مقاله نانولوله های کربنی؛خواص وکاربرد (docx) 6 صفحه

دسته بندی : تحقیق

نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحات: 6 صفحه

قسمتی از متن Word (.docx) :

نانولوله های کربنی؛خواص وکاربرد 1. آلوتروپهای کربن تاسال 1980،سه آلوتروپ کربن(کربن غیربلوری) به نامهای الماس،گرافیت وکربن بی شکل شناخته شده بودند،اماامروزه می دانیم که خانواده کاملی ازسایراشکال کربن نیزوجوددارند (شکل 1). آلوتروپ های مختلف کربن شکل1 آلوتروپ های مختلف کربن اولین آلوتروپ کربن که درسال 1985 کشف شد،باکمینسترفولرن نام داشت که به نام های دیگرباکیبالوفولرن نیزنام گذاری شده است. فولرن هامولکول های کروی کربن هستندکه به سبب شکل زیباوخواص شگفت انگیز،توجه بسیاری ازدانشمندان رابه خودمعطوف کرده اند. آلوتروپ بعدی کربن که درسال 1991 کشف شد،نانولوله(Niño Tube) نام داردکه دراین مقاله به آن پرداخته خواهد شد. 2. نانولوله های کربنی 2-1- ساختارنانولوله های کربنی درسال 1991 دانشمندی به نام سومیوایجیمابه طورکاملاً اتفاقی، ساختاردیگری ازکربن راکشف وتولیدکردکه خواص منحصربه فردی دارد. وی درابتدااین ساختاررانوعی فولرن تصورنمودکه دریک جهت کشیده شده است. امابعدهامتوجه شدکه این ساختار،خواص متفاوتی ازفولرن هاداردوبه همین دلیل آنرا،نانولوله ی کربنی نامید. دریک نانولوله ی کربنی،اتمهای کربن درساختاری استوانه ای آرایش یافته اند. یعنی یک لوله ی توخالی که جنس دیوارهایش ازاتمهای کربن است. آرایش اتمهای کربن دردیواره ی این ساختاراستوانه ای،دقیقاًمشابه آرایشکربندرصفحات گرافیت است. درگرافیت،شش ضلعی های منظم کربنیدرکناریکدیگرصفحاتگرافیترامیسازند. اینصفحاتکربنیبرروییکدیگرانباشتهمیشوندوهرلایهازطریقپیوندهایضعیفواندوالسبهلایهزیرینمتصلمیشود. هنگامیکهصفحاتگرافیتدرهمپیچیدهمیشوند،نانولولههایکربنیراتشکیلمیدهند. درواقع،نانولولهیکربنی،گرافیتیاستکهبهشکللولهدرآمدهباشد (شکل 2). شکل2. شکلگیرینانولولههاازصفحاتگرافیت نانولولههایکربنی نانولولههایکربنیبهدودستهکلینانولولههایکربنیتکدیوارهونانولولههایکربنیچنددیوارهتقسیممیشوند. چنانچهنانولولهکربنیفقطشاملیکلولهازگرافیتباشد،نانولولهتکدیوارهواگرشاملتعدادیازلولههایمتحدالمرکزباشدنانولولهچنددیوارهنامیدهمیشود (شکل 3). نانولولههایکربنی شكل 3 : انواعمختلفنانولولههایکربنی 2-2- خواصوکاربردهاینانولولههایکربنی کشفنانولههایچنددیوارهدرسال 1991،موجبشدهاستکهفعالیتهایتحقیقاتیگستردهایدرعلومبهبحثنانوساختارهایکربنیوکاربردهایآنهااختصاصیابد. دلیلعمدهیاینمسئلهتکاملساختاریموردانتظارآنها،اندازهکوچک،چگالیکم،سختیبالا،استحکامبالا (استحکامکششیخارجیترینجدارهییکنانولولهکربنیچنددیوارهتقریبا ً 100 برابربیشترازآلومینیوماست) وخواصعالیالکتریکیآنهاست. درنتیجهنانولولههایکربنیممکناستبهطورگستردهدرتقویتمواد،صفحهنمایشمسطحباانتشارمیدانی،حسگرهایشیمیایی،دارورسانیوعلمنانوالکترونیککاربردیابند. درادامهبهمواردیازکاربردهاینانولولههایکربنیاشارهخواهدشد. بهعنوانتقویتکنندهدرکامپوزیتها نانولولههایکیازمستحکمترینموادبهشمارمیروند. اینموضوع،کاربردنانولولههایکربنیرابهعنوانمادهیپرکنندهدرتولیدنانوکامپوزیتهابهخوبیروشنمیسازد. کامپوزیتهایباپایهنانولولهیکربنیداراینسبتاستحکامبهوزنبالاهستندومصارفگستردهایرادرصنعتخواهندداشت. استفادهدرنمایشگرهایتشعشعمیدانی یکیازمشکلاتدستگاههاینشرمیدانامروزی،عدمپایداریمیدانهایتولیدیدربازههایزمانیطولانیاست. اینمشکلرامیتوانبااستفادهازنانولولهکربنیحلنمود. بیشاز 700 