Свойства углеграфитовых материалов

Главная \ Полезная информация \ Свойства углеграфитовых материалов

Свойства углеграфитовых материалов

 

              Свойства УГМ характеризуются анизотропией, обусловленной слоистой структурой искусственного графита и анизометрией частиц исходных углеродистых веществ (исключая технический углерод). При формовании (прессовании) происходит преимущественная ориентация углеродистых частиц, в результате после термической обработки изделия приобретают различные свойства в направлениях, перпендикулярном и параллельном оси прессования. Поэтому, характеризуя УГМ, часто приводят два значения свойств во взаимно перпендикулярных направлениях: перпендикулярно оси и параллельно оси.

 Физические свойства

       К физическим свойствам относят плотность, пористость, проницаемость, электропроводимость и т. д.

      Плотность. Плотность идеального графита, рассчитанная по данным рентгенографического анализа, равна 2265 кг/м3. Однако из-за нарушений структуры плотность природных, а тем более искусственных графитов имеет меньшее значение. Для различных видов искусственного графита она составляет 2160–2230 кг/м3.

               Пористость. Пористость характерна для всех видов УГМ. Эксплуатационные свойства УГМ непосредственно связаны с характером пористости и размером пор (%).

   Графитированные материалы 20–30

   Обожженные материалы 14–25

   Высокопористые (теплозащитные) материалы до 80–85

   Высокоплотные материалы 10–12

   Пирографит 2–3

      Свойства монокристалла принято рассматривать относительно главных кристаллографических направлений: параллельно и перпендикулярно гексагональной оси кристалла графита.

                     При формировании твердого пористого тела образующиеся пустоты могут быть изолированы друг от друга и не связаны с поверхностью; такие поры называются недоступными. Поры, имеющие выход на поверхность твердого тела, но не связанные друг с другом, называются тупиковыми. Под канальными или транспортными порами подразумеваются поры, имеющие связь между собой и с поверхностью твердого тела. По этим порам происходит массоперенос вещества в пористом теле (фильтрация, диффузия). Средний радиус преобладающих пор: нижний предел составляет 1,7–2,5 мкм (мелкозернистый графит); верхний предел отвечает 8,9–11,2 мкм (крупнозернистый графит).

           Проницаемость. Важной характеристикой структуры пор и свойством конструкционного углеродного материала является проницаемость. Проницаемость пористого тела по отношению к жидкости или газу характеризуют коэффициентом проницаемости В, имеющим размерность квадрата площади и зависящим только от свойств пористого тела, или коэффициентом фильтрации kф, см2/с. Коэффициент фильтрации зависит от свойств как пористого тела, так и фильтрующейся среды. Обычно предпочитают пользоваться коэффициентом проницаемости, однако ввиду того, что вязкости газов, с которыми чаще всего приходится иметь дело, близки между собой, для сравнительных данных можно использовать kф, определение которых в ряде случаев представляется предпочтительным. Среднее значение kф укладывается в интервал 1–2,5 см2/с. Увеличению проницаемости способствует образование трещин на различных этапах обработки УГМ, в особенности из-за усадки изделий при обжиге и графитации. Чем равномернее гранулометрический состав сырья, чем строже выдерживается режим нагревания, тем меньше образуются трещины. Уменьшить проницаемость УГМ можно многократной пропиткой и обжигом.

                 Электропроводимость аллотропных соединений значительно различается по абсолютной величине. Алмаз – диэлектрик, его электросопротивление одинаково по всем направлениям кристалла (за счет четырех равноценных σ-связей). Графит – проводник металлического типа в направлении, параллельном слоям (за счет -электронного облака). В направлении, перпендикулярном слоям, графит – полупроводник. Электропроводимость графита в направлении, параллельном слоям, на два–три порядка выше таковой в перпендикулярном направлении.

                  В поликристаллических углеродных материалах (УМ) общая проводимость определяется двумя составляющими:

 – электропроводностью кристаллов (по металлическому типу);

 – электропроводностью аморфного углерода (полупроводник).

                  Поэтому у многих УМ экстремальная зависимость электропроводности от температуры: электропроводность полупроводника с увеличением температуры падает, а металла – растет. Существует минимум температурной зависимости сопротивления, его положение смещается в область более низких температур при совершенствовании кристаллической структуры образца. Например, для обожженных материалов до 2000 °С удельное сопротивление уменьшается. Такая же зависимость сохраняется и для графитированных материалов до 400–600 °С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к обратному эффекту.

