوان یکی از بهترین هادی های فلزی در این شاخص ها بیش از هزار برابر کمتر از نانولوله ها است. هنگامی که از حد رسانایی فراتر می رود، گرمایش رخ می دهد که با ذوب شدن مواد و تخریب شبکه مولکولی همراه است. این اتفاق با نانوتوبولن ها در شرایط مساوی نمی افتد. این به دلیل هدایت حرارتی بسیار بالای آنها است که دو برابر الماس است.

از نظر استحکام، نانوتوبولن مواد دیگری را نیز به مراتب پشت سر می گذارد. این 5 تا 10 برابر قوی تر از قوی ترین آلیاژهای فولادی است (1.28-1.8 TPa بر اساس مدول یانگ) و دارای کشش 100 هزار برابر بیشتر از لاستیک است. اگر شاخص های مقاومت کششی را مقایسه کنیم، آنها 20 تا 22 برابر از ویژگی های مقاومت مشابه فولاد با کیفیت بالا فراتر می روند!

چگونه سازمان ملل را دریافت می کنید؟

نانولوله ها به روش های دمای بالا و دمای پایین تولید می شوند.

روش‌های با دمای بالا شامل فرسایش لیزر، فناوری خورشیدی یا تخلیه قوس الکتریکی است. روش دمای پایین را شامل می شود رسوب شیمیاییاز فاز بخار با استفاده از تجزیه کاتالیستی هیدروکربن ها، رشد کاتالیزوری فاز گاز از مونوکسید کربن، تولید با الکترولیز، عملیات حرارتی پلیمری، تجزیه در اثر حرارت در دمای پایین موضعی یا کاتالیز موضعی. درک همه روش ها دشوار، با تکنولوژی بالا و بسیار گران است. تولید نانولوله ها تنها توسط یک شرکت بزرگ با پایگاه علمی قوی امکان پذیر است.

فرآیند تولید نانولوله از کربن با استفاده از روش قوس به صورت ساده به شرح زیر است:

پلاسما از طریق یک دستگاه تزریق به یک راکتور گرم شده تا دمای معینی با یک حلقه بسته تزریق می شود. حالت گازی. در راکتور در قسمت های بالا و پایین سیم پیچ های مغناطیسی تعبیه شده است که یکی آند و دیگری کاتد است. یک جریان الکتریکی ثابت به سیم پیچ های مغناطیسی عرضه می شود. پلاسمای موجود در راکتور در معرض یک قوس الکتریکی قرار می گیرد که می چرخد ​​و میدان مغناطیسی. در اثر یک قوس الکتروپلاسمایی با دمای بالا، کربن از سطح آند که از مواد حاوی کربن (گرافیت) تشکیل شده است تبخیر یا "شسته می شود" و به شکل نانولوله های کربنی موجود در کاتد متراکم می شود. سپرده گذاری برای اینکه اتم های کربن بتوانند روی کاتد متراکم شوند، دمای راکتور کاهش می یابد. حتی شرح مختصراین فناوری امکان ارزیابی پیچیدگی و هزینه به دست آوردن نانوتوبولن ها را فراهم می کند. هنوز زمان زیادی طول می کشد تا فرآیند تولید و برنامه در دسترس اکثر شرکت ها قرار گیرد.

گالری عکس: طرح و تجهیزات تولید نانولوله از کربن

نصب و راه اندازی برای سنتز نانولوله های کربنی تک جداره با استفاده از روش قوس الکتریکی نصب علمی کم مصرف برای به دست آوردن نانوساختارهای لوله ای
روش تولید در دمای پایین

نصب برای تولید نانولوله های کربنی بلند

آیا آنها سمی هستند؟

قطعا بله.

در فرآیند تحقیقات آزمایشگاهی، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که نانولوله‌های کربنی بر موجودات زنده تأثیر منفی می‌گذارند.

مطالعات نشان داده اند که تعامل مستقیم نانولوله های کربنی با سلول های زنده منجر به مرگ آنها می شود. به خصوص نانولوله های تک جداره دارای فعالیت ضد میکروبی قوی هستند. دانشمندان شروع به انجام آزمایشات بر روی یک فرهنگ گسترده از پادشاهی باکتری ها (Escherichia coli) E-Coli کردند. در طول تحقیق از نانولوله های تک جداره با قطر 0.75 تا 1.2 نانومتر استفاده شد. همانطور که آزمایشات نشان داده است، در نتیجه تأثیر نانولوله های کربنی بر سلول زندهآسیب مکانیکی به دیواره های سلولی (غشاء) رخ می دهد.

نانولوله های تولید شده با روش های دیگر حاوی تعداد زیادیفلزات و سایر ناخالصی های سمی بسیاری از دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که سمیت نانولوله‌های کربنی به خودی خود به مورفولوژی آنها بستگی ندارد، بلکه مستقیماً با ناخالصی‌های موجود در آنها (نانولوله‌ها) مرتبط است. با این حال، کار دانشمندان ییل در زمینه تحقیقات نانولوله ها نشان داده است که بسیاری از جوامع تصورات نادرستی دارند. بله باکتری coli(E-Coli) در طول تحقیق با نانولوله های کربنی تک جداره به مدت یک ساعت تحت درمان قرار گرفتند. در نتیجه اکثر E-Coli جان خود را از دست دادند. این مطالعات در زمینه نانومواد سمیت و اثرات منفی آنها را بر موجودات زنده تایید کرده است.

دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که نانولوله های تک جداره خطرناک ترین هستند.

مطالعات مختلف در مورد تأثیر نانولوله‌های کربنی بر بدن انسان، دانشمندان را به این نتیجه رسانده است که تأثیر الیاف آزبست به بدن یکسان است. مدرک تاثیر منفیالیاف آزبست به طور مستقیم به اندازه آنها بستگی دارد: هر چه کوچکتر باشد، تأثیر منفی قوی تر است. و در مورد نانولوله های کربنی نیز در تاثیر منفی آنها بر بدنه شکی نیست. نانولوله که همراه با هوا وارد بدن می شود، از طریق پلور در قفسه سینه ته نشین می شود و در نتیجه باعث ایجاد عوارض جدی، به ویژه تومورهای سرطانی می شود. اگر نانوتوبولن ها از طریق غذا وارد بدن شوند، روی دیواره های معده و روده می نشینند و باعث می شوند. بیماری های مختلفو عوارض

در حال حاضر، دانشمندان در حال انجام تحقیقاتی بر روی سازگاری بیولوژیکی نانومواد و جستجوی فناوری‌های جدید برای تولید ایمن نانولوله‌های کربنی هستند.

چشم انداز

نانولوله های کربنی کاربردهای گسترده ای دارند. این به دلیل این واقعیت است که آنها دارای ساختار مولکولی به شکل یک چارچوب هستند، در نتیجه به آنها اجازه می دهد خواص متفاوتی از الماس یا گرافیت داشته باشند. به لطف آنهاست ویژگی های متمایز(استحکام، رسانایی، خمش) نانولوله‌های کربنی بیشتر از مواد دیگر استفاده می‌شوند.

