أنابيب نانوية كربونية: الفرق بين النسختين

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
لا ملخص تعديل
سطر 326: سطر 326:
|doi=10.1038/nnano.2006.95 |pmid=18654165 |issue=2
|doi=10.1038/nnano.2006.95 |pmid=18654165 |issue=2
}}</ref> حيث تتغير نسبهم من خلال رقة ورهافة العامل المحفز. ونلاحظ أنه يتم ضم العديد من الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الأوجه ومن ثم يكون قطر الأنبوب عريضاً. <ref name="K.Hata"/>
}}</ref> حيث تتغير نسبهم من خلال رقة ورهافة العامل المحفز. ونلاحظ أنه يتم ضم العديد من الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الأوجه ومن ثم يكون قطر الأنبوب عريضاً. <ref name="K.Hata"/>

وتنشأ غابات الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة عمودياً من "تأثير الاندفاع والانطلاق" {{إنج| zipping effect }} عندما تننغمس في مذيبٍ ثم يتم تجفيفها بعد ذلك. وينجم تأثير الانطلاق من التوتر السطحي للمذيب و[[قوى فان دير فالس]] بين الأنابيب النانوية الكربونية. حيث أنه (تأثير الانطلاق) يسبب اصطفاف الأنابيب النانوية داخل المادة الكثيفة، والتي قد تتشكل في بضعة أشكالٍ مختلفةٍ، ومنها الصفائح، والقضبان، ويتم ذلك بواسطة تطبيق الضغط الضعيف خلال العملية. ويزيد التكثيف من [[صلابة فيكرز]] {{إنج|Vickers hardness}} بما يقارب 70 مرةً، والكثافة تصل إلى 0.55 g/cm<sup>3</sup>. ويزيد طول الأنابيب النانوية الكربونية المحزمة معاً عن 1 مليمتراً، كما أن لها نقاءً كربونياً يصل إلى 99.9 % أو أعلى؛ كما أنها تكتسب خصائص الاصطفاف المرغوبة لغابة الأنابيب النانوية. <ref>
{{cite journal |author=Don N. Futaba , Kenji Hata ''et al.''
|title=Shape-engineerable and highly densely packed single-walled carbon nanotubes and their application as super-capacitor electrodes
|journal=[[Nature Materials]]
|volume=5
|pages=987–994
|year=2006
|doi=10.1038/nmat1782 |pmid=17128258 |issue=12
}}</ref>

==بيئات اللهب الطبيعية، العرضية والمضبوطة==
ليس بالضرورة أن يتم تصنيع أو إنتاج [[فوليرين|الفوليرينات]] والأنابيب النانوية الكربونية في المعامل عالية التقنية؛ حيث أنها غالباً ما تتشكل في مثل تلك الأماكن الدنيوية كألفحة [[لهب|لهبٍ]] عاديةٍ، <ref>{{Cite journal|first=J.M.|last=Singer|title=Carbon formation in very rich hydrocarbon-air flames. I. Studies of chemical content, temperature, ionization and particulate matter|journal=Seventh Symposium (International) on Combustion|year=1959}}</ref> تُنْتَجُ من خلال حرق الميثان، <ref>{{cite journal|last=Yuan|first=Liming|year=2001|title=Nanotubes from methane flames|journal=Chemical physics letters|volume=340|pages=237–241|doi=10.1016/S0009-2614(01)00435-3}}</ref> الإثيلين، <ref>{{cite journal|last=Yuan|first=Liming|year=2001|title=Ethylene flame synthesis of well-aligned multi-walled carbon nanotubes|journal=Chemical physics letters|volume=346|pages=23–28|doi=10.1016/S0009-2614(01)00959-9}}</ref> والبنزين، <ref>{{cite journal|last=Duan|first=H. M.|year=1994|title=Nanoclusters Produced in Flames|journal=Journal of Physical Chemistry|volume=98|pages=12815–12818|doi=10.1021/j100100a001|last2=McKinnon|first2=J. T.}}</ref> كما أنها وُجِدَت كذلك في ال[[سناج]] من الهواء الموجود داخل وخارج المنزل. <ref>{{cite journal|last=Murr|first=L. E.|year=2004|title=Carbon nanotubes, nanocrystal forms, and complex nanoparticle aggregates in common fuel-gas combustion sources and the ambient air|journal=Journal of Nanoparticle Research|volume=6|pages=241–251|doi=10.1023/B:NANO.0000034651.91325.40|last2=Bang|first2=J.J.|last3=Esquivel|first3=E.V.|last4=Guerrero|first4=P.A.|last5=Lopez|first5=D.A.}}</ref> على الرغم من ذلك، فإن تلك التنوعات التي تحدث طبيعياً قد تكون غير منتظمةٍ بدرجةٍ عاليةٍ في الحجم والجودة بسبب أن البيئة التي يتم إنتاجها فيها غالباً ما لا يمكن التحكم فيها وضبطها. ومن ثم، فعلى الرغم من أنه يمكن استخدامها في بعض التطبيقات، إلا أنها تفتقر إلى درجةٍ عاليةٍ من الإتساق اللازم لإرضاء جميع المتطلبات في مجالي الأبحاث والصناعة. مع ملاحظة أن الجهود الحالية تركزت حول إنتاج أنابيب نانوية كربونية أكثر إتساقاً في بيئات اللهب المضبوطة. <ref>{{Cite journal|first=R.L.|last=Vander Wal|title=Fe-catalyzed single-walled carbon nanotube synthesis within a flame environment|journal=Combust. Flame|volume=130|pages=37–47|year=2002|doi=10.1016/S0010-2180(02)00360-7}}</ref><ref>{{Cite journal|first=A.V.|last=Saveliev|title=Metal catalyzed synthesis of carbon nanostructures in an opposed flow methane oxygen flame|doi=10.1016/S0010-2180(03)00142-1|journal=Combust. Flame|volume=135|pages=27–33|year=2003}}</ref><ref>{{Cite journal|first=M.J.|last=Height|title=Flame synthesis of single-walled carbon nanotubes|doi=10.1016/j.carbon.2004.05.010|journal=Carbon|volume=42|pages=2295–2307|year=2004}}</ref><ref>{{Cite journal|first=S.|last=Sen|title=Flame synthesis of carbon nanofibers and nanofibers composites containing encapsulated metal particles|journal=Nanotechnology|volume=15|pages=264–268|year=2004|doi=10.1088/0957-4484/15/3/005|last2=Puri|first2=Ishwar K}}</ref> وتتسم تلك الطرق بأنها واعدةً على قطاعٍ عريضٍ، كما أنها رخيصة التكلفة وينتج عنها أنابيب نانوية كربونية رخيصة الإنتاج، وذلك على الرغم من أنه يجب أن تتنافس مع الأنابيب النانوية الكربونية المنتجة بواسطة طريقة الترسب الكيميائي للبخار واسعة الانتشار والمتنامية بسرعة.

==قضايا مرتبطة بالتطبيق==
[[File:Cnt diameter effect.jpg|thumb|upleft| أنبوب للطرد المركزي به محلول لأنابيب نانوية كربونية، والتي تم تصنيفها بواسطة القطر باستخدام عملية [[طرد مركزي تبايني|التنبيذ الفائق]] {{إنج| Differential centrifugation}} متدرج الكثافة. <ref name=grad>{{cite journal|doi=10.1038/nnano.2006.52|title=Sorting carbon nanotubes by electronic structure using density differentiation|year=2006|last1=Arnold|first1=Michael S.|last2=Green|first2=Alexander A.|last3=Hulvat|first3=James F.|last4=Stupp|first4=Samuel I.|last5=Hersam|first5=Mark C.|journal=Nature Nanotechnology|volume=1|pages=60|pmid=18654143|issue=1}}</ref>]]

تعتمد العديد من التطبيقات الإلكترونية للأنابيب النانوية الكربونية بصورةٍ حرجةٍ على أساليب إنتاج كلٍ من الأنابيب النانوية الكربونية شبيهة الموصلات أو المعدنية بصورةٍ إختياريةٍ، ويُفَضَلُ أن تكون لها يدوانيةً معينةً. مع ملاحظة أن العديد من طرق فصل الأنابيب النانوية الكربونية شبيهة الموصلات أو المعدنية معروفة، إلا أن معظمها ما زال غير مناسباً للعمليات التقنية على صعيدٍ عريضٍ. حيث تعتمد أكثر طريقةٍ ذات كفاءةٍ على عملية التنبيذ الفائق متدرج الكثافة والتي تفصل الأنابيب النانوية ملفوفة -السطح بواسطة الاختلاف الصغير في كثافتها. وغابلاً ما يتحول هذا الاختلاف في الكثافة إلى اختلافٍ في أقطار الأنابيب النانوية وخصائصها (شبه) الموصلة. <ref name=grad/> ومن الطرق الأخرى للفصل تلك التي تقوم على استخدام تسلسل الجميد، ثم الذوبان، ثم ضغط الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار التي تمثل جزءً لا يتجزء من هلام [[اغاروز|الاغاروز]] {{إنج|agarose}}. وينتج عن تلك العملية محلولاً يحتوي على 70% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار ويُخَلِّفُ الهلام محتوياً على 95% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات. ويظهر المحلول المخفف المنفصل بواسطة هذه الطريقة العديد من الألوان. <ref>{{cite journal |author=Takeshi Tanaka ''et al.''|title=Simple and Scalable Gel-Based Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes|journal=[[Nano Letters]]|volume=9|pages=1497–1500|year=2009|doi=10.1021/nl8034866 |pmid=19243112 |issue=4}}</ref><ref>{{Cite web|author=T.Tanaka|title=New, Simple Method for Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes|url=http://www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2009/20090406/20090406.html}}</ref> علاوةً على ذلك، فمن الممكن أن تنفصل الأنابيب النانوية الكربونية باستخدام طريقة [[كروماتوجرافيا العمود]] {{إنج|column chromatography}}. ونلاحظ أن الناتج الذي نحصل عليه يتمثل في صورة 95% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات و90% من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار معدنية النوع. <ref>
{{cite journal |author=Takeshi Tanaka ''et al.''|title=Continuous Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes Using Agarose Gel|journal=Applied Physics Express|volume=2|pages=125002|year=2009|doi=10.1143/APEX.2.125002}}</ref>





==مصادر==
==مصادر==

نسخة 17:31، 5 نوفمبر 2010

يُنفَّذ...

جزء من سلسلة من المقالات حول

مواد نانوية

فولرينات

أنابيب نانوية كربونية
كيمياء الفولرين
تطبيقات محتملة للأنابيب الكاربونية
الفولرين في الثقافة الشعبية
الجدول الزمني للأنابيب الكاربونية
تآصل الكاربون

جسيمات نانوية

نقاط كمية
بنية نانوية
ذهب غروي
جسيمات فضة نانوية
جسيمات حديد نانوية
جسيمات بلاتين نانوية

انظر ايضا

تقنية النانو


رسم متحرك يوضح البنية ثلاثية الأبعاد للأنابيب النانوية الكربونية

تتسم الأنابيب النانوية الكربونية (بالإنجليزية: Nanoknot)‏ أو (بالإنجليزية: Carbon Nanotube)‏ (والمعروفة أيضاً بمصطلح (بالإنجليزية: buckytubes)‏) بانها متآصلة الشكل كربونية ذات تركيبات نانوية اسطوانية الشكل. ونلاحظ أن الأنابيب النانوية الكربونية تتشكل بنسب طولٍ لأقطارها تصل إلى 132.000.000 : 1، [1] والتي تبدو أطول بدرجةٍ واضحةٍ من أي مادةٍ أخرى. ولتلك الجزيئات الكربونية سماتٌ جديدةٌ، تجعلها مفيدةً في العديد من التطبيقات في مجال تقانة الصغائر، الإلكترونيات، البصريات، بالإضافة إلى العديد من المجالات الأخرى ذات الصلة بعلم المواد، وكذلك مجموعةٍ أخرى من الاستخدامات المتوقعة في مي مجالات المعماريات. كما أنه قد يكون لها بعض الاستخدامات في بناء الدروع الواقية للبدن (بالإنجليزية: body armor)‏. حيث أنها تُظْهِر قوةً استثنائية، وخصائصاً كهربائية فريدة، كما أنها تعمل كموصلاتٍ جيدةٍ للحراة.

وتمثل الأنابيب النانوية أحد أعضاء أسرة البنى الفلورية، والتي تشمل أيضاً كريات باكي كروية الشكل (بالإنجليزية: spherical buckyballs)‏. هذا وقد يُغَطى الأنبوب النانوي بنصف كرةٍ من التركيبة الفلورية (باكي بول). كما نلاحظ أن اسمها أُشْتُق من حجمها، حيث أن قطر الأنبوب النانوي يقد بين ترتيب عددٍ قليلٍ من النانومترات (تقريباً يصل إلى 1/50.000 من عرض الشعر البشري)، في حين من الممكن أن يتزايد طولها إلى 18 سنتيمتراً (كما ظهر في 2010). [1] ومن ثم تُصِنَف الأنابيب النانوية على أنها أنابيب نانوية أحادية الجدار (بالإنجليزية: single-walled nanotubes)‏ وأنابيب نانوية متعددة الجدران (بالإنجليزية: multi-walled nanotubes)‏.

هذا وتُعَدُ كيمياء الكم التطبيقية، وبخاصةً، التهجين المداري (بالإنجليزية: orbital hybridization)‏، هي أفضل الطرق لوصف الروابط الكيميائية بأنابيب النانو. وتتكون الرابطة الكيميائية للأنابيب النانوية من ربطات sp2، الشبيهة بتلك الموجودة في الغرافيت. هذا و تمد تلك الربطات، والتي تُعَدُ أقوى من ربطات sp3 الموجودة في الألماس، الأنابيب النانوية بقوتها وصلابتها الفريدة. علاوةً على أن الأنابيب النانوية تصطف ذاتها في صورة "أحبال" معقودةٍ معاً بواسطة قوى فان دير فالس.

أنواع الأنابيب النانوية الكربونية وهياكلها البنائية

أحادية الجدار

  • أريكية المنظر (n,n)
    أريكية المنظر (n,n)
  • المتجه الدواني أو الكايرالي يكون مقوساً، في حين متجه الترجمة يظل مستقيماً
    المتجه الدواني أو الكايرالي يكون مقوساً، في حين متجه الترجمة يظل مستقيماً
  • شريط نانوي غرافيني
    شريط نانوي غرافيني
  • المتجه الدواني أو الكايرالي يكون مقوساً، في حين متجه الترجمة يظل مستقيما
    المتجه الدواني أو الكايرالي يكون مقوساً، في حين متجه الترجمة يظل مستقيما
  • متعرج (n,0)
    متعرج (n,0)
  • الدواني أو الكايرالي (n,m)
    الدواني أو الكايرالي (n,m)
  • n و m يمكن حسابهما في نهاية الأنبوب
    n و m يمكن حسابهما في نهاية الأنبوب
  • شريط نانوي غرافيني
    شريط نانوي غرافيني
يمكن اعتبار نظام تسمية الأنبوب النانوي (n,m) كسهم أو ناقل vector Ch في صفيحة غرافين لانهائية والتي تصف كيفية (ثني أو لف) صفيحة الجرافين من أجل إنشاء أنبوب نانوي. كما تشير T إلى محور الأنبوب النانوي، في حين تشير كلٌ من a1 و a2 إلى متجهي وحدة (بالإنجليزية: unit vectors)‏ الغرافين في الفضاء الواقعي.
صورة مجهرية باستخدام مجهر المسح النفقي لأنبوب نانوي كربوني أحادي الجدار
صورة مجهرية إنتقالية إلكترونية تُظْهِر أنبوب نانوي كربوني أحادي الجدار


لغالبية الأنابيب النانوية أحادية الجدار قطراً يقترب من النانو متر الواحد، مع طول أنبوب قد يصل إلى أطول من ذلك بملايين المرات. كما يمكن تصور بنية الأنبوب النانوي الكربوني أحادي الجدار من خلال لف طبقةٍ رقيقةٍ أحادية الذرة من الغرافيت يُطلق عليها غرافين لنحصل على شكل إسطوانةٍ سلسلةٍ بعد ذلك. ويتم التعبير عن الطريقة التي يتم بها لف الغرافين بزوجٍ من المؤشرات (n،m) واللتين يُطْلَقُ عليهما المتجه أو الناقل الانعكاسي (بالإنجليزية: chiral vector)‏. حيث يشير الرقم الصحيح n و m إلى عدد متجهات الوحدة على طول إتجاهين في شبكة الغرافين البلورية والتي تكون على شكل قرص عسل النحل (بالإنجليزية: honeycomb crystal lattice of grapheme)‏. فلو كانت m = صفر، يطلق على الأنبوب النانوي "زيغ زاغ" أو "متعرج". أما لو كانت n = m، فإن الأنبوب النانوي يطبلق عليه حينئذٍ "أريكي". وما دون ذلك، يُطلق علي باقي الأنابيب النانوية الكربونية " الدوانية أو الكايرالية" (بالإنجليزية: chiral)‏. هذا ويمكن حساب قطر الأنبوب النانوي من خلال مؤشري (n,m) كما يلي:

حيث أن a = 0.246 nm.

وتمثل الأنابيب النانوية أحادية الجدار تنوعاً هاماً للأنابيب النانوية الكربونية بسبب أنها تعرض الخصائص الكهربائية التي لا تتوافر في تنوعات الأنابيب النانوية متعددة الجدران. وعلى الخصوص، تتراوح فجوة النطاق الخاصة بها من الصفر إلى ما يقارب 2 eV، كما تظهر قدرتها على التوصيل الكهربائي سماتها المعدنية الفلزية أو شبيهة التوصيل، في حين تكون الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران معادن صفرية الفجوة. مما يجعل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية النطاق مرشحاً جيداً لتصغير الإلكترونات إلى ما وراء المقياس الإلكتروميكانيكي الدقيق والمستخدم حالياً في الإلكترونات. ولعل أكثر حزمة بنائية أساسية لهذه الأنظمة تتمثل في السلك الكهربائي، مما يجعل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار قد تكون موصلة ممتازة. [2][3] ولعل أحد التطبيقات المفيدة للأنابيب النانوية أحادية الجدار تمثل في تطوير أول المقاحل (ترانزستورات) المتأثرة بالحقل الضمن الجزيئية (بالإنجليزية: intramolecular field effect transistors)‏. كما أن إنتاج أول بوابة منطقية ضمن جزيئية باستخدام (مقاحل الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار المتأثرة بالحقل الضمن جزيئية) قد اصبحت متاحةً في وقتنا الحاضر. [4] فلكي تتمكن من إنشاء بوابة منطقية، يجب عليك أن يكون عندك كلٌ من (مقاحل أو ترانزستورات p المتأثرة بالحقل) p-FET و (مقاحل أو ترانزستورات n المتأثرة بالحقل) n-FET. ذلك بسبب أن الأنابيب النانوية أحادية الجدار هي عبارة عن p-FETs عندما تعرضت للأكسوجين و n-FETs دون ذلك، ومن ثم فمن الممكن هنا حماية نصف الأنبوب النانوي أحادي الجدار من التعرض للأكسوجين. وهذا يسفر عن أن الأنبوب النانوي أحادي الجدار يكون بمثابة (بوابة ليس المنطقية ) (بالإنجليزية: NOT logic gate)‏ مع كلٍ من نمطي p و n للترانزستورات المتأثرة بالمجال داخل نفس الجزيء.

ونلاحظ الانخفاض الحاد المتزايد في أسعار الأنابيب النانوية أحادية الجدار، من قرابة 1500 دولاراً أمريكياً لكل جرام وذلك في عام 2000، إلى أسعار تجزئة قاربت 50 دولاراً أمريكياً لكل من الأنابيب النانوية أحادية الجدار المصنعة بنسبة 40 – 60% مع حلول مارس 2010. [5][6]

متعددة الجدران

صورة مجهرية باستخدام مجهر المسح النفقي لحزم الأنابيب النانوية الكربونية.

تتكون الأنابيب النانوية متعددة الجدران من طبقاتٍ عديدةٍ مطويةٍ أو ملفوفةٍ (أنابيب متراكزة) من الغرافيت. ويوجد هناك نموذجان يمكن استخدامهما لوصف هياكل وبنايات الأنابيب النانوية متعددة الجدران. ففي نموذج الدمية الروسية (ماتريوشكا) ، تم ترتيب صفائح الغرافين على شكل اسطوانات متمركزة. ، على سبيل المثال أنبوب نانوي أحادي الجدار (0.8) داخل أنبوب نانوي أحادي الجدار أكبر حجماً (0.17). أما في نموذج لفيفة الرق، يتم طي صفيحة من الغرافين حول بعضها البعض، ممثلةً شكل لفيفةٍ من الرق أو جريدةٍ ملفوفةٍ. مع ملاحظة أن المسافة تتقارب في ما بين الطبقات الداخلية للأنبوب النانوي متعدد الجدران من تلك المسافة الموجودة بين طبقات الغرافين في الغرافيت، تقريباً 3.4 Å.

وهنا يجب التأكيد على مكان أنابيب النانو الكربونية مزدوجة الجدران الخاص بسبب تركيبها وخواصها الشبيهة بالأنابيب النانوية أحادية الجدران، إلا أن مقاومتها للمواد الكيميائية تم تحسينها بصورةٍ دالةٍ. ويصبح هذا من الضرورة عندما تكون الوظيفية مطلوبة (وهذا يعني تطعيم وتحين الوظائف الكيميائية على سكح الأنابيب النانوية) بهدف إضافة خصائصاٍ جديدةٍ للأنابيب النانوية الكربونية. وفي حالة الأنابيب النانوية أحادية الجدار، تقوم الوظيفية التساهمية بكسر بعضاً من الربطات التساهمية (المزدوجة) C=C، مخلفةً ورائها "ثقوباً" في تركيب على سطح الأنبوب النانوي ومن ثم تعديل كلاً من خصائصها الميكانيكية والكهربائية. أما في حالة الأنابيب النانوية مزدوجة الجدران، يتم تعديل الجدار الخارجي فقط. هذا وقد اُقْتُرِحَ تركيب الأنبوب النانوي مزدوج الجدران على مقياس الغرام لأول مرةٍ في عام 2003 [7] بواسطة أسلوب (احتراق ترسبات البخار الكيميائي) (بالإنجليزية: Combustion Chemical Vapor Deposition: CCVD)‏، من الاختزال الإنتقائي لمحاليل الأوكسيد في كلٍ من الميثان والهيدروجين.

