فناوری نانو | عناصر پایه در فناوری نانو | ویژگی های نانو لوله های کربنی

فناوری نانو

فناوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فناوری های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می شود. معمولاً منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود ۱ نانومتر تا ۱۰۰ نانومتر می باشد (۱ نانومتر یک میلیاردیم متر است).

اولین جرقه فناوری نانو(البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال ۱۹۵۹ زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد) ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده ای نزدیک می توانیم مولکول ها و اتم ها را به صورت مستقیم دستکاری کنیم.

واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال ۱۹۷۴ بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می باشد، به کار برد. در سال ۱۹۸۶ این واژه توسط کی اریک در کسلر در کتابی تحت عنوان: «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری نانو» بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم ها ماشین های مولکولی چگونگی ساخت و محسبات آنها» توسعه داد.

عناصر پایه در فناوری نانو

تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و غیره تغییر می یابد. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می توانیم وجود ”عناصر پایه” را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند.

اولین و مهمترین عنصر پایه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتی با ابعاد نانومتری در هر سه بعد می باشد. نانو ذرات می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند، مانند نانوذرات فلزی، سرامیکی و غیره.

دومین عنصر پایه، نانو کپسول است. همان طوری که از اسم آن مشخص است، کپسول هایی هستند که قطر نانومتری دارند و می توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد. سال هاست که نانو کپسول ها در طبیعت تولید می شوند؛ مولکول های موسوم به فسفولیپیدها که یک سر آنها آبگریز و سر دیگر آنها آبدوست است، وقتی در محیط آبی قرار می گیرند، خود به خود کپسول هایی را تشکیل می دهند که قسمت های آبگریز مولکول در درون آنها واقع می شود و از تماس با آب محافظت می شود. حالت برعکس نیز قابل تصور است.

عنصر پایه بعدی نانو لوله کربنی است. این عنصر پایه در سال ۱۹۹۱ در شرکت NEC کشف شدند و در حقیقت لوله هایی از گرافیت می باشند. اگر صفحات گرافیت را پیچیده و به شکل لوله در بیاوریم، به نانو لوله های کربنی می رسیم. این نانولوله ها دارای اشکال و اندازه های مختلفی هستند و می توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند. این لوله ها خواص بسیار جالبی دارند که منجر به ایجاد کاربردهای جالب توجهی از آنها می شود.

ویژگی های نانو لوله های کربنی

نانولوله های کربنی که از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه ای تو خالی شده است. در سال ۱۹۹۱ توسط سامیو ایجیما (از شرکت NEC ژاپن) کشف شد. خواص ویژه و منحصر به فرد آن از جمله مدول یانگ بالا و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانو لوله ها (به خاطر این که کربن ماده ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان تر می باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روش های رشد نانولوله ها باشیم. کارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الکترونی نانولوله متمرکز شده است. کوشش‌های گسترده ای نیز برای رسیدگی به خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی و ساز و کار عیوب و اثر تغییر شکل نانولوله ها بر خواص الکتریکی صورت گرفته است. می توان گفت این علاقه ویژه به نانولوله ها از ساختار و ویژگی های بی نظیر آن ها سرچشمه می گیرد. در ادامه به معرفی ویژگی نانو لوله می پردازیم.

1. اندازه بسیار کوچک (قطر کوچکتر از ۰٫۴ نانومتر).
2. حالت رسانا و نیمه رسانایی آن ها بر حسب شکل هندسی آنها.

نانولوله ها بر حسب نحوه رول شدن صفحات گرافیکی سازنده شان به صورت رسانا یا نیمه رسانا در می آیند.