Паразитарная теория рака

Рак и методы его лечения. Паразитарная теория.
Текущее время: 13-12, 19:56

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 3 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Углеродные нанотрубки
СообщениеДобавлено: 13-09, 15:16 
Не в сети
Модератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 25-01, 05:23
Сообщения: 6907
Откуда: г. Новосибирск
http://expert.ru/expert/2013/11/nanotru ... /#anchor-1
Нанотрубный выход человечества
Ирик Имамутдинов 18 мар 2013
Член-корреспондент РАН Михаил Предтеченский разработал дешевую технологию получения совершенных углеродных нанотрубок. Ученый убежден, что их использование в качестве наполнителей при производстве материалов снизит энерго- и ресурсопотребление человечества на десятки процентов, частично решив и проблему эмиссии CO2
Предтеченский — наш давний знакомый, мы уже писали о нем («Акулы академического бизнеса», «Эксперт» № 16 за 2004 год). Он разносторонний специалист в области механики, теплофизики, энергетики, нанотехнологий, автор и соавтор 260 научных работ, у него 18 авторских свидетельств и патентов, восемь из которых он получил уже после избрания членом-корреспондентом РАН в 2003 году. Предтеченский — ученик академика Владимира Накорякова, представитель новосибирской школы теплофизики и продолжатель этой школы — он заведует отделом в Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН. Он научный руководитель Международного научного центра теплофизики и энергетики, созданного им пятнадцать лет назад для коммерциализации научных идей, председатель правления ассоциации участников научной и инновационной деятельности «Сибакадеминновация», а с лета прошлого года вошел в совет при президенте по модернизации экономики и инновационному развитию России.

— Михаил Рудольфович, когда отслеживаешь динамику энерго- и ресурсопотребления в мире, видишь, что его рост, связанный прежде всего с подъемом экономики стран третьего мира, все больше вступает в противоречие с желанием людей сохранить мир в относительно чистом виде и с нарастающей угрозой ресурсного дефицита.

— Что ж, так и есть. Взять ту же пресловутую проблему углекислого газа техногенной природы. Споры об этом ведь идут в основном о деталях. Как скоро мы ощутим на себе и окружающем нас мире его влияние? Потеплеет ли климат, к чему это приведет, как быстро погибнут колонии коралловых полипов, каковы будут последствия запуска цепной реакции изменений в биосфере океана? Но факты есть факты: за последние полвека техногенные выбросы углекислого газа в атмосферу выросли более чем в три раза, а его концентрация в атмосфере увеличилась на 20 процентов и продолжает расти, уже побив все рекорды за сотни тысяч лет. Варианты исхода такого роста описаны в многочисленных научных работах и, похоже, действительно не сулят нам ничего хорошего уже в ближайшие десятилетия, то есть еще при нашей жизни.

— При этом энергопотребление, а значит, и эмиссионные выбросы будут только расти.

— В потреблении прибавят почти все, но основная доля роста придется, конечно, на развивающиеся страны. Потребление электроэнергии, скажем, статистика владения автомобилем одним индийцем, на порядки отличается от этих же показателей, характерных для среднего американца. Стремление тех же азиатов жить не хуже «золотого миллиарда» понятно. Проблема еще и в том, что число человеческих душ только умножается: в начале двадцатого века нас было два миллиарда, полтора года назад стало семь, а к 2050 году предсказывают, что нас будет девять миллиардов. Увеличение численности населения Земли на 30 процентов с учетом роста подушевого потребления может дать двукратный скачок потребления энергии к середине века. Останавливать же рост населения и убеждать развивающиеся страны добровольно прекратить свое развитие, то есть пытаться стабилизировать энергопотребление и выбросы углекислого газа, сосредоточив работу только на этих запретительных направлениях, — бессмысленно.

— Энергоэффективные технологии, энергосберегающие мероприятия не смогут компенсировать рост потребления электроэнергии?