این اختراع کربن در الکترونیک، اپتیک، مهندسی مکانیک و غیره استفاده می شود. نانولوله های کربنی به عنوان افزودنی برای پلیمرها و کامپوزیت های مختلف برای افزایش استحکام ترکیبات مولکولی استفاده می شود. از این گذشته ، همه می دانند که شبکه مولکولی ترکیبات کربن دارای قدرت باورنکردنی است ، به خصوص در شکل خالص آن.

از نانولوله‌های کربنی در تولید خازن‌ها و انواع حسگرها، آندها که برای ساخت باتری‌ها ضروری است، به عنوان جاذب امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. این ترکیب کربن به طور گسترده در ساخت شبکه های مخابراتی و نمایشگرهای کریستال مایع استفاده می شود. همچنین از نانولوله ها به عنوان تقویت کننده خواص کاتالیزوری در تولید وسایل روشنایی استفاده می شود.

برنامه تجاری

بازار	برنامه	خواص ترکیبات مبتنی بر نانولوله های کربنی
ماشین ها	قطعات سیستم سوخت و خطوط سوخت (اتصال، قطعات پمپ، حلقه های O، لوله ها)، قسمت های خارجی بدنه برای رنگ آمیزی الکتریکی (سپرها، محفظه آینه ها، درپوش مخزن سوخت)	بهبود تعادل خواص در مقایسه با کربن سیاه، قابلیت بازیافت برای قطعات بزرگ، مقاومت در برابر تغییر شکل
الکترونیک	ابزار و تجهیزات فرآیند، کاست ویفر، تسمه نقاله، بلوک های اتصال، تجهیزات اتاق تمیز	افزایش خلوص مخلوط ها نسبت به الیاف کربن، کنترل مقاومتسطوح، پردازش پذیری برای ریخته گری قطعات نازک، مقاومت در برابر تغییر شکل، خواص متعادل، قابلیت های جایگزین مخلوط های پلاستیکی در مقایسه با الیاف کربن

نانولوله های کربنی به کاربردهای خاصی در صنایع مختلف محدود نمی شوند. این ماده نسبتاً اخیراً اختراع شده است و بنابراین در حال حاضر به طور گسترده در آن استفاده می شود تحولات علمیو تحقیقات در بسیاری از کشورهای جهان. این برای مطالعه دقیق‌تر خواص و ویژگی‌های نانولوله‌های کربنی و همچنین برای ایجاد تولید در مقیاس بزرگ این ماده ضروری است، زیرا در حال حاضر موقعیت نسبتاً ضعیفی در بازار اشغال می‌کند.

از نانولوله های کربنی برای خنک کردن ریزپردازنده ها استفاده می شود

به دلیل خواص رسانایی خوب، استفاده از نانولوله های کربنی در مهندسی مکانیک طیف وسیعی را در بر می گیرد. این ماده به عنوان دستگاه خنک کننده برای واحدهای با اندازه انبوه استفاده می شود. این در درجه اول به دلیل این واقعیت است که نانولوله های کربنی رسانایی حرارتی ویژه بالایی دارند.

کاربرد نانولوله ها در توسعه تکنولوژی کامپیوترنقش مهمی در صنعت الکترونیک دارد. به لطف استفاده از این ماده، تولید نمایشگرهای نسبتاً مسطح ایجاد شده است. این به تولید تجهیزات رایانه ای با اندازه های فشرده کمک می کند، اما در عین حال ویژگی های فنی رایانه های الکترونیکی از بین نمی رود، بلکه حتی افزایش می یابد. استفاده از نانولوله‌های کربنی در توسعه فناوری رایانه و صنعت الکترونیک، دستیابی به تجهیزاتی را ممکن می‌سازد که برتری چند برابری در مشخصات فنیآنالوگ های فعلی بر اساس این مطالعات، لوله های تصویر با ولتاژ بالا در حال حاضر ساخته شده اند.

اولین پردازنده نانولوله کربنی

مشکلات استفاده

یکی از مشکلات استفاده از نانولوله ها این است تاثیر منفیدر مورد موجودات زنده، که استفاده از این ماده در پزشکی را مورد تردید قرار می دهد. برخی از کارشناسان پیشنهاد می کنند که ممکن است خطرات ناشناخته ای در فرآیند تولید انبوه نانولوله های کربنی وجود داشته باشد. یعنی در نتیجه گسترش حوزه‌های کاربرد نانولوله‌ها، نیاز به تولید آن‌ها در مقیاس وسیع و بر این اساس، تهدیدی برای محیط زیست به وجود می‌آید.

دانشمندان پیشنهاد می کنند به دنبال راه هایی برای حل این مشکل با استفاده از روش ها و روش های سازگارتر با محیط زیست برای تولید نانولوله های کربنی باشند. همچنین پیشنهاد شد که سازندگان این مواد به طور جدی به موضوع "پاکسازی" عواقب فرآیند CVD بپردازند که به نوبه خود ممکن است بر افزایش هزینه محصولات تولیدی تأثیر بگذارد.

عکس تاثیر منفی نانولوله ها بر سلول ها: الف) سلول های E. coli قبل از قرار گرفتن در معرض نانولوله ها. ب) سلول ها پس از قرار گرفتن در معرض نانولوله ها

در دنیای مدرننانولوله های کربنی سهم قابل توجهی در توسعه فناوری های نوآورانه دارند. کارشناسان افزایش تولید نانولوله ها در سال های آینده و کاهش قیمت این محصولات را پیش بینی می کنند. این به نوبه خود کاربردهای نانولوله ها را گسترش داده و تقاضای مصرف کنندگان در بازار را افزایش می دهد.

همانطور که مشخص است، نانولوله های کربنی (CNTs)، به دلیل غیر معمول بودنشان خواص فیزیکی و شیمیاییبسیار امیدوار کننده برای کاربردهای مختلف این مواد جدیداثربخشی خود را به عنوان منبع انتشار الکترون سرد، به عنوان پایه ای برای مواد جدید با افزایش ثابت کرده است مشخصات مکانیکی، به عنوان جاذب گازی و مواد مایعو غیره با این حال، مواد و دستگاه های جدید مبتنی بر CNT ها هنوز رواج پیدا نکرده اند که به دلیل آن است هزینه بالاو بهره وری پایین روش های موجود برای تولید CNT ها در مقادیر ماکروسکوپی. این روش‌ها بر اساس روش‌های سطحی تبخیر حرارتی گرافیت یا رسوب بخارات ترکیبات حاوی کربن بر روی سطح کاتالیزور فلزی، با بهره‌وری محدود مشخص می‌شوند که متناسب با سطح فعال است. افزایش قابل توجهی در بهره وری سنتز CNT را می توان با تغییر به سنتز حجیم به دست آورد. در این مورد، بهره وری فرآیند سنتز نه با سطح، بلکه با حجم محفظه واکنش متناسب است و می تواند به طور قابل توجهی از مقدار مشخصه روش های سنتی سنتز CNT فراتر رود. چنین انتقالی اخیراً توسط گروهی از کارمندان در یکی از دانشگاه‌های کانادا (دانشگاه د شربروک) انجام شد که از پلاسمای حرارتی یک پلاسماترون با فرکانس بالا برای تولید نانولوله‌های کربنی در مقادیر ماکروسکوپی از کربن ریز پراکنده استفاده کردند.

