Anglies nanovamzdeliai ir deimantai turi panašų kietumą, tačiau jų „kieto“ apibrėžimai skiriasi. Pagal kietumą įbrėžimams (Mohso kietumas) deimantas yra 10, aukščiausias tarp natūralių mineralų. Anglies nanovamzdeliai neturi standartinės Moho kietumo vertės, tačiau jų braižymo geba yra panaši į deimantų. Kalbant apie Vickerso kietumą (atsparumą įdubimui), deimantas yra 7140-15300 HV, o anglies nanovamzdeliai yra maždaug 1000–2000 HV. Tačiau tyrimais buvo susintetinti trimačiai kovalentiškai sujungti anglies nanovamzdeliai, kurių Vickerso kietumas yra 82,8 GPa. Kalbant apie kietumą, anglies nanovamzdeliai yra 100 kartų stipresni už plieną ir gali būti ištempti. Deimantai, nors ir kieti, yra labai trapūs ir gali būti sudaužyti plaktuku.Išvada:Esant įbrėžimams, deimantas ≈ anglies nanovamzdelis; savo atsparumu smūgiams anglies nanovamzdelis visiškai pranoksta deimantą.
1. Pirma, supraskite „kietumą“: tai reiškia skirtingus dalykus
Išvada:Kasdieniame gyvenime žodis „kietas“ iš tikrųjų turi dvi reikšmes - kietumas įbrėžimams (atsparumas dilimui) ir atsparumas smūgiams. Deimantas laimi tik pirmą, bet pralaimi antrą.
Prieš lyginant anglies nanovamzdelius ir deimantus, būtina išsiaiškinti: ką iš tikrųjų reiškia „kietumas“?
Daugelis žmonių klaidingai mano, kad didelis kietumas reiškia "negalima sulaužyti plaktuku". Tai klaidinga nuomonė.
Profesionaliai kietumas daugiausia skirstomas į du tipus:
| Kietumo tipas | Matavimo metodas | Bendras aiškinimas | Reprezentacinė medžiaga |
|---|---|---|---|
| Kietumas įbrėžimams (Mohso kietumas) | Subraižykite mineralus vienas prie kito, kad pamatytumėte, kas palieka pėdsaką | "Atsparumas dilimui" | Deimantas, 10 klasė (aukščiausia) |
| Vickerso kietumas (įspaudimo kietumas) | Įspauskite deimantinį įdubimą į medžiagos paviršių | "Atsparumas deformacijai esant slėgiui" | Deimantas 7140-15300 HV |
| Smūgio atsparumas | Plaktuko smūgio, kritimo testas | "Atsparumas smūgiams" | Deimantas yra labai trapus ir lengvai dūžta |
Deimantas:Moso kietumas 10, didžiausias tarp natūralių mineralų. Tačiau jis turi "oktaedrinį skilimą" -, kai jėga veikia tam tikra kryptimi, net ir nedidelis kiekis gali sukelti skilimą. Paspaudus plaktuku į deimantą, jis suskils į miltelius. Taip yra ne dėl to, kad jo kietumas yra nepakankamas, o dėl to, kad jo trapumas yra didelis.
Anglies nanovamzdeliai:Susideda iš anglies atomų, sujungtų C=C kovalentiniais ryšiais – viena stabiliausių cheminių jungčių gamtoje. Jų Moso kietumas neturi standartinės vertės, tačiau jų braižymo gebėjimas yra „lyginamas“ su deimantų. Svarbiausia yra tai, kad anglies nanovamzdeliai taip pat „turi gerą lankstumą ir gali būti ištempti“.
Norėdami naudoti analogiją:Deimantas yra tarsi stiklo gabalas - jo paviršius yra itin kietas ir atsparus dilimui-, tačiau nukritęs ant grindų jis dūžta. Anglies nanovamzdeliai yra kaip plieninė viela - jie taip pat gali subraižyti stiklą, bet taip pat gali būti sulenkti, ištempti ir nedūžtantys.
2. Tegul kalba duomenys: anglies nanovamzdeliai prieš deimantus - Kuris stipresnis?
Išvada:Kalbant apie atsparumą tempimui ir specifinį stiprumą (stiprumas ÷ tankis), anglies nanovamzdeliai yra „super pluoštas“, kuriam deimantas negali prilygti. Kalbant apie Vickerso kietumą, natūralūs anglies nanovamzdeliai nėra tokie kieti kaip deimantas, tačiau dirbtinai susintetintos atmainos priartėjo prie jo ar net pranoko jį.
