Karbon nanofiber



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Karbon nanofiber er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Karbon nanofiber som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Karbon nanofiber som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Karbon nanofiber, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Karbon nanofiber, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Karbon nanofiber. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

Karbonnanofibre (CNFs) , dampdyrkede karbonfibre (VGCFs) eller dampdyrkede karbonnanofibre (VGCNFs) er sylindriske nanostrukturer med grafenlag arrangert som stablede kjegler , kopper eller plater. Karbonnanofibre med grafenlag pakket inn i perfekte sylindere kalles karbonnanorør .

Introduksjon

Karbon har et høyt nivå av kjemisk bindingsfleksibilitet, som egner seg til dannelsen av en rekke stabile organiske og uorganiske molekyler . Elementært karbon har en rekke allotroper (varianter) inkludert diamant , grafitt og fullerener . Selv om de alle består av elementært karbon, varierer egenskapene deres sterkt. Dette understreker allsidigheten til CNF-er, som er kjent for deres termiske, elektriske, elektromagnetiske skjerming og mekaniske eiendomsforbedringer. Siden karbon er lett tilgjengelig til en lav pris, er CNF-er populære tilsetningsstoffer til komposittmaterialer . CNF er veldig små, og eksisterer i nanometer skala. Et atom er mellom .1 - .5 nm, og det er derfor behov for spesialiserte mikroskopiske teknikker som Scanning Tunneling Microscopy og Atomic Force Microscopy for å undersøke egenskapene til CNF.

Syntese

Katalytisk kjemisk dampavsetning (CCVD) eller ganske enkelt CVD med varianter som termisk og plasmaassistert er den dominerende kommersielle teknikken for fremstilling av VGCF og VGCNF. Her blir gassfasemolekyler spaltes ved høyere temperaturer og karbon avsettes i nærvær av en overgangsmetallkatalysator på et substrat, hvor påfølgende vekst av fiberen rundt katalysatorpartiklene er realisert. Generelt involverer denne prosessen separate trinn som gassnedbrytning, karbonavsetning, fibervekst, fiberfortykning, grafitisering og rensing og resulterer i hule fibre. Nanofiberdiameteren avhenger av katalysatorstørrelsen. CVD-prosessen for fremstilling av VGCF faller generelt i to kategorier: 1) prosess med fast katalysator (batch) og 2) flytende katalysatorprosess (kontinuerlig).

I batchprosessen utviklet av Tibbetts ble en blanding av hydrokarbon / hydrogen / helium ført over en mullitt (krystallinsk aluminiumsilikat) med fine jernkatalysatorpartikkelavsetninger holdt ved 1000 ° C. Det anvendte hydrokarbon var metan i en konsentrasjon på 15 volum%. Fibervekst på flere centimeter ble oppnådd på bare 10 minutter med en gassoppholdstid på 20 sekunder. Generelt kan fiberlengden styres av gassens oppholdstid i reaktoren. Tyngdekraften og retningen av gassstrømmen påvirker vanligvis fibervekstens retning.

Den kontinuerlige eller flytende katalysatorprosessen ble patentert tidligere av Koyama og Endo og ble senere modifisert av Hatano og kolleger. Denne prosessen gir vanligvis VGCF med sub-mikrometer diametre og lengder på noen få til 100  um , noe som samsvarer med definisjonen av karbon nanofibre. De benyttet organometalliske forbindelser oppløst i et flyktig løsningsmiddel som benzen som ville gi en blanding av ultrafine katalysatorpartikler (5-25 nm i diameter) i hydrokarbongass når temperaturen steg til 1100 ° C. I ovnen begynner fiberveksten på overflaten av katalysatorpartiklene og fortsetter til katalysatorforgiftning oppstår av urenheter i systemet. I fibervekstmekanismen beskrevet av Baker og kollegaer, er det bare den delen av katalysatorpartikkelen som er utsatt for gassblandingen som bidrar til fiberveksten, og veksten stopper så snart den eksponerte delen er dekket, dvs. katalysatoren er forgiftet. Katalysatorpartikkelen forblir begravd i fiberens vekstspiss ved en sluttkonsentrasjon på noen få deler per million. På dette stadiet finner fiberfortykning sted.

Den mest brukte katalysatoren er jern , ofte behandlet med svovel , hydrogensulfid , etc. for å senke smeltepunktet og lette dets inntrengning i porene av karbon og dermed å produsere flere vekststeder. Fe / Ni, Ni, Co, Mn, Cu, V, Cr, Mo, Pd, MgO og Al 2 O 3 er også brukt som katalysator. Acetylen , etylen , metan , naturgass og benzen er de mest brukte karbonholdige gassene. Ofte innføres karbonmonoksid (CO) i gassstrømmen for å øke karbonutbyttet gjennom reduksjon av mulige jernoksider i systemet.

I 2017 rapporterte en forskningsgruppe ved Tsinghua University om den epytiksielle veksten av justert, kontinuerlig, katalysatorfritt karbon nanofiber fra en karbon nanorørmal . Fremstillingsprosessen inkluderer fortykkelse av kontinuerlige karbon-nanorørfilmer ved gassfase pyrolytisk karbonavsetning og ytterligere grafitisering av karbonlaget ved høy temperaturbehandling. På grunn av den epitaksiale vekstmekanismen har fiberen overlegne egenskaper, inkludert lav tetthet, høy mekanisk styrke, høy elektrisk ledningsevne, høy varmeledningsevne.

Sikkerhet

The Act Occupational Safety and Health (USA) (1970) var en drivkraft bak mange av endringene gjort om sikkerhet på arbeidsplassen i løpet av de siste tiårene. En liten gruppe av de mange stoffene som skal reguleres ved denne loven er karbonnanofibre (CNF). Selv om det fremdeles er et aktivt forskningsområde, har det blitt utført studier som indikerer helserisiko forbundet med karbonnanorør (CNT) og CNF som utgjør større farer enn deres kolleger i bulk. En av de viktigste farene ved bekymring forbundet med CNT og CNF er åndedrettsskader som lungebetennelse, granulom og fibrose. Det er imidlertid viktig å merke seg at disse funnene ble observert hos mus, og at det foreløpig er ukjent om de samme effektene vil bli observert hos mennesker. Likevel har disse studiene gitt grunnlag for et forsøk på å minimere eksponeringen for disse nanopartiklene .

En egen studie utført før det årlige Society of Toxicology-møtet i 2013, tok sikte på å identifisere potensielle kreftfremkallende effekter assosiert med flerveggede karbonnanorør (MWCNT). Funnene indikerte at MWCNTs i nærvær av et initiatorkjemikalier forårsaket en mye større forekomst av svulster hos mus. Det var imidlertid ingen indikasjon på økt tilstedeværelse av svulster i fravær av initiatorkjemikaliet. Ytterligere studier er nødvendige for dette scenariet.

En av de største hindringene for å identifisere farer forbundet med CNF er mangfoldet av fibre som eksisterer. Noen av de medvirkende faktorene til dette mangfoldet inkluderer form, størrelse og kjemisk sammensetning. En eksponeringsstandard (2015) sier at akseptabel grense for CNT- og CNF-eksponering er 1 g / m 3 av respirabel størrelse fraksjon av elementært karbon (8-timers tidsveid gjennomsnitt). Denne standarden var basert på informasjon samlet fra 14 nettsteder hvis prøver ble analysert ved overføringselektronmikroskopi (TEM).

Et nylig sikkerhetsdatablad (SDS) for CNF (revidert i 2016) viser nanofibre som et øyeirriterende, og sier at de har toksisitet i organer med en enkelt eksponering. Mindre CNF har et større potensial for å danne støvskyer under håndtering. Som sådan må det utvises stor forsiktighet ved håndtering av CNF. Anbefalt personlig verneutstyr (PPE) for håndtering av CNF inkluderer nitrilhansker, åndedrettsvern og partikler som er ugjennomtrengelige klær (avhengig av arbeidsforhold). I tillegg til eksponeringskontroller mens du arbeider med CNF, er sikre lagringsforhold også viktige for å minimere risikoen forbundet med CNF. Sikker CNF-lagring innebærer lagring av fibrene vekk fra oksidasjonsmidler og åpen ild. Under brannforhold danner CNF farlige nedbrytningsprodukter, men den eksakte arten av disse nedbrytningsproduktene er foreløpig ikke kjent. Bortsett fra kreftfremkallende og organtoksisitet, er toksikologiske data for CNF foreløpig ganske begrensede.

