نانو لوله‌ های كربنی‌ كه از صفحات كربن به ضخامت یك اتم و به شكل استوانه‌ای توخالی ساخته شده است در سال 1991 توسط سامیو ایجیما (از شركت Nec ژاپن) كشف شد. خواص ویژه و منحصر به فرد آن ازجمله مدول یانگ بالا و استحكام كششی خوب از یك طرف و طبیعت كربنی بودن نانولوله‌ها (به خاطر این كه كربن ماده‌ای است كم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها كه نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر می‌باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در كارایی و پرباری روش‌های رشد نانولوله‌ها باشیم. كارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الكترونی نانولوله متمركز شده است. كوشش‌های گسترده‌ای نیز برای رسیدگی به خواص مكانیكی شامل مدول یانگ و استحكام كششی و ساز وکار عیوب و اثر تغییر شكل نانولوله‌ها بر خواص الكتریكی صورت گرفته است.می توان گفت این علاقه ویژه به نانولوله‌ها از ساختار و ویژگی‌های بی‌نظیر آن ها سرچشمه می‌گیرد.

ویژگی‌های نانولوله های کربنی

۱-1) اندازه بسیار كوچك (قطر كوچكتر از 4/0 نانومتر)

1-2) حالت رسانا و نیمه‌رسانایی آن ها بر حسب شكل هندسی‌شان

نانولوله‌ها بر حسب نحوه رول شدن صفحات گرافیتی سازندۀ‌شان به صورت رسانا یا نیمه‌رسانا در می‌آیند. به عبارت دیگر از آنجا كه نانولوله‌ها در سطح مولكولی همچون یك باریكه سیمی در هم تنیده به نظر می‌رسند اتم‌های كربن در قالب شش وجهی به یكدیگر متصل می‌شوند و این الگوهای شش وجهی دیواره‌های استوانه‌ای را تشكیل می‌دهند كه اندازه آن تنها چند نانومتر می‌باشد. زاویه پیچش نوعی نانولوله، كه به صورت زاویه بین محور الگوی شش وجهی آن و محور لوله تعریف می‌شود، رسانا یا نارسانا بودن را تعیین می‌كند. تحقیقات دی گری نیز نشان داده‌اند كه تغییر شعاع نیز امكان بستن طول باند و عایق نمودن نانولوله فلزی را فراهم می‌كند. پس می‌توان گفت دوپارامتر اساسی که در این بین نقش اساسی بازی می‌كنند، یكی ساختار نانولوله و دیگری قطر و اندازه آن است. بررسی‌های دیگری نشان داده‌اند که خصوصیات الكتریكی نانولوله‌ها بسته به اینكه مولكول C60 در كجا قرار داده شود از یك هادی به یك نیمه‌هادی و یا یك عایق قابل تغییر می‌باشد. از آنجایی كه نانولوله‌های كربنی قادرند جریان الكتریسته را به وسیله انتقال بالستیك الكترون بدون اصطكاك از سطح خود عبور دهند- این جریان صد برابر بیشتر از جریانی است كه از سیم مسی عبور می‌كند- لذا نانولوله‌ها انتخاب ایده‌آلی برای بسیاری از كاربردهای میكروالكترونیك می‌باشند.

1-3) برخورداری از خاصیت منحصر به فرد ترابری پرتابه‌ای

1-4) قدرت رسانایی گرمایی خیلی بالا

1-5) سطح جداره صاف یا قدرت تفكیك بالا
سطح جداره صاف نانولوله‌ها باعث می‌شود كه میزان عبور گاز از درون آن ها به مراتب بیشتر از غشاهای میكروحفره‌ای معمولی كه در جداسازی گازها مورد استفاده قرار می‌گیرند باشد. لذا می‌توان گازهایی مانند هیدروژن و دی‌اكسید كربن را با هدایت در نانولوله از هم جدا كرد. این كه آیا نانولوله‌ها واقعاً می‌توانند در خارج از آزمایشگاه نیز گازها را به طور انتخابی از خود عبور دهند یا نه باعث شده كه امیدهای زیادی به تولید هیدروژن و نیتروژن از هوا باشد.

