نانو لوله کربنی | انواع نانو کربن لوله | CNT

ضد آب نما / آجر / سیمان / بتن / گچ | نانو
آوریل 27, 2016
ضدآب سازی مصالح ساختمانی
آگوست 6, 2016
نانو لوله کربنی | انواع نانو کربن لوله | CNTReviewed by مدیر on Aug 5Rating:

نانو لوله های کربنی

چکیده :
ماهیت ویژه ی کربن همراه با ساختاری مولکولی نانو لوله های کربنی سبب شده است تا این مواد دارای خواص فوق العاده ای از قبیل هدایت الکتریکی ، حرارتی استحکام سختی و چقرمگی باشند. پیوند SP2 درلایه های گرافیتی به نانو لوله های کربنی الاستیسیته و استحکام مکانیکی ویژه ای می بخشد .ورقه های گرافیتی لوله شده ( به منظور تشکیل نانو لوله های کربنی ) مومنتوم الکترونی کوانتیده شده را نشان می دهند که ناشی از طبیعت دوگانه نانو لوله های کربنی می باشد : برحسب ساختار هندسی شان می توانند خواص فلزی و یا خواص نیمه هادی از خود نشان دهند. خواص نوری CNTها به طور مستقیم به ساختار الکترونی آنها مربوط می شود .طیف نوری نانو لوله های کربنی نیمه هادی ، شکاف نوار های غیر مجاز را از طریق فلورسانس در طیف IRنزدیک نشان می دهد .ویژگی آنیزوتوپی هدایت گرمایی کریستال های گرافیتی بطور طبیعی در نانو لوله های کربنی منعکس شده است . وقتی قطر لوله کاهش می یابد ، تغییر از ساختار صفحه ای شبه دوبعدی به لوله بک بعدی نقش بسیار مهمی را در افزایش هدایت حرارتی در راستای محور لوله و اطمینان از عایق بودن حرارتی در عرض لوله دارد.

کلید واژه ها : نانو ، کربن ، نانو لوله های کربنی ، CNT ،طرز تهیه ، خواص CNT

مقدمه :
همانطور که می دانید، اتم هاي کربن در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاري شرکت دارند. از این رو پایه و اساس فناور ی هاي مختلفی هستند. این اتم ها علاوه بر ترکیب شدن با عناصر دیگر، می توانند با اتم هاي کربن نیز پیوند دهند. در ابعاد نانو متری چند پارامتر مهم وجود دارد که تاثیر بسیاری بر خواص مواد می گذارد . اندازه و شکل فیزیکی نانومواد و چگونگی پیوند های بین اتمی آنها از قبیل پارامترها هستند . در مورد نانو لوله های کربنی پارامترهایی مانند طول . قطر . و نحوه ی چینش اتمها در ساختار نانو لوله تعداد دیواره ها نقص های ساختاری و گروه های عاملی موجود بر روی نانو لوله از جمله خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که در تعیین خواص نقش دارند . یک نانو لوله همانطور که از نامش بر می آید یک استوانه ی تو خالی با قطری در حد نانو متر است . طول هر نانو لوله میتواند از چند نانو مترتا چند میکرومتر باشد . اگر یک نانو لوله ی تک دیواره را در نظر بگیریم با برش دادن دیواره ی آن در راستای طول نانو لوله یک صفحه از اتم ای کربن به نام گرافن به دست می آید .

