Казанський Державний Технологічний Університет
Кафедра технології електрохімічних виробництв
Реферат
по предмету: Хімічніметоди формування наноструктур
на тему: Застосуваннявуглецевих нанотрубок в енергетиці
Казань 2009
План
Введення
1. Вуглецеві нанотрубки
1.1 Вуглецеві нанотрубки
1.2 Класифікація нанотрубок
1.3 Історія відкриття
1.4 Структурні властивості
1.5 Можливі застосування нанотрубок
1.6 Отримання вуглецевих нанотрубок
2. Електронні властивості нанотрубок
2.2 Електронні властивості графітової площини
2.3 Екситони і біекситона в нанотрубках
2.4 Струм в нанотрубках
2.5 Надпровідність нанотрубок
2.6 Перетворювачі енергії
3. Застосування нанотрубок в енергетиці
3.1 Використання наноматеріалів в атомнійенергетиці
3.2 Нанотрубки у водневій енергетиці
3.3 Сонячна енергетика та нанотехнології
3.4 Нанотехнології в електротехніці
3.5 Нанотехнології в світлодіодному освітленні
Висновок
Списоквикористаної літератури
Введення
Енергетика- Це одна з найбільш важливих галузей промисловості, розвиток якоїпрактично відразу відбивається на якості життя людей. Від того, над чим працюютьсьогодні вчені, які ідеї вони вважають перспективними, які проектизатребувані комерційним сектором, багато в чому залежить стан енергетикинашої країни і світу в майбутньому. В даний час пошук і вивченняальтернативних джерел енергії є одними з найпопулярнішихнапрямів наукових досліджень. У справу йде практично все, що завгодно -сонячне світло, вітер, океанські течії, енергія вакууму і т.д. Пристрої,здатні самі добувати енергію з навколишнього середовища, можуть мати масу кориснихзастосувань.
Всвоєму рефераті я хотіла б розглянути найбільш успішні та перспективнірозробки, які вже реалізуються на практиці або будуть затребувані внайближчі роки. Тут мова піде про наноматеріалах, що розробляються для атомноїенергетики, світлодіодного освітлення, електротехніки, надпровідності,водневої та сонячної енергетики.
1. Вуглецеві нанотрубки
1.1 Вуглецеві нанотрубки
Протяжні циліндричні структуридіаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількохсантиметрів складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональнихграфітових площин (графеном) і закінчуються зазвичай напівсферичноїголівкою.
1.2Класифікація нанотрубок
Яквипливає з визначення, основна класифікація нанотрубок проводиться за способомзгортання графітової площини. Цей спосіб згортання визначається двомачислами n і m, які задають розкладання напрямки згортання на векторатрансляції графітової решітки.
Зазначенням параметрів (n, m) розрізняють
В·прямі(Ахіральние) нанотрубки
В·В«КріслоВ»або В«зубчастіВ» n = m
В·зигзагоподібніm = 0 або n = 0
В·спіральні(Хіральні) нанотрубки
Придзеркальному відображенні (n, m) нанотрубка переходить в (m, n) нанотрубку, тому,трубка загального вигляду дзеркально несиметрична. Прямі ж нанотрубки або переходятьв себе при дзеркальному відображенні (конфігурація В«кріслоВ»), або переходять в себез точністю до повороту.
Розрізняютьметалеві та напівпровідникові вуглецеві нанотрубки. Металевінанотрубки проводять електричний струм при абсолютному нулі температур, в точас як провідність напівпровідникових трубок дорівнює нулю при абсолютному нуліі зростає при підвищенні температури. Напівпровідникові властивості у трубкиз'являються через щілини на рівні Фермі. Трубка виявляється металевої, якщо(Nm), ділене на 3, дає ціле число. Зокрема, металевими євсі трубки типу В«кріслоВ».
