ه کار می رود، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و یا فراورده حاصل از آنها خواص مطلوبی ندارد. برخی از روش های اقتصادی و بهینه برای تولید فولرن ها عبارتند از:
– حرارت دهی از طریق مقاومت الکتریکی
– حرارت دهی از طریق قوس الکتریکی
– حرارت دهی به روش القایی
– سنتز احتراقی فولرن ها
۱­۱۱) انواع نانولوله های کربنی
نانولولههای کربنی به دو دسته کلی نانولولههای کربنی تک دیواره۱۳ و نانولوله های کربنی چند دیواره۱۴ تقسیم می شوند. چنانچه نانولوله کربنی فقط شامل یک لوله از گرافیت باشد، نانولوله تک دیواره و اگر شامل تعدادی از لولههای متحد المرکز باشد نانولوله چند دیواره نامیده میشود. یک نانو لوله تک جداره از دو قسمت بدنه و در پوش با خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت تشکیل شده است. ساختار در پوش، مشابه یک فولرن کوچک و مرکب از حلقه های ? و ? ضلعی اتم کربن است که در کنار هم قرار گرفته اند و ساختاری گنبدی شکل را به عنوان در پوش ایجاد کرده اند. C60 همانند قسمت دیگر، بدنه استوانه ای شکل آن است که از یک صفحه گرافیتی تشکیل شده است. نانولوله تک جداره به دلیل خواص الکتریکی جالبش، نوع بسیار مهمی از نانولوله ها محسوب می شود. نانولوله های کربنی چند جداره از چند استوانه کربنی هم محور تو در تو ایجاد شده است که می توان آن را به صورت دسته ای از نانولوله های هم مرکز با قطرهای متفاوت در نظر گرفت. طول و قطر این ساختار ها در مقایسه با نانو لوله های تک جداره بسیار متفاوت بوده و دارای خواص متفاوتی نیز می باشند.
نانولوله های تکجداره نیز بر حسب آرایش اتم‌های کربنی مقطع لوله به سه دسته مهم صندلی۱۵ و نامتقارن۱۶ که دارای خاصیت فلزی هستند و زیگزاگ۱۷ که خاصیت نیمه‌رسانایی دارد، تقسیم می شوند [۶] .
۱­۱۱­۱) نوع صندلی
در صورتی که اتم ابتدایی و اتمی که در وضعیت ۴۵ درجه نسبت به آن قرار دارد، روی هم قرار بگیرند، نانولوله نوع صندلی به دست می آید و در این حالت می توانیم بین این دو اتم یک خط مستقیم رسم کنیم که معادله آن “m=n” است. یعنی شماره ستون و ردیف هر یک از آنها با یکدیگر برابر است. در این حالت با یک بار گردش به دور نانولوله تعدادی صندلی پشت سرهم ایجاد می شود [۶].
۱­۱۱­۲) نوع زیگزاگی
برای ایجاد نوع زیگزاگی نانولوله اتم ها را در راستای افقی (ستون به ستون) شمرده شده را با خم کردن صفحه، به روی اتم ابتدایی انطباق می دهیم. برای اطمینان از درستی کار باید دقت کرد که درانتها، در راستای افقی یک خط شکسته زیگزاگ به دور نانولوله ایجاد شود [۶].
۱­۱۱­۳) نوع نامتقارن
این حالت مشابه روش صندلی می باشد، با این تفاوت که در مختصات اتم انتهایی، “m?n” خواهد بود [۶].
۱­۱۲) خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نانولوله ها
نانولوله ها علی رغم برخورداری از قطر بسیار کم، استحکام کششی بالایی دارند. از دیگر خصوصیات آنها وجود پیوندهای واندروالس بین اتم ها و لذا توانایی پایین آن ها برای چسبیدن به یکدیگر در نانولوله فلزی و نیمه هادی، رسانایی در جهت طولی، رسانایی حرارتی و خاصیت نشر میدانی است [۹-۸-۷].
۱­۱۳) فرآیندهای تولید نانولوله
به طور کلی برای تولید هر نانو ذره یکی از دو روش تولید بالا به پایین و یا روش پایین به بالا به کار گرفته میشود. در روش بالا به پایین از ساختارهای میکرو و بزرگتر به ابعاد نانو رسیده، اما در روش پایین به بالا از کنار هم قرار گرفتن بلوکهای سازنده نانومواد، ساختار شکل میگیرد که این روش مبتنی بر کلیات شیمی میباشند. شش روش کلی و مرسوم برای تولید نانومواد وجود دارد که عبارتند از: قوس الکتریکی، رسوبدهی فاز بخار شیمیایی، رسوبگذاری الکتریکی، سنتز از طریق سل- ژل، آسیاب کردن و سایش با حرکت گلوله. در این میان، چهار روش اول جزء روشهای تولید پائین به بالا و دو روش آخر، روش بالا به پائین محسوب میگردند. از روشهای ذکر شده فوق، فرآیندهای قوس الکتریکی، تبخیر لیزری و رسوبدهی بخارات شیمیایی عمده ترین روشهای تولید نانولولهها بوده که دو روش اول بر پایهء کربن جامد و روش آخر بر پایه کربن گازی صورت میگیرد [۱۳].
۱­۱۴) کاربرد نانولوله‌ها
خواص ویژه نانولوله‌های کربنی، آنها را به انتخاب ایده آلی برای بسیاری از کاربردها تبدیل کرده است.
امروزه در روند تحقیق درباره نانولوله‌ها توجه و تعمق ویژه‌ای بر روی استفاده از آنها در ساخت ابزارها متمرکز شده است. اکثر پژوهشگرانی که در دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی سرتاسر دنیا بر روی نانولوله‌ها کار می‌کنند با خوش‌بینی پیش‌بینی می‌کنند که در آینده‌ای نزدیک نانولوله‌ها کاربردهای صنعتی وسیعی خواهند داشت. در ادامه چند مورد از حوزه‌های مهم کاربرد نانولوله‌ها اشاره می شود.
۱­۱۴­۱) به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها
نانولوله های کربنی یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد آن ها را به عنوان ماده پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های از نوع نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالایی می باشند که مصارف بسیاری در صنعت خواهند داشت. توزیع یکنواخت نانولوله‌ها در زمینه کامپوزیت و بهبود چسبندگی نانولوله‌ با زمینه در فرآوری این نانوکامپوزیت‌ها از موضوعات بسیار مهم است. شیوه توزیع نانولوله‌ها در زمینه پلیمری از پارامترهای مهم در استحکام‌ دهی به کامپوزیت می‌باشد. آنچه از تحقیقات برمی‌آید این است که استفاده از خواص عالی نانولوله‌ها در نانوکامپوزیت‌ها وابسته به استحکام پیوند فصل مشترک نانولوله و زمینه می‌باشد. نکته دیگر آنکه خواص غیر همسانگردی نانولوله‌ ها باعث می‌شود که در کسر حجمی کمی از نانولوله‌ها رفتار جالبی در این نانوکامپوزیت‌ها پیدا شود [۱۴].
۱­۱۴­۲) حسگرها
حسگر زیستی یک ابزار شناسایی و تجزیه زیستی است که به کمک یک مبدل۱۸ وجود یک مولکول را شناسایی می کند. نانوحسگرهای زیستی ، انواعی از نانوحسگرها هستند که برای تشخیص مواد شیمیایی و زیستی استفاده می شوند. استفاده از نانومواد مثل نیمه رساناها، نانوسیم، نانوذرات و غیره برای کاربرد در حسگرهای زیستی به سرعت در حال توسعه است. از جمله این مزایا می توان به کوچک سازی وسیله، افزایش امواج و تشدید امواج مغناطیسی به وسیله ی برچسب های نانوذره۱۹ اشاره کرد که سبب افزایش حساسیت می شوند. نانومواد دارای ویژگی های فیزیکی، نوری و الکتروشیمیایی منحصر به فردی هستند که در حس کردن۲۰ بسیار مفید می باشند. از جمله نانومواد، ذرات کوانتومی، نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطیسی و نانولوله های کربنی را می توان نام برد [۱۶-۱۵].
۱­۱۴­۳) حافظه‌های نانولوله‌ای
به دلیل کوچکی بسیار زیاد نانولوله‌های کربنی ‌(که در حد مولکولی است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها یک بیت اطلاعات درخود جای دهد، حافظه‌هایی حاصل از این نانولوله‌ها می‌توانند مقادیر بسیار زیادی اطلاعات را ذخیره نمایند. با در نظر داشتن این مطلب، بسیاری از محققان در حال کار بر روی ساخت حافظه‌های نانولوله‌ای می‌باشند.
۱-۱۴-۴) ترانزیستورها
نانولوله‌ها درآستانه کاربرد درترانزیستورهای سریع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلی استفاده می‌شوند. بسیاری از طراحان دستگاه ‌ها تمایل دارند به پیشرفت هایی دست یابند که آن ها را به افزایش تعداد اتصالات داخلی دستگاه‌ها درفضای کوچک تر، قادر نماید. ترانزیستورهای ساخته شده از نانولوله‌ ها دارای آستانه می باشند (یعنی سیگنال باید از یک حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزیستور بتواند آن را آشکارکند) که می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی زیرآستانه را در شرایط اختلال الکتریکی یا نویز، آشکار و ردیابی نمایند. همچنین از آنجایی که ضریب تحرک، شاخص حساسیت یک ترانزیستور برای کشف بار یا شناسایی مولکول مجاور می باشد، لذا ضریب تحرک مشخص می کند که قطعه تا چه حد می‌تواند خوب کار کند. ضریب تحرک تعیین می کند که بارها در یک قطعه چقدر سریع حرکت می‌کنند و این نیز سرعت‌ نهایی یک ترانزیستور را تعیین می‌نماید. لذا اهمیت استفاده از نانولوله‌ها و تولید ترانزیستورهای نانولوله‌ای با داشتن ضریب تحرک برابر با ۱۰۰هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه در مقابل سیلیکون با ضریب تحرک ۱۵۰۰ سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه و ایندیم آنتیمونید (بالاترین رکورد بدست آمده تا به امروز) با ضریب تحرک ۷۷ هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه بیش از پیش مشخص می‌شود [۱۷].
۱­۱۴­۵) استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی
یکی از مشکلات دستگاه های نشر میدان امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. نانولوله‌ های کربنی می‌ توانند عنوان بهترین گسیل کننده میدانی را به خود اختصاص داده و ابزارهای الکترونی با بازده بالاتری تولید کنند. خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله‌ها، امکان تولید نوعی جدید از صفحه نمایش‌ های تخت را میسر می کند که ضخامت آن ها چند اینچ بوده و نسبت به همتای فعلی از قیمت مناسب‌تری برخوردار باشد. از طرفی کیفیت تصویر آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود. در پدیده گسیل میدانی، الکترون ها با استفاده از ولتاژ کم از فیلم های ضخیم دارای نانولوله به سمت صفحه نمایش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن می شوند. هر نقطه از این فیلم، یک پرتاب کننده الکترون (تفنگ الکترونی) کوچک است که تصویر را روی صفحه نمایش ایجاد می کند. ولتاژ لازم برای نمایشگر تشعشع میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متکی بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه کاتدی استفاده می شد، کمتر می‌باشد و این نانولوله‌ها با ولتاژ کمتر، نور بیشتری تولید می‌کنند [۱۸].
۱-۱۴-۶) کاربرد نانولوله در صنعت ساختمان
با توجه به کاربردهای بالقوه نانولوله نیاز به این ماده درصنایع داخلی دیده می شود. صنعت ساخت و ساز از صنایعی است که بهینه سازی مصالح ساختمانی در آن ضروری است. حداقل به سه دلیل زیر از نانولوله ها می توان در این عرصه کمک گرفت:
۱) نانولوله های کربنی به دلیل خواص مکانیکی عالی، در تولید پلیمرها، شیشه و مصالح ساختمان قابل استفاده هستند.
۲) از آنها می توان در ساخت سیستم‌های انتقال حرارت، به علت خواص ویژه هدایت حرارتی آنها استفاده کرد.
۳) استفاده از نانولوله های کربنی با طول زیاد به شکل ریسمان، در پل‌های معلق کاربرد دارد.
مثلاً‌ در بتن، از گذشته تا حال، فایبرهای فولادی (بتن آرمه) استفاده می شده‌اند. بنابراین بتن، مستعد استفاده از کربن نانولوله است. انتظار می ‌رود با استفاده از نانولوله های کربنی به خواص بهتری در بتن رسید. دلایل برتری استفاده از نانولوله کربنی در صنعت ساختمان عبارتند از:
-خواص ویژه مکانیکی هدایت حرارتی و الکترونیکی
– نسبت طول به قطر بسیار بالا
– اندازه کوچک فایبرها و قابلیت پخششدن بالا در زمینه سیمان و بتن (تقویت‌کننده عالی)
– نانوتیوب ‌ها با اجزاء و ترکیبات سیمان پیوند حاصل کرده و باعث کنترل مناسب سیستم سیمان می شوند [۱۹].
۱­۱۴­۷) قابلیت ذخیره سازی
در نانولوله‌ها هر سه اتم کربن قابلیت ذخیره یک یون لیتیم را دارند، در حالی که در گرافیت در هر شش اتم کربن توانایی ذخیره یک یون لیتیم وجود دارد. به طور کل نانولولههای کربنی به علت تخلخل بالا قابلیت جذب مواد به خصوص گازها را دارا میباشند. میزان جذب درون نانولولهها تابع پارامترهایی از جمله دما، فشار و نوع نانولوله است.

  پایان نامه درموردصحت معامله، بازرگانان
دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید