نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربردها

کربن یکی از عناصر شگفت انگیز طبیعت است و کاربردهای متعدد آن در زندگی بشر، به خوبی این نکته را تایید می کند. به عنوان مثال فولاد که یکی از مهم ترین آلیاژهای مهندسی است از انحلال حدود دو درصد کربن در آهن به حاصل می شود؛ با تغییر درصد کربن می توان انواع فولاد را به دست آورد. «شیمی آلی» نیز علمی است که به بررسی ترکیبات حاوی «کربن» و «هیدروژن» می پردازد و مهندسی پلیمر هم تنها براساس عنصر کربن پایه گذاری شده است.

کربن، به چهار صورت مختلف در طبیعت یافت می شود که همه این چهار فرم جامد هستند و در ساختار آنها اتم های کربن به صورت کاملاً منظم در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. این ساختارها عبارتند از: گرافیت، الماس، نانولوله ها.نانولوله ها:یک لایه گرافیت را در نظر بگیرید. اتم هایی را که در یک ردیف قرار گرفته اند با که نشان دهنده مختصات یک نقطه در صفحه است مکان یابی می کنیم. به طوری که مختصاتn، مربوط به ستون اتم ها و مختصات m مربوط به ردیف اتم ها باشد.

همان طور که می دانیم برای تهیه یک لوله از یک صفحه، کافی است یک نقطه از صفحه را روی نقطه ی دیگر قرار دهیم. یک نانو لوله مانند صفحه گرافیتی است که به شکل لوله درآمده باشد. بسته به اینکه چگونه دو سر صفحه گرافیتی به یکدیگر متصل شده باشند، انواع مختلفی از نانولوله ها را خواهیم داشت.

نوع زیگزاگ: برای ساختن نوع زیگزاگ نانو لوله، مطابق شکل اتم ها را در راستای افقی شمرده، اتم انتهایی(0و5) را با خم کردن صفحه، بر روی اتم ابتدایی (0و0) انطباق می دهیم.برای اطمینان از درستی روش ساخت باید دقت کنیم که در آخر کار، در راستای افقی یک خط شکسته زیگزاگ به دور نانولوله ببینیم.

نوع صندلی: در صورتی که اتم ابتدایی و اتمی که در وضعیت 45 درجه نسبت به آن قرار دارد، روی هم قرار بگیرند، نانولوله نوع صندلی به دست می آید. در این حالت می توانیم بین این دو اتم یک خط مستقیم رسم کنیم که معادله آن «m=n» است.یعنی شماره ستون و ردیف هر یک از آنها با یکدیگر برابر است. در این حالت با یک بار گردش به دور نانولوله تعدادی صندلی پشت سر هم خواهیم دید.

نوع نامتقارن: در این حالت نیز مشابه روش صندلی عمل می کنیم، با این تفاوت که در مختصات اتم انتهایی، m≠n خواهد بود. اگر یک بار افقی به دور نانولوله بچرخیم مجموعه ای از صندلی ها را می بینیم که نسبت به افق، به صورت مایل قرار گرفته اند.