Структура та фізичні властивості вуглецевих нанотрубок

Введення

Нові матеріали і процеси обробки для додатків зондування газу, які можуть виявити газоподібних молекул привернули підвищену увагу протягом кількох років. Дослідження зондування газу спрямовані на створення електронного носа, який може виявити кожен вид газу, який присутній в навколишній атмосфері при низьких рівнях концентрації, достатньою чутливістю, вибірковістю і відтворюваністю. Кілька типів газів, таких як зріджений нафтовий газ (LPG), спирт, H₂, NH₃, NO₂, і СО₂, є токсичними, шкідливими або вогненебезпечними. Серед цих газів, NH₃ є найбільш поширеним і використовується в харчовій промисловості, відновленні навколишнього середовища, сільському господарстві та медичній діагностиці.

Аміак (NH₃) – безбарвний газ із з характерним різким запахом нашатирного спирту. При охолодженні до -33,4°С аміак під звичайним тиском перетворюється в прозору рідину, що твердіє при -77,8°С. Розчиняється у воді, ефірі та інших органічних розчинах. Один об’єм води поглинає близько 750 об’ємів аміаку (при 20°С). Корозійний для деяких металів. Ступінь токсичності 4.

Аміак майже вдвічі легший від повітря. Горючий газ, горить за наявності постійного джерела вогню, при горінні виділяються азот і водяна пара. Суха суміш з повітрям вибухонебезпечна при 15-28 % концентрації. Рідкий аміак − гарний розчинник великого числа органічних і неорганічних сполук.

Десяти відсотковий розчин аміаку надходить у продаж під назвою «нашатирний спирт», який широко використовується у медицині та побуті. 18-20% розчин називається «аміачною водою» і використовується як добриво. Аміак використовують при виробництві азотної кислоти, мінеральних добрив, світлокопіювальних елементів на основі діазосполук, а також при фарбуванні тканин і срібленні дзеркал. Рідкий аміак використовують як робочу речовину холодильних машин.

Транспортують і часто зберігають аміак у зрідженому стані під тиском в сталевих балонах жовтого кольору з чорним надписом «АМІАК». Крім того його транспортують у залізничних цистернах або трубопроводом (газ). Аміак може зберігатися в ізотермічних резервуарах при тиску, близькому до атмосферного.

У разі потрапляння в атмосферу аміак димить. У випадку аварії при зберіганні або транспортуванні відбувається викид пару в атмосферу. Особливість ситуації полягає в тому, що дуже швидко формується первинна хмара з високою концентрацією аміаку. Утвориться вона майже миттєво (за 1-3 хв.). За цей час в атмосферу з ємкості переходить 18-20% речовини.

Вторинна хмара утвориться при випаровуванні аміаку з площі розливу. Характеризується вона тим, що концентрація пару буде на 2-3 порядки нижче, ніж у первинній хмарі. Однак тривалість дії і глибина поширення значно більше. Аміак майже в 2 рази легше повітря, а це істотно впливає на глибину його поширення. Так, у порівнянні із хлором глибина поширення первинної і вторинної хмари виявиться приблизно в 25 разів меншою.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) аміаку у повітрі населених пунктів встановлені в таких межах:

ГДК максимальна разова – 0,2 мг/м3;

ГДК середньодобова – 0,04 мг/м3;

ГДК в робочій зоні виробничого підприємства – 20 мг/м3.

Запах аміаку відчувається при концентрації (поріг сприйняття) більше ніж 0,5 мг/ м3. Смертельною вважається концентрація 250 мг/м3 при експозиції 60 хвилин.

Дія аміаку на організм людини проявляється у пошкодженні органів дихання, очей, слизових оболонок та шкіри. Людина скаржиться на свербіж та почервоніння, опіки шкіри, різі в очах та сльозотечу, ядуху, сильний кашель. У випадку попадання рідкого аміаку і його розчинів на шкіру можливе обмороження. При високих концентраціях парів аміаку – судоми. Смерть настає частіше − через декілька годин або після отруєння від набряку легень і гортані.

У залежності від клінічних ознак, розрізняють 3 ступені важкості отруєння аміаком:

1. Легкий ступінь отруєння – подразнення слизової оболонки очей (сльозотеча), ураження верхніх дихальних шляхів (чхання, дере у горлі, печія, біль в горлі при ковтанні).