               Углеродные материалы, полученные на основе нефтяных коксов, имеют удельное электрическое сопротивление от 7 до 100 мкОм∙м: минимальные значения имеют графитированные материалы, а максимальные – обожженные. Электропроводимость УГМ анизотропна. В материалах, полученных прессованием, она выше в направлении, перпендикулярном направлению наложения давления. Коэффициент анизотропии колеблется в пределах от 1,2 до 2 и увеличивается с уменьшением дисперсности частиц углеродистого вещества.

              Дефекты микроструктуры и макроструктурные недостатки (например, пористость) приводят к увеличению удельного электросопротивления. Электросопротивление обожженных УМ уменьшается при увеличение температуры, т. е. температурная зависимость имеет отрицательный температурный коэффициент. Удельное электрическое сопротивление графитированных материалов минимально в интервале температур 300–1300 К. При этом у более совершенных графитов минимум на температурной зависимости электросопротивления появляется при более низких температурах указанного интервала. Минимум в температурной зависимости удельного электросопротивления УМ обусловлен взаимодействием двух факторов: падением электросопротивления аморфного углерода, который обладает полупроводниковыми свойствами, и ростом электросопротивления упорядоченного (кристаллического) углерода, обладающего свойствами полуметалла. В процессе термообработки количество аморфного углерода уменьшается, в результате чего графит приобретает свойства полуметалла, поэтому минимум удельного электросопротивления сдвигается в сторону более низких температур.

             Теплопроводность. Она определяется тепловыми колебаниями решетки монокристалла. Теплопроводность УМ может изменяться в очень широком диапазоне, что позволяет применять их в различных отраслях промышленности. Достаточно сказать, что теплопроводность отдельных видов материалов моет различаться более чем в 10000 раз, поэтому УМ с успехом применяются в технике и в качестве отличных проводников тепла, и в качестве теплоизоляторов. Теплопроводность графитированных материалов значительно выше неграфитированных, с повышением температуры для графитированных материалов она снижается, неграфитированных – слабо возрастает. Для УГМ характерна анизотропия свойств теплопроводности.

                  Теплоемкость. Теплоемкость углеграфитовых материалов мало зависит от условия их получения. Теплоемкость увеличивается с повышением температуры, а затем стремится к постоянной величине, установленной законом П. Дюлонга и Пти де ла Круа.

                   Линейное расширение. Оно определяет стойкость материала к тепловому удару. Углеграфитовые материалы обладают анизотропией линейного расширения, которое в параллельном направлении меньше, чем в перпендикулярном. Для большинства УГМ среднее значение коэффициента линейного расширения в интервале 300–1800 °С составляет 5,3∙10-6 1/К и может различаться не более чем на 15 %. Для отожженных материалов этот коэффициент несколько выше. Линейное расширение УГМ зависит от природы исходных твердых углеродистых веществ и температуры их прокаливания. Влияние нейтронного облучения на свойства графита. Радиоактивное излучение резко изменяет кристаллическую структуру графита: увеличивается расстояние между базисными плоскостями, растет общий объем материала, снижается электро- и теплопроводность. При термической обработке первоначальные свойства графита возвращаются.

                      Механические свойства

                      Механические свойства включают в себя прочность, модуль упругости, трение.

            Прочность. УГМ обладают анизотропией прочности. Прочность материалов возрастает при повышении дисперсности исходных углеродистых материалов, достигая 100 МПа (при сжатии). Но с увеличением зерна (до определенных размеров зерна) в большей мере уменьшается модуль упругости и увеличивается теплопроводность, а следовательно, и термостойкость заготовок. Обожженные материалы имеют прочность более высокую, чем графитированные. С увеличением температуры до 2400–2600 °С прочность УГМ возрастает в 1,5–2,5 раза, а затем снижается и достигает при 3000 °С тех же значений, что и при 20 °С.

               Модуль упругости. УГМ относят к неупругим материалам. При наложении напряжения происходит хрупкое разрушение после небольшой упругой деформации. Модуль упругости УГМ при растяжении находится в пределах 2,5–15 ГПа. С повышением температуры для большинства УГМ модуль упругости увеличивается (в 1,6 раза в интервале температур 2000–2500 °С). Графит является одним из наиболее термостойких материалов ввиду сравнительно большой прочности при высоких температурах, малого модуля упругости и теплового расширения в сочетании с высокой теплопроводностью.

