In-nanotubi tal-karbonju huma fost l-eħfef materjali magħrufa, b'densità ta' 1.3-2.1 g/cm³ biss, ferm inqas minn dik tal-azzar (7.9 g/cm³) u tal-aluminju (2.7 g/cm³). Dan ifisser li għall-istess volum, il-piż tan-nanotubi tal-karbonju huwa biss 1/6 dak tal-azzar u 1/2 dak tal-aluminju. Saħansitra aktar tal-għaġeb, għalkemm in-nanotubi tal-karbonju huma eħfef mill-aluminju, is-saħħa tat-tensjoni tagħhom hija 100 darba dik tal-azzar - taħlita ta '"dawl iżda b'saħħtu" li hija estremament rari fin-natura. Il-komposti tan-nanotubi tal-karbonju diġà kisbu tnaqqis fil-piż ta '40% u titjib ta' 20-25% fl-effiċjenza tal-fjuwil fl-industriji tal-avjazzjoni u tal-karozzi. Shandong Tanfeng New Material qed jippromwovi l-industrijalizzazzjoni ta 'dan is-super-materjal "dawl bħala rix, b'saħħtu daqs l-azzar".
1. Kemm huma ħfief in-nanotubi tal-karbonju? Sett Numri Jgħidlek
Konklużjoni:Id-densità tan-nanotubi tal-karbonju hija bejn wieħed u ieħor 1.3-2.1 g/cm³, li hija eħfef mill-aluminju u biss 1/6 dik tal-azzar.
L-ewwel, ejja nħarsu lejn id-data iebsa. Skont il-letteratura akkademika minn laboratorju taħt id-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti, id-densità tipika ta 'komposti tan-nanotubi tal-karbonju (CNT) hija 1.3 g/cm³. Id-dejta tal-prodott domestiku tikkonferma wkoll dan l-ordni ta' kobor - id-densità vera ta' xi prodotti kummerċjali hija bejn wieħed u ieħor 2 g/cm³, b'densità tal-vit ta' 0.18 g/cm³ biss. Fil-qosor, id-densità apparenti tat-trab tan-nanotubi tal-karbonju taqa 'bejn wieħed u ieħor fil-medda ta' 1.3-2.1 g/cm³.
Xi tfisser din il-“ħeffa”? Ejja nqabbluha ma' metalli ta'-prestazzjoni għolja li aħna familjari magħhom fil-ħajja ta' kuljum:
| Materjal | Densità (g/cm³) | Nanotubi tal-Karbonju vs Dan il-Materjal |
|---|---|---|
| Materjal tan-Nanotubu tal-Karbonju | 1.3-2.1 | --Linja bażi-- |
| Aluminju (Liga tal-Aluminju) | 2.7 | Is-CNTs huma bejn wieħed u ieħor 30% -50% eħfef |
| Titanju (Liga tat-titanju) | 4.5 | Is-CNTs huma bejn wieħed u ieħor 56% -71% eħfef |
| Azzar | 7.9 | Is-CNTs huma bejn wieħed u ieħor 70% -80% eħfef, jiġifieri, għall-istess volum, il-piż tas-CNTs huwa biss 1/6 sa 1/4 dak tal-azzar |
Biex tagħti eżempju intuwittiv: buttun ordinarju tar-rota tal-karozzi, jekk magħmul minn materjal kompost tan-nanotubi tal-karbonju, jista 'jara l-piż tiegħu jinżel minn aktar minn 20 jin (madwar 10 kg) għal 5-6 jin (madwar 2.5-3 kg). Tista 'faċilment tneħħiha b'id waħda.
2. Għaliex in-nanotubi tal-karbonju huma daqshekk ħfief? Il-Ghid Sigriet fil-"Figura nanoskala" tagħhom
Konklużjoni:Il-karatteristika ultra-dawl tan-nanotubi tal-karbonju joriġina mill-mikrostruttura unika tagħhom - l-atomi tal-karbonju huma rranġati f'mudell ta 'xehda eżagonali, li jiffurmaw ċirku biex jinħoloq "tubu nanoskala" vojt, bl-intern ikun kważi kompletament vojt.
Nanotubu tal-karbonju huwa essenzjalment "tubu," u tubu fin-nanoskala f'dak.
Il-mikrostruttura tagħha hija kif ġej: l-atomi tal-karbonju huma konnessi ma 'xulxin permezz ta' bonds kovalenti, li jiffurmaw folja tal-graffen taċ-ċirku ta 'sitt-membri stabbli, u mbagħad din il-folja tal-grafin hija "irrumblata" f'ċilindru. Dan iċ-ċilindru huwa vojt - m'hemm l-ebda atomi ġewwa, biss arja jew vakwu. L-irrumblar ta' saff wieħed joħloq nanotubu tal-karbonju-wieħed b'ħajt (SWCNT); l-irrumblar ta 'saffi multipli joħloq nanotubu tal-karbonju b'ħafna-ħitan (MWCNT), bi spazjar bejn is-saffi ta' madwar 0.34 nm.
Iċ-ċavetta biex jitkejjel il-piż ta' materjal: Densità=Massa / Volum
Il-metalli huma mimlija b'atomi, ippakkjati b'mod dens, għalhekk huma tqal. Il-qoxra ta 'nanotubu tal-karbonju hija magħmula minn atomi tal-karbonju (l-atomi tal-karbonju huma ħafna eħfef mill-atomi tal-ħadid jew tal-aluminju), l-intern huwa vojt, u l-qoxra hija estremament rqiqa - għalhekk, hemm ftit materjal li jinsab għal kull unità ta' volum, għalhekk huwa ħafif b'mod naturali.
Bl-użu ta 'analoġija tal-kċina:Spatula tal-metall hija solida u tqila; tiben vojta tax-xorb huwa ħafif għax għandu biss ħajt irqiq fuq il-wiċċ. Nanotubu tal-karbonju huwa l-verżjoni molekulari ta '"tiben vojta tax-xorb."
3. Il-Ħaġa Tassew tal-Għaġeb Mhijiex il-"Ħeffa," Imma l-Kombinazzjoni "Dawl Iżda Qawwija"
Konklużjoni:Is-saħħa speċifika tan-nanotubi tal-karbonju tilħaq sa 500 MPa·cm³/g, li taqbeż sew dik tal-metalli tradizzjonali bħall-azzar, l-aluminju u t-titanju, u tagħmilha waħda mill-ogħla fost materjali ta 'inġinerija magħrufa.
Kieku kien biss "ħfief," dak ma jkunx speċjali - tal-plastik tal-fowm huwa wkoll ħafif ħafna, iżda jfarrak faċilment. Dak li verament jagħmel in-nanotubi tal-karbonju tal-għaġeb huwa li, filwaqt li huma ħfief bħall-arja, huma wkoll b'saħħithom oerhört.
Kif analizzajna fid-dettall fl-artikolu preċedenti: is-saħħa tat-tensjoni tan-nanotubi tal-karbonju tista 'tilħaq 50-200 GPa, li hija 100 darba dik tal-azzar. Meta din id-dejta tiġi mmultiplikata bid-dimensjoni ta '"ħeffa," aħna tikseb metrika li tmexxi l-inġiniera crazy - saħħa speċifika (qawwa ÷ densità).
Agħti ħarsa lejn dan is-sett ta' dejta komparattiva:
| Materjal | Densità (g/cm³) | Qawwa tat-tensjoni (MPa) | Qawwa Speċifika (MPa·cm³/g) |
|---|---|---|---|
| Kompost tan-Nanotubu tal-Karbonju | 1.3 | ~650 | 500 |
| Aluminju (7075-T6) | 2.7 | 572 | 212 |
| Titanju (Ti-6Al-4V) | 4.5 | 950 | 211 |
| Azzar (A36) | 7.9 | 400 | 51 |
Aktar ma tkun għolja s-saħħa speċifika, akbar tkun il-kapaċità ta' ġarr ta' tagħbija-għal piż partikolari. Is-saħħa speċifika tan-nanotubi tal-karbonju (500) hija kważi 10 darbiet dik tal-azzar (51) - ħabel magħmul minn nanotubi tal-karbonju tal-istess piż jista 'jġarrab kważi 10 darbiet it-tagħbija ta' ħabel tal-wajer tal-azzar.