الطارة أو الطوق

بنية برعم نانوي كربوني مستقرة

يوصف البرعم النانوي الكربوني نظرياً على أنه أنبوب نانوي كربوني مطويّ داخل طارةٍ أو طوقٍ (حيث يأخذ شكل الدو نوت أو الكعكة الكحلاة). ومن المتوقع أن يكون للأطواق النانوية العديد من الخصائص الفريدة، ومنها يكون العزم المغناطيسي (بالإنجليزية: magnetic moment)‏ أكبر 1000 مرةً عما كان متوقعاً مسبقاً لأنصاف أقطارٍ خاصةٍ معينةٍ. [8] كما تتنوع بعضاً من الخصائص ومنها العزم المغناطيسي، الاستقرار الحراري، إلخ وفقاً لنصف قطر الطوق أو الطارة وطارات الأنبوب جميعها. [8][9]

البرعم النانوي

تُعَدُ البراعم النانوية الكربونية موادً مُنْتَجَةً حديثاً، حيث تجمع متآصلات الكربون المكتشفة مسبقاً: وهي عبارة عن أنابيب النانو الكربونية والفولرينات. يتم ربط "البراعم" الشبيهة بالفوليرين بصورةٍ تساهميةٍ مع الجدران الجانبية الخارجية للأنبوب النانوي الكربوني الداخلي. وتتسم تلك المادة المهجنة بأنها تجمع خصائصاً مفيدةً لكلٍ من الفوليرينات والأنابيب النانوية الكربونية. وعلى الأخص، وُجِدَ أنها بواعثٌ إستثنائيةٌ جيدةٌ للمواد. كما قد تلعب جزيئات الفوليرين، في المواد المركبة، وظيفة المثبتتات الجزيئية والتي تمنع وتقي من إنزلاق الأنابيب النانوية، ومن ثم تساعد في تحسين الخصائص الميكانيكية للمركب.

الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس

تختلف الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس (بالإنجليزية: Cup-stacked carbon nanotubes)‏ عن الهياكل الكربونية الأخرى شبيهة أحادية البعد (بالإنجليزية: quasi-1D carbon structure)‏ والتي تلعب تلعب دور موصل معدني للإلكترونات. حيث تُظْهِر الأنابيب النانوية الكربونية مكدسة الكأس سلوكاً شبه توصيلياً بسبب البنية الدقيقة المكدسة لطبقات الغرافين. [10]

أمثلة لأنابيب نانوية كربونية مميزة ومتطرفة

Cycloparaphenylene

أفادت التقارير أن أطول أنابيب نانوية كربونية (بطول وصل إلى 18.5 سنتيمتراً) ظهرت عام 2009. حيث تم تنميتها على ركائز السيليكون (بالإنجليزية: Si substrates)‏ بواسطة استخدام طريقة ترسب كيميائي للبخار (بالإنجليزية: chemical vapor deposition)‏ بالإضافة إلى تقديم صفائف موحدة متجانسة إلكترونياً من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار. [1]

في حين كان أقصر أنبوب نانوي كربوني عبارة عن مركب cycloparaphenylene العضوي والذي تم تركيبه في أوائل 2009. [11][12][13]

كما أن أرفع أنبوب نانوب كربوني هو على شكل (ذراع الكرسي أو الأريكي الشكل) (2.2) سنتيمتراً، حيث يصل قطره إلأى 3 Å. وقد نمى هذا الأنبوب النانوي الكربوني داخل أنبوب نانوي كربوني متعدد الجدران. وتم تطبيق نموذج الأنبوب النانوي الكربوني من خلال دمج حسابات كلٍ من المجهر الإلكتروني النافذ عالي الجودة (بالإنجليزية: high-resolution transmission electron microscopy)‏، مطياف رامان السطحي المحسن (بالإنجليزية: Raman spectroscopy)‏، والنظرية الدالية للكثافة (بالإنجليزية: density functional theory)‏. [14]

كما أن أكثر الأنابيب النانوية الكربونية نحافةً وقائمةً بذاتها يقارب قطرها 4.3 Å. وقد اقترح الباحثون أنه قد يكون أنبوباً نانوياً أحادي الجدار بأقطار (5.1) أو (4.2)، إلا أن النوع المحدد للأنبوب النانوي الكربوني ما زال محط تساؤلٍ واستفهامٍ. [15] هذا وتم تحديد الأنابيب النانوية الكربونية ذات الأقطار (3.3)، (4.3)، و(5.1) (حيث تترواح جميعها حول طول قطرٍ يصل إلى 4 Å) بوضوحٍ باستخدام صورةٍ أكثر تصحيحاً للإنحراف الناتج عن المجهر الإلكتروني النافذ عالي الجودة (بالإنجليزية: high-resolution transmission electron microscopy)‏. على الرغم من ذلك، فقد وُجِدَت داخل الأنابيب النانوية الكربونية مزدوجة الجدران[16] كذلك.

الخصائص

القوة

انظر أيضاً: الخصائص الميكانيكية للأنابيب النانوية الكربونية (بالإنجليزية: Mechanical properties of carbon nanotubes)‏

تتسم الأنابيب النانوية الكربونية بأنها الأقوى، الأكثر صلابةٍ، و جموديةٍ بين المواد التي تم اكتشافها من حيث مقاومة الشد ومعامل المرونة على التوالي. وتنتج تلك القوة والصلابة من ربطات sp² التساهمية والمكونة فيما بين ذرات الكربون الفردية. حيث تم اختبار أنبوب نانوي كربوني متعدد الجدران في عام 2000 بهدف الحصول على درجة مقاومته للشد التي وصلت إلى 63 غيغا باسكال. [17] (وهذا، للتوضيح، يتحول إلى القدرة على تحمل ضغطٍ وزنٍ يكافيء إلى 6422 كيلو غراماً على كابل أو سلك بقطاع عرضيِّ يصل إلى 1 مليمتراً مربعاً.) وبسبب أن للأنابيب النانوية الكربونية كثافة منخفضة بالنسبة للمواد الصلبة تتراوح من 1.3 إلى 1.4  g•cm−3، [18] فإن مقاومتها الخاصة قالب:Specific strength والتي تصل إلى 48,000 kN•m•kg−1 هي الأفضل فيما بين المواد المعروفة، مقارنةً بتلك الخاصة بالصلب مرتفع الكربون والتي تصل إلى 154 kN•m•kg−1.

وتحت شد الإلتواء المفرط، تخضع الأنابيب للتشوه اللدن (بالإنجليزية: plastic deformation)‏، مما يعني حدوث تشوهٍ دائمٍ. ويبدأ التشوه عند عمليات إلتواءٍ تصل تقريباً إلى 5%، ويمكن زيادة الحد الأقصى لالتواء الأنابيب قبل الكسر عن طريق إطلاق طاقة الالتواء.

وهنا نلاحظ أن الأنمابيب النانوية الكربونية ليست قويةٍ تقريباً تحت الضغط. وبسبب بنيتهم الجوفاء وارتفاع نسبة العرض إلى الارتفاع، فهي تميل إلى الانبعاج (بالإنجليزية: buckling)‏ عندما تخضع لظروف الضغط، الالتواء أو الانحناء. [19]

مقارنة الخصائص الميكانيكية[20][21][22][23]
المادة معامل يونج (TPa) مقاومة الشد (GPa) الاستطالة عند الكسر (%)
الأنابيب النانوية أحادية الجدار ~1 (from 1 to 5) 13–53ت 16
الأنابيب النانوية أحادية الجدار أريكية (ذراع الأريكة) الشكل 0.94ن 126.2ن 23.1
الدواني أو الكايرالي المعوجة 0.94ن 94.5ن 15.6–17.5
الدواني أو الكايرالي الدوانية أو الكايرالية 0.92
الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران 0.27ت[17]–0.8ت[24]–0.95ت[17] 11ت[17]–63ت[17]–150ت[24]
الصلب أو الفولاذ غير القابل للصدأ 0.186ت[25]–0.214ت[26] 0.38ت[25]–1.55ت[26] 15–50
كيفلر–29&149 0.06ت[27]–0.18ت[27] 3.6ت[27]–3.8ت[27] ~2

حيث: ت تشير إلى الملاحظة التجريبية، بينما ن تشير إلى التنبؤات النظرية

وتشير المناقشة السابقة إلى الخصائص المحورية للأنبوب النانوي، بينما تقترح الاعتبارات الهندسية أن الأنابيب النانوية الكربونية يجب أن تكون أكثر نعومةٍ في الإتجاه الإشعاعي عبر نصف قطر الأنبوب، عن تلك على طول محور الأنبوب. وتشير الملاحظة والفحص عبر استخدام المجهر الإلكتروني النافذ (بالإنجليزية: Transmission electron microscope)‏ للمرونة الشعاعية أنه حتى قوى فان دير فالس لها القدرة على تشويه أنبوبين نانويين متجاورين. [28] كما أشارت تجارب المسافات البادئة النانوية (بالإنجليزية: Nanoindentation)‏ والتي تمت بواسطة مجموعاتٍ متعددةٍ من الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران، [29][30] إلى معامل يونج لترتيب العديد من وحدات باسكال مؤكدةً أن الأنابيب النانوية الكربونية هي في الواقع غير لينة في الإتجاه الشعاعي النصف قطري.

الصلادة

يُعتَبَر الألماس أكثر المواد صلادةً. ويتحول الغرافيت تحت ظروف الحرارة العالية والضغط العالي كذلك إلى الألماس. حيث نجحت إحدى الدراسات في تركيب أو تصنيع مادةٍ عالية الصلادة من خلال ضغط الأنابيب النانوية أحادية الجدار إلى ما فوق 24 باسكال في درجة حرارة الغرفة. كما تم قياس صلادة تلك المادة الجديدة بالنانو أيدنتر (بالإنجليزية: nanoindenter)‏ لما بين 62- 152 باسكال. في حين أن صلادة عينات الألماس ونيتريد البورون المرجعية تتراوح بين 150- 62 باسكال، على التوالي. في حين يفوق معامل المرونة الحجمية للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار المضغوطة والذي يُقَدَر ب462- 546 باسكال، معامل الألماس الذي يصل إلى 420 باسكال. [31]

الحركة

تتسم الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران بأنها أنابيب نانوية كربونية متعددة ومتمركزة بدقة وبصورةٍ متداخلةٍ مع بعضها البعض. وتظهر هذه الأنابيب خاصية تصغير حادة، والتي بموجبها قد ينزلق محور الأنبوب النانوي الداخلي، غالباً بدون احتكاك، داخل غلاف الأنبوب النانوي الخارجي، مما يخلق أو ينتج خطاً كاملاً تلقائياً أو إتجاهاً دورانياً. ومن ثم، فيُعَدُ هذا النموذج من الأمثلة الأولى الحقيقية للتقانة النانوية الجزيئية، والمتمثلة في أدق وضع للذرات لإنتاج آلاتٍ مفيدةٍ. وقد استُخْدِمَت تلك الخاصية بالفعل لإنتاج أصغر محركٍ دوارٍ في العالم أجمع. [32] كما تم وضع تصوراتٍ للتطبيقات المستقبلية ومنها المذبذبات الميكانيكية الغيغاهرتيزية.

الكهربائية

هياكل حزمٍ محوسبة باستخدام عملية تقريبٍ رفيعةٍ (0.6) لأنبوب نانوي كربوني (متعرج، معدني) (10.2) أنبوب نانوي كربوني (شبه موصل) و (10.10) (أريكي الشكل، معدني).

وبسبب التماثل والتركيب الإلكتروني الفريد للغرافين، فإن بنية الأنبوب النانوي تؤثر بصورةٍ قويةً على خصائصها الكهربائية. فلو كانت قيمة n قيمة = m في حالة الأنبوب النانوي الذي تم ذكره مسبقاً (n,m) فإن الأنبوب النانوي يكون فلزي معدني؛ أما لو كانت قيمة n − m هي ثلاثة أضعافً من 3، فإن الأنبو النانوي يكون شبه موصلاً ذا فجوةٍ صغيرةٍ، ودون ذلك يكون الأنبوب النانوي شبه موصلٍ موجبٍ معتدلٍ. ومن ثم، فإن كل الأنابيب النانوية أريكية الشكل (n = m) هي معدنيةٍ، في حين تكون الأنابيب النانوية (6.4)، (9.1)، إلخ أشباه موصلاتٍ. [33]

على الرغم من ذلك، فللقاعدة استثناءاتها، بسبب أن تأثيرات الإنحناء في الأنابيب النانية الكربونية صغيرة القطر قد تؤثر بقوةٍ على الخصائص الكهربائية. ومن ثم، فإن الأنبوب النانويى الكربوني أحادي الجدار (5.0) والذي كان يجب أن يكون شبيه موصلٍ يكون في الواقع معدني وفقاً للحسابات. وعلى نفس المنوال، وبصورةٍ معكوسةٍ – فإن الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار متعرجة وأريكية الشكل ذات الأقطار الصغيرة والتي يجب أن تكون معدنية، لها فجوة نهائيةٍ (تظل الأنابيب النانوية أريكية الشكل معدنية). [33] ووفقاً للنظرية، فإن الأنابيب النانوية المعدنية لها القدرة على حمل ونقل كثافة التيار الكهربائي 4 × 109 A/cm2 والتي تزيد عن 1.000 مرةً عن تلك الخاصة بالمعادن ومنها النحاس. [34]

في حين تُظْهِر الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران ذات الالقشور الداخلية المتداخلة معاً موصلية فائقة (بالإنجليزية: superconductivity)‏ مع درجة حرارةٍ عالية التحول نسبياً Tc = 12 درجة حرارةٍ مطلقةٍ . وعلى النقيض، فإن Tc هي ترتيب للحجم الأقل من الأحبار المكونة للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار أو تلك الخاصة بالأنابيب النانوية متعددة الجدران ذات القشور أو الأغلفة المعتادة المتداخلة مع بعضها البعض. [35]

البصرية

المقالة الرئيسة: الخصائص البصرية للهياكل النانوية

(بالإنجليزية: Optical properties of nanostructures)‏

الحرارية

المقالة الرئيسة: الخصائص الحرارية للهياكل النانوية

(بالإنجليزية: Thermal properties of nanostructures)‏

من المتوقع أن تكون الأنابيب النانوية جميعها موصلات جيدة للحرارة على طول الأنبوب، مما يظهر خاصية معروفة باسم "التوصيل الباليستي" (بالإنجليزية: ballistic conduction)‏، إلا أنها في الوقت ذاته تلعب دور عوازلٍ جيدةٍ لمحور الأنبوب بصورةٍ أفقيةٍ. هذا وقد أظهرت المقاييس أن للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار القدرة على توصيل درجة حرارة الغرفة على طول محورها لما يصل إلى 3500 W•m−1•K−1؛ [36] ولنقارن هذا بالنحاس، وهو معدن معروف بأنه موصل جيدة للحرارة، حيث ينقل 385 W•m−1•K−1. حيث أن للأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار خاصية نقل أو توصيل درجة حرارة الغرفة عبر محورها لما يقارب 1.52 W•m−1•K−1,[37] والذي هو تقريباً موصل حرارياً كالتربة. كما يُقَدَر ثبات الحرارة للأنابيب النانوية الكربونية بما قد يصل إلى 2800 °C في الفراغ وإلى ما يصل إلى 750 °C في الهواء. [38]

العيوب والتشوهات

كما هو الحال مع المواد جميعها، فإن وجود أي تشوه بلوري (بالإنجليزية: crystallographic defect)‏ يؤثر على خصائص المادة. حيث قد تقع التشوهات على صورة فجوات ذرية (بالإنجليزية: vacancy defect)‏. كما أن المستويات العليا لمثل تلك التشوهات قد تُقَلِص من قوة الشد بمقدار يصل إلى 85%. وتمثل تشوهات ستون ويلز (بالإنجليزية: Stone Wales defect)‏صورةً أخرى للتشوهات المتواجدة بالأنابيب النانوية الكربونية، والتي تخلق زوج سداسي وسباعي من خلال إعادة ترتيب الربطات. وبسبب البنية متناهية الصغر للأنابيب النانوية الكربونية، فإن قوة الشد للأنبوب تعتمد على القطاع الأضعف في سمةِ مماثلةٍ للسلسلة، حيث تصبح قوة أضعف وصلة أو رابطة أقصى قوة في السلسلة.

كما تؤثر العيوب البلورية كذلك على الخصائص الكهربائية للأنبوب. ومن ضمن النتائج الشائعة، قدرة منخفضة على التوصيل عبر المنطقة المعيبة بالأنبوب. كما أن وجود تشوهٍ في الأنبوب النانوي أريكي الشكل (والذي له القدرة على توصيل الكهرباء) قد يتسبب في أن تصبح المنطقة المحيطة شبه موصلةٍ بدلاً من كونها موصلةً للكهرباء، كما أن للفجوات أحادية الذرة خصائصاً مغناطيسيةً. [39] هذا وتؤثر التشوهات البلورية بصورةٍ واضحةٍ قويةٍ على الخصائص الحرارية للأنبوب. فقد تؤدي مثل تلك التشوهات إلى تشتت الفوتون، والذي بدوره يزيد من معدل استرخاء أو تلين الفوتونات، مما يؤدي إلى تقليل متوسط المسار الحر (بالإنجليزية: mean free path)‏ ويُقَلِص كذلك من القدرة على التوصيل الحراري لبنيات الأنابيب النانوية الكربونية. وتشير محاكاة أو تمثيلات انتقال الفوتون إلى أن العيوب البديلة كالنيتروجين أو البورون تؤدي بصورةٍ أساسيةٍ إلى تشتيت الفوتونات البصرية عالية التردد. على الرغم من ذلك، فإن التشوهات عريضة النطاق كتشوهات ستون ويلز تُسَبِب تشتتٍ للفوتون على نطاقٍ واسعٍ من الترددات، مما يؤدي إلى تقلصٍ أكبرٍ للقدرة على التوصيل الحراري. [40]

النقل أحادي البعد

بسبب الأبعاد النانوية، لا تنتشر الإلكترونات إلا على طول محور الأنبوب ويتضمن نقل الإلكترون العديد من التأثيرات الكمومية. ونتيجةً لهذا، فإنه كثيراً ما يُشار إلى الأنابيب النانوية الكربونية بصورةٍ متكررةٍ "بأحادية البعد".

السمية

شغلت قضية تحديد سُمِّيَة الأنابيب النانوية الكربونية واحدةٍ من التساؤلات الملحة في مجال التقانة النانوية. ولسوء الحظ، فإن الأبحاث المُقَرِرة لتلك المسألة قد بدأت لتوها. ومن ثم، فما زالت البيانات التي يتم تجميعها متفرقة ومشتتة بالإضافة إلى أنها تخضع للكثير من الانتقادات. إلا أن النتائج الأولية أبرزت صعوبات تقويم سُمِّيَة هذه الماة المتغايرة الغير متجانسة. وهنا نلاحظ أن لبعض المعايير أو العوامل كالبنية التركيبية، توزيع الحجم، مساحة السطح، كيمياء السطح، شحنة السطح، وكذلك حالة التكتل بالإضافة إلى نقاء العينات، تأثيراتٍ واضحةٍ ملموسةٍ على تفاعلية (بالإنجليزية: reactivity)‏ الأنابيب النانوية الكربونية. على الرغم من ذلك، أظهرت البيانات المتاحة بوضوحٍ أنه، تحت ظروفٍ معينةٍ، تعبر الأنابيب النانوية حواجز الغشاء، والتي تفترض أن المواد الخام تصل إلى الأعضاء التي تستنتج أن لها تأثيراتٍ ضارةٍ كالتفاعلات الالتهابية والتلفية. [41]

كما أظهرت دراسةٌ أجرتها أليكسندرا بورتر من جامعة كامبريدج أن الأنابيب النانوية الكربونية لها القدرة على دخول الخلايا البشرية وتتجمع في الهَيُولَى أو هَيُولَى الخَلِيَّة، مما يسفر عن موت الخلية. [42]

كما أوضحت الدراسات التي أجريت على القوارض بصورةٍ جماعيةٍ أنه بغض النظر عن العملية التي من خلالها يتم تركيب وتصنيع الأنابيب النانوية الكربونية وأنواع وكميات المعادن التي تحتوي عليها، فإن للأنابيب النانوية الكربونية القدرة على التسبب في الالتهابات، الأورام الحبيبية شبه الظهارية (بالإنجليزية: epithelioid granulomas)‏ (العقيدات المجهرية)، التليف، والتغيرات الكيميائية الحيوية- السُمِّية في الرئتين. [43] هذا وقد أظهرت الدراسات التي أُجْرِيَت على السمية المقارنة والتي أُعْطِيَت فيها الفئران أوزانٍ متساويةٍ من موادٍ اختباريةٍ، أن الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار كانت أكثر سميةٍ من المرو (الكوارتز)، والذي يُمَثِل تهديداً صحياً مهنياً خطيراً عندما يتم استنشاقه بصورةٍ مزمنةٍ (لفترةٍ زمنيةٍ طويلةٍ). وكمجموعةٍ ضابطةٍ، أظهر استخدام أسود الكربون متناهي الصغر تسببها في وقوع تأثيراتٍ ضئيلةٍ بالرئة. [44]