1-6) بروز خواص الكتریكی و مكانیكی منحصر به فرد در طول آن ها

1-7) مدول یانگ بالا

1-8) حساس به تغییرات كوچك نیروهای اعمال شده
اعمال فشار بر یك نانولوله می‌تواند ویژگی‌های الكتریكی آن را تغییر دهد كه بسته به نوع كشش یك نانولوله می‌توان رسانایی آن را افزایش یا كاهش داد. این امر به دلیل تغییر ساختار كوانتومی الكترون‌ها صورت می‌گیرد. لذا این امكان به فیزیكدان ها داده می‌شود كه ترانسفورماتور یا دستگاه‌های انتقال دهنده بر پایه نانولوله‌ها بسازند كه حساسیت زیادی به اعمال نیروهای بسیار كوچك دارند. همچنین توانایی نانولوله‌ها در احساس تغییرات بسیار كوچك فشار و باز تبدیل این فشار به صورت یك علامت الكتریكی می‌تواند در آینده امكان ساخت سوئیچ‌های نانولوله‌ای حساس به تغییرات بسیار كوچك فشار را به محققان بدهد.

1-9) گسیل و جذب نور
نانولوله‌ها می‌توانند نور مادون قرمز را جذب و دفع كنند. همچنین تزریق همزمان الكترون از یك سر و تزریق حفره از سر دیگر نانولوله‌كربنی، موجب می‌شود كه نوری با طول موج 5/1 میكرومتر از نانولوله منتشر شود.

1-10) ضریب تحرك الكتریسیته بسیار بالا
نانولوله‌ها در دمای اتاق دارای بالاترین ضریب تحرك الكتریسته نسبت به هر ماده شناخته شده دیگری هستند.

1-11)خاصیت مغناطیسی، ممان مغناطیسی بسیار بزرگ
با قرار دادن یك نانولوله در زیر لایه مغناطیسی یا با افزودن الكترون یا حفره به نانولوله می‌توان خاصیت مغناطیسی در نانولوله ایجاد كرد .این خاصیت باعث می‌شود كه بتوان ساخت وسایلی را پیش‌بینی كرد كه در آن ها اتصالات مغناطیسی و الكتریكی از هم جدا شده‌اند. اتصال مغناطیسی را می‌توان برای قطبی كردن مغناطیسی نانولوله‌ها- دستكاری در اسپین‌ها- به كار برد و از اتصال‌های غیرمغناطیسی برای الكترودهای ولتاژ- جریان استفاده كرد. همچنین ممان مغناطیسی آن ها نیز قابل اندازه‌گیری است (1/0 مگنتون بور در هر اتم كربن).

1-12) چگالی سطحی بسیار بالا
نانولوله‌ها دارای چگالی سطحی بسیار بالایی می‌باشند كه باعث استحكام بالای نانولوله می‌شود. می‌توان گفت این خاصیت در اثر ریز بودن قابل توجه آن ها پدیدار می‌شود.

1-13) قابلیت ذخیره‌سازی
در نانولوله‌ها هر سه اتم كربن قابلیت ذخیره یك یون لیتیم را دارند در حالی كه در گرافیت هر شش اتم كربن توانایی ذخیره یك یون لیتیم را دارند. همچنین توانایی ذخیره انرژی در نانولوله‌ها چند برابر حجم الكترودهای گرافیتی است. لذا محققان امیدوارند بتوانند هیدروژن زیادی را در نانولوله‌ها برای كاربردهای انرژی و پیل‌های سوختی ذخیره كنند.

