شگفتی نانولوله های کربنی

قسمت چهارم

کاربرد نانولوله های کربنی در ترانزیستورها

نانولوله ها در آستانه كاربرد در ترانزیستورهای سریع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلی استفاده می شوند. بسیاری از طراحان دستگاه ها تمایل دارند به پیشرفت هایی دست یابند كه آن ها را به افزایش تعداد اتصالات داخلی دستگاه ها در فضای كوچك تر، قادر نماید.

ترانزیستورهای ساخته شده از نانولوله ها دارای آستانه می باشند (یعنی سیگنال باید از یك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزیستور بتواند آن را آشكار كند) كه می توانند سیگنال های الكتریكی زیر آستانه را در شرایط اختلال الكتریكی یا نویزآشكار و ردیابی نمایند. همچنین از آنجایی كه ضریب تحرك، شاخص حساسیت یك ترانزیستور برای كشف بار یا شناسایی مولكول مجاور می باشد، لذا ضریب تحرك مشخص می كند كه قطعه تا چه حد می تواند خوب كار كند.

ضریب تحرك تعیین می كند كه بارها در یك قطعه چقدر سریع حركت می كنند و این نیز سرعت نهایی یك ترانزیستور را تعیین می نماید. لذا اهمیت استفاده از نانولوله ها و تولید ترانزیستورهای نانولوله ای با داشتن ضریب تحرك برابر با 100 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه در مقابل سیلیكون با ضریب تحرك 1500 سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه و ایندیم آنتیمونید (بالاترین ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضریب تحرك 77 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه بیش از پیش مشخص می شود.

ترانزیستوراثر میدانی نانولوله های کربنی (CNT-FET) شامل نانولوله های کربنی منفرد است که بر روی فیلم اکسیدی GATE با ضخامت چند ده نانومتر بر روی ویفر نیمه هادی (برای مثال si ( قرارگرفته است، که BACK-GATE (گیت پشتی) نامیده می شود.

نانولوله هابه عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها

توزیع یكنواخت نانولوله‌ها در زمینه كامپوزیت و بهبود چسبندگی نانولوله‌ با زمینه در فرآوری این نانوكامپوزیت‌ها از موضوعات بسیار مهم است.

نانولوله ها یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد نانولوله های کربنی را به عنوان ماده ی پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های با پایه نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالا هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت. خواص رسانایی  یا حفاظت در در برابر اشعه نانولوله ها می تواند برای کامپوزیت ها ارزشمند باشد.

شیوه توزیع نانولوله ها در زمینه پلیمری از پارامترهای مهم در استحكام دهی به كامپوزیت می باشد. آنچه از تحقیقات بر می آید این است كه استفاده از خواص عالی نانولوله ها در نانوكامپوزیت ها وابسته به استحكام پیوند فصل مشترك نانولوله و زمینه می باشد. نكته دیگر آنكه خواص غیر همسانگردی نانولوله ها باعث می شود كه در كسر حجمی كمی از نانولوله ها رفتار جالبی در این نانوكامپوزیت ها پیدا شود.

استفاده در نمایشگرهای گسیل میدانی

تابش میدانی، شکلی از تونل زنی کوانتومی است که بوسیله آن الکترون در حضور میدان الکتریکی بالا از میان سد می گذرد. کاربردهای تابش میدانی شامل استفاده از آن به عنوان منبع الکترون در میکروسکوپ الکترونی، منابع Xray، منابع مایکروویو با قدرت بالا، سیستم های MEMS و نمایشگرهای تابش میدانی می باشد و زمانی که با فناوری نانو همراه شود امکانات جذابی را بر روی ما می گشاید.

بسیاری از متخصصان بر این باورند كه فناوری نمایشگرهای با صفحه تخت امروزی از نظر هزینه، كیفیت و اندازه صفحه نمایش، برای مصارف خانگی مناسب نیستند.

آن ها معتقدند كه با استفاده از نمایشگرهایی كه از نانولوله های كربنی به عنوان منبع انتشار استفاده می كنند، می توانند این مشكلات را بر طرف كنند. یکی از مشکلات دستگاه های امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. نانولوله های كربنی می توانند عنوان بهترین گسیل كننده میدانی را به خود اختصاص داده و ابزارهای الكترونی با راندمان و كارایی بالاتری تولید كنند.

خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله ها، تولیدكنندگان را قادر به تولید نوعی جدید از صفحه نمایش های تخت خواهد ساخت كه ضخامت آن ها به اندازه چند اینچ بوده و نسبت به فناوری های فعلی از قیمت مناسب تری برخوردار باشد. به علاوه كیفیت تصویر آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود.

در پدیده گسیل میدانی، الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فیلم های ضخیم دارای نانولوله به سمت صفحه نمایش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن می شوند. هر نقطه از این فیلم، یك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الكترونی) كوچك است كه تصویر را روی صفحه نمایش ایجاد می كند. ولتاژ لازم برای نمایشگر گسیل میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متكی بر نانولوله نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه كاتدی استفاده می شد، كمتر می باشد و این نانولوله ها با ولتاژ كمتر، نور بیشتری تولید می كنند.

بیش از 700 مقاله تحقیقاتی در رابطه با کاربردهای نشر میدان نانولوله های کربنی منتشر شده است. این آمار بیانگر اهمیت موضوع است. برای مثال، مزایای استفاده از نمایشگرهای تولید شده با نانولوله ی کربنی نسبت به نمایشگرهای کریستال مایع، سرعت واکنش بالاتر نسبت به محرک های الکتریکی، مصرف انرژی کمتر، درخشندگی مناسب تر، میدان مغناطیسی پایین در هنگام روشن کردن دستگاه و دمای کاری بالاتر است.

به عنوان فناوری نمایشگر جدید، بزودی نمایشگرهای تابشی میدانی نانولوله کربنی CNT-FED با فناوری های اجراشده امروزی در زمینه بازدهی و قیمت رقابت خواهد کرد. نمایشگرهای CRT سنگین گود و از لحاظ اندازه محدود می باشند. نمایشگرهای کریستال مایع LCD گران و همچنین از لحاظ ابعادی محدود می باشند که باعث ایجاد محدودیت در ساخت آن ها نیز می گردد. نمایشگرهای پلاسما PDP مصرف برق بالا، روشنایی پایین و عمر کوتاهی دارند. نمایشگرهای برپایه دیودهای نورافشان آبی OLED ناپایداری و مسائل دیگر مربوط به چرخه حیات را نشان می دهند.

بر پایه همین مزیت های نانولوله کربنی، شرکت هایی مانند سامسونگ و NEC نمایشگرهای رنگی با استفاده از نانولوله کربنی را تولید کرده اند.