مقالهتحقیقاتیدررابطهباکاربردهاینشرمیداننانولولههایکربنیمنتشرشدهاست. اینآماربیانگراهمیتموضوعاست. برایمثال،مزایایاستفادهازنمایشگرهایتولیدشدهبانانولولهیکربنینسبتبهنمایشگرهایکریستالمایع،سرعتواکنشبالاترنسبتبهمحرکهایالکتریکی،مصرفانرژیکمتر،درخشندگیمناسبتر،میدانمغناطیسیپاییندرهنگامروشنکردندستگاهودمایکاریبالاتراست. برپایههمینمزیتها،شرکتهاییمانندسامسونگوNECنمایشگرهایرنگیبااستفادهازنانولولهکربنیراتولیدکردهاست. تلویزیونهایساختهشدهبااینتکنولوژیدراوایلسال 2006 روانهبازارشد. استفادهازنانولولههایتکدیوارهدرصنعتالکترونیک نانولولههابهمیزانقابلتوجهیسختوقویبودهوهادیجریانالکتریسیتهوگرمامیباشند. اینخواصسبباستفادهازاینمواددرصنعتالکترونیکشدهاست. نانولولههایکربنیسیمهایمولکولیبزرگیهستندکهالکترونمیتواندآزادانهدرآنحرکتکندورفتارآنهاپیچیدهاست. دراینراستارفتارنانولولههایچنددیوارهبسیارپیچیدهترازتکدیوارهاستزیرالایههایکناریروییکدیگرتأثیرمیگذارند. مدلسازیچنیناثراتیازموضاعاتتحقیقاتیدرحالحاضرمیباشد. محققانامیدوارندکهابعادسیمهایاقطعاتراازطریقجایگزینیبانانولولهبهحدودنانومتریاکمتربرسانند. اینقطعاتدرکنارمداراتالکترونیکیمیتوانندخیلیسریعتروباتوانکمترازمداراتکنونیکارکنند. لامپهایتولیدشدهبانانولولههایکربنیهزینهتولیدکمتریدارند. بهعلاوهعمرطولانیتروثباترنگبیشترنسبتبهلامپهایمعمولی،ازمزایایدیگراینلامپهاست. ساختارتوخالینانولولهوکاربردبهعنوانذخیرهکنندهوپیلسوختی نانولولهها،ساختارهایکربنیتوخالیهستند. بنابراین،امکانقراردادنموادخارجیدرداخلآنهاوجوددارد. بهطورمثال،باقراردادنفلزاتدروننانولولههامیتوانخواصالکتریکیاینموادرابهبودبخشید. تحقیقاتنشاندادهاستکهنانولولههایباز،مثلیکنیتوخالیعملمیکنند. ایننیهایمولکولیمیتوانندبهوسیلهعملموئینگیوتحتشرايطخاص،برخیعناصررابهدرونخودبکشند. همچنیننانولولههایکربنیبرایذخیرهنمودنسوختهایآلکانیوهیدروژنوایجادپیلهایسوختینیزموردبررسیقرارگرفتهاند. ذخیرهیهیدروژندرداخلنانولولههایکربنیتکدیوارهامکانپذیراست. ظرفیتجذبهیدروژننانولولههایتکدیوارهساختهشدهحدود 3 تا 5 درصدوزنینانولولههاست. بنابرایندرمقایسهبادیگرانواعذخیرهسازهایهیدروژننظیرسیستمهیدروژنمایع،هیدروژنفشرده،هیدریدهایفلزیوسوپرکربناکتیو،سیستمنانولولهایکربنیوخصوصاًنانولولههایتکدیواره،بهترینانتخاببرایاهدافموردنظربودهومیتواندبهعنوانسیستمیسبک،فشرده،نسبتاًارزان،ایمنوباقابلیتاستفادهمجدددرذخیرهسازیهیدروژنمورداستفادهقرارگیرد. ساختارتوخالینانولولهوکاربردبهعنوانذخیرهکنندهوپیلسوختی نانولولهها،ساختارهایکربنیتوخالیهستند. بنابراین،امکانقراردادنموادخارجیدرداخلآنهاوجوددارد. بهطورمثال،باقراردادنفلزاتدروننانولولههامیتوانخواصالکتریکیاینموادرابهبودبخشید. تحقیقاتنشاندادهاستکهنانولولههایباز،مثلیکنیتوخالیعملمیکنند. ایننیهایمولکولیمیتوانندبهوسیلهعملموئینگیوتحتشرایطخاص،برخیعناصررابهدرونخودبکشند. همچنیننانولولههایکربنیبرایذخیرهنمودنسوختهایآلکانیوهیدروژنوایجادپیلهایسوختینیزموردبررسیقرارگرفتهاند. ذخیرهیهیدروژندرداخلنانولولههایکربنیتکدیوارهامکانپذیراست. ظرفیتجذبهیدروژننانولولههایتکدیوارهساختهشدهحدود 3 تا 5 درصدوزنینانولولههاست. بنابرایندرمقایسهبادیگرانواعذخیرهسازهایهیدروژننظیرسیستمهیدروژنمایع،هیدروژنفشرده،هیدریدهایفلزیوسوپرکربناکتیو،سیستمنانولولهایکربنیوخصوصاًنانولولههایتکدیواره،بهترینانتخاببرایاهدافموردنظربودهومیتواندبهعنوانسیستمیسبک،فشرده،نسبتاًارزان،ایمنوباقابلیتاستفادهمجدددرذخیرهسازیهیدروژنمورداستفادهقرارگیرد. ساختنانوماشینهابااستفادهازنانولولههایکربنی نانولولههایکربنیهمچینبرایاستفادهدرساختنانوماشینهاپیشنهادشدهاند. نانولولههابهطورمناسبیباساختارهایمختلفجانشینشدهاندکهمیتوانندبهعنوانمحورهادرنانوماشینهاعملکنند. ممکناست،نانولولههایمختلفباهمدیگرتشکیلچرخدندهدهندتاحرکتچرخشیمختلفیراانتقالدهند. اینامرازطریقساختندندههایچرخدنده (استخلافها) برروینانولولههامیتواندانجامشود.