ПРИМЕНЕНИЯ УНИКАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ФУЛЛЕРЕНОВ И НАНОТРУБОК В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ Выполнила студентка Группы НМ-091 Родина М. С.
Содержание: 3. микроскопические весы, полевой транзистор на основе углеродных нанотрубок. 4. полупроводниковые гетероструктуры 5. наномотор из многостенной углеродной нанотрубки 6. нанотрубки для зондовой микроскопии 7. Торс для космического лифта 8. Применение фулеренов в автомобильных маслах и смазках 9. применение фулеренов и фулереносодержащих смесей в разных отраслях
Микроскопические весы на нанотрубках На основе нанотрубки возможно создание микроскопических весов. Для этого требуется преобразование электрических колебаний в механические. Для возбуждения колебаний нанотрубки под действием электрического поля ее закрепляют на одном из двух электродов, под углом ко второму электроду. При подаче на электроды электрического напряжения трубка заряжается и за счет электростатического притяжения отклоняется ко второму электроду. Если на электроды подать переменное напряжение, частота которого совпадает с частотой собственных колебаний нанотрубки, зависящих от ее толщины и длины, возникнут механические колебания нанотрубки. Определив (спектроскопическими методами) частоту её собственных колебаний и прикрепив к ней исследуемый образец, можно определить частоту колебаний нагруженной нанотрубки. Эта частота будет меньше частоты колебаний свободной нанотрубки: ведь масса системы увеличилась, а жесткость осталась прежней. Например, в ходе одного из экспериментов было обнаружено, что груз, уменьшающий частоту колебаний с 3. 28 МГц до 968 к. Гц, имеет массу 22 8 фг (фемтограмм, т. е. 10 -15 грамм). Первый транзистор на основе углеродных нанотрубок Необычные электрические свойства нанотрубок делают их одним из основных материалов наноэлектроники. Уже сейчас созданы опытные образцы полевых транзисторов на основе одной нанотрубки: прикладывая запирающее напряжение в несколько вольт, ученые научились изменять проводимость однослойных нанотрубок на 5 порядков.
Полупроводниковая гетероструктура Существует также применение в наноэлектронике - создание полупроводниковых гетероструктур, т. е. структур типа металл/полупроводник или стык двух разных полупроводников. В процессе роста нанотрубки создаётся в ней структурный дефект (заменяется один из углеродных шестиугольников пятиугольником и семиугольником (см. рис. 1). Влияние дефекта семиугольник. Тогда одна часть нанотрубки пятиугольник на геометрию нанотрубки (а) будет металлической, а другая и энергию подвижных электронов (б) – полупроводником
Наномотор из многостенной углеродной нанотрубки Ученые создали первый наномасштабный мотор на основе многостенных нанотрубок. Углеродная нанотрубка выполняет своего рода роль оси, на которой монтируется ротор. Максимальные размеры наномотора порядка 500 нм, ротор имеет длину от 100 до 300 нм, а вот нанотрубка-ось имеет в поперечнике размер всего несколько атомов, т. е. примерно 5 -10 нм
Нанотрубка для зондовой микроскопии Другой пример, когда нанотрубка является частью физического прибора - это "насаживание" ее на острие сканирующего туннельного или атомного силового микроскопа. Обычно такое острие представляет собой остро заточенную вольфрамовую иглу, но по атомным меркам такая заточка все равно достаточно грубая. Нанотрубка же представляет собой идеальную иглу диаметром порядка нескольких атомов. Прикладывая определенное напряжение, можно подхватывать атомы и целые молекулы, находящиеся на подложке непосредственно под иглой, и переносить их с места на место.
Торс для космического лифта Косми ческий лифт— концепция инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Данная гипотетическая конструкция основана на применении троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции находящейся на ГСО (геостационарная орбита). Впервые подобную мысль высказал Константин Циолковский в 1895 году[1][2], детальную разработку идея получила в трудах. Юрия Арцутанова. Предположительно, такой способ в перспективе может быть на порядки дешевле использования ракет-носителей. Трос удерживается одним концом на поверхности планеты (Земли), а другим — в неподвижной над планетой точке выше геостационарной орбиты (ГСО) за счёт центробежной силы. По тросу поднимается подъёмник, несущий полезный груз. При подъёме груз будет ускоряться за счёт вращения Земли, что позволит на достаточно большой высоте отправлять его за пределы тяготения Земли. От троса требуется чрезвычайно большая прочность на разрыв в сочетании с низкой плотностью. Углеродные нанотрубки по теоретическим расчётам представляются подходящим материалом. Если допустить пригодность их для изготовления троса, то создание космического лифта является решаемой инженерной задачей, хотя и требует использования передовых разработок и больших затрат иного рода. Создание лифта оценивается в 7— 12 млрд долларов США. НАСА уже финансирует соответствующие разработки американского Института научных исследований, включая разработку подъёмника, способного самостоятельно двигаться по тросу [3].
