نانو تيوپهاي كربني و روشهاي ساخت آنها                     
1/26/2014--متفرقه
 
 
 نانو تيوپهاي (نانو تيوب) كربني:

يكي از اكتشافات بزرگ مربوط به Nanotechnology ، كشف Nanotube  است .نانو تيوبها صفحاتي از اتمهاي كربن هستند كه درون قسمتي غلطك مانند حركت مي كنند ودر ظاهر شبيه توريهاي سيمي هستند كه بر روي يك سمت آنها پوششي قرار گرفته باشد. Carbon Nanotube لوله كربني تو خالي است . نانو تيوب هاي كربني از منابع كربني مانند گرافيت يا گازهاي هيدروكربني بوسيله روشهايي مانند تخليه الكتريكي ، TCVD و Laserr ablation ساخته مي شوند . اين مواد به علت داشتن خواصي مانند سطح ويژه زياد  (700-1000 m2/gr) ، استحكام زياد (حدودا 50 برابر فولاد) و خصوصيات الكتريكي و الكترونيكي استثنايي موارد كاربرد زيادي از جمله استفاده به عنوان پايه كاتاليست ، تقويت مكانيكي پليمرها و كمپوزيت ها و ساخت قطعات الكترونيكي دارند .آنها 10 برابر از فولاد محكمتر ند در حاليكه وزنشان يك ششم وزن فولاد است. اين امتياز باعث شده است كه آنها اولين انتخاب براي ساختن پلها، هواپيماها وحتي سفينه هاي فضايي باشند. تنها مشكل اين است كه بزرگترين نانو تيوبي كه در آزمايشگاه ساخته مي شود تنها چند ميلينتر است. اما اين مسئله باعث شده كه درمورد ماشينهاي كوچك ، نانو تيوب ها ي كربني ايده آل باشند. يكي از مشكلاتي كه بر كيفيت ابزار MEMSتاثير منفي مي گذارد ساييدگي قسمتهاي بسيار كوچك آنهاست كه در هر ثانيه هزاران بار اتفاق مي افتد. اما در ياتاقانهاي ساخته شده از نانو تيوبها تقريبا هيچ گونه اصطحكاكي وجود ندارد.وامتيازمهم اين است كه نانو تيوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واين ويژگي موجب استفاده آنها در وسايل مختلف الكتريكي شده است.  نانو تيوبها دو نوع هستند : نانو تيوبهاي چند ديواره اي و تك ديواره اي كه به ترتيب در سال 1991 و 1993 كشف شدند. نوع چند ديواره اي از الياف گرافيتي ساخته مي شود در حالي كه نانو تيوبهاي تك ديواره اي از الياف فولرن كشيده شده تشكيل شده اند . از زمان كشف اين مواد كاربرد هاي مختلفي پيشنهاد شده است كه از آن جمله مي توان استفاده از نوع چند ديواره اي را در نوك اي . اف . ام حامل و در مورد نوع تك ديواره به منظور استفاده در وسايل الكترونيكي يا به عنوان محيط مناسب جهت ذخيره هيدروژن اشاره نمود . 
نانو تيوبهاي تك ديواره از ديواره هاي استوانه اي گرافن به قطر 1 تا 2 نانومتر تشكيل شده است . نوع چند ديواره اي ,ديواره هاي ضخيم تري دارد و از چندين استوانه هم محور گرافن كه با فاصله 34 نانومتر (در حد فاصله لايه هاي گرافيت) از هم جدا شده اند ,تشكيل گرديده است . قطر خارجي نانو تيوب چند ديواره اي 2 تا 25 نانومتر و سوراخ داخلي آن در محدوده 1 تا 8 نانومتر قرار دارد و ما بين لايه هاي منفرد گرافيت هيچگونه نظم سه بعدي وجود ندارد . طول متوسط نانو تيوب مي تواند چندين ميكرون باشد .

 

اولين بار نانو تيوبها در سال 1991 توسط «سوميو ايجيما» و به صورت کاملا اتفاقي در هنگام مطالعه سطوح الکترودهاي کربن در هنگام تخليه قوس الکتريکي کشف شد.

دامنه کاربرد:

محاسبات اوليه نشان داده اند كه نانو تيوبها بسته به هليسيتي و قطرشان مي توانند رسانا يا نيمه رسانا باشد . دو سر تيوب حالت فلزي از خود نشان مي دهند .نانو تيوب در عين استحكام بالا بسيار انعطاف پذير است . 
اكثر كاربرد ها بر اساس ساختار الكترونيكي ,استحكام مكانيكي ,انعطاف پذيري و ابعاد نانو تيوب پيشنهاد شده است . كاربرد الكترونيكي بر پايه نانو تيوب تك ديواره اي است در حالي كه در مورد ساير كاربردها تفاوتي ميان نوع چند ديواره اي و تك ديواره اي وجود ندارد . كاربرد نانو تيوب به عنوان وسايل الكترونيكي كوچك مورد توجه بيشتري قرار گرفته است . به عنوان مثال نوع تك ديواره اي كه بين دو الكترود فلزي قرار داده شده , مشابه وسايل نيمه رساناي مرسوم است و عملكرد آن در حد وسايل موجود برآورد شده است (عملكرد از لحاظ سوييچينگ). نانو تيوبها مي توانند به دليل استحكام و انعطاف پذيري در ساختمان مواد به كار روند و موادي با خواص بهتر را ايجاد كنند .

مشخصات :

 ساختار تو خالي نانو تيوب سبك بودن آن را به دنبال دارد . چگالي نوع چند ديواره اي 8/1 و نوع تك ديواره اي 8/0 است . استحكام ويژه آنها حداقل 100 برابر فولاد است . نانو تيوبها مقاومت خوبي در برابر مواد شيميايي داشته و از پايداري گرمايي بالاي برخوردارند . اكسايش نانو تيوب از دو سر تيوب آغاز مي شود . اين عمل باعث باز شدن تيوب خواهد شد . انتقال الكترون در نانو تيوبها منحصر به فرد است و در جهت محور شديدا رسانا هستند. رسانايي گرمايي آنها در جهت محوري نيز بالا است . نانو تيوبها از لحاظ كاتاليزوري فعال مي باشند. نانو تيوبها خاصيت مويينگي بالايي دارند و مي توانند گازها و مايعات را در خود جاي دهند . از نانو تيوبهاي چند ديواره اي به عنوان الكترود در واكنشهاي بيوالكترو شيميايي استفاده شده است . نانو تيوبها مي توانند واكنشهاي احياي اكسيژن را كاتاليز كنند. سرعت انتقال الكترون در نانو تيوب بيشتر از الكترودهاي كربني است . ذخيره هيدروژن در داخل حفره هاي نانو تيوبهاي تك ديواره اي امكان پذير خواهد بود .  

روشهاي توليد نانو تيوب كربني: 
در سال 1991 توسط پژوهشگر ژاپني به نام سوميو ايجيما كه متخصص ميكروسكوپ آزمايشگاه NECبود ،آزمايشي به وقوع پيوست كه تا به حال سهم به سرتئي در توسعه نانو تكنولوژي داشته است. وي كه به دستكاري وتغيير روش هاي ارائه شده توسط محققين موسسه ي فيزيك هسته اي ماكس پلانگ جهت توليد فولرين مشغول بود، دو الكترد گرافيت را به جاي اتصال در فاصله كمي از يكديگر قرار داد وبين آنها قوس الكتريكي برقرار كرد. اين آزمايش سبب شد كه وي به طور كاملا اتفاقي نانو تيوب هاي كربني را كشف كند. اهميت روز افزون اين مواد در صنعت به دليل خواص مكانيكي والكتريكي جالب ومتنوع آنها ست .پيش بيني مي شود كه اين مواد بتوانند در بسياري از ساختار هاي نانو متري آينده به كار روند. دو نوع ساختار متفاوت نانو تيوب
 
<<مقاله قبلی   مقاله بعدی>>
سیاره اورانوس...   جهت يابي بدون کمک قطب نما...