1-14) داشتن خاصیت ابررسانایی
نانولوله‌ها در دمای زیر k ْ15 ابررسانا شده‌اند. شعاع این نانولوله‌های ابررسانا فقط 4/0 نانومتر است. این كشف در نانولوله‌های كربنی نه تنها حیرت دانشمندان را به دنبال داشته بلكه قضایایی را كه حدود 40 سال پیش انتقال فاز را در سیستم‌های یك یا دو بعدی ممنوع می‌دانستند، رد كرده است. همچنین دانشمندان دلایلی را ارائه كرده‌اند كه می‌توان ابررسانایی دمای اتاق را در نانولوله‌های كربنی یافت. آن ها بیش از 20 دلیل ارائه كرده‌اند كه نانولوله‌های كربنی از خود خواصی را نشان می‌دهند كه بیانگر ابررسانایی دمای اتاق در آن هاست.

1-15) تولید ولتاژ
با عبور مایع از میان كلاف‌هایی از نانولوله‌های كربنی تك جداره، ولتاژ الكتریكی ایجاد می‌شود. از این تكنیك برای ساخت حسگرهای جریان مایع برای تشخیص مقادیر بسیار اندك مایعات و نیز برای ایجاد ولتاژ در كاربردهای زیست پزشكی استفاده می‌شود. همچنین نشان داده شده است كه مایعات با قدرت یونی بالا ولتاژ بیشتری تولید می‌كنند.

1-16) استحكام و مقاومت كششی بالا
میزان افزایش نیروی گرمایی و مقاومت نانولوله‌ها با ریشه سوم جرم اتم‌ها و مولكول‌ها متناسب است. همچنین حرارت دادن موجب افزایش استحكام نانولوله شده و مقاومت كششی آن را شش برابر می‌كند و هدایت آن نیز افزایش می‌یابد. تحقیقات اخیر نشان می دهد كه در اثر برخورد اتم‌ها یا مولكول‌ها با نانولوله‌ كربنی مقاومت الكتریكی آن تغییر می‌كند.

انواع نانولوله های‌ کربنی

نانولوله‌ها به دو دسته تك جداره (SWNT) و چند جداره (MWNT) تقسیم می‌شوند،‌ نانو لوله های تك جداره نیز بر حسب آرایش اتم‌های كربنی مقطع لوله به سه دسته مهم دسته صندلی (Armchair) و كایرال( chiral ) كه دارای خاصیت فلزی هستند و زیگزاگ (Zigzag) كه خاصیت نیمه‌رسانایی دارد، تقسیم می‌شوند.

 

(n,0) Zig-Zag
(n,n)
armchair
chiral
نانولوله‌های كربنی تك جداره فقط از كربن و یك ساختارساده (ورقه‌ای از شش ضلعی‌های منظم) تشكیل شده‌اند. برخی پیش‌بینی‌ها حاكی از آن است كه تك جداره ها می‌توانند رسانا یا نیمه‌رسانا باشند. این هدایت الكتریكی بالا بستگی به هندسه دقیق اتم‌های كربن دارد. از آغاز كار روی تك جداره ها از آن ها به عنوان یك پدیده تك بعدی نام برده می‌شد تا این كه این نظریه مرحله به مرحله پیشرفت كرد. علت علاقه به این نانولوله‌های تك جداره و تلاش برای جایگزین كردن آن ها در صنعت، بر اساس محاسبات نظری و تأثیرات آزمایشگاهی، بر خصوصیات عالی مكانیكی و رسانایی الكتریكی آن ها مانند فلزات می‌باشد. البته تولید نانو لوله های تك جداره دارای هزینه بالایی است و تولید به همراه پایدار كردن خصوصیات آن ها در حین فراوری پلیمر- نانولوله مشكل می‌باشد. هر چند نانولوله‌هایی كه با استفاده از تكنیك لانگهوری- بلاجت كه شامل حركاتی افقی و عمودی شبیه نقاشی سنتی ژاپن می‌باشد تولید شده‌اند، علاوه بر این كه ثابت نگه داشته می‌شوند- توسط ژلاتین و تشكیل نانوژل كربنی- از لحاظ نوری نیز یكدست و همگن و از لحاظ ساختاری قابل كنترل می‌باشند.
بر عكس در دسترس بودن و تجاری بودن نانولوله‌های كربنی چند جداره باعث شده كه پیشرفت‌های بیشتری در این زمینه داشته باشیم تا حدی كه محصولاتی در آستانه تجاری‌شدن تولید شده است. به عنوان مثال از نانولوله‌های كربنی چند جداره (جایگزین كربن بلك Carbon-black) در پودرهای رنگ استفاده شده است.
یكی از معایب نانولوله‌های چند جداره نسبت به تك جداره این است كه استحكام‌دهی آن ها كمتر می‌باشد زیرا پیوندهای صفحات داخلی ضعیف می‌باشند. اما از آنجا كه‌ در حال حاضر كاربردهای نانولوله‌ها در تقویت پلیمرها باعث بهبود خواص گرمایی و الكتریكی می‌شود تا بهبود خواص مكانیكی، كاربرد نانولوله‌های كربنی چند جداره بسیار زیاد می‌باشد. ازطرفی تكنیك‌های موجود نیز برای تولید نانولوله‌های تك جداره به اندازه كافی بازدهی ندارد و خلوص لازم را نیز به همراه نمی آورد. تخلیص این مواد بسیار زحمت‌آور است و در نهایت ممكن است به ساختار نانولوله‌ صدمه نیز بزند.

