أنابيب الكربون النانويةأشياء لا تصدق.يمكن أن تكون أقوى من الفولاذ بينما تكون أنحف من شعرة الإنسان.

كما أنها مستقرة للغاية وخفيفة الوزن ولها خصائص كهربائية وحرارية وميكانيكية لا تصدق.لهذا السبب ، لديهم القدرة على تطوير العديد من المواد المستقبلية المثيرة للاهتمام.

قد يكون لديهم أيضًا مفتاح لبناء مواد وهياكل المستقبل ، مثل مصاعد الفضاء.

هنا ، نستكشف ماهيتها وكيفية صنعها والتطبيقات التي يميلون إلى امتلاكها.لا يُقصد بهذا أن يكون دليلاً شاملاً والغرض منه فقط استخدامه كنظرة عامة سريعة.

ماذا يكونأنابيب الكربون النانويةوممتلكاتهم؟

الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs باختصار) ، كما يوحي الاسم ، هي هياكل أسطوانية دقيقة مصنوعة من الكربون.ولكن ليس فقط أي كربون ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية تتكون من صفائح ملفوفة من طبقة واحدة من جزيئات الكربون تسمى الجرافين.

تميل إلى أن تأتي في شكلين رئيسيين:

1. الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار(SWCNTs) - تميل إلى أن يكون قطرها أقل من 1 نانومتر.

2. الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران(MWCNTs) - تتكون هذه من عدة أنابيب نانوية مترابطة مركزيا وتميل إلى أن يكون لها أقطار يمكن أن تصل إلى أكثر من 100 نانومتر.

في كلتا الحالتين ، يمكن أن يكون للأنابيب النانوية الكربونية أطوال متغيرة تتراوح بين عدة ميكرومتر إلى سنتيمترات.

نظرًا لأن الأنابيب مبنية حصريًا من الجرافين ، فإنها تشترك في العديد من خصائصه المثيرة للاهتمام.على سبيل المثال ، ترتبط الأنابيب النانوية الكربونية بروابط sp2 - وهي قوية للغاية على المستوى الجزيئي.

تميل الأنابيب النانوية الكربونية أيضًا إلى الارتباط ببعضها البعض عبر قوى فان دير فال.هذا يوفر لهم قوة عالية وانخفاض الوزن.كما أنها تميل إلى أن تكون مواد موصلة للكهرباء بدرجة عالية وموصلة حراريًا.

"يمكن أن تكون جدران CNT الفردية معدنية أو شبه موصلة اعتمادًا على اتجاه الشبكة فيما يتعلق بمحور الأنبوب ، وهو ما يسمى chirality."

تتمتع الأنابيب النانوية الكربونية أيضًا بخصائص حرارية وميكانيكية مذهلة تجعلها جذابة لتطوير مواد جديدة.

ماذا تفعل الأنابيب النانوية الكربونية؟

كما رأينا بالفعل ، للأنابيب النانوية الكربونية بعض الخصائص غير العادية للغاية.وبسبب هذا ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية لديها العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام والمتنوعة.

في الواقع ، اعتبارًا من عام 2013 ، وفقًا لـ Wikipedia عبر Science Direct ، تجاوز إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية عدة آلاف من الأطنان سنويًا.تحتوي هذه الأنابيب النانوية على العديد من التطبيقات ، بما في ذلك استخدامها في:

• حلول تخزين الطاقة
• نمذجة الجهاز
• الهياكل المركبة
• قطع غيار السيارات ، بما في ذلك السيارات التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين
• أجسام القوارب
• بضائع رياضيه
• مرشحات المياه
• الإلكترونيات ذات الأغشية الرقيقة
• الطلاءات
• المحركات
• التدريع الكهرومغناطيسي
• المنسوجات
• التطبيقات الطبية الحيوية ، بما في ذلك هندسة أنسجة العظام والعضلات ، والتوصيل الكيميائي ، وأجهزة الاستشعار الحيوية والمزيد

ماذا يكونالأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران?

كما رأينا بالفعل ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران هي تلك الأنابيب النانوية المصنوعة من عدة أنابيب نانوية مترابطة بشكل مركز.تميل إلى أن يكون لها أقطار يمكن أن تصل إلى أكثر من 100 نانومتر.

يمكن أن يصل طولها إلى أكثر من سنتيمترات وتميل إلى أن تكون لها نسب أبعاد تتراوح بين 10 و 10 ملايين.

يمكن أن تحتوي الأنابيب النانوية متعددة الجدران على ما بين 6 و 25 جدارًا متحدة المركز أو أكثر.

تمتلك MWCNTs بعض الخصائص الممتازة التي يمكن استغلالها في عدد كبير من التطبيقات التجارية.وتشمل هذه :

• الكهرباء: تكون MWNTs عالية التوصيل عند دمجها بشكل صحيح في هيكل مركب.وتجدر الإشارة إلى أن الجدار الخارجي وحده موصّل ، والجدران الداخلية ليست مفيدة للتوصيل.
• المورفولوجيا: تمتلك MWNTs نسبة عرض إلى ارتفاع عالية ، بأطوال تزيد عادة عن 100 ضعف القطر ، وفي بعض الحالات أعلى من ذلك بكثير.لا يعتمد أدائها وتطبيقها على نسبة العرض إلى الارتفاع فحسب ، بل أيضًا على درجة التشابك واستقامة الأنابيب ، والتي بدورها تعتمد على درجة وأبعاد العيوب في الأنابيب.
• المادية: تتمتع MWNTs الخالية من العيوب بمقاومة شد ممتازة وعندما يتم دمجها في مركب ، مثل مركبات اللدائن الحرارية أو المركبات الحرارية ، يمكن أن تزيد من قوتها بشكل كبير.