خالص‌سازی نانولوله‌های کربنی از طریق فرآیند مبتنی بر لیزر

اگر در آینده نیاز به استفاده از نانولوله‌های کربنی در فیبرهای فوق‌العاده‌ قوی، سیم‌های الکتریکی در ادوات مولکولی یا قطعات پیل‌های سوختی هیدروژنی باشد، این نانولوله‌ها باید خالص‌سازی شوند. روش‌های رایج بسیار پرهزینه بوده و اغلب آسیب‌هایی به این نانولوله‌ها وارد می‌سازند. اخیراً روشی ساده برای این کار کشف شده که با آن نانولوله‌ها به کمک پالس‌های لیزر کالیبره شده، پاک‌سازی می‌شوند.

۳۰ دی- اگر در آینده نیاز به استفاده از نانولوله‌های کربنی در
فیبرهای فوق‌العاده‌ قوی، سیم‌های الکتریکی در ادوات مولکولی یا قطعات پیل‌های
سوختی هیدروژنی باشد، این نانولوله‌ها باید خالص‌سازی شوند. روش‌های رایج بسیار
پرهزینه هستند و اغلب آسیب‌هایی به این نانولوله‌ها وارد می‌سازند. اخیراً روشی
ساده برای این کار کشف شده که با آن نانولوله‌ها به کمک پالس‌های لیزر کالیبره شده،
پاک‌سازی می‌شوند.

هنگام تهیه نانولوله‌های کربنی با روش‌های متفاوت، مقادیر قابل توجهی از آلودگی‌هایی
نظیر دوده، گرافیت یا ناخالصی‌هایی دیگر در کنار نانولوله‌ها تشکیل می‌شود. خالص‌سازی
محصول، یکی از مسائل مهم در کاربرد تجاری نانولوله‌ها محسوب می‌شود.
یک تیم تحقیقاتی از مؤسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) و آزمایشگاه ملی انرژی
تجدیدپذیر (NREL) در آمریکا، توضیح دادند که لیزر چگونه می‌تواند مقدار ناخالصی‌های
کربنی را در حجم بالا از نانولوله‌های کربنی تک دیواره بدون وارد آوردن آسیبی به
آنها کاهش دهد.
 تست‌های بصری و اندازه‌گیری‌های کیفی ساختار و ترکیب مواد، خالص‌تر شدن نمونه را
تأیید می‌کند. این محققان معتقدند که بسته به اینکه نانولوله‌ها چگونه ساخته شده‌اند،
ممکن است فرآیند پاک‌سازی نیاز به اصلاحاتی داشته باشد. ولی به هر حال کل فرآیند
ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر از روش‌های رایج “شیمی مرطوب” است که در آن امکان آسیب‌دیدگی
نانولوله‌ وجود دارد و نیاز به زدایش حلال پس از انجام فرآیند وجود دارد.

جون لمن رهبر تیم تحقیقاتی و فیزیک‌دان NIST معتقد است که ظرف
۱۵ سال گذشته، در زمینه ارائه مواد با کیفیت بالا وعده‌های بسیاری داده شده است ولی
زمانی که ماده را خریداری می‌کردید می‌فهمیدید خلوص آن چیزی نیست که شما انتظار
داشتید. کسانی که در اندیشه ورود به تجارت نانولوله‌ها هستند به زودی درمی‌یابند که
خالص‌سازی مرحله مهم و گران‌قیمتی است که کارهای بسیاری در این زمینه انجام شده است.

این امید وجود دارد که روش جدید به خوبی عمل کند چرا که در صورت تنظیم صحیح، پرتو
لیزر انرژی خود را به چرخش‌ها و ارتعاشات مولکول‌های کربنی موجود در نانولوله‌ها‌ و
آلودگی‌‌ها منتقل می‌کند. با توجه به پایداری نانولوله‌های کربنی، انرژی به ناخالصی‌ها
منتقل می‌شود، و در نهایت باعث فراهم شدن شرایط برای واکنش ناخالصی‌ها با اکسیژن یا
اُزن و به حذف ناخالصی‌ها می‌شود.
 روند خالص‌سازی، از طریق اندازه‌گیری میزان انرژی برگشتی از سطح نمونه‌هایی که در
شرایط مختلف در معرض پرتوهای لیزر قرار می‌گیرند؛ ره‌گیری می‌شود. هر یک از اشکال
کربن، علامت خاص خود را دارد. تغییر در انرژی هنگامی که نمونه در معرض لیزر با توان
بالاتر قرار می‌گیرد؛ نشان‌دهنده کاهش ناخالصی‌ها است. میکروگراف‌های الکترونی قبل
و بعد از خالص‌سازی، حضور اولیه ناخالصی در نمونه را تأیید می‌کند (برای مثال ماده
موجود شبیه ریسمان به نظر نمی‌رسد) و وجود تیرگی در تصویر نانولوله‌ها بعد از خالص‌سازی،
نشان‌دهنده کاهش دوده و افزایش تخلخل است.

این محققان، روش جدید را در حالی توسعه دادندکه به دنبال روش‌های کمی برای ارزیابی
آسیب لیزر بر پوشش‌های نانولوله‌ای برای ایجاد استانداردهای انداره‌گیری نیروی نوری
می‌گشتند.
این محققان نتایج کار خود را در مجله Chemical Physics Letters منتشر کرده‌اند.