نانولوله های کربنی ،سنتز ،شکل گیری و خواص آن

مقدمه

یکی از فراوان ترین عناصر غیرفلزی در طبیعت کربن چهار ظرفیتی با نشان c وعدد اتمی۶است که به دلیل داشتن توانایی ایجاد ساختارها واشکال گوناگون قطعاً یک استثناء به شمار می آید. ودارای سه آلوتروپ می باشد.

nano lule 1

١-الماس(سخت ترین کانی شناخته شده )

٢-گرافیت (یکی از نرم ترین مواد )

٣-فولرین

۱-الماس (Diamond)

A beautiful sparkling diamond on a light reflective surface. 3d image. Isolated white background.

بلور الماس مکعبی است واتم های کربن در یک پیکربندی چهار وجهی با پیوند هیبریدی مرتب شده است.

این پیوند قوی کووالانسی باعث شده تا الماس سخت ترین ماده شناخته شده محسوب شود به همین دلیل از جمله کاربردهای مهم تجاری الماس می توان به عنوان سنباده برای سایش وپرداخت فلزات وبه عنوان یک پوشش برای ابزار های برش نام برد .همچنین فیلم های آمورف از الماس با مخلوطی از کربن های پیوند شده با هبیرید ,  نیز وجود دارند مثل Ta-c

۲-  گرافیت

gerafit 1gerafit 2

گرافیت از یک ساختار شش وجهی با اتم های کربن که در یک پیکر بندی با پیوند های هیبرید شده منظم شده اند ، تشکیل شده است .این ترتیب اتمی منجر به تشکیل صفحات لایه ای یا ورقه های (sheet) گرافن با فاصله ٣۵۴/٣ آنگسترم شده است .پیوند کووالانسی قوی بین اتم ها در ورقه ی گرافن وجود دارد . برخلاف الماس ، نیرو های واندروالس بین صفحات لایه ای وجود دارد تا آنها را کنار هم نگه دارد .به دلیل بر هم کنش ها ی ضعیف است که ورقه های گرافن (یک تک لایه از گرافیت )می تواند در سراسر هر لایه روی هم بلغزند وخصوصیت یک روان کننده خوب را به این ماده  می دهد .انواع دیگری از مواد کربنی با هیبرید  وجود دارند .به عنوان مثال زمانی که ابعاد صفحه ای ورقه های گرافن کوچک است وفاصله بین آنها بزرگ باشد این کربن به عنوان غیر متبلور (آمورف) طبقه بندی می شود .به عنوان مثال پودر ها ،کربن شیشه ای و…

 

٣- فولرن (Fullerene)

foluren
یک فرم مرموز از کربن که به عنوان ((Bucky ball)) یا فولرن شناخته شده است ،وجود دارد که در سال ١٩٨۵ کشف شده است شبیه یک توپ فوتبال است وشامل ۶٠ اتم کربن  cدر یک ساختار کروی  است که ٢٠  شش وجهی و١٢  پنج وجهی روی سطح منظم شده اند . هر کربن فولرن دارای هیبرید   وبا سه اتم دیگر پیوند های سیگما تشکیل می دهند.

این کشف منجر به گسترش تحقیقات روی C60 وتنوعات این ساختار (مثل نانو کربن ) گردید .این مولکول ها ی قفس مانند با فرمول های C10،C60 ،C78  شناخته شده اند و فولرن توسط روش های متنوعی در آزمایشگاه می تواند سنتز شود که همگی شامل تولید یک بخار یا پلاسما ی غنی شده از کربن  می باشد .در تمامی روش های رایج برای سنتز فولرن در ابتداC60،۱۰C تولید می شوند وامروزه این مولکول ها در مقادیر گرمی در آزمایشگاه ها تهیه می شوند وبه طور تجاری در دسترس هستند .

