روشی برای رشد نانولوله‌های کربنی با تقارن دلخواه

محققان ژاپنی روشی برای سنتز نانولوله‌های کربنی تک‌جداره با تقارن از پیش تعیین شده ارائه کردند. در این روش حالت اکسیداسیون کاتالیست کبالت به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که منجر به رشد نانولوله با تقارن مشخص شود.

نانولوله‌های کربنی تک‌جداره دارای خواص نوری و الکتریکی منحصر به‌فردی هستند. این خواص به چگونگی چیدمان اتمی کربن‌ها بستگی دارد که به آن تقارن گفته می‌شود. تقارن تعیین می‌کند که نانولوله‌ کربنی نیمه‌هادی یا فلزی باشد. محققان به‌تازگی روشی ارائه کرده‌اند که با استفاده از آن می‌توان نانولوله‌های کربنی با تقارن دلخواه ایجاد کرد.
توشیکا کاتو از دانشگاه توهوکو می‌گوید: «موضوع تقارن و کنترل آن در فرآیند سنتز به‌عنوان موضوع بسیار مهمی طی 25 سال گذشته بوده است.»
پژوهشگران این پروژه روشی برای کنترل تقارن نانولوله‌های کربنی تک‌جداره در فرآیند سنتز CVD با استفاده از کاتالیست کبالت ارائه کردند. تنظیم درجه‌ی اکسیداسیون کبالت می‌تواند نقش تعیین کننده‌ای در تقارن داشته باشد که برای این کار مقداری از گازی فعال یا ترکیبی از گازها به مخزن وارد می‌شود.
کاتو می‌گوید: «ما دریافتیم که حساسیت تقارن نانولوله‌های کربنی تک‌جداره در روش پلاسما CVD نسبت به حالت سطح کاتالیست کبالت حساس است.»
محاسبات نشان داده بود که تفاوت در انرژی اتصال میان کاتالیست و نانولوله‌کربنی برای تعیین تقارن مهم است. در ابتدای کار، ساختاری شبیه به فولرین روی کاتالیست تشکیل می‌شود. برای این که این ساختار به‌صورت نانولوله در آید، انرژی اتصال بین کاتالیست و این ساختار شبیه به فولرین باید رفع شود. با تغییر درجه‌ی اکسیداسیون کاتالیست، انرژی اتصال تغییر کرده و فرآیند به‌صورت انتخابی انجام می‌شود.
از آنجایی که درجه اکسیداسیون کاتالیست را می‌توان با دقت تنظیم کرد، این گروه درصدد تعیین تقارن با این کار شدند. کنترل حالت سطح کاتالیست برای رسیدن به تقارن مورد نظر در محصول یک مفهوم بسیار جدید است.
این راهبرد هنوز یک مشکل دارد و آن هم مسئله‌ی ماده پشتیبان است که در این پروژه از زئولیت استفاده شده‌است. چنین ماده پشتیبانی برای حفظ ابعاد کوچک ذرات کاتالیست مورد نیاز است که محققان معتقدند در آینده بر این مشکل غلبه خواهند کرد.

نتایج این پروژه در نشریه Scientific Reports به‌ چاپ رسیده است.