نانو تکنولوژی - کاربردهای نانولوله های کربنی

به بحث نانو ساختارهای کربنی و کاربردهای آنها اختصاص یابد. دلیل عمده ی این مسئله تکامل ساختاری مورد انتظار آنها، اندازه کوچک، چگالی کم، سختی بالا، استحکام بالا (استحکام کششی خارجی ترین جداره ی یک نانولوله کربنی چند دیواره تقریبا ً 100 برابر بیشتر از آلومینیوم است) و خواص عالی الکتریکی آنهاست.

در نتیجه نانولوله های کربنی ممکن است به طور گسترده در تقویت مواد، صفحه نمایش مسطح با انتشار میدانی، حسگرهای شیمیایی، دارو رسانی و علم نانو الکترونیک کاربرد یابند. در ادامه به مواردی از کاربردهای نانولوله های کربنی اشاره خواهد شد.

به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها:

توزيع يكنواخت نانو لوله‌ها در زمينه كامپوزيت و بهبود چسبندگي نانو لوله‌ با زمينه در فرآوري اين نانوكامپوزيت‌ها از موضوعات بسيار مهم است.

نانولوله ها یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد نانولوله های کربنی را به عنوان ماده ی پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های با پایه نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالا هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت. خواص رسانايي  يا حفاظت در در برابر اشعه نانولوله ها مي تواند براي کامپوزيت ها ارزشمند باشد .

 

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. بیش از 700 مقاله تحقیقاتی در رابطه با کاربردهای نشر میدان نانولوله های کربنی منتشر شده است. این آمار بیانگر اهمیت موضوع است. برای مثال، مزایای استفاده از نمایشگرهای تولید شده با نانولوله ی کربنی نسبت به نمایشگرهای کریستال مایع، سرعت واکنش بالاتر نسبت به محرک های الکتریکی، مصرف انرژی کمتر، درخشندگی مناسب تر، میدان مغناطیسی پایین در هنگام روشن کردن دستگاه و دمای کاری بالاتر است.

بر پایه همین مزیت ها، شرکت هایی مانند سامسونگ و NEC نمایشگرهای رنگی با استفاده از نانولوله کربنی را تولید کرده اند. تلویزیون های ساخته شده با این تکنولوژی در اوایل سال 2006 روانه بازار شد.

استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک:

نانولوله ها به میزان قابل توجهی سخت و قوی بوده و هادی جریان الکتریسیته و گرما می باشند. این خواص سبب استفاده از این مواد در صنعت الکترونیک شده است.

نانولوله های کربنی سیم های مولکولی بزرگی هستند که الکترون می تواند آزادانه در آن حرکت کند و رفتار آنها پیچیده است. در این راستا رفتار نانولوله های چند دیواره بسیار پیچیده تر از تک دیواره است زیرا لایه های کناری روی یکدیگر تأثیر می گذارند. مدل سازی چنین اثراتی از موضاعات تحقیقاتی در حال حاضر می باشد. محققان امیدوارند که ابعاد سیم ها یا قطعات را از طریق جایگزینی با نانولوله به حدود نانومتر یا کمتر برسانند. این قطعات در کنار مدارات الکترونیکی می توانند خیلی سریع تر و با توان کمتر از مدارات کنونی کار کنند.

لامپ های تولید شده با نانولوله های کربنی هزینه تولید کمتری دارند. به علاوه عمر طولانی تر و ثبات رنگ بیشتر نسبت به لامپ های معمولی، از مزایای دیگر این لامپ هاست.

ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی:

نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد.

به طور مثال، با قرار دادن فلزات درون نانولوله ها می توان خواص الکتریکی این مواد را بهبود بخشید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله های باز، مثل یک نی توخالی عمل می کنند. این نی های مولکولی می توانند به وسیله عمل موئینگی و تحت شرایط خاص، برخی عناصر را به درون خود بکشند.

همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود 3 تا 5 درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده  و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.

ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی;

نانولوله های کربنی همچین برای استفاده در ساخت نانوماشین ها پیشنهاد شده اند. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده اند که می توانند به عنوان محورها در نانو ماشین ها عمل کنند. ممکن است، نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند. این امر از طریق ساختن دنده های چرخدنده (استخلاف ها) بر روی نانولوله ها می تواند انجام شود.

 

کاربرد نانوتيوب در صنعت ساختمان

حداقل سه عرصه گسترده تحقيقاتي براي توليد محصولات مورد نياز ساختمان  وجود دارد:

  • به دليل خواص مکانيکي عالي CNT ، استفاده از آنها در زمينه‌هاي پليمر شيشه و ساختمان قابل توجه است.
  • CNT به عنوان اجزاي ساخت سيستم‌هاي انتقال حرارت، به علت خواص ويژه هدايت حرارتي آن مورد توجه است.
  • استفاده از CNT با طول زياد به شکل ريسمان، در پل‌هاي معلق کاربرد دارد.