Pažiūrėkime tiesiai į duomenų palyginimą:
| Našumo metrika | Deimantas | Anglies nanovamzdelis (CNT) |
|---|---|---|
| Moho kietumas | 10 (aukščiausias tarp natūralių mineralų) | "Palyginti" su deimantu |
| Vickerso kietumas (HV) | 7140-15300 Hv | Apytiksliai 1000–2000 Hv (vienam vamzdžiui) |
| Tempimo stiprumas | ~2-3 GPa (žemesnis su defektais) | 50-200 GPa |
| Elastinis modulis | ~1,0-1,2 TPa | 1-5 TPa |
| Tankis | 3,5 g/cm³ | 1,3-2,0 g/cm³ |
| Savitasis stiprumas (stiprumas / tankis) | ~0,6-0,9 GPa·cm³/g | 25–100 GPa·cm³/g (100 kartų daugiau nei plieno) |
| Lankstumas | Itin trapus, turi skilimo plokštumus | Galima tempti ir sulenkti |
| Atsparumas smūgiams | Galima sudaužyti plaktuku | Itin tvirtas-, gali būti naudojamas su neperšaunamose liemenėse |
Verta atidžiai išnagrinėti kelis iš šių duomenų taškų:
1. Tempimo stipris: anglies nanovamzdeliai laimi visiškai
Anglies nanovamzdelių atsparumas tempimui yra 50-200 GPa. Nors deimantas yra kietas, jis nėra geras „atsispirti įtampai“. Vartojant analogiją: deimantas yra kaip stiklo plyta – jo negalima susmulkinti, bet traukiant jis lengvai lūžta.
2. Elastinis modulis: anglies nanovamzdeliai šiek tiek geresni
Tamprumo modulis matuoja "gebėjimą atsispirti deformacijai". Deimantas yra maždaug 1,0–1,2 TPa. Teorinė anglies nanovamzdelių vertė gali siekti 5 TPa, o išmatuotos vertės paprastai yra 1–1,8 TPa. Kalbant apie „stangrumą“, jie yra maždaug lygiaverčiai, o anglies nanovamzdeliai turi net nedidelį kraštą.
3. Specifinis stiprumas: anglies nanovamzdeliai dominuoja visame kame
Savitasis stiprumas=stiprumas ÷ tankis, matuojant „kiek traukos jėgą gali atlaikyti vieneto svoris“. Anglies nanovamzdelių savitasis stipris yra 100 kartų didesnis nei plieno ir siekia 25-100 GPa·cm³/g. Tai reiškia: jei padarytumėte virvę iš anglies nanovamzdelių, ji būtų 100 kartų stipresnė už tokio pat svorio plieninę lyną. Dėl šios priežasties mokslinės fantastikos romane „Trijų kūnų problema“ buvo naudojami „nano skraidantys peiliai“ milžiniškiems laivams perpjauti, ir kodėl mokslininkai numato anglies nanovamzdelių naudojimą „kosminiam liftui“ pastatyti.
4. Ultra-kietieji anglies nanovamzdeliai: naujas mokslo laimėjimas
2022 m. atliktame tyrime, atlikus teorinius skaičiavimus, buvo sukurtas trimatis kovalentiškai sujungtas anglies nanovamzdelis. Jo Vickerso kietumas siekė 82,8 GPa, panašus į kubinį boro nitridą. Kitas tais pačiais metais atliktas tyrimas numatė du metastabilius itin kietus anglies nanovamzdelių polimerus, kurių Vickerso kietumas buvo atitinkamai 40,4 GPa ir 37,1 GPa.
Šie duomenys rodo, kad anglies nanovamzdeliai gali ne tik nugalėti deimantą pagal kietumą, bet ir mokslininkai leidžia jiems pranokti deimantą „kietumo“ rodikliu.
3. Ar „Nano Flying Blade“ yra tikras? Kokie stiprūs yra anglies nanovamzdeliai?
Išvada:„Nano skraidantis peiliukas“ iš „Three{0}}Body Problem“, kuris kerta milžiniškus laivus, yra pagrįstas anglies nanovamzdeliais. Tiesą sakant, teorinio anglies nanovamzdelių stiprumo iš tiesų pakanka, kad „perpjautų metalą kaip purvą“.
Mokslinės fantastikos romane „Trys{0}}kūnų problema“ „nano skraidantis peiliukas“ tik viena-dešimtoji žmogaus plauko storio gali supjaustyti milžinišką laivą kaip tofu. Ši koncepcija buvo sukurta ne iš oro - jos prototipas yra anglies nanovamzdelis.
Ką iš tikrųjų gali pasiekti anglies nanovamzdeliai?
100 kartų stipresnis už plieną:Už žmogaus plauką plonesnis anglies nanovamzdelių pluoštas teoriškai galėtų pakelti automobilį.
Stipresnis už bet kokį pluoštą:Anglies nanovamzdeliai yra daug pranašesni už bet kurį žinomą pluoštą tiek stiprumu, tiek kietumu.
Kosminis liftas – ne svajonė:Mokslininkai mano, kad anglies nanovamzdeliai yra geriausia medžiaga „kosminio lifto“ kabeliui gaminti.
Žinoma, dabartinė techninė kliūtis slypi tame, kaip makroskopinėje medžiagoje pakartoti išskirtines atskiro anglies nanovamzdelio charakteristikas. Tai sudėtinga problema, kurią mokslininkai visame pasaulyje stengiasi įveikti.
