Məlumat

Niyə həyat almaz, qrafen, nanoborular və s. istehsal etmir? Ola bilərmi?

Niyə həyat almaz, qrafen, nanoborular və s. istehsal etmir? Ola bilərmi?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Belə görünür ki, həyat karbonu son dərəcə mürəkkəb molekullara (məsələn, DNT) yığmaqda həqiqətən də yaxşıdır. Qrafen hazırda biologiyada istifadə olunan bütün materiallardan daha güclüdür. Almaz hər hansı bioloji materiallardan daha sərtdir. Buna mane olan hansısa xas çətinlikdən xəbərimiz varmı? İnsanların heç vaxt genetik mühəndisliyi, məsələn, bakteriyalar/göbələklər/özümüzün almaz, qrafen, karbon nanoborucuqları və s. istehsal edə bilməyəcəyini düşünmək üçün hər hansı bir səbəb varmı?

Mən bunu çətin və ya qeyri-mümkün edəcək xüsusi metabolik maneələr axtarıram. (Məsələn, fermentlər/zülallar bu səbəbdən bunu edə bilməz və ya ATP metabolizmaları lazımi bağı yaratmaq üçün kifayət qədər enerjiyə malik deyildir.)


Biologiyanın almaz kimi super sərt, lakin kövrək materiallar üçün çoxlu istifadəsi yoxdur. Ən sərt bioloji materiallar da çox sərtdir, çünki onlar maksimum faydalılıq üçün mürəkkəb formalar yaratmalıdırlar. Limpet dişlər bilinən ən sərt bioloji materialdır, lakin eyni zamanda inanılmaz dərəcədə güclüdür, poladdan daha möhkəmdir, almaz kimi super kövrək deyil.1.

Qrafenə gəldikdə, oradakı böyük problem reaktivlikdir; qrafen təmiz karbondan başqa böyük bir maddədir və böyük bir səth sahəsinə malikdir. Əgər onu karbon reaktiv kimyəvi maddələrlə dolu bir məhlulun içinə qoyarsanız, o, qəribə işlər görməyə başlayır və hüceyrə membranları ilə xüsusilə qəribə qarşılıqlı əlaqəyə malikdir. Struktur olaraq, bu, hüceyrələrdən hazırlanmış bir şeydə olduğundan daha çox problemdir2.

Həm də yadda saxlamalısınız ki, təkamüldə, ümumiyyətlə, mükəmməllik deyil, "kifayət qədər yaxşı" haqqındadır. Təmiz karbon quruluşunun yaradılması bioloji (və beləliklə də sulu) mühitdə inanılmaz dərəcədə bahalı bir proses olardı.

İstinadlar:

  1. Limpet dişlərində həddindən artıq güc müşahidə olunur

  2. Qrafen və Biologiyanın İnterfeysini Tədqiq etmək


Biologiya faydalı xassələri olan məhsulların istehsalında bizdən xeyli irəlidədir. Nanoborular yeni bir şey deyil, bədəninizdəki bəzi strukturlar nanoborulardan hazırlanır, məs. diş minanız. Oradakı nanoborular tərkibində turşu olan qidaları yedikdən sonra minerallarla tükənə bilər, lakin onlar təxminən bir saat ərzində yenidən doldurulacaq. Buna görə diş həkiminiz yeməkdən dərhal sonra dişlərinizi fırçalamamağınızı söyləyəcək. Boş nanoborular asanlıqla zədələnir, onlar dəyişdirilməyəcək, beləliklə, daimi mineral itkisi olacaq.

Almaz kristallarının ling orqanizmlər üçün məlum istifadəsi yoxdur və bioloji şəraitdə böyümək də çətindir. Burada yadda saxlamaq lazımdır ki, insanlar makroskopik miqyasda strukturlar qurmaq üçün istifadə olunur. Bizim qurduğumuz maşınlar atom miqyasında baxdıqda hələ də çox böyük olan ən kiçik funksional hissələrə sahib olacaqlar. Bu o deməkdir ki, bizim maşınlarımız ən kiçik əlçatan miqyasdan daha kiçik olan tərəzilərdə zərər toplayan sistem səbəbindən deqradasiyaya meyllidir.

Bioloji sistemlərdə bu problem yoxdur, çünki burada müvafiq maşın hissələri molekulyar miqyasdadır. Kiçik miqyasda zədələnmə atomlar arasındakı bağların qırılmasını tələb edir ki, bu da çox yüksək enerji tələb edir. Həmçinin sistemlərin özləri də bu miqyasda müdaxilə edəcək qədər kiçikdir. Beləliklə, almazdan istifadə etmək istəməyimizin səbəbi (köklənməyən güclü material) bioloji sistemlər üçün aktual deyil.

Burada bioloji sistemlərin özünü saxlamaq üçün daim iş başında olduğunu da nəzərə almaq lazımdır. Beləliklə, bu, bizim qurduğumuz hər hansı bir maşına bənzəmir ki, yalnız çox nadir hallarda texniki xidmət üçün dayanma vaxtına ehtiyac duyacaq və hələ də biz onu zaman keçdikcə pisləşəcəyinə inanacağıq. Daxili özünü saxlama prosesləri dayanarsa, bioloji sistem demək olar ki, dərhal dağılacaq. Bədəninizi formada saxlayan parçalanma və bərpa arasındakı tarazlıqdır. Məşq etməklə yenidən qurma tələbini artırmaq, bədəninizin daha da güclənməsi üçün tarazlığı dəyişəcək.


Bir-birinə yapışdırıldıqda belə, qrafen məlum olan ən güclü material olaraq qalır

Kolumbiya Universitetində aparılan bir araşdırma göstərdi ki, hətta daha kiçik parçalardan bir-birinə tikildikdə belə, böyük qrafen təbəqələri hələ də mexaniki xüsusiyyətlərinin çoxunu saxlayır. Kəşf çevik elektronika, ultra yüngül və güclü materiallar və hətta ilk kosmik liftin istehsalı üçün istifadə oluna bilən karbon nanoborucuqlarının kütləvi istehsalında irəliyə doğru mühüm addım ola bilər.


Niyə həyat almaz, qrafen, nanoborular və s. istehsal etmir? Ola bilərmi? - Biologiya

Qrafitdən qrafen parıldayır.

“Əsrin materialı”.

“Sanki elmi fantastika reallığa çevrilib” Youngjoon Gil, V.P. Samsung deyir.

Yenə də, yəqin ki, insan tərəfindən kəşf edilən ən qədim elementlərdir. Bu, Ovçuluq dövründə taxta yanğını söndürdükdən sonra qalan qara parçalardan başqa bir şey deyildi. qədər çoxlu adlarla çağırılırdı kömür, lampa qarahis üçün antrasit, bitumkoks. Təxminən 19-cu əsrdə insan o yağlı qara rəngi kəşf etdi Qrafit və Brilyantın parlaq kristalları eyni elementin son dərəcə saf formaları idi.


Şəkil 1. Karbonun Strabge molekulları.

Eyni elementin müxtəlif formaları adlanır Allotroplar. Beləliklə, burada qeyd olunan adlar allotroplardır KARBON. 1962-ci ildən elm adamları tərəfindən hələ də başqa formalar yaradılmışdır. İndi bu atomun quruluşuna baxaq və onun necə davrandığını anlamağa çalışaq.

Fig.1 Karbonun qəribə molekulları.

Şəkil 2. Karbon atomunun quruluşu.

Atom No 6. Atom kütləsi 12.

Xarici qabıqda sıx bir şəkildə qucaqlaşan 4 elektron var. Elektronların asanlıqla sərbəst buraxıldığı metal atomlarında olduğu kimi, Karbon müsbət ionlar meydana gətirən elektronları borc vermir. Elektronları paylaşaraq birləşmələr əmələ gətirir, bu, kovalent bağlar adlanan güclü bağların növüdür.

şək.3. Karbon digər elementlərlə birləşərək birləşmələr əmələ gətirir.

Karbon xlor, hidrogen və s. kimi elementlərlə birləşdiyi kimi, eyni elementin atomları ilə güclü kimyəvi kovalent bağlar yaradaraq nəhəng molekullar əmələ gətirə bilər. Onların meydana gəlməsinin iki yolu var.

Şəkil 4. Karbonun iki allotropu.

Almazda karbonun xarici qabığındakı dörd elektronun hamısının mükəmməl birləşdiyi ən sabit bağları tapırıq. Ən sərt təbii maddəni əmələ gətirir. Elektrik cərəyanını keçirən sərbəst elektronlar yoxdur. Qrafitdə bir karbon atomu yalnız üç başqa atomla birləşir. Qalan elektron Şəkil 4-də göstərildiyi kimi başqa təbəqəyə bağlanır. Zəif qüvvəyə Van der divarının qüvvəsi deyilir. Elektronlar bir qədər sərbəst hərəkət edir, bu da onu elektrik keçiricisi edir.