این نصب یک مشعل پلاسمایی نوع القایی است که توسط یک منبع تغذیه می شود ACقدرت 60 کیلو وات، با فرکانس 3 مگاهرتز کار می کند. مشعل پلاسما شامل: یک محفظه پلاسما با قطر داخلی 5 سانتی متر، یک راکتور به طول 50 سانتی متر و قطر داخلی 15 سانتی متر، یک محفظه خنک کننده سریع متشکل از دو بخش استوانه ای دو جداره به طول 20 و 30 سانتی متر و یک قطر داخلی است. از 15 سانتی متر سه جریان گاز مستقل به ناحیه مشعل پلاسما عرضه می شود - محوری، محیطی و پودر حامل. جریان اول یک حرکت چرخشی داده می‌شود که از تثبیت مشعل پلاسما اطمینان می‌دهد، و جریان دوم، آرام، برای محافظت از دیواره‌های راکتور در برابر گاز داغ عمل می‌کند. سیستم فیلتراسیون که برای جداسازی مواد حاوی CNT ها از اجزای فرار است، دارای سه عنصر فیلتر با قطر 6 سانتی متر و طول 85 سانتی متر بر اساس سرامیک متخلخل با قطر منافذ 2.8 میکرون است. ذرات نیکل به اندازه< 1 мкм, Co размером < 2 мкм, CeO 2 и Y 2 O 3 , подмешиваемые в различных пропорциях при суммарной концентрации на уровне порядка 1 ат % к мелкодисперсному графиту. В качестве буферного газа использовали смесь He-Ar различного состава при полном давлении около 500 Торр. Порошок подавали в плазму со скоростями 1,2 - 2 г/мин. Каждый эксперимент продолжался 20 мин., хотя система допускала непрерывную эксплуатацию в течение 9 часов. В экспериментах использовали 3 типа углеродного порошка различной степени измельченности с размером частиц 75, 45 и 16 нм. Исследования, выполненные методами термогравиметрии и спектроскопии комбинационного рассеяния, показали, что в оптимальных условиях производительность синтеза порошка, содержащего до 40% однослойных УНТ, достигает 100 г/час. При этом оптимальные условия соответствуют чистому гелию, частицам углерода размером 75 нм и скорости их подачи 1,5-2 г/мин. Приведенные показатели заметно превышают результаты, достигнутые при использовании электродугового и лазерного методов синтеза УНТ, при этом нанотрубки по своему качеству лишь немного уступают синтезируемым лазерным методом. Следует отметить, что мелкодисперсный углерод значительно дешевле кристаллического графита, поэтому нанотрубки, полученные в плазме из порошка гораздо дешевле.

A.V.Eletsky

1. K. S. Kim et al. J. Phys. D: 40, 2375 (2007).

این اختراع به فناوری نانومواد کربنی، به‌ویژه به فناوری تولید نانولوله‌های کربنی اصلاح‌شده مربوط می‌شود.

نانولوله های کربنی (CNTs) تمایل به تشکیل آگلومرا دارند که توزیع آنها را در محیط های مختلف. حتی اگر CNT ها به طور یکنواخت در برخی از محیط ها توزیع شوند، به عنوان مثال، با سونوگرافی شدید، پس از مدت کوتاهی به طور خود به خود آگلومرا تشکیل می دهند. برای به دست آوردن پراکندگی های CNT پایدار، از روش های مختلفی برای اصلاح CNT ها استفاده می شود که با اتصال گروه های عملکردی خاص به سطح CNT، اطمینان از سازگاری CNT با محیط، استفاده از سورفکتانت ها و کوتاه کردن بیش از حد طولانی CNT ها با استفاده از انواع مختلف انجام می شود. روش ها

در توضیحات این اختراع، اصطلاح "اصلاح" به معنای تغییر در ماهیت سطح CNT و پارامترهای هندسی تک تک نانولوله ها است. یک مورد خاص از اصلاح، عامل دار کردن CNT ها است که شامل پیوند گروه های عملکردی خاصی بر روی سطح CNT است.

روشی شناخته شده برای اصلاح نانولوله های کربنی وجود دارد که شامل اکسیداسیون نانولوله های کربنی تحت تأثیر عوامل اکسید کننده مختلف مایع یا گازی (اسید نیتریک به شکل مایع یا بخار، پراکسید هیدروژن، محلول های پرسولفات آمونیوم در pH های مختلف، ازن، نیتروژن است. دی اکسید و دیگران). انتشارات زیادی در مورد این روش وجود دارد. با این حال، از ماهیت روش های مختلفاکسیداسیون نانولوله‌های کربنی یکسان است، یعنی اکسیداسیون سطح نانولوله‌های کربنی با تشکیل گروه‌های هیدروکسیل و کربوکسیل سطحی، این دلیلی می‌دهد تا روش‌های مختلف توصیف‌شده را به عنوان انواعی از یک روش در نظر بگیریم. یک مثال معمولی انتشار Datsyuk V., Kalyva M., Papagelis K., Parthenios J., Tasis D., Siokou A., Kallitsis I., Galiotis C. اکسیداسیون شیمیایی نانولوله های کربنی چند جداره //Carbon, 2008, vol.46, p.833-840، که چندین گزینه (با استفاده از اسید نیتریکپراکسید هیدروژن و پرسولفات آمونیوم).

ویژگی مشترک اساسی روش مورد نظر و اختراع ادعا شده، تصفیه نانولوله های کربنی با محلول عامل اکسید کننده است.

روش در نظر گرفته شده با راندمان ناکافی برای تقسیم آگلومراهای CNT و دستیابی به پراکندگی خوب CNT های اکسید شده در آب و حلال های آلی قطبی مشخص می شود. به عنوان یک قاعده، نانولوله های کربنی اکسید شده با روش های شناخته شده تنها در غلظت بسیار کم نانولوله ها در مایع (معمولاً در حدود 0.001-0.05 درصد وزنی) در آب و حلال های آلی قطبی (تحت تأثیر امواج فراصوت) به خوبی پراکنده می شوند. . وقتی از غلظت آستانه فراتر رفت، نانولوله‌ها در آگلومراهای بزرگ (پره‌ها) جمع می‌شوند که رسوب می‌کنند.

در تعدادی از آثار، به عنوان مثال، Wang Y.، Deng W.، Liu X.، Wang X. خواص الکتروشیمیایی ذخیره هیدروژن نانولوله های کربنی چند جداره آسیاب شده با گلوله //مجله بین المللی انرژی هیدروژن، 2009، جلد 34 ، ص 1437-1443; لی جی.، جئونگ تی.، هیو جی.، پارک اس.-اچ.، لی دی.، پارک جی.-بی.، هان اچ.، کوون یی.، کووالف آی.، یون اس ام.، چوی جی.-ای. ., Jin Y., Kirn J.M., An K.H., Lee Y.H., Yu S. نانولوله های کربنی کوتاه تولید شده توسط خرد کردن برودتی //Carbon, 2006, vol.44, p.2984-2989; Konya Z., Zhu J., Niesz K., Mehn D., Kiricsi I. مورفولوژی انتهایی نانولوله های کربنی آسیاب شده با گلوله //Carbon, 2004, vol.42, p.2001-2008, روشی را برای اصلاح CNT ها با کوتاه کردن توصیف می کند. آنها، که با پردازش مکانیکی طولانی مدت CNT ها در مایعات یا ماتریس های منجمد به دست می آید. CNT های کوتاه شده قابلیت پخش بهتر در مایعات و خواص الکتروشیمیایی بهتری دارند.