 

روش‌های تولید نانو لوله های کربنی

بعد از آن كه در سال 1991 ایجیما اولین نانولوله‌ را دركربن دوده‌ای حاصل از تخلیه قوس الكتریكی مشاهده كرد، محققان زیادی در جهت بسط و گسترش روش‌های رشد برآمده‌اند تا بتوانند مواد خالص‌تر با خواص كنترل شده مورد نظر تولید كنند. اما با آن كه روش‌های زیادی برای تولید نانولوله‌های كربنی ارائه شده است،‌ سنتز آن ها در دمای اتاق تاكنون به صورت مشكلی لاینحل باقی مانده است. دانشمندان تاكنون این مواد را در محدوده دمایی 200 تا700 درجه سانتیگراد با بازده كمتر از 70 درصد و حتی پس از چندین بار خالص‌سازی با درجهخلوص حداكثر 95 -70 درصد تولید كرده‌اند. در زیر چند روش عمده در سنتز نانولوله‌ها مورد بحث اجمالی قرار می‌گیرد. بدون شك بهینه سازی و كنترل این روش‌ها می‌تواند توان بالقوهنانولوله‌ها را پدیدار نماید.

3-1 روش تخلیه قوس
در این روش اتم‌های كربن به وسیله عبور جریان بالا از دو قطب آندو كاتد در داخل پلاسمای گاز هلیم داغ شده و بخار می‌شوند.

3-2 روش تابش لیزر
در این روش پالس‌های قوی شده اشعه لیزر به طرف یك هدف كربنی كه شامل 5 درصد اتمی نیكل و كبالت است پرتاب می‌شوند.

3-2 رسوب بخار شیمیایی (CVD)
این روش شامل حرارت دادن مواد كاتالیزوری تا درجه حرارت های بالا در یك كوره لوله‌ای شكل و عبور یك گاز هیدروكربنی در سراسر لوله برای یك مدت زمان معین می‌باشد.
دو روش تخلیه قوس و تابش لیزر برای زمان طولانی، روش‌های تقریباً كاملی برای تولید نانولوله‌های تك جداره بودند. اما از آنجایی كه هر دو روش مبتنی بر بخار اتم‌های كربن درون محفظه كوچك هستند اولاً میزان تولید نانولوله پایین می‌باشد، ثانیاً نانولوله‌هایی كه به صورت تبخیری تهیه می‌شوند به صورت در هم پیچیده هستند؛در این صورت برای خالص و تمیز كردن آن ها با مشكل مواجه‌اند. روش رسوب بخار نیز با چالش‌هایی مواجه است چرا كه برای تولید نانولوله‌های كربنی چند جداره چگالی بالایی از عیوب در ساختارشان به وجود می‌آید. این عیوب به خاطر دمای پایین رشد می‌باشد كه مقدار انرژی لازم برای بازپخت (آنیل) نانولوله‌ و تكمیل ساختارش را فراهم نمی‌كند. همچنین این روش منجر به مداری شامل هر نوع نانولوله‌های هادی و نیمه‌هادی می‌شود. همچنین رشد نانولوله‌ها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است در حالی كه نانولوله‌های با قطر كمتر در كلید زنی مناسب‌ترند. با این وجود تمركز محققان بر روی روش رسوب‌دهی بخار است زیرا تولید انبوه در حد كیلوگرم را میسر می‌سازد و می‌توان كنترل قابل قبولی بر مكانیزم رشد داشت.