Şəkil 5. Qrafitdəki müxtəlif təbəqələr Van der Wall qüvvələri ilə bağlanır.

KARBON Dövri Cədvəldə əsas mövqeyə malikdir. O, ya sağdakı elementlərlə, ya da soldakı metallarla birləşə bilər. Beləliklə, o, metallarla qeyri-metalların demarkasiyası arasında bir qədər sağa meylli olan sərhəddədir. Saf karbon atomları da bir-biri ilə müxtəlif yollarla birləşir və bu da karbonun müxtəlif formalarda mövcud olmasına səbəb olur. allotropiya. Lampanı qara və almazla birləşdirmək bir layman üçün asan olmaya bilər, lakin bu ikisi Karbon elementinin iki saf formasıdır,

Karbonun ən sabit təbii forması almazdır. Kovalent bağlarla möhkəm bağlanan karbon atomlarının çox nizamlı düzülüşü var. Hər bir atom eyni elementin digər 4 atomuna bağlıdır. Sərbəst elektronların olmaması digər elementləri cəlb etmir və elektrik axınının qarşısını alır. Kimyəvi və fiziki cəhətdən çox sabitdir. Sudan 3,5 dəfə ağırdır və Moh şkalasına görə 10 sərtliyə malikdir. Bu xüsusiyyət şəffaflıq və yüksək sındırma indeksi ilə birlikdə onu zərgərlik üçün ideal kristal edir. “Almaz kəsilmiş almaz” ifadəsi onun sərt materialların kəsilməsi və qazılması üçün istifadə edildiyini göstərir. Təəssüf ki, almazın istifadəsi çox nadir olduğu üçün qismən məhduddur. MP=3550ºC

Karbonun bu allotropu növbəti ən təbii çeşid hesab edilə bilər. Hər bir Karbon atomu digər 3 atomla bağlıdır. Bu tənzimləmə metallarda olduğu kimi elektrik cərəyanının ötürülməsini asanlaşdıran sərbəst elektronları əlçatan edir. Bu xüsusiyyət onu hüceyrələrdə elektrodlar və mühərriklər üçün fırçalar kimi uyğun edir. Quruluş sürüşə bilən paralel təbəqələri göstərir, bu da onu yüksək temperaturda istifadə edilə bilən sürtkü kimi uyğun edir. (NASA bu yaxınlarda bu xüsusiyyətin kosmosda inkar etdiyini kəşf etdi.) Yüksək ərimə nöqtəsi materialın ərimiş metalları tökmək üçün odlu kərpic və tigelərdə istifadə edilməsinə imkan verir MP= 3600ºC (təxminən)

Şəkil 6. Kömürün strukturu

Bu, keçmişdə lokomotivlər və gəmilər kimi generatorlar və ağır maşınlar üçün yanacaq kimi məşhur olaraq istifadə edilən karbonun natəmiz formasıdır. Kömürün ən yaxşı forması olan antrasit yalnız 90% karbonlu bitumlu kömür, 75-90% karbon və linyit təxminən 50% karbondur. Diaqramda göstərildiyi kimi karbon atomlarına bağlı Hidrogen, Azot və hətta Kükürd və Fosfor var.

amorf' “kristal”ın əksidir. Kömür adətən asanlıqla toz halına salına bilən karbonun natəmiz formasıdır. Kömür və his bu kateqoriyaya aiddir. İndi müəyyən edilmişdir ki, hətta amorf formalar da digər çirklərlə birlikdə qarışmış kristal həqiqətlərdən ibarətdir.

In 1985, Harold Kroto, Böyük Britaniya, Richard SmalleyABŞ-dan Robert Körl, yeni bir karbon molekulu yaratdı. Quruluş futbol topu şəklində qatlanmış bir qrafit qatına bənzəyirdi. Helium qazı ilə əhatə olunmuş qrafit çubuqları qızdıraraq, buxarın yanmaması və kondensasiya edilməməsi üçün 60 karbon atomundan ibarət molekullar əldə etdilər. Quruluş futbol topuna bənzər kürə idi. Onun 12 beşbucaqlı və 20 altıbucaqlı tək və ikiqat bağları var idi. Onlar onu Buckminster Fuller və ya qısaca “Bucky ball” adlandırdılar.

Üçlük 1996-cı ildə Nabel mükafatını bölüşdü.

Bu, bəzi kimyaçılar tərəfindən "ən gözəl molekul" hesab olunur. 60 karbon atomundan ibarət olan futbol topu quruluşunun molekulu. Bir şamdan gələn lampa qarası bu mikroskopik müxtəlif karbondan bəzilərini ehtiva edir. NASA bu yaxınlarda bunun kosmik kosmosda olduğunu aşkar etdi. İçərisində boşluq olan qara kürəciklərdir. Son dərəcə sərt və qəribə maqnit xüsusiyyətlərinə malikdir. Super keçiricilərə çevrilə bilən yarımkeçirici elektrik. Bağlama qrafitə bənzəyir, lakin qalınlığı yalnız bir qatdır. Xüsusi çəkisi 1,7-dir.

Aşağıdakı proqramlar hazırdır

1. Elektrik cərəyanının yaxşı keçiriciləri.

Funksionalizasiya ilə (atomları əlavə edərək və ya çıxararaq dəyişdirərək) super keçirici ola bilərlər

Suda həll etmək üçün dəyişdirilə və tibbi tətbiqlərdə istifadə edilə bilər

4. Unikal quruluş ona sərbəst radikallara hal-hazırda mövcud olan hər hansı bir antioksidantdan daha yaxşı bağlanmağa imkan verir. Onlar mast hüceyrələrinin histamin buraxmasının qarşısını ala bilirlər

Bu, allergiyanın müalicəsidir və hətta yaşlanmanın qarşısını ala bilər.

“Buckyball müəyyən bir dərmanın bir dəqiqəlik dozasını əhatə edir. Buckyballun funksionallığına nəzarət edərək, buckytube dərmanın tələb olunduğu yerə çatana qədər dərman qapalı qalır. Buckyball sonra onu buraxır”.

Yapon İijima Sumio vərəqləri borulara qatlayaraq onları nano borular adlandırdı.

Şəkil 7. Karbon nano borusu silindrik formaya yuvarlanmış qrafen təbəqədir.

Bunlar 'buckyball'lara bənzər molekullardır, lakin silindrik və ya konus formalı borulara uzanır. Bunlar indiyə qədər kəşf edilmiş hər hansı material üçün ən yüksək dartılma gücünə malikdir. 1 mm2 kəsiyi olan bir kabel 6000 kq-dan çox çəki götürə bilər. Ən kiçik diametri təxminən 0,4 nm olsa da, uzunluğu 4 sm-ə qədər olan borular istehsal edilmişdir. Digər bir fenomen, teleskopda olduğu kimi bəzi hallarda çoxlu borunun olmasıdır. Ən qəribəsi isə daxili boruların heç bir sürtünmə olmadan teleskopik olmasıdır. Bunlar xətti və ya fırlanma hərəkətləri üçün ideal rulmanları təmin edir və elm adamlarının sürtünməsiz nano-miqyaslı ideal motor üçün planları var.


CNT-nin istifadəsi ilə nəzərdə tutulan nəhəng layihə 'Kosmik Lift' tərəfindən məşhurlaşdırıldığı kimi Artur C Klerk "Cənnət çeşmələri" adlı elmi-fantastik romanında. Onun planı onun Respublikadan qalxması idi Maldiv adaları.
NASA bir texniki-iqtisadi əsaslandırma hazırladı və aşağıdakı kimi hesabat verdi "Bu, artıq elmi fantastika deyil. Biz bunu çox yaxşı bacararıq"

Nəzərə almaq maraqlıdır ki, adi karandaşdan istifadə edən hər kəs, yəqin ki, bilmədən qrafenə bənzər strukturlar istehsal etmişdir. Qələmdə qrafit var və onu bir kağız parçasına köçürdükdə, qrafit kağız üzərində bitən və istehsal etməyə çalışdığımız mətni və ya rəsmini təşkil edən nazik təbəqələrə bölünür. Bu nazik təbəqələrin kiçik bir hissəsində yalnız bir neçə təbəqə və ya hətta bir qrafit təbəqəsi, yəni qrafen olacaq.

Beləliklə, çətinlik qrafen strukturlarını yaratmaq deyil, qrafeni müəyyən etmək və xarakterizə etmək və unikal iki ölçülü (2D) xüsusiyyətlərini yoxlamaq üçün kifayət qədər böyük fərdi təbəqələri təcrid etmək idi. Geim, Novoselov və onların əməkdaşları buna müvəffəq oldular.