                   Трение. Графит обладает высокими смазывающими свойствами, обусловленными его слоистой структурой и малыми силами связи между слоями. Хорошие атифрикционные свойства графита объясняются образованием на его скользящих поверхностях защитного слоя, обладающего высокой адгезией к различным материалам. Кроме того, адсорбированные на поверхности графита газы и пары снижают коэффициент трения. Коэффициент трения для обожженных материалов составляет величину kтр=0,03–0,05 (при 10 м/с). Коэффициент трения зависит не только от характера трущихся поверхностей, но и от температуры, скорости скольжения среды. С повышением температуры коэффициент трения снижается. Для повышения износостойкости углеграфитовые материалы пропитываются металлами и некоторыми неметаллическими соединениями типа фосфора.

                   Химические свойства

             Все УГМ содержат минеральные примеси и серу. Их количество зависит от содержания золы и серы в углеродистых веществах, используемых в качестве сырья, а также от температуры обработки УГМ. Максимальной зольностью обладают материалы, полученные на основе антрацитов (4–8 %); минимальной – из малозольных нефтяных и пековых коксов и технического углерода. В графитированных материалах зольность не превышает 1 %. Графит является достаточно инертным материалом. Так, он принимает участие в реакциях окисления, образования карбидов при взаимодействии с металлами и с некоторыми неметаллами.

                 Известно, что в окислительных средах графиты стойки при относительно низких температурах, но при высоких температурах они вступают в реакции сравнительно легко. В зависимости от среды температура начала заметного взаимодействия с графитом может существенно меняться. Так например, реакция с кислородом воздуха начинается при 400 °С, а с СО2 – при температуре 500 °С, причем ниже этой температуры взаимодействие происходит с такой скоростью, что потери графита составляют около 0,1 % за 20 лет. Диапазоны рабочих температур: ядерные реакторы – до 600 ºС, антифрикционные материалы – 200–600 °С, в химических реакторах, кроме высоких температур, имеет место еще и длительное взаимодействие с агрессивными средами.

                С увеличением упорядоченности кристаллической структуры графита повышается температура начала реакции и уменьшается скорость реакции. При 600 °С стойкость пирографита к окислению в пятнадцать–восемнадцать раз выше стойкости обычного графита. Катализаторами процесса окисления могут быть примеси, особенно железа, ванадия, натрия. Повышение стойкости графита к окислению предусматривает введение в него некоторых элементов, например кремния, фосфора и др. Резко (на один порядок) снижает скорость окисления добавка хлора в количестве 1–1,5 % к кислороду. С повышением температуры скорость окисления повышается.

             Углерод образует с металлами различные карбиды. Карбиды (Si, Zr) приводят к интенсификации процесса графитации. Для реакторного графита необходима высокая степень чистоты, что ограничивает присутствие в нем примесей.

               Поведение УГМ в агрессивных средах. Углеродные материалы устойчивы в среде жидких углеводородов. Стеклоуглерод практически не реагирует с кислотами и их смесями, не взаимодействует с расплавами фторидов, сульфидов, металлов III группы. Пирографит проявляет свойства, близкие свойствам стеклоуглерода. Скорость разрушения материала существенно зависит от различных пропиток и добавок, а также от термообработки исходного сырья и способа получения материала.

           Межслойные соединения углерода. Атомы некоторых элементов (щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия, галогенов и др.) способны внедряться между углеродными слоями, что приводит к деформации кристаллической решетки, «разбуханию» и разрушению материала.

 ВИДЫ УГЛЕГРАФИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

                   Все электродные и электроугольные материалы в основе своей содержат углерод, свойства которого позволяют применять его для изготовления широкого ассортимента изделий, из которых почти каждый вид обладает специфическими свойствами. Хорошие электроконтактные и электрофизические характеристики; химическая инертность, большая удельная поверхность, малая плотность; высокие прочность и модуль упругости; возможность широкого диапазона изменения электрического сопротивления – далеко не полный перечень уникальных свойств, которые делают углеграфитовые материалы незаменимыми во многих областях науки и техники.

                  Все виды УГМ делятся на следующие классы: электродные изделия; огнеупорные материалы; химически стойкие изделия (конструкционные материалы); электроугольные изделия; антифрикционные изделия; графитированные блоки и детали для атомной энергетики; углеродистые массы и пасты; углеродные волокна и углепластики; углеродные наноматериалы.

 Электродные изделия

                С помощью электродов в рабочую зону аппаратов подводится электрический ток для осуществления электрохимических процессов. К таким аппаратам относятся электролизеры, электрические и дуговые печи. Углеграфитовые электроды используются в алюминиевой, химической, сталеплавильной и других отраслях промышленности. Они применяются в производстве ферросплавов, цветных металлов, искусственных абразивов, карбида кальция, фосфора, хлора, каустической соды и др.