Din hija r-raġuni għaliex ix-xjentisti jipprevedu li jużaw nanotubi tal-karbonju biex jibnu lift spazjali - għaliex materjal biss li huwa "ħafif bħal rix, b'saħħtu daqs l-azzar" jista' possibbilment joħloq kejbil li jiġġebbed mid-Dinja għall-ispazju.
4. Ir-Rivoluzzjoni Industrijali Miġjuba minn "Ħeffa": 40% Tnaqqis fil-Piż, 25% Iffrankar tal-Fjuwil
Konklużjoni:Il-komposti tan-nanotubi tal-karbonju diġà kisbu effetti ta 'tnaqqis tal-piż sa 40% fl-industriji aerospazjali u tal-karozzi, li jissarrfu direttament f'titjib ta' 20-25% fl-effiċjenza tal-fjuwil.
"Ħeffa" mhix biss logħba tan-numri; qed ibiddel b'mod tanġibbli l-pajsaġġ industrijali.
Skont artiklu ta’ reviżjoni fil-ġurnal akkademiku internazzjonaliXjenza u Inġinerija tal-Materjali: R, komposti tan-nanotubi tal-karbonju wrew potenzjal kbir fl-industriji tal-avjazzjoni u tal-karozzi: il-piż tal-komponenti strutturali jista 'jitnaqqas sa 40%, filwaqt li jinżammu jew saħansitra jtejbu l-proprjetajiet mekkaniċi.
Ejja nħarsu lejn-eżempji ta' applikazzjoni fid-dinja reali:
| Każ ta' Applikazzjoni | Rwol ta' Carbon Nanotube Composite | Effett Attwali |
|---|---|---|
| Boeing 787 Dreamliner | Komponenti strutturali tal-fuselage | 20-25% titjib fl-effiċjenza tal-fjuwil |
| Vettura Elettrika BMW i3 | Pannelli tal-karrozzerija | 30% tnaqqis fil-piż |
| Mutur tan-Nanotubu tal-Karbonju KIST (Korea) | Koljaturi tal-istralċ tal-mutur | Tnaqqis ta' madwar 25% fil-piż tal-mutur |
Partikolarment ta’ min isemmi l-każ tal-Boeing 787. Dan "Dreamliner" jagħmel użu estensiv minn materjali komposti avvanzati (inklużi materjali rinfurzati tan-nanotubi tal-karbonju-), mhux biss jikseb tnaqqis sinifikanti fil-piż iżda wkoll jippermetti lil dan l-ajruplan kbir jiffranka aktar minn 20% fuq il-fjuwil meta mqabbel ma' mudelli simili. L-Istitut tax-Xjenza u t-Teknoloġija tal-Korea (KIST) saħansitra mar pass 'il quddiem u bena direttament mutur mingħajr l-ebda kolja tal-metall - li jissostitwixxi wajer tar-ram b'wajer tan-nanotubi tal-karbonju, li rriżulta f'piż tal-mutur wieħed biss-ħamsa ta' mutur tar-ram.
Għal ajruplan:L-iffrankar tal-fjuwil=itir aktar 'il bogħod + prezzijiet orħos tal-biljetti + emissjonijiet imnaqqsa tal-karbonju.
Għal vettura elettrika:Tnaqqis fil-piż=medda itwal + aċċelerazzjoni aktar mgħaġġla + batterija iżgħar.
Il-ħeffa hija deheb; ħeffa hija kompetittività.
5. Shandong Tanfeng Materjal Ġdid: Tidawwar "Ħeffa" fi Prodotti li jistgħu jinxtraw
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd qed tipproduċi b'massa-u tipproduċi l-karatteristiċi "ultra-ħfief" tan-nanotubi tal-karbonju, li sservi industriji tal-manifattura high-bħal aerospazjali u vetturi tal-enerġija ġodda.
It-tibdil tan-nanotubi tal-karbonju minn "materjal miraklu" fil-laboratorju f'materja prima industrijali li l-inġiniera jistgħu jordnaw jeħtieġ kumpaniji li verament jegħlbu t-teknoloġija tal-produzzjoni fuq skala kbira-.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd hija eżattament tali kumpanija.
X'tagħmel?
Il-kumpanija tiffoka fuq lR&D u l-produzzjoni ta' nanotubi tal-karbonju b'ħafna-ħitan (MWCNTs), nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed-(SWCNTs), nanotubi tal-karbonju funzjonalizzati, pejsts konduttivi, u prodotti-imxerrda minn qabel. Il-purità tal-prodott hija Akbar minn jew ugwali għal 97.5%, l-impuritajiet residwi tal-katalisti Fe, Co, u Ni huma Inqas minn jew ugwali għal 0.5 ppm, id-distribuzzjoni tad-dijametru tat-tubu hija dejqa, u l-konsistenza tal-lott-għa-CV hija<5%.
Il-kompetenzi ewlenin tiegħu:
| Dimensjoni Vantaġġ | Kontenut Speċifiku |
|---|---|
| Proċess Core | Produzzjoni tal--fażi tal-gass (CVD); dijametru tat-tubu kontrollabbli, lottijiet stabbli |
| Matriċi tal-Prodott | Kopertura sħiħa ta'-ħajt wieħed/ħitan multipli-; funzjonalizzazzjoni personalizzabbli (-COOH, -OH, eċċ.) |
| Direzzjonijiet għall-Applikazzjoni | Seba 'oqsma ewlenin inklużi vetturi tal-enerġija ġodda, aerospazjali, transitu ferrovjarju, enerġija mir-riħ, ħażna tal-enerġija tal-idroġenu |
| Kapaċità Unika | Katina kollha kontrollabbli b'mod indipendenti mill-katalizzatur sal-prodott finali |
| Riżultati Ppruvati | Jipprovdi pejst konduttiv lill-intrapriżi ewlenin tal-batteriji tal-enerġija domestiċi, li diġà kisbu tnaqqis ta' 30% fir-reżistività tal-folja tal-elettrodu |
Materjal Ġdid Tanfeng jipprovdi wkoll masterbatches ta' nanotubi tal-karbonju b'ħafna ħitan PA12 carrier lill-fornituri Ewropej tal-partijiet tal-karozzi, li jissodisfaw ir-rekwiżiti stretti anti-statiċi għal-linji tal-fjuwil. Meta kumpaniji bħal BMW u Boeing jeħtieġu materjali ħfief ta'-prestazzjoni għolja, in-nanotubi tal-karbonju qed jittrasformaw minn kunċett ta' laboratorju 'l bogħod għal prodotti tanġibbli fuq l-ixkafef ta' kumpaniji Ċiniżi bħal Tanfeng.
Sommarju: Xi tfisser il-"Ħeffa" tan-Nanotubi tal-Karbonju?
| Perspettiva | Konklużjoni ewlenija |
|---|---|
| Data | Densità 1.3-2.1 g/cm³, 1/6 biss dik tal-azzar, eħfef mill-aluminju |
| Prinċipju | Struttura ta' "tubu fuq skala nanoskala vojta", b'ħitan-rqaq u ġewwa vojta, ħfief b'mod naturali |
| Prestazzjoni | Qawwa speċifika ta '500 MPa·cm³/g, kważi 10 darbiet dik tal-azzar, ħafifa iżda qawwija |
| Industrija | Tikseb tnaqqis fil-piż ta '40% u iffrankar ta' fjuwil ta '25%; diġà vverifikat fuq il-Boeing 787 u l-BMW i3 |
| Realtà | Kumpaniji bħal Shandong Tanfeng New Material qed jipproduċuh bil-massa-għall-użu industrijali |
Il-"ħeffa" tan-nanotubi tal-karbonju qatt ma kienet sempliċi numru ta'-densità baxxa. Huwa dwar il-ġarr tal-akbar tagħbija bl-iżgħar massa, il-kisba tal-aktar prestazzjoni b'saħħitha bl-inqas materjal, u l-ħolqien tal-ogħla effiċjenza bl-eħfef komponenti.
Meta Shandong Tanfeng New Material kontinwament "jgħolli" dan it-trab iswed mill-fabbrika tiegħu - trab li huwa eħfef mill-arja (fl-istat tapped tiegħu) iżda aktar b'saħħtu mill-azzar - huwa sinjal li l-"era ħafifa" tad-dinja tal-materjali tkun verament waslet.