2010-cu ildə iki rus əsilli alim fizika üzrə mükafata iddia etdi qrafika 2015-ci ilə qədər 61 milyon funt sterlinq dəyərində tamamlanacaq olan Mançesterdəki Milli Qrafen İnstitutunun (NGI) materiallarının istifadəsində yeni bir dövrü başlatmağa borcludur.
Qrafin adı 40 ildən çox əvvəl kəşf edilməmiş, xəyali maddə, bir atom qalınlığında, qrafit kristalından tək təbəqə üçün yaradılmışdır. O vaxt heç kəs onun özünəməxsus xüsusiyyətlərini nümayiş etdirən bir iş skamyasında görünə biləcəyinə inanmazdı. Amma Andre GeimKonstantin Novosilov 2004-cü ildə yapışqan lentdən istifadə edərək qrafit kristalından təbəqəni soydu. Buckyballs və CNT qəribə maddələrdir, lakin qrafen bütün elm ictimaiyyətini heyran etdi.
"Qrafen almazdan daha güclü və sərtdir, lakin rezin kimi uzunluğunun dörddə birinə qədər uzana bilər. Onun səth sahəsi çəkisi ilə tanınan ən böyük sahədir”. Gleim deyir. "Bu qızıl mədənidir”Novosilov deyir.

Qrafenin xüsusiyyətləri və istifadəsi.

1. Məlum olan ən nazik material.

Cüzdan kartında xurma zirvəsini təsəvvür edin.

Qrafendən istifadə edən xurma üstü ATM kartı ölçüsündə ola bilər, lakin lap topunuzdan daha sürətli.

Elektrik keçiriciliyi ilə birləşən bu xüsusiyyət onu sensor ekranlar üçün ideal hala gətirir.

Qatlanan kompüterlər hazırlamaq imkanı və s.

Təyyarə üçün idealdır. Yeni nəsil nəqliyyat vasitələri və hətta peyklər üçün istifadə edilə bilər.

5. Məlum olan ən güclü material. Ağırlığına görə poladdan 100 dəfə güclüdür

Güllə keçirməyən jiletlər üçün uyğundur. Avstraliyalı tədqiqatçılar bir polimerə bərabər miqdarda qrafen və karbon nanoborucuqlarının əlavə edilməsi nəticəsində gülləkeçirməz jiletlərin istehsalı üçün istifadə edilən parçaya çevrilə bilən super güclü lif əmələ gəldiyini aşkar ediblər.

6. Elektrik cərəyanını demək olar ki, super keçirici kimi keçirir.

Ağır metal kabelləri əvəz edə bilər.

7. Mükəmməl istilik keçiricisidir.

Elektron avadanlığın içərisində yarana bilən istiliyi aradan qaldırmağa kömək edə bilər.

8. Son dərəcə seçici filtr.

Suyun keçməsinə imkan verir, lakin həll olunmuş duzları deyil, dəniz suyunu duzsuzlaşdırmaq üçün idealdır.

Su, bir stəkan sulanmış araqın üzərinə qoyulmuş qrafen membran vasitəsilə buxarlanır və konsentratlaşdırılmış spirti geridə qoyur.

10. Qəribə elektrik xassələri.

Hətta silikon çipləri əvəz edə bilər.

Dəmir və polad korroziyasının qarşısını almaq üçün istifadə edilə bilər.

12. Qrafen oksidi radioaktiv tullantıları udur.

Rays Universiteti və Lomonosov adına Moskva Dövlət Universitetinin tədqiqatçıları qrafen oksidin kiçik hissələrinin radioaktiv çirkləndiricilərə bağlandığını aşkar etdilər. Bu, nüvə qəzalarından sonra kömək edə bilər.

Hazırda məhdudlaşdırıcı amil qrafen istehsalının sürətidir. Bir çox tədqiqat təşkilatı kommersiya baxımından daha böyük və daha böyük qrafen təbəqələrinin soyulmasına yönəlib.


Qatlana bilən mobil telefonlar

Son vaxtlara qədər elektron cihazların əksəriyyəti düymələri basmaqla, klaviaturada yazmaqla və ya siçanla idarə olunurdu. Bu gün əksər mobil telefonlar və planşet kompüterlərində istifadəçiyə birbaşa ekran ekranında nişanlar və ya hərflərə toxunaraq seçim etmək imkanı verən sensor ekranlar var.

Bu cihazların əksəriyyətinin necə işlədiyinə dair əsas fikir sadədir. Bir təbəqə ki elektrik yükünü saxlayır ekranın şüşə panelinə yerləşdirilir. İstifadəçi barmağı və ya qələm qələmi ilə ekrana toxunduqda yükün bir hissəsi istifadəçiyə ötürülür, beləliklə təbəqənin yükü azalır. Bu azalma ekranın hər küncündə yerləşən sensorlar tərəfindən ölçülür və bu məlumat cihazın daxilindəki prosessora ötürülür və hansı hərəkətin həyata keçirilməsini müəyyən edir.

Bütün bunlar mümkündür, çünki bu cihazlar nazik və şəffaf örtüklü, keçirici və yük saxlaya bilən ekranlardan istifadə edir. Bu gün portativ cihazların əksəriyyətində indium qalay oksidindən hazırlanmış keçirici təbəqə ilə örtülmüş ekranlar var. Amma bu material kövrəkdir, ona görə də onu qorumaq və dəstəkləmək üçün şüşənin üzərinə qatlanır. Bu, qalın və çevik olmayan ekranlara gətirib çıxarır.

Keçirici elementi kimi qrafenlə hazırlanmış toxunma ekranları şüşə əvəzinə nazik plastik üzərində çap oluna bilər, beləliklə, onlar yüngül və çevik olacaqlar ki, bu da mobil telefonları bir kağız parçası kimi nazik və cibinə sürüşmək üçün kifayət qədər qatlana bilər. Həmçinin, qrafenin inanılmaz gücünə görə, bu cib telefonları demək olar ki, qırılmaz olardı. Alimlər bu tip sensor ekranın bazarda görünən ilk qrafen məhsulu olacağını gözləyirlər.


Qrafenin kimyəvi funksionallaşdırılması və onun tətbiqləri

Qrafen təbəqələrinin funksionallaşdırılması və yayılması onların son tətbiqləri üçün həlledici əhəmiyyətə malikdir. Qrafenin kimyəvi funksionallaşdırılması bu materialı qat-qat yığma, spin-örtmə və filtrasiya kimi həlledici ilə dəstəklənən üsullarla emal etməyə imkan verir. O, həmçinin reduksiya zamanı tək qatlı qrafenin yığılmasının qarşısını alır və qrafenin xas xüsusiyyətlərini saxlayır. Buna görə də, qrafenin kimyəvi funksionallaşdırılmasının irəliləyişləri haqqında ətraflı icmal təqdim olunur. Qrafenin sintezi və xarakteristikası da cari məqalədə nəzərdən keçirilmişdir. Qrafenin funksionallaşdırılması kovalent və qeyri-kovalent modifikasiya üsulları ilə həyata keçirilə bilər. Hər iki halda funksionallaşdırılmış qrafen əldə etmək üçün qrafen oksidinin səthinin modifikasiyası və reduksiyası aparılmışdır. Müəyyən edilmişdir ki, həm kovalent, həm də qeyri-kovalent modifikasiya üsulları emal olunan qrafenin hazırlanmasında çox effektivdir. Bununla belə, funksionallaşdırılmış qrafenin elektrik keçiriciliyinin təmiz qrafenlə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə azaldığı müşahidə edilmişdir. Bundan əlavə, kovalent və qeyri-kovalent üsullarla hazırlanmış funksionallaşdırılmış qrafenin səth sahəsi, lopa qrafitinin dağıdıcı kimyəvi oksidləşməsi və sonra sonikasiya, funksionallaşdırma və kimyəvi reduksiya səbəbindən əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Bu problemlərin öhdəsindən gəlmək üçün birbaşa qrafitdən funksionallaşdırılmış qrafenin hazırlanması ilə bağlı bir neçə araşdırma aparılmışdır (bir addımlı proses). Bütün bu hallarda qrafenin səth modifikasiyası aqlomerasiyanın qarşısını ala bilər və sabit dispersiyaların əmələ gəlməsini asanlaşdırır. Səthi dəyişdirilmiş qrafen polimer nanokompozitlərin, super-kondansator cihazların, dərmanların ötürülməsi sisteminin, günəş batareyalarının, yaddaş qurğularının, tranzistor cihazının, biosensorun və s. istehsalı üçün istifadə edilə bilər.


MIT Mühəndisləri Elektrik Enerjisi İstehsalının Tamamilə Yeni Yolunu Kəşf Ediblər

MIT mühəndisləri, sadəcə olaraq, üzən olduqları üzvi həlledici ilə qarşılıqlı əlaqədə elektrik cərəyanı yarada bilən kiçik karbon hissəciklərindən istifadə edərək elektrik enerjisi istehsal etməyin yolunu kəşf ediblər. Hissəciklər teflon kimi polimer (yaşıl) ilə örtülmüş əzilmiş karbon nanoborucuqlarından (mavi) hazırlanır. Kredit: Jose-Luis Olivares, MIT. Tədqiqatçıların nəzakətli bir rəqəminə əsaslanır.

Kiçik hissəciklər kimyəvi reaksiyaları gücləndirir

Karbon nanoborucuqlarından hazırlanmış yeni material ətraf mühitdən enerji çıxararaq elektrik enerjisi istehsal edə bilər.

MİT mühəndisləri sadəcə onları əhatə edən maye ilə qarşılıqlı əlaqədə cərəyan yarada bilən kiçik karbon hissəciklərindən istifadə edərək elektrik enerjisi əldə etməyin yeni yolunu kəşf ediblər.

Tədqiqatçılar deyirlər ki, üzvi həlledici olan maye elektronları hissəciklərdən çıxararaq kimyəvi reaksiyaları idarə etmək və ya mikro və ya nanoölçülü robotları gücləndirmək üçün istifadə edilə bilən cərəyan yaradır.

MIT-də Kimya Mühəndisliyi üzrə Karbon P. Dubbs professoru Maykl Strano deyir: “Bu mexanizm yenidir və bu enerji istehsal üsulu tamamilə yenidir”. “Bu texnologiya maraqlıdır, çünki etməli olduğunuz tək şey həlledicini bu hissəciklərin yatağından keçirtməkdir. Bu sizə elektrokimya ilə məşğul olmağa imkan verir, lakin naqilsiz”.

Bu fenomeni təsvir edən yeni bir araşdırmada tədqiqatçılar bu elektrik cərəyanından spirt oksidləşməsi kimi tanınan reaksiyanı - kimya sənayesində vacib olan üzvi kimyəvi reaksiyanı idarə etmək üçün istifadə edə biləcəklərini göstərdilər.

Strano bu gün (7 iyun 2021-ci il) nəşr olunan məqalənin baş müəllifidir. Təbiət Əlaqələri. Tədqiqatın aparıcı müəllifləri MIT aspirantı Albert Tianxiang Liu və keçmiş MIT tədqiqatçısı Yuiçiro Kunaidir. Digər müəlliflər arasında keçmiş aspirant Anton Cottrill, postdoclar Amir Kaplan və Hyunah Kim, aspirant Ge Zhang və yeni MIT məzunları Rafid Mollah və Yannick Eatmon var.

Unikal xüsusiyyətlər

Yeni kəşf Stranonun karbon nanoborucuqları - unikal elektrik xüsusiyyətlərinə malik olan karbon atomlarından ibarət qəfəsdən hazırlanmış içi boş borular üzərində apardığı tədqiqat nəticəsində ortaya çıxdı. 2010-cu ildə Strano ilk dəfə karbon nanoborucuqlarının “termoelektrik dalğalar” yarada biləcəyini nümayiş etdirdi. Karbon nanoborusu yanacaq təbəqəsi, hərəkət edən istilik impulsları və ya termoelektrik dalğaları ilə örtüldükdə, boru boyunca hərəkət edərək elektrik cərəyanı yaradır.

Bu iş Strano və tələbələrini karbon nanoborucuqlarının əlaqəli xüsusiyyətini açmağa vadar etdi. Onlar müəyyən ediblər ki, nanoborunun bir hissəsi teflonabənzər polimerlə örtüldükdə o, elektronların borunun örtülmüş hissəsindən örtülməmiş hissəsinə axmasını mümkün edən asimmetriya yaradır və elektrik cərəyanı yaradır. Bu elektronlar hissəcikləri elektronlara ac olan bir həllediciyə batırmaqla çıxarıla bilər.

Bu xüsusi qabiliyyətdən istifadə etmək üçün tədqiqatçılar karbon nanoborucuqlarını üyüdərək və onları kağıza bənzər material halına gətirərək elektrik enerjisi yaradan hissəciklər yaratdılar. Hər təbəqənin bir tərəfi Teflon kimi polimerlə örtülmüşdü və tədqiqatçılar daha sonra istənilən forma və ölçüdə ola biləcək kiçik hissəcikləri kəsdilər. Bu araşdırma üçün 250 mikron 250 mikron olan hissəciklər hazırladılar.

Bu hissəciklər asetonitril kimi üzvi həllediciyə batırıldıqda, həlledici hissəciklərin örtülməmiş səthinə yapışır və elektronları onlardan çıxarmağa başlayır.

Strano deyir: "Həlledici elektronları götürür və sistem elektronları hərəkət etdirərək tarazlıq yaratmağa çalışır". “İçərisində mürəkkəb batareya kimyası yoxdur. Bu, sadəcə bir hissəcikdir və siz onu həllediciyə qoyursunuz və o, elektrik sahəsi yaratmağa başlayır”.

Amherstdəki Massaçusets Universitetində elektrik və kompüter mühəndisliyi üzrə dosent Jun Yao deyir: "Bu tədqiqat, yerində elektrokimyəvi sintez üçün elektron materialda saxlanılan hər yerdə (və çox vaxt gözə dəyməyən) elektrik enerjisinin necə çıxarılmasını ağıllıca göstərir". tədqiqatda iştirak etməyən. "Gözəllik ondan ibarətdir ki, bu, müxtəlif sintetik sistemlərdə müxtəlif materialların və tətbiqlərin istifadəsinə asanlıqla genişləndirilə bilən ümumi metodologiyaya işarə edir."

Hissəcik gücü

Hissəciklərin hazırkı versiyası hər hissəcik üçün təxminən 0,7 volt elektrik enerjisi yarada bilər. Bu araşdırmada tədqiqatçılar kiçik bir sınaq borusunda yüzlərlə hissəcikdən ibarət massivlər yarada biləcəklərini də göstərdilər. Bu "doldurulmuş yataq" reaktoru, spirtin aldehid və ya ketona çevrildiyi spirt oksidləşməsi adlanan kimyəvi reaksiyanı gücləndirmək üçün kifayət qədər enerji istehsal edir. Adətən bu reaksiya elektrokimyadan istifadə edilmir, çünki çox xarici cərəyan tələb edir.

Zhang deyir: "Yüklənmiş yataq reaktoru yığcam olduğundan, tətbiqlər baxımından böyük elektrokimyəvi reaktordan daha çox çevikliyə malikdir". "Zərrəciklər çox kiçik edilə bilər və elektrokimyəvi reaksiyanı idarə etmək üçün heç bir xarici naqil tələb etmir."

Gələcək işində Strano bu cür enerji istehsalından başlanğıc material kimi yalnız karbon qazından istifadə edərək polimerlər yaratmaq üçün istifadə etməyə ümid edir. Müvafiq layihədə o, artıq günəş enerjisi ilə işləyən bir prosesdə tikinti materialı kimi karbon qazından istifadə edərək özlərini bərpa edə bilən polimerlər yaratmışdır. Bu iş karbon fiksasiyasından, bitkilərin günəş enerjisindən istifadə edərək karbon qazından şəkər yaratmaq üçün istifadə etdiyi kimyəvi reaksiyalar toplusundan ilhamlanıb.

Uzunmüddətli perspektivdə bu yanaşma mikro və ya nanoölçülü robotları gücləndirmək üçün də istifadə edilə bilər. Strano laboratoriyası artıq bir gün diaqnostika və ya ətraf mühit sensorları kimi istifadə oluna biləcək bu miqyasda robotlar yaratmağa başlayıb. O deyir ki, bu cür robotları işə salmaq üçün ətraf mühitdən enerji çıxarmaq ideyası cəlbedicidir.

"Bu o deməkdir ki, enerji anbarını bortda yerləşdirməyə ehtiyac yoxdur" dedi. "Bu mexanizmdə xoşumuza gələn odur ki, enerjini ən azı qismən ətraf mühitdən ala bilərsiniz."

İstinad: Albert Tianxiang Liu, Yuichiro Kunai, Anton L. Cottrill, Amir Kaplan, Ge Zhang, Hyunah Kim, Rafid S. Mollah, Yanmon Michael Eat və Yannick L. Eat, Albert Tianxiang Liu, Yuichiro Kunai, “Elektrik asimmetrik karbon Janus hissəciyində həlledici ilə induksiya edilmiş elektrokimya” S. Strano, 7 iyun 2021-ci il Təbiət Əlaqələri.
DOI: 10.1038/s41467-021-23038-7


Yer üzündə almazdan daha sərt olan 6 "ən güclü material" var

Karbon digər elementlərdən fərqli olaraq kimyəvi və fiziki xassələri ilə bütün təbiətdəki ən heyranedici elementlərdən biridir. Nüvəsində cəmi altı proton olan bu, bir sıra mürəkkəb bağlar yarada bilən ən yüngül bol elementdir. Həyatın bütün məlum formaları karbon əsaslıdır, çünki onun atom xüsusiyyətləri eyni anda dörd başqa atomla əlaqə yaratmağa imkan verir. Bu bağların mümkün həndəsələri həmçinin karbonun, xüsusən də yüksək təzyiq altında sabit kristal qəfəsə çevrilməsinə imkan verir. Şərtlər düzgün olarsa, karbon atomları almaz kimi tanınan möhkəm, ultra sərt bir quruluş yarada bilər.

Almazlar dünyada ən sərt material kimi tanınsalar da, əslində daha sərt olan altı material var. Almazlar hələ də Yer kürəsində ən çətin təbii şəkildə meydana gələn və bol materiallardan biridir, lakin bu altı materialın hamısını döyür.

Hörmətli qeyd: almaz qədər sərt olmayan üç yer materialı var, lakin müxtəlif dəblərdəki gücünə görə hələ də olduqca maraqlıdır. Nanotexnologiyanın gəlişi ilə - müasir materialların nanoölçülü anlayışlarının inkişafı ilə yanaşı, biz fiziki cəhətdən maraqlı və ekstremal materialları qiymətləndirmək üçün çoxlu müxtəlif ölçülərin olduğunu başa düşürük.

Bioloji cəhətdən hörümçək ipəyi ən sərti kimi tanınır. Alüminium və ya polad kimi əksər ənənəvi materiallardan daha yüksək güc-çəki nisbəti ilə, nə qədər nazik və yapışqan olması ilə də diqqəti çəkir. Dünyadakı bütün hörümçəklər arasında Darvinin qabıqlı hörümçəkləri ən sərtdir: kevlardan on dəfə güclüdür. O qədər nazik və yüngüldür ki, təxminən bir funt (454 qram) Darvinin qabığı hörümçək ipəyi bütün planetin çevrəsini izləmək üçün kifayət qədər uzun bir ip təşkil edərdi.

Təbii olaraq yaranan bir mineral üçün, təbii olaraq mozanit şəklində olan silisium karbid almazdan bir qədər az sərtliyə malikdir. (Hələ də hər hansı hörümçək ipəyindən daha çətindir.) Dövri cədvəldə bir-biri ilə eyni ailəni tutan silisium və karbonun kimyəvi qarışığı olan silisium karbid dənələri 1893-cü ildən kütləvi istehsal olunur. təzyiq, lakin çox sərt keramika materialları yaratmaq üçün sinterləmə kimi tanınan aşağı temperatur prosesi.

Bu materiallar təkcə avtomobil əyləcləri və muftalar, gülləkeçirməz jiletlərdəki lövhələr və hətta tanklar üçün uyğun döyüş zirehləri kimi sərtlikdən istifadə edən geniş çeşidli tətbiqlərdə faydalı deyil, həm də elektronikada istifadə üçün inanılmaz dərəcədə faydalı yarımkeçirici xüsusiyyətlərə malikdir.

Diametri 50 nanometrdən cəmi 2 nanometrə qədər olan kiçik silisium kürələri ilk dəfə təxminən 20 il əvvəl Enerji Departamentinin Sandia Milli Laboratoriyalarında yaradılmışdır. Bu nanosferlərin diqqətəlayiq cəhəti onların içi boş olması, öz-özünə kürələrə yığılması və hətta bir-birinin içində yuva qura bilməsi, eyni zamanda bəşəriyyətə məlum olan ən sərt material olaraq almazdan bir qədər az sərt olmasıdır.

Öz-özünə yığma təbiətdə inanılmaz dərəcədə güclü bir vasitədir, lakin bioloji materiallar sintetik olanlarla müqayisədə zəifdir. Bu öz-özünə yığılan nanohissəciklər daha yaxşı su təmizləyicilərindən tutmuş daha səmərəli günəş batareyalarına, daha sürətli katalizatorlardan yeni nəsil elektronikaya qədər tətbiqlərlə xüsusi materiallar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər. Bu öz-özünə yığılan nanosferlərin xəyal texnologiyası, istifadəçinin spesifikasiyasına uyğun olaraq çap edilə bilən bədən zirehləridir.

Almazlar, əlbəttə ki, bütün bunlardan daha çətindir və hələ də Yerdə tapılan və ya yaradılan ən sərt materialların bütün zamanlar siyahısında 7-ci yerdədir. Həm digər təbii (lakin nadir) materiallardan, həm də sintetik, insan istehsalı olanlardan üstün olmalarına baxmayaraq, hələ də bir mühüm rekorda sahibdirlər.

Almazlar bəşəriyyətə məlum olan ən cızıqlara davamlı material olaraq qalır. Titan kimi metallar cızılmaya daha az davamlıdır və hətta həddindən artıq sərt keramika və ya volfram karbid sərtlik və ya cızılmaya davamlılıq baxımından almazlarla rəqabət apara bilməz. Yaqut və ya sapfir kimi həddindən artıq sərtliyi ilə tanınan digər kristallar hələ də almazdan məhrumdur.

Ancaq altı material sərtlik baxımından hətta təriflənmiş almaz döyüntüsünə malikdir.

6.) Wurtzite bor nitridi. Karbon əvəzinə bir sıra başqa atom və ya birləşmələrdən kristal düzəldə bilərsiniz və onlardan biri bor nitrididir (BN), burada dövri cədvəldə 5-ci və 7-ci elementlər bir araya gələrək müxtəlif imkanlar yaradır. O, amorf (qeyri-kristal), altıbucaqlı (qrafitə bənzər), kub (almaza bənzər, lakin bir qədər zəif) və vurtsit forması ola bilər.

Bu formaların sonuncusu həm olduqca nadirdir, həm də son dərəcə çətindir. Vulkan püskürmələri zamanı əmələ gəlmiş, yalnız kiçik miqdarda kəşf edilmişdir, yəni biz onun sərtlik xüsusiyyətlərini heç vaxt sınaqdan keçirməmişik. Bununla belə, o, fərqli bir kristal qəfəs əmələ gətirir - üz mərkəzli kub əvəzinə tetraedral - ən son simulyasiyalara görə almazdan 18% daha sərtdir.

5.) Lonsdaleite. Təsəvvür edin ki, sizin atmosferimizdən keçən və Yer planeti ilə toqquşan karbonla dolu və buna görə də tərkibində qrafit olan bir meteorunuz var. Düşən meteoru inanılmaz dərəcədə isti bir cisim kimi təsəvvür edə bilsəniz də, Yerə doğru səyahətlərinin çox hissəsi (və ya hətta potensial olaraq hamısı) üçün isti olan yalnız xarici təbəqələrdir.

Upon impact with Earth’s surface, however, the pressures inside become larger than any other natural process on our planet’s surface, and cause the graphite to compress into a crystalline structure. It doesn’t possess the cubic lattice of a diamond, however, but a hexagonal lattice, which can actually achieve hardnesses that are 58% greater than what diamonds achieve. While real examples of Lonsdaleite contain sufficient impurities to make them softer than diamonds, an impurity-free graphite meteorite striking the Earth would undoubtedly produce material harder than any terrestrial diamond.

4.) Dyneema. From hereon out, we leave the realm of naturally occurring substances behind. Dyneema, a thermoplastic polyethylene polymer, is unusual for having an extraordinarily high molecular weight. Most molecules that we know of are chains of atoms with a few thousand atomic mass units (protons and/or neutrons) in total. But UHMWPE (for ultra-high-molecular-weight polyethylene) has extremely long chains, with a molecular mass in the millions of atomic mass units.

With very long chains for their polymers, the intermolecular interactions are substantially strengthened, creating a very tough material. It’s so tough, in fact, that it has the highest impact strength of any known thermoplastic. It has been called the strongest fiber in the world, and outperforms all mooring and tow ropes. Despite being lighter than water, it can stop bullets and has 15 times the strength of a comparable amount of steel.

3.) Palladium microalloy glass. It’s important to recognize that there are two important properties that all physical materials have: strength, which is how much force it can withstand before it deforms, and toughness, which is how much energy it takes to break or fracture it. Most ceramics are strong but not tough, shattering with vice grips or even when dropped from only a modest height. Elastic materials, like rubber, can hold a lot of energy but are easily deformable, and not strong at all.

Most glassy materials are brittle: strong but not particularly tough. Even reinforced glass, like Pyrex or Gorilla Glass, isn’t particularly tough on the scale of materials. But in 2011, researchers developed a new microalloy glass featuring five elements (phosphorous, silicon, germanium, silver and palladium), where the palladium provides a pathway for forming shear bands, allowing the glass to plastically deform rather than crack. It defeats all types of steel, as well as anything lower on this list, for its combination of both strength and toughness. It is the hardest material to not include carbon.

2.) Buckypaper. It is well-known since the late 20th-century that there’s a form of carbon that’s even harder than diamonds: carbon nanotubes. By binding carbon together into a hexagonal shape, it can hold a rigid cylindrical-shaped structure more stably than any other structure known to humankind. If you take an aggregate of carbon nanotubes and create a macroscopic sheet of them, you can create a thin sheet of them: buckypaper.

Each individual nanotube is only between 2 and 4 nanometers across, but each one is incredibly strong and tough. It’s only 10% the weight of steel but has has hundreds of times the strength. It’s fireproof, extremely thermally conductive, possesses tremendous electromagnetic shielding properties, and could lead to materials science, electronics, military and even biological applications. But buckypaper cannot be made of 100% nanotubes, which is perhaps what keeps it out of the top spot on this list.

1.) Graphene. At last: a hexagonal carbon lattice that’s only a single atom thick. That’s what a sheet of graphene is, arguably the most revolutionary material to be developed and utilized in the 21st century. It is the basic structural element of carbon nanotubes themselves, and applications are growing continuously. Currently a multimillion dollar industry, graphene is expected to grow into a multibillion dollar industry in mere decades.

In proportion to its thickness, it is the strongest material known, is an extraordinary conductor of both heat and electricity, and is nearly 100% transparent to light. The 2010 Nobel Prize in Physics went to Andre Geim and Konstantin Novoselov for groundbreaking experiments involving graphene, and the commercial applications have only been growing. To date, graphene is the thinnest material known, and the mere six year gap between Geim and Novoselov’s work and their Nobel award is one of the shortest in the history of physics.

The quest to make materials harder, stronger, more scratch-resistant, lighter, tougher, etc., is probably never going to end. If humanity can push the frontiers of the materials available to us farther than ever before, the applications for what becomes feasible can only expand. Generations ago, the idea of microelectronics, transistors, or the capacity to manipulate individual atoms was surely exclusive to the realm of science-fiction. Today, they’re so common that we take all of them for granted.

As we hurtle full-force into the nanotech age, materials such as the ones described here become increasingly more important and ubiquitous to our quality of life. It’s a wonderful thing to live in a civilization where diamonds are no longer the hardest known material the scientific advances we make benefit society as a whole. As the 21st century unfolds, we’ll all get to see what suddenly becomes possible with these new materials.


Why doesn't life produce diamond, graphene, nanotubes, etc? Could it? - Biologiya

The Fine Print: The following comments are owned by whoever posted them. We are not responsible for them in any way.

One word ( Score: 1)

Grey goo ( Score: 4, Insightful)

Ever since I first heard about the idea of grey goo, I've always wondered why no-one realises that grey goo already exists: they're called bacteria and viruses. They reproduce unchecked, can have catastrophic consequences for all other forms of life, and are largely carbon-based nano-machines.

Re:Grey goo ( Score: 5, Informative)

Ever since I first heard about the idea of grey goo, I've always wondered why no-one realises that grey goo already exists: they're called bacteria and viruses. They reproduce unchecked, can have catastrophic consequences for all other forms of life, and are largely carbon-based nano-machines.

The idea of self-replicating small entities is the same, but that bacteria is micrometer scale not nanoscale aside, the difference is the scenario where gray goo consume everything. Virus replicate only within living cells, and most of them in a non-deadly (even if somewhat harmful) symbiosis with the host. Grey goo nano-machines consume raw materials, not only us, but all the stuff around us (including what we try to contain them with).

Re: ( Score: 2)

but all the stuff around us (including what we try to contain them with).

If you can demonstrate how to derive energy from a glass container in an oxygen atmosphere, then there is a Nobel Prize waiting for you in Stockholm. If it was really so easy to "eat" glass, or even cellulose, then life would have evolved a way to do it eons ago.

Re: ( Score: 2)

Clearly you have not seen star trek, where hordes of silicon-based life-forms inhabit our galaxy. Presumably they eat silicon, and glass contains a lot of that.

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 3)

Re: ( Score: 2)

Silicon is the next element down from Carbon, and back in the 1960s there was some research and speculation along the lines of whether a silicon-based biology could exist. It was interesting work. IIRC such a biology seemed at least reasonably plausible, but would have to live in a higher temperature - I think about 500 C? So it is at least plausible that the entire biology would be based on, essentially, silicones. Not exactly glass but maybe the 'bones' would be calcium silicate hydrate (ingredient of

Destruction doesn't require digestion ( Score: 1)

I've destroyed orders of magnitude more glass containers than I have eaten them.

The goal isn't to derive energy, but acquire resources or destroy barriers. Silicon and Oxygen are pretty useful as are sodium and calcium potentially. And whatever is useless, can be discarded. The mythical Nanobots wouldn't digest their way through glass, they'd just break the glass down as needed.

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 2)

The idea of self-replicating small entities is the same, but that bacteria is micrometer scale not nanoscale aside, the difference is the scenario where gray goo consume everything. Virus replicate only within living cells, and most of them in a non-deadly (even if somewhat harmful) symbiosis with the host. Grey goo nano-machines consume raw materials, not only us, but all the stuff around us (including what we try to contain them with).

The idea that they can construct nano-scaled machines that can consume everything is right up there with Ice-9 and being able to teach water to freeze at a temperature higher than room temperature. Sounds good, but the idea that man could improve on what nature has been trying to do in billions of years is pretty laughable. We can make nano-machines, but I bet that once they make them able to survive in a non-specialized evironment, self reproducing and add in the ability to feed off of a wider range of mat

Re: ( Score: 2)

I take it you've never used a megapixel camera, a microscope, a sailboat, or a microphone, and have never watched paragliders soar. We do a fuck of a lot of things better than nature has managed to do in a few billion years.

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 2)

I'm thinking that the ultimate long term solution to 'grey goo' is to include a mutation factor in the replication. Then, possibly after the grey goo kills everything else - oops, the grey goo will gradually differentiate into different species and we start evolution up again. And a few hundred million years from now, their descendants will be 'writing' papers about the 'great DNA extinction'.

Re: ( Score: 3)

I don't know, viruses seem to be working just fine to me.

Re: ( Score: 1)

For the purpose of grey goo they actually don't work fine, since they need to hijack larger cell machinery to work.

Re: ( Score: 1)

Re: ( Score: 1)

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 1)

Re:One word ( Score: 5, Funny)

Re:One word ( Score: 5, Insightful)

Yea so its going to turn all the other elements into carbon? Its going dissipate its heat how?

The laws of physics, the way the universe works in other words, precludes a grey goo any worse than we already have. aka bacteria.

Re: ( Score: 1)

Graphene Oxide? Its May 1st , not April 1st ( Score: 5, Funny)

Graphene oxide is CO2 FFS.

Re:Graphene Oxide? Its May 1st , not April 1st ( Score: 5, Informative)

Re:Graphene Oxide? Its May 1st , not April 1st ( Score: 5, Informative)

"Only if you really oxidize it, good and hard"

Joking aside , it does seem the nano engineers are somewhat taking liberties with the chemical naming system since graphene isn't an element - its an allotrope. You might as well say diamond oxide which would be equally non sensical.

Re:Graphene Oxide? Its May 1st , not April 1st ( Score: 5, Informative)

I get the impression that, once you get into the realm of molecules that can easily be thousands to tens of thousands of atoms in size (and, just for extra fun, 'graphene oxide nanoparticle' isn't even a specific molecule, just a gigantic class of various differently shaped and sized hunks of graphene with assorted oxidizers grafted on here and there. There might actually be no two alike in a modestly sized sample. ) 'systematic naming' becomes a bit of a joke. Assuming your pet molecule doesn't break some hitherto trusted rule it can probably be named but you aren't going to want to read the result.

It's still arguably sloppy, there just aren't terribly good options.

Re:Graphene Oxide? Its May 1st , not April 1st ( Score: 4, Funny)

Re: ( Score: 1, Informative)

Re:Graphene Oxide? Its May 1st , not April 1st ( Score: 5, Informative)

Chemist here: the "chemical naming system" as you so quaintly put it makes enormous distinctions between materials with the same composition but different structures, so yes, we refer to graphene oxide, graphite oxide, oxidised diamond, carbon dioxide, carbon monoxide, and every other possible combination of carbon and oxygen because they have entirely different properties.

Re: ( Score: 2)

Oh right. So whats dihydrogen oxide then?

Oxidane ( Score: 5, Informative)

Re: ( Score: 2)

Something irrelevant to the discussion, since it doesn't have carbon in it.

Re: ( Score: 2)

I'm a nanotechnologist who has worked on all these materials, and I've got to support your sentiment here.

Graphene is a great material, it's got a lot of cool properties and it won the Nobel Prize. People discovered that you could make something like graphene, but it had a lot of oxygen incorporated into it. They called it "graphene oxide," with a shorthand of "graphene." Then, other people found that you get more interesting stuff if you replace the oxygen with hydrogen in graphene oxide, leading to "re

Re: ( Score: 2)

The obvious solution is to adopt the computer science - especially software - approach - pick any old words you want and repurpose them with new definitions. Use words that can be conceptually analogous a lot of the time - 'module' in software has at least a conceptual relationship with its use in other disciplines - but sprinkle in visualization or action references ('boot'), distant puns, and complete nonsequiturs. Then assume that anyone who doesn't know what you mean is a complete idiot!:)

Re: ( Score: 2)

Naming conventions in chemistry suck.

Re: ( Score: 3)

Re: ( Score: 3)

But CO2 edir toxic to humans (volcanos have killed entire villages with CO2 clouds) and theres the greenhouse problem, which we are now feeling the effects of. We don't need more C02 in the atmosphere.