4. Kaip Tanfeng New Material gamina šią „super medžiagą“
„Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd.“ puikias anglies nanovamzdelių mechanines savybes paverčia masiškai -gaminamais produktais, todėl „super medžiaga“ pašalinama iš laboratorijos.
Teorija yra viena, bet norint iš tikrųjų pritaikyti anglies nanovamzdelių „supergalias“ realiems gaminiams, reikia įmonių, kurios įvaldytų didelio masto{0}}gamybos technologijas.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. yra būtent tokia įmonė.
Ką tai daro?Bendrovė daugiausia dėmesio skiria anglies nanovamzdelių miltelių, laidžios pastos ir silicio{0}}anglies anodo medžiagų moksliniams tyrimams ir plėtrai bei gamybai. Jos gaminiai apima visą vienasienių-anglies nanovamzdelių ir daugiasienių anglies nanovamzdelių-gamą.
Kokios jo techninės galimybės?
Turi daugiau nei dešimt aktyvių patentų, susijusių su anglies nanovamzdeliais.
Įvaldo įvairius paruošimo procesus, įskaitant lankinį iškrovimą, lazerio abliaciją ir cheminį nusodinimą iš garų (CVD).
Produkto grynumas Didesnis arba lygus 98 %; miltelių dalelių dydis gali siekti 5-15 μm.
Mėnesio produkcija siekia 200 tonų, jau masinėje gamyboje.
Kur taiko anglies nanovamzdelių mechanines savybes?Teorinis Tanfeng anglies nanovamzdelių gaminių Youngo modulis gali siekti 5 TPa, kurių stiprumas maždaug 100 kartų didesnis nei plieno, o tankis tik 1/6 plieno. Šios puikios mechaninės savybės naudojamos šiose srityse:
| Taikymo laukas | Specifinis naudojimas | Anglies nanovamzdelių vaidmuo |
|---|---|---|
| Oro erdvė | Fiuzeliažo ir sparno konstrukcijos komponentai | Itin-didelis stiprumas + itin-lengvas svoris |
| Tranzitas geležinkeliu | Lengvos medžiagos traukinio kėbulams | Mažina svorį išlaikant jėgą |
| Vėjo energija | Milžiniški peiliukai | Atsparumas nuovargiui, ilgas tarnavimo laikas |
| Pažangios polimerinės medžiagos | Didelio{0}}našumo kompozitai | Pagerina mechanines savybes |
| Elastomerai | Didelio{0}}dėvėjimuisi-atsparūs gumos gaminiai | Pagerina stiprumą ir atsparumą dilimui |
Bendrovė atidžiai seka nacionalinę naujos energijos ir naujų medžiagų plėtros strategiją, o jos verslo sritis apima visą šalį ir siekia tapti „pažangia medžiagų tiekėja ir techninių paslaugų teikėja“.
Vieno{0}}sakinio santrauka:Nors mokslininkai laboratorijose įrodo, kad anglies nanovamzdeliai yra „super pluoštas“, tokios kompanijos kaip Tanfeng New Material juos paverčia produktais, kuriuos galite nusipirkti.
Išvada: kas sunkiau? Atsakymas priklauso nuo to, kaip jūs apibrėžiate „kietą“
| Jei klausiate apie... | Atsakymas yra... |
|---|---|
| Kuris yra atsparesnis{0}}dėvėjimuisi (kietumas įbrėžimams) | Deimantas ≈ Anglies nanovamzdelis (palyginamas); deimantas yra aukščiausias tarp natūralių mineralų |
| Kuris yra atsparesnis gniuždymui (Vickerso kietumas) | Deimantas yra aukštesnis, bet itin{0}}kieti anglies nanovamzdeliai priartėjo prie jo arba net pralenkė jį |
| Kuris yra atsparesnis tempimui (tempiamasis stiprumas) | Anglies nanovamzdelis laimi visiškai, dešimtis kartų stipresnis už deimantą |
| Kuris yra atsparesnis smūgiams (tvirtumas) | Anglies nanovamzdelis laimi visiškai; deimantai dūžta plaktuku |
| Kuris apskritai stipresnis (išsamus našumas) | Anglies nanovamzdelis - kietas, tvirtas, tvirtas ir lengvas |
Galutinė išvada tokia:
Tradicine „atsparumo dilimui“ prasme deimantiniai ir anglies nanovamzdeliai turi savo privalumų. Tačiau kalbant apie „išsamias mechanines savybes“, - ypač atsparumas tempimui, kietumas ir specifinis stiprumas - anglies nanovamzdeliai yra neabejotinas karalius.
Deimantas yra „kiečiausias natūralus mineralas Žemėje“, tačiau anglies nanovamzdeliai yra „tvirčiausias žmonių pagamintas pluoštas“.
Kaip sakė vienas medžiagų mokslininkas: „Deimantas yra praeities karalius; anglies nanovamzdeliai yra kertinis ateities akmuo“.
Kadangi šią būsimą medžiagą masiškai{0}}gamina Shandong Tanfeng, galime pasakyti: atėjo anglies nanovamzdelių era.