Uglerod nanotubalari va olmoslar o'xshash qattiqlikka ega, ammo ularning "qattiq" ta'riflari boshqacha. Chiziqning qattiqligi (Mohs qattiqligi) bo'yicha olmos 10, tabiiy minerallar orasida eng yuqori hisoblanadi. Uglerod nanotubalari standart Mohs qattiqligi qiymatiga ega emas, ammo ularning chizish qobiliyati olmos bilan solishtirish mumkin. Vickers qattiqligi bo'yicha (chegirmaga qarshilik) olmos 7140-15300 HV, uglerod nanotubalari esa taxminan 1000-2000 HV. Biroq, tadqiqot Vickers qattiqligi 82,8 GPa bo'lgan uch o'lchovli kovalent bog'langan uglerod nanotubalarini sintez qildi. Qattiqlik nuqtai nazaridan, uglerod nanotubalari po'latdan 100 baravar kuchli va cho'zilishi mumkin. Olmos, garchi qattiq bo'lsa-da, juda mo'rt va bolg'a bilan parchalanishi mumkin.Xulosa:Chizish qattiqligida olmos ≈ uglerod nanotube; ta'sirga chidamliligi bo'yicha uglerod nanotubkasi olmosdan butunlay oshib ketadi.
1. Birinchidan, "qattiqlik" ni tushuning: bu turli narsalarni anglatadi
Xulosa:Kundalik hayotda "qattiq" so'zi aslida ikki ma'noga ega - tirnalgan qattiqlik (eskirishga chidamlilik) va zarba qarshiligi. Olmos faqat birinchisida g'alaba qozonadi, lekin ikkinchisini yo'qotadi.
Uglerod nanotubalari va olmoslarni solishtirishdan oldin, aniqlik kiritish kerak: "qattiqlik" aslida nimani anglatadi?
Ko'pchilik noto'g'ri, yuqori qattiqlik "bolg'a bilan sindirilmaydi" degan ma'noni anglatadi. Bu noto'g'ri tushuncha.
Kasbiy jihatdan qattiqlik asosan ikki turga bo'linadi:
| Qattiqlik turi | O'lchash usuli | Umumiy talqin | Vakillik materiali |
|---|---|---|---|
| Chizish qattiqligi (Mohs qattiqligi) | Qaysi iz qoldirishini bilish uchun minerallarni bir-biriga qarating | "Aşınmaya qarshilik" | Olmos, 10-darajali (eng yuqori) |
| Vickers qattiqligi (chiqish qattiqligi) | Materiallar yuzasiga olmos indenterini bosing | "Bosim ostida deformatsiyaga qarshilik" | Olmos 7140-15300 HV |
| Ta'sirga chidamliligi | Bolg'a zarbasi, tushirish testi | "Ta'sirga qarshilik" | Olmos juda mo'rt va oson parchalanadi |
Olmos:Mohs qattiqligi 10, tabiiy minerallar orasida eng yuqori. Biroq, ma'lum bir yo'nalishda kuch qo'llanilganda "oktaedral yorilish" - mavjud, hatto kichik miqdor ham uning bo'linishiga olib kelishi mumkin. Olmosni bolg'a bilan urish uni kukunga aylantiradi. Bu uning qattiqligining etarli emasligi uchun emas, balki uning mo'rtligi yuqori.
Uglerod nanotubalari:C=C kovalent bogʻlar orqali bogʻlangan uglerod atomlaridan tashkil topgan, tabiatdagi eng barqaror kimyoviy bogʻlardan biri. Ularning Mohs qattiqligi standart qiymatga ega emas, ammo ularning chizish qobiliyati olmos bilan "qiyoslanadi". Asosiy nuqta shundaki, uglerod nanotubalari ham "yaxshi moslashuvchanlikka ega va cho'zilishi mumkin".
Analogiyadan foydalanish uchun:Olmos shisha bo'lagiga o'xshaydi - yuzasi nihoyatda qattiq va eskirishga chidamli-, lekin u erga tushganda parchalanib ketadi. Uglerodli nanotubalar poʻlat simga oʻxshaydi - ular shishani ham tirnab qoʻyishi mumkin, lekin ular ham egilib, choʻzilib, sinib boʻlmaydi.
2. Ma'lumotlar gapirsin: uglerod nanotubalari va olmoslar - Qaysi biri kuchliroq?
Xulosa:Uzilish kuchi va o'ziga xos kuch (kuch ÷ zichlik) jihatidan uglerod nanotubalari olmosga mos kelmaydigan "super tola" dir. Vickers qattiqligi nuqtai nazaridan, tabiiy uglerod nanotubalari olmos kabi qattiq emas, lekin sun'iy ravishda sintez qilingan navlar unga yaqinlashgan yoki hatto undan ham oshib ketgan.
Keling, to'g'ridan-to'g'ri ma'lumotlarni taqqoslashni ko'rib chiqaylik:
| Ishlash ko'rsatkichi | Olmos | Uglerod nanotubkasi (CNT) |
|---|---|---|
| Mohs qattiqligi | 10 (tabiiy minerallar orasida eng yuqori) | Olmos bilan "taqqoslash mumkin" |
| Vickers qattiqligi (HV) | 7140-15300 Hv | Taxminan 1000-2000 Hv (bitta quvur uchun) |
| Mustahkamlik chegarasi | ~2-3 GPa (nuqsonlar bilan pastroq) | 50-200 GPa |
| Elastik modul | ~1,0-1,2 TPa | 1-5 TPa |
| Zichlik | 3,5 g/sm³ | 1,3-2,0 g/sm³ |
| Maxsus kuch (kuch/zichlik) | ~0,6-0,9 GPa·sm³/g | 25-100 GPa·sm³/g (po'latdan 100 marta) |
| Moslashuvchanlik | Juda mo'rt, bo'linish tekisliklari bor | Cho'zilishi va egilishi mumkin |
| Ta'sirga qarshilik | Bolg'a bilan parchalanishi mumkin | Ultra{0}}oʻta chidamlilik, oʻq oʻtkazmaydigan jiletlarda foydalanish mumkin |
Ushbu ma'lumotlarning bir nechta nuqtalarini diqqat bilan ko'rib chiqishga arziydi:
1. Kuchlanish kuchi: Uglerod nanotubalari butunlay g'alaba qozonadi
Uglerod nanotubalarining kuchlanish kuchi 50-200 GPa. Olmos qattiq bo'lsa-da, u "kuchlanishga qarshi turish" uchun yaxshi emas. O‘xshatish uchun: Olmos shisha g‘ishtga o‘xshaydi – uni maydalab bo‘lmaydi, lekin tortilganda oson sinadi.
2. Elastik modul: Uglerod nanotubalari biroz yaxshiroq
Elastik modul "deformatsiyaga qarshi turish qobiliyatini" o'lchaydi. Olmos taxminan 1,0-1,2 TPa ni tashkil qiladi. Uglerod nanotubalari uchun nazariy qiymat 5 TPa ga yetishi mumkin, o'lchangan qiymatlar odatda 1-1,8 TPa oralig'ida. "Qattiqlik" nuqtai nazaridan ular taxminan ekvivalentdir, uglerod nanotubalari hatto bir oz qirraga ega.
3. Maxsus kuch: Uglerod nanotubalari hamma narsada hukmronlik qiladi
O'ziga xos kuch=kuch ÷ zichlik, "og'irlik birligi qancha tortish kuchiga bardosh bera oladi". Uglerod nanotubalarining o'ziga xos kuchi po'latdan 100 baravar ko'p, 25-100 GPa·sm³/g ga etadi. Bu shuni anglatadiki, agar siz uglerod nanotubalaridan arqon yasasangiz, u xuddi shu og'irlikdagi po'lat arqondan 100 baravar kuchliroq bo'lar edi. "Uch tana muammosi" ilmiy-fantastik romanida ulkan kemalarni kesib o'tish uchun "nano uchuvchi pichoqlar" ishlatilganligi va olimlar "kosmik lift" qurish uchun uglerod nanotubalaridan foydalanishni tasavvur qilishlari ham shundan.
