Угљеничне наноцеви и дијаманти имају упоредиву тврдоћу, али су њихове дефиниције "тврде" различите. У погледу тврдоће на огреботине (тврдоћа по Мохсу), дијамант је 10, највиши међу природним минералима. Угљеничне наноцеви немају стандардну Мохс-ову вредност тврдоће, али њихова способност гребања је упоредива са оном код дијаманта. Што се тиче тврдоће по Викерсу (отпорност на удубљење), дијамант је 7140-15300 ХВ, док су угљеничне наноцеви приближно 1000-2000 ХВ. Међутим, истраживања су синтетизовала тродимензионалне ковалентно везане угљеничне наноцеви са тврдоћом по Викерсу од 82,8 ГПа. Што се тиче жилавости, угљеничне наноцеви су 100 пута јаче од челика и могу се растегнути. Дијаманти, иако тврди, су веома крти и могу се разбити чекићем.Закључак:У тврдоћи огреботина, дијамант ≈ угљенична наноцев; у ударној жилавости, угљенична наноцев у потпуности превазилази дијамант.
1. Прво, схватите „тврдоћу“: то значи различите ствари
Закључак:У свакодневном животу реч „тврдо“ заправо има два значења - тврдоћа на гребање (отпорност на хабање) и отпорност на ударце. Дијамант добија само прву, али губи другу.
Пре него што упоредимо угљеничне наноцеви и дијаманте, потребно је разјаснити: шта заправо значи „тврдоћа“?
Многи људи погрешно верују да висока тврдоћа значи „не може се сломити чекићем“. Ово је погрешно схватање.
Професионално, тврдоћа се углавном дели на два типа:
| Тип тврдоће | Меасуремент Метход | Заједничко тумачење | Репрезентативни материјал |
|---|---|---|---|
| Тврдоћа огреботина (тврдоћа по Мохсу) | Загребите минерале један о други да видите који оставља траг | "отпорност на хабање" | Дијамант, оцена 10 (највиша) |
| Викерсова тврдоћа (тврдоћа удубљења) | Притисните дијамантски утискивач у површину материјала | "Отпорност на деформације под притиском" | Диамонд 7140-15300 ХВ |
| Отпорност на удар | Ударац чекићем, тест пада | "Отпорност на удар" | Дијамант је веома крхак и лако се ломи |
дијамант:Мохсова тврдоћа 10, највећа међу природним минералима. Међутим, има „октаедарски цепање“ - када се сила примени у одређеном правцу, чак и мала количина може да изазове цепање. Ударање дијаманта чекићем разбиће га у прах. То није зато што је његова тврдоћа недовољна, већ зато што је његова крхкост велика.
Угљене наноцеви:Састоји се од атома угљеника повезаних ковалентним везама Ц=Ц, једне од најстабилнијих хемијских веза у природи. Њихова тврдоћа по Мохс-у нема стандардну вредност, али њихова способност гребања је "упоредива" са оном дијаманта. Кључна ствар је да угљеничне наноцеви такође „имају добру флексибилност и да се могу растегнути“.
Да користим аналогију:Дијамант је као комад стакла - површина је изузетно тврда и отпорна на хабање-, али се разбије када падне на под. Угљеничне наноцеви су као челична жица -, такође могу да изгребу стакло, али се такође могу савијати, растегнути и неломљиве.
2. Нека подаци говоре: угљеничне наноцеви против дијаманата - Шта је јаче?
Закључак:У смислу затезне чврстоће и специфичне чврстоће (снага ÷ густина), угљеничне наноцеви су „супер влакно“ којем дијамант не може да парира. У погледу тврдоће по Викерсу, природне угљеничне наноцеви нису тако тврде као дијамант, али су се вештачки синтетизоване сорте приближиле или чак превазишле.
Погледајмо директно поређење података:
| метрика перформанси | Диамонд | Угљеничне наноцеви (ЦНТ) |
|---|---|---|
| Мохс Харднесс | 10 (највиши међу природним минералима) | "Упоредиво" са дијамантом |
| Викерсова тврдоћа (ХВ) | 7140-15300 Хв | Приближно 1000-2000 Хв (за једну цев) |
| Затезна чврстоћа | ~2-3 ГПа (нижи са дефектима) | 50-200 ГПа |
| Еластиц Модулус | ~1,0-1,2 ТПа | 1-5 ТПа |
| Густина | 3,5 г/цм³ | 1,3-2,0 г/цм³ |
| Специфична снага (снага/густина) | ~0,6-0,9 ГПа·цм³/г | 25-100 ГПа·цм³/г (100 пута више од челика) |
| Флексибилност | Изузетно крхка, има равни цепања | Може се истегнути и савијати |
| Отпорност на удар | Може се разбити чекићем | Ултра-висока жилавост, може се користити у панцирима |
Неколико од ових података вреди пажљиво испитати:
1. Затезна чврстоћа: Угљене наноцеви потпуно побеђују
Затезна чврстоћа угљеничних наноцеви је 50-200 ГПа. Иако је дијамант тврд, није добар у „одопремању напетости“. Да користимо аналогију: Дијамант је као стаклена цигла - не може се смрскати, али се лако ломи када се повуче.
2. Модул еластичности: Угљене наноцеви мало боље
Модул еластичности мери „способност да се одупре деформацији“. Дијамант је приближно 1,0-1,2 ТПа. Теоретска вредност за угљеничне наноцеви може да достигне 5 ТПа, са измереним вредностима типично у опсегу од 1-1,8 ТПа. Што се тиче "крутости", оне су отприлике еквивалентне, са угљеничним наноцевима чак и са малом ивицом.
3. Специфична снага: Угљеничне наноцеви доминирају свиме
Специфична снага=снага ÷ густина, која мери „колику вучну силу може да издржи јединична тежина“. Специфична чврстоћа угљеничних наноцеви је 100 пута већа од челика и достиже 25-100 ГПа·цм³/г. То значи: ако сте направили конопац од угљеничних наноцеви, он би био 100 пута јачи од челичног ужета исте тежине. Ово је такође разлог зашто је научнофантастични роман „Проблем са три тела“ користио „нано летеће оштрице“ за пресецање џиновских бродова, и зашто научници предвиђају коришћење угљеничних наноцеви за изградњу „свемирског лифта“.
4. Ултра-угљеничне наноцеви: ново научно откриће
Студија из 2022. године дизајнирала је тродимензионалну ковалентно повезану угљеничну наноцев кроз теоријске прорачуне. Његова тврдоћа по Викерсу достигла је 82,8 ГПа, што је упоредиво са кубним боровим нитридом. Друга студија исте године је предвидела два метастабилна ултра-полимера са ултратврдим угљеничним наноцевима са тврдоћом по Викерсу од 40,4 ГПа и 37,1 ГПа, респективно.
Ови подаци показују да угљеничне наноцеви не могу само да победе дијамант у погледу жилавости, већ им научници омогућавају и да надмаше дијамант у показатељу „тврдоће“.
3. Да ли је "Нано летећа оштрица" стварна? Колико су јаке угљеничне наноцеви?
Закључак:„Нано летеће сечиво“ из „Проблема са три{0}}тела“ које сече кроз џиновске бродове засновано је на угљеничним наноцевима. У стварности, теоријска снага угљеничних наноцеви је заиста довољна да „сече метал попут блата“.
У научнофантастичном роману „Проблем са три{0}}тела“, „нано летећа оштрица“ само једна-десетина дебљине људске косе може да исече џиновски брод попут тофуа. Овај концепт није настао из ваздуха - његов прототип је угљенична наноцев.
Шта угљеничне наноцеви могу постићи у стварности?
100 пута јачи од челика:Свежањ угљеничних наноцеви тањих од људске косе би теоретски могао да подигне аутомобил.
Јаче од било ког влакна:Угљеничне наноцеви су далеко супериорније од свих познатих влакана и по снази и по жилавости.
Свемирски лифт није сан:Научници верују да су угљеничне наноцеви најбољи кандидатски материјал за израду кабла „свемирског лифта“.
Наравно, тренутно техничко уско грло лежи у томе како реплицирати изузетне перформансе појединачних угљеничних наноцеви у макроскопском материјалу. Ово је тежак проблем на којем научници широм света раде на превазилажењу.
