زنگ تفریح 255
نانولوله‌ی کربنی، یک آلوتروپ (دگرشکل) از کربن می‌باشد، که قوی‌ترین ذره‌ی شناخته شده تا کنون است. آن‌ها دارای استفاده‌های بسیاری در زمینه‌ی الکترونیک دارند مانند ساخت وسایل الکترونیکی چون میکروسکوپ‌ها. بیایید با هم بیش‌تر با آن‌ها آشنا شویم.
همان‌طور که همه‌ی ما می‌دانیم عنصر کربن از لحاظ ساختمانی دارای شکل‌ها و فرم‌های گوناگون است (آلوتروپ). در میان آلوتروپ‌های مختلف کربن می‌توان گرافیت و الماس را مثال‌های آشنایی دانست. استوانه یا لوله‌ی نانویی کربن (Carbon nanotube=CNT) که به صورت استوانه‌ای شکل است به آن ویژگی‌های خاصی را داده است که در شکل‌های ساده‌تر می‌تواند به صورت یک ورقه‌ی گرافیتی دربیاید. CNT در گروه باکیبال‌ها(C60) قرار دارد که به شکل لوله‌ی توخالی یا کره‌ای یا بیضی‌گون توخالی می‌باشند. بگذارید که خلاصه‌ای از تاریخچه و ویژگی‌های فیزیکی و استفاده‌های نانولوله‌ی کربنی را با هم بخوانیم.
تاریخچه CNT
در واقع کشف نانولوله‌های کربنی به اواخر سال 1950 برمی‌گردد؛ وقتی که راجر بیکن (Roger Bacon) در اتحادیه‌ی کاربید بر روی کربن و ویژگی‌های مختلف آن تحقیق می‌کرد، یک ساختار بسیار قوی کربنی را از استوانه‌های توخالی که از سرهم کردن لایه‌های گرافیتی به دست می‌آمد را پیدا کرد. در سال 1985 باکی‌بال (C60) که اتم‌های کربن در آن به صورت شکل توپ فوتبال در کنار هم قرار گرفته بودند کشف شد. اما به هر حال اعتبار کشف نانولوله‌های کربنی به سومیو آی‌ایجیما (Sumio Iijima) در شرکت NEC ژاپن نسبت داده شده است. او در سال 1991 شکل‌گیری نانولوله‌های کربنی را طی آزمایش تخلیه‌ی قوس الکتریکی مشاهده کرد.
خواص فیزیکی نانولوله‌های کربنی
شرایط و خواص نانولوله‌های کربنی به اندازه‌ی قطر آن‌ها وابسته است. اگرچه طول یک نانولوله‌ی کربنی می‌تواند تا چند میلی‌متر هم باشد اما قطر آن ده‌هزار برابر از قطر موی انسان کوچک‌تر است. در اصل نانولوله‌های کربنی دارای بزرگ‌ترین نسبت طول به قطر هستند که می‌تواند این عدد به 1:28000000 برسد. در ادامه در مورد خواص فیزیکی و انواع نانولوله‌های کربنی صحبت می‌کنیم:
 |
 |
| گرافن |
1) دو نوع نانولوله‌ی کربنی وجود دارد یکی، تک دیواره‌ای (SWNT) که تنها یک دیواره‌ی استوانه‌ای گرافنی (یک آلوتروپ کربن) دارند و دیگری دودیواری (DWNT) که بیش از یک دیواره‌ی استوانه‌ای گرافنی دارند.
2) ویژگی منحصربه‌فرد CNTها از پیوند‌های SP2 (هر پیوند کربن در مجاورت 3 اتم کربن دیگر قرار دارد) آن به وجود آمده است؛ که مولکول‌ها را تنها در یک ساختار ابعادی و شکل و اندازه، گرفتار می‌کند و ثابت نگه می‌دارد.
3) برخی از خواص منحصربه‌فرد دیگر آن نیز قدرت کشسانی و ارتجاعی بالای آن و هدایت حرارتی بالای آن می‌باشد.
4) نانولوله‌های کربنی به دلیل ساختار توخالی که دارند در برابر تغییر شکل‌های ناگهانی بازگشت‌ناپذیر بر اثر فشار‌های قوی وارد می‌شود به خوبی مقاومت می‌کنند.
5) CNTها می‌توانند به جای فلزات (دارای هدایت الکتریکی بالاتر از مس) یا به جای فلزات نیمه‌رسانا، بستگی به تعداد لایه‌های گرافن دارد، استفاده شوند.
استفاده از نانولوله‌های کربنی
نانولوله‌های کربنی نقش اساسی را در نانوتکنولوژی بازی می‌کنند، مخصوصا در میکروسکوپ‌های اسکن الکترون و در نانوالکترونیک و نانوماشین‌آلات یا نمایشگرهای تخت بسیار کاربرد دارند. از نانولوله‌های کربنی به عنوان ماده‌ی بالقوه برای استفاده در آسانسورهای فضایی (کابل‌های زمین به فضا) و دیگر ابزارهای هوافضایی استفاده می‌شود. اخیرا، پیشنهاد شده است که از نانولوله‌های کربن به عنوان تقویت‌کننده در زره‌های ضدگلوله استفاده شود.
به هر حال نانولوله‌های کربنی سمی باشند یا نباشند هنوز در بسیاری از تکنولوژی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما برخی از دانشمندان معتقدند که CNTها به اندازه‌ی آزبست (پنبه‌ی نسوز) خطرناک است. بنابر گفته‌های آن‌ها استنشاق نانولوله‌های کربنی می‌تواند باعث بیماری‌‌ها و عوارض تنفسی و حتی سرطان شود. تحقیقات بسیاری هم اکنون در حال پیگیری است که آیا ادعا‌ها صحیح می‌باشد یا خیر.