لوله‌کشی نانولوله‌های کربنی

دانشمندان روش وصل کردن نانولوله‌های کربنی به هم را که مشابه لوله‌کشی آب است، ابداع کرده‌‌اند. این کار برجسته به گروه تازه‌‌ای از نانوساختارها و افزاره‌های از بالا- به پایین منجر خواهد شد. محققانی از انجمن ملی علم و فناوری پیشرفته صنعتی ژاپن، با استفاده از روشی که خودشان توسعه داده‌‌اند، توانستند نانولوله‌های کربنی با قطرهای مساوی یا مشابه را به همدیگر جوش دهند. آنها انتظار دارند که روش آنها بتواند در آینده برای جوشکاری بدون درز نانولوله‌های کربنی بدون توجه به قطرشان کاربرد داشته باشد.

دانشمندان روش وصل کردن نانولوله‌های کربنی به هم را که مشابه لوله‌کشی آب
است، ابداع کرده‌‌اند. این کار برجسته به گروه تازه‌‌ای از نانوساختارها و
افزاره‌های از بالا- به پایین منجر خواهد شد. محققانی از انجمن ملی علم و
فناوری پیشرفته صنعتی ژاپن، با استفاده از روشی که خودشان توسعه داده‌‌اند،
توانستند نانولوله‌های کربنی با قطرهای مساوی یا مشابه را به همدیگر پیوند
دهند. آنها انتظار دارند که روش آنها بتواند در آینده برای اتصال، بدون درز
نانولوله‌های کربنی بدون توجه به قطرشان کاربرد داشته باشد.

چوان‌هونگ جین، دانشمند مسئول این تحقیق، گفت: «روش ما باعث خلق نانولوله‌های
کربنی با طول بلندتر و نیز نانولوله‌های کربنی چند شاخه می‌شود. چنین
ساختارهایی کاربردهای فراوانی مانند ترانزیستورهای اثر میدانی و یا سیم‌های
حامل جریان خواهند داشت».
جین و همکارانش با استفاده از چشمان تیزبین یک میکروسکوپ الکترونی عبوری ـ
که به آنها اجازه تماشای فرایند را در حین رخداد می‌داد ـ توانستند ابتدای
یک نانولوله منفرد را با قرار دادن در بین دو الکترود و عبور دادن جریانی
بسیار بالا از آن، به دو تکه تقسیم کنند. در این فرایند ابتدا قسمت میانی
نانولوله کربنی شروع به باریک شدن می‌کند و سرانجام بریده شده، باعث تولید
دو نانولوله کربنی با قطرهای مساوی می‌گردد که انتهای آنها بسته شده‌است.
این دو انتهای بسته در نزدیکی هم قرار داده می‌شوند، سپس یک ولتاژ در عرض
الکترودها که از صفر شروع شده و بالا می‌رود، اعمال می‌شود. در مقادیر
آستانه‌‌ای ولتاژ و جریان، این دو نانولوله به‌طور ناگهانی به هم جوش می‌خورند.
این فرایند آن قدر سریع انجام می‌شود که جین و همکارانش هنوز نمی دانند که
چگونه اتفاق می‌افتد. این محققان دریافتند که این فرایند تقسیم/اتصال می‌تواند
روی یک نانولوله بارها تکرار شود، که تاکنون هفت بار انجام شده‌است.
این گروه برای اتصال نانولوله‌های کربنی با قطرهای متفاوت نیز تلاش کرده‌است،
ولی هنوز نتوانسته موفقیتی حاصل کند. در این مورد یک تغییر شکل واضح در
انتهای بسته نانولوله کربنی ضخیم‌تر در یک جریان و ولتاژ آستانه معین اتفاق
می‌افتد. در این حالت نانولوله‌ها از هم دور می‌شوند و ظاهراً انتهای بسته
آنها تغییر می‌کند و باعث کوتاه شدن طول نانولوله‌ها می‌شود. تلاش‌های دیگر
برای نزدیک کردن این نانولوله‌ها و انجام مجدد آزمایش منجر به همان نتایج
گردید. جین می‌گوید: «اتصال دو نانولوله کربنی با قطرهای نامساوی ذاتاً
مشکل به نظر می‌رسد».
به نظر می‌رسد که این مشکلات از خاصیت کایرالی نانولوله‌ها ناشی شده باشند؛
این خاصیت مشخص می‌کند که اتم‌های کربن به‌صورت زنجیره‌هایی که مستقیم در
طول لوله پایین می‌آیند به هم پیوند خورده‌‌اند یا زنجیره‌هایی که به دور
لوله پیچ خورده‌‌اند. دو نانولوله کربنی که از یک لوله مادر ساخته شده‌‌اند،
دارای کایرالی مشابهی هستند، ولی نانولوله‌هایی با قطرهای متفاوت لزوماً
این گونه نخواهند بود. این انطباق نداشتن باعث بروز مشکلاتی در اتصال دادن
نانولوله‌ها به هم می‌گردد؛ اما دانشمندان یک راه حل برای این مشکل دارند:
وارد کردن اتم‌های تنگستن در بین دو نانولوله برای کاتالیز کردن فرایند
اتصال. از مدت‌ها پیش معلوم شده‌است که تنگستن در گرافیتی کردن اتم‌های
کربن و یا منظم کردن آنها در ساختارهای منظم بلوری؛ مانند گرافیت می‌تواند
بسیار مؤثر باشد. با حرکت دادن جلو و عقب این ذرات در طول فرایند پخت،
نانولوله‌ها می‌توانند بدون هیچ درزی به هم متصل گردند.
این محققان نتایج کار خود را در مجله Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند.