ساخت نانو لوله های کربنی با روش آسان

در تازه ترین دستاوردهای محققان، روشی امیدبخش و متحول کننده برای تولید نانو لوله های کربنی با استفاده از نوعی حلال صنعتی و متداول ارائه شده است.

به گزارش کمولوژی، پژوهشگر دانشگاه نورث وسترن، «ژیاخینگ هاونگ» خود را برای آغاز دوباره تحقیق درباره نانو لوله های کربنی آماده کرده است. او تصمیم دارد هدف خود را با یک ماده شیمیایی ساده دنبال کند؛ ماده ای که زمانی برای ساخت شوینده های معمولی منازل استفاده می شد.

هاونگ به کمک حلالی ارزان، ساده و با قابلیت تولید انبوه به نام کرزول، توانست روشی برای ساخت نانو لوله های کربنی پخش شده با غلظت های شگفت انگیز و بدون نیاز به افزودنی ها یا واکنش های شیمیایی زیان آور ارائه نماید.

هاونگ همچنین در یک تغییر متعجب کننده پی برد که تغلیظ نانو لوله ها باعث افزایش میزان تغییر ماهیت مواد از پاشیدگی های رقیق به یک مایه غلیظ و در ادامه هم تبدیل آنها به ژل های آزاد و مستحکم می شود. به این ترتیب می توان خمیرهای شکل پذیر با قابلیت شکل دهی و قالب پذیری تولید کرد.

نتایج این پژوهش چند روز قبل در مجله علمی Proceedings of the National Academy of Sciences  منتشر شد.

هاونگ که استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه نورث وسترن است، در رابطه با این مقاله و کار خود چنین توضیح می دهد:

«نانو لوله های کربنی به دلیل ویژگی های قابل توجه مکانیکی، گرمایی و الکتریکی شان توجه بسیاری را در زمینه چند کاربرد گوناگون به خود جلب کرده اند؛ اما پس از دهه ها پژوهش و توسعه در این عرصه، هیجانات آن اندکی فروکش کرده است.»

فرآیند تهیه نانو لوله های کربنی و دشواری های آن در بین دانشمندان زبانزد است. این سختی ها وقتی به کار تولید در مقیاس انبوه و مقادیر زیاد برسد، بیشتر نمود پیدا می کند. پرسش اصلی اینجاست که نانو تیوب ها چه وجه تمایزی دارند که ارزش این مشکلات را داشته باشد؟

اگر نگاهی به مقاومت بسیار بالای آنها بیندازیم، پاسخ را خواهیم یافت.

سازه سیمی و لوله ای شکل با ضخامت حدود ۰.۰۰۱ تار موی انسان از این نانو لوله ها، دارای استحکامی بیشتر از فولاد است و رسانایی گرمایی و برقی بسیار بهتری نسبت به مس دارد. با این حال، مشکل اساسی این است که در تولید انبوه که معمولا به شکل پودر انجام می شود، لوله ها پیچ و تاب می خورند و به صورت توده هایی گره می خورند. همین پیچیدگی به عنوان یک مانع مهم در مسیر کاربردهای عملی و گسترده نانو تیوب های کربنی به شمار می رود.

هاونگ اینچنین توضیح می دهد:

«پخش کردن یا به عبارت بهتر، متفرق ساختن این لوله های انباشته شده کار دشواری است و از طرفی اگر شما نتوانید این پخش کردن را به درستی انجام دهید، توان ساخت نانو لوله های با کیفیت در شکل لایه های نازک را هم نخواهید داشت؛ همان حالتی از نانو لوله ها که کاربردهای اصلی زیادی به آن وابسته است.»

تا قبل از این دستاورد، پژوهشگران از افزودنی هایی برای پوشاندن نانو لوله ها در جهت رفع این مشکل استفاده می کردند. این مواد سطح نانو تیوب ها را به لحاظ شیمیایی دستخوش تغییر می کردند و در نتیجه، آنها را از یکدیگر جدا می ساختند.

با اینکه چنین روش هایی تا حدودی پاسخگو بود اما مواد باقی مانده از آنها باعث ایجاد تغییراتی در ساختار سطحی نانو لوله های کربنی می شد. تغییرات یاد شده می توانستند برخی از خواص ناب و مورد نیاز نانو لوله ها را از بین ببرند.

از این سو، هاونگ و گروه تحقیقاتی دانشگاه نورث وسترن متوجه شدند که کرزول عملکردهای خاص سطح نانو لوله ها را تضعیف نمی کند. در ادامه مشخص شد که پژوهشگران می توانند پس از جدا کردن تیوب های درهم تنیده شده، مواد شیمیایی باقی مانده را به راحتی و تنها با شستشو یا حرارت دادن به لوله ها تا مرحله تبخیر مواد شیمیایی از بین ببرند.

پس از گشایش سازوکاری جدید برای ساخت نانو لوله های کربنی در غلظت های بیشتر، اکنون گروه هاونگ شکل های جدیدی از این ماده را شناسایی کرده اند.

این ساختارهای گوناگون می توانند قالب ریزی شوند، شکل دهی مجدد را طی کنند و یا اینکه به عنوان جوهرهایی رسانا برای استفاده در صنعت پرینت سه بعدی به کار برده شوند.

یکی از دانش آموخته های آزامایشگاه هاونگ، کوین چیو است که نویسنده نخست مقاله پژوهشی مرتبط نیز می باشد. او در این باره می گوید:

«حالت خمیری نانو لوله ها مسحور کننده است و می تواند به طور دلخواه شکل داده شود و در ساختارهای مورد نظر، درست شبیه خمیر بازی، قالب بگیرد.»

هاونگ در پایان گفت:

«به طور کلی این سیستم حلال جدید، باعث بروز رفتارهایی مانند پلیمرها در نانو تیوب ها می شود. بسیار هیجان انگیز است که ببینیم حلال های مبتنی بر کرزول می توانند نانو لوله های سخت (از نظر انجام فرآیند روی آن) را به صورت پلاستیک های معمولی و رایج درآورند.»