 

 

كاربردهای نانولوله‌های کربنی
وجود یك سری مختصات ویژه نانولوله‌های كربنی، آن ها را به انتخاب ایده آلی برای بسیاری از كاربردها تبدیل كرده است.
امروزه در روند تحقیق درباره نانولوله‌ها توجه و تعمق ویژه‌ای بر روی استفاده از آن ها در ساخت ابزارها متمركز شده است. اكثر پژوهشگرانی كه در دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های تحققاتی سرتاسر دنیا بر روی نانولوله‌ها كار می‌كنند با خوش‌بینی پیش‌بینی می‌كنند كه در آینده‌ای نزدیك نانولوله‌ها كاربردهای صنعتی وسیعی خواهند داشت.
هم‌اكنون امكان ساخت ابزارهای بسیار جالبی وجود دارد،‌ اما در خصوص موفقیت تجاری‌ آن ها، باید در آینده قضاوت كرد. تقریباً تمام مقالات به طور ضمنی به كاربرد نانولوله‌ها و بهره‌برداری تجاری از آن ها در آینده اشاره دارند. آینده كاربرد نانولوله‌ها در بخش الكترونیك روشن است؛ خواص الكتریكی و پایداری شیمیایی بی بدیل نانولوله‌ها به طور قاطع ما را به سمت استفاده از این خواص سوق خواهد‌ داد. بنابراین در ادامه به شرح چند مورد از حوزه‌های مهم كاربرد نانولوله‌ها می پردازیم.

4-1) ترانزیستورها
نانولوله‌ها در آستانه كاربرد در ترانزیستورهای سریع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلی استفاده می‌شوند. بسیاری از طراحان دستگاه‌ها تمایل دارند به پیشرفت‌هایی دست یابند كه آن ها را به افزایش تعداد اتصالات داخلی دستگاه‌ها در فضای كوچك تر، قادر نماید. ترانزیستورهای ساخته شده از نانولوله‌ها دارای آستانه می‌باشند (یعنی سیگنال باید از یك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزیستور بتواند آن را آشكار كند) كه می‌توانند سیگنال‌های الكتریكی زیر آستانه را در شرایط اختلال الكتریكی یا نویزآشكار و ردیابی نمایند. همچنین از آنجایی كه ضریب تحرك، شاخص حساسیت یك ترانزیستور برای كشف بار یا شناسایی مولكول مجاور می‌باشد، لذا ضریب تحرك مشخص می‌كند كه قطعه تا چه حد می‌تواند خوب كار كند. ضریب تحرك تعیین می‌كند كه بارها در یك قطعه چقدر سریع حركت می‌كنند و این نیز سرعت‌ نهایی یك ترانزیستور را تعیین می‌نماید.
لذا اهمیت استفاده از نانولوله‌ها و تولید ترانزیستورهای نانولوله‌ای با داشتن ضریب تحرك برابر با 100 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه در مقابل سیلیكون با ضریب تحرك 1500 سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه و ایندیم آنتیمونید (بالاترین ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضریب تحرك 77 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه بیش از پیش مشخص می‌شود.