آنچه که مورد نظر ما در این مقاله است مولکولی است که از کشیدن بسط یک فولرین کروی حول یک محور آن حاصل می شود .این مولکول ها را نانو لوله می نامند که در سال ١٩٩١توسط ای جی ما  در آزمایشگاه مرکزی شرکت (NEC) کشف شد.در ابتدا شما رابا مفهوم نانو فناوری و سپس نانو آشنا خواهیم کرد تا در ادامه بتوانید راحت تر با مطالب  این مقاله ارتباط برقرار سازید .نانو فناوری یعنی کار با مواد در ابعاد مولکولی یعنی حدود نانومترحال در اینجا سوال دیگری مطرح است که یک نانومتر یعنی چه؟ یکی از راه های پی بردن به مقیاس نانو این است که در مقیاس بزرگ تر به سمت مقیاس کوچکتر یعنی نانو حرکت کنیم .اگر از اندازه ۵ مترشروع کنیم به کوچک شدن وهزار بار کوچک شویم به حدود ١میلی متر (اندازه ی تارمو) می رسیم واگر ١٠٠ بار دیگر کوچک شویم به حدود ١٠ میکرو متر (اندازه گلبول قرمز )می رسیم ،اگر ١٠بار دیگر کوچک شویم به حدود ١میکرومتر (اندازه هسته سلول )می رسیم ،اگر ١٠ مرتبه دیگر کوچک شویم به اندازه ١٠٠ نانومترمی رسیم (اندازه ی رشته ی کروموزم )واگر این بار ١٠برابر کوچک شویم به ١٠نانو متر (اندازه ی رشته های DNA ) میرسیم،بار دیگر ١٠مرتبه کوچک می شویم اکنون ما به اندازه ی اتم های ١ نانو متری کربن رسیده ایم.
سوالی که برای اکثر ما پیش می آید این است که تغییر اندازه، چگونه در خواص شیمیایی مواد تاثیر می گذارد؟
از جمله تغییرات شیمیایی که بر اثر کوچک شدن ذرات تا اندازه نانومتری به وجود می آید عبارت اند از:
۱- تغییر رنگ :حتما بارها خرده‌های یک شیشه شکسته شده را دیده‌اید. ذرات حاصل از شکستن یک شیشه هر چه قدر هم که کوچک باشند، باز به بی ‌رنگی و شفافیت شیشه اولیه هستند.اما این قاعده در مقیاس نانو صادق نیست. یعنی موادی وجود دارند که رنگ ذرات چند نانومتری آنها، با رنگ ذرات بزرگ‌ترشان متفاوت است . طلا و نقره، شناخته شده‌ ترین نمونه‌های این مواد هستند. این پدیده در دنیای ماکرومقیاس ما یک اتفاق غیر معمول است!برای مثال اتم طلا در اندازه ۳۰ تا ۵۰۰ نانومتر به رنگ آبی، در اندازه ۳ تا ۳۰ نانومتر به رنگ قرمز و در اندازه ی کمتر از ۱ نانو متر به رنگ زرد است. اما از آن غیرعادی‌تر این است که نانو ذرات نقره با تغییر شکل هندسی هم تغییر رنگ می‌دهند! برای مثال : نانو ذرات کروی نقره ۴۰ نانومتری به رنگ آبی پر رنگ،نانو ذرات کروی نقره ۸۰ نانو متری آبی کم رنگ، نانو ذرات کروی نقره ۱۲۰ نانو متری زرد رنگ،نانو ذرات کروی طلا ۵۰ نانو متری سبز رنگ،نانو ذرات کروی طلا ۱۰۰ نانو متری نارنجی رنگ و نانو ذرات هرمی شکل طلا ۱۰۰ نانو متری قرمز رنگ هستند.
۲- تغییر شفافیت :شفافیت، یک خاصیت فیزیکی است و نشان دهنده میزان توانایی یک ماده ،در عبور دادن نور مرئی از خود است. یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می‌تواند از آن عبور کند یا جذب آن گردد یا بازتاب شود. اگر ماده‌ای پرتوهای نور را جذب ‌کند و یا آنها را باز ‌تاب کند نور را مسدود کرده است. مواد مختلف بسته به عملکردشان در برابر تابش نور، می‌تواند کاربردهای فراوانی داشته باشد. به عنوان مثال اکسید روی و اکسید تیتانیوم نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند و نور مرئی را بازتاب می‌کنند. این مواد ،که به رنگ سفید دیده می‌شوند، گزینه‌های بسیار مناسبی برای کرم‌های ضد آفتاب هستند. البته افراد بسیاری، رنگ سفیدی را که این کرم‌ها بر روی پوست ایجاد می‌کنند، دوست ندارند. خوشبختانه این مشکل را می‌توان با کوچک کردن اندازه ذرات این مواد حل کرد.
نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود اینکه نور ماورای بنفش را کاملا جذب می‌کنند، برخلاف ذرات بزرگتر کاملا شفاف هستند. البته این امر، ناشی از عبور نور مرئی از این ذرات نیست، بلکه به سبب آن است که اندازه نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، کوچک‌ تر از طول موج نور مرئی (۴۰۰-۷۰۰ نانومتر) است و از این ‌رو این ذرات توانایی بازتابش نور مرئی را ندارند.