                 Электродные материалы делятся на четыре типа, в зависимости от исходного сырья: угольные – антрацит; коксовые – малозольный кокс; графитовые – графит (естественный, искусственный, пропитанный смолами; измельченный, пропитанный фенолформальдегидной смолой); графитированные – малозольные коксы с дальнейшей графитацией.

              Основной характеристикой является теплопроводность. Стоимость графитированных электродов выше, но расход в два–три раза ниже, т. к. выше допустимая сила тока. Графит хорошо поддается обработке. Ему свойственна высокая теплопроводность, низкий коэффициент линейного расширения, стойкость к колебаниям температуры, химическая стойкость, способность не адсорбировать на своей поверхности накипь и другие загрязнения.

         Основным видом катодной продукции являются: катодные блоки, из которых выкладываются подина и боковые стенки электролизеров, используемых для электролиза оксида алюминия; графитированные аноды, применяемые для получения хлора, каустической соды при электролизе водных растворов хлорида натрия, которые должны обладать максимальной электропроводностью. В процессе электролиза аноды постоянно разрушаются, окисляясь кислородом, который образуется при разряде ОН‾-ионов на поверхности анодов. Для повышения стойкости анодов стремятся снизить их пористость. Обожженные аноды пропитывают каменноугольным пеком, затем снова обжигают и графитируют, а перед установкой в электролизер пропитывают специальными составами.

Огнеупорные материалы

                 Углеродистые материалы используются в строительстве различных типов печей, где они заменяют применявшиеся ранее различные огнеупорные материалы. При высоких температурах (выше 2000 °С) углеродистые материалы, в силу их специфических свойств и относительно низкой стоимости, незаменимы при строительстве электрических печей. Огнеупорные материалы применяются в доменных печах для футеровки лещади и горна. Из огнеупорных материалов изготавливаются тигли, лодочки, изложницы для плавки сверхчистых металлов; графитовые пресс-формы; формы для литья больших слитков углеродистых легированных сталей.

          Особым и довольно распространенным видом огнеупоров являются так называемые «смолопропитанные огнеупоры». Доломитовые, алюмосиликатные и некоторые другие огнеупоры пропитывают смолами или пеками. При их обжиге образуется защитная пленка графита, которая улучшает свойства изделий. Такие материалы приобретают дополнительные свойства: более высокую теплопроводность (съем тепла); противостояние агрессивному действию чугуна и шлаков, в результате чего чугун не просачивается через кладку печи; механическую прочность при истирании.

 Химически стойкие изделия

                    Сочетание высокой теплопроводности, превосходной коррозионной стойкости и малого теплового расширения делает графит хорошим конструкционным материалом для изготовления теплообменной аппаратуры. В настоящее время теплообменная аппаратура из графита успешно применяется в большинстве производств с агрессивными средами: нагреватели; конденсаторы; испарители; холодильники для производства соляной кислоты, гипохлорита натрия, уксусной кислоты; в процессах хлорирования ароматических и алифатических углеводородов и т. д. Для усиления свойств графита его пропитывают синтетическими смолами и получают композиты.

                   В качестве конструкционных материалов используются угольные и графитовые плитки для футеровки аппаратов – травильных варочных котлов. Пористые углеграфитовые материалы применяются для фильтрации газов и жидкостей, при перемешивании жидкостей и газов с использованием барботеров. Барботеры и фильтры, изготовленные из углеграфитовых материалов, хорошо очищаются от загрязнений.

 Электроугольные изделия

                  В отличие от электродных электроугольные изделия являются более мелкими: щетки в контактах электрических машин; осветительные угли в буровых лампах; угли в спектральном анализе; элементные угли; магнитофонные порошки.

                 Щетки для электрических машин представляют собой внешние элементы скользящих контактов, выполненные из различных углеродистых материалов, графита и металлических порошков. Производят угольно-графитовые, графитовые и металлографитовые щетки. Угольно-графитовые щетки изготавливают из смеси кокса, технического углерода, графита и связующих материалов; графитовые – главным образом из натурального графита и связующих. В обоих случаях процесс получения щеток заканчивается обжигом. Электрографитированные щетки отличаются от ранее описанных тем, что они подвергаются термической обработке при температуре около 2500 °С. Металлографитовые щетки изготавливаются с добавлением металлических порошков (медных, оловянных).

