سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
نانولوله های کربنی ،استوانه های ساخته شده از اتم های کربن دراندازه های نانومتری می باشند.در قسمت های اول ودوم به معرفی وشناخت انواع وویژگی های نانولوله های کربنی پرداختیم در این قسمت به ادامه ی بررسی های مربوط به نانو لوله های کربنی می پردازیم.
عکس نویسنده
عکس نویسنده
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

شگفتی نانولوله های کربنی (3)


نانولوله های کربنی ،استوانه های ساخته شده از اتم های کربن دراندازه های نانومتری می باشند.در قسمت های اول و دوم به معرفی وشناخت انواع وویژگی های نانولوله های کربنی پرداختیم در این قسمت به ادامه ی بررسی های مربوط به نانو لوله های کربنی می پردازیم.

شگفتی نانولوله های کربنی (3)

درواقع نانولوله های کربنی استوانه هایی یکپارچه (بدون درز)شبیه به یک ورقه گرافیتی لوله شده که دوانتهای آن توسط نیمه از مولکول C60 مسدود شده است.با وجود اینکه قطراین نانولوله ها درحد نانومتر می باشد ولی طول آن ها می تواند به چندین میکرومتر برسد.

نانولوله دو برابر الماس که بهترین هادی های گرمایی است، حرارت را انتقال می دهد. بنابراین نانولوله ها با بازدهی بالا قادر خواهند بود دسته های فشرده ای از ابزارها را خنک کنند. به خاطر آنکه پیوندهای بین اتم های کربنی بسیار محکم تر از پیوندهای همه فلزات است، نانولوله ها قادرند بدون پذیرش هیچ آسیبی حجم بسیار زیاد الکترون ها را از خود عبور دهند. دسته ای از نانولوله های کربنی در یک سانتی متر مربع می توانند حدود یک میلیارد آمپر را عبور دهند. چنین جریانی به راحتی می تواند طلا و مس را به بخار تبدیل کند. شایان ذکر است که نانولوله ها در خلا تا 2800 درجه سانتی گراد پایدار هستند.

 

نانولوله های کربنی استوانه هایی یکپارچه (بدون درز)شبیه به یک ورقه گرافیتی لوله شده که دوانتهای آن توسط نیمه از مولکول C60مسدود شده است.باوجوداینکه قطراین نانولوله ها درحد نانومتر می باشد ولی طول آن ها می تواند به چندین میکرومتربرسد

نانولوله های کربنی رفتار الکترونیکی جالب دیگری نیز دارند که هم اکنون محققان از آن استفاده می کنند. در سال 1995 نشان داده شد که وقتی نانولوله های کربنی عمود بر یک سطح ایستاده باشند و تحت میدان الکتریکی قرار گیرند، با تمرکز میدان الکتریکی در انتهایشان می توانند درست مثل میله های نورافشان عمل کنند. الکترون ها می توانند مثل آب پرفشاری که از شیلنگ خارج می شود، از انتهای نانولوله گسیل شود. چون نانولوله ها بسیار تیز هستند الکترون ها را با ولتاژ کمتری نسبت به الکترودهای ساخته شده از سایر مواد انتقال می دهند و پیوندهای محکم کربنی آن ها به نانولوله اجازه می دهد که مدت بیشتری بدون خرابی کار کنند. این رفتار تشعشع میدانی نامیده می شود. اگر الکترون های خروجی از نانولوله یک صفحه فسفری را بمباران کنند، تصویر ایجاد می شود. این قابلیت نانولوله می تواند جای تلویزیون های بزرگ و نمایش گرهای حجیم کامپیوتر را با نمایشگرهای هم تراز اما نازک، کم مصرف و مسطح عوض کند. به همین دلیل ظرفیت تبدیل به یک فناوری چند تریلیارد ریالی را دارد. ساخت تشعشع دهنده های میدانی با جریان بالا از نانولوله ها بسیار آسان است. تنها باید آن ها را درون یک تکه پلاستیکی قرار داد و آن ها را در یک الکترود پخش و ولتاژ اعمال کرد. نانولوله ها به سمت الکترود مخالف متمایل شده و الکترون تابش خواهند داد. لامپ های خلاء آزمایشی که در شش رنگ از نانولوله ها ساخته شده است دو برابر لامپ های معمول روشنایی دارد. عمر آن بیشتر است و حداقل ده برابر کم مصرف تر است. نمونه اول برای 10000 ساعت به خوبی کار کرده و بعد از کار افتاده است.

