پژوهشگران به تازگی موفق شدند مواد جدید کامپوزیت را به وسیله نانو لوله های کربنی تولید کنند که در ترکیب با مواد دیگر، ویژگی های منحصر به فرد خود را حفظ می کند.
نانو لوله های کربنی دارای خواصی همچون وزن کم و رسانایی بالای الکتریکی هستند و در مقایسه با فولاد، بسیار پایدارتر می باشند. به دلیل مشخصات منحصر به فردی که این نانو لوله ها دارند، از آنها در مصارف مختلفی همچون باتری های فوق سبک، پلاستیک هایی با کارایی بالا و ایمپلنت های پزشکی استفاده می کنند.
امروزه محققان و صنعتگران در تلاش اند تا مشکلات عدیده ای که این مواد در مقیاس نانو از خود بروز می دهند را برطرف کرده و ویژگی های ممتاز بالا را کاربردی کنند. گفتنی است نانو لوله های کربنی را نمی توان به راحتی با مواد دیگر ترکیب کرد؛ چرا که در صورت ترکیب شدن این مواد، مشخصات مفید خود را از دست می دهند.
به همین دلیل گروه تحقیقاتی نانو مواد کاربردی دانشگاه کیل (Keil) و دانشگاه ترنتو (Trento) به روشی جایگزین دست یافته اند که با کمک آن، لوله های کوچک می توانند علاوه بر ترکیب شدن با سایر مواد، ویژگی های منحصر به فرد خود را نیز حفظ کنند.
سرپرست تیم محققان نانو مواد دانشگاه Keil، «پروفسور راینر ادلانگ»، گفت: «اگر چه نانو لوله های کربنی همانند رشته های فیبر دارای انعطاف بسیار بالایی هستند، ولی با این حال در مقابل تغییرات، بسیار حساس می باشند. در تلاش های قبلی برای اتصال شیمیایی نانو لوله ها به مواد دیگر مشاهده می کردیم که ساختار مولکولی این نانو لوله ها نیز تغییر می کرد؛ در نتیجه خواص آنها را به شدت تحت تاثیر قرار می داد.»
با این وجود، رویه تیم تحقیقاتی دانشگاه های کیل و ترنتو بر پایه فرآینده ساده نفوذ شیمیایی است. در این فرآیند نانو لوله ها را با آب ترکیب نموده و مخلوط نهایی را بر روی یک ماده سرامیکی بسیار متخلخل ساخته شده از اکسید روی قرار می دهند. این سطح همچون یک اسفنج، می تواند مایع را جذب کند.
در ساختار ایجاد شده، نانو لوله های کربنی خود را به یک داربست سرامیکی متصل می کنند و به طور خودکار با هم یک لایه پایدار را می سازند. داربست سرامیکی توسط نانو لوله های کربنی احاطه می گردد؛ این پدیده اثرات جالبی برای داربست و پوشش نانو لوله ای خواهد داشت.
از سویی دیگر، استقامت داربست سرامیکی به مقدار قابل توجهی افزایش خواهد یافت؛ به طوری که توانایی تحمل ۱۰۰.۰۰۰ برابری وزن خود را خواهد داشت. به وسیله پوشش CNT، ماده سرامیکی قابلیت تحمل ۷.۵ کیلوگرم و بدون آن ۵۰ گرم را می یابد.
دانشمندان علم مواد موفق شدند یکی دیگر از مزیت های این فرآیند را نشان دهند. در مرحله دوم این سازوکار، داربست سرامیکی با استفاده از فرآیند سونش شیمیایی (Etching) حل می شود.
سونش به فرآیند پرداخت و لایه برداری از روی سطوح مواد آلی یا معدنی و ایجاد فرو رفتگی در آنها به کمک یک ماده خورنده گفته می شود.
لازم به ذکر است که این فرآیند معمولا به دو صورت خشک یا خیس انجام می پذیرد. در روش خشک اقدام به برداشتن لایه هایی از روی سطح ماده مورد نظر به صورت فیزیکی و مکانیکی می شود.
ابزار به کار گرفته شده بسته به ابعاد قطعه و ظرافت ساختار نهایی از سوهان تا شلیک یون متفاوت است.
در روش خیس معمولا از مواد خورنده شیمیایی برای این کار استفاده می کنند؛ به همین دلیل این روش به اسم سونش شیمیایی شناخته می شود.
در اثر انجام واکنش های بالا، یک شبکه سه بعدی از لوله ها باقی می ماند که هر یک متشکل از یک لایه از نانو لوله های کربنی کوچک است. به این ترتیب محققان توانستند سطح را تا حد زیادی افزایش دهند و در نتیجه امکان واکنش بیشتری را فراهم کنند.
عضو تیم تحقیقاتی این پروژه، فابیان شوت (Fabian Schütt) گفت: «با کمک این فرآیند توانستیم سطح یک زمین والیبال ساحلی را به اندازه یک مکعب به ابعاد یک سانتی متر محدود کنیم. فضاهای بزرگ توخالی درون ساختار سه بعدی می تواند بعدا با مواد پلیمری پر شود. بدین ترتیب نانو لوله های کربنی می توانند بدون تغییر ساختار مولکولی و خواص، به طور مکانیکی با پلاستیک متصل شوند.»
فابیان افزود: «می توان نانو لوله های کربنی را به طور خاص منظم کرد و یک ماده کامپوزیت رسانای الکتریکی را تولید کرد. برای این منظور تنها به میزان خیلی کمی از نانو لوله های کربنی نیاز داریم تا بتوانیم به همان میزان رسانایی دست یابیم.»
این مواد در صنعت باتری و فیلتر به عنوان ماده پر کننده برای پلاستیک های رسانا، ایمپلنت های پزشکی احیا کننده، حسگر ها و قطعات الکتریکی در مقیاس نانو کاربرد دارند.
استفاده از ویژگی رسانایی بالای الکتریکی مواد مقاوم به ازهم پاشیدگی، در برنامه های کاربردی الکترونیک از جمله لباس های کاربردی و یا در زمینه فناوری پزشکی جالب توجه است.
ادلانگ گفت: «با کمک این نانو لوله های کربنی، تولید پلاستیکی که سلول های استخوانی یا قلب را تحریک به رشد کند، امکان پذیر است.»
به خاطر سادگی این روش، محققان توافق نظر دارند که این فرآیند را می توان به ساختارهای شبکه متشکل از دیگر نانو مواد منتقل کرد و در نتیجه طیف وسیعی از کاربردها را برای این مواد میسر می سازد.
جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید