لوله های نانو کربنی

[amirhossein toranjian]

ویژگی های لوله های نانو کربنی
نانولوله‌های کربنی استوانه‌هایی بدون دوخت از یک یا چند لایه گرافنی با انتهای باز یا بسته هستند که به آن ها تک دیواره یا چند‌دیواره اطلاع می شود.

اتم‌های کربن در این ساختارهای تمام کربنی در همه جای ساختار به جز انتهای لوله در یک شبکه 6 ضلعی به هم متصل شده‌اند.

 فلزی بودن لوله های چند دیواره وانتقال جریان های تا 109 آمپربر سانتی متر مربع

نانولوله‌های مجزا بسته به جهت‌گیری شبکه گرافنی نسبت به محور لوله، که کایرالیته نامیده می‌شود، می‌توانند فلزی یا نیمه‌هادی باشند

نانولوله تک‌دیواره منفرد می‌توانند هدایت حرارتی 3500 در دمای اتاق داشته باشند بر اساس مساحت دیواره، این مقدار از هدایت حرارتی الماس بیشتر است.

نتیجه ی تولید انبوه نانو کربنی شامل بازیابی شکل ، چسبندگی خشک ، ضربه پذیری بالا،پلاریزاسیون تتراهرتز، فعالسازی با پالس های جدید ،جذب نزدیک به جسم سیاه و خواص گسیل گرمایی صوت است.

روند تحقیق در در مورد لوله های نانو کربنی :

سال 1980:مشاهدات ثبت شده از نانو الیاف کربنی توخالی

سال 1990:سابقه تحقیقات گسترده درمورد نانولوله‌های کربنی که به اولین سنتز صنعتی آنچه که امروز نانولوله چنددیواره نامیده می‌شود.

سال 2006: ده برابر شدن ظرفیت تولید جهانی

روش تولید انبوه لوله های کربنی(CVD)
فرایند چگالش بخار شیمیایی پیشتاز روش‌های تولید انبوه نانولوله است.  (CVD)

استفاده از راکتورهای بسترسیال  با وجود نفوذ یکنواخت گاز و انتقال حرارت به نانو ذرات کاتالیستی فلزی

فواید تولید انبوه لوله های کربنی از طریق این روش :  

1) به صرفه بودن از نظر اقتصادی 2) استفاده از مواد اولیه ی کم هزینه 3) افزایش استحصال

4)کاهش مصرف انرژی 5)کاهش تولید ضایعات

عیوب تولید انبوه لوله های کربنی:

ناخالصی هایی ایجاد میکند که راه حل برای حذف آن مراحل انیلینگ

کاربرد تولید انبوه »»» قایق های امنیت دریایی تولید ورقه ونخ های نانو لوله به طور مستقیم

لوله های نانو کربنی:1)تک دیواره 2)چند دیواره

کاربردهای لوله های نانو کربنی
نانولوله چند‌دیواره در ابتدا به عنوان فیلر‌های رسانای الکتریکی در پلاستیک‌ها استفاده می‌شدند

استفاده ازپلاستیک‌های نانولوله‌ای رسانا درصنعت خودرو،امکان رنگ الکترواستاتیکی قاب های آیینه ای ،

دستیابی به خطوط انتقال سوخت و فیلترهایی که بار الکترواستاتیک را از بین می‌برند را فراهم آورده است.

پودر نانولوله با پلیمرها یا رزین‌های پیش‌ماده می‌تواند سختی، استحکام، یا چقرمگی را بالا ببرد .

لغزش نانومتری ومهندسی‌شده بین نانولوله‌ها و اتصالات نانولوله کربنی-پلیمر می‌تواند جذب انرژی مواد را افزایش دهد و کابرد صنعتی  آن افزایش کارایی کالاهای ورزشی :راکت تنیس ، چوب بیسبال و شاسی دورچرخه

رزین های نانو لوله ای باعث ارتقای کامپوزیت های لیفی می شود ازنتایج آن: پره های محکم و سبک توربین های بادی و بدنه برای قایق‌های امنیت دریایی است.

باعث مرتب شدن آرایش کربن در الیاف پیرولیز شده می شود .

1) از کاربردهای لوله های نانو کربنی تک دیواره:می تواند با ریسندگی انعقادی با محلول نانو لوله ها ریسیده شوند.

افزودن مقادیر اندک نانولوله کربنی به فلزات، استحکام و مدول کششی بالایی ایجاد کرده است که می‌تواند کاربردهایی در سازه‌های هوافضا و خودروسازی داشته باشد 
2) نانو لوله چند دیواره :

1-2) به عنوان افزودنی‌های ضدشعله به پلاستیک‌ها افزود. این تأثیر عمدتا ناشی از تغییرات در رئولوژی به دلیل حضور نانولوله‌ها است. این افزودنی‌های نانولوله‌ای از نظر تجاری به عنوان جایگزینی برای مواد ضدشعله شیمیایی هالوژنه، که استفاده از آنها به دلایل زیست‌محیطی محدود شده است، دارای جذابیت هستند.

2-2)باعث کاهش خوردگی بدنه ی کشتی ها با جلوگیری از اتصال جلبک ها و قارچ ها

3-2)جایگزین مناسب برای رنگ های آفتکش مضر برای حفظ محیط زیست

4-2) وارد کردن نانولوله‌های کربنی در رنگ‌های ضدخوردگی برای فلزات می‌تواند سختی پوشش و استحکام را افزایش دهد و در عین حال یک مسیر الکتریکی برای محافظت کاتدی را فراهم کند.
کاربرد نانو کربنی در میکروالکترونیک
1) استفاده درترانزیستورها به علت پراکنده سازی الکترونی و لوله های نانو کربنی تک دیواره قابل مقایسه با معماری‌های ترانزیستوری اثر میدانی و دی‌الکتریک‌هایی با ثابت دی‌الکتریک است.علیرغم کارایی نویددهنده ابزار‌های نانولوله تک‌دیواره مجزا، کنترل قطر، کایرالیته و جایگذاری نانولوله‌ها برای تولید تجهیزات میکروالکترونیک به ویژه برای سطوح بزرگ، ناکافی است، از این رو، ساخت ابزارهایی مثل ترانزیستورهایی با فیلم‌هایی متشکل از ده‌ها تا هزاران نانولوله تک‌دیواره سریع‌تر عملی می‌شود. استفاده از دسته‌های نانولوله‌ها، خروجی جریان را افزایش می‌دهد و عیوب و تفاوت‌های کایرالیته را جبران و یکنواختی ابزار و تکرارپذیری تولید آن را زیاد می‌کند.
2) پیشرفت‌های تجاری امید دهنده الکترونیک مبتنی بر نانولوله شامل چاپ کم‌هزینه ترانزیستورهای و همچنین برچسب‌های‌شناسایی فرکانس رادیویی است .

3) تحقیقات اخیر، حفظ انتخابی نانولوله تک ‌دیواره نیمه ‌رسانا را در فرایند پوشش‌دهی دورانی و کاهش حساسیت آنها به ماده جذب ‌شده را به ممکن می‌سازد.
کاربرد نانو کربنی در ذخیره ی انرژی محیط زیست
نانولوله های کربنی چند دیواره :الف) در باتری های یون لیتیم در رایانه ها و تلفن های همراه استفاده می شود

ب)در بهترین باتری ها مقدار کمی نانو لوله چند دیواره با مواد فعال + یک اتصال دهنده ی پلیمری

 و آند گرافیتی یک درصد وزنی نانو لوله کربنی licoO2ج) در کاتد

د) اتصال الکتریکی باتری ویکپارچگی مکانیکی وچرخه ی عمرباتری ونرخ استفاده ازباتری را افزایش می دهد.

ه) کارایی قابل توجه ای از نانو لوله ها در تک دیواره ی عمودی در ابر خازن ها

ل) در پیل‌های سوختی، استفاده از نانولوله‌های کربنی به عنوان پایه کاتالیستی می‌تواند مصرف پلاتین را 60 درصد در مقایسه با کربن سیاه کاهش دهد

ع) نانو لوله ی آلاینده که در آن پیل سوختنی تولید می کنند که نیاز به پلاتین ندارند.

غ) برای سلول های خورشیدی آلی خواص نانو لوله ها را برای کاهش بازتلفیق ناخواسته حامل‌ها و افزایش مقاومت به اکسیداسیون نوری ارتقا دهند.

ن) پیل‌های خورشیدی می‌تواند از الکترودهای نانولوله تک‌دیواره شفاف استفاده کنند

ف)برای خالص سازی آب برای اکسید کردن الکتروشیمیایی آلاینده‌های آلی، باکتری‌ها و ویروس‌ها استفاده می‌شوند و از نانو لوله ها با قطر کم برای جداسازی نمک آب دریا
نانو لوله های کربنی در بیو تکنولوژی
الف) از نانو لوله ها به عنوان اجزای حس گرهای زیستی و ابزار پزشکی به جهت سازگاری شیمیایی و ابعادی آنها با زیست مولکول‌هایی مثل دی ان ای و پروتیین ها استفاده می شود

ب ) نانولوله می‌تواند تصویربرداری فلورسنت و فوتوآکوستیک را در کنار قابلیت حرارت‌دهی موضعی با استفاده از تابش فروسرخ نزدیک امکان‌پذیر کند.

ج) تاثیر حسگرهای زیستی نانولوله های کربنی در امپدانس الکتریکی و خواص نوری   

د) محصولات تحت توسعه شامل نوار‌های چاپی برای تشخیص استروژن و پروژاسترون، میکروآرایه‌های تشخیص دی ان ای و پروتویین و حسگرهای نیتروژن دی اکسید و تروپونین قلب هستند. حسگرهای نانولوله‌ای مشابه برای تشخیص گاز و سموم در صنعت غذایی، نظامی و کاربرد‌های زیست‌محیطی استفاده می‌شوند.

ه) از کابرد بدنی می توان برای مثال، به یک تحقیق،(داروی ضدسرطان دوکسوربیسین تا 60 درصد وزنی روی نانولوله‌ها بار شد، در صورتی که این مقدار برای لیپوزوم‌ها 8 تا 10 درصد بود)اشاره کرد.

نکته: با وجود پتانسیل سمی بودن هندسه و شیمی سطح نانولوله به شدت بر سازگاری زیستی آن تأثیر دارد، و بر این اساس سازگاری زیستی نانولوله قابل مهندسی است

خ) استفاده از آنها در پوشش کاتترها به منظور کاهش ترومبوز است.

ف) با تزریق مقادیر بالای نانولوله چند‌دیواره به ریه موش، مرضی مشابه بیماری ناشی از آزبست ایجاد می‌شود؛ با این حال، یک مطالعه دیگر نشان داد که التهاب ریه ناشی از تزریق نانولوله‌های تک‌دیواره کاملا توزیع شده، هم در مقایسه با آزبست و هم در مقایسه با ذرات موجود در هوای شهر واشینگتون، ناچیز بود.
روش تولید نانو لوله های کربنی
[font=Arial]در روش تخليه قوس الکتريکي ساده شده، براي توليد نانو لوله هاي کربني چند جداره استفاده شده است. اين روش، به علت عدم نياز به تجهيزات خلا، سيستم مبدل حرارتي و گازهاي فعال يا بي اثر، نسبت به روش تخليه قوس الکتريکي در فاز گازي، به مراتب ساده تر و ارزان قيمت تر است. با استفاده از اين روش، نانو لوله هاي کربني با ايجاد تخليه قوس الکتريکي بين دو الکترود گرافيتي که در داخل يک محلول آبي قرار دارند، توليد مي شوند.[/font]