۳- تغییر خواص مغناطیسی: کمی براده آهن را در یک لیوان آب حل کنید و آن را خوب به هم بزنید. قبل از اینکه براده‌ها ته‌نشین شوند، یک آهن‌ربا را به لیوان نزدیک کنید. چه اتفاقی می‌افتد؟ آیا مخلوط آب و براده نسبت به میدان مغناطیسی آهن‌ربا عکس‌العملی نشان می‌دهد؟ اگر این آزمایش را خیلی خوب انجام داده باشید، بهترین نتیجه حاصل، جذب ذرات براده توسط آهنربا است. اما اگر همین آزمایش را توسط ذرات نانومتری آهن (یا کبالت) تکرار کنیم، نتیجه متفاوت خواهد بود.

سیال مغناطیسی (فروفلوید) ،مایعی است متشکل از نانوذرات فرومغناطیس (مانند آهن و کبالت) که در آب یا یک حلال آلی معلق شده‌اند. این مایع در حضور یک آهنربا (میدان مغناطیسی) خاصیت مغنایسی بسیار قوی از خود نشان می‌دهد؛به نحوی که با حرکت آهن‌ربا در اطراف این مایع می‌توان آنرا به شکل‌های سه‌بعدی زیبایی درآورد. البته این سیال تا زمانی از خود چنین خاصیتی نشان می‌دهد، که ذرات نانومتری آن (تحت نیروهای بین‌مولکولی) به یکدیگر نچسبند.
۴- تغییر واکنش پذیری: خواص شیمیایی یک ماده، خواصی هستند که به طور مستقل نمی‌توان آنها را اندازه‌گیری کرد. به این معنا که مقدار یک خاصیت‌ شیمیایی، در طی واکنش و برهم‌ کنش یک ماده با مواد دیگر مشخص می‌شود. واکنش‌ پذیری یا تمایل یک ماده برای واکنش با سایر مواد، از جمله مهمترین خواص شیمیایی است. بیشتر ما صحنه شعله‌ ور شدن سدیم، لیتیم یا پتاسیم را در تماس با آب دیده‌ایم . همه اینها عناصری هستند که به شدت واکنش‌ پذیرند؛ تا آنجا که نمی‌توان آنها را مانند سایر عناصر در تماس با هوا نگه داشت. اما در مقابل با انداختن یک انگشتر طلا در یک لیوان آب اتفاقی نمی‌افتد و یا پنجره‌های آلومینیومی بدون هرگونه مشکلی در مجاورت هوا استفاده می‌شوند (البته این به مدد لایه مقاوم اکسیدی است که بر روی سطح آلومینیوم تشکیل می‌شود). اما همین مواد در مقیاس نانو، رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند. واکنش ‌پذیری مواد در مقیاس نانو افزایش چشمگیری پیدا می‌کند. در این مقیاس ذرات طلا نه تنها واکنش‌ پذیری بالایی دارند، بلکه برای افزایش سرعت واکنش مواد دیگر (به عنوان کاتالیزگر) نیز استفاده می‌شوند. نانوذرات آلومینیوم در هوا آتش می‌گیرند و می‌توان از آنها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد. افزایش واکنش‌ پذیری مواد در این مقیاس، امکان ساخت کاتالیزگرهای بسیار قوی‌تری را برای ما فراهم کرده است. تا آنجا که پیش ‌بینی می‌شود بتوانیم با استفاده از نانوکاتالیزگرها، واکنش‌های بازگشت‌ ناپذیر بسیاری را (مانند تشکیل گازهای سمی NO و CO) در دما و فشار محیط برگشت‌ پذیر کنیم.