ویژگی های اساسی مشترک روش های در نظر گرفته شده و پیشنهادی، پردازش مکانیکی CNT های پراکنده در هر محیطی است.

نقطه ضعف روش در نظر گرفته شده این است که عملکرد CNT ها با گروه های قطبی را تضمین نمی کند، در نتیجه CNT هایی که به این روش درمان می شوند هنوز به خوبی در محیط های قطبی پراکنده نیستند.

نزدیکترین روش به اختراع ادعا شده، روشی است که در کار Chiang Y.-C.، Lin W.-H.، Chang Y.-C توضیح داده شده است. تأثیر مدت زمان درمان بر نانولوله های کربنی چند جداره ای که با اکسیداسیون H2SO4/HNO3 عامل دار شده اند //Applied Surface Science, 2011, vol.257, p.2401-2410 (نمونه اولیه). بر اساس این روش، اصلاح نانولوله‌های کربنی با اکسیداسیون عمیق آنها در طی جوشش طولانی مدت در محلول آبی حاوی اسیدهای سولفوریک و نیتریک به دست می‌آید. در این حالت، ابتدا گروه‌های عاملی قطبی (به ویژه گروه‌های کربوکسیل) بر روی سطح CNT پیوند زده می‌شوند و با یک زمان درمان به اندازه کافی طولانی، کوتاه شدن نانولوله‌ها حاصل می‌شود. در عین حال، کاهش ضخامت نانولوله‌ها نیز به دلیل اکسیداسیون کامل لایه‌های کربنی سطحی مشاهده شد. دی اکسید کربن. انواع این روش در منابع دیگر شرح داده شده است، برای مثال در مقاله ذکر شده توسط Datsyuk V., Kalyva M. et al., و همچنین Ziegler K.J., Gu Z., Peng H., Flor E.L., Hauge R.H., Smalley R.E. برش اکسیداتیو کنترل شده نانولوله های کربنی // مجله American Chemical Society, 2005, vol 1541-1547. منابع منتشر شده نشان می‌دهند که نانولوله‌های کربنی اکسید شده کوتاه‌شده توانایی افزایش یافته برای پراکندگی در آب و حلال‌های آلی قطبی دارند.

یک ویژگی اساسی مشترک روش پیشنهادی و روش نمونه اولیه، پردازش CNT ها است محلول آبیاکسید کننده روش اختراعی و روش نمونه اولیه نیز در نتیجه به دست آمده، یعنی پیوند گروه های عاملی قطبی به سطح نانولوله های کربنی همزمان با کوتاه شدن نانولوله های کربنی بلند به دست می آید.

معایب روش نمونه اولیه نیاز به استفاده از اسیدهای اضافی است که باعث افزایش هزینه فرآیند و ایجاد مشکلات زیست محیطی در هنگام دفع زباله می شود و همچنین اکسید شدن بخشی از نانولوله های کربنی به دی اکسید کربن که باعث کاهش بازده محصول نهایی (نانولوله های کربنی اصلاح شده) و گرانی آن را افزایش می دهد. علاوه بر این، مقیاس این روش دشوار است. در شرایط آزمایشگاهی می توان از ابزارهای شیشه ای استفاده کرد، اما برای تولید پایلوت، تجهیزات فولاد ضد زنگ ارجحیت دارد. جوشاندن نانولوله ها در محلول های اسیدی مشکل مقاومت در برابر خوردگی تجهیزات را ایجاد می کند.

اساس اختراع ادعا شده، وظیفه حذف معایب روش شناخته شده با انتخاب معرف اکسید کننده و شرایط اکسیداسیون است.

مشکل با این واقعیت حل می شود که با توجه به روش اصلاح نانولوله های کربنی که شامل تصفیه نانولوله های کربنی با محلول آبی یک عامل اکسید کننده است، تصفیه نانولوله های کربنی با محلول آبی یک عامل اکسید کننده به طور همزمان با مکانیکی انجام می شود. درمان، و محلول پرسولفات یا هیپوکلریت با pH بیش از 10 به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده می شود.

پردازش مکانیکی با استفاده از آسیاب مهره انجام می شود.

عامل اکسید کننده در مقداری معادل 0.1 تا 1 گرم اتم اکسیژن فعال در هر 1 گرم اتم کربن نانولوله گرفته می شود.

هیپوکلریت اضافی در مخلوط واکنش در pH بیشتر از 10 با افزودن پراکسید هیدروژن حذف می شود.

انجام عملیات تصفیه نانولوله های کربنی با محلول آبی یک عامل اکسید کننده به طور همزمان با عملیات مکانیکی و استفاده از محلول پرسولفات یا هیپوکلریت به عنوان عامل اکسید کننده در pH بیش از 10، نیاز به استفاده از اسیدهای اضافی را از بین می برد. که باعث افزایش هزینه فرآیند و ایجاد مشکلات زیست محیطی در هنگام دفع زباله و همچنین از بین رفتن محصول نهایی به دلیل اکسید شدن بخشی از کربن نانولوله ها به دی اکسید کربن می شود.

برای پردازش مکانیکی، می توان از دستگاه های شناخته شده در این هنر استفاده کرد، مانند آسیاب مهره، آسیاب ارتعاشی، آسیاب گلوله ای و سایر دستگاه های مشابه. در واقع، آسیاب مهره یکی از راحت ترین وسایل برای حل کار است.

پرسولفات آمونیوم، پرسولفات سدیم، پرسولفات پتاسیم، هیپوکلریت سدیم، هیپوکلریت پتاسیم را می توان به عنوان عوامل اکسید کننده استفاده کرد. موثرترین روش ادعا شده هنگام پردازش نانولوله های کربنی با محلول اکسید کننده در pH بیش از 10 انجام می شود. در pH پایین تر، خوردگی تجهیزات و تجزیه نامناسب عامل اکسید کننده با آزاد شدن کلر (از هیپوکلریت) یا اکسیژن (از پرسولفات) امکان پذیر است. مقدار pH مورد نیاز را می توان با افزودن مواد شناخته شده ای که واکنش قلیایی به محلول دارند، به عنوان مثال، آمونیاک، کربنات سدیم، کربنات پتاسیم، هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم و سایر مواد قلیایی که با عامل اکسید کننده واکنش نشان نمی دهند، تنظیم کرد. شرایط پردازش در این مورد، باید داده های شناخته شده ای را در نظر گرفت که هیپوکلریت با آمونیاک واکنش می دهد. بنابراین نمی توان از آمونیاک در سیستم هیپوکلریت استفاده کرد. هنگام استفاده از پرسولفات برای ایجاد pH قلیایی، می توان از تمام مواد ذکر شده استفاده کرد.

