همه چیز در مورد نانو لوله های کربنی؛ بخش دوم: خواص و کاربردها

جدا از خواص الکتریکی‌شان که از گرافن به ارث برده‌اند، نانولوله‌های کربنی (CNTs) خواص حرارتی و مکانیکی منحصر به فردی نیز دارند که آنها را برای توسعه مواد جدید جذاب می‌کند:

استحکام کششی مکانیکی آنها می‌تواند 400 برابر فولاد باشد؛

بسیار سبک وزن هستند - چگالی آنها یک ششم فولاد است؛

رسانایی حرارتی آنها از الماس بهتر است؛

نسبت ابعاد بسیار بالایی بیش از 1000 دارند، یعنی نسبت به طولشان بسیار نازک هستند؛

مساحت سطح نوک آنها نزدیک به حد نظری است (هرچه مساحت سطح نوک کوچکتر باشد، میدان الکتریکی متمرکزتر و ضریب تقویت میدان بیشتر است)؛

درست مانند گرافیت، از نظر شیمیایی بسیار پایدار هستند و تقریباً در برابر هرگونه ضربه شیمیایی مقاومت می‌کنند، مگر اینکه همزمان در معرض دمای بالا و اکسیژن قرار گیرند - خاصیتی که آنها را در برابر خوردگی بسیار مقاوم می‌کند؛

داخل توخالی آنها را می‌توان با نانومواد مختلف پر کرد و آنها را از محیط اطراف جدا و محافظت کرد - خاصیتی که برای کاربردهای نانوپزشکی مانند دارورسانی بسیار مفید است. همه این خواص، نانولوله‌های کربنی را به کاندیداهای ایده‌آلی برای دستگاه‌های الکترونیکی، حسگرهای شیمیایی/الکتروشیمیایی و زیستی، ترانزیستورها، ساطع‌کننده‌های میدان الکترونی، باتری‌های لیتیوم-یون، منابع نور سفید، سلول‌های ذخیره‌سازی هیدروژن، لامپ‌های پرتو کاتدی (CRT)، تخلیه الکترواستاتیکی (ESD) و کاربردهای محافظ الکتریکی تبدیل می‌کند.

تفاوت بین نانولوله‌های کربنی و نانوالیاف کربنی
لطفاً توجه داشته باشید که نانولوله‌های کربنی با نانوالیاف کربنی (CNF) متفاوت هستند. CNFها معمولاً چندین میکرومتر طول و حدود ۲۰۰ نانومتر قطر دارند. الیاف کربن برای دهه‌ها برای تقویت ترکیبات مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما ساختار شبکه‌ای مشابه CNTها ندارند. در عوض، آنها از ترکیبی از چندین شکل کربن و/یا چندین لایه گرافیت تشکیل شده‌اند که در زوایای مختلف روی کربن آمورف (جایی که اتم‌ها خود را در ساختارهای منظم مرتب نمی‌کنند) چیده شده‌اند. CNFها خواص مشابهی با CNTها دارند، اما استحکام کششی آنها به دلیل ساختار متغیرشان کمتر است و درون آنها توخالی نیست.

چه کسی نانولوله‌های کربنی را کشف کرد؟
سالانه هزاران مقاله در مورد نانولوله‌های کربنی یا حوزه‌های مرتبط منتشر می‌شود و بیشتر این مقالات، کشف نانولوله‌های کربنی را به سومیو ایجیما نسبت می‌دهند که در سال ۱۹۹۱، مقاله‌ای پیشگامانه در مجله نیچر ("میکروتوبول‌های مارپیچی کربن گرافیتی") منتشر کرد و کشف نانولوله‌های کربنی چند دیواره را گزارش داد.

با نگاهی گذرا به ادبیات علمی، ممکن است این تصور ایجاد شود که ایجیما کاشف بالفعل نانولوله‌های کربنی است. البته شکی نیست که او دو سهم اساسی در این زمینه داشته است، اما تجزیه و تحلیل دقیق ادبیات نشان می‌دهد که مطمئناً او اولین کسی نیست که وجود نانولوله‌های کربنی را گزارش کرده است.

سرمقاله‌ای در مجله کربن ("چه کسی باید به خاطر کشف نانولوله‌های کربنی اعتبار کسب کند؟") سعی کرد با توصیف وقایع زمانی که منجر به کشف نانولوله‌های کربنی شد، ابهامات را برطرف کند. با کاوش عمیق‌تر در تاریخ نانولوله‌های کربنی، کاملاً آشکار می‌شود که منشأ CNTها می‌تواند حتی به دوران ماقبل تاریخ برگردد