شگفتی نانولوله های کربنی (3)

نانولوله های کربنی رفتارالاستیکی قابل توجهی راازخودنشان می دهند به طوریکه می توانند بیش از پنج برابر طول اولیه شان کشیده شوند.همچنین آن ها بالاترین استحکام کششی را که تا به حال اندازه گیری شده را دارند.

وقتی نانو لوله های کربنی شروع به تابش می کنند پدیده ی فلورسانس رخ می دهد.طیف های نوری نانولوله های کربنی نیمه هادی شکاف نوارهای غیر مجازراازطریق فلورسانس درطیف IRنزدیک نشان می دهد.درواقع به خاطر طبیعت تک بعدی بودن نانو لوله های کربنی،اثرات کوانتیده ای که موسوم به گسستگی های وان هوف می باشد ظاهر می گردد.

 

تولید نانولوله های کربنی

هر چند ممکن است سومیو ایجیما اولین کسی باشد که یک نانولوله را مشاهده کرده است، اما بدون شک او اولین کسی نبوده که آن ها را تولید کرده است. شاید غارنشینان نیز ناخواسته در آتشی که در غارهایشان روشن می کردند مقادیر اندکی نانولوله تولید کرده باشند. در اثر شکستن پیوندها با حرارت، اتم های کربن حتی در یک ذغال قادر به ترکیب شدن هستند. برخی از آن ها توده های بی شکلی ایجاد می کنند، اما برخی می توانند شکل یک توپ فوتبال یا کپسول های بلند استوانه ای که به ترتیب باکی بال و نانولوله نامیده می شوند را ایجاد کنند. دانشمندان در اولین روش های تولید نانولوله، ذغالی تهیه می کردند که نانولوله های زیادی از آن گرفته می شد. این روش ها محدودیت های زیادی داشتند که در سال های اخیر بسیاری از آن ها بهبود یافته است. تولید نانولوله ها با طول های بسیار متفاوت عیوب فراوان در نانولوله و تاب بیش از حد در آن ها از این مشکلات بود.

روش قوس الکتریکی : جرقه بزرگ

شگفتی نانولوله های کربنی (3)

در سال 1992 اولین روش برای ساخت مقادیر میکروسکوپی نانولوله ها منتشر شد. دو میله گرافیتی را با سیم به برق متصل کنید، در فاصله چند میلی متری از هم قرار دهید و کلید را بزنید. در اثر 100 آمپر جرقه بین دو میله کربن به یک بخار داغ تبدیل می شود قسمتی از آن به شکل نانولوله رسوب می کند.

میزان استخراج: تا 30 درصد وزنی ذغال بر جای مانده

مزایا: دمای بالا و کانالیست های فلزی که به میله های گرافیتی اضافه شده است می توانند نانولوله های تک دیواره و چند دیواره را با عیوب کم یا بدون عیب تولید کند.

محدودیت ها: نانولوله ها با طول کمی (50 میکرون یا کمتر) تولید شده و در اندازه و جهات تصادفی شکل می گیرند.