— А это смотря какие технологии. Если говорить об основных точках роста спроса на электрическую энергию, энергоэффективные решения в целом, играя, конечно, положительную роль, окажут незначительное влияние на преобладающий тренд. Но почему мы говорим только об электропотреблении? С точки зрения сжигания углеводородов на электро- и тепловую энергетику приходится около 40 процентов первичных ресурсов (и такая же доля, упрощенно, эмиссии СО2). Остальные же 60 процентов примерно поровну делят между собой транспорт и производство материалов. Сейчас в мире производится 4,5 миллиарда тонн материалов в год. То есть значительная доля получаемой в мире энергии расходуется на добычу и первичную переработку материалов, причем легкодоступные месторождения большинства рудных ископаемых исчерпываются, а добыча и переработка минерального сырья становится все сложнее и требует все больше человеческих ресурсов и энергии. Мало того, к 2050 году при существующей технологической парадигме материалов потребуется вдвое больше. Это означает, что люди просто обречены вводить новые генерирующие мощности, сжигающие углеводороды, увеличивать объемы добычи и переработки этих самых углеводородов, а также различного сырья для производства необходимых материалов, наращивать мировую транспортную систему.

— Подозреваю, вы склоняете меня к мысли, что в целях самосохранения нам неплохо было бы поменять «существующую парадигму» и что сами вы занимаетесь каким-нибудь проектом в этом направлении.

— В этом направлении я работаю последние три года и убежден, что в сфере производства материалов таятся огромные резервы для энерго- и ресурсосбережения. Вот примеры. Расход топлива автомобилей почти линейно связан с их весом, при этом полезный груз обычно в разы меньше собственного веса машины. Похожая ситуация со строительными конструкциями: так, вес мостов в пять раз превышает полезную нагрузку, а вес высотных зданий — в десять раз. Представим себе, что разработаны такие материалы, которые намного прочнее традиционных. Тогда вес самих автомобилей уменьшится, и почти пропорционально снижению веса снизится расход топлива, высотные здания и мосты станут существенно легче и потребуют для своего возведения значительно меньше материалов, а значит, инфраструктурных и логистических затрат, включая расход того же топлива на их доставку, что только умножит синергетический эффект. Важно, что при увеличении прочности материала сокращение веса конструкций будет носить нелинейный характер. Представьте, что мост изготовлен из металла, который в полтора раза прочнее исходного. Нагрузка пролетов на опоры в этом случае уменьшится в полтора раза, но поскольку и материал опор становится в полтора раза прочнее, необходимый его объем уменьшается уже более чем в два раза. Очевидно, что сокращение расхода топливных, энергетических и других ресурсов будет происходить на каждой из стадий производства и использования материалов — от добычи сырья до монтажных работ.

— А разве не пришлось бы для воплощения такого футуристического замысла проводить многомиллиардные R&D в поисках упрочняющих добавок, причем по каждой группе основных материалов? Одним проектом тут явно не обойтись.

— Существует универсальная добавка, или, по-другому, аддитив, которая меняет и расширяет функциональные свойства основных конструкционных материалов, то есть металлов, пластиков и бетонов — того, из чего состоит практически все, что нас повсеместно окружает. Этот аддитив — CNT (Carbon Nano Tubes), углеродные нанотрубки.

— Кажется, их открыли около двадцати лет назад, а уже больше десяти лет назад «Эксперт» писал, что в материаловедении произошла революция, связанная с разработкой методики поточного производства углеродных нанотрубок («В космос — по трубам», № 19 за 2001 год), результатов которой больше ждали в микроэлектронике. Правильно ли я понимаю, что сейчас CNT входят в сферу ваших научных интересов, причем в связи с решением материаловедческих проблем?

— И не только научных, но давайте по порядку о том, как мы пришли к своему наноуглеродному проекту. В действительности открытие уникальных свойств CNT подсказало разработчикам в разных областях путь для создания широкого спектра новых материалов. Так, электро- и теплопроводность CNT в несколько раз выше, чем у меди. Именно на эти свойства трубок с учетом наличия их полупроводниковых модификаций обратили внимание в электронике. Нанотрубки обладают высокой химической стойкостью и стойкостью к температурам более 1000 градусов. Другое важнейшее свойство углеродных нанотрубок — их экстремально высокая прочность, превышающая, к примеру, прочность стали в сто раз. Это, по сути дела, единственный материал, годный для создания троса для космического лифта. Такой лифт пока, конечно, весьма отдаленная перспектива, но эту сверхпрочность в сочетании с протяженной нитеподобной структурой уже сейчас используют в качестве армирующей добавки в широком спектре материалов, где они выполняют роль, сходную с той, что играет стальная арматура в бетоне. Добавка одного процента CNT в алюминий позволяет получать материал со свойствами, близкими к стали. Некоторые детали в автомобилях уже делают из такого материала. Мы вводим CNT в сотых долях процента от общего объема материала в различные пластики, и это не только обеспечивает их электропроводность, но и улучшает механические свойства, которые приближаются к свойствам металлов. Уже сейчас на рынке продаются спортивные товары из таких композитов: велосипеды, горнолыжный инвентарь, клюшки, яхты — то есть те товары, где сочетание прочности и веса имеет принципиальное значение. Опыты с добавками долей процента углеродных нанотрубок в бетон показывают, что они увеличивают его прочность в полтора раза, а пенобетона — вдвое. Благодаря такому разнообразию уникальных свойств нанотрубок ученые и инженеры уже предложили тысячи самых различных вариантов приложений этого материала в электронике, биотехнологии, материаловедении и других областях. Мы насчитали 16 тысяч патентов на применение CNT, зарегистрированных всего за последние несколько лет, причем количество патентов стремительно нарастает. Это говорит о высокой готовности производителей материалов использовать CNT.