برای اجرای روش پیشنهادی، مقدار بهینه عامل اکسید کننده معادل 0.1 تا 1 گرم اتم اکسیژن فعال در هر 1 گرم اتم کربن نانولوله است. هنگامی که مقدار عامل اکسید کننده کمتر از حد پایین مشخص شده باشد، نانولوله های کربنی اصلاح شده به خوبی در آب و حلال های آلی قطبی پراکنده می شوند. فراتر رفتن از مقدار اکسید کننده بالاتر از حد بالایی مشخص شده عملی نیست، زیرا اگرچه فرآیند اکسیداسیون نانولوله ها را تسریع می کند، اما اثر مفید آن را بهبود نمی بخشد.

برای اجرای روش پیشنهادی، از مواد اولیه و تجهیزات زیر استفاده شد:

نانولوله های کربنی از برندهای Taunit و Taunit-M تولید شده توسط NanoTechCenter LLC, Tambov.

پرسولفات آمونیوم، گرید تحلیلی.

هیپوکلریت سدیم طبق GOST 11086-76 به صورت محلول آبی حاوی 190 گرم در لیتر کلر فعال و 12 گرم در لیتر هیدروکسید سدیم آزاد.

آمونیاک آبی 25% گرید تحلیلی.

کربنات سدیم بی آب، درجه تحلیلی.

آب مقطر.

دی متیل استامید، گرید تحلیلی.

اتیل الکل 96 درصد

آسیاب مهره افقی MShPM-1/0.05-VK-04 تولید شده توسط NPO DISPOD. از گلوله های دی اکسید زیرکونیوم با قطر 1.6 میلی متر به عنوان محیط آسیاب استفاده شد.

نصب التراسونیک IL-10.

1460 میلی لیتر آب مقطر در ظرف 4 لیتری فولاد ضد زنگ ریخته شد و 228.4 گرم پرسولفات آمونیوم حل شد و پس از آن 460 میلی لیتر آمونیاک 25 درصد به آن اضافه شد. 1099 گرم خمیر آبی نانولوله های کربنی Taunit-M (تصفیه شده از ناخالصی های معدنی با تیمار با اسید کلریدریک)، حاوی 5.46 درصد ماده خشک، به این محلول اضافه شد و کاملاً مخلوط شد تا یک سوسپانسیون همگن تشکیل شود. سوسپانسیون به دست آمده در آسیاب مهره ای با دانه های دی اکسید زیرکونیوم به قطر 1.6 میلی متر بارگذاری شد و به مدت 7 ساعت پردازش شد. سپس سوسپانسیون تیمار شده تخلیه شد، از دانه ها فیلتر شد، با اسید هیدروکلریک اسیدی شد تا یک واکنش اسیدی انجام شود، از طریق یک فیلتر ساخته شده از مواد پلی پروپیلن نبافته فیلتر شده و تا زمانی که آب شستشو خنثی شود، با آب شسته شد. رسوب شسته شده در خلاء مکیده شد و در یک ظرف پلاستیکی در بسته بسته بندی شد. محتوای جرمی ماده خشک (نانولوله) در خمیر حاصل 52/8 درصد (بقیه آب) بود. محصول به دست آمده در آون با دمای 80 درجه سانتی گراد تا وزن ثابت خشک شد.

برای آزمایش حلالیت (پراکندگی)، نمونه ای از CNTM-1 در آب یا حلال های آلی با استفاده از درمان اولتراسوند پراکنده شد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که CNT-1 در آب بسیار محلول است، ترجیحاً در pH پایه (که با افزودن آمونیاک یا بازهای آلی ایجاد می‌شود). افزودن یک پایه باعث تشکیل محلول پایدار (پراکندگی) نانولوله‌های اصلاح‌شده می‌شود، زیرا منجر به یونیزه شدن گروه‌های کربوکسیل سطحی و ظاهر شدن بار منفی روی نانولوله‌ها می‌شود.

بنابراین، یک محلول آبی پایدار (همانطور که از شفافیت محلول و عدم وجود تکه های پوسته قابل مشاهده است) حاوی 0.5٪ CNTM-1 در حضور 0.5٪ تری اتانول آمین به عنوان تنظیم کننده pH به دست آمد. حد حلالیت CNTM-1 در این سیستم تقریباً 1٪ است که از این غلظت فراتر رود، آخال های ژل ظاهر می شوند.

در دی متیل استامید (بدون افزودنی های خارجی)، محلول های شفاف پایدار CNTM-1 با غلظت های جرمی 1 و 2 درصد با تیمار اولتراسونیک به دست آمد. در این مورد، دی متیل استامید، که خود یک پایه ضعیف است، به طور موثر CNTM-1 را بدون افزودن تنظیم کننده های خارجی pH حل می کند. محلول 1 درصد در طول نگهداری به طور نامحدود پایدار بود، اما پس از چند روز محلول 2 درصد شروع به نشان دادن علائم تیکسوتروپی کرد، اما بدون تشکیل آگلومرا.

2.7 لیتر آب مقطر در یک ظرف 4 لیتری فولاد ضد زنگ ریخته شد، 397.5 گرم کربنات سدیم بی آب اضافه شد و هم زد تا کاملا حل شود. پس از حل شدن کربنات سدیم، محلول هیپوکلریت سدیم (280/0 لیتر) ریخته شد و مخلوط کاملاً مخلوط شد. سپس به تدریج با هم زدن، 60 گرم Taunit-M خام (حاوی حدود 3 درصد وزنی ناخالصی های کاتالیزور، عمدتاً اکسید منیزیم) اضافه شد و تا یک سوسپانسیون همگن به هم زد. این سوسپانسیون در آسیاب مهره‌ای با دانه‌های زیرکونیایی به قطر 1.6 میلی‌متر بارگذاری شد و به مدت 7 ساعت پردازش شد. سپس سوسپانسیون تیمار شده تخلیه شد، از دانه ها فیلتر شد، با اسید هیدروکلریک اسیدی شد تا یک واکنش اسیدی انجام شود و به مدت 3 روز در دمای اتاق نگهداری شد تا بقایای کاتالیزور و ناخالصی های احتمالی ترکیبات آهن (از بدن و انگشتان آسیاب مهره) به طور کامل حل شود. . بنابراین، نانولوله ها به طور همزمان با اسید از ناخالصی های کاتالیزور پاک شدند. سوسپانسیون اسیدی حاصل از فیلتری ساخته شده از مواد پلی پروپیلن نبافته فیلتر شد و با آب شسته شد تا آب شستشو خنثی شود. رسوب شسته شده در خلاء مکیده شد و در یک ظرف پلاستیکی در بسته بسته بندی شد. محتوای جرمی ماده خشک (نانولوله) در خمیر به دست آمده 7.33 درصد (بقیه آب) بود. محصول به دست آمده در آون با دمای 80 درجه سانتی گراد تا وزن ثابت خشک شد.

