مقدمه
کربن دارای سطح بالایی از انعطاف پذیری پیوند شیمیایی است که خود را به تشکیل تعدادی از مولکول های آلی و معدنی پایدار تبدیل می کند. کربن عنصری است که تعدادی از allotropes(انواع) از جمله الماس, گرافیت, و فولرین.هر چند همه آنها از کربن عنصری تشکیل شده است ، خواص آنها به طور گسترده ای متفاوت است. این تطبیق پذیری Cnf ها را برجسته می کند که برای حفاظت حرارتی ، الکتریکی ، الکترومغناطیسی و پیشرفت های مکانیکی اموال قابل توجه است.[3] به عنوان کربن است که به راحتی در کم هزینه در دسترس, CNFs مواد افزودنی محبوب به مواد کامپوزیت هستند.CNFs بسیار کوچک هستند, موجود در مقیاس نانومتر. یک اتم است بین .1-.5 نانومتر ، بنابراین تکنیک های میکروسکوپی تخصصی مانند میکروسکوپ تونل زنی اسکن و میکروسکوپ نیروی اتمی مورد نیاز برای بررسی خواص CNFs.
سنتز
رسوب بخار شیمیایی کاتالیزوری (CCVD) و یا به سادگی CVD با انواع مانند حرارتی و پلاسما کمک روش تجاری غالب برای ساخت VGCF و VGCNF است. در اینجا ، مولکول های فاز گاز در دمای بالا تجزیه می شوند و کربن در حضور یک کاتالیزور فلزی انتقال بر روی یک بستر که در آن رشد بعدی فیبر در اطراف ذرات کاتالیزور تحقق می یابد ، سپرده می شود. به طور کلی ، این فرایند شامل مراحل جداگانه مانند تجزیه گاز ، رسوب کربن ، رشد فیبر ، ضخیم شدن فیبر ، گرافیت ، و تصفیه و نتایج در الیاف توخالی. قطر نانوالیاف بستگی به اندازه کاتالیزور دارد. فرآیند CVD برای ساخت VGCF به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود:[5] 1) فرآیند کاتالیزور ثابت (دسته ای) و 2) فرآیند کاتالیزور شناور (پیوسته).
در فرآیند طراحی و توسعه توسط Tibbetts,[6] مخلوطی از هیدروکربن/هیدروژن/هلیم بود گذشت بیش از یک مولیت (کریستالی آلومینیوم سیلیکات) با کاتالیست آهن ذرات سپرده نگهداری می شود در 1000 °C. هیدروکربن استفاده شد متان در غلظت 15% حجم. رشد فیبر در چند سانتیمتر فقط در 10 دقیقه با زمان اقامت گاز 20 ثانیه به دست آمد. به طور کلی ، طول فیبر را می توان با زمان اقامت گاز در راکتور کنترل می شود. گرانش و جهت جریان گاز به طور معمول بر جهت رشد فیبر تاثیر می گذارد.
این فرایند مستمر و یا شناور کاتالیزور پیش از آن توسط Koyama و اندو ثبت شد و بعد از آن توسط Hatano و همکاران اصلاح شد.این فرایند به طور معمول بازده VGCF با قطر زیر میکرومتر و طول چند تا 100 میکرومتر، که مطابق با تعریف نانوالیاف کربن. آنها از ترکیبات آلی فلزی محلول در یک حلال فرار مانند بنزن استفاده کردند که مخلوطی از ذرات کاتالیزور بسیار ریز (قطر 5-25 نانومتر) در گاز هیدروکربن را به عنوان درجه حرارت به 1100 °C افزایش داد. در کوره ، رشد فیبر بر روی سطح ذرات کاتالیزور آغاز می شود و ادامه می یابد تا مسمومیت کاتالیزور توسط ناخالصی ها در سیستم رخ دهد. در رشد فیبر ساز و شرح داده شده توسط بیکر و همکاران[9] تنها بخشی از ذرات کاتالیست در معرض مخلوط گاز منجر به رشد فیبر و رشد متوقف می شود به عنوان به زودی به عنوان در معرض بخش پوشش داده است یعنی کاتالیزور مسموم شده است. ذرات کاتالیزور باقی می ماند در نوک رشد فیبر در غلظت نهایی حدود چند بخش در میلیون به خاک سپرده شد. در این مرحله ضخیم شدن فیبر صورت می گیرد.
