Библиотека Рефераты Курсовые Дипломы Поиск
Библиотека Рефераты Курсовые Дипломы Поиск
сделать стартовой добавить в избранное
Кефирный гриб на сайте za4eti.ru

Физика Физика

Углеродные нанотрубки

Наклейки для поощрения "Смайлики 2".
Набор для поощрения на самоклеящейся бумаге. Формат 95х160 мм.
19 руб
Раздел: Наклейки для оценивания, поощрения
Чашка "Неваляшка".
Ваши дети во время приёма пищи вечно проливают что-то на ковёр и пол, пачкают руки, а Вы потом тратите уйму времени на выведение пятен с
222 руб
Раздел: Тарелки
Ночник-проектор "Звездное небо и планеты", фиолетовый.
Оригинальный светильник - ночник - проектор. Корпус поворачивается от руки. Источник света: 1) Лампочка (от карманных фонариков) 2) Три
330 руб
Раздел: Ночники

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Российский Государственный Авиационный Технологический Университет имени К.Э. Циолковского - (МАТИ) Отчет о практике Тема: “Углеродные нанотрубки” Руководитель: Городцов В.А. Выполнили студенты: Кузнецов В.Ю. Шапиро Р.А. Москва 1998г. Введение В настоящее время технология достигла критической точки своего развития, когда применение микрообъектов уже невозможно. Нужно переходить на новый - наноуровень. В связи с этим возникла необходимость получения транзисторов, проволок с размерами примерно от 1 до 20 нанометров. В 1985г. была найдено решение этой проблемы - открыты нанотрубки, а с 1990г. научились получать их в объемах, достаточных для изучения. В этой работе перед нами была поставлена задача разобраться в природе углеродных нанотрубок, рассмотреть некоторые их свойства и возможные методы применения. И хотя пока существует множество проблем и трудностей с получением и изучением физико-химических свойств, ясно одно - за нанотехнологиями будущее. Рассмотрение фуллеренов и нанотрубок невозможно, если не разобраться в природе этих явлений. Для начала рассмотрим состав фуллеренов и нанотрубок. Углерод - химический элемент, символ С, атомный номер 6, атомная масса 12.011. Обычными формами существования углерода в свободном состоянии является алмаз и графит, встречаются в природе. Основными отличиями в строении алмаза и графита - кристаллическая решетка. Рис. 1. Структура кристаллической решетки алмаза. Алмаз. Структура кристаллической решетки показана на рис. 1. Элементарная ячейка кристалла алмаза представляет собой тетраэдр, в центре и четырех вершинах которого расположены атомы углерода. Атомы, расположенные в вершинах тетраэдра, образуют центр нового тетраэдра и, таким образом, также окружены каждый еще четырьмя атомами и т.д. Координационное число углерода в решетке алмаза, следовательно, равно четырем. Все атомы углерода в кристаллической решетке расположены на одинаковом расстоянии (154 пм) друг от друга. Каждый из них связан с другими неполярной ковалентной связью и образует в кристалле, каких бы размеров он ни был, одну гигантскую молекулу. Графит. Структура кристаллической решетки графита показана на рис. 2. Кристаллы графита построены из параллельных друг другу плоскостей, в которых расположены атомы углерода по углам правильных шестиугольников. Расстояние между соседними атомами углерода (сторона каждого шестиугольника) 143 пм, между соседними плоскостями 335 пм. Каждая промежуточная плоскость несколько смещена по отношению к соседним плоскостям, как это видно на рисунке. Каждый атом углерода связан с тремя соседними в плоскостях атомами неполярными ковалентными связями. Каждый атом углерода в атомной решетке графита связан с тремя соседними атомами углерода, тремя sp2—sp2 общими электронными парами, расположенными в соответствии с sp2 - гибридизацией, под углами в 120 град, т. е. каждые четыре связанных между собой атома углерода в графите расположены в центре и вершинах равностороннего треугольника. Четвертые валентные электроны каждого атома располагаются между плоскостями и ведут себя подобно электронам металла, чем и объясняется электрическая проводимость графита в направлении плоскостей.

