In-nanotubi tal-karbonju u d-djamanti għandhom ebusija komparabbli, iżda d-definizzjonijiet tagħhom ta '"iebes" huma differenti. F'termini ta 'ebusija scratch (ebusija Mohs), djamant huwa 10, l-ogħla fost minerali naturali. In-nanotubi tal-karbonju m'għandhom l-ebda valur ta 'ebusija ta' Mohs standard, iżda l-kapaċità tal-grif tagħhom hija komparabbli ma 'dik tad-djamant. F'termini ta 'ebusija Vickers (reżistenza għall-indentazzjoni), djamant huwa 7140 -15300 HV, filwaqt li n-nanotubi tal-karbonju huma bejn wieħed u ieħor 1000-2000 HV. Madankollu, ir-riċerka sintetizzat nanotubi tal-karbonju magħqudin b'mod kovalenti tridimensjonali b'ebusija Vickers ta '82.8 GPa. F'termini ta 'ebusija, in-nanotubi tal-karbonju huma 100 darba aktar b'saħħithom mill-azzar u jistgħu jiġu mġebbda. Djamanti, għalkemm iebsa, huma fraġli ħafna u jistgħu jitfarrku bil-martell.Konklużjoni:Fl-ebusija scratch, djamant ≈ nanotubu tal-karbonju; fl-ebusija tal-impatt, nanotubu tal-karbonju jaqbeż kompletament djamant.
1. L-ewwel, Ifhem "Ebusija": Tfisser Affarijiet Differenti
Konklużjoni:Fil-ħajja ta 'kuljum, il-kelma "iebes" fil-fatt għandha żewġ tifsiriet - ebusija tal-grif (reżistenza għall-ilbies) u reżistenza għall-impatt. Diamond jirbaħ biss l-ewwel, iżda jitlef it-tieni.
Qabel ma tqabbel in-nanotubi tal-karbonju u d-djamanti, huwa meħtieġ li jiġi ċċarat: xi tfisser fil-fatt "ebusija"?
Ħafna nies jemmnu bi żball li ebusija għolja tfisser "ma tistax tinkiser bil-martell." Dan huwa kunċett żbaljat.
Professjonalment, l-ebusija hija prinċipalment maqsuma f'żewġ tipi:
| Tip ta' ebusija | Metodu ta' Kejl | Interpretazzjoni Komuni | Materjal Rappreżentattiv |
|---|---|---|---|
| Ebusija Scratch (Ebusija Mohs) | Obrox minerali kontra xulxin biex tara liema tħalli marka | "Reżistenza għall-ilbies" | Djamant, grad 10 (l-ogħla) |
| Ebusija Vickers (Ebusija tal-Indentazzjoni) | Agħfas indenter tad-djamanti fil-wiċċ tal-materjal | "Reżistenza għad-deformazzjoni taħt pressjoni" | Diamond 7140-15300 HV |
| Toughness tal-impatt | Strajk tal-martell, test tal-waqgħa | "Reżistenza għall-impatt" | Diamond hija fraġli ħafna u tfarrak faċilment |
Djamant:Ebusija Mohs 10, l-ogħla fost il-minerali naturali. Madankollu, għandu "qsim ottaedriku" - meta l-forza tiġi applikata f'direzzjoni speċifika, anke ammont żgħir jista 'jikkawża li tinqasam. Tolqot djamant bil-martell se jfarrku fi trab. Dan mhux għax l-ebusija tagħha mhix biżżejjed, iżda minħabba li l-fraġilità tagħha hija għolja.
Nanotubi tal-karbonju:Magħmul minn atomi tal-karbonju konnessi minn bonds kovalenti C=C, wieħed mill-aktar bonds kimiċi stabbli fin-natura. L-ebusija Mohs tagħhom m'għandha l-ebda valur standard, iżda l-abbiltà tal-grif tagħhom hija "komparabbli" għal dik tad-djamant. Il-punt ewlieni huwa li n-nanotubi tal-karbonju wkoll "għandhom flessibilità tajba u jistgħu jiġu mġebbda."
Biex tuża analoġija:Id-djamant huwa bħal biċċa tal-ħġieġ - il-wiċċ huwa estremament iebes u reżistenti għall-ilbies-, iżda jfarrak meta jinżel mal-art. In-nanotubi tal-karbonju huma bħal wajer tal-azzar - jistgħu wkoll jobrox il-ħġieġ, iżda jistgħu wkoll jitgħawweġ, jiġġebbed, u ma jinkisirx.