4-2) حسگرها
حسگرها ابزارهایی هستند كه تحت شرایط خاص، از خود واكنش‌های پیش‌بینی شده و مورد انتظار نشان می‌دهند. شاید دماسنج را بتوان جزء اولین حسگرهای كه بشر ساخت به حساب آورد. با توجه به وجود آمدن وسایل الكترونیكی و تحولات عظیمی كه در چند دهه اخیر و در خلال قرن بیستم به وقوع پیوسته است، امروزه نیاز به ساخت حسگرهای دقیق‌تر، كوچك تر و با قابلیت‌های بیشتر احساس می‌شود.
حسگرهایی كه امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند،‌ دارای حساسیت بالایی هستند به طوری كه به مقادیر ناچیزی از هر گاز، گرما یا تشعشع حساسند. بالا بردن درجه حساسیت،‌ بهره و دقت این حسگرها نیاز به كشف مواد و ابزارهای جدید دارد. با آغاز عصر نانوفناوری، حسگرها نیز تغییرات شگرفی خواهند داشت. یكی از نامزدهای ساخت حسگرها، نانولوله‌ها خواهند بود. با نانولوله‌ها می‌توان،‌ هم حسگر شیمیایی و هم حسگر مكانیكی ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد این حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسیار زیاد خواهد بود، به گونه‌ای كه حتی به چند اتم از یك گاز نیز واكنش نشان خواهند داد.
تحقیقات نشان می‌دهد كه نانولوله‌ها به نوع گازی كه جذب آن ها می‌شود حساس می باشند؛ همچنین میدان الكتریكی خارجی،‌ قدرت تغییر دادن ساختارهای گروهی از نانولوله‌ها را دارد؛ و نیزمعلوم شده است كه نانولوله‌های كربنی به تغییر شكل مكانیكی از قبیل كشش حساس هستند. گاف انرژی نانولوله‌های كربنی به طور چشمگیری در پاسخ به این تغییر شكل‌ها می‌تواند تغییر كند. همچنین می‌توان با استفاده از مواد واسط، مانند پلیمرها، در فاصله میان نانولوله‌های كربنی و سیستم، نانولوله‌های كربنی را برای ساخت زیست حسگرها نیز توسعه داد. تحقیق در زمینه كاربرد نانولوله‌ها در حسگرها در حال توسعه و پیشرفت است و مطمئناً در آینده‌ای نه چندان دور شاهد بكارگیری آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانیكی، شیمیایی، تشعشی، حرارتی و ..) خواهیم بود.

 

4-3) نمایشگرهای گسیل میدانی
بسیاری از متخصصان بر این باورند كه فناوری نمایشگرهای با صفحه تخت امروزی از نظر هزینه، كیفیت و اندازه صفحه نمایش، برای مصارف خانگی مناسب نیستند. آن ها معتقدند كه با استفاده از نمایشگرهایی كه از نانولوله‌های كربنی به عنوان منبع انتشار استفاده می‌كنند، می توانند این مشكلات را بر طرف ‌كنند .
نانولوله‌های كربنی می‌توانند عنوان بهترین گسیل كننده میدانی را به خود اختصاص داده و ابزارهای الكترونی با راندمان وكارایی بالاتری تولید كنند. خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله‌ها، تولیدكنندگان را قادر به تولید نوعی جدید از صفحه نمایش‌های تخت خواهد ساخت كه ضخامت آن ها به اندازه چند اینچ بوده و نسبت به فناوری‌های فعلی از قیمت مناسب‌تری برخوردار باشد. به علاوه كیفیت تصویر آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود.
در پدیده گسیل میدانی، الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فیلم‌های ضخیم دارای نانولوله به سمت صفحه نمایش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن می‌شوند. هر نقطه از این فیلم، یك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الكترونی) كوچك است كه تصویر را روی صفحه نمایش ایجاد می‌كند. ولتاژ لازم برای نمایشگر گسیل میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متكی بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه كاتدی استفاده می‌شد، كمتر می‌باشد و این نانولوله‌ها با ولتاژ كمتر، نور بیشتری تولید می‌كنند.