در خاتمه: آنچه گفته شد تنها مثال‌های محدودی از تغییر ویژگی‌های یک ماده در مقیاس نانو است. نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، خواص مکانیکی و ده‌ها خاصیت فیزیکی و شیمیایی شناخته شده دیگر نیز در این مقیاس تغییر می‌کنند. گویا دیگر نمی‌توانیم بدون در نظر گرفتن اندازه ذرات یک ماده، آنرا از روی خواصش شناسایی کنیم. برخی برای حل این مشکل پیشنهاد داده‌اند که یک بُعد دیگر به جدول تناوبی مندلیف اضافه کنیم؛ بدین معنی که برای مشخص کردن خواص یک عنصر، علاوه بر اینکه باید نام آن عنصر و جایگاه آن را در جدول مندلیف مشخص کنیم، لازم است که معلوم کنیم خواص عنصر را در چه ابعادی می‌خواهیم. ما در دنیای ماکرومقیاس اطرافمان، مواد را با توجه به خواصشان دسته‌بندی می‌کنیم و سپس متناسب با این خواص، آنها را برای انجام کارهای مختلف انتخاب می‌کنیم. برای ساخت پنجره از شیشه استفاده می‌کنیم، زیرا شفاف است و نور را از خود عبور می‌دهد؛ برای ساخت زیور آلات ماندگار از طلا استفاده می‌کنیم، زیرا واکنش‌پذیری پایینی دارد و اکسید نمی‌شود؛ برق را با رشته‌های مسی انتقال می‌دهیم، چرا که پس از طلا و نقره بیشترین ضریب انتقال الکتریکی را در بین عناصر مختلف دارد؛ و از آنجا که فولاد یکی از سخت‌ ترین مواد دنیای ماست، ابزارهای بزرگ صنعتی‌ مان را از آن می‌سازیم.

nano loole carboni

 نانو لوله های کربنی استوانه های تو خالی از تک ورقه های گرافیتی هستند که به شکل استوانه پیچیده شده اند .این نانو لوله های کربنی شامل دو نوع نانو لوله های تک جداره ونانو لوله های چند جداره هستند .

نانولوله های تک جداره ساده ترین هندسه را داشته و قطر آن در محدوده ٨/٠ تا ٢نانو متر است در حالی که نانو لوله های چند جداره از چندین استوانه هم محور تشکیل شده که قطر آنها به بیش از١٠٠نانو متر میرسد .

نانو لوله های کربنی دسته ی جدیدی از نانو ساختارها  هستند که به طور قابل توجهی از اتم های کربن تشکیل شده اند .نانو لوله های کربنی ، ساختارهایی هستند که در عین انعطاف پذیری استحکام بالایی داشته و قدرت کششی مشابه فولاد دارند از لحاظ شیمیایی در برابر خوردگی مقاوم وتحت اتمسفر خنثی تا دمای بالای ١٠٠٠درجه سانتی گراد پایداری حرارتی دارند .

نانو لوله های کربنی می توانند مانند فلزات یا نیمه رسانا هاعمل می کنند وبا توجه به ساختار قطرو چرخش خواص فلزی یا نیمه رسانا داشته باشند . این به این دلیل است که الکترون ها بسته به نحوه ی آرایش نانو لوله های کربن به طور متفاوتی در طول نانو لوله های کربنی حرکت می کنند که باعث ایجاد خصوصیات  نیمه رسانایی یا فلزی در این مواد می شود . براین اساس رسانایی الکتریکی این ساختار ها ١٠٠٠برابر مس است. سنتزکنترل شده در نانو لوله های کربنی فرصت جالبی را در علوم نانو ونانوتکنولوژی از جمله برق ، مکانیک ، وخواص و دستگاه های الکترو مکانیک عوامل شیمیایی ، شیمی سطح وفتوشیمی ، سنسور های مولکولی و ارتباط با سیستم های بیولوژیکی نرم ایجاد کرده است.

۱٫سنتز به طور کلی به معنی ساختن است .سنتز یک ماده به معنی ساختن یا درست کردن آن ماده می باشد .حال این ساختن ممکن است از چند مرحله یا یک مرحله تشکیل شود .ممکن است شامل واکنش های تجزیه یا ترکیب باشد ،به هر حال در این گونه واکنش ها ،هدف رسیدن به یک ماده شیمیایی خاص است.

روش های شناخته شده برای سنتز (تهیه )نانو لوله های کربنی

مهمترین روش های تولید نانولوله های کربنی،روش های تخلیه ی قوس الکتریکی، تبخیر لیزری و رسوب گذاری بخار شیمیایی است.

قوس الکتریکی چیست؟

تاریخچه

در سال ۱۸۰۲ پتروف (V.P.Petrof) کشف کرد که اگر دو تکه زغال چوب را به قطب های باتری بزرگی وصل کنیم و آنها را به هم تماس دهیم و سپس کمی از هم جدا کنیم شعله روشنی بین دو تکه زغال دیده می شود. و انتهای آنها که از شدت گرما سفید شده است نور خیره کننده ای گسیل می دارد. قوس الکتریکی هفت سال بعد دیوی (H.Davy) فیزیکدان انگلیسی این پدیده را مشاهده نمود و پیشنهاد کرد که این پدیده به احترام ولتا قوس ولتا نامیده شود.

آزمایش ساده

اگر بخواهیم در یک روش ساده ای ایجاد قوس الکتریکی را نشان دهیم باید دو تکه کربن را روی گیره قابل تنظیم سوار نمود (بهتر است که به جای زغال چوب معمولی میله خاصی که از کربن قوس ساخته می شود و با فشار دادن مخلوط گرافیت ، کربن سیاه و مواد چسبنده به وجود می آیند، استفاده شود).

چشمه جریان می تواند برق شهر هم باشد برای اجتناب ازاینکه در لحظه تماس تکه های کربن مدار کوتاه ایجاد شود باید رئوستایی به طور متوالی به قوس وصل شود.

معمولا برق شهر با جریان متناوب تغذیه می شود. ولی در صورتی که جریان مستقیم از آن عبور کند قوس پایدارتر است به طوری که یکی از الکترودها همیشه مثبت «کاتد» و دیگری همواره منفی «آند» است.

ماهیت قوس الکتریکی

در قوس الکتریکی الکترودها در اثر حرارت سفید رنگ می شود. ستونی از گاز ملتهب رسانای خوب الکتریکی بین الکترودها وجود دارد. در قوس معمولی این ستون نوری بسیار کمتر از نور تکه های کربن سفید شده از آزمایش‌های مربوط به گرما گسیل می کنند. چون الکترود مثبت دمایش از الکترود منفی بیشتر است زود تر از بین می رود. در نتیجه تصعید شدید کربن صورت گرفته و در آن الکترود (الکترود مثبت) فرورفتگی به وجود می آید که به دهانه مثبت معروف است و داغ ترین نقطه الکترودهاست.

