نانو لوله های کربنی، خواص و کاربرد

1. آلوتروپ های کربن

تا سال 1980، سه آلوتروپ کربن(کربن غیر بلوری) به نام های الماس، گرافیت و کربن بی شکل شناخته شده بودند، اما امروزه می دانیم که خانواده کاملی از سایر اشکال کربن نیز وجود دارند (شکل 1).

شکل1 آلوتروپهای مختلف کربن

اولین آلوتروپ کربن که در سال 1985 کشف شد، باک مینستر فولرن  نام داشت که به نام های دیگر باکی بال و فولرن نیز نامگذاری شده است. فولرن ها مولکول های کروی کربن هستند که به سبب شکل زیبا و خواص شگفت انگیز، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده اند.

آلوتروپ بعدی کربن که در سال 1991 کشف شد، نانولوله(Nano Tube) نام دارد که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد.

جلبک ها در خدمت نانو گیاه پزشکی

جلبک ها با قدمتی بالغ بر 40 میلیون سال در مقایسه با دیگر رستنی ها توانسته اند مقام نخست را از نظر تولید انرژی و همچنین مواد تجدیدشونده بویژه در دنیای نانو، کسب کنند.

بنابراین با توجه به اهمیت جلبک ها در این زمینه ، شایسته است کشاورزی سنتی و صنعتی برای توسعه پایدار فناوری های جدید، نهادینه شوند. جایگاه مناسب برای چنین تحقیقاتی ، کشاورزی پیشرفته بویژه در زیربخش های گیاه شناسی با تخصص گیاه شناسی الکترونیک است.

بسیاری از موضوعات مهم در گیاه پزشکی مانند تشخیص و شناسایی ، پیش آگاهی ، مبارزه و مهار، قرنطینه و تا حدودی ترویج ، بی شباهت به مفاهیم پلیسی نیستند. از این رو شناخت و همچنین بهره مندی از قابلیت های کم نظیر نانوپلیس های جلبکی برای گیاه پزشکی ، امروز از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

از سوی دیگر می دانیم که بسیاری از الگوهای فنی در نانوفناوری ، مرهون ساختار ظریف ، ولی توانمند انواع میلیونی جلبک ها هستند.

طراحی ، ساخت و تولید ابزار و قطعاتی با دقت مقیاس نانو به طور مصنوعی ، فوق العاده دشوار و پرهزینه است ، ولی با استفاده از این موجودات که اغلب دیاتوم ها و نانوفیتوپلانکتون ها هستند، ساخت و تولید انواع رایانه ها، ربات ها، ریزتراشه های سیلیکونی در دنیای نانوالکترونیک و زیست حسگرهای هوشمند، متداول است.

نانو حسگرها

حسگر چیست؟

حسگر یک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند، ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند. شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت .

ساختار کلی یک حسگر:

درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند. آنزیمها ، گیرنده ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.

کاربرد نانولوله‌ها در تشخیص و ترمیم ترک در اجسام پلاستیکی

براساس یک مطالعه جدید، با افزودن حتی مقادیر کمی از نانولوله‌های کربنی می‌توان گام‌های بلندی را در افزایش قدرت، کمال و ایمنی مواد پلاستیکی (که کاربرد گسترده‌ای در کاربردهای مهندسی ‌دارند) برداشت.

محققان پژوهشگاه پلی تکنیک Rensselaer، روشی ساده و جدید برای تشخیص و ترمیم ترک‌های خطرناک و کوچک در بال‌های هواپیما و بسیاری از ساختارهای دیگر که از ترکیبات پلیمری ساخته شده‌اند، ابداع کرده‌اند.

این پژوهشگران با وارد کردن تدریجی نانولوله‌های کربنی رسانای الکتریسته به یک پلیمر و بررسی و ثبت مداوم مقاومت الکتریکی ساختار، توانستند مکان و طول ترک ناشی از فشار در یک ساختار مرکب را دقیقا شناسایی کنند.‌

مهندسان با تعیین محل ترک، یک جریان الکتریکی کوچک را برای گرم کردن نانولوله کربنی به این ناحیه می‌فرستند و در اثر ذوب شدن عامل بهبود دهنده- که در پلیمر جاسازی شده- ترک را با 70 درصد بازگشت استحکام اولیه ترمیم می کنند.

به گفته نیخیل کراتکار، استاد بخش مهندسی هسته‌ای، هوافضا و مکانیک پژوهشگاه Rensselaer، تشخیص و ترمیم آسیب ناشی از فرسودگی، کارایی و ایمنی اجزای ساختاری را در سیستم‌های مهندسی متنوع، تاحد قابل توجهی افزایش می‌دهد.

جزئیات این پروژه در مجله Applied Physics Letters به چاپ رسیده است.

نانو الیاف ، معرفی و فرصت ها

اصطلاح نانوالیاف به رشته های نسبتاً کوتاهی با قطر کمتر از 500 نانومتر اطلاق می شود و مانند نانوسیم ها از انواع ساختارهای تک بعدی می باشند. این مواد در زمینه های گوناگون از جمله: تولید لباس های محافظ، تولید آینه های قابل استفاده در فضا، فیلتراسیون هوا و از همه مهم تر به عنوان تقویت کننده در نانوکامپوزیت ها کاربرد دارند. نانوالیاف به سه گروه طبقه بندی می شوند که عبارت اند از:

1. نانوالیاف پلیمری

2. نانوالیاف کربنی

3. نانوالیاف معدنی

در ادامه به بررسی برخی از روش های تولید، خواص و کاربردهای مهم نانوالیاف پرداخته می شود.