اصلاح ساختار نانولولههاي کربني و بهبود خواص الکترونيکي آنها
نانولولههاي کربني يکي از قويترين ساختارهاي شناخته شده در طبيعت بوده و خواص الکترونيکي و گرمايي منحصر به فردي دارند. اين محققان روشي ارائه دادهاند که بر پايه آن ميتوان در ديوارههاي نانولولههاي کربني تغييراتي ايجاد کرد، که اين تغييرات منجر به بهبود خاصيت توليد نيروي ترموالکتريکي در آنها ميگردد. مطابق اين توانايي، نانولولهها قادر خواهند بود با جذب گرما انرژي الکتريکي توليد کنند. اين توانايي تبديل انرژي گرمايي به الکتريکي، اساس بسياري از تجهيزات مانند ديودهاي گرمايي، ترموکوپلها و يخچالها ميباشد.
Larry Curtiss شيميست آزمايشگاه Argonne ميگويد: با اعمال تغييراتي در ساختار مواد معمولي ميتوان خواص الکترونيکي آنها را تغيير داد و مواد ترموالکتريکي با بازده بالا تهيه کرد، در اين صورت ميتوان از منابع توليد گرما مانند خورشيد و انرژي هستهاي، الکتريسيته توليد کرد. افزودن مولکول به ساختار نانولولههاي کربني، جهت ايجاد تغييرات ساختاري در آنها کار دشواري است زيرا اندازه اين مواد بسيار کوچک است، به همين دليل محققان به دنبال راههاي کنترل اين فرآيند و توانايي توليد آن هستند.
اين تيم تحقيقاتي با مدلسازي کامپيوتري، به دنبال درک صحيح چگونگي افزودن کربن ديمر – دو اتم کربن که به هم پيوند خوردهاند- به نانولولههاي کربني تک ديواره هستند. آنها دريافتند، راحتترين و مطمئنترين روش افزودن افقي کربن ديمر به ساختار شش وجهي است. در نتيجه اين اتصال، دو ساختار پنج وجهي و هفت وجهي در ديواره ايجاد ميگردد. بعد از موفقيت در افزودن يک ديمر، ديمرهاي بعدي نيز به اين ديواره افزوده شدند. Curtiss در اين باره ميگويد: نکته جالب توجه در اين ميان افزودن چندين ديمر به اين ديوارهها و به دست آوردن چندين ساختار جالب جديد است که در آنها ديمرها مانند بلوکهاي ساختماني به کار رفتهاند.
در ساختار Bumpy، ديمرهاي کربني به صورت متقارن به نواحي داراي برآمدگي نانولوله، متصل ميشوند (بالا). در ساختار Zipper، ديمرهاي کربني به صورت افقي در يک خط مستقيم قرار ميگيرند و در نهايت به ازاي هر هشت وجهي، دو پنج وجهي ايجاد ميشود(وسط). در ساختار Multiple Zipper، نانولوله داراي شش محور Zipper است و در نهايت رديفهاي شش ضلعي در اطراف نانولوله پديد ميآيد (پايين).
پس از شبيهسازيهاي کامپيوتري، اين محققان با مهارت زياد نمونهاي از اين مواد را جهت آزمايش توليد کردند. Curtiss معتقد است؛ ساختار توليد شده توسط اين گروه قبلاً وجود داشته است. در مقالهاي که Zapol يکي از فيزيکدان اين مؤسسه منتشر کرد، به اين نکته اشاره شده است که محققان قبلاً با اين ساختارها روبرو شدهاند اما توانايي شناسايي آنها را نداشتند.
از ميان اين ساختارها Zipper مورد توجه تيم تحقيقاتي Argonne قرار گرفته است، زيرا فضاهاي اتمي موجود در اين ساختار فضاي مناسبي جهت اتصال اين نانولوله به محصول تجاري الماس بلوري فوقنانو (UCD) ايجاد کرده است و با اين کار ميتوان خواص اين دو ماده را با هم ترکيب کرد. UCD محصول جديدي است که توسط اين گروه ارائه شده است. اين محصول نوعي نانوکربن است که داراي پارهاي از خواص الماس است و ميتوان اين محصول را بر سطوح مختلفي نشاند. بر خلاف الماس، خواص اين ماده را ميتوان بسته به کاربرد آن بهينه کرد. محققان در نظر دارند از نانولولههاي کربني به عنوان يک داربست جهت اتصال مولکولها استفاده کنند و گروههاي متصل شده را در اين مولکولها مورد مطالعه قرار دهند. آنها همچنين قصد دارند، با اتصال نانولولهها به آرايههاي مختلف، تأثير اين افزايش را مورد بررسي قرار دهند.
منبع:http://www.kashanalloy.com