روش نشست بخارشیمیایی :گاز داغ

شگفتی نانولوله های کربنی (3)

ژاپنی ها اولین کسانی بودند که از این روش برای تولید نانولوله های، کربنی استفاده کردند. این روش رسوب شیمیایی بخار نام گرفته است. در این روش یک بستر مناسب برای رشد را در یک دستگاه گرما دهنده قرار دهید، آن را تا 600 درجه سانتی گراد گرم کنید و کم کم یک گاز حاوی کربن مثل متان به آن اضافه کنید. وقتی گاز تجزیه می شود، اتم های کربن آزاد می شوند و می توانند به شکل نانولوله های کربنی باز آرایی شوند. اخیراً یک کاتالیست متخلخل ساخته شد که باعث می شود تمام کربن موجود در گاز ورودی به نانولوله تبدیل شود. با الگوی چاپ شده کاتالیست ها روی سطح بستر می توان نانولوله ها را در موقعیت و طرح مناسب آرایش داد.

میزان استخراج: 20 تا نزدیک 100 درصد وزنی.

مزایا: روش رسوب شیمیایی بخار ساده ترین راه در بین روش های دیگر برای تولید نانولوله در مقیاس صنعتی است. این روش می تواند نانولوله های بلندی تولید کند که می توانند به عنوان الیاف در کامپوزیت ها استفاده شوند.

محدودیت ها: نانولوله های تولید شده عموماً چند دیواره اند و معمولاً با عیب همراه هستند، در نتیجه تنها یک دهم نانولوله های تولید شده به روش قوس الکتریکی استحکام دارند.

سایش لیزری: توفانی از اتمها

شگفتی نانولوله های کربنی (3)

وقتی که خبر ساخت نانولوله منتشر شد، ریچارد اسمالی و همکارانش با پالس های قوی لیزری در حال سایش یک فلز بودند تا مولکول های فلزی زینتی را ایجاد کنند. آن ها میله های گرافیتی را جایگزین فلز کردند و خیلی زود نانولوله های کربنی با استفاده از پالس های لیزر به جای برق برای تولید گاز داغ کربن تولید شدند. این گروه با سنجش کاتالیست های مختلف به شرایطی رسید که نانولوله های کربنی تک دیواره به شکل غیر منتظره ای تولید شد.

میزان استخراج: تا 70 درصد وزنی

مزایا: تولید نانولوله های تک دیواره در محدوده ای از قطر که با تغییر دمای واکنش قابل کنترل بود.

محدودیت ها: این روش بسیار پر هزینه بود چون به لیزرهای بسیار گران قیمت نیاز داشت.

روش های کنونی تولید نانو لوله های کربنی

در حال حاضر روش های تولید نانولوله ها توسعه پیدا کرده است. سرعت فرآیند تولید نانولوله های کربنی در حال حاضر بسیار زیاد است. در حال حاضر روش رشد فوق سریع برای تولید نانولوله های تک دیواره توسط ایجیما و همکارانش ابداع شده است. روش های قبلی از یک بستر گران قیمت سیلیکونی برای تولید استفاده می کنند. رشد فوق سریع از آلیاژ ارزان قیمت نیکل برای تولید نانولوله استفاده می کند. در حال حاضر می توان با این روش تنها در عرض 10 دقیقه در پهنایی به اندازه یک برگه امتحانی نانولوله های کربنی را یک میلی متر رشد داد. اولویت بعدی در تحقیقات نانولوله های کربنی کاهش قیمت تولید آن به 200 تا 500 دلار به ازای هر کیلوگرم است. قیمت فعلی نانولوله 100 تا 500 دلار است منتها به ازای هر گرم. یعنی هزینه تولید نانولوله ها باید هزار بار کمتر شود.

 

ادامه دارد...

 

مریم نایب زاده

بخش دانش وزندگی تبیان


منبع: nanogloss-nanoclub-nanotech -nanocyl-nanoونرم افزار nanopolice

کتاب آشنایی با فناوری نانو1مقیاس نانو،ابزارها،نانومواد،رویکردهای ساخت-سلیمی،طاهری،احمدوند

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین