نانولوله های کربنیچیزهای باور نکردنی هستندآنها می توانند از فولاد قوی تر باشند در حالی که از موی انسان نازک تر هستند.

آنها همچنین بسیار پایدار، سبک وزن و دارای خواص الکتریکی، حرارتی و مکانیکی باورنکردنی هستند.به همین دلیل، آنها پتانسیل توسعه بسیاری از مواد جالب آینده را دارند.

آنها همچنین ممکن است کلید ساخت مصالح و سازه های آینده مانند آسانسورهای فضایی را در اختیار داشته باشند.

در اینجا، ما بررسی می کنیم که آنها چه هستند، چگونه ساخته شده اند و چه کاربردهایی دارند.این به معنای یک راهنمای جامع نیست و فقط به عنوان یک نمای کلی سریع استفاده می شود.

چه هستندنانولوله های کربنیو خواص آنها؟

نانولوله های کربنی (به اختصار CNT) همانطور که از نام آن پیداست، ساختارهای استوانه ای کوچکی هستند که از کربن ساخته شده اند.اما نه هر کربنی، CNT ها از ورقه های رول شده از یک لایه واحد از مولکول های کربن به نام گرافن تشکیل شده اند.

آنها تمایل دارند به دو شکل اصلی ظاهر شوند:

1. نانولوله های کربنی تک جداره(SWCNTs) - قطر آنها کمتر از 1 نانومتر است.

2. نانولوله های کربنی چند جداره(MWCNTs) - این نانولوله‌ها از چندین نانولوله به هم پیوسته تشکیل شده‌اند و قطرهایی دارند که می‌توانند به بیش از 100 نانومتر برسند.

در هر صورت، CNT ها می توانند طول های متغیری از بین چند میکرومتر تا سانتی متر داشته باشند.

از آنجایی که لوله ها منحصراً از گرافن ساخته شده اند، بسیاری از خواص جالب آن را به اشتراک می گذارند.به عنوان مثال، CNT ها با پیوندهای sp2 پیوند می خورند - این پیوندها در سطح مولکولی بسیار قوی هستند.

نانولوله‌های کربنی نیز تمایل دارند تا از طریق نیروهای واندروالس به هم طناب بزنند.این به آنها استحکام بالا و وزن کم می دهد.آنها همچنین تمایل دارند مواد بسیار رسانای الکتریکی و رسانای حرارتی باشند.

جداره های CNT می توانند فلزی یا نیمه هادی باشند، بسته به جهت شبکه نسبت به محور لوله، که به آن کایرالیته می گویند.

نانولوله های کربنی همچنین دارای خواص حرارتی و مکانیکی شگفت انگیز دیگری هستند که آنها را برای توسعه مواد جدید جذاب می کند.

نانولوله های کربنی چه کار می کنند؟

همانطور که قبلاً دیدیم، نانولوله های کربنی دارای خواص بسیار غیرعادی هستند.به همین دلیل CNT ها کاربردهای جالب و متنوع زیادی دارند.

در واقع، طبق اطلاعات ویکی‌پدیا از طریق Science Direct، تا سال 2013، تولید نانولوله‌های کربنی از چند هزار تن در سال فراتر رفت.این نانولوله ها کاربردهای زیادی دارند، از جمله کاربرد در موارد زیر:

• راه حل های ذخیره انرژی
• مدل سازی دستگاه
• سازه های مرکب
• قطعات خودرو، از جمله به طور بالقوه در خودروهای سلول سوختی هیدروژنی
• بدنه قایق
• محصولات ورزشی
• فیلترهای آب
• الکترونیک لایه نازک
• پوشش ها
• عملگرها
• محافظ الکترومغناطیسی
• منسوجات
• کاربردهای زیست پزشکی، از جمله مهندسی بافت استخوان و ماهیچه، تحویل شیمیایی، حسگرهای زیستی و غیره

چه هستندنانولوله های کربنی چند جداره?

همانطور که قبلاً دیدیم، نانولوله‌های کربنی چند دیواره آن دسته از نانولوله‌هایی هستند که از چندین نانولوله به هم پیوسته متحدالمرکز ساخته شده‌اند.قطر آنها می تواند به بیش از 100 نانومتر برسد.

طول آنها می تواند به بیش از سانتی متر برسد و نسبت ابعادی بین 10 تا 10 میلیون متغیر است.

نانولوله های چند جداره می توانند بین 6 تا 25 یا بیشتر دیواره متحدالمرکز داشته باشند.

MWCNT ها دارای برخی ویژگی های عالی هستند که می توانند در تعداد زیادی از کاربردهای تجاری مورد بهره برداری قرار گیرند.این شامل :

• الکتریکی: MWNT ها هنگامی که به درستی در یک ساختار کامپوزیتی ادغام شوند، رسانایی بالایی دارند.لازم به ذکر است که دیوار بیرونی به تنهایی رسانا است، دیواره های داخلی برای رسانایی ابزاری نیستند.
• مورفولوژی: MWNT ها نسبت ابعاد بالایی دارند و طول آنها معمولاً بیش از 100 برابر قطر و در موارد خاص بسیار بیشتر است.عملکرد و کاربرد آنها نه تنها بر اساس نسبت ابعاد، بلکه بر اساس درجه درهم تنیدگی و صاف بودن لوله ها است که به نوبه خود تابعی از درجه و ابعاد نقص در لوله ها است.
• فیزیکی: MWNT های بدون نقص، منفرد، دارای استحکام کششی عالی هستند و هنگامی که در یک کامپوزیت، مانند ترموپلاستیک یا ترکیبات ترموست ادغام شوند، می توانند استحکام آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.