ما هي الأنابيب النانوية الكربونية؟

العلماء لا يعرفون كل شيء عنه كربون الأنابيب النانوية أو الأنابيب النانوية الكربونية قصيرة ، لكنهم يعرفون أنهم أنابيب مجوفة رقيقة وخفيفة الوزن للغاية تتكون من ذرات الكربون. أ كربون يشبه الأنبوب النانوي ورقة من الجرافيت يتم لفها في أسطوانة ، مع عمل شبكي سداسي مميز يشكل الورقة. الأنابيب النانوية الكربونية صغيرة للغاية ؛ قطر الأنبوب النانوي الكربوني هو نانومتر واحد ، وهو واحد من عشرة آلاف (1/10000) قطر شعر الإنسان. يمكن إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية بأطوال مختلفة.

يتم تصنيف الأنابيب النانوية الكربونية وفقًا لهياكلها: الأنابيب النانوية أحادية الجدار (SWNTs) ، والأنابيب النانوية مزدوجة الجدار (DWNTs) ، والأنابيب النانوية متعددة الجدران (MWNTs). تحتوي الهياكل المختلفة على خصائص فردية تجعل الأنابيب النانوية مناسبة لتطبيقات مختلفة.

نظرًا لخصائصها الميكانيكية والكهربائية والحرارية الفريدة ، تقدم الأنابيب النانوية الكربونية فرصًا مثيرة للبحث العلمي والتطبيقات الصناعية والتجارية. هناك إمكانات كبيرة للأنابيب النانوية الكربونية في صناعة المركبات.

تشكل لهب الشموع أنابيب الكربون النانوية بشكل طبيعي. ومع ذلك ، من أجل استخدام الأنابيب النانوية الكربونية في البحث وفي تطوير السلع المصنعة ، طور العلماء طرق إنتاج أكثر موثوقية. في حين أن عددًا من طرق الإنتاج قيد الاستخدام ، فإن ترسيب البخار الكيميائي ، وتصريف القوس ، واجتثاث الليزر هي الطرق الثلاث الأكثر شيوعًا لإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية.

في ترسيب البخار الكيميائي ، تزرع الأنابيب النانوية الكربونية من بذور الجسيمات النانوية المعدنية التي يتم رشها على الركيزة ويتم تسخينها إلى 700 درجة مئوية (1292 درجة فهرنهايت). يبدأ غازان تم إدخالهما في العملية في تكوين الأنابيب النانوية. (بسبب التفاعل بين المعادن والدوائر الكهربائية ، يتم استخدام أكسيد الزركونيوم في بعض الأحيان بدلاً من معدن لبذور الجسيمات النانوية.) ترسب البخار الكيميائي هو الطريقة الأكثر شعبية للأغراض التجارية إنتاج.

كان تصريف القوس هو الطريقة الأولى المستخدمة لتجميع الأنابيب النانوية الكربونية. يتم تبخير قضيبين كربونيين يتم وضعهما من طرف إلى طرف لتشكيل الأنابيب النانوية الكربونية. في حين أن هذه طريقة بسيطة ، يجب فصل الأنابيب النانوية الكربونية عن البخار والسخام.

يقترن الاستئصال بالليزر بالنبض بالليزر وغاز خامل عند درجات حرارة عالية. يبخر الليزر النبضي الجرافيت ، مشكلاً أنابيب نانوية كربونية من الأبخرة. كما هو الحال مع طريقة التفريغ القوسي ، يجب تنقية الأنابيب النانوية الكربونية بشكل أكبر.

تتميز الأنابيب النانوية الكربونية بعدد من الخصائص القيمة والفريدة ، بما في ذلك:

• الموصلية الحرارية والكهربائية عالية
• الخواص البصرية
• المرونة
• زيادة الصلابة
• قوة شد عالية (أقوى 100 مرة من الفولاذ لكل وحدة وزن)
• وزن خفيف
• مدى الموصلية الكهربائية
• القدرة على التلاعب ومع ذلك تظل قوية

عند تطبيقها على المنتجات ، توفر هذه الخصائص مزايا هائلة. على سبيل المثال ، عند استخدامها في البوليمرات ، يمكن للأنابيب النانوية الكربونية السائبة أن تحسن الخصائص الكهربائية والحرارية والكهربائية للمنتجات.

واليوم ، تجد الأنابيب النانوية الكربونية تطبيقات في العديد من المنتجات المختلفة ، ويواصل الباحثون استكشاف التطبيقات الجديدة الإبداعية.

تتضمن التطبيقات الحالية:

• مكونات الدراجات
• توربينات الرياح
• يعرض لوحة مسطحة
• مجاهر المسح الضوئي
• أجهزة الاستشعار
• الدهانات البحرية
• المعدات الرياضية ، مثل الزلاجات ، ومضارب البيسبول ، وعصي الهوكي ، وسهام الرماية ، وألواح ركوب الأمواج
• الدوائر الكهربائية
• بطاريات ذات عمر أطول
• إلكترونيات

الاستخدامات المستقبلية من الأنابيب النانوية الكربونية قد تشمل:

• الملابس (مقاومة للطعن والرصاص)
• مواد أشباه الموصلات
• مركبة فضائية
• مصاعد الفضاء
• الألواح الشمسية
• معالجة السرطان
• شاشات تعمل باللمس
• تخزين الطاقة
• بصريات
• رادار
• الوقود الحيوي
• شاشات LCD
• أنابيب اختبار دون المجهرية

في حين أن تكاليف الإنتاج المرتفعة تحد حاليًا من التطبيقات التجارية ، فإن إمكانيات طرق وتطبيقات الإنتاج الجديدة مشجعة. مع توسع فهم الأنابيب النانوية الكربونية ، ستتوسع أيضًا استخداماتها. نظرًا لمزيجها الفريد من الخصائص المهمة ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية لديها القدرة على إحداث ثورة ليس فقط في الحياة اليومية ولكن أيضًا في الاستكشاف العلمي والرعاية الصحية.

الأنابيب النانوية الكربونية هي مادة جديدة للغاية ذات تاريخ قصير على المدى الطويل. على الرغم من أن أيا منها لم يصاب بالمرض نتيجة للأنابيب النانوية ، العلماء يبشرون بالحذر عند التعامل مع جزيئات النانو. لدى البشر خلايا يمكنها معالجة الجسيمات السامة والأجنبية مثل جزيئات الدخان. ومع ذلك ، إذا كان جسيم غريب معين إما كبير جدًا أو صغير جدًا ، فقد لا يتمكن الجسم من التقاط هذا الجسيم ومعالجته. كان هذا هو الحال مع الأسبستوس.

المخاطر الصحية المحتملة ليست سببًا للقلق ، ومع ذلك ، يجب على الأشخاص الذين يتعاملون ويعملون مع الأنابيب النانوية الكربونية اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب التعرض.