اگر مقدار هیپوکلریت در مخلوط واکنش با نانولوله‌ها بیش از حد باشد، اکسیداسیون سطح نانولوله‌ها را تسریع می‌کند، اما یک مشکل زیست‌محیطی ایجاد می‌کند زیرا وقتی مخلوط اسیدی می‌شود، هیپوکلریت واکنش نداده کلر آزاد می‌کند، طبق معادله واکنش:

2NaOCl+2НCl→2NaCl+Н 2 O+Сl 2

برای خنثی کردن هیپوکلریت اضافی، پراکسید هیدروژن در pH بیشتر از 10 به مخلوط واکنش اضافه می شود. همانطور که مشخص کردیم، واکنش زیر رخ می دهد:

NaOCl + H 2 O 2 → NaCl + H 2 O + O 2

در نتیجه محصولات بی ضرر تشکیل می شوند.

برای آزمایش حلالیت (پراکندگی)، نمونه ای از CNTM-1 در آب یا حلال های آلی با استفاده از تیمار اولتراسوند پراکنده شد. آزمایشات نشان داده است که CNTM-1 در آب بسیار محلول است، ترجیحاً در pH پایه (که با افزودن آمونیاک یا تری اتانول آمین ایجاد می شود). افزودن یک پایه باعث تشکیل محلول پایدار (پراکندگی) نانولوله‌های اصلاح‌شده می‌شود، زیرا منجر به یونیزه شدن گروه‌های کربوکسیل سطحی و ظاهر شدن بار منفی روی نانولوله‌ها می‌شود.

بنابراین، یک محلول آبی پایدار (همانطور که از شفافیت محلول و عدم وجود تکه های پوسته قابل مشاهده است) حاوی 0.5٪ CNTM-1 در حضور 0.5٪ تری اتانول آمین به عنوان تنظیم کننده pH به دست آمد. حد حلالیت CNTM-1 در این سیستم تقریباً 1٪ است که از این غلظت فراتر رود، آخال های ژل ظاهر می شوند.

در دی متیل استامید (بدون افزودنی های خارجی)، محلول های شفاف پایدار CNTM-1 با غلظت های جرمی 1 و 2 درصد با تیمار اولتراسونیک به دست آمد. در این مورد، دی متیل استامید، که خود یک پایه است، به طور موثر CNTM-1 را بدون افزودن تنظیم کننده های pH خارجی حل می کند. ، اما بدون آگلومراهای تشکیل.

برای مقایسه، حلالیت (تحت تاثیر فراصوت تحت شرایط یکسان) در حلال‌های مشابه نانولوله‌های کربنی Taunit-M، اکسید شده طبق روش ارائه‌شده در روش نمونه اولیه، با مخلوطی از اسیدهای نیتریک و سولفوریک بدون مکانیکی مورد مطالعه قرار گرفت. درمان آزمایش‌ها نشان داده‌اند که نانولوله‌های کربنی که با اسید نیتریک اضافی بدون عملیات مکانیکی اکسید شده‌اند، همان حلالیت آن‌هایی هستند که طبق اختراع ادعا شده به دست آمده‌اند. با این حال، روش پیشنهادی به راحتی مقیاس پذیر است، هیچ مشکلی در مورد مقاومت در برابر خوردگی تجهیزات وجود ندارد و مشکلات زیست محیطیبا خنثی سازی زباله فرآیند عملیات مکانیکی شیمیایی طبق روش ادعا شده در دمای اتاق انجام می شود. روش نمونه اولیه مستلزم استفاده از مقدار زیادی اسید نیتریک و سولفوریک است که پوسته پوسته شدن آن و اطمینان از ایمنی محیطی بسیار مشکل ساز است.

داده های ارائه شده اثربخشی روش پیشنهادی برای تولید CNT های اصلاح شده را تایید می کند. در این مورد، مانند روش نمونه اولیه، از محلول های اسیدی تهاجمی استفاده نمی شود و از دست دادن کربن از نانولوله ها به دلیل اکسیداسیون به دی اکسید کربن (کربنات در محلول قلیایی) عملاً وجود ندارد.

بنابراین، روش پیشنهادی به دست آوردن نانولوله‌های کربنی اصلاح‌شده را امکان‌پذیر می‌سازد که پراکندگی خوبی در آب و حلال‌های آلی قطبی دارند، می‌توانند به راحتی مقیاس شوند و تولید سازگار با محیط زیست را تضمین می‌کنند.

1. روشی برای اصلاح نانولوله های کربنی، از جمله تیمار نانولوله های کربنی با محلول آبی یک عامل اکسید کننده، که مشخصه آن این است که عملیات نانولوله های کربنی با محلول آبی عامل اکسید کننده همزمان با عملیات مکانیکی انجام می شود و محلولی از پرسولفات یا هیپوکلریت به عنوان یک عامل اکسید کننده در pH بیش از 10 استفاده می شود و عامل اکسید کننده به مقداری معادل 0.1 تا 1 گرم اتم اکسیژن فعال در هر 1 گرم اتم نانولوله کربن مصرف می شود.

2. روش طبق ادعای 1 که مشخصه آن این است که پردازش مکانیکی با استفاده از آسیاب مهره انجام می شود.

3. روش طبق ادعای 1 که مشخصه آن این است که هیپوکلریت اضافی در مخلوط واکنش در pH بیشتر از 10 با افزودن پراکسید هیدروژن حذف می شود.

اختراعات مشابه:

این اختراع مربوط به یک ماده کامپوزیت کربن متخلخل است. مواد کامپوزیت کربن متخلخل از (A) یک ماده کربن متخلخل به دست آمده از یک ماده مشتق شده از گیاه با محتوای سیلیکون (Si) 5 درصد جرمی یا بیشتر تشکیل می شود. منبع مواد، که در آن ماده کربن متخلخل مذکور دارای محتوای سیلیکون 1٪ جرم یا کمتر است، و (B) یک ماده کاربردی است که بر روی مواد کربن متخلخل پشتیبانی می شود و دارای سطح ویژه 10 m2/g یا بیشتر است که مشخص می شود. با جذب نیتروژن به روش BET و حجم منافذ 0.1 سانتی متر مکعب بر گرم یا بیشتر که با روش BJH و روش MP تعیین می شود.

این اختراع مربوط به صنایع شیمیایی است. مواد کربن-فلزی به شکل مخلوطی از الیاف کربن و ذرات نیکل محصور در کربن بدون ساختار با قطر 10 تا 150 نانومتر از تجزیه در اثر حرارت کاتالیزوری اتانول در فشار اتمسفر به دست می‌آیند.

از این اختراع می توان در تولید مواد کامپوزیتی استفاده کرد. نانومواد کربن اولیه مانند نانولوله ها، نانو رشته ها یا نانوالیاف در مخلوطی از نیتروژن و اسید هیدروکلریکدر دمای 50-100 درجه سانتیگراد به مدت حداقل 20 دقیقه با آب شسته و خشک شود.

این اختراع مربوط به حوزه شیمی فیزیکی و کلوئیدی است و می توان از آن در تهیه ترکیبات پلیمری استفاده کرد. یک سوسپانسیون آلی ریز پراکنده از نانوساختارهای حاوی فلز کربن با برهمکنش نانوساختارها و پلی اتیلن پلی آمین به دست می آید.

این اختراع مربوط به صنعت پتروشیمی و شیمی پلاسما است و می تواند برای پردازش پلاسما و دفع ضایعات پالایش نفت استفاده شود. ماده اولیه هیدروکربن مایع 5 توسط یک تخلیه الکتریکی در یک دستگاه تخلیه واقع در یک محفظه خلاء 6 تجزیه می شود.