                   Осветительные угли используются в лампах, работающих с простой электрической дугой, пламенной дугой и дугой интенсивного горения. Они применяются в кинопромышленности при съемке и демонстрации фильмов, в специальных прожекторных установках, в дуговых лампах микроскопов, осциллографов и при проведении спектральных анализов. Осветительные угли изготавливают из чистых углеродистых материалов (технического углерода, кокса, графита), зольность их не должна превышать 1 %.

 Антифрикционные изделия

                  Графит обладает свойством самосмазываемости. Способность графита в паре с металлом обеспечивать малый износ и низкий коэффициент трения без применения дополнительной смазки используется в производстве углеграфитовых антифрикционных материалов. При работе пары графит–металл на поверхности металла образуется тонкая пленка ориентированных кристаллов графита, которая обеспечивает устойчивый режим скольжения. Углеграфитовые антифрикционные изделия применяются в качестве вкладышей радиальных и упорных подшипников, направляющих втулок, поршневых колец, уплотнений в различных механизмах. Эти изделия способны работать в широком интервале температур (от –200 до +2100 °С), при высоких скоростях скольжения (до 100 м/с) в агрессивных средах.

                  Хорошие антифрикционные свойства обусловлены слоистой структурой углерода и малыми величинами связи между графитовыми слоями, т. е. взаимным скольжением.

 Графитовые материалы для атомной энергетики

                 Углеграфитовые материалы используются в ядерных реакторах в качестве замедлителей и отражателей нейтронов в активной зоне реактора. В процессе деления ядер урана поглощаются медленные нейтроны и выделяются быстрые. Чтобы процесс деления протекал эффективно, необходимо выделяющиеся быстрые нейтроны превращать в медленные, при этом не должно происходить потери нейтронов. Из четырех видов замедлителей – простая вода, тяжелая вода, бериллий и графит – последний является одним из подходящих замедлителей. Он практически не поглощает тепловые нейтроны. Однако он должен содержать минимальные количества минеральных примесей, которые способны поглощать нейтроны. Реакторные графиты подвергаются сложному рафинированию, и зольность их не должна превышать тысячных долей процента (во избежание захвата нейтронов примесями).

 Углеродные массы и пасты

                     Углеродные массы и пасты используют в самоспекающихся электродах (электродная и анодная масса), они служат для заполнения швов между углеграфитовыми блоками при кладке и футеровке печей, а также для набивки подин электролизеров и печей. Самоспекающийся электрод представляет собой металлический кожух, заполненный электродной массой. Под действием высокой температуры масса спекается, приобретая свойства угольных электродов. Масса должна быть достаточно пластичной при температуре около 200 °С, чтобы равномерно заполнять пространство внутри металлического кожуха.

                   Электродная масса применяется в производстве алюминия, ферросплавов, карбида кальция, фосфора, абразивных материалов. Электродная (анодная) масса, применяемая при производстве алюминия, должна содержать менее 1 % золы. В настоящее время более целесообразно в производстве алюминия использовать спрессованные и обожженные электроды. Однако на большинстве действующих алюминиевых заводах используют электролизеры с самоспекающимися электродами. Переход на обожженные электроды связан с большими капитальными затратами (полная замена всех электролизеров).

                      Алюминиевая промышленность является крупнейшим потребителем электродной массы. На одну тонну алюминия приходится значительное количество анодной массы. По этой причине производство электродных и анодных масс возрастает с каждым годом и составляет несколько сотен тысяч тонн.

 Углеродные волокна и углепластики

                          К углеродным волокнам и углепластикам относятся продукты термической переработки полимерных волокон, волокнистых материалов, сетчатых полимеров.

                          Углеродные волокна. Независимо от метода получения углеродных волокон форму изделию придают на стадии предварительной обработки, при пиролизе эта форма уже не изменяется. Волокна из полимерных материалов получают путем выдавливания через отверстия (фильеры) с вытяжкой, при этом структурные элементы полимера, вначале имеющие форму спирали или глобулы, приобретают форму фибрилл – нитевидных образований Следующая стадия – стабилизация волокна (обычно окислительная) придает неплавкость при последующей обработке. Поскольку формирование структуры твердого углеродистого тела происходит в твердой фазе, углеродные волокна не имеют идеальной графитовой структуры.

                       Сырьем для производства углеродных волокон является полиакрилонитрил (ПАН) и гидроцеллюлоза (ГЦ). Основное отличие между ними – присутствие кислородных атомов в основной цепи полимера ГЦ. Поэтому из гидроцеллюлозы сложно создать непрерывную ароматизированную структуру углеродного материала.

                    Карбонизация ПАН и ГЦ-волокон происходит в интервале температур 400–900 °С, а графитация – 1800–2500 °С. Основными областями применения углеродных волокон являются композиционные материалы на неметаллической основе, армированные углеродными волокнами: гибкие углеграфитовые термопары, высоковольтные гибкие проводники, теплоизоляторы и др. Характерной особенностью композиционных материалов, наполненных углеродными волокнами, является их высокая удельная прочность.

                 Стеклоуглерод. Это продукт термической переработки сетчатых полимеров (фенолформальдегидных смол ФФС), целлюлозы. Структура его не содержит графитоподобных соединений. При термической деструкции, например отвержденной ФФС идут реакции дегидратации с замыканием циклов и значительно уменьшается содержание кислорода при 300–400. °С При температуре выше 600 °С, вероятно, происходит раскрытие фурановых циклов и последующая ароматизация. Рост гексагональных структур осуществляется непрерывно с 700 до 3000 °С с выделением водорода. Структура стеклоуглерода – это клубок беспорядочно переплетенных углеродных лент, состоящих из микрокристаллитов, сшитых углеродными связями различной кратности. Стеклоуглерод не поддается графитации даже при температуре 3000 °С с длительной выдержкой.

              К достоинствам данного материала следует отнести высокую прочность, химическую инертность, наличие бездефектной внешней поверхности (напоминает органическое стекло). Стеклоуглерод может использоваться в качестве посуды для производства полупроводниковых материалов, оптических монокристаллов и др.

  Углеродные наноматериалы

              Последние десятилетия синтезированы и интенсивно используются новые модификации углерода – наноуглеродные системы: фуллерены, углеродные нанотрубки, нановолокна и т. п.

                    Нанографиты. Они являются структурными элементами (блоками) многих пористых углеродных материалов. Так, активированные углеродные волокна в структурном отношении являются трехмерной разупорядоченной сеткой нанографитов. Активированные мезоуглеродные микрогранулы представляют собой частично упорядоченную сетку нанографитов. Активированные углеродные пленки, полученные из полимерных пленок, имеют хорошо ориентированную нанографито-вую структуру. Во всех перечисленных углеродных системах нанографитовые частицы связаны друг с другом небольшим числом С–С-связей sp3-типа. Систему несвязанных друг с другом нанографитовых частиц можно получить термообработкой при высоких температурах в инертной газовой среде алмазного порошка, состоящего из частиц нанометрового размера. Типичные нанографиты имеют размер 2–8 нм в плоскости слоев графита (в базовой плоскости) и содержат 3–8 таких слоев. Расстояние между слоями в нанографитах существенно больше (0,353 нм), чем в объемном графите (0,335 нм), что указывает на сильное ослабление межслоевого взаимодействия.

               Однослойные углеродные нанотрубки. Однослойная нанотрубка представляет собой цилиндр, получаемый сворачиванием графенового слоя с бесшовным соединением его кромок. Сделать это можно ограниченным числом способов, и в зависимости от способа сворачивания графенового слоя образуются трубки разной хиральности, т.е. с разной укладкой шестичленных углеродных циклов относительно оси трубки. Экспериментально установлено, что диаметр однослойных трубок составляет приблизительно 0,7–2,0 нм, а длина их может быть в пределах от сотен нанометров до микрометра.

                Однослойные нанотрубки обладают рядом свойств, которые дают им разнообразное практическое использование. Например, нанотрубка как индивидуальный объект имеет высокую жесткость (модуль линейной упругости) и высокую прочность на разрыв. С учетом удельной плотности нанотрубки ее прочность должна превышать прочность стали на несколько порядков. Однако свойства индивидуальных нанотрубок проявляются полностью только в микро- и наноустройствах с размерами, сравнимыми с длиной нанотрубки, т. е. с микроскопическими размерами. Реализация таких устройств – это дело будущего нанотехнологии, и в первую очередь нанотехнологии для электроники. В настоящее время можно ожидать прежде всего практического применения материалов на основе однослойных углеродных трубок или материала из чистых нанотрубок. Существует два основных метода синтеза однослойных нанотрубок. Первый – это конденсация пара углерода (около 2000 К) в присутствии паров металлов в качестве катализаторов. Другой способ синтеза нанотрубок – каталитическое разложение моноксида углерода в присутствии малых кластеров металла–катализатора (около 1470 К).