4-4) حافظه‌های نانولوله‌ای
به دلیل كوچكی بسیار زیاد نانولوله‌های كربنی ‌(كه در حد مولكولی است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها یك بیت اطلاعات در خود جای دهد، حافظه‌هایی كه از این نانولوله‌ها ساخته می‌شوند می‌توانند مقادیر بسیار زیادی اطلاعات را در خود ذخیره نمایند. با در نظر داشتن این مطلب، بسیاری از محققان در حال كار بر روی ساخت حافظه‌های نانولوله‌ای می‌باشند؛ بنابراین رؤیای ساخت رایانه‌های با سرعت بالا عملی خواهد شد.

 

۴-5) استحكام‌دهی كامپوزیت‌ها

توزیع یكنواخت نانولوله‌ها در زمینه كامپوزیت و بهبود چسبندگی نانولوله‌ با زمینه در فرآوری این نانوكامپوزیت‌ها از موضوعات بسیار مهم است.
شیوه توزیع نانولوله‌ها در زمینه پلیمری از پارامترهای مهم در استحكام‌دهی به كامپوزیت می‌باشد. آنچه از تحقیقات بر می‌آید این است كه استفاده از خواص عالی نانولوله‌ها در نانوكامپوزیت‌ها وابسته به استحكام پیوند فصل مشترك نانولوله و زمینه می‌باشد. نكته دیگر آنكه خواص غیر همسانگردی نانولوله‌ها باعث می‌شود كه در كسر حجمی كمی از نانولوله‌ها رفتار جالبی در این نانوكامپوزیت‌ها پیدا شود.
از كاربردهای دیگر نانو لوله ها می توان به امكان ذخیره هیدروژن در پیل‌های سوختی، افزایش ظرفیت باتری‌ها و پیل‌های سوختی، افزایش راندمان پیل‌های خورشیدی، جلیقه‌های ضدگلوله سبك و مستحكم، كابل‌های ابررسانا یا رسانای سبك، رنگ‌های رسانا،‌ روكش‌‌های كامپوزیتی ضد رادار، حصار حفاظتی الكترومغناطیسی در تجهیزات الكترونیكی، پلیمرهای رسانا، فیبرهای بسیار مقاوم، پارچه های با قابلیت ذخیره انرژی الكتریكی جهت راه اندازی ادوات الكتریكی، ماهیچه‌های مصنوعی با قدرت تولید نیروی 100 مرتبه بیشتر از ماهیچه‌های طبیعی، صنایع نساجی، افزایش كارایی سرامیك‌ها، مواد پلاستیكی مستحكم، تشخیص گلوكز، محلولی برای اتصال درونی تراشه‌های بسیار سریع، مدارهای منطقی و پردازنده‌های فوق سریع، كمك به درمان آسیب‌دیدگی مغز، دارورسانی به سلول‌های آسیب دیده، از بین بردن تومورهای سرطانی، تجزیه هیدروژن، ژن‌درمانی، تصویربرداری، SPM، FEM، محافظ EMT، حسگرهای شیمیایی ، SET و LED، پیل‌های خورشیدی و نهایتاً LSI اشاره كرد. البته در چند مورد اخیر بیشتر از نوع تك جداره آن استفاده می‌شود.
لذا این فناوری با این گستره كاربردها می‌تواند در آینده‌ای نه چندان دور بازار بزرگی را به خود اختصاص داده و زندگی بشر را تحت تأثیر خود قرار دهد.
در پایان در پاسخ به این سؤال كه چرا دانشمندان به فناوری نانو روی آورده ومی‌خواهند بر تمام مشكلات جابه‌جایی اتم فائق آیند می‌توان گفت که تغییرات در مقیاس نانومتری بر خواص موج گونه الكترون‌های درون مواد اثر می‌گذارد لذا با جابه جا كردن اتم‌ها در این مقیاس می‌توان خواص اصلی مواد (به عنوان مثال دمای ذوب، اثرات مغناطیسی، ظرفیت بار) را بدون تغییر كلی تركیب شیمیایی مواد دگرگون ساخت.

