عامل‌دار کردن نانولوله‌ها بدون کاهش هدایت الکتریکی آنها

عامل‌دار کردن نانولوله‌های کربنی می‌تواند یک روش مفید برای فرآوری این نانولوله‌ها باشد و همچنین می‌تواند خواص حسگری و الکترونیکی آنها را برای کاربردهای مطلوب تغییر دهد. امّا افزودن یک گروه مولکولی نانولوله‌های کربنی می‌تواند هدایت آنها را به طور جدی کاهش دهد. محققان مؤسسه MIT دریافته‌اند که افزودن گروه‌های کربن‌دار و نیتروژن‌دار به نانولوله‌ها هدایت آنها را تغییر نمی‌دهد.

عامل‌دار کردن نانولوله‌های کربنی می‌تواند یک روش مفید برای فرآوری این نانولوله‌ها باشد و همچنین می‌تواند خواص حسگری و الکترونیکی آنها را برای کاربردهای مطلوب تغییر دهد. امّا افزودن یک گروه مولکولی نانولوله‌های کربنی می‌تواند هدایت آنها را به طور جدی کاهش دهد. محققان مؤسسه MIT دریافته‌اند که افزودن گروه‌های کربن‌دار و نیتروژن‌دار به نانولوله‌ها هدایت آنها را تغییر نمی‌دهد.
حلقه‌زایی ۱+۲ با نانولوله‌های کربنی موجب می‌شود که تعدادی از پیوندهای بین اتم‌های کربن دیواره آن بشکنند و موجب تغییر ساختار الکترونیکی نانولوله‌ها شوند، به طوری که خواص هدایتی آنها تغییر نمی‌کند. این ویژگی می‌تواند در کاربردهای گوناگون نانولوله‌ها مانند استفاده در اتصالات مدارات الکترونیکی مفید باشد.
Young-sulee از مؤسسه MIT گفت: اگر چه عامل‌دار کردن شیمیایی نانولوله‌ها یکی از روش‌های متداول بحث تحت کنترل در آوردن آنها است ولی آنچه مشخص است هدایت نانولوله‌ها به دلیل عامل‌دار کردن شیمیایی به شدت کاهش می‌یابد. اولین شوک زمانی ایجاد شد که دو سال قبل نانولوله‌های کربنی با طول ۵٫۵ نانومتر توسط یک گروه متوکسی کربونیل نیترن عامل‌دار شده ولی هدایت آنها در همان مقدار ایده‌آل باقی ماند.
Lee و همکارانش از تئوری دانسیته عاملیجهت محاسبه ساختار نانولوله‌های عامل‌دار شده با حلقه‌زایی ۱+۲ استفاده کردند.
Lee توضیح می‌دهد، اتم کربن موجود در گروه کاربن با دو اتم کربن کنار هم در دیواره نانولوله‌ تشکیل یک ساختار حلقوی سه عضوی را می‌دهد که دارای فشار بالایی است. پیوند کربن- کربن موجود در دیواره نانولوله هنگام خمش نانولوله و هنگام کاهش زاویه پیوند از میزان مطلوب شکسته می‌شود.
مطابق نظر lee، ردیف شکستن پیوند بسیار اهمیت دارد، یک پیوند به وسیله گروه کاربن به نانولوله کربنی افزوده می‌شود و پیوند دیگری با شکسته شدن کم می‌شود این پدیده در نهایت باعث می‌شود دو اتم کربن کنار هم در دیواره همچنان هیبریداسیون SP2 خود را به همراه اربیتال P حفظ کنند که در این میان هدایت پیوند Pi نانولوله دست نخورده باقی می‌ماند.
تأثیر افزایش گروه شیمیایی به نانولوله‌ها بستگی به کایرالیته (تقارن) و خمش نانولوله‌ها دارد. برای برخی نانولوله‌های کربنی که قطر آنها در محدوده مشخص قرار دارد، بعضی از گروه‌های شیمیایی به دو شکل پایدار می‌ماند یعنی هم می‌تواند با دیواره نانولوله پیوند بسته یا باز داشته باشد.
خانم lee می‌افزاید: تا جایی که ما می‌دانیم این شکستن پیوند در یک سطح صاف مانند ورقه‌های گرافن هرگز اتفاق نمی‌افتد اما وقتی خمش افزایش یافت و به مقدار بحرانی خود رسید پس از آن پیوند شکسته می‌شود. زیرگروهی از کاربن‌ها مانند دی‌سیانوکاربن، قویاً حلقه سه عضوی پایدار تشکیل می‌دهند. این اثر پایداری در مقابل خمش و شکسته شدن مقاومت می‌کند و با توجه به قطر نانولوله عامل‌دار شده در نهایت این نانولوله‌ می‌تواند دو شکل را در فرم کشیده شده داشته باشد: یا پیوند شکسته شود یا به همان حالت باقی بماند.
برای داشتن هدایت بالا فرم پیوند شکسته به فرم دیگر ترجیح داده می‌شود. محققان معتقدند، عاملی که باعث تبدیل نانولوله به یکی از این دو ساختار می‌شود، آنها را قادر می‌سازد تا هدایت نانولوله‌های کربنی عامل‌دار در یک زمان مشخص تغییر دهند. این پدیده می‌تواند در به کارگیری نانولوله‌ها در ادوات تصویربرداری و حسگری که در مقابل محرک‌های شیمیایی و نوری پاسخ می‌دهد مفید باشد.
خانم lee می‌گوید: بررسی تمام جوانب تئوری و عملی این کار تلاش فراوانی را می‌طلبد و لازمه آن کشف مکانسیم‌های تغییرات این ساختارها و درک آنها است، ما امیدواریم راهکارهای گوناگون مانند روش‌های الکتروشیمیایی و فوتوشیمیایی برای سیستم‌های مولکولی مانند نانولوله‌ها هم انجام پذیرد.
این تیم نتایج کار خود را در نشریه Physical Review letter به چاپ رساندند.