В перечне основных областей применения фуллеренов есть и создание новых видов топлива, добавок к топливам, антифрикционных покрытий и смазок. Применение фуллеренов в автомобильных маслах и смазках позволяет добиться: - уменьшения трение сопрягаемых узлов на 40 -50 %: - увеличения срока службы трущихся поверхностей в 4 -5 раз: - улучшить динамику автомобиля и его скорость: - выравнивания компрессии, повышения компрессии по цилиндрам на 3 -4 единицы: - повышения давления масла: - снижения расхода топлива на 5 -15%: - увеличения реального срока службы моторного масла до 60 000 км пробега, без замены масляного фильтра: - уплотнения сальниковых узлов: - снижения шумов и вибрации при работе двигателя в 2 раза: - улучшения стартовых характеристик двигателя в холодное время года. Применение фулеренов в автомобильных маслах и смазках
ПРИМЕНЕНИЕ ФУЛЛЕРЕНОВ И ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЕЙ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ Создание новых конструкционных материалов с уникальными свойствами для использования в строительстве инженернотехнических сооружений и в изготовлении средств индивидуальной защиты. Улучшение эксплуатационных характеристик транспортных средств и других специальных механизмов. МАТЕРИАЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ФУЛЛЕРЕНАМИ • Тканые материалы специального назначения (ленты, полотна, паруса, канаты, сверхпрочные нити) на основе полимерных молекул, модифицированных фуллеренами; • Радиозащитные материалы на основе графитов, модифицированных фуллеренами; • Бетонополимеры повышенной прочности; • Легкие волокнистые графиты, модифицированные фуллеренами и наноструктурами, как упрочненные уплотняющие материалы; • Сверхпрочные (выше твердости алмаза) насадки специального инструмента. • Присадки к маслам и смазкам, резко повышающие износоустойчивость пар трения в машинах и механизмах; • Антизадирные составы для узлов, работающих в условиях повышенных нагрузок; • Композиты тормозных колодок скоростных транспортных средств наземного и авиационного транспорта с повышенными теплоотдачей и износоустойчивостью; • Материалы для снижения износа в условиях сухого трения; • Модифицированные древесные композиты дейдвудных и аналогичных подшипников на деревянной и резинотехнической основе; Смазывающе-охлаждающие технологические составы, увеличивающие жизнеспособность инструмента.
Получение новых композиционных материалов электротехнического назначения. • Композиционные материалы скользящих сильноточных электрических контактов с повышенным ресурсом работы; • Термомодифицированные материалы электродов для химических источников тока; • Элементы сверхпроводящих конструкций на основе фуллереновых интеркалятов. Получение новых композиционных материалов для оптического и радиоэлектронного противодействия. • Материалы защитных экранов антилазерного назначения; • Материалы для стелс-технологий различного назначения; • Материалы устройств для корреляции лазерного изображения в системах наблюдения и обработки спутниковой информации (высокоразрешающие динамические голограммы). Создание материалов и микроэлектронных изделий специального назначения. • Материалы дифракционных ветвителей в волоконно-оптических сетях; • Алмазоподобные пленки высокого совершенства; • Материалы новейших микросенсоров; • Тонкопленочные защитные покрытия высокой стойкости; • Неорганические резисты субмикронного разрешения; • Электрооптические модуляторы света, в том числе многоканальные, и модуляторы на эффекте “свет-свет”. Разработка новых технологий в медицине. • Материалы эффективного диализа применительно к сильнодействующим ядовитым веществам в полевых условиях; • Высокоэффективные сорбенты для стационарных защитных систем
Спасибо за внимание!!!
Скачать презентацию ПРИМЕНЕНИЯ УНИКАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ФУЛЛЕРЕНОВ И НАНОТРУБОК В
применение.pptx