Re: ( Score: 2)

is it toxic? or did those humans die due to a lack of oxygen, IE, they asphyxiated, vs being poisoned?

(there's also been plenty of times in the planet's past where the CO2 levels were vastly higher than now. just saying.)

Re: ( Score: 1)

A nuisance, really. ( Score: 5, Interesting)

Re: ( Score: 2)

> Carbon shows signs of potentially being rather nastier in its fancy forms

That's like saying "Some types of technology can harm your health".

Carbon is a very versatile element, it can take many forms. Some will be good, some will be bad, some will have no impact.

məs. There are signs of it being extremely beneficial in buckyball form: http://www.gizmag.com/diet-buc. [gizmag.com]

Re:A nuisance, really. ( Score: 5, Informative)

Carbon shows signs of potentially being rather nastier in its fancy forms than it is in more familiar flavors but other nanomaterials might go the other way.

Ehtimal yoxdur. The problem with "nano" anything is that small particles are hard to filter out, for example by your nose and throat, and thus tend to get where they aren't wanted, for example into your lungs. Whenever you hear "nanoparticle" think "really fine dust" if the bulk material is toxic, why wouldn't the dust be? Remember that poison needs to get into your body to poison you, so a solid lump is harmless unless you eat it, but dust tends to float in the air and get sucked in when you inhale.

But luckily, most of the promises of graphene - specifically, carbon nanotubes - depend on producing longer fibers, which should have the side effect of solving this problem.

Re:A nuisance, really. ( Score: 5, Interesting)

That depends on a lot of factors. Do you know why asbestos causes cancer? The fibers are fine enough that they will physically damage your DNA. I see very little reason why carbon nanotubes shouldn't be capable of the same thing.

Re: ( Score: 2)

The problem isn't that asbestos fibers are damaging to DNA (lots of things are), it's that they are chemically inert and can't be eliminated by the cells. Carbon nanotubes are degraded by cells, and fairly quickly.

Re: ( Score: 2, Interesting)

Tell that to the pencil lead I have stuck in my hand from 20 years ago.

Re:A nuisance, really. ( Score: 5, Interesting)

tldr version: Any material, nano or otherwise, which would make a good tattoo ink (lightfast, relatively immobile in the dermis, non-oxidizing etc) is not likely to be very toxic, except perhaps in relatively large amounts.

Re: ( Score: 2)

That occured to me after I posted, but even then, nano-scale materials are still very capable of doing irreversible damage. All-out panic is of course wrong, but we need to be aware of the possible dangers.

Re: ( Score: 2)

True, but these substances are nothing new just because we now call them "nano-scale materials". We're basically talking about soot, have understood its dangers for a long time now, and even have monitoring and exposure limits in place. The same can be said for many other "nano-scale materials".

Re: ( Score: 3)

Whenever you hear "nanoparticle" think "really fine dust" if the bulk material is toxic, why wouldn't the dust be?

And even if the bulk material isn't toxic, the dust could still be (due to the particles' physical shape, not its chemical properties). See, for example, silicosis [wikipedia.org].

Re: ( Score: 2)

It's hard to predict the potential problems that will be caused by these materials.
One thing that struck me in the articles was that graphene has sharp edges which can easily pierce cell membranes. This is not good for living things made up of cells. One other material which we have had experience with with similar properties is asbestos which has small (not nano) sharp particles easily inhaled into the lungs leading to lung cancer. not a good thing.

Yeah, but. ( Score: 5, Funny)

Is it more toxic than the widely-used dihydrogen monoxide?

Re: ( Score: 1)

Wish i had mod points right now.

Re: ( Score: 1)

Wish i had mod points right now.

Niyə? Answering real and interesting science with a stupid chemist joke some people are proud to understand is helpful how?

Re: ( Score: 2)

but the joke is totally new. it's innovative, like 'where's the beef?'

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 3)

Yes, and the amount being manufactured is increasing. And this at time when we're drowning in dihydrogen monoxide.

Re: ( Score: 1)

Consumption of dihydrogen monoxide has a fatality rate of 100% in a time frame no longer than 2^16 days.

Re: ( Score: 2)

Exactly. if the stupid regulators shut down the production of this stuff then I'm done with them.

Re: ( Score: 2)

It's as toxic as the used-to-be-widely-used asbestos.

We normally think of toxicity as being based on chemical reactions. In graphene and asbestos, it's the nano-scale mechanical damage that causes problems.

Wonder material ( Score: 5, Insightful)

A wonder material that turns out to be extremely dangerous?

You don't say? http://en.wikipedia.org/wiki/Asbestos

Re: ( Score: 3)

A wonder material that turns out to be extremely dangerous?

I was thinking the same thing. Mesothelioma is a horrible way to go.

Re: ( Score: 1, Interesting)

Then again, 90%-95% of asbestos (crystotile) used wasn't carcinogenic, and the remaining 5% of asbestos used was only carcinogenic to smokers.

Re: ( Score: 3)

Then again, 90%-95% of asbestos (crystotile) used wasn't carcinogenic, and the remaining 5% of asbestos used was only carcinogenic to smokers. http://scienceworld.wolfram.co. [wolfram.com]

Thanks for the excellent link. It does NOT support your summary. For example: "amphiboles are more potent than chrysotile in the induction of fibrotic lung disease and associated lung cancer" does NOT mean chrysotile is non carcinogenic. Similarly, "Asbestos-induced cancer is found only rarely in nonsmokers" does not support your claim that amphibole asbestos " was only carcinogenic to smokers."

Re: ( Score: 1)

This time will be different! ( Score: 5, Insightful)

The biological properties of lead were very well known.
Didn't keep people from adding it to fuel and blowing it out of the tail pipes of virtually every car for a couple of decades.
This time it's nano materials.
The only thing we learn from history is that we don't learn from history.

Re:This time will be different! ( Score: 5, Insightful)

Begging your pardon, but isn't the fact that graphene is being studied for low-level toxicity and environmental impacts əvvəl it's in actual use evidence that we have, in fact, learned from history?

Re: ( Score: 2)

Re: ( Score: 1)

Re: ( Score: 2)

. And those filters screw up using biodiesel, which is ironic since burning biodiesel (at least in my experience using a 1.9L VW engine) produces less soot in the first place.

Re: ( Score: 1)

There are lots of other nanoparticles in use that are detrimental to human health. You just don't hear about them because space elevators and caps.

Re: ( Score: 2)

The only thing we learn from history is that we don't learn from history.

However, if we were to learn anything from history, it'd be that those in charge have no qualms about poisoning, maiming or starving everyone else if it furthers their agendas (and in some cases even if it doesn't).

Razor wire ( Score: 1)

If graphene threads are as thin and strong as stated, would they not present an extreme cutting hazard?
As in slice your arm off before you notice?

Re: ( Score: 2)

It is imaginable that a fibre such as you describe could be one of the products which could be made with graphene. But the nanoparticles being described in the articles are dangerous at the cellular level, not at the size of an arm. They are much more like incredibly fine, incredibly hard grit.

Re: ( Score: 2)

If graphene threads are as thin and strong as stated, would they not present an extreme cutting hazard?
As in slice your arm off before you notice?

Been reading RingWorld recently, eh?

Re: ( Score: 1)

Maybe it would eventually spread out and turn all ( Score: 5, Interesting)

the carbon on the planet into nanotube meshes or sheets, eventually pulling all the carbon out of the air. Like Ice 9!

Ban pencils and sticky tape! ( Score: 2)

Remember how graphene was first made? There's even a YouTube video on it now! Ban this dangerous sticky tape and pencils before terrorists get their hooks - I mean hands - on them!

"Could* *be"? ( Score: 5, Insightful)

Re: ( Score: 1)

Come back when you can say "is" or "isn't".

That's called a religion. Meanwhile, in the real world, we don't have that luxury. Come back to me when your reasoning skills beat that of a plant.

Order of Magnitude? ( Score: 5, Insightful)

It is hardly surprising that graphene can, in some circumstances, be dangerous. Exhaust particulates, which he have known for years are dangerous, contain (now we know what we are looking for) large numbers of graphene nanoparticles, which may well contribute to their damaging effects. Just about every chemical ever tested has bad effects at some scale. What I didn't get from either article was any sense of the scale of the danger. Obviously, it is early days in the research, and one would only expect an order of magnitude estimate. But is is such a danger that we should not allow graphene products into the home lest they spill, or merely one which demands normal safety precautions in the factories for future graphene products? A warning of danger without some idea of the scale of the problem is just sensationalist: it induces fear without giving any idea as to what should be done, if anything,


Carbon Nanomaterials for Agri-Food and Environmental Applications

Carbon Nanomaterials for Agri-food and Environmental Applications discusses the characterization, processing and applications of carbon-based nanostructured materials in the agricultural and environmental sectors. Sections discuss the synthesis and characterization of carbon nanotubes, the technological developments in environmental applications of carbon-based nanomaterials, and agri-food applications. The book also covers the toxic effects of engineered carbon nanoparticles on the environment, and in plants and animals. Finally, quality control and risk management are addressed to assess health and environmental risks. This is an applicable book for graduate students, researchers and those in industrial sectors of science and technology who want to learn more about carbon nanomaterials.

