Презентация на тему: Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки
1/44
Средняя оценка: 5.0/5 (всего оценок: 23)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (15055 Кб)
1

Первый слайд презентации

Углеродные нанотрубки

Изображение слайда
2

Слайд 2

х20000 Л. В Радушкевич, В. М Лукъянович. Ж. Физ. Хим. т. 26 вып. 1, 1952, с. 88 - 95 Первые детальные исследования структуры НТ ИФХ АН СССР Конец XIX в. – первый патент (США). История открытия нанотрубок

Изображение слайда
3

Слайд 3

1982 г. – получение многослойных УНТ, «фибрилл» каталитическим пиролизом (Г. Теннент, Хайперион Кэтелисиз, США). 1983 г. – начало производства многослойных УНТ (Хайперион Кэтелисиз, США). 1987 г. – патент 5 853 877 (Хайперион Кэтелисиз, США). 1990-е гг. – первое лабораторное производство в России (Новосибирск, КВУ). История нанотрубок

Изображение слайда
4

Слайд 4

Публикации Патент № 3-313663 (31 окт. 1991 г.; Япония)

Изображение слайда
5

Слайд 5

Рис. Примеры нанотрубок типа зигзаг ( а ), кресло ( б ) и хиральной нанотрубки ( в ).

Изображение слайда
6

Слайд 6

Изображение слайда
7

Слайд 7

Изображение слайда
8

Слайд 8

Геометрическая структура нанотрубок

Изображение слайда
9

Слайд 9

Три формы цилиндрических однослойных нанотрубок: Бездефектные углеродные нанотрубки – цилиндрические частицы из свернутых графенов. Могут быть бесшовными или представлять собой рулон. хиральные ахиральные типа кресла ахиральные типа зигзага ,

Изображение слайда
10

Слайд 10

Углеродные нанотрубы ( SWNT) Кресло (n,n) – металлические Зигзаг (n,0) – преимущественно полупроводники Хиральные (n,m) n  m – преимущественно полупроводники и диэлектрики Правило : Если (n-m)=3k – нанотрубка является металлической d o = 0,142 nm

Изображение слайда
11

Слайд 11

1.38 - сурет. негізгі КҚКНТ–дің құрылысы сызбанұсқасы: а – «орыс қаптамасы», б – рулон тәрізді, в – «папье–маше»

Изображение слайда
12

Слайд 12

Микроскопическое изображение одностеночных и многостеночных нанотрубок Рис. 1. Микроскопическое изображение одностеночной нанотрубки Рис. 2. Микроскопическое изображение многостеночных нанотрубок из пяти (а), двух ( b) и семи (с) графитовых слоев.

Изображение слайда
13

Слайд 13

Многослойные углеродные нанотрубки

Изображение слайда
14

Слайд 14

Многослойные УНТ

Изображение слайда
15

Слайд 15

Тонкие многослойные УНТ ,

Изображение слайда
16

Слайд 16

Сростки двух- и трехслойных нанотрубок

Изображение слайда
17

Слайд 17

Методы синтеза нанотрубок

Изображение слайда
18

Слайд 18

Методы синтез УНТ Физические - испарение графитового анода при спец условиях (контроль давления, катализа, газа в камере реактора и т.п.). Необходимая для процесса энергия обеспечивается: электричеством (дуг разряд ), лазером или солнечной энергией... Эти методы дают особенно для ОСНТ хорошие структурные свойства. Наиболее скоростной - метод дугового разряда (ДР). В таком процессе при высоком напряжении идет сгорание угольного стержня и катализатора. Метод ДР позволяет получать наиболее высокие количества материала обладающего очень хорошим качеством структуры НТ После производства к сожалению, в НТ и между ними остаются частицы катализатора. Чтобы их удалить требуется специальная очистка. Химические - УНТ получают благодаря химическому разложению газа, содержащего углерод, при спец условиях (скорости потока, температуры, давления...)- химическое из пара осаждение - CVD. Этот процесс позволяет получать большие количества УНТ, которые. к сожалению, часто содержат много структурных дефектов, понижающих их проводимость

