نانوتیوب
های کربنی (CNTs)، فلرن هایی هستند که دارای نسبت طول به عرض بسیار بالایی
هستند. این مواد به طور گسترده از زمان کشف یعنی سال 1991، مورد مطالعه
قرار گرفته اند. علت اصلی استفاده از این مواد، خواص فیزیکی فوق العاده ی
آنهاست. این خواص موجب بروز خواص الکترونیکی، مکانیکی و گرمایی ممتاز در
این مواد شده است. برای کاربردهای مختلف، خواص و ساختارهای مختلف بسیار مهم
می باشند. نانوتیوب های کربنی کامل دارای مدول یانگ بالایی هستند اما سایر
نانوتیوب های کربنی ممکن است عیوب زیادی داشته باشند که در این شرایط،
امکان ایجاد عملکردهای کوالانسی و غیر کوانسی وجود ندارد. نانوتیوب های
منفرد دارای اثرات کوانتمی هستند و ساختارهای سازماندهی شده ای ایجاد می
کنند که دارای میلیون ها نانوتیوب هستند و می توان با این سازماندهی،
هماهنگی این اجزا را افزایش داد. این ویژگی های ساختاری دارای اهمیت بالایی
هستند مثلا خواص الکتریکی نانوتیوب ها به طور ناگهانی به عنوان تابعی از
قطر و خواص تیوب، تغییر می کند.
در
این مقاله، ما به طور خلاصه تاریخچه و مهم ترین دستآوردهای چند دهه ی
گذشته در زمینه ی رشد نانوتیوب های کربنی را مورد بررسی قرار می دهیم. در
این مقاله بر روی روش های رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) تمرکز داریم.
در این روش های رسوب دهی، کاتالیست در طی فرایند رسوب دهی، به داخل بخار
وارد می شود. ما نشان داده ایم که روش هنرمندانه ی ارائه شده در این مقاله
می تواند هم برای تولید نانوتیوب های کربنی تک دیواره و هم چند دیواره،
کاربرد دارد. برای بیان کاربردهای ممکنه برای نانوتیوب های کربنی و
ساختارهای آنها، ما در مورد فیلترهای با بازده بالا، فنرها و جاروبک های با
اندازه ی نانو، وسایل بر پایه ی نشر میدانی، سنسورهای تفکیک گاز با فشار
پایین و استفاده از نانوتیوب ها به عنوان تقویت کننده ی کامپوزیتی.
فنرهای نانوتیوبی
با
در نظر گرفتن ساختارهای غشاء مانند متخلخل تولید شده با نانوتیوب های
کربنی هم جهت، این غشاء ها می تواند به عنوان ساختارهای شبه سلولی مورد
استفاده قرار گیرد. ما نشان دادیم که یک لایه ی نانوتیوبی کربن، هموژن بودن
خود را از دست می دهد و وقتی حلال های مختلف بر روی آن ریخته می شود،
ساختارهای سلول مانندی تشکیل می دهند. بدون تشکیل این ساختارهای سلول
مانند، لایه های خود ایستا، تحت فشار، دارای رفتار شبه فومی هستند. لایه ی
نانوتیوبی مانند یک فنر جمع شونده عمل می کند و نانوتیوب های موجود در
لایه، بخش های زیگ زاگ مانندی تشکیل می دهند که بعد از رها شدن نیروی
اعمالی بر روی آنها، به حالت اولیه باز می گردد. در مقایسه با سایر فوم های
انعطاف پذیر و با دانسیته ی پایین، لایه های نانوتیوبی دارای استحکام
فشاری، سرعت بازگشت و فاکتور افت بالاتری هستند.
ما
سیکل های فشاری را برای این لایه های فنر مانند برای هزاران بار تکرار
کردیم. لایه های تولید شده از نانوتیوب های کربنی چند دیواره تا میزان 15 %
از ضخامت خود، فشرده می شود و بعد از برداشتن نیرو، به اندازه ی اولیه باز
می گردد. تخلخل لایه های نانوتیوبی بسیار بالاست و نانوتیوب های کربنی
تنها 20 % از حجم فیلم را به خود اختصاص می دهد. در شکل 10 شماتیکی ارائه
شده که سیکل های بارگذاری و باربرداری را با تصاویر SEM توصیف می کند.
نانوتیوب ها شکسته و بریده نمی شوند. نانوتیوب ها همچنین تحت فشار،
فروپاشیده نمی شود. در حالت غیر دینامیک، ما متوجه شده ایم که سرعت بازگشت
این نوع فنر نسبت به فنرها و اسفنج های دیگر بیشتر است. این نوع از
ساختارهای نانوتیوبی ممکن است دارای کاربردهای زیادی داشته باشد. از این
نوع ساختارها می تواند در سیستم های الکترومکانیکی، اتصالات داخلی، فعال
کننده های مکانیکی و ... استفاده کرد.
در
این مقاله، ما خلاصه ی کوتاهی در مورد کارهای انجام شده در زمینه ی رشد
ساختارهای نانوتیوبی با استفاده از روش های CVD، ارائه کرده ایم. پیشرفت
های انجام شده در این زمینه، قابل توجه است و امروزه ما می توانیم
ساختارهای دو و سه بعدی را با استفاده از نانوتیوب های تک دیواره و چند
دیواره، تولید کنیم. ساختارهای نانوتیوبی را می توان به عنوان بلوک های
ساختاری در بسیاری از کاربردها استفاده کرد. مثلا از این ساختارها می توان
در تولید وسایل الکترونیکی، MEMS، صنایع شیمیایی و مواد ساختاری، استفاده
کرد. چالشی که در این زمینه وجود دارد، کنترل ساختارهای مولکولی از
نانوتیوب می باشد. پیشرفت های سریع در این زمینه بوجود آمده است و این به
نظر می رسد که به زودی از این ساختارها در نمونه های آزمایشی وسایل
الکترونیکی استفاده شود.
لینک دانلود کل مطلب و تصاویر 26 صفحه
