أنابيب الكروبون النانوية وطرق تحضيرها
أنابيب الكروبون النانوية وطرق تحضيرها
ما هى الأنابيب النانوية ؟
أنابيب الكربون بحجم النانو ، تقنية شديدة التطور ، وهى عبارة عن أسطوانات فارغة في شكل أنابيب بحجم
النانومتر وتتكون من مجموعة ضخمة من الهياكل السداسية التي تتكون بدورها من ذرات الكربون. والكربون
للصناعات الإلكترونية في اليابان NEC نانوتيوب ظاهرة فيزيائية تم رصدها أول مرة عام 1991 في شركة
حينما كان يدرس الرم الناتج عن عملية التفريغ ،(Sumio Lijima) بواسطة العالم سوميو ليجيما
(High-resolution الكهربي بين قطبين من الكربون باستخدام ميكروسكوب إلكتروني عالي الكفاءة
ولاحظ ليجيما أن هناك بعض اللمعان أو البريق داخل ، transmission electron microscope)
هذا الرماد فاعتقد أن الكربون تحول إلى ماس فقرر فحصة بطريقة جيدة ،
استخدم سوميو ليجيما الميكروسكوب الإلكترونى لفحص الرماد ووجد أن جزيئات الكربون فى وضع غير
طبيعى حيث أنه من المفترض أن يكون ترتيب جزيئات الكربون كما فى الشكل التالى:
ولكن فوجئ ليجيما بشيء آخر وهو أن جزيئات الكربون قد التفت لتتصل ببعضها البعض مكونة ما يشبه
وتم تكرار التجربة عدة مرات وفى كل مرة كان هناك جديد بعد كل فحص وكان مجمل ما توصل إلية سوميو
ليجيما هو أن:
-1 جزيئات الكربون تأخذ ترتيبًا يشبه الأنابيب.
-2 أنابيب الكربون الناتجة غير متساوية فى الحجم.
ومختلفة فى (Multi-Wall) -3 تنتج أنابيب متعددة الطبقات بمعنى أنها مجموعة من الأنابيب المتداخلة
اللون والخواص.
هذا الاكتشاف لفت انتباه شركة IBM فقررت الدخول إلى هذا المجال
ففي عام 1993م تمكن العالم دونالد بثيون من شركة IBM لتكنولوجيا الحاسبات في الولايات المتحدة الأمريكية من رصد أنابيب كربون ذات جدار واحد single wall ، يبلغ قطر الأنبوب الواحد منها 12 نانومتر ( شكل4) ثم انطلق العلماء بعد ذلك في مجال النانوتيوب ، حتى استطاع فريق من العلماء الصينيين من رصد أصغر نانوتيوب في العالم الذي يصل قطره إلى 0.5 نانومتر
فقط، مع العلم أن أقل قطر لأي شيء في العالم نظريا هو 0.4 نانومتر. و تم رصد هذا الأنبوب الصغير جدا
بعد ما طَور العلماء الصينيون طرق جديدة فى تقنية النانو.
أنابيب الكروبون النانوية وطرق تحضيرها
وعند دراسة الخواص الفيزيائية لأنابيب الك ربون النانوية كانت النتائج مبشرة للغاية ؛ فقد وجد أنها أقوى من
الحديد بمقدار 100 مرة، وأخف منه في الوزن بمقدار 6 مرات ، ولها خواص فيزيائية وميكانيكية فريدة ؛
فهى يمكن أن تكون موصلاً جيدًا جدا للكهرباء، ويمكن أن تكون شبه موصل ،(Semi-conductor)
وهذا يعتمد على طريقة تصنيعها ، وعلى ترتيب الذرات داخل الهيكل الذري. وعند قياس درجة التوصيل
للكهرباء وجد أنها أعلى من النحاس في درجة حرارة الغرفة، أما توصيلها للحرارة فهو أعلى من درجة توصيل
الماس. ويمكن دمج مواد أخرى ( نحاس ، كوارتز،...) داخل أنابيب الكربون بهدف الحص ول على خواص
.( إضافية، أى تصنيع أنبوب واحد ذو وظائف متعددة(شكل 5)
طرق تحضير أنابيب الكربون النانوية:
أنابيب الكربون الدقيقة تترابط فيها الذرات ثلاثيا في رقائق منحنية تشكل أسطوانات مفرغة يتم الحصول عليها
بطريقة القوس الكربونى مع تغيير طاقته لكي يصبح التيار مستمر اً بدلا من المتردد ، و بالتالي يمكن الحصول
على هياكل أنبوبية الشكل في أحد الرواسب على القطب. وهذه الأنابيب مكونه بالكامل من الكربون، و تمت
تسميتها الأنابيب النانومترية وذلك نظرا لقطرها الذي يبلغ عدة نانومترات.
و توجد طرق عديدة لإنتاج جزيئات الكربون المكونة من الأنابيب النانومترية، وهي:
- عمل تحليل كهربي باستخدام أقطاب من الج رافيت في أملاح منصهرة .
- تحليل حراري مُحفز للهيدروكربونات .
- تبخير للجرافيت باستخدام الليزر.
و باختلاف طرق عمل الأنابيب النانومترية ، تكون لها خواص إلكترونية مختلفة، فبعضها يُتوقع أن يكون معدنيا
بينما يكون البعض الآخر أشباه موصلات. و اتضح أن تلك الأنابيب النانومترية قوية بدرجة لا تُصدق فهي
أقوى بمئات المرات من الصلب، ويرجع ذلك ج زيئيا إلى شكلها الهندسي السداسي، والذي يمكنه توزيع
القوى والتشوهات بسبب قوة رابطة الكربون – كربون ، و بالتالي فإن لها خواص إلكترونية غير عادية.
ــــــــــــــــــــــــــــــ
الموضوع مقتطف من كتاب أنابيب الكروبون النانوية