— Но само использование CNT кроме каких-то специфических и эксклюзивных областей вроде экстремального спорта ведь не носит пока массового характера? Раз углеродные трубки так хороши и все готовы их использовать, что препятствует их промышленному внедрению?

— Дороговизна и отсутствие промышленных масштабов производства качественных CNT. Как раз эти проблемы мы решаем в своем проекте. Дело в том, что за термином «углеродные нанотрубки» стоит множество их разновидностей, которые отличаются микроструктурными и, соответственно, физико-химическими свойствами. Самые совершенные нанотрубки — одностенные, их стенки имеют толщину в один атом. В зависимости от качества их можно купить на рынке по цене от тысячи долларов до сотен тысяч долларов за килограмм. Как раз они и демонстрируют рекордную прочность и электропроводность. Эти же показатели примерно близки к характеристикам многостенных CNT того же диаметра, но получается, что их удельные характеристики в расчете на единицу массы хуже, чем у более легких одностенных, на порядок. Теперь о том, как трубки получают. В одной из первых технологий получения CNT углерод возгоняется в газовую фазу большими удельными потоками энергии с помощью электродугового разряда или лазерной абляции (испарение вещества лазерным импульсом в виде атомов или молекул. — «Эксперт»), затем при определенных условиях атомы углерода конденсируются, формируя одностенные нанотрубки хорошего качества. Но энергозатратность всего процесса определяет и их крайне высокую стоимость. Существенно дешевле выращивать углеродные нанотрубки, используя метод каталитического осаждения из газовой фазы. Сначала создается наночастица катализатора, например железа, и если такую частицу поместить в газовую среду, содержащую углеводород с температурой около тысячи градусов, то углеводород будет каталитически разлагаться на поверхности наночастицы с выделением атомов углерода. Наибольшая производительность была достигнута с применением так называемых методов взвешенного слоя. При их использовании наночастицы катализатора создают на поверхности подложки керамического инертного материала размером порядка десяти микрометров, то есть на порядки больше размеров наночастиц катализатора, чтобы ее не унесло газовым потоком. Этот метод позволяет выращивать сегодня самые дешевые многостенные CNT, цена которых приближается к ста долларам за килограмм, а теоретический предел составляет 50 долларов.

— С учетом достаточности использования небольших долей аддитива от общего объема армируемого им материала это не кажется чрезмерной ценой.

— Так же полагали в крупных химических концернах, таких как Bayer, Arkema, Showa Denko. Они, возбужденные перспективами применения CNT, построили промышленные реакторы на базе такого подхода. Сейчас именно такие реакторы обеспечивают большую часть мирового производства нанотрубок, а это сотни тонн в год. Казалось бы, их цена приемлема для ряда применений. Но материаловеды столкнулись с серьезной проблемой практического применения многостенных нанотрубок, полученных таким методом. Дело в том, что материал, выращенный на керамической подложке, представляет собой агломераты из тугопереплетенных CNT размером около миллиметра. Такие клубки распутывать очень сложно и дорого. Промышленных методов для качественной дизагломерации, или, другими словами, распутывания таких клубков, пока не создано. Использование же такого порошка без этого не приносит нужного эффекта. И это основная проблема, ограничивающая в настоящее время рост рынка CNT. Как результат, химические концерны остановили планируемое расширение производства CNT и уже начинают считать такой подход тупиковым. Анализ ситуации на этом рынке привел нас к тем задачам, которые нужно решить, и, я уверен, их решит наш проект: найти коммерчески приемлемый метод получения CNT, причем не агломерированных, а раздельных углеродных нанотрубок, и, конечно, по приемлемой цене. Стоимость экономически будет оправданна в том случае, если затраты на улучшение свойства материала за счет нашего аддитива не будут превышать цену сэкономленного материала, то есть, если мы будем добавлять нанотрубки в алюминий, их разумная цена — сотни долларов за килограмм. Стоимость же трубок, добавляемых в стройматериалы, должна быть на два порядка ниже.

