কার্বন ন্যানোটিউব কতটা হালকা?

কার্বন ন্যানোটিউব হল সবচেয়ে হালকা পরিচিত পদার্থের মধ্যে, যার ঘনত্ব মাত্র 1.3-2.1 g/cm³, ইস্পাত (7.9 g/cm³) এবং অ্যালুমিনিয়াম (2.7 g/cm³) থেকে অনেক কম। এর মানে হল যে একই আয়তনের জন্য, কার্বন ন্যানোটিউবগুলির ওজন ইস্পাতের মাত্র 1/6 এবং অ্যালুমিনিয়ামের 1/2। এমনকি আরও আশ্চর্যজনক, যদিও কার্বন ন্যানোটিউবগুলি অ্যালুমিনিয়ামের চেয়ে হালকা, তবে তাদের প্রসার্য শক্তি ইস্পাতের চেয়ে 100 গুণ বেশি - "আলো তবুও শক্তিশালী" এর সংমিশ্রণ যা প্রকৃতিতে অত্যন্ত বিরল৷ কার্বন ন্যানোটিউব কম্পোজিটগুলি ইতিমধ্যেই 40% ওজন হ্রাস এবং বিমান ও স্বয়ংচালিত শিল্পে জ্বালানী দক্ষতার 20-25% উন্নতি অর্জন করেছে। শানডং তানফেং নতুন উপাদান এই "পালকের মতো আলো, ইস্পাতের মতো শক্তিশালী" সুপার-ম্যাটেরিয়ালের শিল্পায়নকে প্রচার করছে।

1. কার্বন ন্যানোটিউব কতটা হালকা? সংখ্যার একটি সেট আপনাকে বলে

উপসংহার:কার্বন ন্যানোটিউবগুলির ঘনত্ব প্রায় 1.3-2.1 g/cm³, যা অ্যালুমিনিয়ামের চেয়ে হালকা এবং ইস্পাতের মাত্র 1/6।

প্রথমে হার্ড ডাটা দেখে নেওয়া যাক। ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জির অধীনে একটি গবেষণাগারের একাডেমিক সাহিত্য অনুসারে, কার্বন ন্যানোটিউব (CNT) কম্পোজিটগুলির সাধারণ ঘনত্ব হল 1.3 g/cm³। গার্হস্থ্য পণ্যের ডেটাও নিশ্চিত করে যে এই মাত্রার ক্রম - কিছু বাণিজ্যিক পণ্যের প্রকৃত ঘনত্ব প্রায় 2 g/cm³, যার ট্যাপ ঘনত্ব মাত্র 0.18 g/cm³। সংক্ষেপে বলতে গেলে, কার্বন ন্যানোটিউব পাউডারের আপাত ঘনত্ব মোটামুটিভাবে 1.3-2.1 g/cm³ এর মধ্যে পড়ে।

এই "হালকা" মানে কি? আসুন এটিকে উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন ধাতুগুলির সাথে তুলনা করি যার সাথে আমরা দৈনন্দিন জীবনে পরিচিত:

একটি স্বজ্ঞাত উদাহরণ দিতে: একটি সাধারণ গাড়ির হুইল হাব, যদি কার্বন ন্যানোটিউব কম্পোজিট উপাদান থেকে তৈরি হয়, তাহলে এর ওজন 20 জিন (প্রায় 10 কেজি) থেকে 5-6 জিন (প্রায় 2.5-3 কেজি) পর্যন্ত কমে যেতে পারে। আপনি সহজেই এটি এক হাত দিয়ে তুলতে পারেন।

2. কেন কার্বন ন্যানোটিউবগুলি এত হালকা? রহস্যটি তাদের "ন্যানোস্কেল চিত্র" এর মধ্যে রয়েছে

উপসংহার:কার্বন ন্যানোটিউবগুলির অতি-আলোক বৈশিষ্ট্য তাদের অনন্য মাইক্রোস্ট্রাকচার থেকে উদ্ভূত হয় - কার্বন পরমাণুগুলি একটি ষড়ভুজাকার মধুচক্র প্যাটার্নে সাজানো হয়, একটি বৃত্ত তৈরি করে একটি ফাঁপা "ন্যানোস্কেল টিউব" তৈরি করে, যার অভ্যন্তরটি প্রায় সম্পূর্ণ খালি থাকে৷