Связь между атомами углерода, расположенными в соседних плоскостях, очень слабая (межмолекулярная, или ван-дер-ваальсова), хотя отчасти, благодаря присутствию электронов проводимости, похожа на металлическую. В связи с такими особенностями кристаллы графита легко расслаиваются на отдельные чешуйки даже при малых нагрузках. Рис. 2. Структура кристаллической решетки графита. Уникальная способ-ность атомов углерода соединяться между собой с образованием прочных и длинных цепей и циклов привела к возникновению громадного числа разнообразных соедине-ний углерода, изучаемых органической химией. Теплопроводность графита, измеренная в направлении плоскости слоев, в пять раз больше теплопроводности, изме-ренной в поперечном направлении; электричес-кая проводимость в плоскостном направлении в десять тысяч раз превышает проводимость в поперечном направ-лении. Электронная конфи-гурация атома углерода такова: 1s2 2s2 2p2. Следовательно, его четыре внешних электрона не одинаковы — они соответствуют различным орбиталям; два электрона не спарены. В связанном состоянии (валентном) один из электронов 2s переходит на р-орбиталь (для этого понадобится около 96 ккал/моль) так, что состояние атома может быть выражено: 1s2 2s 2p3. В результате мы получим атом с тремя 2р и одним 2s- электроном: 2s2px2py2pz. Возможны несколько видов гибридизации: sp, sp2 и sp3. Рис. 3. Схема гибритизации электронных состояний: а - образование двух sp-гибритных облаков б - образование трех sp2-гибритных облаков в - образование четырех sp3-гибритных облаков При гибридизации типа sp смешиваются атомные орбитали s и р. При этом орбитали, например, рy и рz не меняются, а орбитали рx и s дают гибридную форму. Так как гибридная функция может иметь вид s p или s-р, то получаются две орбитали, направ-ленные диамет-рально противопо-ложно друг другу (рис. 3а). Если происхо-дит гибридизация s и двух р-функций, например рx и ру (рz остается неизменной), то получаются три тригональные атом-ные орбитали типа sp2. Эти орбитали на схеме имеют вид клеверного листа (рис. 3б). Этот вид гибридных орбита-лей оказался очень важным для описания двойных связей. При гибридизации типа sp3 смешиваются все атомные орбитали s и р. При этом все орбитали дают гибридную форму. Гибридные орбитали имеют отчетливую направленность: орбитали атома углерода направлены к углам тетраэдра, в центре которого помещается атом углерода. Схематически усиление направленности — ориентация электронного облака — показано на рисунке 3в. Очевидно, что это есть следствие ослабления частей атомных орбиталей, имеющих разные знаки, и усиление частей атомных орбиталей, имеющих одинаковые знаки. Получение нанотрубок. Наиболее широко распространенный метод получения углеродных нанотрубок использует термическое распыление графитового электрода в плазме дугового разряда, горящей в атмосфере He. Этот метод, лежащий также в основе наиболее эффективной технологии производства фуллеренов, позволяет получить нанотрубки в количестве, достаточном для детального исследования их физико-механических свойств. В дуговом разряде постоянного тока с графитовыми электродами при напряжении 15 - 20 В, токе в несколько десятков ампер, межэлектродном расстоянии в несколько миллиметров и давлении He в несколько сот Торр происходит интенсивное термическое распыление материала анода.

Продукты распыления содержат, наряду с частицами графита, также некоторое количество фуллеренов, осаждающихся на охлажденных стенках разрядной камеры, а также на поверхности катода, более холодного по сравнению с анодом. Рассматривая этот катодный осадок с помощью электронного микроскопа обнаружили, что в нем содержатся протяженные цилиндрические трубки длиной свыше микрона и диаметром в несколько нанометров, поверхность которых образованна графитовыми слоями. Трубки имеют куполообразные наконечники, содержащие, подобно молекулам фуллеренов, шести- и пятиугольники. Как отмечалось выше, структурно графит, из которого их получают, состоит только из шестиугольников. Рассмотрим теперь вопрос, откуда в составе данных наноструктур появляются пятиугольники. Для этого необходимо обратиться к одной из теорем топологии, которая дает ответ на вопрос: какими фигурами можно «покрыть» сферу, запаянную и не запаянную трубки. Далее приведем доказательство данной теоремы и некоторые ее следствия. Пусть на сфере (или гомеоморфной ей поверхности) начерчен связный граф G, имеющий В вершин и Р ребер и разбивающий сферу на Г областей (граней); тогда справедливо равенство В-Р Г=2 (1). Это теорема Эйлера. Перед доказательством этой теоремы стоит вспомнить некоторые определения. Конечным графом G называется фигура, состоящая из конечного числа дуг. В нем имеется конечное число вершин, и некоторые из этих точек соединяются непересекающимися дугами (ребрами графа). Связным графом называется граф, любые две вершины которого можно соединить кривой, проходящей по ребрам графа. Контуром в графе называется замкнутая цепочка ребер, объединение которых представляет собой линию, гомеоморфную окружности. Деревом называется связный граф, не содержащий ни одного контура. Индекс точки называется число дуг, сходящихся в данной точке. Также следует доказать следующую теорему: Для любого дерева, имеющего В вершин и Р ребер, справедливо соотношение В-Р=1. (2) Для доказательства проведем индукцию по числу ребер Р. При Р=1 (дерево имеет одно ребро и две вершины) соотношение (2) справедливо. Предположим, что для любого дерева, имеющего ребер, соотношение (2) уже доказано, и пусть G - дерево, имеющее 1 ребро. Так как граф G связен, то его можно получить из некоторого связного графа G` добавлением одного ребра r. Действительно, любой связный граф может быть получен следующим образом: мы берем одно ребро, затем присоединяем к нему еще одно ребро так, чтобы снова получился связный граф, затем присоединяем еще одно ребро (так, чтобы снова получился связный граф) и т.д. Это возможно, если удастся его вычертить «одним росчерком». А это, в свою очередь, возможно, если разрешить «проходить» каждое ребро ровно два раза. Докажем, что любой связный граф можно вычертить «одним росчерком», если разрешить проходить каждое ребро точно два раза. Если проходить граф описанным выше способом, то его можно сопоставить с графом, у которого приходится по два ребра на каждое ребро исходного графа, т.е. индекс каждой вершины в два раза больше, чем у исходного. Полученный граф имеет вершины с четными индексами, а значит этот граф является уникурсальным (его можно «нарисовать одним росчерком»).

Не помогает тут и обычная смазка, которую очень неудобно использовать в микромашинах. Исследователи решили применить углеродные нанотрубки, уже нашедшие себе массу разнообразных профессий. На поверхности кремния с помощью химического осаждения паров вырастили «лес» из вертикально стоящих трубок толщиной сто и высотой тысячу нанометров. Трубки располагались на расстоянии около ста нанометров друг от друга. Получившуюся «щетину» сравнили с поверхностью золота, кремния, алмаза и тефлона. Для этого бусинки из полистирола диаметром пять микрон закрепили на микроскопических штангах и стали перемещать вдоль поверхности. Оказалось, что сила трения по такому ежу в пять с половиной раз меньше, чем по тефлону, и в семь раз меньше, чем по золоту. Ученые объяснили это тем, что бусинки касались лишь кончиков углеродных «иголок», оставаясь большей частью в «подвешенном» состоянии. Снижение площади контакта и уменьшило трение. Другой побочной профессией углеродного наноежа может стать перемещение органических нановолокон почти так же, как сено поддевают вилами

1. Перспективы развития и применения нанотехнологий. углеродные нанотрубки – революция в сфере технологии наночастиц

2. Элементы электроники на углеродных нанотрубках

3. Великобритания (расширенный вариант реферата 9490)

4. Реферат о Пугачеве

5. Реферат перевода с английского языка из книги “A History of England” by Keith Feiling

6. Реферат по книге Фернана Броделя
7. Реферат по технологии приготовления пищи "Венгерская кухня"
8. Несколько рефератов по Исламу

9. "Камю", "Сартр", "Шопенгауэр", "Ясперс", "Фромм" (Рефераты, доклады по философии)

10. Реферат по информационным системам управления

11. Семь чудес света - древний мир, средние века и наше время (история цивилизации, реферат)

12. реферат

13. Обзорный реферат по творчеству Ф.И. Тютчева

14. Реферат - Социальная медицина (ЗДРАВООХРАНЕНИЕ КАК СОЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА)

15. Реферат - Физиология (строение и функции гемоглобина)

16. Реферат по менеджменту

Стол детский складной "Первоклашка. Осень".
Материал: металл, пластик. Размер столешницы: 600x450 мм. Высота стола: 580 мм. Возраст: от 3 до 7 лет.
820 руб
Раздел: Столики
Дозатор для жидкого мыла сенсорный "Dettol (Детол)" + картридж "Зеленый чай и имбирь".
Дозатор для жидкого мыла Dettоl (сенсорный + кaртридж) представляет собой автоматическую сенсорную систему, обеспечивающую вакуумное
462 руб
Раздел: Настольные
Таблетки для посудомоечных машин "Paclan Brileo. Classic", 110 штук.
Таблетки обладают отличным моющим действием за счет входящих в состав "умных" энзимов (амилазы и протеазы). Отлично моют посуду,
690 руб
Раздел: Для посудомоечных машин

17. Реферат монографии А.А. Смирнова Проблемы психологии памяти

18. Сборник рефератов о конфликтах

19. Реферат по экскурсоведению

20. Реферат по экологии

21. Реферат о прочитаной на немецком языке литературы

22. Реферат для выпускных экзаменов
23. Реферат по ОБЖ, Тема: СПИД
24. Реферат о США

25. Реферат по делопроизводству с вопросами: Подготовка документов к архивному хранению, Правила оформления реквизитов №№16, 19, 20, 22, Контракты (договоры)

26. Реферат Политико-правовые взгляды М.М. Сперанского и Н.М. Карамзина

27. Исследование сорбции дрожжевых клеток на углеродном волокне и разработка технологии сбраживания гидролизного сусла

28. Углеродный цикл и изменения климата

29. Влияние структуры исходной ПАН-нити на структуру и свойства углеродного волокна

30. Новый углеродный катализатор для химических процессов

31. Закономерности извлечения растворимых в воде металлов углеродным сорбентом Техносорб. Извлечение алюминия

32. Углеродный цикл и изменения климата

Карандаши цветные "Progresso", 12 цветов.
Бездревесные цветные карандаши "Progresso" имеют прочное лаковое покрытие, легко затачиваются с помощью обычной карандашной
339 руб
Раздел: 7-12 цветов
Трехколесный велосипед Funny Jaguar Lexus Racer Trike Air (цвет: бронза).
Детский трехколесный велосипед с колясочной крышей на надувных колесах – настоящее спасение для мам с маленькими детьми. Главное место для
4200 руб
Раздел: Трехколесные
Набор детской мебели "Растем вместе" (цвет: орех).
Качественная детская мебель всегда отличается от взрослой, так как производится с учетом строения тела малыша и того, что он быстро
4541 руб
Раздел: Наборы детской мебели

33. Применение углеродных нанотрубок в энергетике

34. Электрохимический синтез низкоплотных углеродных материалов для очистки воды

35. Фуллерены

36. Фуллерены


Поиск Рефератов на сайте za4eti.ru Вы студент, и у Вас нет времени на выполнение письменных работ (рефератов, курсовых и дипломов)? Мы сможем Вам в этом помочь. Возможно, Вам подойдет что-то из ПЕРЕЧНЯ ПРЕДМЕТОВ И ДИСЦИПЛИН, ПО КОТОРЫМ ВЫПОЛНЯЮТСЯ РЕФЕРАТЫ, КУРСОВЫЕ И ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ. 
Вы можете поискать нужную Вам работу в КОЛЛЕКЦИИ ГОТОВЫХ РЕФЕРАТОВ, КУРСОВЫХ И ДИПЛОМНЫХ РАБОТ, выполненных преподавателями московских ВУЗов за период более чем 10-летней работы. Эти работы Вы можете бесплатно СКАЧАТЬ.