مع ملاحظة أن الأنابيب النانوية الكربونية ليفية الشكل الشبيهه بالإبرة، والمتماثلة مع ألياف الأسبوستوس النسيجية، تثير المخاوف من أن الانتشار العريض لاستخدام الأنابيب النانوية الكربونية قد يؤدي إلى الاصابة أورام المتوسطة، وهي عبارة عن سرطان يصيب بطانة الرئتين وغالباً ما يكون السبب ورائه التعرض لألياف الأسبستوس. هذا وقد أيدت دراسةٌ استطلاعيةٌ حديثةٌ هذا التنبؤ. [45] كما عرض العلماء البطانة الظهارية لتجويف جسم الفأر، كبديلٍ للبطانة الظهارية لتجويف صدر الفأر، إلى أنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران طويلة ولاحظوا وجود رد فعل شبيه بالأسبستوس معتمداً على الطول وممرِضاً، والذي تضمن التهابات وتكون جروحٍ أو أضرارٍ معروفةٍ باسم الأورام الحبيبية. واختتم مؤلفوا تلك الدراسة أن:

"تمثل تلك النتائج أهميةً كبيرةً لا يمكن إغفالها، بسبب أن المجتمعات البحثية وقطاعات الأعمال تستمر في عمليات الاستثمار بصورةٍ ضخمةٍ في مجال تصنيع الأنابيب النانوية الكربونية وتطبيقها على نطاقٍ واسعٍ من المنتجات تحت شعار أنها لا تتسبب في أية مخاطرٍ تفوق مخاطر الغرافيت. كما أظهرت نتائجنا ضرورة الحاجة إلى إجراء المزيد من الأبحاث والحذر التام قبيل توفير مثل تلك المنتجات في السوق إن أُمْكِنَ تجنب الأذى طويل المدى." [45]

في حين علق المؤلف المساعد لتلك التجربة د. أندرو مينارد أن:

"تُعَدُ تلك الدراسة من نوعية الأبحاث الاستراتيجية عالية التركيز والمطلوبة لضمان سلامة ومسؤولية تطوير وتنمية تقانة النانو. فهي تُشْرِفُ وتختص بدراسة موادٍ نانويةٍ خاصةٍ، من المتوقع لها أن يكون لها تطبيقاتٍ تجاريةٍ عريضة النطاق وتطرح بعض التساؤلاتٍ حول المخاطر الصحية الخاصة الناجمة عن عمليات الإنتاج تلك. على الرغم من أن العلماء أثاروا مخاوفهم وقلقهم حول سلامة تصنيع واستخدام الأنابيب النانوية الكربونية الطويلة والرفيعة لما يقارب عقدٍ من الزمن، فإنه مع عدم وجود أيٍ من المتطلبات البحثية ضمن بيئة تقانة النانو الأمريكية الفيدرالية (الإتحادية) الحالية، فإن استراتيجية أبحاث مالخاطر الصحية والسلامة تخاطب هذا التساؤل." [46]

وعلى الرغم من ضرورة الحاجة إلى المزيد من الأبحاث الإضافية في المجال، إلا أن النتائج التي تم تقديمها اليوم تظهر بوضوح أنه، تحت ظروفٍ محددةٍ، وخاصةً تلك المرتبطة بالتعرض المزمن، فإن الأنابيب النانوية الكربونية قد تسفر عن وقوع أضرارٍ خطيرةٍ للصحة البشرية." [41][42][44][45]

التركيب أو التصنيع

مسحوق أنابيب نانوية كربونية

تطورت الأساليب المستخدمة لإنتاج الأنابيب النانوية ذات الأحجام المتناسبة والمعقولة، وكان من بينها؛ تفريغ القوس الكهربائي (بالإنجليزية: Arc Discharge)‏، التذرية الليزرية، أول أكسيد الكربون عالي الضغط، و التوضع أو الترسب الكيميائي للبخار. مع ملاحظة أن معظم تلك العمليات تقع ضمن أجواء الفراغ أو مصاحبةً مع غازات العمليات. حيث يمكن إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية من تنامي التوضع أو الترسيب الكيميائي للبخار في الفراغ وضمن نطاق الضغط المحيط. إلا أن الكميات الضخمة من الأنابيب النانوية الكربونية تتكون بواسطة تلك الطرق ؛ وهنا نجد أن التقدمات في عملية التحفيز الكيميائي وعمليات النمو المستمرة تجعل الأنابيب النانوية الكربونية متاحة تجارياً.

تفريغ القوس الكهربائي

لوحظ تواجد الأنابيب النانوية الكربونية عام 1991 في سخام الكربون لأقطاب الغرافيت في أثناء عملية تفريغ القوس، من خلال استخدام تيار قوته 100 أمبير، والتي قُصِدَ منها إنتاج الفلورين. [47] على الرغم من ذلك، قام باحثان بأول عملية إنتاجٍ للأنابيب النانوية الكربونية المجهرية تمت خلال عام 1992 في معمل الأبحاث الرئيسي التابع لشركة إن إي سي. [48] وكانت الطريقة المستخدمة مثلها مثل الكريقة التي استخدمت قبل ذلك في عام 1991. حيث انضم الكربون إلى متصاعدات أقطاب الكربون السالبة بسبب درجة حرارة التفريغ العالية. وبسبب أن ذلك الأسلوب يمثل الطريقة المستخدمة في اكتشاف تواجد الأنابيب النانوية الكربونية، فقد اصبح أكثر طريقةٍ واسعة الانتشار في تركيب وتصنيع الأنابيب النانوية.

ويمثل عائد تلك الطريقة ما يُقَدَرُ بـ 30% من حيث الوزن وتقوم بإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار ومتعددة الجدران كلتيهما بأطوال تصل إلى 50 ميكرومتراً بأقل عيوبٍ بنائيةٍ. [18]

تذرية ليزرية

يُبَخِرُ الليزر النابض (بالإنجليزية: pulsed laser)‏، في أثناء عملية التذرية الليزرية، من الغرافيت الهدف في مفاعل درجة الحرارة العالية، في حين يتسرب الغاز الخامل عبر أرجاء الغرفة. وهنا نلاحظ أن الأنابيب النانوية الكربونية تنمو وتتطور على الأسطح الأبرد للمفاعل حيث يتكثَّف الكربون المتبخِر. ومن ثم، يمكن دمج سطحٍ مُبَرَدٍ بالماء ضمن النظام بهدف تجميع الأنابيب النانوية.

حيث طور د ريتشارد سمولي تلك العملية بمعاونة مساعديه في جامعة رايس، والذين في أثناء وقت اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية، كانوا يقومون بنسف المعادن بالليزر لإنتاج جزيئاتٍ معدنيةٍ متنوعةٍ. وعندما سموعوا بوجود ما يسمى الأنابيب النانوية، قاموا بإحلال المعادن بالغرافيت لإنتاج أنابيب نانوية كربونية متعددة الجدران. [49] وفي وقتٍ لاحقٍ من هذا العام، استخدم الفريق مركباً من الغرافيت وجسيمات بلورية معدنية (وكان أفضل منتجٍ يتم الحصول عليه من خليط الكوبلت والنيكل) بهدف تركيب الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار. [50]

وصلت حصيلة عائدات طريقة التذرية الليزرية إلى ما يُقارب 70% بالإضافة إلى أنها أنتجت الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار ذات الأقطار المُتَحَكَمُ بها والتي قُرِّرَت بواسطة درجة حرارة التفاعل. إلا أنها على الرغم من ذلك، تُعَدُ باهظة التكاليف عن عمليتي تفريغ القوس الكهربائي أو التوضع (الترسب) الكيميائي للبخار كلتيهما. [18]

التوضع (الترسب) الكيميائي للبخار

أنابيب نانوية نمت بواسطة البلازما المدعمة بالتوضع الكيميائي للبخار

أفادت التقارير وقوع أول عمليةٍ لمرحلة التوضع أو الترسب الكيميائي للبخار في عام 1959، [51] إلا أنه لم تتكون الأنابيب النانوية الكربونية بواسطة تلك العملية إلا في عام 1993. [52] في حين طور الباحثون في جامعة سينسيناتي (بالإنجليزية: University of Cincinnati)‏ في عام 2007 عمليةً لتنمية صفائف الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة مع بعضها البعض بطول 18 مليمتراً على أول نظام نمو لأنبوب نانوي كربوني ET3000. [53]

وفي أثناء عملية التوضع الكيميائي للبخار، يتم تجهيز ركيزة مع طبقةٍ من الجسيمات البلورية المعدنية، والتي غالباً ما تكون النيكل، الكوبلت، [54] الحديد أو خليطاً مجمعاً. [55] هذا ومن الممكن إنتاج الجسيمات النانوية المعدنية بطرقٍ أخرى، منها تقليل الأكاسيد أو محاليل الأكاسيد الصلبة. وترتبط أقطار الأنابيب النانوية التي تنمو بحجم الجسيمات المعدنية. ويمكن ضبط هذا من خلال ترسيب المعدن المنقوش أو (المغطى)، تقوية أو تحمية، أو من خلال خرط البلازما لطبقة المعدن. ويتم تسخين الركيزة إلى نحو 700 درجةٍ مئويةٍ تقريباً. ولبدء عملية نمو الأنابيب النانوية، يتم تسريب غازين إلى داخل المفاعل: وهما غاز معالج (على سبيل المثال؛ غاز الأمونيا، النيتروجين أو الهيدروجين) مع غازٍ يحتوي على الكربون (ومنه على سبيل المثال؛ غاز الأسيتلين، الإيثيلين، الإيثانول أو الميثان).ثم تنمو الأنابيب النانوية الكربونية في مواقع البلورة المعدنية؛ حيث يُكَسِّرُ الغاز المحتوي على الكربون على سطح الجسيم المُحَفِز، ثم ينتقل الكربون إلى حواف الجسيم، حيث يُشَكِّل الأنابيب النانوية. وما زالت هذه الآلية في طور الدراسة. ونلاحظ أن الجسيمات المحفزة قد تظل باقيةً على أطراف الأنبوب النانوي النامي خلال عملية النمو أو الإنتاج، أو تَظِلُ عند قاعدة الأنبوب النانوي، وذلك وفقاً للالتصاق أو الالتحام فيما بين الجسيم المُحَفِز والركيزة. كما أن عملية التحلل التحفيزي الحراري للهيدروكربون اصبحت مساحةً نشطةً للبحث والتجريب، بالإضافة إلى أنها تُعَدُ مجالاً واعداً لإنتاج النصيب الأكبر من الأنابيب النانوية الكربونية. هذا ويلعب مفاعل المهد المميع (بالإنجليزية: Fluidised bed reactor)‏ المفاعل الأوسع استخداماً لتجهيز الأنابيب النانوية الكربونية. إلا أننا نلاحظ أن جدول المتابعة يمثل تحدياً رئيسياً في المجال. [56] [57]