1.3Історія відкриття
Говорячипро вуглецевих нанотрубках, можна назвати точну дату їх відкриття. Хочазагальновідомим є факт спостереження структури багатошарових нанотрубокІіджімой в 1991 р. [3 ], існують більш ранні свідоцтва відкриттявуглецевих нанотрубок. Так, наприклад в 1974-1975 рр.. Ендо та ін [4 ] опублікували ряд робіт з описом тонких трубок з діаметром менше 100 Г…,приготовлених методом конденсації з пари, однак більш детальногодослідження структури не було проведено. У 1992 в Nature [5] була опублікованастаття, у якій стверджувалося, що нанотрубки спостерігали в 1953 р. Роком раніше,в 1952, в статті радянських вчених Радушкевіча і Лук'яновича [6] повідомлялося проелектронно-мікроскопічному спостереженні волокон з діаметром порядку 100 нм,отриманих при термічному розкладанні окису вуглецю на залізному каталізаторі.Ці дослідження також не були продовжені.
Існуєбезліч теоретичних робіт з передрікання даної аллотропной формивуглецю.
Вроботі хімік Джонс (Дедалус) розмірковував про згорнутих трубах графіту.
Вроботі Л. А. Чернозатонского та ін [7], що вийшла в той же рік, що і роботаІіджіми, були отримані і описані вуглецеві нанотруби, а М. Ю. Корнілов нетільки передбачив існування одношарових вуглецевих нанотруб в 1986 р., але йвисловив припущення про їх великий пружності [8].
1.4Структурні властивості
Нанотрубкиволодіють пружними властивостями. Мають дефекти при перевищенні критичного навантаження.У більшості випадків являють собою зруйновану осередок-Гексагон решітки -з утворенням пентагона або септогона на її місці. З специфічнихособливостей графена випливає, що дефектні нанотрубки будуть спотворюватисяаналогічним чином, тобто з виникненням опуклостей (при 5-й) і сідлоподібнихповерхонь (при 7-й). Найбільший же інтерес в даному випадку представляєкомбінація даних спотворень, особливо розташованих один напроти одного - цезменшує міцність нанотрубки, але формує в її структурі стійкеспотворення, що міняє властивості останньої: іншими словами, в нанотрубці утворюєтьсяпостійний вигин. [9 ]
1.5 Можливі застосуваннянанотрубок
В·механічнізастосування: надміцні нитки, композитні матеріали, нановеси
В·застосуванняв мікроелектроніці: транзистори, нанопроводи, прозорі провідніповерхні, паливні елементи
В·длястворення з'єднань між біологічними нейронами і електронними пристроямив новітніх нейрокомп'ютерних розробках
В·капілярнізастосування: капсули для активних молекул, зберігання металів і газів,нанопіпеткі
В·оптичнізастосування: дисплеї, світлодіоди
В·медицина(У стадії активної розробки)
В·одностіннінанотрубки (індивідуальні, в невеликих збірках або в мережах) ємініатюрними датчиками для виявлення молекул в газовому середовищі або в розчинахз ультрависокої чутливістю - при адсорбції на поверхні нанотрубкимолекул її електроопір, а також характеристики нанотранзисторов можутьзмінюватися. Такі нанодатчікі можуть використовуватися для моніторингу навколишньогосередовища, у військових, медичних і біотехнологічних застосуваннях.
В·тросдля космічного ліфта, так як нанотрубки теоретично, можуть тримати і більшетонни ... але тільки в теорії. Тому як отримати достатньо довгі вуглецевітрубки з товщиною стінок в один атом не вдавалося досі. [10]
В·листиз вуглецевих нанотрубок можна використовувати в якості плоских прозорихгучномовців, до такого висновку дійшли китайські вчені. [10]
1.6Отримання вуглецевих нанотрубок
ВНині найбільш поширеним є метод термічногорозпилення графітових електродів в плазмі дугового розряду. Процес синтезуздійснюється в камері, заповненій гелієм під тиском близько 500 торр. Пригорінні плазми відбувається інтенсивне термічне випаровування анода, при цьому наторцевої поверхні катода утворюється осад, в якому формуються нанотрубкивуглецю. Н...