4. Ultra{1}}qattiq karbonli nanotubalar: yangi ilmiy yutuq
2022-yilda oʻtkazilgan tadqiqotda nazariy hisob-kitoblar orqali uch oʻlchovli kovalent bogʻlangan uglerod nanonaychalari- ishlab chiqilgan. Uning Vickers qattiqligi 82,8 GPa ga yetdi, bu kub bor nitridi bilan solishtirish mumkin. O'sha yili boshqa tadqiqotda Vickers qattiqligi mos ravishda 40,4 GPa va 37,1 GPa bo'lgan ikkita metastabil ultra{5}}qattiq uglerod nanotube polimerlari bashorat qilingan.
Ushbu ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, uglerod nanotubalari nafaqat mustahkamlik bo'yicha olmosni mag'lub eta oladi, balki olimlar "qattiqlik" ko'rsatkichi bo'yicha olmosdan ham o'zib ketishga imkon beradi.
3. "Nano Flying Blade" Haqiqiymi? Uglerod nanotubalari qanchalik kuchli?
Xulosa:Ulkan kemalarni kesib o‘tuvchi “Uch{0}}tana muammosi” filmidagi “nano uchuvchi pichoq” uglerod nanotubalariga asoslangan. Aslida, uglerod nanotubalarining nazariy kuchi haqiqatan ham "metallni loy kabi kesib o'tish" uchun etarli.
“Uch-tana muammosi” ilmiy-fantastik romanida inson sochining atigi-kalinligidagi “nano uchuvchi pichoq” tofu kabi ulkan kemani kesib tashlashi mumkin. Bu kontseptsiya havodan ixtiro qilinmagan - uning prototipi uglerod nanotubesidir.
Uglerod nanotubalari haqiqatda nimaga erisha oladi?
Po'latdan 100 marta kuchli:Inson sochidan yupqaroq bo‘lgan uglerod nanotubalari to‘plami nazariy jihatdan avtomobilni ko‘tara oladi.
Har qanday toladan kuchliroq:Uglerod nanotubalari mustahkamligi va mustahkamligi bo‘yicha har qanday ma’lum toladan ancha ustundir.
Kosmik lift tush emas:Olimlarning fikricha, uglerod nanotubalari “kosmik lift” kabelini yasash uchun eng yaxshi nomzod materialdir.
Albatta, hozirgi texnik qiyinchilik makroskopik materialda individual uglerod nanotubelarining ajoyib ishlashini qanday takrorlashda yotadi. Bu butun dunyo olimlari eng qiyin muammodir.
4. Tanfeng yangi materiali ushbu "super material" ni qanday ishlab chiqaradi
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. kompaniyasi uglerod nanotubalarining ajoyib mexanik xususiyatlarini ommaviy ishlab chiqarish-mahsulotlariga aylantirib, laboratoriyadan "super material"ni olib chiqmoqda.
Nazariya bir narsa, lekin uglerod nanotubalarining "juda kuchlari"ni haqiqiy mahsulotlarga tatbiq etish uchun yirik{0}}ishlab chiqarish texnologiyasini o'zlashtirgan kompaniyalar talab qilinadi.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd aynan shunday kompaniya.
Bu nima qiladi?Kompaniya ilmiy-tadqiqot ishlari va uglerod nanotube kukuni, oʻtkazuvchan pasta va kremniy-uglerod anot materiallarini ishlab chiqarishga eʼtibor qaratadi. Uning mahsulotlari bir{2}}devorli uglerod nanotubalari va koʻp devorli uglerod nanotubalarining toʻliq assortimentini qamrab oladi.
Uning texnik imkoniyatlari qanday?
Uglerod nanotubalari bilan bog'liq o'ndan ortiq faol patentlarga ega.
Turli xil tayyorlash jarayonlarini o'zlashtiradi, shu jumladan yoyni oqizish, lazer ablasyonu va kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD).
Mahsulot tozaligi 98% dan yuqori yoki unga teng; kukun zarralari hajmi 5-15 mkm ga etishi mumkin.