2. Середній ступінь отруєння – головна біль, загальна слабкість, запаморочення, порушення ходи, нудота, блювота, серцебиття, судоми.

3. Тяжкий ступінь отруєння – порушення дихання та діяльності серцево-судинної системи, судоми.

ГАЗОВИЙ ДАТЧИК ОПОРУ

ОПТИЧНІ ДАТЧИКИ

З кожним роком розширюються номенклатура та області застосування волоконно-оптичних первинних вимірювальних перетворювачів і приладів на їх основі [1]. Не стала винятком і область газовимірювальної техніки. Застосування волоконних трактів у складі спектрометрів і хроматографів надзвичайно розширює технічні можливості застосування спектральних методів дослідження речовин у промисловості. Зокрема, використовуючи волоконні сенсори (ВС), можна проводити вимірювання в багатьох точках одночасно. При низькій концентрації досліджуваних речовин доцільно застосовувати багатопрохідні комірки. Завдяки цьому різко підвищується чутливість. Наприклад, вдається вимірювати концентрацію метану з похибкою не більше ±0,05 % при довжині ВС до 3 км [1].

На рис. 1. зображено деякі хімічні сполуки та відповідні їм довжини хвиль в області 2-11 мкм. У цьому випадку необхідно використовувати халькогенідне скло [1].

Рис. 1. Інфрачервоне поглинання продуктів харчування, ліків, пластмас, газів, а також типи оптичних волокон відповідно до довжини хвилі

Одним з найнебезпечніших газів повітряного середовища виробничих ділянок є метан (СН4). Він не тільки токсичний для робочого персоналу, але і утворює з повітрям вибухонебезпечну суміш з нижньою границею вибуху (НГВ) 5% об. СН4.. Проводяться інтенсивні дослідження по створенню волоконно-оптичних датчиків (ВОД) концентрації метану [2], принцип дії яких ґрунтується на явищі спектрального оптичного поглинання. ВОД вільні від недоліків, наприклад, електричних датчиків (низька швидкодія, мала чутливість, низька селективність щодо газів, швидке отруєння каталізатора, необхідність частих калібрувань, незахищеність від дії електромагнітних завад), крім того, вони органічно поєднуються з сучасними волоконно-оптичними системами передачі інформації, що забезпечує можливість дистанційного контролю метану в атмосфері [3].

Всі волоконно-оптичні хімічні датчики за принципом дії можна умовно поділити на два класи:

- датчики, в яких чутливий елемент знаходиться поза волоконно-оптичним кабелем (ВОК) (або світловодом);

- -датчики, в яких чутливим елементом є сам ВОК (або світловод) [4].

передавальний пристрій оптичного сигналу, тобто, як оптичний тракт. У другому, як чутливий елемент, який сприймає та реагує на вимірювальний подразник навколишнього середовища, та в подальшому, знову ж таки, передає оптичний сигнал, який містить інформативний параметр до кінцевого реєструючого пристрою.

Розглянемо приклад використання волокна, як оптичного тракту, для побудови волоконно-оптичних газоаналізаторів (ВОГА) [5]. Винахід відноситься до техніки аналітичного і вимірювального приладобудування для виявлення і визначення концентрації газів і може бути використане у вугільній, хімічній, нафтопереробній, газовій і інших галузях промисловості. На кресленні (рис.2) показана блок-схема запропонованого газоаналізатора.

Газоаналізатор містить імпульсний випромінювач 1 із спектральною смугою випромінювання, що перекриває лінії поглинання і прозорості досліджуваного газу, вхідне оптичне волокно 2, багатоходову оптичну кювету, що складається з трьох сферичних дзеркал -3, -4, -5, вихідне оптичне волокно 6, блок реєстрації і обробки інформації 7, спектральний інтегральний демультиплексор 8.

Запропонований газоаналізатор працює таким чином. Випромінювання спектральною шириною від випромінювача 1 з частотою імпульсів, яка узгоджена з блоком реєстрації і обробки інформації, λΔ

Рис.2. Блок-схема волоконно-оптичного газоаналізатора (ВОГА)

вводиться в оптичне волокно 2, інший торець якого встановлений на подвійній фокусній відстані від дзеркала 3 багатоходової кювети на продовженні поверхні дзеркала 4 на відстані 200 мкм від його краю. Оскільки апертура випромінювання, що виходить з волокна, збігається з апертурою вхідного і вихідного випромінювання багатоходової кювети, то оптичне випромінювання DI, пройшовши заздалегідь встановлену в кюветі довжину оптичного шляху, фокусується на торець вихідного оптичного волокна 6, встановленого на відстані 200 мкм від середини торця волокна 2 в одній з ним площині. Випромінювання, що пройшло через кювету з досліджуваним газом, по вихідному волокну 6 поступає в спектральний інтегральний демультиплексор 8, на виході якого випромінювання шириною по 10-15 ангстремів формується (для одного газу) на два приймачі, один з яких реєструє випромінювання, яке збігається з лінією прозорості газу, а інший – випромінювання, яке співпадає з лінією поглинання газу. k λ p λ

Блок реєстрації і обробки інформації 7 реєструє відношення сигналів від випромінювань, що дійшли до приймачів в лініях поглинання і прозорості газу, порівнює з даними градуювання і інформацію про концентрацію досліджуваного газу видає в зручному для оператора вигляді.

Таким чином, запропонований волоконно-оптичний прилад для дистанційного аналізу газів дозволяє реєструвати одночасно концентрацію декілька газових компонентів, смуги поглинання і прозорості яких розташовані поблизу одна від одної і в межах смуги випромінювання випромінювача.

У окремому випадку, наприклад, запропонований газоаналізатор може бути використаний для виявлення вибухонебезпечної концентрації метану у вугільних шахтах на довжині хвилі поглинання 1,665 мкм. Розрахунки показують, що використання в схемі газоаналізатора кварцового демультиплексора і кварцових волокон з втратами енергії не більше 0,6 дБ на км, дають можливість реєструвати метан на відстанях (по довжині волоконного кабелю) до 5 км і більш.

Розглянемо приклад використання волокна, як чутливого елементу, для побудови волоконно-оптичних газоаналізаторів (ВОГА) [6].

Волоконно-оптичний газовий датчик (рис.3), який має кристалічне волокно з порожнистим ядром. Датчик включає джерело світла 9, оптичне волокно 2 по якому поширюється світлова хвиля 1, корпус 5, приймач випромінювання 11. Оптичне кристалічне волокно з порожнистим ядром містить мікропори сумірні з молекулярним розміром досліджуваного газу. За наявності деякої концентрації газу 4, і залежно від вибору джерела випромінювання 1, відбувається розсіювання і (або) поглинання світла.

За значенням вихідної інтенсивності випромінювання отримують інформацію про концентрацію газу.

Рис. 3. Волоконно-оптичний газовий датчик з кристалічним волокном із порожнистим ядром

Розробники з Gaz De France (Service National), Франція, запропонували ще одну конструкцію ВОГА з волоконно-оптичним чутливим елементом [7].

Запропонована система волоконно-оптичних датчиків, що включають, принаймні одне оптичне волокно певної конструкції, для того, щоб вимірювати фізичний або хімічний параметр, який може змінюватися в навколишньому середовищі E (рис.4.), куди поміщений датчик. Згадане волокно складається з оболонки 3, ядра 5, оточеного цією оболонкою, осі 7 напрямку проходження світла (випромінювання), і частини 9 із оптичними змінами товщини, формуючи оптичну світлову дифракцію 10. Частини 9 розташовані під кутом відносно напрямку волокна 7, причому 0<<90 град. Частина оболонки 3 має у своєму складі активний матеріал, оптичні властивості якого змінюються як функція зміни в згаданому параметрі P в межах навколишнього середовища, де знаходиться датчик. Активним матеріалом, наприклад, може бути гетерополісилоксан (heteropolysiloxane), тобто, використовується метод рефлектометричного аналізу для реєстрації змін в параметрі P. α α

Цікавий також винахід, який запропонований у роботі [8].

На рис.5. представлений (у частковому поперечному перерізі) водневий датчик. Газовий датчик включає резонансний пристрій довжини хвилі у волокні, яким слугують брегівські решітки 330. Волокно поширює дві хвилі: носійну і робочу. Шар реагуючого на газ матеріалу 335 приєднаний до волокна. Матеріал поглинає газ за температурною залежністю (за так званою - газовою поглинаючою температурною нормою). Робоча хвиля використовується, щоб нагрівати матеріал, який із нагріванням збільшує газову поглинальну температурну норму, таким чином збільшуючи і покращуючи вимірювальні характеристики датчика, особливо при використанні його в умовах низьких температур.

Датчик складається з оптичного волокна 305, яке включає основне волокно 310, внутрішню оболонку 315, зовнішню оболонку 320 і захисний прошарок 325, при чому, основне волокно 310 має показник заломлення більший, ніж показник заломлення внутрішньої оболонки 315, яка, у свою чергу, має показник заломлення більший, ніж показник заломлення зовнішньої оболонки 320. Як було вже сказано вище, оптичне волокно 310 включає брегівські решітки 330, які дають резонансну частоту при попаданні на них носійної хвилі. Матеріалом поглинання газу є паладій 335 (або сплав паладію). Шар паладію 335 діє як матеріал, абсорбуючий водень (відбувається хімічна реакція), з виділенням гідриду паладію. Під час цієї реакції, матеріал розширюється. В результаті шар паладію 335 спричинятиме напруження в оптичному волокні 305. Величина розширення і, таким чином, напруження залежить від кількості водню, який поглинений. Проміжний шар 340, дуже добре закріплює і паладій і кварц.

Рис. 5. Водневий ВОГА

Волокно 305 також включає оптичну область сигналу 345, який є найближчим до шару паладію 335. Сигнал 345 поглинається шаром паладію 335. Внутрішня оболонка 315, при розширенні шару паладію, змінюватиме свій показник заломлення, внаслідок чого робоча довжина хвилі 355, пройде з внутрішньої оболонки 315 в оптичну області сигналу 345. Носійна хвиля 350, поширюючись в основному волокні 310, зіткнеться з брегівськими решітками 330, при цьому носійна довжина хвилі резонансу буде відбиватися назад в протилежному напрямі. Розширення шару паладію 335 спричинить напруження в оптичному волокні 305, тобто, і в основному волокні 310 також, і, таким чином, змінить інтервал решітки 330. Отже, зміни в інтервалі решітки, що залежать від напруження, викликаного розширенням шару паладію 335, змінять довжину хвилі резонансу, яка відбивається від брегівських решіток 330. Спектральні зміни резонансної частоти, можуть використовуватися, щоб характеризувати і визначити концентрацію водню в середовищі.

У роботі [3] представлені результати розрахунку основних характеристик волоконно-оптичного датчика концентрації метану, що використовує принцип диференціального оптичного поглинання в діапазоні довжин хвиль 1,33 мкм, залежно від параметрів використаних компонентів. Результати проведених розрахунків показують, що ВОД концентрації метану, що використовує існуючу елементну базу і працює на лінії поглинання 1,332 мкм, може забезпечити реєстрацію концентрації метану на рівні 0,1% при довжині волоконного тракту ~1км, що достатньо для ряду практичних застосувань. Поліпшення характеристик ВОД можливе при переході на лінію поглинання метану 1,667 мкм і розробці відповідних оптоелектронних компонент, насамперед напівпровідникових джерел випромінювання з потужністю, що вводиться у волокно, не менше 100 мкВт і фотодіодів з темними струмами менше 1нА. Це відкриває можливість реалізації промислового ВОД, що забезпечує вимірювання концентрації метану на рівні 0,05% (тобто 1% нижньої границі вибуховості (НГВ)) при довжині волоконного тракту ~10км. Представлена методика розрахунку може бути використана для оцінки характеристик ВОД, призначених для дистанційного вимірювання концентрації інших горючих і вибухонебезпечних газів (наприклад, С3Н8, C2H4, C2H2 і ін.), смуги поглинання яких розташовані в ближній ІЧ області спектру, де загасання кварцового волокна мале.

Рис. 4. Волоконно-оптичний газовий датчик з використанням волокна з оптичними змінами товщини

У Фізико-технічному інституті ім. А.Ф. Іоффе РАН, С.-Петербург, був розроблений інфрачервоний датчик на основі напівпровідникового інжекційного лазера з довжиною хвилі випромінювання 3,3 мкм, поєднаного з акустооптичним модулятором на базі аморфного сплаву Si-Te за допомогою халькогенідного волокна. Коефіцієнт модуляції випромінювання досягає 70 % при тривалості імпульсу 0,3 мкс, що дозволяє використовувати датчик у цілях газового аналізу. У роботі показана можливість ефективної модуляції пучка випромінювання з довжиною хвилі 3,3 мкм, який розходиться з торця волокна, що може бути використано при створенні волоконно-оптичних датчиків на основі діодних лазерів і акустичних або фотонних приймачів сигналу для реєстрації речовин, смуги поглинання яких лежать в середній інфрачервоній області спектру [9]. ≥

У статті [10] запропоновано модель побудови системи для вимірювання концентрації метану в повітрі. Обговорюються основні принципи побудови і роботи волоконно-оптичної вимірювальної системи. В основу розробленої системи покладено один з методів лазерної спектроскопії молекулярних газів і спосіб безпосередньої передачі оптичних інформаційних сигналів по волоконно-оптичних лініях зв’язку.

Для реєстрації газу в повітрі запропоновано використовувати метод частотно-модульованої (ЧМ) лазерної спектроскопії на базі напівпровідникових лазерних джерел. Цей метод дозволяє не тільки реєструвати гази, але і вимірювати концентрацію газів за слабкими лініями поглинання в спектральному діапазоні вікон прозорості кварцового волокна (від 0,7 до 0,9 мкм; від 1,2 до 1,35 мкм і від 1,45 до 1,65 мкм). З цією метою, для збільшення чутливості вимірювальної системи, запропоновано використовувати метод ЧМ лазерної спектроскопії з одночасною реєстрацією першої і другої гармонік частоти модуляції.

В роботах [1, 11] наведено фізичне обґрунтування і створено волоконно-оптичні сенсори рівня водневого покажчика середовища (рН) та концентрації аміаку (NH3), які працюють на ефекті розсіювання світла в гетеропереході поліанілін-кварцове волокно і є сумісні з сучасними вимірювальними приладами аналізу робочих характеристик волоконно-оптичних ліній зв’язку.

В результаті виконання ДКР Російської Федерації «Створення волоконно-оптичної системи для безперервного контролю вмісту метану у вугільних шахтах, в нафтогазовидобувних і переробних виробництвах» в рамках ФЦП «Національна технологічна база на 2002-2006 роки» розроблено [12]:

1) - волоконна оптична система вимірювання концентрації метану, що складається з багатоходової оптичної кювети, волоконно-оптичного тракту і стандартного електронного обладнання і призначена для безперервного контролю вмісту метану у вугільних шахтах, в нафтовидобувних і переробних виробництвах.

2) Волоконно-оптична система безперервного контролю вмісту метану, аналогів не має і володіє наступними основними характеристиками:

- дистанційність: до 10 км.;

- чутливість: 0,1 об.%;

- робочий діапазон: 0 – 5 об.%.

Інтерес до ВОС обумовлений цілим рядом їх переваг у порівнянні з традиційними первинними вимірювальними перетворювачами [1]:

- велика чутливість, що перевершує чутливість, наприклад, кріогенних перетворювачів;

- великий динамічний діапазон зміни вимірюваного параметра; відносна простота;

- геометрична універсальність, тобто можливість створення перетворювача довільної форми;

- малі габарити;

- можливість проведення вимірювань у важкодоступних і віддалених місцях (дистанційні вимірювання);

- можливість досягнення великої довжини взаємодії ВОС із зовнішньою величиною;

 

- створення безконтактних перетворювачів;

- відсутність чутливості до зовнішніх електромагнітних завад;

- повна електрична розв'язка ВОС (високий електричний опір);

- широкий температурний інтервал роботи;

- можливість роботи в агресивних середовищах (корозійна стійкість), вогненебезпечних і вибухонебезпечних приміщеннях, в умовах дії іонізуючих випромінювань і радіації;

- загальна технологічна основа для створення ВОС найрізноманітнішого призначення (технологічна, фізична універсальність);

- сумісність ВОС з інтегрально-оптичними технологією та елементами;

- можливість створення перетворювачів, що не вимагають електричних джерел живлення (пасивний режим роботи).

Серед недоліків ВОС можна назвати невелику механічну міцність світловодів, труднощі введення випромінювання в одномодовому світловоді, і нелінійність передавальних характеристик, відсутність на сьогодні єдиної концепції під час розробки [1].

Технічні характеристики оптичних волокон і напівпровідникових лазерів, що серійно випускаються, дозволяють реалізувати волоконно-оптичну систему для реєстрації метану в повітрі економічно сумірною з вартістю звичайних каналів оптичного зв’язку [10].

Тобто, на основі існуючих волоконно-оптичних систем та спеціально розроблених оптичних волокон та матеріалів, аналіз газового середовища є більш метрологічно точним, практичним, надійнішим, а в деяких випадках, таких наприклад, як одночасне вимірювання в багатьох точках на відстані (у кілька км) кількох газів, єдино можливим.

Важливою складовою процесу розроблення сучасних мікроелектронних сенсорних пристроїв є вибір та оптимізація схем сигнальних перетворювачів [1]. Залежно від типу сенсорних пристроїв та їхніх параметрів вирішуються різноманітні задачі підвищення чутливості, стабільності та завадостійкості сигнального перетворення [2, 3].

Ця робота присвячена проблемі сигнального перетворення оптоелектронних сенсорів, які застосовуються, зокрема, для дослідження хімічного складу газів, рідин, хімічних та біохімічних сполук. Інформативний сигнал таких оптоелектронних сенсорів обумовлюється селективним поглинанням або відбиванням оптичного випромінювання від досліджуваної речовини. Спектральна характеристика вимірюється оптопарами, які складається з керованих джерел оптичного випромінювання та фоточутливих елементів. Джерелом опромінювання можуть бути світлодіод, група світлодіодів зі зміщеними спектральними характеристиками, лазери, фотолюмінісцентні випромінювачі тощо, а фоточутливими елементами – фотодіоди, фототранзистори та фотоматриці на їх основі [4].

Прикладами сучасних оптоелектронних сенсорів є газові сенсори на наноструктурованих матеріалах [5, 6], біомедичні імплантаційні сенсори [7], рефрактаційні сенсори на ефекті поверхневого плазмонного резонансу [8], телеметричні сенсори [9] тощо.

Для вимірювання спектра досліджуваного середовища в оптоелектронних сенсорах широко використовуються колірні RGB сигнальні перетворювачі [10, 11].

Введення

Нові матеріали і процеси обробки для додатків зондування газу, які можуть виявити газоподібних молекул привернули підвищену увагу протягом кількох років. Дослідження зондування газу спрямовані на створення електронного носа, який може виявити кожен вид газу, який присутній в навколишній атмосфері при низьких рівнях концентрації, достатньою чутливістю, вибірковістю і відтворюваністю. Кілька типів газів, таких як зріджений нафтовий газ (LPG), спирт, H₂, NH₃, NO₂, і СО₂, є токсичними, шкідливими або вогненебезпечними. Серед цих газів, NH₃ є найбільш поширеним і використовується в харчовій промисловості, відновленні навколишнього середовища, сільському господарстві та медичній діагностиці.

Аміак (NH₃) – безбарвний газ із з характерним різким запахом нашатирного спирту. При охолодженні до -33,4°С аміак під звичайним тиском перетворюється в прозору рідину, що твердіє при -77,8°С. Розчиняється у воді, ефірі та інших органічних розчинах. Один об’єм води поглинає близько 750 об’ємів аміаку (при 20°С). Корозійний для деяких металів. Ступінь токсичності 4.

Аміак майже вдвічі легший від повітря. Горючий газ, горить за наявності постійного джерела вогню, при горінні виділяються азот і водяна пара. Суха суміш з повітрям вибухонебезпечна при 15-28 % концентрації. Рідкий аміак − гарний розчинник великого числа органічних і неорганічних сполук.

Десяти відсотковий розчин аміаку надходить у продаж під назвою «нашатирний спирт», який широко використовується у медицині та побуті. 18-20% розчин називається «аміачною водою» і використовується як добриво. Аміак використовують при виробництві азотної кислоти, мінеральних добрив, світлокопіювальних елементів на основі діазосполук, а також при фарбуванні тканин і срібленні дзеркал. Рідкий аміак використовують як робочу речовину холодильних машин.

Транспортують і часто зберігають аміак у зрідженому стані під тиском в сталевих балонах жовтого кольору з чорним надписом «АМІАК». Крім того його транспортують у залізничних цистернах або трубопроводом (газ). Аміак може зберігатися в ізотермічних резервуарах при тиску, близькому до атмосферного.

У разі потрапляння в атмосферу аміак димить. У випадку аварії при зберіганні або транспортуванні відбувається викид пару в атмосферу. Особливість ситуації полягає в тому, що дуже швидко формується первинна хмара з високою концентрацією аміаку. Утвориться вона майже миттєво (за 1-3 хв.). За цей час в атмосферу з ємкості переходить 18-20% речовини.

Вторинна хмара утвориться при випаровуванні аміаку з площі розливу. Характеризується вона тим, що концентрація пару буде на 2-3 порядки нижче, ніж у первинній хмарі. Однак тривалість дії і глибина поширення значно більше. Аміак майже в 2 рази легше повітря, а це істотно впливає на глибину його поширення. Так, у порівнянні із хлором глибина поширення первинної і вторинної хмари виявиться приблизно в 25 разів меншою.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) аміаку у повітрі населених пунктів встановлені в таких межах:

ГДК максимальна разова – 0,2 мг/м3;

ГДК середньодобова – 0,04 мг/м3;

ГДК в робочій зоні виробничого підприємства – 20 мг/м3.

Запах аміаку відчувається при концентрації (поріг сприйняття) більше ніж 0,5 мг/ м3. Смертельною вважається концентрація 250 мг/м3 при експозиції 60 хвилин.

Дія аміаку на організм людини проявляється у пошкодженні органів дихання, очей, слизових оболонок та шкіри. Людина скаржиться на свербіж та почервоніння, опіки шкіри, різі в очах та сльозотечу, ядуху, сильний кашель. У випадку попадання рідкого аміаку і його розчинів на шкіру можливе обмороження. При високих концентраціях парів аміаку – судоми. Смерть настає частіше − через декілька годин або після отруєння від набряку легень і гортані.

У залежності від клінічних ознак, розрізняють 3 ступені важкості отруєння аміаком:

1. Легкий ступінь отруєння – подразнення слизової оболонки очей (сльозотеча), ураження верхніх дихальних шляхів (чхання, дере у горлі, печія, біль в горлі при ковтанні).

2. Середній ступінь отруєння – головна біль, загальна слабкість, запаморочення, порушення ходи, нудота, блювота, серцебиття, судоми.

3. Тяжкий ступінь отруєння – порушення дихання та діяльності серцево-судинної системи, судоми.

Структура та фізичні властивості вуглецевих нанотрубок

В останні роки Вражаючий структурні, механічні та електронні властивості вуглецевих нанотрубок залучили широка спільнота дослідників. вони експлуатувалися широкий спектр застосування в науці і техніці. Через їх зниженою розмірністю і, отже, високим відношенням поверхні до об'єму, що робить ВНТ ідеальним кандидатом для охорони навколишнього середовища та зондування.

ВНТ - це циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох десятків нанометрів. Ідеальні ВНТ можна отримати, згортаючи в трубку плоску гексагональну сітку графіту. Залежно від кількості шарів графіту розрізняють ВНТ одностінні (ОВНТ) (рис. 1, а) та багатостінні (рис. 1, б) (БВНТ) БВНТ складаються з укладених один в один коаксіальних циліндрів ОВНТ, відстань між стінками яких близька до міжплощинної відстані у графіті (0,34 нм). Кількість стінок може варіювати від 2 до 50.

Рис. 1. Схематичні зображення ВНТ:а — одностінних; б — багатостінних

Типовий діаметр ОВНТ становить від 0,4 до 2 нм, а діаметр БВНТ — від 1,4 до 100 нм [2]. ОВНТ можуть виявляти властивості металів або напівпровідників, що залежить від їхніх структурно геометричних параметрів (хіральності) [3]. БВНТ характеризуються лише властивостями металів. Залежність електронних характеристик від геометричної структури є однією з унікальних властивостей ОВНТ, завдяки якій передбачили можливість виготовлення приладів (наприклад, випрямного нано-діоду) з гетеропереходами метал/напівпровідник із чистого вуглецю [4]. Ще одна особливість ВНТ — висока чутливість їхньої провідності до механічної напруги, що є основою для створення датчиків реєстрації найдрібніших деформацій.До механічних характеристик ВНТ належать міцність та гнучкість. ВНТ у 10–12 разів міцніші й у 6 разів легші за сталь. Більше того, навіть за механічної напруги, що перевищує критичну, а також під дією тепла або випромінювання ВНТ не «рвуться» й не «ламаються», а лише перебудовуються. Отже,ВНТ, яким притаманні такі властивості, як міцність і гнучкість, є незамінним матеріалом для нанотехнології [5].