2. Ħalli d-Dejta Titkellem: Nanotubi tal-Karbonju vs Djamanti - Liema Huwa Aktar B'Saħħit?
Konklużjoni:F'termini ta 'saħħa tat-tensjoni u saħħa speċifika (qawwa ÷ densità), in-nanotubi tal-karbonju huma "fibra super" li d-djamant ma jistax jaqbel. F'termini ta 'ebusija Vickers, in-nanotubi tal-karbonju naturali mhumiex iebsa daqs id-djamant, iżda varjetajiet sintetizzati artifiċjalment avviċinaw jew saħansitra qabżuh.
Ejja nħarsu direttament lejn il-paragun tad-dejta:
| Metrika tal-Prestazzjoni | Djamant | Nanotubu tal-Karbonju (CNT) |
|---|---|---|
| Ebusija ta' Mohs | 10 (l-ogħla fost il-minerali naturali) | "Komparabbli" mad-djamant |
| Ebusija Vickers (HV) | 7140-15300 Hv | Madwar 1000-2000 Hv (għal tubu wieħed) |
| Qawwa tat-tensjoni | ~ 2-3 GPa (aktar baxx b'difetti) | 50-200 GPa |
| Modulu Elastiku | ~ 1.0-1.2 TPa | 1-5 TPa |
| Densità | 3.5 g/ċm³ | 1.3-2.0 g/cm³ |
| Qawwa Speċifika (Qawwa/Densità) | ~ 0.6-0.9 GPa·cm³/g | 25-100 GPa·cm³/g (100 darba dak tal-azzar) |
| Flessibilità | Estremament fraġli, għandu pjani ta 'qsim | Jistgħu jiġu mġebbda u mgħawweġ |
| Reżistenza għall-Impatt | Jistgħu jitfarrku bil-martell | Toughness ultra-għoli, tista' tintuża fi vests kontra l-balal |
Bosta minn dawn il-punti tad-dejta ta’ min jiġu eżaminati mill-qrib:
1. Qawwa tat-tensjoni: Nanotubi tal-karbonju jirbħu kompletament
Is-saħħa tat-tensjoni tan-nanotubi tal-karbonju hija 50-200 GPa. Għalkemm id-djamant huwa iebes, mhuwiex tajjeb biex "jirreżisti t-tensjoni." Biex tuża analoġija: Diamond huwa bħal briks tal-ħġieġ - ma jistax jitgħaffeġ, iżda jinkiser faċilment meta jinġibed.
2. Modulu elastiku: Nanotubi tal-karbonju kemmxejn aħjar
Il-modulu elastiku jkejjel "l-abbiltà li jirreżisti d-deformazzjoni." Diamond hija bejn wieħed u ieħor 1.0-1.2 TPa. Il-valur teoretiku għan-nanotubi tal-karbonju jista 'jilħaq 5 TPa, b'valuri mkejla tipikament fil-medda ta' 1-1.8 TPa. F'termini ta '"ebusija," huma bejn wieħed u ieħor ekwivalenti, b'nanotubi tal-karbonju anke jkollhom tarf żgħir.
3. Qawwa Speċifika: In-nanotubi tal-karbonju jiddominaw kollox
Qawwa speċifika=saħħa ÷ densità, li tkejjel "kemm jista' jiflaħ forza ta' ġbid piż ta' unità." Is-saħħa speċifika tan-nanotubi tal-karbonju hija 100 darba dik tal-azzar, u tilħaq 25-100 GPa·cm³/g. Dan ifisser: jekk għamilt ħabel minn nanotubi tal-karbonju, ikun 100 darba aktar b'saħħtu minn ħabel tal-azzar tal-istess piż. Dan huwa wkoll għaliex ir-rumanz tal-fantaxjenza "The Three-Body Problem" uża "nano flying blades" biex jaqta 'vapuri ġganti, u għaliex ix-xjentisti jipprevedu li jużaw nanotubi tal-karbonju biex jibnu "lift spazjali".