Oylik ishlab chiqarish 200 tonnaga etadi, allaqachon ommaviy ishlab chiqarishda.
U uglerod nanotubalarining mexanik xususiyatlarini qayerda qo'llaydi?Tanfengning uglerod nanotube mahsulotlarining nazariy Young moduli 5 TPa ga yetishi mumkin, bu po'latdan taxminan 100 baravar kuchli va po'latdan atigi 1/6 zichlik bilan. Ushbu ajoyib mexanik xususiyatlar quyidagi sohalarda qo'llaniladi:
| Ilova maydoni | Maxsus foydalanish | Uglerod nanotubalarining roli |
|---|---|---|
| Aerokosmik | Fyuzelaj va qanotning strukturaviy komponentlari | Ultra-yuqori quvvat + ultra{2}}engil |
| Temir yo'l tranziti | Poezd tanasi uchun engil materiallar | Quvvatni saqlagan holda og'irlikni kamaytiradi |
| Shamol kuchi | Gigant pichoqlar | Charchoqqa chidamlilik, uzoq xizmat muddati |
| Ilg'or polimer materiallari | Yuqori samaradorlik-kompozitlar | Mexanik xususiyatlarni yaxshilaydi |
| Elastomerlar | Yuqori{0}}esinishga-bardoshli kauchuk mahsulotlar | Kuch va aşınma qarshiligini yaxshilaydi |
Kompaniya yangi energiya va yangi materiallar bo'yicha milliy rivojlanish strategiyasini diqqat bilan kuzatib boradi, uning biznes ko'lami butun mamlakat bo'ylab tarqalib, "ilg'or moddiy ta'minotchi va texnik xizmat ko'rsatuvchi provayder" bo'lishga intiladi.
Bitta{0}}jumla xulosasi:Olimlar laboratoriyalarda uglerod nanotubalari "super tola" ekanligini isbotlasa-da, Tanfeng New Material kabi kompaniyalar ularni siz sotib olishingiz mumkin bo'lgan mahsulotlarga aylantirmoqda.
Xulosa: Qaysi biri qiyin? Javob "Qattiq" ni qanday ta'riflaganingizga bog'liq
| Agar siz haqida so'rasangiz ... | Javob... |
|---|---|
| Qaysi biri eskirishga-bardoshliroq (tirnishga qattiqlik) | Olmos ≈ Karbon nanotube (taqqoslash mumkin); olmos tabiiy minerallar orasida eng yuqori hisoblanadi |
| Qaysi biri siqilishga chidamli (Vickers qattiqligi) | Olmos balandroq, lekin ultra{0}}qattiq uglerod nanotubalari unga yaqinlashgan yoki undan ham oshib ketgan. |
| Qaysi biri kuchlanishga ko'proq chidamli (chiqish kuchi) | Uglerod nanotube butunlay g'alaba qozonadi, olmosdan o'nlab marta kuchliroq |
| Qaysi biri zarbaga chidamliroq (qattiqlik) | Karbon nanotube butunlay g'alaba qozonadi; olmos bolg'a bilan parchalanadi |
| Qaysi biri kuchliroq (to'liq ishlash) | Uglerod nanotube - qattiq, kuchli, qattiq va engil |
Yakuniy xulosa:
An'anaviy "aşınma qarshilik" ma'nosida olmos va uglerod nanotubalarining har biri o'z afzalliklariga ega. Ammo "keng qamrovli mexanik xususiyatlar" nuqtai nazaridan -, ayniqsa, valentlik, qattiqlik va o'ziga xos kuch - uglerod nanotubalari shubhasiz shohdir.
Olmos "er yuzidagi eng qattiq tabiiy mineral", ammo uglerod nanotubalari "odamlar tomonidan yaratilgan eng kuchli tola" dir.
Bir materialshunos aytganidek: "Olmos - o'tmish qiroli; uglerod nanotubalari - kelajakning tamal toshi".
Va bu kelajakdagi material Shandong Tanfeng{0}} tomonidan ommaviy ishlab chiqarilayotganligi sababli, aytishimiz mumkin: uglerod nanotubalari davri keldi.