Изображение слайда
19

Слайд 19

Метод лазерной абляции Рис. 3. Схема установки для получения нанотрубок методом лазерной абляции, Р =500-665 Торр, Т=1200 о С в течении нескольких часов Выход УНТ 96% и более При металло-графитовом композите ( Ni, Co ) выход ОУНТ – до 50%

Изображение слайда
20

Слайд 20

Разрядно-дуговой метод Рис. 4. Камера для разрядно-дугового метода получения нанотрубок в атмосфере гелия при Р=500 Торр, включающая анод и катод из графита, источник напряжения и насос Выход УНТ – 20-40% Для выхода ОУНТ – Fe Ni, Co и др. Рис. 5. Сотовая структура в пучке нанотрубок.

Изображение слайда
21

Слайд 21

75 нм б а в Рис. 6. Электронно-микроскопическое изображение сажевого конденсата (а), электродного конденсата (б) и нанотрубки, входящей в состав электродного конденсата (в) 75 нм

Изображение слайда
22

Слайд 22

Метод химического осаждения из пара Рис. 7. Схема установки для получения нанотрубок методом химического осаждения из пара

Изображение слайда
23

Слайд 23

Рис. 8. Микроскопическое изображение нанотрубок, выращенных методом химического осаждения из пара.

Изображение слайда
24

Слайд 24

Виды нанотрубок CVD - метод

Изображение слайда
25

Слайд 25

Схема и фотография горелки на встречных струях для получения нанотрубок при атмосферном давлении Параметры эксперимента Соотношение С 3 Н 8 :О 2 от 2:1 до 1:5 Температура пламени - Т = 900-1150 о С Расход С 3 Н 8 – 130-1000 см 3 /мин Расход О 2 – 130-1000 см 3 /мин Расход N 2 – 50 - 2 00 см 3 /мин Катализаторы: - раствор Fe(CO) 5, - спиртовой раствор Ni(NO 3 ) 2 ×6 H 2 O, - нихромовая проволочка, состав: 52%  Ni + 18%  Cr  + 26%  Fe  + 2,1%  Al  + 1,3%  Si

Изображение слайда
26

Слайд 26

Применение нанотрубок

Изображение слайда
27

Слайд 27

Свойство Графит Углер. волокно МУНТ ОУНТ Сталь Прочность на растяжение, ГПа 100 3-7 300 - 600 300 -1500 0.4 Модуль упругости, ГПа 1000 200-800 500 -1000 1000 -5000 2000 Удельная прочность, ГПа 50 2-4 200 - 300 150 - 750 0.05 Удельный модуль упруг., ГПа 500 100-400 250 - 500 500 -2500 26 Предельное растяжение, % 10 1-3 20 - 40 20 - 40 26 Механические свойства материалов Модуль Юнга ОУНТ (10,10) 640 ГПа (расч.) Расчет для бездефектных - 1.25 ТПа Сростки ОУНТ диаметром 15 – 20 нм модуль Юнга около 100 ГПа, предел прочности при растяжении 15-52 ГПа (деформация 5.3%), МУНТ – 11-63 ГПа (12%). МУНТ, модуль Юнга 1.8 ТПа (расч.), 1.3 ТПа (изм.) У углеродных волокон до 800 ГПа

Изображение слайда
28

Слайд 28

Макроволокна Объемные материалы Покрытия “ Нанометровые ” свойства Переход от нано- к макроуровню

Изображение слайда
29

Слайд 29

Диоды Рис. 16. Влияние эффекта семиугольник-пятиугольник на геометрию нанотрубки (а) и энергию подвижных электронов (б) Рис. 17. Схема работы выпрямляющего диода на изогнутой нанотрубке со структурным дефектом пятиугольник -семиугольник

Изображение слайда
30

Слайд 30

Транзисторы Рис. 18. Первый транзистор p типа на основе углеродных нанотрубок Рис. 19. Полевой транзистор на полупроводниковой нанотрубке Нанотрубка лежит на непроводящей (кварцевой) подложке в контакте с двумя сверхтонкими проводами, в качестве третьего электрода (затвора) используется кремниевый слойпервый транзистор p типа на основе углеродных нанотрубок

Изображение слайда
31

Слайд 31

Рис. 20. Полевой нанотранзистор с каналом <20 nm Отношение тока Вкл. / Выкл. > 10 6. Диаметр SWNT от 0.7 до 1.1 nm, выращены CVD методом при 700 °C Ток > 15 mkA при напряжении сток-исток 0.4 V. Транзисторы

Изображение слайда
32

Слайд 32

Светодиод Электрод Электрод затвора Оксид кремния Нанотрубка Дырки Положительный заряд Электроны Отрицательный заряд Рис. 21. Схема работы излучателя света на базе углеродной нанотрубки

Изображение слайда
33

Слайд 33

Нановесы и нанопинцет Рис. 25. Изображение нановесов Рис. 26. Изображение нанопинцета: внешний вид (сверху) и принцип действия (снизу)

Изображение слайда
34

Слайд 34

Зонд для сканирующего микроскопа Рис. 27. Изображение вольфрамового зонда с острием из наноуглеродной нанотрубки Рис. 28. Изображения исходной многослойной нанотрубки (сверху) и той же трубки после заточки (внизу), полученные с помощью трансмиссионного электронного микроскопа

Изображение слайда
35

Слайд 35

Волокна, навитые из УНТ матов

Изображение слайда
36

Слайд 36

Многофункциональные УНТ пряжи выполненной в микромасштабе по древней технологии

Изображение слайда
37

Слайд 37

Основные свойства и потенциальные приложения УНТ Механические В 100 раз прочнее стали и в 6 раз легче - упрочнение композитных материалов, лифт для космоса... высокая гибкость УНТ (в отличие от У волокон) - приводы - острия для Атомно-Силовой Микроскопии Электронные Металлические или полупроводниковые - Проводящие пластики (экранирование, предохранение от антистатических разрядов) - электронные нанокомпоненты (диоды, транзисторы...) Высокая полевая эмиссия - электронная пушка, ПЭ дисплей, СТМ и АСМ острия, лампы, рентген- трубки

Изображение слайда
38

Слайд 38

Физико-химические Большая поверхность (100-1000 м 2/ г ) Хранение молекул внутри НТ Химическое воздействие на УНТ – закрепление молекул на поверхности НТ Допирование магнитными наночастицами, (неуглеродн НТ) хранение водорода Батареи с более долгим временем жизни электронные нанокомпоненты, защита материала... биосенсоры вредных газов, химический анализ... наноспинтроника

Изображение слайда
39

Слайд 39

Көміртекті наноматериалдар химиясы КНТ химиясы деп оларды алу, тазалау, модификациялау, солюбилизациялау және полимерлеу үдерістерін, сонымен бірге түрлендірілген, солюбизирленген, супрамолекулярлық және полимерленген КНТ морфологиясы мен құрылымын айтады. Оларды түрлендіру бірнеше әдіспен жолмен жүргізілуі мүмкін: біртіндеп тотықтыру арқылы жабық түтікшелерді ашу; функциализация (КНТ-ге функционалды топтарды байланыстыру); КНТ-мен байланысқан функционалды топтардың реакциялары; Түтікшелерді әртүрлі қосылыстармен толтыру; Көміртек атомдарын басқа элемент атомдарымен алмастыру; Түтікшелердің ван-дер-ваальс қабаттарына атомдар мен молекулаларды интеркалирлеу; Газдар мен булардың адсорбциясы мен хемосорбциясы; Түтікшелердің сыртқы қабаттарын басқа қосылыстармен қаптау және оларды матрица ретінде қолдану.

Изображение слайда
40

Слайд 40

Наноматериалдарды функциализациялау Құрамында оттек бар топтардың әртүрлі таиғаты болады (4.1- сурет). Қышқылдармен әрекеттесу барысында КНТ беттерінде негізінен –С(О)ОН, >С=О, және ≡С-ОН топтары түзіледі, олардың қатынасы 4:2:1 шамасына жақын болады да, жалпы концентрациясы 7 мол. %, немесе 1г. массаға 10 21 дейін болуы мүмкін. Тотықтырудың бірдей шарттары кезінде түзілетін топтардың концентрациясы КНТ диаметрі, ұзындығы, бастапқы ақау дәрежесіне және үдеріс ұзақтығына тәуелді болады. Құрамында оттек бар фунционалды топтар: а- карбоксильді, б- кетонды, в- эфирлі, г- ангидридті, д- хинонды, е- фенолды, ж- гидрохинонды, з- лактонды

Изображение слайда
41

Слайд 41

КНМ функциализациялау кезінде –С(О)ОН тобы түзілетіндігін ИҚ– спектрлерде υ С=О =1614-1620 см -1 (–СОО – ) және υ С=О =1710-1735 см -1 (–СООН), сонымен қатар 1585–1590, 1200–1205 және 1080 см -1 сипаттамалық жолақтардың болуы дәлелдейді. Эфирлі топтардың тербелістеріне С-О-С 1207 см -1 (асим.) және см -1 (сим.) жолақтары сәйкес келеді, эпоксидті топтардың тербелістеріне 1267 және 822 см -1 жолақтары, -ОН тобының тербелісіне 3350 -3500 см -1 жолақтары сәйкес келеді. –СН топтары болған жағдайда 2820-2950 см -1 жолақтары, сонымен бірге 1450-1470 см -1 жолақтары байқалады. 4.2– суретте каталитикалық пиролиз әдісімен синтезделіп, азот қышқылы ерітіндісінде қайнатылып функциализацияланған ККНТ спектрі келтірілген.

Изображение слайда
42

Слайд 42

Қышқылдық функционалды топтардың реакциялары Алдыңғы бөлімде КНМ өңдеу кезінде түзілетін әртүрлі топтардың қатынасы туралы тоқталған болатынбыз. Түзілген функцияланған КНМ NаВН 4 -пен өңдеу карбоксилді топты гидроксильді топқа дейін тотықсыздандыратыны анықталған. Карбоксильді топтар басқа реакцияларда белсенділік көрсетеді. Қыздыру кезінде топтар өзара әрекеттеседі де, суды бөліп карбоксильденген КНТ өзара жалғайды. Сонымен бірге бұл кезде сутектік байланыс та түзілуі мүмкін. КНТ ұштарындағы карбоксильді топтар әрекеттескенде диаметрі 540 нм болатын сақиналар түзілуі мүмкін. Дәл осындай ұштардағы карбоксильді топтар әрекеттесуі нәтижесінде өсінділері бар КНТ түзілуіне алып келеді. Белгілі бір шарттар орындалғанда тікелей амидтеу -СООН + Н 2 NR → -СОNНR + Н 2 О және этерификация реакциялары өтеді: -СООН + НОR → -СООR + Н 2 О

Изображение слайда
43

Слайд 43

Наноматериалдардың ішкі қуыстарын толтыру КНТ ішкі қуыстарын толтыру (инкапсулалау) белгілі бір пішіні мен мөлшерлері бар наноқұрылымды заттар мен материалдарды матрицалық синтездеу әдісі түтікшелердің электрондық қасиеттерін өзгерту әдісі ретінде қызығушылық тудыруда. КНТ толтыру нанокомпозиттер мен әртүрлі мақсаттағы құралдар жасауға арналған гибридті материалдардың жиынтығын кеңейтуге мүмкіндік береді. Толтырылған КНТ әмбебап катализаторлар мен сорбенттер ретінде пайдаланылуы мүмкін. Толтыру арқылы алынған қосылыстар мөлшерлік әсерлерді зерттеу үшін қолайлы обьект болып табылады. Бұл материалдардағы көміртекті қаптаманы жою арқылы қосылыстарды бос күйінде бөліп алып, функционалды материалдар немесе құралдар, сонымен қатар нанотехнологиялық процестерде «құрылысшы блоктар» ретінде қолдануға болады. Толтырылған КНТ-ді бейнелеуге Ag@КНТ, C60@КНТ типті формулалар қолданылады.

Изображение слайда
44

Последний слайд презентации: Углеродные нанотрубки

C60@КНТ

Изображение слайда