این اختراع به حوزه فناوری نانو و به طور دقیق تر به روش های پر کردن حفره های داخلی نانولوله ها مربوط می شود. مواد شیمیاییو می توان حفره های داخلی نانولوله ها را در هنگام استفاده به صورت نانوظروف و برای تولید نانومواد با خواص مفید جدید با ماده لازم پر کرد.

این اختراع مربوط به یک دستگاه گرافن الکترونیکی است. دستگاه الکترونیکی انتقال نور انعطاف پذیر و قابل کشش شامل یک الکترود گرافن اول، یک الکترود دوم گرافن، یک نیمه هادی گرافن و یک الکترود گرافن کنترلی است که بین الکترودهای گرافن اول و دوم و در تماس با نیمه هادی گرافن قرار گرفته است.

استفاده: برای تولید چرخه بسته محصولات جدید نانوالکترونیکی. ماهیت اختراع در این واقعیت نهفته است که در یک مجتمع نانوتکنولوژی مبتنی بر فناوری‌های یون و پروب، از جمله یک محفظه توزیع با وسایل پمپاژ، که در آن یک توزیع‌کننده ربات مرکزی با امکان چرخش محوری، حاوی یک گیره حامل‌های زیرلایه قرار دارد. در حالی که محفظه توزیع حاوی فلنج هایی است که با آنها با یک محفظه بارگذاری و یک ماژول کاشت یون متصل می شود، جذب حامل های بستر توانایی تعامل با محفظه بارگذاری و ماژول کاشت یون را دارد، یک ماژول اندازه گیری معرفی شده است، از جمله یک میکروسکوپ کاوشگر روبشی و یک ماژول پرتو یونی با سیستم انژکتورهای گاز، در حالی که به فلنج های محفظه توزیع متصل هستند و توانایی تعامل با جذب حامل های زیرلایه را دارند.دستگاه فتوولتائیک آلی، روش ساخت آن و استفاده از اصلاح کننده های حاوی فلوئور برای بهبود ویژگی های سلول های خورشیدی آلی // 2528416

این اختراع مربوط به حوزه الکترونیک آلی، یعنی دستگاه های فتوولتائیک آلی (باتری های خورشیدی و آشکارسازهای نور) ساخته شده با استفاده از ترکیبات آلی حاوی فلوئور به عنوان افزودنی های اصلاح کننده است.

این اختراع مربوط به حوزه شیمی، زیست شناسی و پزشکی مولکولی است، یعنی به روشی برای تولید یک سیستم با اندازه نانو برای تحویل تری فسفات های نوکلئوزیدی. این روش شامل اصلاح حامل است که از نانوذرات دی اکسید سیلیکون حاوی آمینو تا اندازه 24 نانومتر استفاده می کند، با پردازش دومی با استر N-هیدروکسی سوکسینیمید از یک آزیدواسید آلیفاتیک، سپس یک نوکلئوزید تری فسفات اصلاح شده (pppN) با تیمار latter بدست می آید. مخلوطی از تری فنیل فسفین/دی تیودی پیریدین، به دنبال آن انکوباسیون مشتق فعال pppN حاصل با 3-پروپینیلوکسی پروپیلامین و متعاقب آن تثبیت pppN اصلاح شده روی نانوذرات اصلاح شده با آزید به مدت 2-4 ساعت.

این اختراع را می توان در صنایع شیمیایی برای خالص سازی دقیق مخلوط گازهای حاوی هیدروژن از اکسیدهای کربن با هیدروژنه کردن آنها به متان استفاده کرد. این اختراع به روشی برای تولید کاتالیزور برای فرآیند متاناسیون، از جمله آغشته کردن یک حامل بر پایه اکسید آلومینیوم فعال به شکل گرانول در محلولی حاوی نیترات نیکل و سپس خشک کردن در دمای 100 تا 120 درجه مربوط می شود. C و کلسینه در دمای 450 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد حامل آغشته شده، در حالی که یک افزودنی اصلاح کننده به محلول نیترات نیکل - یک اسید آلی با غلظت 0.5-20.0 درصد وزنی وارد می شود و کاتالیزور تمام شده حاوی تک بلورهای NiO با اندازه نمونه متوسط ​​در محدوده 2-3 نانومتر، با غلظت NiO 12.0-25.0 درصد وزنی و γ-Al2O3 - بقیه. نتیجه فنی شامل ایجاد روشی برای تولید کاتالیزور متاناسیون با افزایش قابلیت اطمینان و فعالیت است که امکان کاهش هزینه ها و کوتاه شدن دوره زمانی اجرای روش را فراهم می کند. 2 حقوق فایل، 1 جدول، 13 پر.

از این اختراع می توان برای تولید نانولوله های کربنی اصلاح شده استفاده کرد. روش اصلاح نانولوله های کربنی شامل تصفیه نانولوله های کربنی با محلول آبی یک عامل اکسید کننده است که محلولی از پرسولفات یا هیپوکلریت با pH بیش از 10 است که همزمان با عملیات مکانیکی انجام می شود. این اختراع به دست آوردن نانولوله های کربنی اصلاح شده با قابلیت پخش خوب در آب و حلال های آلی قطبی با مصرف کم معرف در مقایسه با روش های شناخته شده را ممکن می سازد. 2 حقوق f-ly، خیابان 2

نانولوله‌های کربنی به‌خاطر خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی منحصربه‌فردشان که برای طیف وسیعی از کاربردهای پلیمری مناسب هستند، شناخته شده‌اند. مدول یانگ 1000 گیگا پاسکال و استحکام کششی 60 گیگا پاسکال بر روی هر سازه اندازه گیری شد. این شاخص ها چندین مرتبه بزرگتر از شاخص های پلاستیک های مهندسی معمولی هستند. رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا نیز به صورت تجربی با مقادیر آنها نزدیک یا فراتر از فلزات ایجاد شد. این ترکیبی از خواص و فرم محصول، سازگار با فن آوری های مدرن پردازش پلیمر، ایجاد مواد ساختاری جدید را تضمین می کند.

برنامه تجاری
استفاده از نانولوله های کربنی برای ایجاد خواص ضد الکتریسیته ساکن و رسانایی به پلیمرها در حال حاضر یک عمل تجاری است و در حال گسترش به صنایعی مانند الکترونیک و صنعت خودروسازی است. شکل 1 یک تصویر معمولی از رسانایی یک ترموپلاستیک مهندسی را نشان می دهد. پر کردن برای دستیابی به انتقال الکتریکی در مورد نانولوله های کربنی چند جداره می تواند 5-10 برابر کمتر از کربن سیاه رسانا باشد. مقایسه‌های مشابهی در رزین‌های ترموست مانند اپوکسی انجام می‌شود، اما در پر شدن بسیار کمتر. این پدیده را می توان با تئوری نفوذ توضیح داد: یک مسیر برای جریان الکترون زمانی ایجاد می شود که ذرات بسیار نزدیک به یکدیگر باشند یا به آستانه نفوذ رسیده باشند. سازه های الیافی با نسبت بالا (طول/قطر) تعداد تماس های الکتریکی را افزایش می دهند و مسیر یکنواخت تری را ارائه می دهند. نسبت هندسی نانولوله های هیدروکربنی در محصول نهایی (مانند قطعات قالب گیری تزریقی) معمولاً در مقایسه با الیاف کربن کوتاه بیشتر از 100 است.<30) и техническим углеродом (>1). این دوز کمتر مورد نیاز برای یک مقاومت معین را توضیح می دهد. رفتار نفوذی بسته به نوع رزین، ویسکوزیته و روش پردازش پلیمری می تواند متفاوت باشد.