کاتالیزور بیشتر مورد استفاده آهن است که اغلب با گوگرد ، سولفید هیدروژن و غیره درمان می شود. برای کاهش نقطه ذوب و تسهیل نفوذ آن به منافذ کربن و از این رو ، برای تولید سایت های رشد بیشتر. Fe/Ni ، Ni ، Co ، Mn، Cu ، V ، Cr ، Mo، Pd ، MgO و Al2O3 نیز به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.استیلن ، اتیلن ، متان ، گاز طبیعی و بنزن رایج ترین گازهای کربن هستند. اغلب مونوکسید کربن (CO) در جریان گاز معرفی می شود تا عملکرد کربن را از طریق کاهش اکسید آهن ممکن در سیستم افزایش دهد.
که در 2017, یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه Tsinghua گزارش رشد epytixial تراز وسط قرار دارد, به طور مداوم, نانوالیاف کربن بدون کاتالیزور از یک قالب نانولوله کربن. فرآیند ساخت شامل ضخیم شدن فیلم های نانولوله کربن پیوسته با رسوب کربن پیرولیتیک فاز گاز و گرافیت بیشتر لایه کربن با درمان با درجه حرارت بالا است. با توجه به مکانیسم رشد اپی تاکسیال ، فیبر ویژگی های خواص برتر از جمله چگالی کم ، استحکام مکانیکی بالا ، هدایت الکتریکی بالا ، هدایت حرارتی بالا
ایمنی
قانون ایمنی و بهداشت شغلی (ایالات متحده) (1970) نیروی محرکه بسیاری از تغییرات ایجاد شده در مورد ایمنی در محل کار در چند دهه گذشته بود. یک گروه کوچک از مواد متعددی که توسط این عمل تنظیم می شوند ، نانوالیاف کربن (CNF) است. در حالی که هنوز یک منطقه فعال پژوهشی وجود داشته است مطالعات انجام شده نشان می دهد که خطرات بهداشتی مرتبط با نانولوله های کربنی (CNT) و میخی که مطرح خطرات بیشتری از خود فله همتایان. یکی از خطرات اولیه نگرانی های مرتبط با CNT و cnf آسیب های تنفسی مانند التهاب ریوی ، گرانولوم و فیبروز است. با این حال ، مهم است که توجه داشته باشیم که این یافته ها در موش ها مشاهده شده است و در حال حاضر مشخص نیست که آیا اثرات مشابهی در انسان مشاهده می شود یا خیر. با این وجود این مطالعات باعث تلاش برای به حداقل رساندن قرار گرفتن در معرض این نانوذرات شده است.
یک مطالعه جداگانه قبل از نشست سالانه سم شناسی 2013 با هدف شناسایی اثرات سرطان زا بالقوه مرتبط با نانولوله های کربن چند جداره (MWCNT) انجام شده است. یافته ها نشان داد که در حضور یک ماده شیمیایی آغازگر ، Mwcnt ها موجب بروز تومورهای بسیار بیشتری در موش ها می شوند. هیچ نشانه ای از افزایش حضور تومور در غیاب مواد شیمیایی آغازگر وجود دارد, با این حال. مطالعات بیشتر برای این سناریو مورد نیاز است.
