خواص حرارتی بی‌نظیر نانولوله‌های کربنی

پژوهشگران آزمایشگاه ملی برکلی و دانشگاه کالیفرنیا
دریافته‌اند که نانولوله‌های کربنی چنددیواره(MWNTs) نسبت به
الماس و گرافیت، از پایداری حرارتی بیشتری برخوردارند. آلکس
زتل و همکارانش, سیستمی را برای بررسی خواص حرارتی سیستم‌های
نانومقیاس مجزا تا دماهای حدی و در داخل میکروسکوپ الکترونی
عبوری(TEM) توسعه داده‌اند.

این سیستم آزمایش حرارتی از
غشایی نازک از جنس Si₃N₄تشکیل گردیده که مشاهده مکان قرار
گرفتن نمونه در میکروسکوپ TEM را امکان‌پذیر می‌سازد. وجود
اتصال‌های الکتریکی به نمونه و عبور جریان از آن باعث گرم شدن
نمونه در اثر قانون ژول می‌شود و در نهایت نانوذرات کوچکی از
جنس طلا را بر روی نمونه و غشا می‌نشاند.

این نانوذرات با ذوب شدن در دمای مشخصی به‌عنوان نانودماسنج‌های
یک بار مصرف عمل می‌کنند. با گرم شدن همه سیستم، ذوب شدن و
خارج شدن نانوذره از نمونه آغاز می‌شود که این پدیده امکان
اندازه‌گیری تغییرات دمایی را فراهم می‌نماید.

این گروه تحقیقاتی این ایده را برای MWNT پیاده نمود. زمانی که
اختلاف پتانسیل به نمونه MWNT ـ که بین دو الکترود و در سیستم
حرارتی قرارگرفته ـ اعمال شود، نانوذرات طلا شروع به ذوب شدن و
خارج شدن از درون نانولوله‌ها می‌کنند، سپس غشای Si₃N₄ شروع به
تخریب ‌شدن کرده، سرانجام نانولوله‌ها تخریب می‌شوند.

زتل می‌گوید: “MWNTs تا دمای K3200 پایدار هستند که رکوردی
برای مواد کربنی به شمار می‌رفته و حتی از الماس و گرافیت نیز
بهتر است.” استفاده از آنالیز اجزای محدود به همراه دانستن
نقطه ذوب K 1275 برای نانوذرات شش نانومتری طلا و K 2173 برای
Si₃N₄, امکان برآورد هدایت حرارتی نانولوله‌ها را در دمای نقطه‌ای
آزمایش فراهم می‌نماید. دقیقاً لحظه قبل از تخریب نانولوله‌ها,
MWNTs با حفظ ۱۰ درصد از حداکثر هدایت حرارتی خود، جریانی
معادل با ۱/۷×۱۰^۸A/cm² را از خود عبور می‌دهند.

زتل می‌افزاید: “این هدایت حرارتی و الکتریکی حتی در دماهای
نهایی و حدی نیز مقادیری استثنایی است.” به عقیده وی این پدیده
دلیل محکمی بر وجود کاربرد‌های خاص برای MWNTs در محیط پیرامون
ما محسوب می‌شود.

نتایج این تحقیق در مجله Phys. Rev. Lett. منتشر شده‌است.