دمای دهانه در هوا و در فشار جو به ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد می رسد. در لامپ های قوسی سازوکارهای منظم و خود کار خاصی برای نزدیک کردن تکه های کربن با سرعت یکنواخت وقتی با سوختن از بین می روند، مورد استفاده قرار می گیرند. برای اینکه سایش و خوردگی الکترود مثبت به خاطر دمای بالایش بیشتر است،برای همین همیشه الکترود کربن مثبت ضخیمتر از الکترود منفی اختیار می شود.

-تخلیه قوس الکتریکی

(Electric ARC discharge)

روش تخلیه ی قوس الکتریکی همان روشی است که اولین بار توسط ایجیما به کار برده شد.دراین روش از دو الکترود گرافیت استفاده می شود که آنها را درفاصله کمی از یکدیگر قرار می دهند به خاطر اینکه خلوص بدست آمده در روش ایجیما بسیار پایین بود Journet وهمکارانش در سال ۱۹۹۷ به دستکاری متد بکار رفته توسط ایجیما پرداختند.
این دستگاه از دو الکترود که در امتداد یکدیگر به صورت افقی قرار گرفته اند تشکیل شده است.یکی از الکترود ها با قطر ۱۶ وطول ۴۰ میلی متر به عنوان آند و الکترود دیگر با قطر ۱۶ وطول ۱۰۰ میلی متر به عنوان کاتد استفاده می شود.داخل الکترود کاتد حفره ای به طول ۴۰میلی متر تعبیه شده است.درون حفره را از مواد گرافیت وکاتالیست های فلزی مانند نیکل پر می کنند. آوردن نانو لوله عمود بودن یا در امتداد هم قرار داشتن کاتد وآند تاثیر چندانی درسنتز ندارد برای اجرای قوس الکتریکی باید محیط اطراف دستگاه را ابتدا خلا کرده وسپس در فشاری پایین از هلیوم ویا آرگون که گازهای بی اثر هستند پر کنیم .قوس الکتریکی بین دو الکترود برقرارمی شود و در اثر تخلیه ی الکتریکی ناشی از آن دوده ی خامی در اطراف الکترود ها ایجاد می شود.

محصولات این دوده، نانولوله ی کربنی و مقدار زیادی کربن آمورف است.
یکی از عوامل مهم در سنتز نانو لوله ها به روش قوس الکتریکی پایداری قوس الکتریکی اعمال شده ونیز مقدار شدت جریان و ولتاژ است که می تواند در مقدار محصول بدست آمده موثر باشد.در صورتی که محصول مورد نظر نانولوله های چند دیواره باشند دیگر اجباری در استفاده از کاتالیزگرها نداریم.
با اینکه محصول به دست آمده با روش تخلیه ی قوس الکتریکی به خاطر محدود بودن وسایل آزمایش بسیار کم است، این روش توسط بسیاری از پژوهشگران اجرا می شود زیرا مقدارمحصول برای یک کار تحقیقی روی نانو لوله اهمیت خاصی ندارد بلکه آنچه مهم است خلوص محصول وکامل بودن ساختار آن است که روش قوس الکتریکی تا حد زیادی این مشکل را بر طرف می کند ولی مشکل دیگردر روش تخلیه ی قوس الکتریکی تکنیک خلا است که در بسیاری از آزمایشگاههای سطح پایین ،امکان آن وجود ندارد ونیز استفاده از هلیم وآرگون که هر دو گازهای گرانی هستند هر چند در بعضی از روشها از گاز هیدروژن استفاده شده است ولی این مورد تاثیر چندانی نداشته و امکان انفجار وخطرات جانبی هیدروژن وجود دارد. پایداری قوس الکتریکی عامل مهمی در سنتز به شمار می آید با این وجود استفاده از یک منبع تغذیه ی DC میتواند تاثیر خوبی در سنتز داشته باشد .آزمایشات نشان داده هر چه اندازه ی شدت جریان نسبت به اختلاف پتانسیل بیشتر باشد شرایط بهتر است ولی رسیدن به چنین جریان هائی بسیار مشکل است.
۴٫معانی زیادی برای کاتالیست ارائه شده استاما گویا ترین آن ها در دیکشنری انگلیسی آکسفورد بوده که کاتالیست را به صورت یک ماده که سرعت واکنش شیمیایی را افزایش داده بدون اینکه خود در آنها شرکت کند