یکی از موانع عمده در شناسایی خطرات مرتبط با CNF تنوع الیاف است که وجود دارد. برخی از عوامل مؤثر در این تنوع عبارتند از شکل و اندازه و ترکیب شیمیایی. یک استاندارد قرار گرفتن در معرض (2015) بیان می کند که محدودیت قابل قبول برای قرار گرفتن در معرض CNT و cnf 1 μg/m3 از کسر اندازه قابل تنفس کربن عنصری (میانگین وزن 8 ساعته) است. این استاندارد بر اساس اطلاعات جمع آوری شده از سایت های 14 بود که نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی انتقال (TEM) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
یک برگه اطلاعات ایمنی اخیر (SDS) برای CNF (تجدید نظر شده در 2016) نانوالیاف را به عنوان یک محرک چشم فهرست می کند و بیان می کند که آنها دارای سمیت ارگان های تنفسی هستند. CNF کوچکتر دارای پتانسیل بیشتری برای تشکیل ابرهای گرد و غبار در هنگام دست زدن به. به این ترتیب ، مراقبت های بزرگ باید در هنگام دست زدن به CNF گرفته شود. تجهیزات حفاظتی شخصی توصیه می شود (PPE) برای دست زدن به CNF شامل دستکش نیتریل ، تنفس ذرات ، و لباس نانومواد غیر قابل نفوذ (وابسته به شرایط محل کار). علاوه بر کنترل قرار گرفتن در معرض در حالی که کار با CNF ، شرایط ذخیره سازی امن نیز در به حداقل رساندن خطر مرتبط با CNF مهم است. ذخیره سازی امن cnf مستلزم ذخیره سازی الیاف به دور از عوامل اکسید کننده و شعله های آتش باز. در شرایط آتش سوزی ، cnf محصولات تجزیه خطرناک را تشکیل می دهد ، هرچند ماهیت دقیق این محصولات تجزیه در حال حاضر شناخته نشده است. به غیر از سرطان زایی و سمیت ارگان ، داده های سمی برای CNF در حال حاضر محدود است.
برنامه های کاربردی
محققان از نانوالیاف برای ارائه داروهای درمانی استفاده می کنند. آنها مواد الاستیک است که با سوزن مانند نانوالیاف کربن تعبیه شده را توسعه داده اند. این ماده در نظر گرفته شده به عنوان بالن هایی است که بافت های بیمار بعدی را وارد می کنند و سپس متورم می شوند. هنگامی که بالون کربن را پر می کند ، نانوالیاف به سلول های بیمار نفوذ می کند و داروهای درمانی را تحویل می دهد. محققان MIT از نانوالیاف کربن استفاده کرده اند تا الکترودهای باتری لیتیوم یون را نشان دهند که چهار برابر ظرفیت ذخیره سازی باتری های لیتیوم یون فعلی را نشان می دهد. محققان با استفاده از نانوالیاف به سنسور که تغییر رنگ به عنوان آنها جذب بخارات شیمیایی. آنها قصد استفاده از این سنسورها را برای نشان دادن زمانی که مواد جذب کننده در ماسک گاز اشباع می شود.
ساختار منحصر به فرد این متخلخل کربن نانوالیاف منجر به خوب الکتروشیمیایی عملکرد بالا و برگشت ظرفیت خوب و چرخه ثبات زمانی که آنها استفاده می شود به عنوان آند برای شارژ باتری های لیتیوم یون.
توسعه بازار بیشتر در دسترس بودن مواد با قیمت مناسب بستگی دارد. ما ظرفیت تولید انبوه خلوص بالا نانوالیاف کربن (CNFs) در کم هزینه توسط یک فرآیند رسوب بخار شیمیایی کاتالیزوری (CCVD) به دست آورد.
بر خلاف سنتز کاتالیزوری ، polyacrylonitrile الکترو اسپینینگ (PAN) به دنبال تثبیت و کربن سازی تبدیل به یک مسیر ساده و راحت برای ساخت نانوالیاف کربن مداوم شده است.
منابع انتشار الکترون درست
انتشار الکترون میدان (همچنین به عنوان انتشار میدان (FE) و انتشار میدان الکترون شناخته می شود) انتشار الکترون های ناشی از یک میدان الکترواستاتیک است. شایع ترین زمینه انتشار میدان از یک سطح جامد به خلاء است. با این حال ، انتشار میدان می تواند از سطوح جامد یا مایع ، به خلاء ، هوا ، مایع یا هر دی الکتریک غیر هدایت کننده یا ضعیف انجام شود. ارتقای الکترون های ناشی از میدان از ظرفیت به باند هدایت نیمه هادی ها (اثر زنر) همچنین می تواند به عنوان یک شکل از انتشار میدان در نظر گرفته شود.
مواد کامپوزیت
اسکن نکات میکروسکوپ پروب
میکروسکوپ پروب اسکن (SPM) شاخه ای از میکروسکوپ است که تصاویر سطوح را با استفاده از یک پروب فیزیکی که نمونه را اسکن می کند تشکیل می دهد.
منبع: