پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصصین صنعت ومدیریت-گروه شیمی
نانولوله کربنی
نانولوله های کربنی (CNTs) لوله هایی هستند که از کربن ساخته شده و قطرهایی در حد نانومتر دارند.
نانولوله‌های کربنی به طور مستقل توسط سومیو ایجیما و ایچیهاشی و بتهونه کشف شدند. نانولوله های کربنی تک جداره یکی از دگرشکل های کربن است و واسطه ای بین فولرن و گرافنهای مسطح است.
می توان نانولوله های کربنی تک جداره را به عنوان برش هایی از یک شبکه شش ضلعی اتم های کربنی که در امتداد یکی از بردارهای شبکه براوه قرار گرفته اند تصور کرد تا یک استوانه توخالی شکل بگیرد.
نانو لوله‌های کربنی، ساختارهای حلقوی تو خالی و متشکل از اتمهای کربن هستندکه می‌توانند به شکل تک یا چند جداره آرایش یابند و دارای خواص فلزی و شبه رسانایی نیز هستند.
نانولوله های کربنی می توانند هدایت الکتریکی قابل توجهی داشته باشند. همچنین دارای کشش سطحی فوق العاده ای و هدایت حرارتی هستند .
به دلیل نانوساختاربودن و استحکام پیوندهای بین اتمهای کربن.
علاوه بر این ، آنها می توانند از نظر شیمیایی اصلاح شوند.
این خواص در بسیاری از زمینه های فناوری ،
از جمله الکترونیک، نورشناسی ، موادکامپوزیت، فناوری نانو می تواند کاربردی باشد.
نانولوله‌های کربنی که به صورت افزودنی در پلی‌مرها به کار می‌روند قادرند گرما را انتقال داده و یک پوشش سطحی را به یک سطح گرما دیده مبدل کنند.
نانولوله های کربنی از نظر مکانیکی بسیار مقاوم، از نظر شیمیایی بسیار پایدار و رسانای گرما هستند.
بسته به شرایط و نیازهای دمایی مطلوب می‌توان از نانو لوله های کربنی در سیستم‌های بسته‌بندی مبتنی بر آکریلات،
اپوکسی یا رزین‌های سیلیکونی با دمای حداکثر ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد استفاده نمود.
همچنین در بدنه روتور در توربین‌های بادی از نانولوله های کربنی استفاده می‌گردد تا به عنوان ضد یخ عمل کنند. نانوله ها به دلیل خواصی که دارند در موقعیت‌های مختلفی استفاده می‌شوند.
خواص مکانیکی
سی‌ان‌تی‌ها یکی از محکم‌ترین مواد در جهان هستند. ویژگی بارز مکانیکی نانولوله‌های کربنی در سفتی بسیار زیاد و نیروی کشسانی بالای آنها است.
ضریب یانگ که نشاندهنده سختی یک ماده است و اینکه تحت فشار مکانیکی چقدر تغییر شکل می‌دهد
برای نانولوله‌های کربنی 1TPa است که با گرافنی که در هواپیما استفاده می‌شود قابل مقایسه است.
خواص الکترونیکی
خواص الکترونیکی نانوله‌های کربنی برای مواد هیبرید بسیار مهم است و تا حد زیادی به ساختار نانولوله کربنی بستگی دارد.
نتایج نظری و آزمایشگاهی نشان می‌دهد نانولوله‌های تک دیواره‌ای، یا فلزی هستند
یا نیمه هادی (بسته به قطر و کایرالیتی) در حالیکه نانولوله‌های چند دیواره‌ای معمولاً فلزی هستند.
تولید ولتاژ: با عبور مایع از میان کلاف‌هایی از نانولوله‌های کربنی تک جداره، ولتاژ الکتریکی ایجاد می‌شود.
از این تکنیک برای ساخت حسگرهای جریان مایع برای تشخیص
مقادیر بسیار اندک مایعات و نیز برای ایجاد ولتاژ در کاربردهای زیست پزشکی استفاده می‌شود.
همچنین نشان داده شده است که مایعات با قدرت یونی بالا ولتاژ بیشتری تولید می‌کنند.
خواص گرمایی
رسانایی گرمایی برای نانوله‌های کربنی تک دیواره‌ای، در امتداد محوری مقدار بسیار
بزرگ 6600 Wm-1K-1 محاسبه شده است، و عمود بر محور ۱٫۵۲ Wm-1K-1 محاسبه شده است.
خواص مغناطیسی
ممان مغناطیسی بسیار بزرگ با قرار دادن یک نانولوله در زیر لایه مغناطیسی
یا با افزودن الکترون یا حفره به نانولوله می‌توان خاصیت مغناطیسی در نانولوله ایجاد کرد.
این خاصیت باعث می‌شود که بتوان ساخت وسایلی را پیش بینی کرد
که در آنها اتصالات مغناطیسی و الکتریکی از هم جدا شده‌اند.
اتصال مغناطیسی را می‌توان برای قطبی کردن مغناطیسی نانولوله ها- دستکاری در اسپین ها- به کار برد
و از اتصال‌های غیرمغناطیسی برای الکترودهای ولتاژ- جریان استفاده کرد.
همچنین ممان مغناطیسی آنها نیز قابل اندازه‌گیری است (۱/۰ مگنتون بور در هر اتم کربن).
کاربردنانولوله ها
ترانزیستور
ترانزیستورهای ساخته شده از نانولوله‌ها دارای آستانه می‌باشند (یعنی سیگنال باید از یک حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزیستور بتواند آن را آشکار کند)
که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی زیر آستانه را در شرایط اختلال الکتریکی یا نویزآشکار و ردیابی نمایند.
همچنین از آنجایی که ضریب تحرک، شاخص حساسیت یک ترانزیستور برای کشف بار یا شناسایی مولکول مجاور می‌باشد،
لذا ضریب تحرک مشخص می‌کند که قطعه تا چه حد می‌تواند خوب کار کند.
ضریب تحرک تعیین می‌کند که بارها در یک قطعه چقدر سریع حرکت می‌کنند
و این نیز سرعت نهایی یک ترانزیستور را تعیین می‌نماید.
حسگر
با آغاز عصر نانوفناوری، حسگرها نیز تغییرات شگرفی خواهند داشت.
یکی از نامزدهای ساخت حسگرها، نانولوله‌ها خواهند بود. با نانولوله‌ها می‌توان، هم حسگر شیمیایی و هم حسگر مکانیکی ساخت.
به خاطر کوچک و نانومتر بودن ابعاد این حسگرها،
دقت و واکنش آنها بسیار زیاد خواهد بود، به گونه‌ای که حتی به چند اتم از یک گاز نیز واکنش نشان خواهند داد.
نمایشگر گسیل میدانی
نانولوله‌های کربنی می‌توانند عنوان بهترین گسیل کننده
میدانی را به خود اختصاص داده و ابزارهای الکترونی با راندمان و کارایی بالاتری تولید کنند.
خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله‌ها، تولیدکنندگان را قادر به تولید نوعی جدید از صفحه نمایش‌های تخت خواهد ساخت
که ضخامت آنها به اندازه چند اینچ بوده و نسبت به فناوری‌های فعلی از قیمت مناسب‌تری
برخوردار باشد. به علاوه کیفیت تصویر آنها هم به مراتب بهتر خواهد بود.
استحکام‌دهی کامپوزیت‌ها
توزیع یکنواخت نانولوله‌ها در زمینه کامپوزیت و بهبود چسبندگی نانولوله با زمینه در فرآوری این نانوکامپوزیت‌ها از موضوعات بسیار مهم است.
شیوه توزیع نانولوله‌ها در زمینه پلیمری از پارامترهای مهم در استحکام‌دهی به کامپوزیت می‌باشد.
آنچه از تحقیقات بر می‌آید این است که استفاده از خواص عالی نانولوله‌ها در
نانوکامپوزیت‌ها وابسته به استحکام پیوند فصل مشترک نانولوله و زمینه می‌باشد.
نکته دیگر آنکه خواص غیر همسانگردی نانولوله‌ها باعث می‌شود
که در کسر حجمی کمی از نانولوله‌ها رفتار جالبی در این نانوکامپوزیت‌ها پیدا شود.
از کاربردهای دیگر نانو لوله‌ها می‌توان به امکان ذخیره هیدروژن در پیل‌های سوختی، افزایش ظرفیت باتری‌ها و پیل‌های سوختی،
افزایش راندمان پیل‌های خورشیدی، جلیقه‌های ضدگلوله سبک و مستحکم، کابل‌های ابررسانا یا رسانای سبک، رنگ‌های رسانا،
روکش‌های کامپوزیتی ضد رادار، حصار حفاظتی الکترومغناطیسی در تجهیزات الکترونیکی، پلیمرهای رسانا، فیبرهای بسیار مقاوم،
پارچه‌های با قابلیت ذخیره انرژی الکتریکی جهت راه‌اندازی ادوات الکتریکی، ماهیچه‌های مصنوعی با قدرت تولید نیروی ۱۰۰ مرتبه بیشتر از ماهیچه‌های طبیعی،
صنایع نساجی، افزایش کارایی سرامیک‌ها، مواد پلاستیکی مستحکم، تشخیص گلوکز، محلولی برای اتصال درونی تراشه‌های بسیار سریع،
مدارهای منطقی و پردازنده‌های فوق سریع، کمک به درمان آسیب‌دیدگی مغز، دارورسانی به سلول‌های آسیب دیده، از بین بردن تومورهای سرطانی،
تجزیه هیدروژن، ژن‌درمانی، تصویربرداری، SPM، FEM، محافظ EMT، حسگرهای شیمیایی، SET و LED،
پیل‌های خورشیدی و نهایتاً LSI اشاره کرد. البته در چند مورد اخیر بیشتر از نوع تک جداره آن استفاده می‌شود.
جهت اطلاعات بیشتربه سایت پردیس فناوری کیش مراجعه کنید.