ساخت نانوسیستم‌های کربنی

محققان فرانسوی با استفاده از پرتو
الکترونی موفق به ساخت حفره‌هایی روی گرافن و نانولوله‌های کربنی شدند و پس
از آن درون این حفره‌ها را با اتم‌های خارجی پر کردند.

در میان تمام روش‌های موجود برای تولید نانولوله‌های کربنی و گرافن، تنها
می‌توان به روش CVD برای تولید انبوه این مواد اعتماد کرد. روش CVD مبتنی
بر فعالیت کاتالیزور‌های فلزی است که در آن تولیدکنندگان می‌توانند برخی از
کاتالیزور‌های فلزی مانند آهن را با گاز‌های واکنش‌دهنده نظیر هیدروژن
ترکیب و در کوره‌ی بسیار گرم، نانولوله‌های کربنی را تولید کنند. برای
بهینه‌سازی فرایند تولید، لازم است درک ما از برهم‌کنش موجود میان نانولوله‌های
کربنی یا گرافن با اتم‌های فلزی افزایش یابد، کاری که تاکنون انجام نشده‌است.
از نتایج مطالعه‌ی برهم‌کنش میان کربن و فلز می‌توان در صنعت الکترونیک نیز
استفاده کرد.

 

 
 
 محققان فرانسوی نشان دادند که می‌توان
روی نانولوله‌های کربنی یا گرافن در یک محل از پیش تعیین‌شده، نواقصی را
ایجاد کرد تا از آن به‌منظور نقطه‌ی به دام اندازی فلزات خارجی استفاده کرد.
با این کار می‌توان روی محل مشخصی در این مواد، اتم‌های فلزی را نشست داد.
اگر بتوان یک اتم را در شبکه‌ی گرافن قرار داد، می‌توان از آن در ساخت
نانوسیستم‌های کامپوزیتی جدید استفاده کرد.

پیش از این مشخص شده بود که حرکت اتم‌های خارجی روی یک گرافنِ بدون نقص،
بسیار محتمل است. فلورینا بانهارت از اعضای این گروه تحقیقاتی در دانشگاه
استراسبورگ، می‌گوید:«برای گیر انداختن این اتم‌های خارجی، می‌توان از
نواقص موجود در شبکه‌ی گرافن استفاده کرد. یکی از انگیزه‌های انجام پروژه
این است که بتوان ساختار مواد کربنی را با دقت نانومتری دستکاری کرد. این
کار در مورد نانولوله‌های کربنی و گرافن انجام شده؛ به‌طوری که حفره‌هایی
روی آن ایجاد گردیده اما خیلی سریع با ناخالصی‌های فلزی پر شدند.

در حالت عادی اگر شبکه‌ی گرافنی کامل و بدون نقص بود، جای خالی برای حضور
اتم‌های خارجی وجود نخواهد داشت؛ اما اگر اتم کربنی از این ساختار حذف شود،
یعنی حفره‌ای ایجاد شود، آنگاه فضایی برای به دام انداختن دیگر اتم‌ها وجود
خواهد داشت، همچنین وجود پیوندهای آزاد کربنی، موقعیت را برای جذب دیگر
اتم‌ها فراهم می‌آورد.

برای ایجاد این حفرات از پرتوهای الکترونی استفاده شده که در آن اتم کربن
به‌وسیله‌ی پرتو الکترونی از ساختار گرافن یا نانولوله‌های کربنی خارج
می‌شود؛ بنابراین می‌توان با تابش الکترون در یک محل از پیش تعیین‌شده حفره
را در آنجا ایجاد کرد که پس از انجام این کار اتم خارجی در آن نقطه به دام
می‌افتد.

این پروژه هم نحوه‌ی ایجاد یک حفره در ابعاد آنگسترومی روی گرافن یا
نانولوله، و هم چگونگی به دام انداختن اتم خارجی در آن حفره را نشان
می‌دهد.