درک نانو لوله های کربنی

نانو لوله های کربنی قوی ترین موادی هستند که تا به امروز شناخته شده اند. آن ها به طور گسترده در دستگاه های الکترونیکی، میکروسکوپ ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. این مقاله شامل برخی اطلاعات اساسی درباره ی نانو لوله های کربنی می باشد. در میان آلوتروپ های مختلف آن، نانو لوله های کربنی مولکول های استوانه ای هستند که مشخصه های خاصی را نشان می دهند. به بیان ساده تر، آن ها می توانند به عنوان یک ورقه ی گرافیتی، به شکل یک استوانه در نظر گرفته شوند. آن ها متعلق به خانواده ی ساختاری فولرن ها می باشند که در قالب لوله های توخالی، کروی یا بیضی وجود دارند.

تاریخچه

کشف واقعی نانو لوله های کربن در اواخر دهه ی 1950، هنگامی که روگر باکون، کربن را تحت شرایط مختلف مورد مظالعه قرار داد، اتفاق افتاد. او متوجه یک ساختار قوی، در قالب لوله های توخالی شد که شبیه لایه های گرافیتی بود. در سال 1985، باکی بال ها، که در آن ها اتم ها به شکل توپ فوتبال مرتب هستند، کشف شد. با این حال، کشف این نانو لوله های کربنی به سومیو لیجیما از شرکت ژاپنی NEC برمی گردد، زمانی که او تشکیل نانو لوله های کربنی چند دیواره را در هنگام انجام آزمایش بر روی تکنیک تخلیه ی قوس الکتریکی در سال 1991 مشاهده کرد.

خواص فیزیکی

نانو کربن های کربنی که قطر آن ها چند نانو متر می باشد، ارائه شده است. هر چند، طول آن ها می تواند به چندین میلی متر برسد، قطر آن ها حدود 10000 برابر کمتر از یک تار موی انسان می باشد. در واقع، بزرگترین نسبت طول به قطر 1:28000000 می باشد.
دو نوع یعنی نانو لوله ی کربنی تک جداره (SWNT) و نانو لوله ی چند جداره (MWNT) وجود دارد. همانطور که نام آن نشان می دهد، نانو کربن تک جداره شامل یک سیلندر گرفن تک بوده در حالی که در نانو لوله ی چند جداره بیش از یک سیلندر گرافن وجود دارد. مشخصات منحصر به فرد آن ها به دلیل پیوندهای sp2 بوده (هر اتم کربن به سه اتم مجاور متصل شده است)، که مولکول ها دارای ساختار یک بعدی هستند.
برخی از خواص منحصر به فرد استحکام کششی بالا، هدایت گرمایی بالا و انعطاف پذیری بالا می باشد.
آن ها هنگامی که تحت فشار قابل انبساط بسیار بالا قرار می گیرند، تغییر شکل غیر قابل بازگشت خواهند داشت. به واسطه ی ساختار توخالی آن ها، شکل آن ها تحت تنش فشاری تغییر می کند.
آن ها می توانند به عنوان فلزات (هدایت بالاتر نسبت به مس) یا نیمه هادی، بسته به آرایش لایه های گرافن خود عمل کنند. بنابراین خواص الکتریکی هر یک با هم متفاوت است.

مصارف

نانو لوله های کربنی نقش مهمی را در فناوری نانو، به ویژه در اسکن میکروسکوپ های الکترونی، دستگاه های نانو الکترونیک، دستگاه های نانو مکانیکی و دستگاه های صفحه نمایش تخت ایفاء می کنند. آن ها یک ماده ی بالقوه برای استفاده در آسانسورها (کابل زمین به فضا) و دیگر کاربردهای هوافضا می باشند. در سال های اخیر، پیشنهاداتی به منظور استفاده از این نانو لوله ها در ساخت زره های قوی و بالقوه شده است. به دلیل هدایت الکتریکی بالای آن‎ها، در حال حاضر، تحقیقات برای استفاده از آن ها در ساخت کامپیوترها و تلویزیون ها انجام شده است. با این حال، به رغم خواص مکانیکی و الکتریکی ویژه ی آن ها، کاربردهای تجاری آن نادر بوده که عمدتا به دلیل هزینه ی زیاد تولید این ماده می باشد.
اینکه آیا نانو لوله های کربنی سمی است یا خیر، هنوز مورد بحث است، برخی از دانشمندان ادعا می کنند که آن ها به عنوان به عنوان محصولاتی خطرناک هستند. به گفته ی آن ها، استنشاق این مود می تواند باعث بروز مشکلات تنفسی و حتی سرطان گردند. تحقیقات کنونی به منظور تعیین اثرات کلی آن ها در حال انجام است.