Емкость для хранения различных жидких и газообразных веществ

Емкость для хранения различных жидких и газообразных веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам для хранения различных веществ, в том числе лекарств, ядов, биологических структур, химически активных соединений, радиоактивных веществ, а также любых других соединений, находящихся в жидком, газообразном или растворенном состоянии. Изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности, а также в медицине.

Существуют устройства для хранения веществ с помощью микро- и наночастиц: патент RU 2168083, United States Patent 6,432,176, United States Patent 7,135,057 и United States Patent 6,930,193, в которых хранение осуществляется в том числе и в наноструктурах и обуславливается эффектом адсорбции молекул газа на поверхность частиц или в объем пор. Недостатком этого способа хранения является необходимость поддержания достаточно высокого давления и низкой температуры для получения хороших адсорбционных характеристик. При повышении температуры и понижении давления эффективность таких систем резко уменьшается. Например, при повышении температуры с 77К до 298К при давлении 100 атм количество адсорбированных молекул газа в нанотрубках уменьшается на порядок, а при понижении давления со 100 атм до нормального количество молекул уменьшается еще на порядок. Таким образом, эффективность системы снизилась в 100 раз. Проблема безопасности также является очень важной при использовании баллонов для хранения различных веществ. При повреждении оболочки баллона происходит утечка содержимого, что может привести к непредсказуемым последствиям.

В патенте RU 2168083 (БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ) описывается конструкция, которая была взята за прототип для нашего изобретения. Прототип обладает всеми типичными недостатками баллонных систем хранения, описанных выше.

Поставленная задача безопасного и эффективного хранения веществ достигается за счет закрытия открытой нанотрубки, в которой находятся необходимые для сохранения вещества, заряженным фуллереном или иной заряженной наночастицей, препятствующей выходу веществ из нанотрубки. Решается задача химической инертности, т.е. вещества внутри нанотрубки не реагируют с корпусом емкости, что особенно важно при возможной разгерметизации емкости. Утечки веществ не происходит, т.к. они хранятся в нанотрубках. Емкость можно «заряжать» веществами при низкой температуре и высоком давлении, а хранить при нормальных условиях такое количество веществ, которое было получено при «зарядке». При этом в самой емкости может быть нормальное давление или вакуум, т.к. вещества хранятся в нанотрубках и не участвуют в создании давления.

Управление процессами зарядки - разрядки осуществляется при помощи электростатического поля, действующего на заряженный фуллерен или иную заряженную наночастицу, запирающую выход из нанотрубки.

На фиг.1 показан общий вид емкости для хранения различных веществ. На Фиг.2-5 приведено описание действие наномеханизма состоящего из нанотрубки (10.10) и фуллерена К@С₆₀ ⁺: Фиг.2 - заряженный фуллерен находится внутри нанотрубки, зарядов на пластинах нет. Фиг.3 - в результате переноса разноименных зарядов на пластины между ними образовалось электростатическое поле, под действием которого заряженный фуллерен покинул нанотрубку и находится около пластины с противоположным зарядом. Фиг.4 - в емкость поступили вещества для хранения, которые адсорбировались внутри нанотрубки (адсорбированное вещество показано темным цветом). Фиг.5 - в результате смены зарядов на пластинах на противоположные направление вектора напряженности электростатического поля сменилось. Под действием электростатического поля заряженный фуллерен возвращается в нанотрубку, где частично сжимает адсорбированные вещества. Возможно дальнейшее хранение веществ. Для открытия нанотрубки достаточно произвести действия, аналогичные описанию Фиг.3.

Предлагаемая емкость для хранения различных веществ состоит из герметичного, непроводящего, химически инертного корпуса 1, отверстия 2 для закачивания/откачивания веществ, подложки 3, на поверхности которой под углом 90° расположены нанотрубки 4, двух пластин 5 для создания электростатического поля внутри емкости, снизу подложки и над нанотрубками, во всем объеме емкости находятся заряженные фуллерены 6 или другие заряженные наночастицы. Соединительные провода 7 подсоединены к пластинам и выходят за пределы корпуса.

Покажем возможность реализации изобретения.

Наномасштабные механизмы, являющиеся базовым элементом емкости, создаются способом, описываемым в United States Patent 6,473,351. Эти механизмы состоят из заряженного фуллерена (или иной заряженной наночастицы) и нанотрубок, которые открываются методом, описанным S.C. Tsang, Y.K. Chen, P.J.F. Harris and M.L.H. Green. A simple chemical method of opening carbon nanotubes. Nature, 372, 159 (1994).

Подложка 3 с нанотрубками 4, содержащая заряженные фуллерены 6, помещается в корпус 1 емкости, предварительно закрепив под подложкой пластину 5 для хранения электрического заряда. На противоположной стороне корпуса закрепляют другую пластину 5 для хранения электрического заряда. К пластинам проводят соединительные провода 7. Корпус емкости герметизируют, оставляя входное отверстие 2 для закачки или откачки веществ.

Работа изобретения

1. Перед подачей через входное отверстие веществ, необходимых для хранения, по соединительным проводам подается электрический ток для установления электрического поля между пластинами таким образом, чтобы электрическое поле было направлено к стенке, противоположной той, на которой находятся нанотрубки, содержащие заряженные фуллерены. Вследствие действия электрического поля заряженные фуллерены покидают нанотрубки и концентрируются на противоположной стороне.

2. Через входное отверстие поступают вещества, которые адсорбируются в нанотрубках. Внутри емкости для увеличения адсорбции может быть повышено давление при помощи закачивающей помпы, а также емкость может быть погружена в конструкции для уменьшения температуры емкости с целью увеличения количества адсорбированного вещества.

3. Электрическое поле меняет свое направление и фуллерены устремляются к нанотрубкам, закрывая их. Проникновению фуллеренов в нанотрубки способствуют капиллярные силы, улавливающие фуллерены и направляющие их внутрь нанотрубок.

4. Через входное отверстие при помощи помпы откачиваются вещества, которые не адсорбировались в нанотрубки. Давление и температура восстанавливаются до нормального или, если необходимо, в емкости создается вакуум.

5. В зависимости от хранимого вещества в нанотрубках создается давление, действующее на запирающие фуллерены. Поэтому необходима коррекция величины напряженности поля посредством переноса на пластины дополнительного заряда или, если капиллярных сил достаточно для удерживания фуллерена, можно отключить электростатическое поле вообще. После коррекции вся система находится в равновесии и возможно дальнейшее хранение веществ.

6. Для того чтобы получить вещества из емкости, напряженность электрического поля меняет свое направление и повышается до уровня, необходимого для преодоления капиллярных сил. Запирающие фуллерены покидают нанотрубки и переходят на соседнюю стенку. В связи с низким давлением в емкости вещества покидают нанотрубки и выкачиваются помпой из емкости наружу.

1. Емкость для хранения различных жидких и газообразных веществ, в том числе лекарств, ядов, биологических структур, химически активных соединений, радиоактивных веществ, а также любых других соединений, находящихся в жидком, газообразном или растворенном состоянии, отличающаяся тем, что емкость состоит из герметичного, непроводящего, химически инертного корпуса, отверстия для закачивания/откачивания веществ, подложки, на поверхности которой расположены нанотрубки, закрывающиеся для хранения веществ и открывающиеся для освобождения хранимых веществ заряженными наночастицами под действием электростатического поля, создаваемого двумя пластинами, к которым подведены провода для переноса электрического заряда от источника тока.

2. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что в качестве заряженных наночастиц используются заряженные фуллерены.