مقدمه نانومواد کربنی

برای مدت طولانی، مردم فقط می دانند که سه آلوتروپ کربن وجود دارد: الماس، گرافیت و کربن آمورف.با این حال، در سه دهه گذشته، از فولرن‌های صفر بعدی، نانولوله‌های کربنی یک‌بعدی تا گرافن دو بعدی به‌طور مداوم کشف شده‌اند، نانومواد کربنی جدید همچنان توجه جهان را به خود جلب می‌کنند.نانومواد کربنی را می توان با توجه به میزان محدودیت نانومقیاس در ابعاد فضایی به سه دسته نانومواد کربنی صفر بعدی، تک بعدی و دو بعدی طبقه بندی کرد.
نانومواد صفر بعدی به موادی اطلاق می‌شود که در مقیاس نانومتری در فضای سه‌بعدی قرار دارند، مانند نانو ذرات، خوشه‌های اتمی و نقاط کوانتومی.آنها معمولاً از تعداد کمی اتم و مولکول تشکیل شده اند.بسیاری از نانومواد کربن صفر بعدی مانند کربن سیاه، نانو الماس، نانو فولرن C60، ذرات نانو فلزی با پوشش کربن وجود دارد.

به محض اینکهC60کشف شد، شیمیدانان شروع به بررسی امکان کاربرد آنها در کاتالیزور کردند.در حال حاضر فولرن ها و مشتقات آنها در زمینه مواد کاتالیزوری عمدتاً شامل سه جنبه زیر است:

(1) فولرن ها به طور مستقیم به عنوان یک کاتالیزور.

(2) فولرن ها و مشتقات آنها به عنوان یک کاتالیزور همگن.

(3) کاربرد فولرن ها و مشتقات آنها در کاتالیزورهای ناهمگن.
ذرات نانو فلزی با پوشش کربن نوع جدیدی از کامپوزیت نانو کربن و فلز با ابعاد صفر هستند.با توجه به محدودیت پوسته کربن و اثر محافظتی، ذرات فلزی را می توان در یک فضای کوچک محصور کرد و نانوذرات فلزی پوشش داده شده در آن می تواند تحت تأثیر محیط خارجی به طور پایدار وجود داشته باشد.این نوع جدید از نانومواد کربن-فلز صفر بعدی دارای خواص اپتوالکترونیکی منحصربه‌فردی است و کاربردهای بسیار وسیعی در پزشکی، مواد ضبط مغناطیسی، مواد محافظ الکترومغناطیسی، مواد الکترود باتری لیتیومی و مواد کاتالیزوری دارد.

نانومواد کربن تک بعدی به این معنی است که الکترون ها آزادانه تنها در یک جهت غیر نانومقیاس حرکت می کنند و حرکت آن خطی است.نمایندگان معمولی مواد کربنی تک بعدی نانولوله های کربنی، نانوالیاف کربنی و موارد مشابه هستند.تفاوت بین این دو را می توان بر اساس قطر مواد برای تشخیص، همچنین می تواند بر اساس درجه گرافیتی شدن مواد تعریف شود.با توجه به قطر ماده به این معنی است که: قطر D زیر 50 نانومتر، ساختار توخالی داخلی معمولاً به عنوان نانولوله های کربنی نامیده می شود و قطر آن در محدوده 50-200 نانومتر، عمدتاً توسط ورق گرافیت چند لایه پیچ خورده، با هیچ ساختار توخالی آشکاری اغلب به عنوان نانوالیاف کربنی شناخته می شود.

با توجه به درجه گرافیتی شدن مواد، تعریف اشاره به گرافیت شدن بهتر است، جهت گیریگرافیتورق گرا به موازات محور لوله، نانولوله های کربنی نامیده می شود، در حالی که درجه گرافیتی شدن ساختار گرافیتی کم یا بدون ساختار است، چینش ورق های گرافیت به هم ریخته، مواد با ساختار توخالی در وسط و حتینانولوله های کربنی چند جدارههمه به نانوالیاف کربنی تقسیم می شوند.البته تمایز بین نانولوله های کربنی و نانوالیاف کربنی در اسناد مختلف مشخص نیست.

به نظر ما، صرف نظر از درجه گرافیتی شدن نانومواد کربنی، ما بین نانولوله های کربنی و نانوالیاف کربنی بر اساس وجود یا عدم وجود ساختار توخالی تمایز قائل می شویم.یعنی نانومواد کربنی تک بعدی که ساختار توخالی را تعریف می‌کنند، نانولوله‌های کربنی هستند که ساختار توخالی ندارند یا ساختار توخالی نانومواد کربنی نانوالیاف کربنی یک بعدی واضح نیستند.
نانومواد کربن دو بعدی: گرافن نماینده نانومواد کربنی دو بعدی است.مواد کاربردی دو بعدی که توسط گرافن نشان داده شده اند در سال های اخیر بسیار داغ بوده اند.این ماده ستاره ای خواص منحصر به فرد شگفت انگیزی در مکانیک، الکتریسیته، گرما و مغناطیس نشان می دهد.از نظر ساختاری، گرافن واحد اساسی است که سایر مواد کربنی را می‌سازد: تا فولرن‌های صفر بعدی تاب می‌خورد، به نانولوله‌های کربنی یک‌بعدی می‌پیچد و به گرافیت سه‌بعدی انباشته می‌شود.
به طور خلاصه، نانومواد کربنی همیشه یک موضوع داغ در تحقیقات علم و فناوری نانو بوده و پیشرفت‌های تحقیقاتی مهمی داشته‌اند.به دلیل ساختار منحصر به فرد و خواص فیزیکی و شیمیایی عالی، نانومواد کربنی به طور گسترده در مواد باتری لیتیوم یون، مواد اپتوالکترونیک، حامل های کاتالیزور، حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی، مواد ذخیره هیدروژن و مواد ابرخازن و دیگر جنبه های مورد استفاده قرار می گیرند.

چین Hongwu Micro-Nano Technology Co., Ltd — پیشرو صنعتی شدن مواد نانو کربنی، اولین تولید کننده داخلی نانولوله های کربنی و سایر مواد نانو کربنی برای تولید صنعتی و کاربرد با کیفیت برتر دنیا، تولید نانو کربن است. مواد کربن به سراسر جهان صادر شده است، پاسخ خوب است.بر اساس استراتژی توسعه ملی و مدیریت مدولار، Hongwu Nano به بازار محور، مبتنی بر فناوری، به عنوان ماموریت خود پایبند است تا خواسته های معقول مشتریان را برآورده کند، و تلاش های بی وقفه برای افزایش قدرت صنعت تولید چین انجام دهد.