applikasjoner

  • Forskere bruker nanofibre til å levere terapeutiske medisiner. De har utviklet et elastisk materiale som er innebygd med nål som karbonnanofibre. Materialet er ment å brukes som ballonger som settes inn neste sykt vev og deretter blåses opp. Når ballongen blåses opp, trer nanofibre inn i syke celler og gir terapeutiske medikamenter. Forskere ved MIT har brukt karbonnanofibre til å lage litiumionbatterielektroder som viser fire ganger lagringskapasiteten til dagens litiumionbatterier . Forskere bruker nanofibre til å lage sensorer som endrer farge når de absorberer kjemiske damper. De planlegger å bruke disse sensorene for å vise når det absorberende materialet i en gassmaske blir mettet.
  • Den unike strukturen til disse porøse karbonnanofibrene resulterte i god elektrokjemisk ytelse, som høy reversibel kapasitet og god syklusstabilitet når de ble brukt som anoder for oppladbare litiumionbatterier .
  • Videre markedsutvikling vil avhenge av materialtilgjengelighet til rimelige priser. Vi har oppnådd bulk produksjonskapasitet av karbon nanofibre (CNF) med høy renhet til lave kostnader ved en katalytisk kjemisk dampdeponering (CCVD) prosess.
  • I motsetning til katalytisk syntese har elektrospinnende polyakrylnitril (PAN) etterfulgt av stabilisering og karbonisering blitt en enkel og praktisk måte å lage kontinuerlige karbonnanofibre.
  • Feltelektronemisjonskildene
    • Feltelektronemisjon (også kjent som feltemisjon (FE) og elektronfeltemisjon) er utslipp av elektroner indusert av et elektrostatisk felt. Den vanligste konteksten er feltutslipp fra en solid overflate til vakuum. Imidlertid kan feltemisjon finne sted fra faste eller flytende overflater, inn i vakuum, luft, en væske eller et hvilket som helst ikke-ledende eller svakt ledende dielektrikum. Feltindusert promotering av elektroner fra valens til ledningsbånd av halvledere (Zener-effekten) kan også betraktes som en form for feltemisjon.
  • Komposittmaterialer
  • Tips om skanning av probemikroskopi
    • Scanning probe microscopy (SPM) er en gren av mikroskopi som danner bilder av overflater ved hjelp av en fysisk sonde som skanner prøven.
  • Bærermateriale for forskjellige katalysatorer innen petrokjemi
  • I vertikalt justerte matriser, en plattform for genlevering . (Se Impalefection )
    • Impalefection er en metode for genlevering ved bruk av nanomaterialer, som karbonnanofibre, karbonnanorør, nanotråder. Nålelignende nanostrukturer syntetiseres vinkelrett på overflaten av et substrat. Plasmid-DNA som inneholder genet, beregnet for intracellulær levering, er festet til nanostrukturoverflaten. En chip med matriser av disse nålene blir deretter presset mot celler eller vev. Celler som er impalert av nanostrukturer kan uttrykke det (de) leverte genet (ene).
  • For elektrodematerialer
  • Sanering av oljesøl
    • Rensing av oljesøl: Prosessen for fremstilling av et karbon-karbon-komposittmateriale omfatter trinnene for behandling av et karbonholdig bærermateriale med et metallholdig katalysatormateriale. Metallet er i stand til å danne karbonstrukturer av nanostørrelse, og voksende karbonstrukturer av nanostørrelse ved hjelp av en kjemisk dampdeponeringsmetode på den behandlede bæreren i en gassatmosfære omfattende en karbonholdig gass, etterfulgt av et valgfritt overflatemodifiseringstrinn. Denne prosessen tillater optimalisering av porøsitet, hydrodynamiske egenskaper og overflatekjemi uavhengig av hverandre, noe som er spesielt gunstig med hensyn til bruken av kompositten for vannrensing. Karbonsvartbaserte kompositter er spesielt nyttige for fyllstoffer.

Historie

En av de første tekniske postene angående karbonnanofibre er sannsynligvis et patent datert 1889 på syntese av trådformet karbon av Hughes og Chambers. De benyttet en metan / hydrogen gassblanding og dyrket karbonfilamenter gjennom gasspyrolyse og påfølgende karbonavsetning og filamentvekst. Den sanne forståelsen av disse fibrene kom imidlertid mye senere da strukturen deres kunne analyseres ved elektronmikroskopi . De første elektronmikroskopiobservasjonene av karbonnanofibre ble utført på begynnelsen av 1950-tallet av de sovjetiske forskerne Radushkevich og Lukyanovich, som publiserte en artikkel i Soviet Journal of Physical Chemistry som viser hule grafittiske karbonfibre som er 50 nanometer i diameter. Tidlig på 1970-tallet rapporterte japanske forskere Morinobu Endo , nå direktør for Institute of Carbon Science and Technology ved Shinshu University , oppdagelsen av karbonnanofibre, inkludert at noen var formet som hule rør. Han lyktes også i produksjonen av VGCF med en diameter på 1 µm og en lengde på over 1 mm. Senere, tidlig på 1980-tallet, fortsatte Tibbetts i USA og Benissad i Frankrike å perfeksjonere VGCF-fabrikasjonsprosessen. I USA ble de dypere studiene med fokus på syntese og egenskaper av disse materialene for avanserte applikasjoner ledet av R. Terry K. Baker. De ble motivert av behovet for å hemme veksten av karbonnanofibre på grunn av de vedvarende problemene forårsaket av akkumulering av materialet i en rekke kommersielle prosesser, spesielt innen petroleumsprosessen. I 1991 syntetiserte japanske forskere Sumio Iijima , mens de jobbet i NEC , hule karbonmolekyler og bestemte krystallstrukturen. Året etter ble disse molekylene kalt " karbon-nanorør " for første gang. VGCNF produseres gjennom i hovedsak samme produksjonsprosess som VGCF, bare diameteren er vanligvis mindre enn 200 nm. Flere selskaper over hele verden er aktivt involvert i kommersiell skala produksjon av karbon nanofibre, og det utvikles nye tekniske applikasjoner for disse materialene intensivt, den siste er en karbon nanofiberholdig porøs kompositt for oljesølsanering.

Se også

Referanser

Opiniones de nuestros usuarios

Sonja Svendsen

Jeg vet ikke hvordan jeg kom til denne Karbon nanofiber artikkelen, men jeg likte den veldig godt.

Bente Olsson

Fin artikkel fra Karbon nanofiber.

Tom Fjeldstad

Det er en stund siden jeg har sett en artikkel om Karbon nanofiber skrevet på en så didaktisk måte. Jeg liker det.