مثلاً‌ در بتون، از گذشته تا حال، فايبرهاي فولادي (بتن آرمه) استفاده مي‌شده‌اند. بنابراين بتون، مستعد استفاده از کربن نانوتيوب است انتظار مي‌رود با استفاده از CNT به خواص بهتري در بتون دست يابيم.

دلايل رجحان نانولولة کربني عبارتند از:

1- خواص ويژة مکانيکي هدايت حرارتي و الکترونيکي

2- نسبت طول به قطر بسيار بالا (اگر قطر کربن نانوتيوب‌ها 1 نانومتر در نظر گرفته شود، طول، 1 هزار برابر قطر است در حالي که تلاش مي‌شود به طول‌هاي بيشتر دست يافته شود و پژوهشگران مستعد استفاده از کربن نانوتيوب است حتي به ابعاد سانتي‌متر هم رسيده‌اند.

3- اندازه کوچک فايبرها و قابليت پخش­شدن بالا در زمينة سيمان و بتن (تقويت‌کنندة عالي)

نانوتيوب‌ها با اجزاء و ترکيبات سيمان پيوند حاصل کرده و باعث کنترل مناسب سيستم سيمان مي­شوند.

تهيه الياف از نانو لوله هاي کربني:

پژوهشگران موسسه نانو تک در تگزاس در زمينه تهييه الياف از نانو لوله هاي کربني به پيشرفت هاي چشمگيري دست يافته اند اين الياف محکم و فوق العاده انعطاف پذير بوده و از نظر حرارتي و الکتريکي رساناست .از اين الياف براي توليد نخ هاي فلامينتي استفاده مي کنند ومي توانند جايگزين الياف معمولي در زمينه فيلترها .جليقه هاي نجات.لباس هاي ضد اشتعال.منسوجات الکترونيکي .ساخت ماهيچه هاي مصنوعي و ابر خازن ها شونداين الياف به علت ويزگي هاي نانو لوله هاي کربني به عنوان موادي دوستدار محيط زيست که به مصرف بهينه ي انرژي نيز کمک مي نمايند شناخته شده اند.

کاربرد هاي پزشکي:

کربن به عنوان يک بيوسراميک دربيو فناوري کاربرد هاي وسيعي يافته و در حال حاظر نيز مطالعاتي در باره فعال سازي شيميايي نانو لوله ها براي ساخت هيبريد هاي نانولوله - مولکول جهت کاربرد در داربست ها رشد سلول وبافت وبيوسنسور ها با کارايي بالا انجام گرفته است اين نانولوله ها ميتوانند به عنوان داربست بافت سلول ها عصبي ايفاي نقش نمايند از ديگر کاربردهاي آن در زمينه پزشکي ميتوان به درمان آسيب ديدگي مغز- دارو رساني به سلولهاي آسيب ديده ، از بين بردن تومور هاي سرطاني و ژن درماني اشاره کرد. 

کاربردها در صنعت نفت:

استفاده از نانو لوله هاي کربني به عنوان نانو کاتاليست براي جذب و ذخيره سازي گاز طبيعي و هيدروزن، سو لفورزدايي از نفت خام و توليد سوخت (جي تي ال)

ترانزيستورها:

نانو لوله‌ها در آستانه كاربرد در ترانزيستورهاي سريع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلي استفاده مي‌شوند. بسياري از طراحان دستگاه‌ها تمايل دارند به پيشرفت‌هايي دست يابند كه آن ها را به افزايش تعداد اتصالات داخلي دستگاه‌ها در فضاي كوچك تر، قادر نمايد. ترانزيستورهاي ساخته شده از نانو لوله‌ها داراي آستانه مي‌باشند (يعني سيگنال بايد از يك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزيستور بتواند آن را آشكار كند) كه مي‌توانند سيگنال‌هاي الكتريكي زير آستانه را در شرايط اختلال الكتريكي يا نويزآشكار و رديابي نمايند. همچنين از آنجايي كه ضريب تحرك، شاخص حساسيت يك ترانزيستور براي كشف بار يا شناسايي مولكول مجاور مي‌باشد، لذا ضريب تحرك مشخص مي‌كند كه قطعه تا چه حد مي‌تواند خوب كار كند. ضريب تحرك تعيين مي‌كند كه بارها در يك قطعه چقدر سريع حركت مي‌كنند و اين نيز سرعت‌ نهايي يك ترانزيستور را تعيين مي‌نمايد.

لذا اهميت استفاده از نانو لوله‌ها و توليد ترانزيستورهاي نانو لوله‌اي با داشتن ضريب تحرك برابر با 100 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه در مقابل سيليكون با ضريب تحرك 1500 سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه و اينديم آنتيمونيد (بالاترين ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضريب تحرك 77 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه بيش از پيش مشخص مي‌شود.