برنج. 1. وابستگی هدایت الکتریکی به محتوای پرکننده های کربنی: نانولوله های کربنی، کربن سیاه با رسانایی بالا، کربن سیاه استاندارد.

کاهش محتوای پرکننده می تواند مزایای متعددی از جمله بهبود فرآیند پذیری، ظاهر سطح، کاهش افتادگی، افزایش تواناییحفظ خواص مکانیکی پلیمر اصلی این مزایا معرفی نانولوله‌های کربنی چند جداره را در کاربردهای پلیمری رسانا، جدول 1، امکان‌پذیر کرده است. در این کاربردها، آنها می‌توانند با افزودنی‌هایی مانند کربن سیاه و الیاف کربنی با رسانایی بالا بر اساس هزینه/عملکرد یا بر اساس منحصر به فرد رقابت کنند. ویژگی هایی که امکان دستیابی یا مطابقت با مشخصات محصول وجود ندارد.

جدول 1. کاربردهای تجاری پلیمرهای رسانا با نانولوله های کربنی چند جداره.

بازار	برنامه	خواص ترکیبات مبتنی بر نانولوله های کربنی
ماشین ها	قطعات سیستم سوخت و خطوط سوخت (اتصال، قطعات پمپ، حلقه های O، لوله ها)، قسمت های خارجی بدنه برای رنگ آمیزی الکتریکی (سپرها، محفظه آینه ها، درپوش مخزن سوخت)	بهبود تعادل خواص در مقایسه با کربن سیاه، قابلیت بازیافت برای قطعات بزرگ، مقاومت در برابر تغییر شکل
الکترونیک	ابزار و تجهیزات فرآیند، کاست ویفر، تسمه نقاله، بلوک های اتصال، تجهیزات اتاق تمیز	بهبود خلوص ترکیبات در مقایسه با الیاف کربن، کنترل مقاومت سطحی، فرآیند پذیری برای ریخته‌گری قطعات نازک، مقاومت در برابر تغییر شکل، خواص متعادل، قابلیت‌های جایگزین ترکیبات پلاستیکی در مقایسه با الیاف کربن

ادغام نانولوله‌های کربنی چند جداره در پلاستیک یا الاستومر به دستگاه‌های نسبتاً استاندارد مورد استفاده در ترکیب‌های لاستیکی و ترموپلاستیک‌ها، مانند اکسترودرهای پیچی ظریف و میکسرهای لاستیکی بسته متکی است. نانولوله های کربنی چند جداره نانوسیل را می توان به صورت پودر (Nanocyl® 7000) یا کنسانتره ترموپلاستیک (PlastiCyl™) عرضه کرد.

کاربرد مواد کامپوزیت برای اهداف ساختاری
استحکام استثنایی نانولوله های کربنی کاربردهای مفیدی در ایجاد دارد انواع مختلفکالاهای ورزشی بر اساس مواد کامپوزیت ساخته شده از الیاف کربن و رزین های اپوکسی. برای تسهیل ادغام و بهبود پیوند با فاز بایندر (مانند اپوکسی یا پلی اورتان)، نانولوله‌های کربنی معمولاً از نظر شیمیایی در سطح اصلاح می‌شوند. بهبود معمولی اندازه گیری شده بر روی مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف 10 تا 50 درصد در استحکام و بار زنده است. این سطح از تقویت می تواند برای یک ماده کامپوزیت معین، که معمولاً توسط خواص رزین محدود می شود، قابل توجه باشد.

تحولات جدید
شبکه ساختارهای رسانای فوق‌العاده نازک مانند نانولوله‌های کربنی نیز فرصت‌های جدیدی را در فناوری لایه نازک فراهم می‌کند، از جمله پوشش‌های شفاف و رسانا آنتی استاتیک با رسانایی دائمی، خواص مکانیکی بهبود یافته و مقاومت شیمیایی افزایش یافته. فناوری‌های فیلم شفاف بسیار رسانا در حال حاضر در حال توسعه هستند که در آینده نزدیک با فناوری‌های اکسید فلز، مانند فناوری کندوپاش اکسید قلع ایندیوم، که امروزه برای ساخت الکترودهای شفاف در نمایشگرهای صفحه تخت و طرح‌های محدودتر مانند نمایشگرهای انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود، رقابت خواهند کرد.
توسعه یافته است تکنولوژی مدرنتولید کاغذ با استفاده از نانولوله های کربنی چند جداره از چنین کاغذهایی برای ایجاد یک پوشش مانع حرارتی انعطاف‌پذیرتر برای محافظت از آینه‌های خودرو در برابر یخ زدگی، گرمایش از کف و سایر وسایل گرمایشی استفاده می‌شود.
تحقیقات در مورد خواص جدیدی که با افزودن جزئی نانولوله‌های کربنی چند جداره به پلیمرها به دست می‌آیند، مانند مقاومت در برابر آتش و مقاومت در برابر پوسیدگی، در حال انجام است که می‌تواند منجر به توسعه محصولات جدیدی شود که با الزامات زیست‌محیطی مدرن مطابقت دارند و بهبود یافته‌اند. عملکرد در مقایسه با مواد موجود، مشروط به صرفه جویی در هزینه.

الاستومرهای تقویت شده
کربن سیاه و سایر پرکننده های پودری به طور گسترده ای برای تقویت لاستیک در لاستیک ها و سایر لاستیک های صنعتی استفاده می شود. این ترکیب ممکن است حاوی بار بالایی از پرکننده ها باشد تا استحکام و سفتی را تا حد مورد نیاز افزایش دهد (بیش از 50 درصد وزنی)، اما ممکن است در برخی کاربردها فاقد خاصیت ارتجاعی باشد. جایگزینی 5 تا 10 درصد پرکننده با نانولوله‌های کربنی چند جداره مانند Nanocyl® 7000 می‌تواند الاستومرهای با کارایی بالا با سطوح مشابهی از استحکام و سفتی با قابلیت ارتجاعی بهبود یافته ارائه دهد و تعادل جدیدی از خواص مکانیکی را ارائه دهد که با مواد سنتی مشابه نیست.

استفاده از نانولوله های کربنی برای مقاصد تجاری اکنون یک واقعیت است و توجه روزافزونی را به خود جلب می کند. این بدان معنی است که آنها توسط صنعت به عنوان یک جزء ارزش افزوده پذیرفته شده اند که با سایر گزینه هایی که توسط استانداردهای صنعت تنظیم می شوند رقابت می کند. تحقیقات در حال حاضر در مورد خواص مفید و غیرقابل پیش بینی جدید نانولوله های کربنی در حال انجام است که نفوذ آنها را به صنعت پلیمر گسترش می دهد.