الأنابيب النانوية الكربونيةهي أشياء لا تصدق. يمكن أن تكون أقوى من الصلب بينما تكون أرق من شعر الإنسان.

كما أنها مستقرة للغاية وخفيفة الوزن ، ولها خصائص كهربائية ، حرارية وميكانيكية لا تصدق. لهذا السبب ، فإنهم يحملون إمكانية تطوير العديد من المواد المستقبلية المثيرة للاهتمام.

قد يحتفظون أيضًا بمفتاح بناء المواد وهياكل المستقبل ، مثل مصاعد الفضاء.

هنا ، نستكشف ما هي عليه ، وكيف يتم صنعهم والتطبيقات التي يميلون إليها. ليس من المفترض أن يكون هذا دليلًا شاملاً ويهدف فقط إلى استخدامه كنظرة عامة سريعة.

ماذاالأنابيب النانوية الكربونيةوخصائصهم؟

الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs لفترة قصيرة) ، كما يوحي الاسم ، هي هياكل أسطواني دقيقة مصنوعة من الكربون. ولكن ليس فقط أي كربون ، تتكون CNT من أوراق مدفوعة من طبقة واحدة من جزيئات الكربون تسمى الجرافين.

يميلون إلى القدوم في شكلين رئيسيين:

1. أحادي الجدران النانوية الكربونية(SWCNTS) - هذه تميل إلى أن يكون قطر أقل من 1 نانومتر.

2. الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران(MWCNTs) - تتكون هذه من أنابيب نانوية متناظرة بشكل متناثر وتميل إلى أن تصل إلى 100 نانومتر.

في كلتا الحالتين ، يمكن أن يكون لـ CNTs أطوال متغيرة من عدة ميكرومتر إلى سنتيمترات.

نظرًا لأن الأنابيب مبنية حصريًا من الجرافين ، فإنها تشترك في العديد من خصائصها المثيرة للاهتمام. CNTs ، على سبيل المثال ، مرتبطة بسندات SP2 - فهي قوية للغاية على المستوى الجزيئي.

تميل الأنابيب النانوية الكربونية أيضًا إلى الحبل معًا عبر قوى Van der Waals. هذا يوفر لهم بقوة عالية ووزن منخفض. كما أنها تميل إلى أن تكون مواد موصلة كهربائيا وموصل حراريا.

"يمكن أن تكون جدران CNT الفردية معدنية أو شبه موصلة اعتمادًا على اتجاه الشبكة فيما يتعلق بمحور الأنبوب ، والذي يسمى chirality."

تحتوي الأنابيب النانوية الكربونية أيضًا على خصائص حرارية وميكانيكية مذهلة أخرى تجعلها جذابة لتطوير مواد جديدة.

ماذا تفعل الأنابيب النانوية الكربونية؟

كما رأينا بالفعل ، فإن أنابيب الكربون النانوية لها بعض الخصائص غير العادية للغاية. لهذا السبب ، فإن CNTs لديها العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام والمتنوعة.

في الواقع ، اعتبارًا من عام 2013 ، وفقًا لـ Wikipedia عبر Science Direct ، تجاوز إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية عدة آلاف طن سنويًا. تحتوي هذه الأنابيب النانوية على العديد من التطبيقات ، بما في ذلك الاستخدام في:

• حلول تخزين الطاقة
• نمذجة الجهاز
• الهياكل المركبة
• أجزاء السيارات ، بما في ذلك محتملة في سيارات خلايا الوقود الهيدروجين
• أجسام القوارب
• البضائع الرياضية
• مرشحات المياه
• إلكترونيات رقيقة الأغشية
• الطلاء
• المحركات
• التدريع الكهرومغناطيسي
• المنسوجات
• التطبيقات الطبية الحيوية ، بما في ذلك هندسة الأنسجة للعظام والعضلات ، والتوصيل الكيميائي ، وأجهزة الاستشعار الحيوية والمزيد

ماذاالأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران?

كما رأينا بالفعل ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران هي تلك الأنابيب النانوية المصنوعة من العديد من الأنابيب النانوية المتشابكة. أنها تميل إلى أن يكون لها أقطار يمكن أن تتجاوز 100 نانومتر.

يمكن أن تصل إلى ما يزيد عن سنتيمترات في الطول وتميل إلى أن يكون لها نسب تعويدية تتراوح بين 10 و 10 ملايين.

يمكن أن تحتوي الأنابيب النانوية متعددة الجدران على ما بين 6 و 25 جدران متحدة المركز.

لدى MWCNTs بعض الخصائص الممتازة التي يمكن استغلالها في عدد كبير من التطبيقات التجارية. وتشمل هذه:

• الكهربائية: MWNTs موصلة للغاية عند دمجها بشكل صحيح في بنية مركبة. تجدر الإشارة إلى أن الجدار الخارجي وحده يجري ، والجدران الداخلية ليست مفيدة للتوصيل.
• مورفولوجيا: MWNTs لها نسبة عرضية عالية ، مع الأطوال عادة أكثر من 100 ضعف القطر ، وفي بعض الحالات أعلى بكثير. لا يعتمد أدائهم وتطبيقهم على نسبة العرض إلى الارتفاع فحسب ، ولكن أيضًا على درجة التشابك واستقامة الأنابيب ، والتي بدورها هي وظيفة لكل من درجة وبعد العيوب في الأنابيب.
• الفيزيائي: خالي من العيوب ، الفردية ، MWNTs لها قوة شد ممتازة وعندما يتم دمجها في مركب ، مثل مركبات الورم الحراري أو الحراري ، يمكن أن تزيد بشكل كبير من قوتها.