 

حسگرها :

حسگرها ابزارهايي هستند كه تحت شرايط خاص، از خود واكنش‌هاي پيش‌بيني شده و مورد انتظار نشان مي‌دهند. شايد دماسنج را بتوان جزء اولين حسگرهاي كه بشر ساخت به حساب آورد. با توجه به وجود آمدن وسايل الكترونيكي و تحولات عظيمي كه در چند دهه اخير و در خلال قرن بيستم به وقوع پيوسته است، امروزه نياز به ساخت حسگرهاي دقيق‌تر، كوچك تر و با قابليت‌هاي بيشتر احساس مي‌شود.

حسگرهايي كه امروزه مورد استفاده قرار مي‌گيرند،‌ داراي حساسيت بالايي هستند به طوري كه به مقادير ناچيزي از هر گاز، گرما يا تشعشع حساسند. بالا بردن درجه حساسيت،‌ بهره و دقت اين حسگرها نياز به كشف مواد و ابزارهاي جديد دارد. با آغاز عصر نانوفناوري، حسگرها نيز تغييرات شگرفي خواهند داشت. يكي از نامزدهاي ساخت حسگرها، نانو لوله‌ها خواهند بود. با نانو لوله‌ها مي‌توان،‌ هم حسگر شيميايي و هم حسگر مكانيكي ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد اين حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسيار زياد خواهد بود، به گونه‌اي كه حتي به چند اتم از يك گاز نيز واكنش نشان خواهند داد.

تحقيقات نشان مي‌دهد كه نانو لوله‌ها به نوع گازي كه جذب آن ها مي‌شود حساس مي باشند؛ همچنين ميدان الكتريكي خارجي،‌ قدرت تغيير دادن ساختارهاي گروهي از نانو لوله‌ها را دارد؛ و نيزمعلوم شده است كه نانو لوله‌هاي كربني به تغيير شكل مكانيكي از قبيل كشش حساس هستند. گاف انرژي نانو لوله‌هاي كربني به طور چشمگيري در پاسخ به اين تغيير شكل‌ها مي‌تواند تغيير كند. همچنين مي‌توان با استفاده از مواد واسط، مانند پليمرها، در فاصله ميان نانو لوله‌هاي كربني و سيستم، نانو لوله‌هاي كربني را براي ساخت زيست حسگرها نيز توسعه داد. تحقيق در زمينه كاربرد نانو لوله‌ها در حسگرها در حال توسعه و پيشرفت است و مطمئناً در آينده‌اي نه چندان دور شاهد بكارگيري آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانيكي، شيميايي، تشعشي، حرارتي و ..) خواهيم بود.

 

حافظه‌هاي نانو لوله‌اي:

به دليل كوچكي بسيار زياد نانو لوله‌هاي كربني ‌(كه در حد مولكولي است)، اگر هر نانو لوله‌ بتواند تنها يك بيت اطلاعات در خود جاي دهد، حافظه‌هايي كه از اين نانو لوله‌ها ساخته مي‌شوند مي‌توانند مقادير بسيار زيادي اطلاعات را در خود ذخيره نمايند. با در نظر داشتن اين مطلب، بسياري از محققان در حال كار بر روي ساخت حافظه‌هاي نانو لوله‌اي مي‌باشند؛ بنابراين رؤياي ساخت رايانه‌هاي با سرعت بالا عملي خواهد شد.

 

از ديگر کاربردهاي آن ميتوان به استفاده در موتور خودرو، صنعت رنگ ، صنعت بتون ، حافظه هاي نانو لوله اي ، درصنعت لاستيک ، امکان ذخیره هیدروژن در پیل های سوختی، افزایش ظرفیت باتری ها و پیل های سوختی، افزایش راندمان پیل های خورشیدی، جلیقه های ضد گلوله سبک ومستحکم کابل های ابررسانایی یا رسانای سبک، رنگ های رسانا، روکش های کامپوزیتی ضد رادار، حصار حفاظتی الکترو مغناطیسی در تجهیزات الکترونیکی، پلیمرهای رسانا، فیبرهای بسیار مقاوم، پارچه هایی با قابلیت ذخیره انرژی الکتریکی جهت راه اندازی ادوات الکتریکی ، ماهیچه های مصنوعی با قدرت تولید نیروی 100 مرتبه بیشتر از ماهیچه های طبیعی، صنایع نساجی که در تولید الیاف اشاره شد، افزایش کارایی سرامیک ها، مواد پلاستیکی مستحکم، تشخیص گلوکز، محلولی برای اتصال درونی تراشه های بسیار سریع، مدارهای منطقی وپردازنده های فوق سریع،کمک به درمان آسیب دیدگی مغز، دارو رسانی به سلول های آسیب دیده در بدن، از بین بردن تومورهای سرطانی، تجزیه هیدروژن، ژن درمانی، اشاره کرد.

نوشته شده در چهارشنبه یازدهم آبان 1390ساعت 16:37 توسط مصطفی صادقی| |
خدمات وبلاگ نويسان
* نام و نام خانوادگی :
* آدرس ایمیل:
موضوع پیام:
*پیام:

فرم تماس از پارس تولز