 

 

یک گروه تحقیقاتی با استفاده از نانو ذرات در قطره‌های چشمی به روش دیگری از دارو رسانی به چشم اشاره کردند. به گزارش مجله فضای نانو، قطره‌های چشمی حاوی مواد قابل تجزیه، برای دارورسانی در چشم موثر هستند. این روش به وسیله یک گروه تحقیقاتی به رهبری دکتر جان تسیبوکلیز در دانشگاه پورتس‌موث ‪ Portsmouth‬کشف شد.

در این روش برای دارو رسانی در چشم از نانو ذرات پلیمری قابل تجزیه استفاده می‌شود. نانو ذرات، ذرات میکروسکپی در مقیاس نانومتری هستند. این ذرات بسیار کوچکند به حدی که بطور مثال اندازه عرض یک مورچه میلیون‌ها نانومتر است. دکتر تسیبوکلیز می‌گوید: این پلیمرهای قابل تجزیه با داروها ترکیب می‌شوند که در نتیجه دارو را با دقت زیاد و بطور کنترل شده در چشم آزاد می‌کنند.

رهاسازی دارو می‌تواند دائمی، چرخه‌ای و یا با استفاده از علائم محیطی یا شیمیایی انجام شود و پلیمرهای حامل دارو نیز می‌توانند به وسیله بدن شکسته شوند. این فرآیند زمانی اتفاق می‌افتد که بدن دیگر نیازی به دارو نداشته باشد. روش دارو رسانی حفاظت شده بدون محدودیت، روش پیشنهادی معمول در مورد قطره‌های چشمی است. البته این روش بسیار دشوار است و حتی ممکن است غلط انجام شود و برای کارخانجات بسیار گران باشد. دکتر تسیبوکلیز این سیستم‌های جدید دارورسانی را مسئله قابل توجهی برای صنعت داروسازی اعلام کرد.

تیم تحقیقاتی دانشگاه پیام نور از ابداع روشی شیمیایی برای تهیه نانوذرات اکسید سرب با استفاده از محلول نیترات سرب و کربنات سدیم در حضور افزودنی پلی وینیل پیرولیدون (PVP) و امواج اولتراسونیک خبر داد.

نانواکسید سرب سنتز شده به عنوان ماده فعال آندی با ظرفیت دشارژ 140 میلی آمپر ساعت به ازای هر گرم در ساخت باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد که در مقایسه با آندهای صنعتی و آندهای آزمایشگاهی گزارش شده است از ظرفیت به مراتب بالاتری برخوردار است.

به گفته تیم تحقیقاتی دانشگاه پیام نور، در این کار تحقیقی اثر پارامترهای مؤثر مختلفی نظیر غلظت نیترات سرب، غلظت کربنات سدیم، دما، انواع مواد افزودنی و امواج اولتراسونیک به روش یک عامل در یک زمان برای دستیابی به ریزترین ذرات ممکن بررسی و بهینه سازی شدند.

در شرایط بهینه بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات اکسید سرب به کمک دستگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان داد که توسط این روش ساختار یکپارچه و بسیار متخلخل با ابعاد 20 تا 40 نانومتر حاصل شده است.

نانو اکسید سرب سنتز شده به عنوان ماده فعال آندی در ساخت باتری مورد استفاده قرار گرفت.

خمیر آندی اسید سولفوریک تهیه و خمیر حاصل بر روی الکترودهایی از جنس آلیاژ سرب ــ کلسیم، خمیر مالی شده و پس از کیورینگ و خشک شدن به مدت 48 ساعت با ولتاژ ثابت در مقابل کاتد تجاری دی اکسید سرب شارژ شدند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه پیام نور متشکل از دکتر حسن کرمی، دکتر محمد علی کریمی و مهندسی سعید حقدار نتایج این کار تحقیقاتی را به عنوان اختراع در اداره مالکیت صنعتی به ثبت رساندند.


منبع:ایسنا