-لایه ی نشانی بخار شیمیایی مواد آلی فلزی

(انباشت بخار شیمیایی )(CVD)

cvd

در دوروش اول بازده کار زیاد نیست و نانو لوله های کربنی در جهت های تصادفی قرار می گیرد ولی برای تولید نانو لوله ها ی تک جداره بسیار مناسبند .در روش   CVD بازده تولید خیلی بیشتر از دو روش اول است و همچنین رشد نانو لوله ها قابل کنترل بوده ومی توان آن ها را در مکانها وجهت های دلخواه رشد داد ، که این امر در الکترونیک بسیار مهم است . تولید نانولوله ی کربنی با هر دو روش فوق دارای بازدهی بیش از ۷۰درصد می باشد ولی اشکال این روش ها این است که اولا تبخیر اتم های کربن از هدف گرافیتی در دماهای بسیار بالا صورت می گیرد ثانیا این روش ها اصطلاحا تشکیل طناب ها یا بسته های نانولوله را می دهند و باعث مشکل شدن تخلیص و کاربردشان می شوند ومقدار نانولوله ی تولید شده در حد چند گرم است.
استفاده از روش CVD  مشکلات فوق را مرتفع می سازد از فرایند رشد کاتالیزوری گازهای حاوی عنصر کربن در دمای بالا و در حضور نانو ذرات فلزی به عنوان کاتالیست استفاده می شود.
منبع تامین کربن ترکیباتی مانند مونوکسید کربن، هیدروکربن های آروماتیک ،هیدروکربن های غیرآروماتیک و هیدروکربن های اکسیژن دار می باشند.کاتالیزورهای مورد استفاده متفاوت بوده اما حداقل حاوی یک فلز از گروه VIII مانند نیکل، کبالت،پلاتین و …و حداقل یک فلز از گروه VIb مانند تنگستن و کروم هستند.
مخلوطی از گازهای هیدروکربنی و گاز آرگون(برایمحافظت از آلودگی) وارد کوره شده و پس از انجام واکنش های شیمیایی، نانولوله ی کربنی روی بستر رسوب می کند.مواد فلزی کاتالیزوری روی بستر قرار دارند.در این روش گاز حاوی کربن روی سطح کاتالیست تجزیه شده و اتم های کربن تولید می شوند.انجام این فرایند به تولید همزمان نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره منتهی می گردد.در سال های اخیر با اصلاح شرایط فرآیند، تولید نانولوله های تک دیواره با خلوص بالاتر از ۹۰ درصد امکان پذیر شده است.تولید نانولوله های کربنی تک دیواره با روش CVD شامل دو مرحله ی اساسی تولید کاتالیست و انجام فرایند تولید است.در ابتدا فلز کاتالیست را درون یک ماده ی زمینه توزیع می کنند.پس از تولید کاتالیست در مرحله ی دوم از روش CVD استفاده می شود. معمولا کاتالیزور تهیه شده و مجموعه در داخل یک کوره ی استوانه ای مطابق شکل فوق قرار داده می شود سپس همراه با عبور گاز بی اثر دمای کوره افزایش داده می شود.در ادامه با قطع جریان گاز بی اثر، گاز هیدروکربن با جریان مشخص و برای مدت زمان دلخواه در راکتور جریان یافته و سنتز نانو لوله ی کربنی بر روی کاتالیست صورت می گیرد. پس از گذشت زمان موردنیاز،جریان گاز هیدروکربن قطع و جریان گاز بی اثر مجددا برقرار می گردد و کوره تا دمای اتاق سرد می شود.

