شگفتی نانولوله‌های کربنی
(قسمت پنجم)
نانولوله های کربنی اگر نگوییم پر کاربردترین بدون شک یکی از پرکاربردترین نانوساختارهای شناخته شده در دنیای امروز هستند. نانو لوله به دو صورت تک دیواره (مثل یک لوله یا استوانه) و یا چند دیواره (شبیه حالتی که چند ورق کاغذ را لوله کرده و در هم قرار دهیم) یافت می شود.
استفاده از نانولوله های کربنی در صنعت الکترونیک
رشد سریع فناوری ساخت مدارهای الکترونیکی و ورود به مرز فناوری نانو (ابعاد زیر 100 نانو متر)، همراه با مزایا و شگفتی‌های دور از انتظاری که برای این فناوری به دنبال داشته، چالش‌ها و پرسش‌های فراوانی را نیز فرا روی متخصصین الکترونیک و پژوهشگران فناوری نانو قرار داد. برخی از این چالش‌ها مربوط به فرآیند و فناوری ساخت مدارهای الکترونیکی است و بخشی نیز مربوط به کوچک شدن ابعاد ترانزیستورها است که پایه و اساس مدارهای الکترونیکی می‌باشد. محدودیت‌های فناوری و چالش‌های کوانتومی مهم‌ترین چالش‌های نانو الکترونیک است.
افزایش این مسائل پژوهشگران را به فکر جایگزینی مواد جدیدی به منظور استفاده در مدارهای الکترونیکی انداخت. در واقع آنان به این موضوع می‌اندیشیدند که آیا به جای استفاده از ترانزیستورها و ابزارهای سیلیکونی (یعنی از جنس سیلیسیوم) که با چنین محدودیت‌هایی روبرو است، می‌توان از مواد دیگری استفاده کرد. کشف نانو لوله‌های کربنی (Carbon Nano Tube) یا CNT در سال 1991 توسط ایجمیا رۆیای آنان را به واقعیت نزدیک کرد. نانو لوله‌های کربنی با خواص خاص و چشم‌گیر الکترونیکی، مکانیکی، نوری و شیمیایی که دارد، هم از دیدگاه بنیادی و هم از دیدگاه کاربردی به سرعت کانون توجه پژوهشگران حوزه‌های گوناگون دانش قرار گرفت.
پژوهشگران نانو الکترونیک نیز از این کشف جدید غافل نشدند و به بررسی خواص الکترونیکی نانو لوله‌های کربنی پرداختند.
نانولوله ها به میزان قابل توجهی سخت و قوی بوده و هادی جریان الکتریسیته و گرما می باشند. این خواص سبب استفاده از این مواد در صنعت الکترونیک شده است.
درواقع نانولوله های کربنی سیم های مولکولی بزرگی هستند که الکترون می تواند آزادانه در آن حرکت کند و رفتار آنها پیچیده است. در این راستا رفتار نانولوله های چند دیواره بسیار پیچیده تر از تک دیواره است زیرا لایه های کناری روی یکدیگر تأثیر می گذارند. مدل سازی چنین اثراتی از موضاعات تحقیقاتی در حال حاضر می باشد. محققان امیدوارند که ابعاد سیم ها یا قطعات را از طریق جایگزینی با نانولوله به حدود نانومتر یا کمتر برسانند. این قطعات در کنار مدارات الکترونیکی می توانند خیلی سریع تر و با توان کمتر از مدارات کنونی کار کنند.
لامپ های تولید شده با نانولوله های کربنی هزینه تولید کمتری دارند. به علاوه عمر طولانی تر و ثبات رنگ بیشتر نسبت به لامپ های معمولی، از مزایای دیگر این لامپ هاست.
حسگرها
با آغاز عصر نانوفناوری، حسگرها نیز تغییرات شگرفی خواهند داشت. یكی از نامزدهای ساخت حسگرها، نانو لوله‌ها خواهند بود. با نانو لوله‌ها می‌توان، هم حسگر شیمیایی و هم حسگر مكانیكی ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد این حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسیار زیاد خواهد بود، به گونه‌ای كه حتی به چند اتم از یك گاز نیز واكنش نشان خواهند داد.
تحقیقات نشان می‌دهد كه نانو لوله‌ها به نوع گازی كه جذب آن ها می‌شود حساس می باشند؛ همچنین میدان الكتریكی خارجی، قدرت تغییر دادن ساختارهای گروهی از نانو لوله‌ها را دارد؛ و نیزمعلوم شده است كه نانو لوله‌های كربنی به تغییر شكل مكانیكی از قبیل كشش حساس هستند. گاف انرژی نانو لوله‌های كربنی به طور چشمگیری در پاسخ به این تغییر شكل‌ها می‌تواند تغییر كند. همچنین می‌توان با استفاده از مواد واسط، مانند پلیمرها، در فاصله میان نانو لوله‌های كربنی و سیستم، نانو لوله‌های كربنی را برای ساخت زیست حسگرها نیز توسعه داد. تحقیق در زمینه كاربرد نانو لوله‌ها در حسگرها در حال توسعه و پیشرفت است و مطمئناً در آینده‌ای نه چندان دور شاهد بكارگیری آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانیكی، شیمیایی، تشعشی، حرارتی و ..) خواهیم بود.
ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی
نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد.
همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود 3 تا 5 درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.
ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی
نانولوله های کربنی همچین برای استفاده در ساخت نانوماشین ها پیشنهاد شده اند. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده اند که می توانند به عنوان محورها در نانو ماشین ها عمل کنند. ممکن است، نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند.
کاربرد نانولوله های کربنی در صنعت ساختمان
حداقل سه عرصه گسترده تحقیقاتی برای تولید محصولات مورد نیاز ساختمان وجود دارد:
•به دلیل خواص مکانیکی عالی CNT، استفاده از آنها در زمینه‌های پلیمر شیشه و ساختمان قابل توجه است.
•CNT به عنوان اجزای ساخت سیستم‌های انتقال حرارت، به علت خواص ویژه هدایت حرارتی آن مورد توجه است.
•استفاده از CNT با طول زیاد به شکل ریسمان، در پل‌های معلق کاربرد دارد.
مثلاً در بتون، از گذشته تا حال، فایبرهای فولادی (بتن آرمه) استفاده می‌شده‌اند. با استفاده از CNT به خواص بهتری در بتون دست می یابیم.
دلایل برتری نانولوله کربنی عبارتند از
1- خواص ویژه مکانیکی هدایت حرارتی و الکترونیکی
2- نسبت طول به قطر بسیار بالا
3- اندازه کوچک فایبرها و قابلیت پخش شدن بالا در زمینه سیمان و بتن (تقویت‌کننده عالی)
نانولوله با اجزاء و ترکیبات سیمان پیوند حاصل کرده و باعث کنترل مناسب سیستم سیمان می شوند.
ادامه دارد...
مریم نایب زاده
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع: nanogloss-nanoclub-nanotech -nanocyl-nanoونرم افزار nanopolice
کتاب آشنایی با فناوری نانو1مقیاس نانو،ابزارها،نانومواد،رویکردهای ساخت-سلیمی،طاهری،احمدوندمنو فناوری نانو
