نانولوله کربن CNT ، کاربرد نانو لوله های کربنی

کاربردهای الکتریکی نانوذرات
آگوست 23, 2015
آلیاژ سازی مکانیکی ‏
آگوست 23, 2015
نانولوله کربن CNT ، کاربرد نانو لوله های کربنیReviewed by مدیر on Aug 23Rating:

نانولوله کربن

یکی از مهمترین نانوساختارهای تک بعدی نانوتیوب کربن است. شکل زیر تصویر دو نانوتیوب کربن را که توسط میکروسکوب ‏تونلی روبشی (‏STM‏) تصویر برداری شده ارائه می کند.‏

شکل1-تصویر STM دو نانو لوله کربن

نانوتیوب کربن را به دو گونه تقسیم بندی می کنند. تقسیم بندی اول تعداد دیواره را مد نظر قرار می دهد. شکل زیر تصویر ‏میکروسکوب الکترونی عبوری (‏TEM‏) دو نانو تیوب کربن تک دیواره (‏SWNT‏) و چند دیواره (‏MWNT‏) را نشان می دهد. این ‏دو نوع نانوتیوب کربن در شیوه سنتز نیز تفاوت دارند.‏

شکل2-تفاوت دو نوع نانولوله کربنی

تقسیم بندی دوم خواص رسانایی را مد نظر قرار می دهد اما ارتباط مستقیمی با ساختار دارد. برای درک بهتر به شکل زیر توجه ‏کنید که یک صفحه گرافن را نمایش می دهد. فرض کنید محور ‏OA‏ محور نانوتیوب باشد و پیچیدن گرافن حول این محور نانو ‏تیوب حاصل می شود. اگر ‏OA= na_1+ma_2‎‏ در نظر بگیریم با تغییر ‏n,m‏ ساختار های متفاوت (شکل سمت چپ) و ‏خواص گوناگون حاصل می شود.‏

شکل3-ساختار های مختلف CNT
اگر ‏n=m‏ باشد رسانایی فلزی، ‏n-m=3j‏ نیمه هادی نوار نازک و در سایر حالات نیمه هادی نوار بزرگ حاصل خواهد شد، ‏که در نوار نازک انرژی گاف متناسب با ‏‎□(1/R^2 )‎‏ و در نوار بزرگ انرژی گاف عکس شعاع (‏‎1/R‏) نانوتیوب است.‏
خواص اپتیکی نانوتیوب های کربن مورد توجه نمی باشد زیرا سرعت ترکیب اکسایتون در نانوتیوب بالا است و تشعشعی در اثر ‏آن پدید نمی آید.‏
برای درک خواص مکانیکی نانوتیوب های کربن مد نظر داشته باشید که پیوند کووالانسی کربن-کربن یکی از محکم ترین پیوندها ‏است و ساختار الماس مثالی شناخته شده از این پیوند است. جدول زیر استحکام نانوتیوب کربن تک دیواره را با فولاد و الماس ‏مقایسه می کند.‏

جدول1-مقایسه مدول یانگ فولاد، CNT و الماس
Young’s modulus (GPa)‎ Material
190-210 ُSteel
+1000 SWNT
1050-1200 Dimond

کاربردهای ‏CNT
ترانزيستورهای اثر میدانی (‏FET‏) شاید مهمترین کاربرد ‏SWNT‏ باشند که سرعت انتقال الکترون در آن به کمک اثر بالستیک ‏‏1000 بار بیشتر از نانوسیم مسی است. شکل زیر تصویر میکروسکوب الکترونی روبشی (‏SEM‏) یک ترانزيستورهای اثر ‏میدانی را نمایش می دهد.‏

شکل4-تصویر SEM یک FET

حسگرهای اثر میدانی استفاده ای از ترانزیستور اثر میدانی است که امروزه تجاری شده اند شکل زیر شمای این حسگرها را نشان ‏می دهد.‏

شکل5-حسگر اثر میدانی

نمايشگرهاي گسيل ميداني یکی از کاربردهای بالقوه نانوتیوب کربن است. این نمایشگرها سریعترین زمان پاسخ و کنتراست بالا را ‏با امکان تخت بودن همانند ‏LCD‏ و ‏LED‏ ترکیب می کنند و از همه مهمتر اینکه توان مصرفی در حدود نصف ‏LCD‏ دارا هستند. ‏شکل زیر تصویر میکروسکوب الکترون روبشی نمونه ای از این نمایشگرها است. همانطور که در شکل ‏b‏ به وضوح دیده می ‏شود نانوتیوب کربن در وسط حفره ها قرار می گیرد و الکترون با خروج از آن به سمت صفحه الکترو لومینوسانس هدایت می شود ‏و با برخورد با آن روشنایی ایجاد می کند.

شکل6- تصویر SEM نمايشگرهاي گسيل ميداني

error: Content is protected !!