 

خواص شیمیایی نانو لوله ها  

همانطور که در مقدمه به خواص مکانیکی و الکتریکی نانو لوله ها اشاره کردیم حال خواص شیمیایی نانو لوله ها را مطرح خواهیم کرد . نانو لوله همچنین از خواص شیمیایی ممتازی نیز برخوردار اند . به عنوان مثال توانایی آن ها  در جذب درصد بالایی از هیدروژن موضوعی است که در سال های اخیر در سطح جهانی مورد توجه قرار گرفته است ،چرا که آن ها را به عنوان منبع ذخیره سازی هیدروژن مطرح می کند که برای استفاده در ماشین های هیدروژن سوز ایده ال است .تولید اتومبیل هایی که به جای سوخت فسیلی از هیدروژن استفاده کنند یکی از راه های اساسی مقابله با تولید گازهای گلخانه ای به خصوص گاز دیوکسید کربن است که از استفاده از سوخت های فسیلی ناشی می شود. آب مهمترین منبع طبیعی هیدروژن در سطح زمین محسوب می شود انتشار این گازها در جو زمین باعث افزایش دمای کره زمین می شود و به گفته بسیاری از پژوهشگران، تغییرات نامطلوبی را در محیط زیست در پی می آورد. پیش از این نمونه های آزمایشی متعددی از اتومبیل هایی با موتور استفاده کننده از هیدروژن طراحی و تولید شده اما تاکنون هیچکدام به مرحله تولید تجاری نرسیده بود. به گفته کارشناسان، در اتومبیل های “هیدروژن سوز” می توان از دو نوع موتور استفاده کرد. در نوع موتور “انفجاری”، به جای مخلوط بنزین و اکسیژن، گاز هیدروژن و اکسیژن وارد سیلندرها می شود و انفجار این مخلوط، سیلندرها را به حرکت در می آورد. در این روش، نیازی به ایجاد تغییرات عمده ای در ساخت موتور اتومبیل نیست اما چنین موتورهایی در مقایسه با موتور بنزین سوز، کارآیی به مراتب کمتری دارد. در نوع دوم، که در اتومبیل جدید هوندا به کار رفته، از ترکیب هیدروژن و اکسیژن، برق تولید می شود که موتور برقی اتومبیل را به حرکت می اندازد. گاز هیدروژن را می توان از منابع مختلف از جمله مواد نفتی، ذغال سنگ و برخی فضولات طبیعی استخراج کرد اما استخراج هیدروژن از این منابع نیز مستلزم استفاده از سوخت های مختلف است. همچنین در سال های اخیر گزارش های زیادی مبنی بر استفاده از نانو لوله ها به عنوان حس گرهای گاز به چشم می خورد  که آن ها را به عنوان حس گرهای پیش رفته گاز مطرح می کند.

منابع 
۱٫فرید ناصح نیا,بهرام گنجی پور,عزت الله عرضی,ابراهیم یوسف نژاد,سید شمش الدین مهاجرزاده وسید امیر مسعود میری((ساخت نانو لوله های کربنی چند جداره به روش انباشت بخار شیمیایی پلاسمایی وبررسی نقش کاتالیزور و دما و مدت زمان آزمایش بر رشد نانو لوله ها)),مجله پژوهش فیزیک ایران,۲,تابستان۱۳۸۳, ۱۰۸-۱۰۴٫

۲٫منیره شکیبا نهاد,قدسی محمدی زیارانی,علیرضا بدیعی((کاربرد واکنش کلیک در اصلاح سطح نانو لوله های کربنی   تک جداره)),ماهنامه فناوری نانو,۱,فروردین۱۳۹۱, ۳۰-۲۸٫

۳٫علی قربان پورآرانی,محمد شریف زارعی,مهدی محمدی مهر((تاثیر حرارت بر کمانش پیچشی نانو لوله کربنی دو جداره تحت .hongjie بسترالاستیک,نوع پاسترناک)),فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی مکانیک جامدات,۱,تابستان۱۳۹۰, ۱۶-۱۲٫٫

۴٫سیستم جامع آموزشی فناوری نانو.www.edu.nano.ir

۵٫شبکه فیزیک هوپا     www.hupaa.com

www.CARNP.com   .۶

http://forum.paperdll.com .7

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *