ویژگی ها و انواع نانو لوله های کربنی

نانولوله کربنی

کشف فلورن ها و خواص قابل توجه آنها محققین را بر انگیخت تا کاربردهای عملی آنرا پیدا کنند.  در سال ۱۹۹۱ دوباره به طور تصادفی نوع جدیدی از فلورن ها کشف شد . کشف آزمایشگاههای NEC در ژاپن در سال ۱۹۹۱ نشان داد نانو تیوب ها همان فلورن ها هستند که مانند تست تیوب و ریسمان های در حد نانومتر هستند .

خواص ویژه و منحصر به فرد آن ازجمله مدول یانگ بالا و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانولوله‌ها (به خاطر این که کربن ماده‌ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر می‌باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روش‌های رشد نانولوله‌ها باشیم. کارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الکترونی نانولوله متمرکز شده است.

کوشش‌های گسترده‌ای نیز برای رسیدگی به خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی و ساز وکار عیوب و اثر تغییر شکل نانولوله‌ها بر خواص الکتریکی صورت گرفته است.می توان گفت این علاقه ویژه به نانولوله‌ها از ساختار و ویژگی‌های بی‌نظیر آن ها سرچشمه می‌گیرد.

نانو لوله های کربنی

انواع نانو لوله های کربنی

نانولوله ها به دو دسته تک جداره و چند جداره تقسیم می شوند. نانولوله های کربنی تک جدتره نیز بر حسب آرایش  اتم های کربنی مقطع لوله به سه دسته مهم ، دسته  صندلی و کایرال که دارای خاصیت فلزی هستند و زیگزاگ که خاصیت نیمه رسانایی دارد، تقسیم می شوند.

یک لایه گرافیت را در نظر بگیرید. اتم‌هایی را که در یک ردیف قرار گرفته‌اند با ( n,m ) ـ که نشان‌دهنده مختصات یک نقطه در صفحه است ـ مکان‌یابی می‌کنیم. به طوری که مختصات n، مربوط به ستون اتم‌ها و مختصات m مربوط به ردیف اتم‌ها باشد.
همان‌طور  که  می‌دانیم برای  تهیه یک لوله  از یک صفحه،  کافی است یک نقطه از صفحه را روی نقطه ی دیگر قرار دهیم. یک نانولوله مانند صفحه گرافیتی است که به شکل لوله درآمده باشد. بسته به اینکه چگونه دو سر صفحه گرافیتی به یکدیگر متصل شده باشند، انواع مختلفی از نانولوله ها را خواهیم داشت.

شکل۲ :نحوه roll up و بوجود آمدن نانولوله ها

۱- نوع زیگزاگ

برای ساختن نوع زیگزاگ نانولوله، مطابق شکل اتم‌ها را در راستای افقی (ستون به ستون) شمرده {(۰و۱) ، (۰و۲) و اتم انتهایی (۰و۵) را با خم کردن صفحه، بر روی اتم ابتدایی (۰و۰) انطباق می دهیم. برای اطمینان از درستی روش ساخت باید  دقت کنیم که در آخر کار، در راستای افقی یک خط شکسته زیگزاگ به دور نانولوله ببینیم.

شکل ۳ : شکل گیری نانولوله زیگزاگ

۲- نوع صندلی

در صورتی که اتم ابتدایی و  اتمی که در وضعیت ۴۵  درجه نسبت به آن قرار  دارد، روی هم قرار بگیرند، نانولوله نوع صندلی به دست می آید.در این حالت می‌توانیم بین این دو اتم یک خط مستقیم رسم کنیم که معادله آن «m=n» است. یعنی شماره ستون و ردیف هر یک از آنها با یکدیگر برابر است. در این حالت با یک بار گردش به دور نانولوله تعدادی صندلی پشت سر هم خواهیم دید.

شکل ۴ :شکل گیری نانولوله صندلی

۳- نوع نامتقارن

در این  حالت نیز مشابه  روش صندلی عمل می‌کنیم،  با این تفاوت  که در مختصات  اتم انتهایی، m≠n خواهد بود. اگر یک بار افقی به دور نانولوله بچرخیم مجموعه‌ای از صندلی‌ها را می‌بینیم که نسبت به افق، به صورت مایل قرار گرفته‌اند.
برای ساختن مدلی از هر کدام از انواع نانولوله‌ها فقط کافی است مطابق شکل کاغذ را خم کرده و نقطه ی انتهایی را بر نقطه ی ابتدایی منطبق نمایید.

شکل ۵ :شکل گیری نانولوله نامتقارن

این لوله ها به علت آنکه دارای قطر چند نانومتری می باشند،(نانولوله) نام گرفته اند. یعنی ما با اتصال دونقطه ی یک صفحه گرافیتی به هم، لوله‌ای را به دست آورده‌ایم که قطر فضای خالی داخلی آن چند میلیاردم یک متر است.   (اگر طول یک متر را به یک میلیارد قسمت تقسیم کنیم، ضخامتی معادل یک نانومتر به دست می‌آید.)

شکل ۶ :شکل گیری انواع نانولوله ها