ท่อนาโนคาร์บอนเป็นสิ่งที่เหลือเชื่อพวกมันสามารถแข็งแกร่งกว่าเหล็กในขณะที่บางกว่าเส้นผมมนุษย์

นอกจากนี้ยังมีความเสถียรสูง น้ำหนักเบา และมีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความร้อน และทางกลที่น่าทึ่งด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงมีศักยภาพในการพัฒนาวัสดุในอนาคตที่น่าสนใจมากมาย

พวกเขายังอาจถือกุญแจสำคัญในการสร้างวัสดุและโครงสร้างแห่งอนาคต เช่น ลิฟต์อวกาศ

ในที่นี้ เราจะสำรวจว่ามันคืออะไร สร้างขึ้นอย่างไร และมีแนวโน้มที่จะมีแอปพลิเคชันใดบ้างนี่ไม่ใช่คำแนะนำที่ละเอียดถี่ถ้วนและมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้เป็นภาพรวมโดยย่อเท่านั้น

สิ่งที่เป็นท่อนาโนคาร์บอนและคุณสมบัติของมัน?

ท่อนาโนคาร์บอน (เรียกสั้นๆ ว่า CNT) เป็นโครงสร้างทรงกระบอกขนาดเล็กที่ทำจากคาร์บอนแต่ไม่ใช่แค่คาร์บอนเท่านั้น CNT ประกอบด้วยแผ่นม้วนของโมเลกุลคาร์บอนชั้นเดียวที่เรียกว่ากราฟีน

พวกเขามักจะมาในสองรูปแบบหลัก:

1. ท่อนาโนคาร์บอนผนังชั้นเดียว(SWCNTs) - สิ่งเหล่านี้มักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 นาโนเมตร

2. ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น(MWCNTs) - ท่อนาโนเหล่านี้ประกอบด้วยท่อนาโนที่เชื่อมต่อระหว่างศูนย์กลางหลายท่อ และมีแนวโน้มว่าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่สามารถเข้าถึงได้เกิน 100 นาโนเมตร

ไม่ว่าในกรณีใด CNT สามารถมีความยาวผันแปรได้ตั้งแต่หลายไมโครเมตรไปจนถึงเซนติเมตร

เนื่องจากหลอดสร้างขึ้นจากกราฟีนโดยเฉพาะ จึงมีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายอย่างร่วมกันตัวอย่างเช่น CNT ถูกผูกมัดด้วยพันธะ sp2 ซึ่งมีความแข็งแรงมากในระดับโมเลกุล

ท่อนาโนคาร์บอนยังมีแนวโน้มที่จะร้อยเข้าด้วยกันผ่านกองกำลังของแวนเดอร์วาลส์สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบานอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะเป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าและนำความร้อนได้สูง

"ผนัง CNT แต่ละตัวสามารถเป็นโลหะหรือสารกึ่งตัวนำได้ ขึ้นอยู่กับการวางแนวของโครงตาข่ายที่เกี่ยวกับแกนของท่อ ซึ่งเรียกว่า chirality"

ท่อนาโนคาร์บอนยังมีคุณสมบัติทางความร้อนและเชิงกลที่น่าทึ่งอื่นๆ ซึ่งทำให้น่าสนใจสำหรับการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ

ท่อนาโนคาร์บอนทำอะไรได้บ้าง?

ดังที่เราได้เห็นแล้วว่าท่อนาโนคาร์บอนมีคุณสมบัติที่ผิดปกติอย่างมากด้วยเหตุนี้ CNT จึงมีแอปพลิเคชันที่น่าสนใจและหลากหลายมากมาย

ในความเป็นจริง ในปี 2013 ตาม Wikipedia ผ่านทาง Science Direct การผลิตท่อนาโนคาร์บอนเกินหลายพันตันต่อปีท่อนาโนเหล่านี้มีการใช้งานมากมาย รวมถึงใช้ใน:

• โซลูชันการจัดเก็บพลังงาน
• การสร้างแบบจำลองอุปกรณ์
• โครงสร้างคอมโพสิต
• ชิ้นส่วนยานยนต์ รวมถึงศักยภาพในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
• ตัวเรือ
• สินค้ากีฬา
• เครื่องกรองน้ำ
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบฟิล์มบาง
• สารเคลือบ
• แอคชูเอเตอร์
• การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า
• สิ่งทอ
• การใช้งานด้านชีวการแพทย์ รวมถึงวิศวกรรมเนื้อเยื่อของกระดูกและกล้ามเนื้อ การนำส่งสารเคมี ไบโอเซนเซอร์ และอื่นๆ

สิ่งที่เป็นท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้น?

ดังที่เราได้เห็นไปแล้ว ท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังหลายชั้นคือท่อนาโนที่ทำจากท่อนาโนหลายท่อที่เชื่อมต่อกันแบบศูนย์กลางพวกเขามักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่สามารถเข้าถึงได้เกิน 100 นาโนเมตร

พวกเขาสามารถยาวเกินเซนติเมตรและมีแนวโน้มที่จะมีอัตราส่วนที่แตกต่างกันระหว่าง 10 ถึง 10 ล้าน

ท่อนาโนที่มีผนังหลายชั้นสามารถมีผนังศูนย์กลางได้ตั้งแต่ 6 ถึง 25 ผนังขึ้นไป

MWCNTs มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมซึ่งสามารถใช้ประโยชน์ในการใช้งานเชิงพาณิชย์จำนวนมากเหล่านี้รวมถึง:

• ไฟฟ้า: MWNTs เป็นตัวนำไฟฟ้าสูงเมื่อรวมเข้ากับโครงสร้างคอมโพสิตอย่างเหมาะสมควรสังเกตว่าผนังด้านนอกเพียงอย่างเดียวกำลังนำไฟฟ้า ผนังด้านในไม่ได้เป็นเครื่องมือในการนำไฟฟ้า
• สัณฐานวิทยา: MWNTs มีอัตราส่วนกว้างยาวสูง โดยโดยทั่วไปแล้วความยาวจะมากกว่า 100 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง และในบางกรณีอาจสูงกว่านั้นมากประสิทธิภาพและการใช้งานไม่ได้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับระดับความยุ่งเหยิงและความตรงของท่อ ซึ่งจะเป็นหน้าที่ของทั้งระดับและขนาดของข้อบกพร่องในท่อ
• ทางกายภาพ: MWNTs ที่ปราศจากข้อบกพร่อง แต่ละชิ้นมีความต้านทานแรงดึงที่ดีเยี่ยม และเมื่อรวมเข้ากับคอมโพสิต เช่น สารประกอบเทอร์โมพลาสติกหรือเทอร์โมเซ็ต สามารถเพิ่มความแข็งแรงได้อย่างมาก