ومن ثم تُعَدُ عملية التوضع (الترسب) الكيميائي للبخار طريقةً شائعةً للإنتاج التجاري للأنابيب النانوية الكربونية. ومن أجل ذلك الغرض، يتم خلط الجسيمات المعدنية النانوية مع المُدَعِّم المحفِّز مثل MgO أو Al2O3 لزيادة مساحة السطح لتحقيق عائدٍ أعلى من التفاعل التحفيزي من الكربون كمادةٍ وسيطةٍ مع الجسيمات المعدنية. ومن إحدى القضايا المتجسدة في مسار التركيب هذا تتمثل في إزالة التدعيم المحفِّز من خلال المعالجة الحامضية، والتي قد تُدَمِر في بعض الأحيان البنية الأصلية للأنابيب النانوية الكربونية. على الرغم من ذلك، فقد أثبتت المدعمات التحفيزية البديلة، والقابلة للزوبان في الماء، أنها فعالة في عملية نمو الأنابيب النانوية. [58]

فلو تم إنتاج البلازما من خلال تطبيق مجالٍ كهربائيٍ قويٍ خلال عملية النمو (ترسب كيميائي مُدعم بالبلازما للبخار*)، فإن نمو الأنبوب النانوي سيتبع إتجاه المجال الكهربائي. [59] وبتعديل هندسة المفاعل، يصبح من الممكن تركيب الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة عمودياً [60] (بمعنى أن تكون الأنابيب متعامدةً على الركيزة)، وهو ذلك التكوين الذي يمثل مصدر شغفٍ وإهتمامٍ للباحثين المهتمين في انبعاث الإلأكترون من الأنبوب النانوي. فبدون البلازما، غالباً ما تكون الأنابيب النانوية الناتجة عن عملية النمو عشوائيةً الأصل. كما أنه تحت بعض ظروف وشروط التفاعل، حتى مع غياب البلازما، فإن الأنابيب النانوية المتقاربة في المسافة ستظل محافظةً على إتجاه نموها العمودي الناجم عن الحزمة الكثيفة من الأنابيب الممثلة لسجادةٍ أو غابةٍ.

مما يجعلنا نقر أنه من بين كل الطرق المستخدمة لإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية، فإن عملية الترسب الكيميائي للبخار أثبتت أنها الأكثر وعيداً من أجل الترسب على الصعيد الصناعي، بسبب نسبة السعر/ الوحدة، وكذلك بسبب أن الترسب الكيميائي للبخار قادراً على إنماء الأنابيب النانوية الكربونية مباشرةً على الركيزة المرغوبة، في حين يجب أن يتم تجميع الأنابيب النانوية في طرق الإنماء الأخرى. حيث أن مولقع النمو يتم التحكم بها من خلال عملية الترسب الحذر للعامل المحفز. وفي عام 2007، قام فريقٌ من جامعة ميجي بإجراء عمليةترسبٍ كيميائياً للبخار عالية الكفاءة من أجل إنماء الأنابيب النانوية الكربونية من الكافور. [61] هذا وقد ركز الباحثون في جامعة رايس، تحت قيادة ريتشارد سمولي حتى وقتٍ قريبٍ، على إيجاد طرقٍ لإنتاج كمياتٍ ضخمةٍ ونقيةٍ من أنواعٍ معينةٍ من الأنابيب النانوية. حيث ساعدت منهجيتهم على إنماء أليافٍ من العديد من البذور الصغيرة والمقطوعة من أنبوب نانوي فردي؛ وكانت كل الألياف الناتجة عن تلك العملية لها نفس القطر كالأنبوب النانوي الأصلي الذي تم أخذ العينات منه ومن المتوقع لها أن تكون من نفس النوع الذي ينتمي إليه هذا الأنبوب النانوي الأصلي. [62]

الإنماء المفرط للترسب الكيميائي للبخار

ملف:CNTBB structure.jpg
صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح لغابة أنابيب نانوية أحادية الجدار منتجة بواسطة الإنماء المفرط
ملف:CNT-BlackBody.jpg
عينة أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار صغيرة مُنْتَجَةٌ بواسطة الإنماء المفرط

طور كلٌ من كينجي هاتا، صوميو إيجيما والمعاونين لهما في المعهد الوطني لعلوم الصناعة والتقنية المتقدمة، باليابان، عملية الإنماء المفرط للترسب الكيميائي للبخار (الترسب الكيميائي للبخار بمساعدة الماء). [63] حيث تم تدعيم نشاط وعمر أيونات العامل المُحَفٍز بواسطة إضافة الماء إلى مفاعل الترسب الكيميائي للبخار. ونتج عن تلك العملية إنتاج "غابات" أنابيب نانوية كربونية كثيفة بطول يصل إلى ميليمترٍ، وهي مصطفة طبيعياً على الركيزة. وهنا يمكن التعبير عن معدل نمو الغابات من خلال الصيغة التالية:

حيث: تشير β في هذه المعادلة إلى معدل النمو المبدئي و تشير إلى خاصية العمر الأيوني للعامل المحفز. [64]

ويزيد سطحها الخاص 1,000 m2/g (مغطاه) أو 2,200 m2/g (غير مغطاه)، [65] مما يفوق قيمة 400–1,000 m2/g في عينات هيبكو. وهنا نلاحظ أن كفاءة التركيب تزيد بنسبة 100 مرةٍ عن طريقة التذرية الليزرية. هذا وقد وصل الوقت المستغرق لإنتاج غابة أنابيب نانوية أحادية الجدار بارتفاع 2.5 مليمتراً باستخدام تلك الطريقة إلى 10 دقائق في عام 2004. مع ملاحظة أن غابات الأنابيب النانوية أحادية الجدار تلك يمكن فصلها بسهولةٍ عن العامل المُحَفِّز، مما يجعل الناتج الذي نحصل عليه مواد أنابيب نانوية أحادية الجدار (بنسبة نقاء >99.98%) بدون إجراء المزيد من عمليات التنقية. ولأجل المقارنة، فإن الأنابيب النانوية الكربونية التي تم إنمائها بطريقة HiPco تحتوى على نسبة شوائب معدنية تتراوح من 5- 35%؛ [66] ومن ثم يتم تنقيتها بواسطة عمليتي التشتت والطرد المركزي واللتان تتسببان في تدمير الأنابيب النانوية وإفسادها. وتتجنب عملية الإنماء المفرط مثل تلك المشكلة. ومن ثم فقد تم تصنيع هياكل الأنابيب النانوية أحادية الجدار المزخرفة والمنتظمة بدرجةٍ عاليةٍ بنجاح بواسطة أساليب الإنماء المفرط.

وتصل كثافة كتلة (بالإنجليزية: mass density)‏ الأنابيب النانوية فائقة النمو إلى ما يعادل 0.037 g/cm3.[67][68] وهي أقل بكثير عن كثافة الكتلة لمساحيق الأنابيب النانوية الكربونية التقليدية والتي تُقَدَرُ بـ (~1.34 g/cm3)، ومن المحتمل أن هذا يرجع إلى أ، الأخير يحتوي على معادن و الكربون غير المتبلور (بالإنجليزية: amorphous carbon)‏

وهنا تمثل طريقة الإنماء الفائق تنوعاً اساسياً لطريقة الترسب الكيميائي للبخار. ومن ثم، فمن الإمكان إنماء المعادن المحتوية على الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار، الأنابيب النانوية الكربونية مزدوجة الجدران، والأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران، بالإضافة إلى إمكانية تغيير النسب من خلال ضبط شروط النمو. [69] حيث تتغير نسبهم من خلال رقة ورهافة العامل المحفز. ونلاحظ أنه يتم ضم العديد من الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الأوجه ومن ثم يكون قطر الأنبوب عريضاً. [68]

وتنشأ غابات الأنابيب النانوية الكربونية المصطفة عمودياً من "تأثير الاندفاع والانطلاق" (بالإنجليزية: zipping effect )‏ عندما تننغمس في مذيبٍ ثم يتم تجفيفها بعد ذلك. وينجم تأثير الانطلاق من التوتر السطحي للمذيب وقوى فان دير فالس بين الأنابيب النانوية الكربونية. حيث أنه (تأثير الانطلاق) يسبب اصطفاف الأنابيب النانوية داخل المادة الكثيفة، والتي قد تتشكل في بضعة أشكالٍ مختلفةٍ، ومنها الصفائح، والقضبان، ويتم ذلك بواسطة تطبيق الضغط الضعيف خلال العملية. ويزيد التكثيف من صلابة فيكرز (بالإنجليزية: Vickers hardness)‏ بما يقارب 70 مرةً، والكثافة تصل إلى 0.55 g/cm3. ويزيد طول الأنابيب النانوية الكربونية المحزمة معاً عن 1 مليمتراً، كما أن لها نقاءً كربونياً يصل إلى 99.9 % أو أعلى؛ كما أنها تكتسب خصائص الاصطفاف المرغوبة لغابة الأنابيب النانوية. [70]

بيئات اللهب الطبيعية، العرضية والمضبوطة

ليس بالضرورة أن يتم تصنيع أو إنتاج الفوليرينات والأنابيب النانوية الكربونية في المعامل عالية التقنية؛ حيث أنها غالباً ما تتشكل في مثل تلك الأماكن الدنيوية كألفحة لهبٍ عاديةٍ، [71] تُنْتَجُ من خلال حرق الميثان، [72] الإثيلين، [73] والبنزين، [74] كما أنها وُجِدَت كذلك في السناج من الهواء الموجود داخل وخارج المنزل. [75] على الرغم من ذلك، فإن تلك التنوعات التي تحدث طبيعياً قد تكون غير منتظمةٍ بدرجةٍ عاليةٍ في الحجم والجودة بسبب أن البيئة التي يتم إنتاجها فيها غالباً ما لا يمكن التحكم فيها وضبطها. ومن ثم، فعلى الرغم من أنه يمكن استخدامها في بعض التطبيقات، إلا أنها تفتقر إلى درجةٍ عاليةٍ من الإتساق اللازم لإرضاء جميع المتطلبات في مجالي الأبحاث والصناعة. مع ملاحظة أن الجهود الحالية تركزت حول إنتاج أنابيب نانوية كربونية أكثر إتساقاً في بيئات اللهب المضبوطة. [76][77][78][79] وتتسم تلك الطرق بأنها واعدةً على قطاعٍ عريضٍ، كما أنها رخيصة التكلفة وينتج عنها أنابيب نانوية كربونية رخيصة الإنتاج، وذلك على الرغم من أنه يجب أن تتنافس مع الأنابيب النانوية الكربونية المنتجة بواسطة طريقة الترسب الكيميائي للبخار واسعة الانتشار والمتنامية بسرعة.

قضايا مرتبطة بالتطبيق

أنبوب للطرد المركزي به محلول لأنابيب نانوية كربونية، والتي تم تصنيفها بواسطة القطر باستخدام عملية التنبيذ الفائق (بالإنجليزية: Differential centrifugation)‏ متدرج الكثافة. [80]

تعتمد العديد من التطبيقات الإلكترونية للأنابيب النانوية الكربونية بصورةٍ حرجةٍ على أساليب إنتاج كلٍ من الأنابيب النانوية الكربونية شبيهة الموصلات أو المعدنية بصورةٍ إختياريةٍ، ويُفَضَلُ أن تكون لها يدوانيةً معينةً. مع ملاحظة أن العديد من طرق فصل الأنابيب النانوية الكربونية شبيهة الموصلات أو المعدنية معروفة، إلا أن معظمها ما زال غير مناسباً للعمليات التقنية على صعيدٍ عريضٍ. حيث تعتمد أكثر طريقةٍ ذات كفاءةٍ على عملية التنبيذ الفائق متدرج الكثافة والتي تفصل الأنابيب النانوية ملفوفة -السطح بواسطة الاختلاف الصغير في كثافتها. وغابلاً ما يتحول هذا الاختلاف في الكثافة إلى اختلافٍ في أقطار الأنابيب النانوية وخصائصها (شبه) الموصلة. [80] ومن الطرق الأخرى للفصل تلك التي تقوم على استخدام تسلسل الجميد، ثم الذوبان، ثم ضغط الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار التي تمثل جزءً لا يتجزء من هلام الاغاروز (بالإنجليزية: agarose)‏. وينتج عن تلك العملية محلولاً يحتوي على 70% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار ويُخَلِّفُ الهلام محتوياً على 95% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات. ويظهر المحلول المخفف المنفصل بواسطة هذه الطريقة العديد من الألوان. [81][82] علاوةً على ذلك، فمن الممكن أن تنفصل الأنابيب النانوية الكربونية باستخدام طريقة كروماتوجرافيا العمود (بالإنجليزية: column chromatography)‏. ونلاحظ أن الناتج الذي نحصل عليه يتمثل في صورة 95% أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار من أشباه الموصلات و90% من الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار معدنية النوع. [83]



مصادر

  1. ^ أ ب ت Wang، X.؛ Li، Q.؛ Xie، J.؛ Jin، Z.؛ Wang، J.؛ Li، Y.؛ Jiang، K.؛ Fan، S. (2009). "Fabrication of Ultralong and Electrically Uniform Single-Walled Carbon Nanotubes on Clean Substrates". Nano Letters. ج. 9 ع. 9: 3137–3141. DOI:10.1021/nl901260b. PMID:19650638.
  2. ^ Mintmire، J.W.؛ Dunlap، BI؛ White، CT (3 فبراير 1992). "Are Fullerene Tubules Metallic?". Physical Review Letters. ج. 68 ع. 5: 631–634. DOI:10.1103/PhysRevLett.68.631. PMID:10045950.
  3. ^ Dekker، Cees (1999). "Carbon nanotubes as molecular quantum wires" (PDF). Physics Today. ج. 52: 22–28. DOI:10.1063/1.882658.
  4. ^ Martel، R.؛ Derycke، V.؛ Lavoie، C.؛ Appenzeller، J.؛ Chan، K. K.؛ Tersoff، J.؛ Avouris، Ph. (2001). "Ambipolar Electrical Transport in Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes". Physical Review Letters. ج. 87: 256805. DOI:10.1103/PhysRevLett.87.256805.
  5. ^ "Carbon Solutions, Inc".
  6. ^ "CarboLex".
  7. ^ Flahaut، E.؛ Bacsa، R؛ Peigney، A؛ Laurent، C (2003). "Gram-Scale CCVD Synthesis of Double-Walled Carbon Nanotubes". Chemical Communications. ج. 12 ع. 12: 1442–1443. DOI:10.1039/b301514a. PMID:12841282.
  8. ^ أ ب Liu، Lei؛ Guo، G. Y.؛ Jayanthi، C. S.؛ Wu، S. Y. (2002). "Colossal Paramagnetic Moments in Metallic Carbon Nanotori". Physical Review Letters. ج. 88: 217206. DOI:10.1103/PhysRevLett.88.217206.
  9. ^ Huhtala، Maria (2002). "Carbon nanotube structures: molecular dynamics simulation at realistic limit" (PDF). Computer Physics Communications. ج. 146: 30. DOI:10.1016/S0010-4655(02)00432-0.
  10. ^ Liu، Q؛ Ren، W؛ Chen، Z؛ Yin، L؛ Li، F؛ Cong، H؛ Cheng، H (2009). "Semiconducting properties of cup-stacked carbon nanotubes" (PDF). Carbon. ج. 47: 731. DOI:10.1016/j.carbon.2008.11.005.
  11. ^ "A Better Way to Make Nanotubes". Berkeley Lab. 5 يناير 2009.
  12. ^ "Carbon Nanohoops: Shortest Segment of a Carbon Nanotube Synthesized" (PDF). Berkeley Lab.
  13. ^ "Synthetic organic chemistry". A centre of chemistry excellence. Nature. 7 أكتوبر 2009.
  14. ^ Zhao، X.؛ Liu، Y.؛ Inoue، S.؛ Suzuki، T.؛ Jones، R. O.؛ Andol، Y. (2004). "Smallest Carbon Nanotube is 3 Å in Diameter". Physical Review Letters. ج. 92 ع. 12: 125502. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.125502. PMID:15089683.
  15. ^ Hayashi، Takuya؛ Kim، Yoong Ahm؛ Matoba، Toshiharu؛ Esaka، Masaya؛ Nishimura، Kunio؛ Tsukada، Takayuki؛ Endo، Morinobu؛ Dresselhaus، Mildred S. (2003). "Smallest Freestanding Single-Walled Carbon Nanotube". Nano Letters. ج. 3 ع. 7: 887–889. DOI:10.1021/nl034080r.
  16. ^ Guan، Lunhui؛ Suenaga، Kazu؛ Iijima، Sumio (2008). "Smallest Carbon Nanotube Assigned with Atomic Resolution Accuracy". Nano Letters. ج. 8 ع. 2: 459–462. DOI:10.1021/nl072396j. PMID:18186659.
  17. ^ أ ب ت ث ج Yu، Min-Feng؛ Lourie، Oleg؛ Dyer، Mark J.؛ Moloni، Katerina؛ Kelly، Thomas F.؛ Ruoff، Rodney S. (28 يناير 2000). "Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load". Science. ج. 287 ع. 5453: 637–640. DOI:10.1126/science.287.5453.637. PMID:10649994.
  18. ^ أ ب ت Collins، Philip G. (2000). "Nanotubes for Electronics" (PDF). Scientific American: 67–69.
  19. ^ K. Jensen, W. Mickelson, A. Kis, and A. Zettl. Buckling and kinking force measurements on individual multiwalled carbon nanotubes. Phys. Rev. B 76, 195436 (2007)
  20. ^ Belluci، S. (19 يناير 2005). "Carbon nanotubes: physics and applications". Physica Status Solidi (c). ج. 2 ع. 1: 34–47. DOI:10.1002/pssc.200460105.
  21. ^ Chae، Han Gi؛ Kumar، Satish (26 يناير 2006). "Rigid Rod Polymeric Fibers". Journal of Applied Polymer Science. ج. 100 ع. 1: 791–802. DOI:10.1002/app.22680.
  22. ^ Meo، Michele؛ Rossi، Marco (3 فبراير 2006). "Prediction of Young's modulus of single wall carbon nanotubes by molecular-mechanics based finite element modelling". Composites Science and Technology. ج. 66 ع. 11–12: 1597–1605. DOI:10.1016/j.compscitech.2005.11.015.
  23. ^ Sinnott، Susan B.؛ Andrews، Rodney (يوليو 2001). "Carbon Nanotubes: Synthesis, Properties, and Applications". Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. ج. 26 ع. 3: 145–249. DOI:10.1080/20014091104189.
  24. ^ أ ب Demczyk، B.G.؛ Wang، Y.M.؛ Cumings، J.؛ Hetman، M.؛ Han، W.؛ Zettl، A.؛ Ritchie، R.O. (13 يونيو 2002). "Direct mechanical measurement of the tensile strength and elastic modulus of multiwalled carbon nanotubes". Materials Science and Engineering A. ج. 334 ع. 1–2: 173–178. DOI:10.1016/S0921-5093(01)01807-X.
  25. ^ أ ب Australian Stainless Steel Development Association (ASSDA) - Properties of Stainless Steel
  26. ^ أ ب Stainless Steel - 17-7PH (Fe/Cr17/Ni 7) Material Information
  27. ^ أ ب ت ث H. D. Wagner (2002). "Reinforcement". Encyclopedia of Polymer Science and Technology (PDF). John Wiley & Sons. DOI:10.1002/0471440264.pst317.
  28. ^ R. S. Ruoff, et al., "Radial deformation of carbon nanotubes by van der Waals forces" Nature 364, 514 (1993)
  29. ^ I. Palaci, et al. "Radial Elasticity of Multiwalled Carbon Nanotubes" Phys. Rev. Lett. 94, 175502 (2005)
  30. ^ M.-F. Yu, et al. "Investigation of the Radial Deformability of Individual Carbon Nanotubes under Controlled Indentation Force" Phys. Rev. Lett. 85, 1456-1459 (2000)
  31. ^ M. Popov؛ وآخرون (2002). "Superhard phase composed of single-wall carbon nanotubes" (free download PDF). Phys. Rev. B. ج. 65: 033408. DOI:10.1103/PhysRevB.65.033408. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  32. ^ 07.23.2003 - Physicists build world's smallest motor using nanotubes and etched silicon
  33. ^ أ ب Lu، X.؛ Chen، Z. (2005). "Curved Pi-Conjugation, Aromaticity, and the Related Chemistry of Small Fullerenes (<C60) and Single-Walled Carbon Nanotubes". Chemical Reviews. ج. 105 ع. 10: 3643–3696. DOI:10.1021/cr030093d. PMID:16218563.
  34. ^ Hong، Seunghun؛ Myung، S (2007). "Nanotube Electronics: A flexible approach to mobility". Nature Nanotechnology. ج. 2 ع. 4: 207–208. DOI:10.1038/nnano.2007.89. PMID:18654263.
  35. ^ J. Haruyama؛ وآخرون (2006). "Superconductivity in Entirely End-Bonded Multiwalled Carbon Nanotubes" (free download PDF). Physical Review Letters. ج. 96: 057001. DOI:10.1103/PhysRevLett.96.057001. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  36. ^ Pop، Eric؛ Mann، David؛ Wang، Qian؛ Goodson، Kenneth؛ Dai، Hongjie؛ وآخرون (22 ديسمبر 2005). "Thermal conductance of an individual single-wall carbon nanotube above room temperature". Nano Letters. ج. 6 ع. 1: 96–100. DOI:10.1021/nl052145f. PMID:16402794. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |first= (مساعدة)
  37. ^ Sinha، Saion؛ Barjami، Saimir؛ Iannacchione، Germano؛ Schwab، Alexander؛ Muench، George؛ وآخرون (5 يونيو 2005). "Off-axis thermal properties of carbon nanotube films". Journal of Nanoparticle Research. ج. 7 ع. 6: 651–657. DOI:10.1007/s11051-005-8382-9. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |first= (مساعدة)
  38. ^ Thostenson، Erik؛ Li، C؛ Chou، T (2005). "Nanocomposites in context". Composites Science and Technology. ج. 65: 491–516. DOI:10.1016/j.compscitech.2004.11.003.
  39. ^ Carbon Based Magnetism: An Overview of the Magnetism of Metal Free Carbon-based Compounds and Materials, edited by Tatiana Makarova and Fernando Palacio (Elsevier 2006)
  40. ^ Mingo، N.؛ Stewart، D. A.؛ Broido، D. A.؛ Srivastava، D. (2008). "Phonon transmission through defects in carbon nanotubes from first principles". Physical Review B. ج. 77: 033418. DOI:10.1103/PhysRevB.77.033418.
  41. ^ أ ب Kolosnjaj J, Szwarc H, Moussa F (2007). "Toxicity studies of carbon nanotubes". Adv Exp Med Biol. ج. 620: 181–204. DOI:10.1007/978-0-387-76713-0_14. PMID:18217344.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  42. ^ أ ب Porter، Alexandra؛ Gass، Mhairi؛ Muller، Karin؛ Skepper، Jeremy N.؛ Midgley، Paul A.؛ Welland، Mark (2007). "Direct imaging of single-walled carbon nanotubes in cells". Nature Nanotechnology. ج. 2 ع. 11: 713. DOI:10.1038/nnano.2007.347. PMID:18654411.
  43. ^ Zumwalde, Ralph and Laura Hodson (March 2009). "Approaches to Safe Nanotechnology: Managing the Health and Safety Concerns Associated with Engineered Nanomaterials". National Institute for Occupational Safety and Health. NIOSH (DHHS) Publication 2009-125.
  44. ^ أ ب Lam CW, James JT, McCluskey R, Arepalli S, Hunter RL (2006). "A review of carbon nanotube toxicity and assessment of potential occupational and environmental health risks". Crit Rev Toxicol. ج. 36 ع. 3: 189–217. DOI:10.1080/10408440600570233. PMID:16686422.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  45. ^ أ ب ت Poland، CA؛ Duffin، Rodger؛ Kinloch، Ian؛ Maynard، Andrew؛ Wallace، William A. H.؛ Seaton، Anthony؛ Stone، Vicki؛ Brown، Simon؛ MacNee، William (2008). "Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-like pathogenicity in a pilot study". Nature Nanotechnology. ج. 3 ع. 7: 423. DOI:10.1038/nnano.2008.111. PMID:18654567.
  46. ^ Carbon Nanotubes That Look Like Asbestos, Behave Like Asbestos
  47. ^ Iijima، Sumio (1991). "Helical microtubules of graphitic carbon". Nature. ج. 354: 56–58. DOI:10.1038/354056a0.
  48. ^ Ebbesen، T. W.؛ Ajayan، P. M. (1992). "Large-scale synthesis of carbon nanotubes". Nature. ج. 358: 220–222. DOI:10.1038/358220a0.
  49. ^ Guo، Ting؛ Nikolaev، Pavel؛ Rinzler، Andrew G.؛ Tomanek، David؛ Colbert، Daniel T.؛ Smalley، Richard E. (1995). "Self-Assembly of Tubular Fullerenes" (PDF). J. Phys. Chem. ج. 99: 10694–10697. DOI:10.1021/j100027a002.
  50. ^ Guo، Ting؛ Nikolaev، P؛ Thess، A؛ Colbert، D؛ Smalley، R (1995). "Catalytic growth of single-walled nanotubes by laser vaporization" (PDF). Chem. Phys. Lett. ج. 243: 49–54. DOI:10.1016/0009-2614(95)00825-O.
  51. ^ Walker Jr.، P. L.؛ Rakszawski، J. F.؛ Imperial، G. R. (1959). "Carbon Formation from Carbon Monoxide-Hydrogen Mixtures over Iron Catalysts. I. Properties of Carbon Formed". J. Phys. Chem. ج. 63: 133. DOI:10.1021/j150572a002.
  52. ^ José-Yacamán، M.؛ Miki-Yoshida، M.؛ Rendón، L.؛ Santiesteban، J. G. (1993). "Catalytic growth of carbon microtubules with fullerene structure". Appl. Phys. Lett. ج. 62: 657. DOI:10.1063/1.108857.
  53. ^ Beckman، Wendy (27 أبريل 2007). "UC Researchers Shatter World Records with Length of Carbon Nanotube Arrays". University of Cincinnati.
  54. ^ N. Inami et al. "Synthesis-condition dependence of carbon nanotube growth by alcohol catalytic chemical vapor deposition method" Sci. Technol. Adv. Mater. 8 (2007) 292 free download
  55. ^ N. Ishigami؛ Ago، H؛ Imamoto، K؛ Tsuji، M؛ Iakoubovskii، K؛ Minami، N (2008). "Crystal Plane Dependent Growth of Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on Sapphire". J. Am. Chem. Soc. ج. 130 ع. 30: 9918–9924. DOI:10.1021/ja8024752. PMID:18597459.
  56. ^ JL Pinilla. "Production of hydrogen and carbon nanofibers by thermal decomposition of methane using metal catalysts in a fluidized bed reactor" doi:10.1016/j.ijhydene.2007.08.013 International Journal of Hydrogen Energy 32, 4821, 2007. Moliner R, Suelves I, Lázaro MJ, Echegoyen Y, Palacios M
  57. ^ N Muradov. "Hydrogen via methane decomposition: an application for decarbonization of fossil fuels". PII: S0360-3199(01)00073-8. International Journal of Hydrogen Energy 26, 1165, 2001.
  58. ^ Eftekhari، A.؛ Jafarkhani، P؛ Moztarzadeh، F (2006). "High-yield synthesis of carbon nanotubes using a water-soluble catalyst support in catalytic chemical vapor deposition". Carbon. ج. 44: 1343. DOI:10.1016/j.carbon.2005.12.006.
  59. ^ Ren، Z. F.؛ Huang، ZP؛ Xu، JW؛ Wang، JH؛ Bush، P؛ Siegal، MP؛ Provencio، PN (1998). "Synthesis of Large Arrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes on Glass". Science. ج. 282 ع. 5391: 1105. DOI:10.1126/science.282.5391.1105. PMID:9804545.
  60. ^ SEM images & TEM images of carbon nanotubes, aligned carbon nanotube arrays, and nanoparticles
  61. ^ "Carbon Nanotubes from Camphor: An Environment-Friendly Nanotechnology" (free download PDF). Journal of Physics: Conference Series. ج. 61: 643. 2007.
  62. ^ Boyd، Jade (17 نوفمبر 2006). "Rice chemists create, grow nanotube seeds". Rice University.
  63. ^ K. Hata؛ وآخرون (2004). "Water-Assisted Highly Efficient Synthesis of Impurity-Free Single-Walled Carbon Nanotubes". Science. ج. 306 ع. 5700: 1362–1365. DOI:10.1126/science.1104962. PMID:15550668. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  64. ^ K. Hata؛ وآخرون (2005). "Kinetics of Water-Assisted Single-Walled Carbon Nanotube Synthesis Revealed by a Time-Evolution Analysis". Physical Review Letters. ج. 95: 056104. DOI:10.1103/PhysRevLett.95.056104. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  65. ^ K. Hata, Sumio Iijima؛ وآخرون (2009). "Compact and light supercapacitors from a surface-only solid by opened carbon nanotubes with 2,200 m2/g". Advanced Functional Materials. ج. 20: 422–428. DOI:10.1002/adfm.200901927. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  66. ^ "Unidym product sheet SWNT" (free download PDF).
  67. ^ "Characteristic of Carbon nanotubes by super-growth method" (باليابانية).
  68. ^ أ ب K.Hata. "From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors" (free download PDF).
  69. ^ Takeo Yamada؛ وآخرون (2006). "Size-selective growth of double-walled carbon nanotube forests from engineered iron catalysts". Nature Nanotechnology. ج. 1 ع. 2: 131–136. DOI:10.1038/nnano.2006.95. PMID:18654165. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  70. ^ Don N. Futaba , Kenji Hata؛ وآخرون (2006). "Shape-engineerable and highly densely packed single-walled carbon nanotubes and their application as super-capacitor electrodes". Nature Materials. ج. 5 ع. 12: 987–994. DOI:10.1038/nmat1782. PMID:17128258. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  71. ^ Singer، J.M. (1959). "Carbon formation in very rich hydrocarbon-air flames. I. Studies of chemical content, temperature, ionization and particulate matter". Seventh Symposium (International) on Combustion.
  72. ^ Yuan، Liming (2001). "Nanotubes from methane flames". Chemical physics letters. ج. 340: 237–241. DOI:10.1016/S0009-2614(01)00435-3.
  73. ^ Yuan، Liming (2001). "Ethylene flame synthesis of well-aligned multi-walled carbon nanotubes". Chemical physics letters. ج. 346: 23–28. DOI:10.1016/S0009-2614(01)00959-9.
  74. ^ Duan، H. M.؛ McKinnon، J. T. (1994). "Nanoclusters Produced in Flames". Journal of Physical Chemistry. ج. 98: 12815–12818. DOI:10.1021/j100100a001.
  75. ^ Murr، L. E.؛ Bang، J.J.؛ Esquivel، E.V.؛ Guerrero، P.A.؛ Lopez، D.A. (2004). "Carbon nanotubes, nanocrystal forms, and complex nanoparticle aggregates in common fuel-gas combustion sources and the ambient air". Journal of Nanoparticle Research. ج. 6: 241–251. DOI:10.1023/B:NANO.0000034651.91325.40.
  76. ^ Vander Wal، R.L. (2002). "Fe-catalyzed single-walled carbon nanotube synthesis within a flame environment". Combust. Flame. ج. 130: 37–47. DOI:10.1016/S0010-2180(02)00360-7.
  77. ^ Saveliev، A.V. (2003). "Metal catalyzed synthesis of carbon nanostructures in an opposed flow methane oxygen flame". Combust. Flame. ج. 135: 27–33. DOI:10.1016/S0010-2180(03)00142-1.
  78. ^ Height، M.J. (2004). "Flame synthesis of single-walled carbon nanotubes". Carbon. ج. 42: 2295–2307. DOI:10.1016/j.carbon.2004.05.010.
  79. ^ Sen، S.؛ Puri، Ishwar K (2004). "Flame synthesis of carbon nanofibers and nanofibers composites containing encapsulated metal particles". Nanotechnology. ج. 15: 264–268. DOI:10.1088/0957-4484/15/3/005.
  80. ^ أ ب Arnold، Michael S.؛ Green، Alexander A.؛ Hulvat، James F.؛ Stupp، Samuel I.؛ Hersam، Mark C. (2006). "Sorting carbon nanotubes by electronic structure using density differentiation". Nature Nanotechnology. ج. 1 ع. 1: 60. DOI:10.1038/nnano.2006.52. PMID:18654143.
  81. ^ Takeshi Tanaka؛ وآخرون (2009). "Simple and Scalable Gel-Based Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes". Nano Letters. ج. 9 ع. 4: 1497–1500. DOI:10.1021/nl8034866. PMID:19243112. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
  82. ^ T.Tanaka. "New, Simple Method for Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes".
  83. ^ Takeshi Tanaka؛ وآخرون (2009). "Continuous Separation of Metallic and Semiconducting Carbon Nanotubes Using Agarose Gel". Applied Physics Express. ج. 2: 125002. DOI:10.1143/APEX.2.125002. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)


مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=أنابيب_نانوية_كربونية&oldid=5973315»