4. Како нови материјал Танфенг производи овај "супер материјал"
Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. трансформише одлична механичка својства угљеничних наноцеви у производе који се могу масовно-производити, доносећи „супер материјал“ из лабораторије.
Теорија је једно, али за истинску примену „супермоћи“ угљеничних наноцеви на стварне производе потребне су компаније које овладају технологијом производње великих размера{0}}.
Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. је управо таква компанија.
шта то ради?Компанија се фокусира на истраживање и развој и производњу угљеничних наноцеви у праху, проводне пасте и силицијум{0}}угљених анодних материјала. Његови производи покривају читав асортиман угљеничних наноцеви са-једностичним зидовима и угљеничних наноцеви са више-стила.
Које су његове техничке могућности?
Поседује више од десет активних патената везаних за угљеничне наноцеви.
Савладава различите процесе припреме укључујући лучно пражњење, ласерску аблацију и хемијско таложење паре (ЦВД).
Чистоћа производа већа или једнака 98%; величина честица праха може достићи 5-15 μм.
Месечна производња достиже 200 тона, већ у масовној производњи.
Где примењује механичка својства угљеничних наноцеви?Теоретски Јангов модул Танфенгових производа од угљеничних наноцеви може да достигне 5 ТПа, са чврстоћом приближно 100 пута већом од челика и густином само 1/6 од челика. Ова одлична механичка својства се користе у следећим областима:
| Поље апликације | Специфична употреба | Улога угљеничних наноцеви |
|---|---|---|
| Ваздухопловство | Компоненте трупа и крила | Ултра-велика чврстоћа + ултра-мала тежина |
| Раил Трансит | Лагани материјали за каросерије возова | Смањује тежину уз одржавање снаге |
| Винд Повер | Џиновске оштрице | Отпорност на замор, дуг радни век |
| Напредни полимерни материјали | Композити{0}}високих перформанси | Побољшава механичка својства |
| Еластомери | Гумени производи високе{0}}отпорности{1} на хабање | Побољшава снагу и отпорност на хабање |
Компанија помно прати националну стратегију развоја за нову енергију и нове материјале, са својим обимом пословања који се шири широм земље, са тежњом да постане „провајдер напредних материјала и пружалац техничких услуга“.
Резиме једне-реченице:Док научници доказују у лабораторијама да су угљеничне наноцеви „супер влакно“, компаније попут Танфенг Нев Материала их претварају у производе које можете купити.
Закључак: Шта је теже? Одговор зависи од тога како дефинишете "тешко"
| Ако се питате за... | Одговор је... |
|---|---|
| Који је отпорнији-на хабање (тврдоћа на огреботине) | Дијамант ≈ Царбон нанотубе (упоредиво); дијамант је највиши међу природним минералима |
| Који је отпорнији на компресију (Вицкерс тврдоћа) | Дијамант је већи, али су му се ултра{0}}наноцеви приближиле или чак надмашиле |
| Који је отпорнији на напетост (затезна чврстоћа) | Угљенична наноцевка потпуно побеђује, десетине пута јача од дијаманта |
| Који је отпорнији на удар (жилавост) | Угљенична наноцевка у потпуности побеђује; дијамант се разбија чекићем |
| Што је генерално јаче (свеобухватне перформансе) | Угљеничне наноцеви - тврде, јаке, чврсте и лагане |
Коначан закључак је:
У традиционалном смислу „отпорности на хабање“, дијамантске и угљеничне наноцеви имају своје предности. Али у смислу „свеобухватних механичких својстава“ - посебно затезне чврстоће, жилавости и специфичне чврстоће - угљеничне наноцеви су неоспорни краљ.
Дијамант је „најтврђи природни минерал на Земљи“, али угљеничне наноцеви су „најјача влакна која су направили људи“.
Као што је један научник о материјалима рекао: „Дијамант је краљ прошлости; угљеничне наноцеви су камен темељац будућности.
И пошто овај будући материјал масовно-производи Схандонг Танфенг, можемо рећи: ера угљеничних наноцеви је стигла.