— Михаил Рудольфович, а как начинался сам проект, о реализуемости которого вы говорите с такой уверенностью?

— За годы своей профессиональной деятельности мне приходилось заниматься исследованиями в самых разных направлениях физики. В частности, моя научная деятельность началась тридцать лет назад с исследования свойств наночастиц в молекулярных пучках. Поэтому все, что происходило в области получения и исследования наночастиц, я по возможности отслеживал. Когда начался бум исследований в области углеродных нанотрубок, я и мои коллеги были в курсе основных достижений в этой области. Но, как ни странно это звучит, одна из главных причин того, что мы не начали сразу работать с CNT, состояла в том, что долгое время нам было непонятно, как их можно использовать. Мое отношение к теме резко изменилось осенью 2009 года, когда я побывал на выставке «Роснанотех». Я увидел реальные примеры использования углеродных нанотрубок для получения новых материалов с уникальными свойствами. И там же мне стало ясно, что если удастся существенно уменьшить стоимость нанотрубок, то они будут иметь реальную коммерческую ценность. У меня возникла идея использовать для получения «дешевых» нанотрубок одну из наших разработок, а именно плазмохимический реактор с жидкими электродами.

072_expert_11.jpg Фото: Валерий Кламм / Grinberg Agency
Фото: Валерий Кламм / Grinberg Agency
— Этот проект получил в свое время премию в 50 тысяч долларов от Фонда Бортника, победив в экспертовском Конкурсе русских инноваций.

— Да, и эти деньги помогли нам завершить создание промышленного образца реактора. Правда, тогда мы предназначали его для уничтожения токсичных отходов. Основное преимущество нашего плазмохимического реактора в том, что в нем в качестве электродов дугового разряда вместо традиционных жаростойких твердых материалов мы используем расплав металла. Это позволило решить основную проблему всех других дуговых плазмотронов — проблему ресурса электродов, которая ограничивает время непрерывной работы и мощности дугового разряда. Чтобы уменьшить эту проблему в традиционных дуговых плазмотронах, для защиты электродов обычно применяют инертные газы, в нашем же поверхность жидких электродов эрозии не подвергается. Поэтому в нем сняты ограничения на состав газовой атмосферы, в которой горит дуговой разряд, а значит, такая машина позволяет существенно расширить возможности плазмохимических технологий. Пригодилась она и для технологии получения CNT. Основное наше преимущество в том, что мы можем выращивать одностенные и двустенные CNT. За счет того, что их удельная проводимость и прочность во много раз выше, чем у многостенных, их можно вводить в матричные материалы в десять-сто раз меньше, чем многостенных нанотрубок. Например, чтобы получить проводящий пластик, нужно ввести всего сотые доли процента наших трубок, а для достижения того же эффекта с помощью существующих технологий с добавлением углеродной сажи ее нужно добавить десятки процентов. Этим и объясняется черный цвет существующих проводящих пластиков. Добавки сотых долей процента наших углеродных нанотрубок позволяют даже сохранить цвет пластика или обеспечить его прозрачность, что открывает новые технологические возможности. Например, можно изготавливать пластиковые прозрачные экраны для сенсорных устройств типа смартфонов или планшетов.

— Очевидно, что ваш проект живет не только идейно. За счет каких ресурсов удалось дать ему жизнь?

— Принципиально важным событием для этих работ было знакомство с бизнесменом Юрием Коропачинским. Юрий занимался поиском перспективных стартапов, а я искал инвесторов. Он сразу оценил масштаб и коммерческие перспективы этого направления, и мы начали обсуждать, как вместе продолжить работу по созданию и коммерциализации технологии синтеза углеродных нанотрубок. Это и был момент старта проекта. Он убедил еще двух своих партнеров по бизнесу, Юрия Зельвенского и Олега Кириллова, войти в проект и начать его финансирование. Так появилась проектная компания OCSiAl («Оксиал»). Принципиально важно, что уже с момента старта сформировалась команда, обладающая полным набором компетенций как в научно-технической области, так и в области бизнеса.

— Запомнились слова Анатолия Чубайса в одном из выступлений, связанных с проблемой CO2, что есть технологическое направление с выходом годового производства в миллионы тонн, которое потребует не только megascience, но и мегабизнеса. Это, часом, не о вашем CNT-проекте?

— Корпорация «Роснано» вошла в наш проект летом прошлого года, купив долю в OCSiAl и проинвестировав создание промышленного прототипа технологии синтеза CNT. Это было для нас, безусловно, важным событием. И это не только и не столько деньги. Организационный ресурс корпорации, влияние ее руководителя просто выводят проект на другой уровень развития. Важно для нас и то, что со стороны «Роснано» была проделана колоссальная детальнейшая комплексная научно-техническая и бизнес-экспертиза, результаты которой укрепили нашу уверенность в правильности выбранного направления.

— Если не секрет, во сколько оценивается ваш проект?

— Его стоимость составляет сейчас десятки миллионов долларов. Уже в этом году мы запустим опытно-промышленный комплекс, который начнет производить тонны продукта в год. Следующая цель — создание заводов производительностью в сотни тонн углеродных нанотрубок в год. Для инвестирования в очередной этап уже подтягиваются стратегические инвесторы, с которыми мы ведем предметный разговор. Я бы хотел отметить, что мы считали саму разработку технологии синтеза углеродных наноматериалов главным направлением только в момент запуска самого проекта. По мере погружения в проект мы поняли, что для успешного продвижения одного производства наноматериалов не достаточно. Дело в том, что из-за отсутствия рынка таких материалов у потенциальных потребителей — промышленных компаний — нет ни знаний, ни опыта, ни технологий аддитирования углеродных нанотрубок в материалы. Стало понятно, что необходимо подготавливать рынок к суперпродукту, продемонстрировать на конкретных продуктах эффект от введения CNT и научить потребителей их использовать. Поэтому мы выбрали ряд наиболее перспективных, с нашей точки зрения, применений CNT и начали создавать соответствующие продукты с ориентацией на перспективные рынки: это материалы электродов для аккумуляторов и суперконденсаторов, пластики, резины и алюминий. Мы получили ряд впечатляющих результатов. Это не простое бахвальство: недавно я был в Германии, и автомобилестроителей очень заинтересовали наши наработки для аккумуляторов и суперконденсаторов, а также композитные пластиковые детали кузова. То, что мы делаем, оказалось созвучно стратегической линии развития автомобилестроения.

— Очень интересный опыт: из академической школы Сибирского отделения РАН, школы того же Института теплофизики вырастает глобальный, по сути, проект...

— Безусловно, принципиальное значение для успешного его продвижения имеет то обстоятельство, что мы находимся именно здесь, в новосибирском Академгородке, где сконцентрированы институты, представляющие практически все научные направления. Это исключительное место для проведения комплексных исследований, для этого он и был создан когда-то. В шаговой доступности здесь можно найти любого специалиста или высококлассное научное оборудование. Мы используем эту возможность сейчас, так как наш проект создает, по сути, платформенную технологию, очень сложную, комплексную, и требует самых разных компетенций. Необходимо понимание сложных процессов роста наноструктур, процессов их введения в различные материалы и устройства; надо уметь исследовать самые разные свойства полученных материалов. Во многом благодаря возможностям Академгородка за три года работы проект набрал обороты. Первые нанотрубки мы вырастили довольно быстро, но за этим последовала серьезная, кропотливая работа по изучению механизмов роста CNT и оптимизации технологического процесса. Получили мы и ряд принципиальных научно-технических и технологических достижений в области синтеза углеродных наноструктур, вплотную приблизились к созданию реальных прототипов конечных суперпродуктов. В первую очередь это новые композитные материалы и материалы для электрохимических устройств хранения энергии. Возвращаясь к началу нашего разговора, отмечу: мы быстро поняли, что помимо коммерческих перспектив замахиваемся еще и на решение глобальной проблемы техногенной эмиссии СО2. Это связано как с последующим уменьшением на десятки процентов энерго- и ресурсопотребления при производстве материалов, так и частично с тем, что наша технология предполагает не столько потребление энергии, сколько ее воспроизводство.

— Михаил Рудольфович, заинтриговали, честно говоря. Что вы имеете в виду под воспроизводством энергии?

