Нанотрубки

Нанотрубка – это полая внутри молекула, состоящая из порядка 1.000.000 атомов углерода и представляющая собой однослойную трубку диаметром около нанометра и длиной в несколько десятков микрон. На ее поверхности атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников.

Рис 66 Молекула однослойной нанотрубки

Нанотрубки обладают рядом уникальнейших свойств, которые подробно рассматривались в первой главе. Благодаря им нанотрубки находят большое число областей применения, преимущественно в создании новых материалов, электронике и сканирующей микроскопии.

Уникальные свойства нанотрубок – высокая удельная поверхность, электропроводность, прочность – позволяют создавать на их основе эффективные носители катализаторов для

различных процессов. Например, из нанотрубок делают новые источники энергии – топливные ячейки, способные работать в 3 раза дольше, чем простые батарейки аналогичного размера.

При использовании подобной ячейки в сотовом телефоне он сможет находиться в режиме ожидания около двух недель вместо 4 дней, как нынешнее поколение телефонов.

Рис 67. СТМ_изображения матриц углеродных нанотрубок,

выращенных на подложке из пористого (а) и гладкого (б) кремния

Топливная ячейка заправляется метиловым спиртом, который в ходе реакции расщепляется на кислород и водород, и в результате выделяется тепло и электричество. Эффективность

же этого процесса зависит от размера катализатора, а потому наночастицы платины, нанесенные на нанотрубки, служат отличным катализатором.

Компания NEC начала выпуск ноутбуков со встроенной топливной ячейкой в начале 2005 года. Пока что время автономной работы этого ноутбука составляет около пяти часов, однако к 2006 году инженеры планируют уыеличить его до 40 часов. В настоящее время разработками топливных ячеек заняты многие компании, такие как Motorola, Casio, Sony, Hitachi и Samsung.

Удивительные свойства нанотрубок помогают им накапливать и хранить водород-экологич-ное топливо автомобилей будущего. Для выработки электроэнергии в двигателях на топливных ячейках используется реакция водорода (H2) и кислорода (O2). При этом выхлоп автомобиля состоит из водяного пара(H2O). Раньше производители не могли и помыслить о таких

автомобилях, потому что водород – самый легкий в мире газ, и несколько килограмм водорода-это уже огромный баллон. Ни-за какие коврижки автолюбители не стали бы таскать с собой

гигантский пузырь и надувать его на бензоколонках. Но нанотрубки с наночастицами палладия могут компактно хранить водород в тысячи раз больше своего объема, а значит, сделают авто-мобили более мощными, дешевыми и экологичными.

Компания Toyota еще в 2001 приступила к испытаниям такого автомобиля. Ожидается, что к 2010 году японские компании выпустят 50.000 машин на топливных ячейках, а к 2020 году-уже 5.000.000! Hyundai, UTC Fuel Cells и ChevronTexaco открыли в Калифорнии экспериментальную водородную станцию,которая будет заправлять 5 машин Hyundai и Kia на водородных топли-вных ячейках.

Дальнейшее развитие технологии топливных ячеек позволит хранить в них в сотни и тысячи раз больше энергии, чем в современных батарейках. Как же она там поместится? Очень просто. В «квантовой» главе мы упоминали формулу Е=mc2, выведенную Эйнштейном. Многие ее видели, но далеко не все понимают ее смысл. А она попросту отражает взаимосвязь между

материей и энергией или, проще говоря, то, что можно превращать энергию в вещество и наоборот – вещество в энергию.

Согласно этой формуле, например, в хомячке весом 0,11 кг содержится 0,11•(300.000.000)2 = 1016 Дж энергии, то есть в сто раз больше, чем выделяется при атомном взрыве! Почему же

хомячок отнюдь не взрывоопасен и порой даже флегматичен? Потому что энергию из вещества получить крайне сложно. Даже в атомных электростанциях в энергию превращается только

тысячная доля массы. В термоядерных реакциях, происходящих на Солнце, в энергию превращается уже 1% вещества. И только при столкновении с антивеществом материя освобождает свою полную энергию.

Так вот, наше Солнце представляет собой огромную термоядерную водородную топливную ячейку. Если при сгорании водород превращается в воду, соединяясь с кислородом, то в термо-ядерной реакции два атома водорода превращаются… в атом гелия, разумеется, с выделением огромной энергии. Если химические реакции изменяют молекулы, перемещая атомы, то термо-ядерные реакции реализуют мечту средневековых алхимиков, превращая одни химические элементы в другие (как вы уже, наверное, догадались, этим мы обязаны перемещениям суб-атомных частиц).

С их помощью ученые даже получили золото из свинца, однако разбогатеть на этом им не удалось-термоядерная установка для получения одного нанограмма золота стоит дороже нескольких вагонов, набитых золотыми слитками.

Однако есть все основания полагать, что нанотехнология сделает термоядерные приборы компактными и дешевыми.Тогда в каждой «пальчиковой» батарейке будет гореть миниатюрное солнышко, автомобили смогут годами ездить без дозаправки водородом, а сотовому телефону и ноутбуку зарядное устройство вообще не понадобится. Подобную топливную ячейку многие читатели наверняка видели в фильме «Терминатор_3», когда выброшенная роботом сломанная батарейка взорвалась как атомная бомба.