একটি কার্বন ন্যানোটিউব মূলত একটি "টিউব" এবং ন্যানোস্কেলে একটি টিউব।

এর মাইক্রোস্ট্রাকচারটি নিম্নরূপ: কার্বন পরমাণু সমযোজী বন্ধনের মাধ্যমে একে অপরের সাথে সংযুক্ত থাকে, একটি স্থিতিশীল ছয়- রিং গ্রাফিন শীট গঠন করে এবং তারপর এই গ্রাফিন শীটটিকে একটি সিলিন্ডারে "ঘূর্ণিত" করা হয়। এই সিলিন্ডারটি ফাঁপা - এর ভিতরে কোনো পরমাণু নেই, কেবল বায়ু বা ভ্যাকুয়াম। একটি স্তর ঘূর্ণায়মান একটি একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব (SWCNT) তৈরি করে; একাধিক স্তর ঘূর্ণায়মান একটি মাল্টি-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব (MWCNT) তৈরি করে, যার ইন্টারলেয়ার ব্যবধান প্রায় 0.34 nm।

একটি উপাদানের ওজন পরিমাপের চাবিকাঠি: ঘনত্ব=ভর / আয়তন

ধাতুগুলি পরমাণুতে পূর্ণ, ঘনভাবে প্যাক করা, তাই তারা ভারী। একটি কার্বন ন্যানোটিউবের শেল কার্বন পরমাণু দিয়ে গঠিত (কার্বন পরমাণু লোহা বা অ্যালুমিনিয়াম পরমাণুর চেয়ে অনেক হালকা), অভ্যন্তরটি খালি, এবং শেলটি অত্যন্ত পাতলা - এইভাবে, প্রতি ইউনিট আয়তনে খুব কম উপাদান থাকে, তাই এটি স্বাভাবিকভাবেই হালকা।

রান্নাঘরের উপমা ব্যবহার করে:একটি ধাতু spatula কঠিন এবং ভারী; একটি ফাঁপা ড্রিংকিং স্ট্র হালকা কারণ এটির পৃষ্ঠে শুধুমাত্র একটি পাতলা প্রাচীর রয়েছে। একটি কার্বন ন্যানোটিউব হল একটি "ফাঁপা ড্রিংকিং স্ট্র" এর আণবিক সংস্করণ।

3. সত্যিই আশ্চর্যজনক জিনিসটি "হালকাতা" নয়, তবে "হালকা তবুও শক্তিশালী" সমন্বয়

উপসংহার:কার্বন ন্যানোটিউবগুলির সুনির্দিষ্ট শক্তি 500 MPa·cm³/g পর্যন্ত পৌঁছে, যা ইস্পাত, অ্যালুমিনিয়াম এবং টাইটানিয়ামের মতো ঐতিহ্যবাহী ধাতুর থেকে অনেক বেশি, এটি পরিচিত প্রকৌশল উপকরণগুলির মধ্যে সর্বোচ্চগুলির মধ্যে একটি করে তুলেছে।

যদি এটি শুধুমাত্র "হালকা" হত, তাহলে বিশেষ কিছু হবে না - ফোম প্লাস্টিকও খুব হালকা, কিন্তু এটি সহজেই চূর্ণ করে। কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে যা সত্যিই বিস্ময়কর করে তোলে তা হল, বাতাসের মতো হালকা হলেও, তারা অবিশ্বাস্যভাবে শক্তিশালী।

যেমনটি আমরা পূর্ববর্তী নিবন্ধে বিশদভাবে বিশ্লেষণ করেছি: কার্বন ন্যানোটিউবগুলির প্রসার্য শক্তি 50-200 GPa-এ পৌঁছতে পারে, যা ইস্পাতের 100 গুণ। যখন এই ডেটাটিকে "আলোকতা" এর মাত্রা দ্বারা গুণ করা হয়, তখন আমরা একটি মেট্রিক পাই যা ইঞ্জিনিয়ারদের পাগল করে তোলে - নির্দিষ্ট শক্তি (শক্তি ÷ ঘনত্ব)৷

তুলনামূলক ডেটার এই সেটটি একবার দেখুন:

নির্দিষ্ট শক্তি যত বেশি হবে, প্রদত্ত ওজনের জন্য লোড-ভার বহন করার ক্ষমতা তত বেশি হবে। কার্বন ন্যানোটিউব (500) এর নির্দিষ্ট শক্তি ইস্পাতের প্রায় 10 গুণ বেশি (51) - একই ওজনের কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি একটি দড়ি একটি স্টিলের তারের দড়ির প্রায় 10 গুণ ভার বহন করতে পারে।

এই কারণেই বিজ্ঞানীরা একটি স্পেস এলিভেটর - তৈরি করতে কার্বন ন্যানোটিউব ব্যবহার করে কল্পনা করেছেন কারণ শুধুমাত্র একটি উপাদান যা "পালকের মতো হালকা, ইস্পাতের মতো শক্তিশালী" সম্ভবত পৃথিবী থেকে মহাকাশে প্রসারিত একটি তার তৈরি করতে পারে৷

4. "লাইটনেস" দ্বারা আনা শিল্প বিপ্লব: 40% ওজন হ্রাস, 25% জ্বালানী সাশ্রয়

উপসংহার:কার্বন ন্যানোটিউব কম্পোজিটগুলি ইতিমধ্যেই এরোস্পেস এবং স্বয়ংচালিত শিল্পগুলিতে 40% পর্যন্ত ওজন কমানোর প্রভাব অর্জন করেছে, যা সরাসরি জ্বালানী দক্ষতার 20-25% উন্নতিতে অনুবাদ করেছে।

"হালকাতা" শুধুমাত্র একটি সংখ্যার খেলা নয়; এটা স্পষ্টভাবে শিল্প ল্যান্ডস্কেপ পরিবর্তন করা হয়.

আন্তর্জাতিক একাডেমিক জার্নালে একটি পর্যালোচনা নিবন্ধ অনুযায়ীপদার্থ বিজ্ঞান ও প্রকৌশল: আর, কার্বন ন্যানোটিউব কম্পোজিটগুলি বিমান চালনা এবং স্বয়ংচালিত শিল্পে দুর্দান্ত সম্ভাবনা প্রদর্শন করেছে: যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য বজায় রাখার বা এমনকি উন্নত করার সময় কাঠামোগত উপাদানগুলির ওজন 40% পর্যন্ত হ্রাস করা যেতে পারে।

আসুন বাস্তব-বিশ্ব অ্যাপ্লিকেশন উদাহরণ দেখি:

বোয়িং ৭৮৭-এর ঘটনা বিশেষভাবে উল্লেখ করার মতো। এই "ড্রিমলাইনার" উন্নত যৌগিক উপকরণের ব্যাপক ব্যবহার করে (কার্বন ন্যানোটিউব-রিইনফোর্সড ম্যাটেরিয়াল সহ), শুধুমাত্র উল্লেখযোগ্য ওজন কমানোই নয়, একই ধরনের মডেলের তুলনায় এই বৃহৎ এয়ারলাইনারটিকে ২০% জ্বালানি সাশ্রয় করতে সক্ষম করে। কোরিয়া ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (KIST) এমনকি আরও এক ধাপ এগিয়ে গেছে এবং সরাসরি একটি মোটর তৈরি করেছে কোনো ধাতব কয়েল ছাড়াই - কার্বন ন্যানোটিউব তারের সাথে তামার তার প্রতিস্থাপন করে, যার ফলে মোটরের ওজন তামার মোটরের এক-পঞ্চমাংশ হয়।

একটি বিমানের জন্য:জ্বালানি সাশ্রয়=আরও দূরে + কম টিকিটের দাম + কম কার্বন নির্গমন।

বৈদ্যুতিক গাড়ির জন্য:ওজন হ্রাস=দীর্ঘ পরিসর + দ্রুত ত্বরণ + ছোট ব্যাটারি।

হালকাতা সোনার; হালকাতা প্রতিযোগিতামূলক।

5. শানডং তানফেং নতুন উপাদান: ক্রয়যোগ্য পণ্যে "হালকা" রূপান্তর করা

Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. কার্বন ন্যানোটিউবগুলির "অতি{-আলো" বৈশিষ্ট্যগুলিকে ব্যাপকভাবে-উৎপাদন করে এবং উৎপাদন করে, যা মহাকাশ এবং নতুন শক্তির যানবাহনের মতো উচ্চমানের উত্পাদন শিল্পে-পরিষেবা করে৷

গবেষণাগারে একটি "অলৌকিক উপাদান" থেকে কার্বন ন্যানোটিউবগুলিকে একটি শিল্প কাঁচামালে পরিণত করার জন্য যা ইঞ্জিনিয়াররা অর্ডার করতে পারে এমন কোম্পানিগুলির প্রয়োজন যারা সত্যিকারের বড়-উৎপাদন প্রযুক্তিতে দক্ষ।

শানডং তানফেং নিউ মেটেরিয়াল টেকনোলজি কোং লিমিটেড ঠিক এমন একটি কোম্পানি।

এটা কি করে?

কোম্পানি R&D এবং মাল্টি-দেয়ালযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব (MWCNTs), একক-ওয়ালড কার্বন ন্যানোটিউব (SWCNTs), কার্যকরী কার্বন ন্যানোটিউব, পরিবাহী পেস্ট এবং প্রি-বিচ্ছুরিত পণ্যের উৎপাদনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে৷ পণ্যের বিশুদ্ধতা 97.5% এর চেয়ে বেশি বা সমান, Fe, Co, এবং Ni অনুঘটকের অবশিষ্ট অমেধ্যগুলি 0.5 পিপিএম এর চেয়ে কম বা সমান, টিউবের ব্যাস বন্টন সংকীর্ণ এবং ব্যাচ-থেকে-ব্যাচের সামঞ্জস্যতা সিভি<5%.

এর মূল দক্ষতা:

Tanfeng নতুন উপাদান ইউরোপীয় স্বয়ংচালিত যন্ত্রাংশ সরবরাহকারীদের PA12 ক্যারিয়ার মাল্টি-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব মাস্টারব্যাচ সরবরাহ করে, যা জ্বালানী লাইনের জন্য কঠোর বিরোধী-স্ট্যাটিক প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। যখন BMW এবং Boeing-এর মতো কোম্পানিগুলির উচ্চ-কার্যক্ষমতার লাইটওয়েট উপকরণের প্রয়োজন হয়, তখন কার্বন ন্যানোটিউবগুলি তানফেং-এর মতো চীনা কোম্পানিগুলির তাকগুলিতে একটি দূরবর্তী পরীক্ষাগার ধারণা থেকে বাস্তব পণ্যে রূপান্তরিত হয়৷

সারসংক্ষেপ: কার্বন ন্যানোটিউবগুলির "হালকাতা" বলতে কী বোঝায়?

কার্বন ন্যানোটিউবগুলির "হালকা" কখনই একটি সাধারণ কম ঘনত্বের সংখ্যা ছিল না। এটি সবচেয়ে ছোট ভরের সাথে সর্বাধিক ভার বহন করা, সর্বনিম্ন উপাদানের সাথে সবচেয়ে শক্তিশালী কর্মক্ষমতা অর্জন করা এবং সবচেয়ে হালকা উপাদানগুলির সাথে সর্বোচ্চ দক্ষতা তৈরি করা।

যখন শানডং তানফেং নিউ ম্যাটেরিয়াল ক্রমাগত তার কারখানা থেকে এই কালো পাউডারটি - পাউডার যা বাতাসের চেয়ে হালকা (তার ট্যাপ করা অবস্থায়) কিন্তু ইস্পাতের চেয়ে শক্তিশালী - তখন এটি ইঙ্গিত দেয় যে বস্তুজগতের "হালকা যুগ" সত্যিই এসেছে।