Применение углеродных наноматериалов в промышленности

В научной литературе есть несколько определений нанотехнологии. Специалисты государственной программы США «Национальная нанотехнологическая инициатива» приводят следующее определение нанотехнологии: «Нанотехнология – это исследования и технологические разработки на атомном, молекулярном или макромолекулярном уровнях в шкале размеров примерно от 1 до 100 нм, которые проводятся для получения фундаментальных знаний о природе явлений и свойств материалов в наношкале, а также для создания и использования структур, приборов и систем, приобретают новых качеств благодаря своим маленьким размерам. Нанотехнологические исследования и разработки включают контролируемые манипуляции наноразмерными структурами и их интеграцию в более крупные компоненты, системы и архитектуры» [16]. Развитие нанотехнологий определяется тем, что проведение исследований в нанометровом диапазоне существенно изменяет физические, химические, физико-химические свойства нановеществ и наноматериалов, в частности, прочность, электропроводность, термостойкость, магнитные свойства, коэффициент оптического преломления света, фоновый спектр, теплоемкость, влияние на организм человека и др.

Поскольку вещество в виде наночастиц и наноматериалов имеет свойства, которые кардинально отличаются от их аналогов в форме макроскопических дисперсий или сплошных фаз, наноматериалы представляют собой принципиально новый фактор, влияющий на организмы и среду их существования. Это обусловливает возникновение сложных научных проблем, связанных с влиянием нанотехнологии на организм человека и окружающую среду. На сегодня недостаточно изучены потенциальные экологические последствия использования наноматериалов.

Объект исследования: углеродные наноматериалы.

Предмет исследования: специфика применения углеродных наноматериалов.

Цель работы: рассмотреть применение углеродных наноматериалов в промышленности

Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:

• рассмотреть промышленное использование наноматериалов;
• сделать анализ применения углеродных наноматериалов в промышленности.

1 Промышленное использование наноматериалов

Наночастицы получают распылением жидкого расплава материала с помощью инертных газов (существуют и другие технологии). Это твердые тела, размеры которых (по крайней мере, в одном измерении) не превышают 100 нм. К таким материалам можно отнести нанопорошки, нанопроволоки, нановолокна, нанотрубки и т.п. Особенностью нанопорошков является высокая удельная поверхность (отношение площади свободной поверхности к массе) -103 м2 / г, что определяет их высокую каталитическую активность. Поэтому наночастицы используют в качестве катализаторов ряда химических реакций.

Наибольшие объемы выпущенных нанопорошков потребляют микроэлектроника - это полирующие суспензии (полировка кремниевых шайб) и косметика - солнцезащитные кремы с наполнителями из частиц ZnO и TiO2.

Особенно следует отметить значение новых малоатомных углеродных структур - фуллеренов и производных наночастиц на их основе (фуллеритов и нанотрубки).

...

2 Анализ применения углеродных наноматериалов в промышленности

Природными источниками наночасти - нок могут быть действующие вулканы, лесные пожары, выветривание горных пород, микрослой органической поверхности. Искусственно наночастицы получают путем физического и химического синтеза [2]. Много видов наночастиц (наночастицы металлов, оксидов, полупроводниковых материалов и т. п.) используются в различных отраслях промышленности.

Фуллерены. Фуллерены — сферические полые кластеры углерода с числом атомов n=30-120. Основным преимуществом фуллеренов перед другими углеродными материалами являются их высокие электрон-акцепторные свойства, а также возможность синтезировать разнообразные химические производные

...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Быстрое развитие нанотехнологической отрасли привело к значительному увеличению количества разнообразных наноматериалов, отличающихся между собой как по химическому составу, так и по форме, размеру, модификации поверхности. Малый размер, химический состав, структура, большая площадь поверхности и форма — это те свойства, которые придают наночастицам преимуществ перед другими материалами. Исследования физических, химических, физико-химических, фармакологических, биохимических, биофизических механизмов взаимодействия наночастиц с биологическими объектами.

...