Carbon Nanomaterials for Agri-food and Environmental Applications discusses the characterization, processing and applications of carbon-based nanostructured materials in the agricultural and environmental sectors. Sections discuss the synthesis and characterization of carbon nanotubes, the technological developments in environmental applications of carbon-based nanomaterials, and agri-food applications. The book also covers the toxic effects of engineered carbon nanoparticles on the environment, and in plants and animals. Finally, quality control and risk management are addressed to assess health and environmental risks. This is an applicable book for graduate students, researchers and those in industrial sectors of science and technology who want to learn more about carbon nanomaterials.


Carbon nanotube

Redaktorlarımız təqdim etdiyinizi nəzərdən keçirəcək və məqaləyə yenidən baxılıb-bağlanmayacağınızı müəyyən edəcək.

Carbon nanotube, həmçinin deyilir buckytube, nanoscale hollow tubes composed of carbon atoms. The cylindrical carbon molecules feature high aspect ratios (length-to-diameter values) typically above 10 3 , with diameters from about 1 nanometer up to tens of nanometers and lengths up to millimeters. This unique one-dimensional structure and concomitant properties endow carbon nanotubes with special natures, rendering them with unlimited potential in nanotechnology-associated applications. Carbon nanotubes are members of the fullerene family. Although the first fullerene molecules were discovered in 1985, it was not until Sumio Iijima reported his findings in 1991 about needlelike carbon tubes in Təbiət that carbon nanotubes came to public awareness.

Since then, carbon nanotubes with various structures have been discovered. According to the number of graphic shells, they are mainly categorized as single-walled (SWNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs). The carbon nanotubes reported by Iijima were MWNTs synthesized by arc discharge methods. Two years later, two sets of researchers working independently—Iijima and Toshinari Ichihashi, along with Donald S. Bethune and his colleagues at IBM—synthesized SWNTs, using transition-metal catalyzed arc discharge.

A SWNT can be described as a long tube formed by wrapping a single graphene sheet into a cylinder with diameter of about 1 nanometer, the ends of which are capped by fullerene cages. The fullerene structures, with alternating structures of five hexagons adjacent to one pentagon, form the surface with desired curvature to enclose the volume. The sidewalls of carbon nanotubes are made of graphene sheets consisting of neighboring hexagonal cells. Other polygon structures, such as pentagons and heptagons, constitute defects of sidewalls. The cylindrical sidewalls can be produced from different rolling directions to make SWNTs with distinct structures and properties. Due to cylindrical symmetry, there are only a handful of methods that are effective in making seamless cylinders, and they are characterized by the chiral vectors with integer indices (n, m). To establish the chiral vector, two atoms in the graphene sheet are selected, with one serving as the origin of the vector pointing toward the other atom. The graphene sheet is then rolled in a way that allows the two atoms to coincide. Under these circumstances, the chiral vectors form a plane perpendicular to the longitude direction of nanotubes and the lengths of the chiral vectors are equal to the circumference. Three different types of SWNTs are distinctly characterized, named “zigzag” (m = 0), “armchair” (n = m), and “chiral.” These structural variations result in differences in electrical conductivity and mechanical strength.

MWNTs are concentrically aligned SWNT assemblies with different diameters. The distance between adjacent shells is about 0.34 nanometer. MWNTs differ from SWNTs not only in their dimensions, but also in their corresponding properties. Various techniques have been developed to produce carbon nanotubes in sizable quantity, high yield, and purity, while maintaining a reasonable cost. Well-developed techniques include arc discharge, laser ablation, and chemical vapor deposition (CVD), and most processes involve costly vacuum conditions.

Arc discharge was initially used for the synthesis of fullerenes. In a typical experimental setup, a chamber filled with low-pressure (50 to 700 mbar) inert gas (helium, argon) is where the reaction takes place. Two carbon rods are placed end-to-end as the electrodes, separated by a few millimeters, and a direct current of 50 to 100 A (driven by a potential difference of 20 V) generates a high discharge temperature to sublime the negative electrode, leaving soot where carbon nanotubes are found. This method is the most common way to synthesize carbon nanotubes and perhaps the easiest way. The quality of carbon nanotubes depends on the uniformity of plasma arc, catalysts, and the selection of filling gases. A mixture of carbon nanotubes is usually produced thus, purification processes are needed to remove the fullerenes, amorphous carbon, and catalysts.

Laser ablation was first employed to produce carbon nanotubes in 1995. A pulsed or continuous laser is used to vaporize a graphite (or graphite metal mixture) target in a 1,200 °C (2,200 °F) oven filled with inert gas at a pressure of 500 torr. Carbon vapors cool down rapidly during expansion, and carbon atoms quickly condense to form tubular structures with the help of catalyst particles. MWNTs can be synthesized when pure graphite is vaporized, and SWNTs are grown from graphite-transition metal (cobalt, nickel, etc.) mixtures. The method is primarily used to synthesize SWNTs with high selectivity and in a diameter-controllable way by tailoring reaction temperatures. The resulting products are usually in the form of bundles. Laser ablation is the most costly technique due to the involvement of expensive lasers and high power input.

Chemical vapor deposition (CVD) is the most promising way to produce carbon nanotubes on an industrial scale. This process utilizes high energy (600–900 °C [1,100–1,650 °F]) to atomize gaseous carbon sources, such as methane, carbon monoxide, and acetylene. The resulting reactive carbon atoms diffuse toward a catalyst-coated substrate and condense to form carbon nanotubes. Well-aligned carbon nanotubes can be synthesized with precisely controlled morphology, provided that proper reaction conditions are maintained, including preparation of substrates, selection of catalysts, etc.

Novel chemical, electrical, and mechanical properties absent in other materials have been discovered in carbon nanotubes. Pristine carbon nanotubes are inert to most chemicals and need to be grafted with surface functional groups to increase their chemical reactivity and add new properties. For SWNTs, electrical conductivity is dependent on the chiral vector and independent of the length as determined by quantum mechanics. Considering a chiral vector with indices (n, m), carbon nanotubes are metallic when n = m or (n - m) = 3i (i is an integer) and semiconducting in other cases. Along the longitude directions, carbon nanotubes show superior mechanical strength, with the highest known tensile strength and elastic modulus among known materials.

As for thermal properties, carbon nanotubes outperform diamond as the best thermal conductor. Applications of carbon nanotubes are aimed to make use of their unique properties to solve problems at the nanoscale. Their high surface area, together with the unique ability to carry any chemical compounds after surface modification, offers carbon nanotubes the potential to be used as nanoscale catalyst supports with high catalytic reactivity and chemical sensors. They are known to be the best field emitters due to their sharp tips, which can concentrate electric field easily, enabling them to emit electrons at low voltages.

This property has special applications in field emission flat-panel displays and cold-cathode electron guns used in microscopes. In nanoelectronics, SWNTs have been used to fabricate transistors that can function at room temperature and are potential candidates for devices operating at tetrahertz (THZ) frequencies. Engineering materials using carbon nanotubes as additives have exhibited capability to make plastic composites with enhanced electrical conductivity and mechanical strength. For biomedical applications, carbon nanotubes show promise as vehicles for targeted drug-delivery and nerve cell regeneration. However, their future success in bio-related applications is highly subject to the toxicity study, which is still in an early stage.

Some researchers have become concerned about the health risks involving carbon nanotubes, which according to lab research seem to pose a danger to human health that is similar to asbestos. In particular, exposure to carbon nanotubes has been associated with mesothelioma, a cancer of the lung lining. If inhaled, it is believed that nanotubes can scar lung tissues in a manner similar to asbestos fibers, a cause for concern because nanotubes are already used in many common products, such as bicycle frames, automobile bodies, and tennis rackets. Potential health risks are relevant not only to those involved in manufacturing but also to the general public, and little research has been conducted to determine if risks to human health are created when products containing nanotubes are crushed or incinerated in a waste dump.


Videoya baxın: Karbonun allotropik şəkildəyişmələri. Almaz, qrafit, karbin, fülleren, qara kömüramorf kömür (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Roddy

    Sənin sözünü kəsdiyim üçün üzr istəyirəm, amma mənim fikrimcə, sualın həllinin başqa yolu da var.

  2. Dalan

    Yaxşı, necə ola bilərdi? Bu mövzuya necə aydınlıq gətirəcəyimi axtarıram.

  3. Ditaur

    It's straight to the point !!! In other words, you can't say it!

  4. Gardazragore

    Markı vurdun. Yaxşı düşündüm, sizinlə razıdır.

  5. Flaviu

    Mükəmməl yazı üçün müəllifə təşəkkür edirik. Çox diqqətlə oxudum, özüm üçün çox vacib şeylər tapdım.



Mesaj yazmaq