Нанотрубки. Їх властивості. Вплив на характеристики бетону - Реферат

Зростання обсягу виробництва товарного бетону, а також підвищення вимог до якості будівельних матеріалів призводять до зростання споживання як матеріальних (цементу і води), так і енергоресурсів (електрики і пари). Тому багатьма матеріалознавцями ведуться дослідження з розробки нових ефективних добавок, структурованих різними наночастинками, що дозволяють прискорювати набір міцності композиційних матеріалів і підвищувати його марку. Однак вартість часток, що мають нанорозмірні характеристики, порівняно висока і залежить як від складності отримання, так і від обсягів виробництва. В останні роки у світі сформувався новий науково-технологічний напрямок, повязаний з отриманням і застосуванням вуглецевих наноструктур, що мають аномально високу поверхневу енергію і потужну дисперсійну взаємодію.Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) - це протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох сантиметрів, що складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональних графітових площин і закінчуються зазвичай напівсферичної головкою, яка може розглядатися як половина молекули фулерену. Ідеальні ВНТ можна отримати, згортаючи в трубку плоску гексагональну сітку графіту. БВНТ складаються з укладених один в один коаксіальних циліндрів ОВНТ, відстань між стінками яких близька до міжплощинної відстані у графіті (0,34 нм). Взаємна орієнтація гексагональної сітки графіту і поздовжньої осі нанотрубки визначає дуже важливу структурну характеристику нанотрубки , яка отримала назву хіральності. Хіральність нанотрубки може бути також однозначно визначена кутом , утвореним напрямком згортання нанотрубки і напрямком, в якому сусідні шестикутники мають спільну сторону.Як відомо, фулерен (C 60) був відкритий групою Смоллі, Крото і Керлі в 1985 р., за що в 1996 р. ці дослідники були удостоєні Нобелівської премії з хімії. Ендо і ін. опублікували ряд робіт з описом тонких трубок з діаметром менше 100, приготовлених методом конденсації з пари, однак більш детального дослідження структури не було проведено. Група вчених Інституту каталізу СВ АН СРСР в 1977 році при вивченні зауглерожіванія железохромових каталізаторів дегидрирования під мікроскопом зареєстрували освіта "пустотілих вуглецевих дендритів", при цьому був запропонований механізм утворення і описано будову стінок. Роком раніше, в 1952, у статті радянських вчених Радушкевіча і Лукяновича повідомлялося про електронно-мікроскопічному спостереженні волокон з діаметром близько 100 нм, отриманих при термічному розкладанні окису вуглецю на залізному каталізаторі.Нанотрубки бувають відкритими і закритими з одного або двох кінців. У закритих нанотрубках кінці трубочок закінчуються напівсферичними кришечками, складеними з шестикутників і пятикутників, що нагадують структуру половинки молекули фулерену. Наявність кришечок на кінцях нанотрубок дозволяє розглядати нанотрубки як граничний випадок молекул фулеренів, довжина поздовжньої осі яких значно перевищує діаметр. Нехіральнимі виявляються нанотрубки, в яких вуглецеві шестикутники орієнтовані паралельно і перпендикулярно осі циліндра. Наявність пятикутників на кінцях трубок дозволяє розглядати їх як граничний випадок молекул фулеренів, довжина поздовжньої осі яких значно перевищує їх діаметр.Фізико-хімічні властивості:Ці властивості обумовлені високою міцністю вуглець - вуглецевих звязків, сітчастою гексагональною будовою і відсутністю дефектів, а також тим, що довжина нанотрубок в десятки разів перевищує діаметр. При механічному навантаженні, яке перевищує критичне, при дії тепла і випромінювання вони перебудовуються - властивість «самолікування», яка повязана з тим, що при сильній деформації гексагональної структури утворюється дефект у вигляді конденсованої пари пятичленного чи семичленного циклу. В залежності від діаметра і хірального кута, одна третина нанотрубок малого діаметра має металічні властивості, в той час як інші дві третини являються прямозонними напівпровідниками. Електричні властивості: Ці властивості нанотрубок повязані з тим, що атоми вуглецю мають потрійну координацію, а тому нанотрубки - це ароматичні системи, у яких три із чотирьох валентних електронів беруть участь в утворенні сигма(?)-звязків, а четвертий утворює пі(?)-звязок. Введення навіть невеликої кількості провідникових трубок в діоелектричні матеріали значно покращує їхні властивості (додавання в резину або пластик 0,1-0,2 % призводить до покращання електропровідності такого композиційного матеріалу в 103 разів.Основні властивості цементу, в тому числі його активність і швидкість твердіння, визначаються не тільки хімічним і мінералогічним складом клінкеру, формою і розмірами кристалів аліту і беліту, наявністю тих чи інших добавок , але й більшою мірою, тонкістю помелу продукту, його гранулометричним складом, а також формою частинок порошку. Таким чином , в результаті досліджень встановлено , що зразки наномодифікованого бетону швидше набирають міцність , в середньому 30-40 % і в проектному ві

Зміст

Вступ

1. Структура нанотрубок

2. Історія відкриття нанотрубок

3. Класифікація нанотрубок

5. Властивості нанотрубок

5. Можливості застосування модифікаторів на основі вуглецевих нанотрубок в технологіях будівельних матеріалів

Список використаних джерел