4. Nanotubi tal-Karbonju Ultra-iebsin: avvanz xjentifiku ġdid
Studju tal-2022 iddisinja nanotubu tal-karbonju tri-dimensjonali magħqud b'mod kovalenti permezz ta' kalkoli teoretiċi. L-ebusija Vickers tagħha laħqet 82.8 GPa, komparabbli man-nitrur tal-boron kubiku. Studju ieħor fl-istess sena mbassar żewġ polimeri metastabbli tan-nanotubi tal-karbonju ultra-iebsa b'ebusija Vickers ta '40.4 GPa u 37.1 GPa, rispettivament.
Din id-dejta turi li n-nanotubi tal-karbonju mhux biss jistgħu jegħlbu d-djamanti f'termini ta 'ebusija, iżda x-xjenzati qed jippermettulhom ukoll li jaqbżu d-djamant fl-indikatur ta' "ebusija".
3. In-"Nano Flying Blade" hija reali? Kemm huma b'saħħithom in-nanotubi tal-karbonju?
Konklużjoni:Ix-"nano flying blade" minn "The Three-Body Problem" li taqta' bastimenti ġganti hija bbażata fuq nanotubi tal-karbonju. Fir-realtà, is-saħħa teoretika tan-nanotubi tal-karbonju hija tabilħaqq biżżejjed biex "taqta 'metall bħal tajn."
Fir-rumanz tal-fantaxjenza "The Three-Body Problem," "nano flying blade" wieħed biss-għaxra tal-ħxuna ta' xagħar uman jista' jqatta' vapur ġgant bħal tofu. Dan il-kunċett ma nħoloqx mill-arja - il-prototip tiegħu huwa n-nanotubu tal-karbonju.
X'jistgħu jiksbu n-nanotubi tal-karbonju fir-realtà?
100 darba aktar b'saħħtu mill-azzar:Mazz ta 'nanotubi tal-karbonju irqaq minn xagħar uman jista' teoretikament jerfa' karozza.
Aktar b'saħħitha minn kwalunkwe fibra:In-nanotubi tal-karbonju huma ferm superjuri għal kwalunkwe fibra magħrufa kemm fis-saħħa kif ukoll fit-toughness.
Il-lift spazjali mhuwiex ħolma:Ix-xjentisti jemmnu li n-nanotubi tal-karbonju huma l-aħjar materjal kandidat biex isir il-kejbil ta '"lift spazjali".
Naturalment, il-konġestjoni teknika attwali tinsab f'kif tirreplika l-prestazzjoni eċċezzjonali ta 'nanotubu tal-karbonju individwali f'materjal makroskopiku. Din hija l-problema diffiċli li x-xjenzati madwar id-dinja qed jaħdmu biex jegħlbu.
4. Kif Tanfeng New Material Jipproduċi Dan "Super Materjal"
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd qed tittrasforma l-proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti ta 'nanotubi tal-karbonju fi prodotti tal-massa -producibbli, u ġġib "super-materjal" barra mil-laboratorju.
It-teorija hija ħaġa waħda, iżda l-applikazzjoni tabilħaqq tas-"superpotenzi" tan-nanotubi tal-karbonju għal prodotti attwali teħtieġ kumpaniji li jħaddmu t-teknoloġija tal-produzzjoni fuq skala kbira-.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd hija eżattament tali kumpanija.
X'tagħmel?Il-kumpanija tiffoka fuq l-R&D u l-produzzjoni ta 'trab tan-nanotubi tal-karbonju, pejst konduttiv, u materjali tal-anodi tal-karbonju-silikon. Il-prodotti tagħha jkopru l-firxa sħiħa ta' nanotubi tal-karbonju b'-ħitan wieħed u nanotubi tal-karbonju b'ħafna-ħitan.
X'inhi l-kapaċità teknika tagħha?
Għandu aktar minn għaxar privattivi attivi relatati man-nanotubi tal-karbonju.
Tikkontrolla diversi proċessi ta 'preparazzjoni inkluż skariku bl-ark, ablazzjoni bil-lejżer, u depożizzjoni tal-fwar kimiku (CVD).
Purità tal-prodott Ikbar minn jew ugwali għal 98%; id-daqs tal-partiċelli tat-trab jista 'jilħaq 5-15 μm.
Produzzjoni ta 'kull xahar tilħaq 200 tunnellata, diġà fil-produzzjoni tal-massa.
Fejn tapplika l-proprjetajiet mekkaniċi tan-nanotubi tal-karbonju?Il-modulu teoretiku ta 'Young tal-prodotti tan-nanotubi tal-karbonju ta' Tanfeng jista 'jilħaq 5 TPa, b'saħħa madwar 100 darba dik tal-azzar u densità biss 1/6 dik tal-azzar. Dawn il-proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti qed jiġu utilizzati fl-oqsma li ġejjin:
| Qasam ta' Applikazzjoni | Użu Speċifiku | Rwol tan-Nanotubi tal-Karbonju |
|---|---|---|
| Aerospazjali | Fuselage u komponenti strutturali tal-ġwienaħ | Ultra-qawwa għolja + ultra-piż ħafif |
| Transitu Ferrovjarju | Materjali ħfief għall-korpi tal-ferroviji | Inaqqas il-piż filwaqt li żżomm is-saħħa |
| Enerġija mir-riħ | Xfafar ġgant | Reżistenza għall-għeja, ħajja twila ta 'servizz |
| Materjali Polimeru Avvanzati | Komposti ta'-prestazzjoni għolja | Ittejjeb il-proprjetajiet mekkaniċi |
| Elastomeri | Prodotti tal-lastku ta'-xedd-għoli | Ittejjeb is-saħħa u r-reżistenza għall-ilbies |
Il-kumpanija ssegwi mill-qrib l-istrateġija ta 'żvilupp nazzjonali għal enerġija ġdida u materjali ġodda, bl-ambitu tan-negozju tagħha jirradja n-nazzjon kollu, li jaspira li ssir "fornitur ta' materjal avvanzat u fornitur ta 'servizz tekniku."
Sommarju ta'-sentenza waħda:Filwaqt li x-xjentisti juru fil-laboratorji li n-nanotubi tal-karbonju huma "fibra super," kumpaniji bħal Tanfeng New Material qed jibdluhom fi prodotti li tista 'tixtri.
Konklużjoni: Liema Huwa Aktar diffiċli? It-tweġiba tiddependi fuq kif tiddefinixxi "iebsa"
| Jekk qed tistaqsi dwar... | It-tweġiba hija... |
|---|---|
| Li huwa aktar reżistenti għall-ilbies-(ebusija tal-grif) | Djamant ≈ Nanotubu tal-karbonju (komparabbli); djamant huwa l-ogħla fost minerali naturali |
| Li huwa aktar reżistenti għall-kompressjoni (ebusija Vickers) | Id-djamant huwa ogħla, iżda n-nanotubi tal-karbonju ultra-iebsin resqu jew saħansitra qabżuh |
| Li huwa aktar reżistenti għat-tensjoni (saħħa tat-tensjoni) | Nanotube tal-karbonju jirbaħ kompletament, għexieren ta 'drabi aktar b'saħħithom mid-djamant |
| Li huwa aktar reżistenti għall-impatt (ebusija) | Nanotube tal-karbonju jirbaħ kompletament; djamant jitfarfar bil-martell |
| Li huwa aktar b'saħħtu b'mod ġenerali (prestazzjoni komprensiva) | Nanotubu tal-karbonju - iebes, qawwi, iebsa, u ħafif |
Il-konklużjoni finali hija:
Fis-sens tradizzjonali ta '"reżistenza għall-ilbies", in-nanotubi tad-djamanti u tal-karbonju kull wieħed għandhom il-vantaġġi tagħhom. Iżda f'termini ta '"proprjetajiet mekkaniċi komprensivi" - speċjalment is-saħħa tat-tensjoni, l-ebusija, u s-saħħa speċifika - in-nanotubi tal-karbonju huma r-re mhux ikkontestat.
Id-djamant huwa "l-iktar minerali naturali diffiċli fid-Dinja", iżda n-nanotubi tal-karbonju huma "l-aktar fibra b'saħħitha magħmula mill-bnedmin."
Kif qal xjenzat tal-materjali wieħed: "Id-djamant huwa r-re tal-passat; in-nanotubi tal-karbonju huma l-pedament tal-futur."
U peress li dan il-materjal futur qed jiġi prodott bil-massa-minn Shandong Tanfeng, nistgħu ngħidu: waslet l-era tan-nanotubi tal-karbonju.