آشنایی با نانو لوله های کربنی و کمکی که به پیشرفت علم می کنند

خواص نانولوله های کربنی باعث شده است محققان ودانشمندان زیادی در رشته های مختلف از آن استفاده کنند. خواص الکتریکی نانولوله های کربنی به جهت گیری شش گوش ها در امتداد محور لوله بستگی دارد. شکل زیر سه جهت گیری نانو لو له ها رانشان می دهد: زیگزاگ ، صندلی ، غیر متقارن .

نانو لوله ها

نانو لوله های کربنی با ساختار صندلی خواص الکتریکی مشابه فلزات دارند. وقتی که ولتاژ الکتریکی به دو سر نانو لوله های صندلی اعمال می کنید، جریان ایجاد می شود به عبارت دیگر مانند فلزات هادی جریان الکتریسیته هستند. دو جهت گیری زیگزاگ و غیر متقارن خواصی شبیه نیمه رساناها دارند. یکی دیگر از خواص جالب نانو لوله ها این است که مقاومت الکتریکی آنها در حضور سایر مواد تغییر می کند. شرکت ها با استفاده از این ویژگی حسگرهایی را ساخته اند که می تواند بخارات شیمیایی مانند مونوکسید کربن و یا مولکول های زیستی را تشخیص دهد.

نانو لوله های کربنی و انرژی

محققان در داشگاه north Carolina از نانو لوله های کربنی پوشش داده شده با سیلیکون در آندهای باطری های لیتیم-یون استفاده کزده اند.آنها معتقدند استفاده از سیلیکون ظرفیت باطریهای لیتیم-یون را تا 10 برابر افزایش می دهد. با این حال گسترش سیلیکون در طول چرخه تخلیه باتری، می تواند به آند سیلیکونی آسیب برساند. با قرار دادن سیلیکون در نانولوله های کربنی به صورت موازی با یکدیگر ،محققان امیدوارند بتوانند از آسیب سیلیکون جلوگیری کنند. محققان در دانشگاه لاس آلاماس کاتالیستی از نانو لوله ی کربنی دوپه شده با نیتروژن ساخته اند که می تواند به جای پلاتینیوم مورد استفاده قرار گیرد. محققان معتقدند از این کاتالیست در باطریهای لیتیم – هوا می توان استفاده کرد که 10 برابر بیشتر از باطریهای لیتیم-یون انرژی ذخیره می کند. محققان دانشگاه رایس الکترودهایی از نانو لوله های کربنی رشد یافته روی ورقه ی گرافین برای ساخت اکترود استفاده کرده اند که سطح بالا و مقاومت الکتریکی پایینی دارد. محققان ابتدا گرافین را روی بستری از فلزات و سپس نانو لوله های کربنی را روی صفحات گرافینی رشد دادند. از آنجا که پایه هر نانولوله اتم به اتم، به ورقه گرافین متصل است ساختار نانولوله-گرافین در اصل یک مولکول با یک سطح بزرگ است. نانو لوله های کربنی به عنوان کاالیست در سلولهای سوختی نیز می توانند عمل کنند. اینکار استفاده از پلاتینیوم گران قیمت که اساس بیشتر کاتالیستهاست جلوگیری می کند. دانشمندان دریافته اند که ترکیب نیتروژن با اتم های آهن در ساختار شبکه ای نانو لوله ها، منجر به تولید نانو لوله هایی با خواص کاتالیکی میشود.

استفاده از نانو لوله ها برای ارتقای سلامت

محققان ساختار ایمپلنت های دندانی را با افزودن نانو لوله ها به سطح مواد ایمپلنتی بهبود داده اند. آنها نشان داده اند که استخوانهای دهان به تیتتانیوم دی اکسید نانو لوله ها بهتر از تیتانیوم دی اکسید معمولی و استاندارد می چسبد. آنها همچنین دارو های ضد التهاب به نانو لوله ها اضافه کرده اند که مستقیما در محل ایمپلنت به کار برده می شود. محققان در MIT یک حسگر با استفاده از نانولوله های کربنی جاسازی شده در یک ژل را توسعه داده اند که می تواند در زیر پوست برای نظارت بر سطح اکسید نیتریک در جریان خون تزریق شود . سطح نیتریک اکساید مهم است زیرا نشان دهنده ی التهاب در بدن است. همچنین محققان عضلات مصنوعی متشکل از نخ بافته شده با نانولوله های کربنی و پر از موم ساخته اند. آزمایشات نشان داده است که عضلات مصنوعی می توانند وزنه هایی 200 بار سنگین تر از وزنی را که عضلات طبیعی می توانند جابجا کنند بالا ببرند. نانولوله متصل به آنتی بادی که توسط جوجه تولید می شود در تست های آزمایشگاهی برای از بین بردن تومورهای سرطان پستان مفید بود. نانولوله حامل آنتی بادی به پروتئین تولید شده توسط یک نوع از سلول های سرطان پستان جذب می شود. هنگامی که به این سلول ها متصل شد، نانولوله نور تولیدی از یک لیزر مادون قرمز را جذب می کند، و تومور ها را می سوزاند. محققان در دانشگاه کانکتیکات یک سنسور که با استفاده از نانو لوله و طلا برای تشخیص پروتئینی که نشان دهنده ی حضور سرطان دهان است را ساخته اند. نتایج این سنسور دقیق و در کمتر از چند ساعت است جواب آزمایش حاضر است.

نانو لوله های کربنی و محیط زیست

نانو لوله ای کربنی برای تمیز کردن نشت نفت کمک زیادی کرده است. محققان دریافته اند که اضافه کردن اتم بور در طول رشد نانولوله های کربنی باعث تبدیل نلنو لوله به یک ماده اسفنج مانند می شود که می تواند چندین برابر بیشتر از روش های فعلی روغن را جذب کند. نانولوله های کربنی به عنوان منافذ غشاء در اسمز معکوس برای شیرین کردن آب استفاده می شود. مولکول های آب از طریق دیوارهای صاف نانولوله های کربنی راحت تر ازز سایر نانو حفرات عبور می کنند که نیاز به انرژی کمتری دارد و به این ترتیب می توان آب را با انرژی کمتری تصفیه کرد. محققان با استفاده از نانولوله های کربنی دستگاه های تصفیه آب ارزان قیمت کوچک مورد نیاز کشورهای در حال توسعه را تولید کرده اند. سنسور با استفاده از عناصر تشخیص نانولوله کربنی قادر به تشخیص طیف وسیعی از بخارات شیمیایی هستند. این سنسور با واکنش به تغییرات در مقاومت نانولوله های کربنی در حضور بخار شیمیایی کار می کنند. محققان در دانشگاه فنی مونیخ از روش اسپری بر روی سطوح نانولوله های کربنی و پلاستیک انعطاف پذیر برای تولید سنسور استفاده کردند. محققان بر این باورند که این روش می تواند سنسور کم هزینه بر روی سطوحی مانند مواد غذایی بسته بندی فیلم پلاستیکی تولید کند ، به طوری که سنسور می تواند مواد غذایی فاسد را کشف کند. سنسور مبتنی بر نانولوله های ارزان قیمت می تواند باکتری در آب آشامیدنی را تشخیص دهد.

مواد مؤثر نانولوله های کربنی

محققان کامپوزیتهای مبتنی بر نانو لوله های کربنی تولید کرده اند که با اعمال ولتاژ خم می شود. این ماده را می توان در مواردی مانند بال هواپیما استفاده کرد که به کمک اعمال ولتاژ تغییر شکل بدهند. محققان دریافته اند که نانولوله های کربنی می تواند حفره هایی که در بتن معمولی رخ می دهد را پر کند . این حفره اجازه می دهد آب به بتن نفوذ کند و باعث ایجاد ترک شود ،اما استفاده از مخلوط نانو لوله ها از ایجاد ترک در بتن جلوگیری می کند. محققان در MIT یک روش برای اضافه کردن نانولوله های کربنی عمود بر الیاف کربن را ساخته اند که nanostiching نامیده می شود. آنها معتقدند که نانولوله عمود بر الیاف کربن کمک می کند الیاف کنار هم قرار گیرند ، به جای بسته های اپوکسی، خواص کامپوزیت را بهبود می بخشد.

ترجمه: زهرا کامران ور

مطالب مرتبط:

این محتوا اختصاصاً برای یاد بگیر دات کام تهیه شده است استفاده از آن با ذکر منبع همراه با لینک آن و نام نویسنده یا مترجم مجاز است