محققان ژاپنی با همکاری سومیوایجیما (کاشف نانولوله‌های کربنی) با تجزیه گرمایی مولکول‌های فروسن داخل نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تجاری با قطر ۱/۱ نانومتر، به‌طور موفقیت‌آمیزی کوچکترین نانولوله‌های کربنی تک‌جداره با قطر ۴/۰ نانومتر را تولید کرده‌اند.
ساخت کوچکترین نانولوله کربنی با دقت اتمی
محققان ژاپنی با همکاری سومیوایجیما (کاشف نانولوله‌های کربنی) با تجزیه گرمایی
مولکول‌های فروسن داخل نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تجاری با قطر ۱/۱ نانومتر، به‌طور
موفقیت‌آمیزی کوچکترین نانولوله‌های کربنی تک‌جداره با قطر ۴/۰ نانومتر را تولید
کرده‌اند.
از زمان کشف نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تاکنون، یک سؤال مطرح بوده‌است، کوچکترین
نانولوله کربنی تک‌جداره چقدر کوچک است؟ محاسبات نظری پیش‌بینی می‌کنند که کوچکترین
قطر برای یک نانولوله کربنی تک‌جداره پایدار حدود ۴/۰ نانومتر است.
استفاده از فضای داخلی یک نانولوله کربنی به‌عنوان یک سلول واکنش، یک روش جالب برای
ساخت ساختارهای جدید به شمار می‌رود. دکتر لانهیو گوان و دکتر کازاتومو سواِناگا،
از مرکز کربن موسسه علوم و فناوری پیشرفته صنعتی (AIST) که با همکاری دکتر
سومیوایجیما این کار تحقیقاتی را انجام داده‌اند، توضیح دادند:«ما قادر به تولید
کوچکترین نانولوله کربنی با قطر حدود ۴/۰ نانومتر در داخل یک نانولوله کربنی
دوجداره شدیم و به‌طور موفقیت‌آمیزی اندیس‌های کایرال آنها را شناسایی کردیم. با
استفاده از این روش، شبکه کربنی این کوچکترین نانولوله کربنی می‌تواند به‌وضوح و
با کمترین خطا، تصویربرداری شود؛ بنابراین ارزیابی اندیس کایرال می‌تواند بدون شک و
تردید انجام شود» .
گوان گفت: «به‌منظور ارزیابی کوچکترین نانولوله کربنی تک‌جداره، شما ابتدا نیاز به
تهیه یک نمونه مناسب دارید که تعیین مشخصات و شناسایی آن چندان مشکل نباشد.
نانولوله‌های کربنی تک‌جداره منفرد با کوچکترین قطر، ذاتاً تحت تابش پرتوی
الکترونی ناپایدار هستند و به اکسیداسیون ناشی از جو اطراف کاملاً حساس هستند،
همچنین قرار گرفتن این نانولوله‌ها در نانولوله‌های کربنی ضخیم و یا قرار گرفتن یک
فیلم کربن بی‌شکل ضخیم حفاظت‌کننده روی آنها، می‌تواند مشاهدات و تصویربرداری‌ها را
دچار مشکل کنند. برای جلوگیری از این مشکلات، ما مستقیماً با پیرولیز کردن مولکول‌های
فروسن داخل نانولوله‌های کربنی تک‌جداره‌ای که با تبدیل CO فشار بالا(HiPCO) به‌صورت
تجاری قابل دسترسی هستند و قطر حدود ۱/۱ نانومتری دارند، کوچکترین نانولوله‌های
کربنی تک‌جداره را تولید کردیم».
تاکنون چندین گروه تحقیقاتی مدعی تولید کوچکترین نانولوله کربنی با قطر حدود ۴/۰
نانومتر بودند. این گزارش‌ها بحث‌برانگیز بودند؛ زیرا هیچ کدام از آنها مدرک
مستقیمی برای ساختار اتمی کوچکترین نانولوله‌های کربنی نداشتند. آنها قطر را به‌سادگی
به‌عنوان فاصله بین دو خط تاریک ناشی از دیواره‌های لوله، در تصاویر میکروسکوپ
الکترونی عبوری وضوح بالای(HR-TEM) سنتی، اندازه‌گیری می‌کردند. گوان و سواِناگا
تذکر می‌دهند که شبیه‌سازی اخیر تصویر HR-TEM نشان داده‌است که اندازه‌گیری ساده
قطرها با یک خط‌کش، دارای یک انحراف قابل توجه و سیستماتیک است، که این به راستی
قابلیت اعتماد این یافته‌های گزارش‌شده را دچار تردید می‌کند؛ بنابراین وجود کوچکترین
نانولوله کربنی در انتظار مدارک و اثبات آزمایشگاهی بوده‌است.
این محققان با کمک یک میکروسکوپ بسیار پیشرفته، یک TEM انتشار میدانی مجهز به یک
تصحیح‌کننده ضریب انحراف کروی (CEOS)، توانستند اندیس‌های کایرال را بدون هیچ شک و
تردیدی ارزیابی کنند. آنها به‌صورت آزمایشگاهی ساختارهای کلاهکی ممکن کوچکترین
نانولوله‌های کربنی تک جداره را نیز بررسی کردند. این ساختارهای کلاهکی تاکنون
به‌صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار نگرفته‌اند.
گوان و سواناگا توضیح دادند که لوله‌های داخلی تولیدشده به روش آنها، همیشه دارای
کلاهک هستند. هیچ ذره کاتالیستی(آهن) در نزدیکی این کلاهک‌ها نیست. کلاهک‌های این
نانولوله‌های کربنی تک‌جداره می‌توانند به‌عنوان ساختارهای نصف فولرین ـ که از
پنج‌ضلعی‌ها و شش‌ضلعی‌ها تشکیل شده‌اند ـ در نظر گرفته شوند. اگرچه یک نانولوله
کربنی تک‌جداره(۵، ۵)با قطر ۶۸/۰ نانومتر، ساختار کلاهکی نصف یک فولرین ۶۰اC(شش
پنج‌ضلعی و ده شش‌ضلعی) دارد، یک نانولوله کربنی تک‌جداره(۳، ۳)با قطر ۴۱/۰ نانومتر
می‌تواند دارای ساختار کلاهکی نصف یک فولرین C20 باشد. توجه به ساختار کلاهکی،
بیشتر برای درک بهتر ساز و کار رشد نانولوله‌های کربنی تک‌جداره است و ساختار یک
کلاهک ممکن است کایرالیتی نانولوله را تعیین کند.
تصویربرداری موفقیت‌آمیز از کوچکترین نانولوله کربنی تک‌جداره(۳، ۳) و ساختار
کلاهک احتمالی نصف فولرین C20 آن، می‌تواند منجر به فهم بهتر ساز وکار رشد
کوچکترین نانولوله کربنی تک‌جداره شود. نتایج این تحقیق در مجله Nano Letters
منتشر شده‌است.