انواع :
برحسب نحوه ی قرار گیری واحدی های شش ضلعی در پیرامون یک استوانه سه ساختار هندسی را می توان برای نانو لوله ای کربنی تصویر کرد .ساختارهای هندسی صندلی و زیگزاگ دو موردی می باشند که ساختار ساده ای دارند . سومین دسته از این ساختارها ساختار کایرال بوده که واحد های شش ضلعی به شکل مارپیچ حول محور استوانه قرار گرفته اند . ساختار های هندسی مذکور تاثیر بسزایی در ویژگیهایی نانو لوله های کربنی دارند .
ساختار :
به طور کلی نانو لوله های کربنی همانند گرافیت از پیوند هایSP2ساخته شده اند . این ساختار پیوندی استحکام خاصی را برای آنها ایجاد می کند بطوریکه از پیوند ها SP3 موجود در الماس قویتر می باشد . نانو لوله های کربنی دارای نسبت صفحه ای بالایی می باشند که موجب شده تا غالبا ساختار یک بعدی داشته باشند .
طرز تهیه :
در سال 2003 کانگ و همکارانش سنتز یک مرحله ای نانو لوله های کربنی با کیفیت بالا با استفاده از آب ( به طور مستقیم از گرافیت ) را گزارش کردند .این روش جدید و جالب به شکل موفقیت آمیزی با سایر روش های ساخت مانند تجزیه کاتالیتیکی هیدروکربن ها ، تخلیه قوس الکتریکی ، فداشوندگی لیزری و روش های الکترولیز رقابت می کند . نقطه ی قوت این روش در سادگی ، هزینه کمتر و بازده ای بالا میباشد .
خواص :
نانو لوله های کربنی ، استوانه های ساخته شده از اتم های کربن در اندازه های نانومتری میباشند . نانو لوله های کربنی استوانه هایی یک پارچه ( بدون درز ) شبیه به یک ورقه گرافیتی لوله شده که دو انتهای آن توسط نیمی از مولکول C60 مسدود شده است می باشند . با وجود اینکه قطر این نانو لوله ها در حد نانو متر می باشد ولی طول آنها می تواند به چندین میکرومتر برسد . دو نوع عمده از نانو لوله های کربنی وجود دارد : نانو لوله های کربنی چند دیواره(MWCNT) و تک دیواره (SWCNT) . هر دو نوع آنها توسط انواع مختلفی از ساختارهای هندسی مشخصه سازی می شوند . نانو لوله های کربنی تک دیواره را می توان به سه گروه تقسیم بندی کرد : نانو لوله های کربنی صندلی شکل ، زیگزاگ و کایرال .
روشهای مختلفی برای ساخت نانو لوله های کربنی توسعه یافته است : تجزیه کاتالیتیکی هیدروکربن ها ، تخلیه قوس الکتریکی ، فداشوندگی لیزری و روش های الکترولیز . عیب مهم این روش ها خلوص پایین بوده که برای خالص سازی ، فرایندهای پر هزینه ای باید به کار برده شود. به علت خواص الکتریکی ، نوری و مکانیکی غیر عادی و فوق العاده نانو لوله های کربنی ، این مواد می توانند به عنوان مواد جدید ، کاربردهایی در زمینه های الکترونیک مولکولی ( ترانزیستود اثر میدان نانو لوله های کربنی ، سیم های کوانتومی نانو لوله های کربنی ) ، علم مواد ( کامپوزیت های پیشرفته ، سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بیو شیمی و غیره داشته باشند.

مکانیکی :
نانو لوله های کربنی رفتار الاستیکی قابل توجهی را از خود نشان می دهند . بطوریکه می توانند بیش از پنج برابر طول اولیه شان کشیده شوند . همچنین آنها بالاترین استحکام کششی را که به حال اندازه گیری شده را دارند .بالاترین مقدار اندازه گیری شده برای یک نانو لوله ، 63 گیگا پاسکال بوده است . هیچ مواد کامپوزیتی تا به حال تولید نشده است که این مقدار استحکام کششی داشته باشد .
الکتریکی :
بعد نانو متری قطر CNT اثرات کوانتومی مانند کوانتیده بودن حالت های الکترونی در سراسر محیط لوله را افزایش می دهد . این ویژگی را می توان به طور مستقیم با در نظر گرفتن طول موج دوبروی که با الکترون همراه است درک کرد . بر حسب کایرالیته CNT ها می توانند فلزی یا نیمه هادی باشند . همچنین ماهیت رسانایی شان به میزان دپه شدن و قطر لوله بستگی دارد.

حرارتی :
انرژی گرمایی در لوله ها اساسا در یک جهت در راستای محود لوله توسط امواج صوتی حمل می شود . مطالعات بر روی هدایت حرارتی نانو لوله ها نشان می دهد که انرژی گرمایی با سرعت 10000 متر برثانیه در طول لوله انتقال می یابد . به علت ضعیف بودن نیرو های واندروالسی درون لوله ای امواج صوتی حتی در یک مجموعه سه بعدی از نانو لوله در یک بعد حرکت می کند.
نوری :
وقتی نانو لوله های کربنی شروع به تابش می کنند پدیده ی فلورسانس رخ می دهد . به خاطر طبیعت تک بعدی بودن نانو لوله های کربنی اثرات کوانتیده ای که موسوم به تکینی های وان هوف می باشد ظاهر می گردد .برای مثال ترازهای انرژی مجزا پدیده فلورسانس در نتیجه فرآیندهای تریک و آسایش الکترون ها در این ترازهای اکترونی حاصل می

error: Content is protected !!