— Если выращивать CNT в метане (CH4), то в результате его разложения в реакторе кроме углерода мы получаем в качестве побочного продукта экологически чистый энергоноситель — водород. Так вот, если этот водород сжечь, выделится энергия, вчетверо превышающая ту, что необходима для поддержания технологических процессов синтеза наноуглеродных трубок. Конечно, в реальном процессе часть энергии будет потеряна, но в отличие от процесса выпуска большинства материалов производство CNT можно организовать без внешнего энергопотребления и без эмиссии СО2, так как при сжигании водорода образуется вода. Мы считаем, что после создания эффективной технологии бизнес сам начнет создавать не только заводы по производству углеродных нанотрубок, но и объекты водородной энергетики. При этом важно, что водородная энергетика возникает не благодаря навязыванию социальными институтами и государством, а как естественное, экономически оправданное следствие новых производств.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Углеродные нанотрубки
СообщениеДобавлено: 13-09, 15:20 
Не в сети
Модератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 25-01, 05:23
Сообщения: 6907
Откуда: г. Новосибирск
http://expert.ru/expert/2001/19/19ex-nauka_41986/
В космос - по трубам
Глеб Переходцев 21 май 2001
В материаловедении новая революция - производство нанотрубок удалось поставить на поток

Многолетняя гонка вычислительных вооружений, наиболее видимым (или, точнее, уже практически невидимым человеческому глазу) проявлением которой стало постоянное уменьшение размеров элементарных носителей информации - кремниевых микрочипов, медленно, но верно приближается к естественному природному порогу, за которым дальнейшее применение нынешних микроэлектронных технологий неизбежно приведет к резкому ухудшению качества работы изготавливаемых устройств. Даже самые оптимистически настроенные адепты современной микроэлектронной миниатюризации соглашаются с тем, что граница эффективного функционирования полупроводниковых транзисторов находится в районе 100 нм (нанометров, одной миллиардной метра, или 0,1 микрона). Ниже этого уровня возникнут трудноразрешимые проблемы как чисто технологического, так и физического свойства. Важнейшая из них - проявление нежелательных квантовых эффектов. Более того, даже если оставить в стороне "квантовые барьеры", серьезные сомнения у специалистов вызывает и будущая экономическая эффективность традиционных технологий, например повсеместно применяемая сегодня оптическая литография, по-видимому, станет слишком дорогостоящим занятием на субстонанометровом уровне.

Исходя из этих соображений ученые и технологи развили кипучую деятельность по разработке нового, замещающего нынешнюю микроэлектронику класса устройств, основанных на полезном использовании "враждебных" кремниевым микрочипам эффектов квантовой механики, доминирующих в нанометрических масштабах (предположительный диапазон максимального кпд этих "наноустройств" - от 12 до 25 нм). К настоящему времени получено уже немало опытных нанотехнологических образцов, но основная проблема на данном этапе научных разработок заключается в отсутствии эффективных методик массового производства устройств таких размеров, что существенно ограничивает возможности их практического применения.

В конце апреля мировые новостные агентства сообщили о серьезном прорыве в этом направлении: ученым из лаборатории IBM удалось найти весьма оригинальный способ поточного изготовления массивов полупроводниковых углеродных нанотрубок. Если авторам удастся превратить эту методику из лабораторной в поточную, то производство микросхем принципиально нового, "нанометрического класса" в промышленных масштабах, еще совсем недавно представлявшееся весьма туманным, обретает вполне осязаемые очертания.

Углеродная революция
Еще совсем недавно школьные курсы химии утверждали, что твердый углерод может существовать лишь в двух формах - в виде графита и в виде алмаза. Но экспериментальные исследования последних лет поколебали эту аксиому. В 1985 году была открыта ранее неизвестная форма углерода - фуллерены. Молекула фуллерена представляет собой замкнутую сферу, составленную из правильных пятиугольников и шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Число этих атомов может быть различным, но наиболее распространены фуллерены С60 и С70. За открытие фуллеренов американские ученые Роберт Керл, Гарольд Крото и Ричард Смолли в 1996 году получили Нобелевскую премию по химии.

В 1991 году сотрудник корпорации NEC Сумио Идзима выяснил, что атомы углерода могут образовывать не только сферические, но и полые цилиндрические структуры - до сотен микрометров длиной и диаметром около нанометра. Свежеиспеченные (в буквальном смысле этого слова - эксперименты проводились при температуре порядка 4000 градусов) макромолекулы получили название углеродных нанотрубок. Были получены нанотрубки разной геометрии - как однослойные, так и многослойные, напоминающие свиток. В последнее время все чаще применяют синтез нанотрубок путем испарения графита в электрической дуге или лазерном пучке, а также путем разложения углеводородов (пиролиза).

О фуллеренах в околонаучных кругах наслышаны многие, про нанотрубки известно существенно меньше. А ведь если смотреть на перспективы промышленного использования этих структур, ситуация должна быть скорее обратной: так, на различные применения фуллеренов к настоящему времени в США выдано уже порядка 200 патентов, но о серьезной реализации хотя бы одного из них, не говоря уже о новых направлениях в материаловедении, пока ничего не слышно. Ситуация же с нанотрубками принципиально иная. Еще в 1992-1993 годах определились основные потенциальные области их применения и началось создание первых модельных образцов. Сейчас специалисты уже говорят о грядущей революции в материаловедении и электронике. По образному выражению академика РАН Анатолия Бучаченко, нанотрубки позволили "перейти от красивых разговоров к впечатляющим делам".

Проект Кларка-Циолковского
Подобный оптимизм обусловлен уникальными физико-химическими свойствами нанотрубок. Прежде всего обращают на себя внимание их механические характеристики. Нанотрубки в 50-100 раз прочнее стали, так что состоящая из них нить диаметром 1 мм может выдержать груз в 20 тонн. Нанотрубки гибкие и легкие (алюминиевое изделие того же объема в 2 раза тяжелее). Подобные свойства нанотрубок могут быть востребованы, к примеру, в проекте так называемого космического лифта. Идея проекта довольно забавна: предлагается с помощью тросов длиной 35 тыс. км попросту привязать к Земле небольшой астероид, находящийся на геостационарной орбите. По тросам же будут передвигаться платформы, перевозящие пассажиров и грузы. Любители научной фантастики наверняка вспомнят роман Артура Кларка двадцатилетней давности, где уже описывалось нечто подобное (впрочем, Россия имеет здесь приоритет: впервые эта идея встречается в трудах Циолковского). Несмотря на свою фантастичность, этот проект активно разрабатывается в недрах NASA: уж слишком привлекательной оказывается стоимость подобного способа вывода грузов на орбиту, - всего-то полтора доллара за килограмм. И сверхпрочные углеродные нанотрубки тут как нельзя кстати: это наилучшая, если не единственно возможная основа для тросов - сердца космического лифта. Впрочем, потенциальная сфера применения сверхпрочных материалов из нанотрубок, безусловно, шире: здесь и пуленепробиваемые жилеты, и различный спортинвентарь, и детали автомобилей (список легко можно продолжить). Так, по словам профессора Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева Эдуарда Ракова, особенно многообещающим представляется создание композитных материалов с матрицами из пластмасс или металлов и с наполнителями из нанотрубок.

Целый класс возможных применений нанотрубок связан с заполнением их внутренних полостей теми или иными веществами. Так, было продемонстрировано использование нанотрубок в качестве хранилища для газообразного водорода. Промышленная реализация этой разработки поможет созданию высокоэффективного экологически безопасного автомобиля на водородном топливе. Обсуждается вопрос о применении нанотрубок для изоляции и хранения радиоактивных отходов. Известен целый ряд исследований по применению нанотрубок в качестве пористого материала в фильтрах, в аппаратах химической технологии и т. п.

Перспективным представляется и использование такого свойства нанотрубок, как способность эмитировать (излучать) электроны при прикладывании электрического напряжения. Это позволит создавать абсолютно плоские тонкие телевизоры и мониторы с большим сроком эксплуатации и пониженным энергопотреблением. Первые подобные устройства уже созданы, в частности, инженерами корпорации Samsung. И, по мнению ведущего научного сотрудника Курчатовского института профессора Александра Елецкого, именно эта сфера применения нанотрубок является на текущий момент наиболее реальной.

Пока мировой объем производства нанотрубок исчисляется всего несколькими килограммами в год, а отсюда - очень высокие продажные цены (около ста долларов за грамм). Нанотрубки необходимо извлекать из образующегося в результате синтеза углеродного осадка, что сильно удорожает производство.

"Денежный фактор" делает применение нанотрубок более привлекательным в молекулярной микроэлектронике.

Полезные дефекты
Электронные свойства нанотрубок без преувеличения уникальны, поскольку перенос зарядов в них имеет квантовую природу. В зависимости от структуры нанотрубки могут обладать характеристиками как проводника, так и полупроводника.

Как известно, проводимость обычного провода обратно пропорциональна его длине и прямо пропорциональна поперечному сечению. Проводимость же нанотрубки не зависит ни от ее длины, ни от ее толщины и равна так называемому кванту проводимости - предельному значению проводимости, отвечающему свободному переносу электронов по всей длине проводника. При этом наблюдаемое при обычной температуре значение плотности тока в проводящей нанотрубке на два порядка превосходит достигнутую сейчас плотность тока в сверхпроводниках.

Даже незначительное изменение геометрии проводящей нанотрубки превращает ее в полупроводник. В этом случае, как и в кремнии, чтобы электрон начал двигаться по нанотрубке, ему необходимо сообщить дополнительную энергию, например, облучить светом. Только тогда он сможет перейти из валентной энергетической зоны в зону проводимости, перепрыгнув запрещенную зону между ними.

Интересной особенностью обладают нанотрубки с геометрическими дефектами, в которых несколько углеродных шестиугольников заменены пятиугольниками или семиугольниками. Идеальная цилиндрическая форма таких нанотрубок нарушается - появляется изгиб. Как показали эксперименты, ток через подобную систему может течь только в одном направлении. Иначе говоря, из нанотрубок был получен выпрямляющий диод - один из основных элементов электронных схем.

На основе углеродных нанотрубок удалось сконструировать и другой важный электронный элемент - полевой транзистор. Созданное сотрудниками IBM Филипом Коллинзом и Фидоном Авурисом устройство представляет собой два металлических электрода, соединенных между собой нанотрубкой с полупроводящими свойствами. Током, текущим по нанотрубке, можно управлять, прикладывая то или иное напряжение к находящемуся поблизости третьему электроду. Важно отметить, что транзистор на основе нанотрубки можно "переключать" с частотой больше террагерца: это в тысячу раз быстрее частоты работы самых современных микропроцессоров на кремниевой основе.

Созидающее разрушение
Одна из главных загвоздок при изготовлении полнофункциональных элементов для электронных схем в том, что все применяющиеся сегодня методы синтеза дают на выходе беспорядочную смесь углеродных нанотрубок с разной проводимостью: получаются как проводники, так и полупроводники. Выделить из этой массы использующиеся для создания транзисторов трубки с полупроводниковой проводимостью можно лишь в результате кропотливой индивидуальной работы с каждой трубкой посредством сканирующего микроскопа.

Но, похоже, американским ученым (отличились все те же создатели полевого транзистора из IBM Филип Коллинз и Фидон Авурис) удалось найти весьма простой и оригинальный способ отделить агнцев от козлищ. Авторы назвали свой метод "конструктивной деструкцией" (constructive destruction). Суть его в следующем. Заготовку - массив из проводящих и полупроводящих нанотрубок - размещают на кремниевой пластине и методом литографии наносят на пластину электроды. Затем на электроды подается высокое напряжение, из-за чего проводящие трубки разрушаются - попросту перегорают, как обычные предохранители. В результате такой процедуры "в живых" остаются только полупроводящие трубки, что, собственно, и требуется для дальнейшего создания столь желанных транзисторов нового поколения. Как глубокомысленно заметил по этому поводу один из первооткрывателей фуллеренов Ричард Смолли, "сделанное сотрудниками IBM открытие может быть чрезвычайно важным в наноэлектронных приборах - если, конечно, мы когда-нибудь до этого дойдем".

Исследования углеродных нанотрубок ведутся и в России. Этим занимается около десятка научных коллективов в Москве, Черноголовке и Новосибирске. Правда, "прорывов мирового масштаба", по словам профессора Ракова, отечественным ученым совершить пока не удалось, - прежде всего из-за отставания в технологической оснащенности экспериментов. Поэтому перспективы использования нанотрубок в микрочипах, по его сведениям, в России не изучает никто.

Из наиболее любопытных направлений можно отметить исследования сотрудниками физфака МГУ возможностей применения нанотрубок в мониторах и телевизорах: им еще два года назад удалось собрать миниатюрный (размером 2,5х2,5 мм) дисплей на нанотрубках. А некоторым коллективам, например группе профессора Елецкого, иногда удается и продавать синтезированные нанотрубки. Но пока это штучное производство, и до американского "поточного" прорыва еще далеко.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Углеродные нанотрубки
СообщениеДобавлено: 04-07, 21:43 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 05-03, 21:53
Сообщения: 84
Всем доброго времени суток ребята хочу купить нано ботокс от производителя тут http://nanobotoks.ru/ подскажите стоит ли у них покупать?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 3 ] 

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения

Найти:
Перейти:  
РейСРёРЅРі@Mail.ru
Создать форум

| |

Powered by Forumenko © 2006–2014
Русская поддержка phpBB