حکاکی آرایه‌ای از نانولوله‌های کربنی و ایجاد میکروساختارهای سه‌بعدی

محققان با استفاده از یک اشعه لیزر متمرکز و سوزاندن نواحی مشخصی از یک جنگل چگال
از نانولوله‌های کربنی چنددیواره روشی جدید ابداع نمودند که می‌تواند امکان تولید
سریع میکروساختارهای نانولوله‌ای را فراهم آورد.

محققان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و آزمایشگاه پیش‌ران جت ناسا نتایج کار خود را در
شماره اخیر Applied Physics Letters منتشر نمودند. آنها با سوزاندن آرایه‌ای از
نانولوله‌ها توسط اشعه لیزر ساختارهای مختلفی همچون ساختار پلکانی، استوانه‌ای، و
آرایه‌های مربعی تولید نمودند؛ شاید بتوان از این روش در ایجاد کانال‌های انتقالی
مایع و گاز برای کاربردهای مختلف بهره برد.

استفان کرونین یکی از نویسندگان مقاله مزبور در مصاحبه با PhysOrg.com بیان داشت: «با
وجودی که نانولوله‌های کربنی ویژگی‌های استثنایی دارند که تقریباً در هیچ یک از
مواد توده‌‌ای شناخته شده وجود ندارند، اما اما ایجاد ساختارهای نانولوله‌ای کنترل
شده همواره با چالش مواجه بوده است. روش ما با غلبه بر این چالش، مناطق بسیار حساس
از نظر شیمیایی ایجاد می‌کند تا از این طریق بتوان از ویژگی‌های استثنایی نانولوله‌ها
بهره برده و کاربردهای احتمالی آنها را در حوزه‌های جدید گسترش داد».

این محققان نانولوله‌های کربنی چنددیواره را در یک کوره لوله‌ای با دمای ۶۵۰ درجه
سانتی‌گراد رشد دادند. آنها سپس یک لیزر قوی با طول موج ۵۳۲ نانومتر را از طریق یک
میکروسکوپ روی آرایه‌ای از نانولوله‌های تولید شده که به صورت عمودی روی سطح رشد
یافته بودند، متمرکز نموده و توانستند با سوزاندن بخش‌هایی از آن، الگوهای مورد نظر
را ایجاد کنند. عمل سوزاندن در کمتر از یک ثانیه و در دمای تخمینی حدود ۸۰۰ درجه
سانتی‌گراد در هوا اتفاق افتاد. این محققان دریافتند که لیزر مورد نیازبرای این کار
باید حداقل ۲۲۴ میکرووات انرژی داشته باشد، آنها عمل سوزاندن را با لیزرهای قوی‌تر
تا ۹۰۰۰ میکرووات نیز تست کردند.

کرونین می‌گوید: «سوختن اولیه‌ای که ما مشاهده کردیم بسیار غافل‌گیر کننده بود و به
صورت لحظه‌ای در تصاویر میکروسکوپی ما ظاهر شد. عموماً گرم کردن نانولوله‌های
رشدیافته روی یک ویفر سیلیکونی با استفاده از لیزر بسیار سخت است».

تاکنون تلاش‌های زیادی برای الگودهی نانوساختارها با استفاده از لیتوگرافی یا روش‌های
دیگر صورت گرفته است. با این حال روش‌های لیتوگرافی به دو بعد محدود بوده و یک سری
مواد شیمیایی از خود باقی می‌گذارند که برای کاربردهای زیستی مناسب نیستند. در روش‌های
دیگر از نانولوله‌های کربنی استفاده نشده و در نتیجه امکان استفاده از ویژگی‌های
مطلوب این ساختارها همچون استحکام مکانیکی، مساحت سطحی بالا، و رسانایی الکتریکی و
حرارتی وجود ندارد.