یکی از روش‌های مهم تولید نانولوله‌های کربنی، رشد آنها درون یک نانولوله‌ی تک‌جداره دیگر است. در این روش با استفاده از تابش پرانرژی یا عملیات حرارتی می‌توان مولکول‌های فولرین را که درون یک نانولوله کپسوله شده‌اند به نانولوله جدید تبدیل کرد. دانشمندان ژاپنی برای مشاهده این رشد داخلی غیرکاتالیستی، یک روش TEM درجا با قدرت تفکیک بالا(HR) را طراحی کرده‌اند.
بررسی چگونگی رشد نانولوله‌های کربنی تک جداره
|
یکی از روش‌های مهم تولید نانولوله‌های کربنی، رشد آنها درون یک نانولوله‌ی تک‌جداره دیگر است. در این روش با استفاده از تابش پرانرژی یا عملیات حرارتی می‌توان مولکول‌های فولرین را که درون یک نانولوله کپسوله شده‌اند به نانولوله جدید تبدیل کرد. دانشمندان ژاپنی برای مشاهده این رشد داخلی غیرکاتالیستی، یک روش TEM درجا با قدرت تفکیک بالا(HR) را طراحی کرده‌اند. دکتر کازوتومو سواِناگا، رهبر گروه تعیین مشخصات نانومقیاس در مرکز کربن AIST ژاپن، توضیح می‌دهد که بلافاصله بعد از کشف نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، برای رشد نانولوله‌های تک‌جداره کلاهک‌‌بسته، یک روشِ بدون کاتالیست پیشنهاد شد؛ در این روش خوشه‌های کربنی می‌توانند به‌صورت پیوسته داخل یک شبکه کربنی از لوله‌ها، با هم ترکیب شوند. تاکنون این مدل رشد به‌صورت آزمایشگاهی مشاهده نشده‌است. چوانهونگ جین، یکی دیگر از این محققان توضیح می‌دهد:«ما با کنترل خوب منبع خوراک کربنی اولیه در یک فرایند تبخیر حرارتی، قادر به مشاهده تکمیل یک نانولوله کربنی تک‌جداره در حال رشد شدیم. ما در این مشاهده توجه ویژه‌ای به پاسخ این سؤال داشتیم که چگونه کلاهک یک نانولوله کربنی در طول فرایند رشد به وجود می‌آید؟» جین ادامه می‌دهد:«ما متوجه شده‌ایم که کلاهک یک نانولوله کربنی تک‌جداره، به‌طور شگفت‌آوری در طول فرایند رشد بسته باقی می‌ماند، در صورتی که تا مدت طولانی باور بر این بوده‌است که این کلاهک در طول رشد نانولوله کربنی تک‌جداره باید باز بماند. همچنین ما متوجه این مطلب شدیم که شکل این کلاهک به‌طور غیر یکنواخت رشد می‌کند و برخی از نقاط آن سریع‌تر رشد می‌کنند.» این محققان توضیح می‌دهند که یک بحث طولانی‌مدت در این زمینه وجود دارد: آیا نانولوله‌های کربنی تک‌جداره در طول فرایند یکپارچه‌سازی پیوسته کربن داخل این شبکه کربنی، می‌توانند با یک کلاهک بسته رشد کنند؟ اگر چه تعداد کمی از محققان مدل‌هایی تئوری برای این رشد کلاهک بسته، پیشنهاد داده بودند؛ تاکنون این پدیده به‌صورت آزمایشگاهی مشاهده و تأیید نشده بود. سواِناگا می‌گوید:« نتایج کار اخیرمان به‌روشنی نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، به‌ویژه آنهایی که قطر کوچکی دارند، در رشد داخلی بدون کاتالیست ترجیح می‌دهند که با یک کلاهک بسته رشد کنند.» علاوه بر درک ساز و کار تشکیل نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، روش ارائه‌شده از سوی این محققان، برای مهندسی ساختار پوسته‌های داخلی نانولوله‌های کربنی از قبیل تعمیر نقایص و اصلاح کلاهک نیز مهم است که این امر می تواند برای کاربردهای نوری و الکتریکی بسیار جذاب باشد. این محققان نتایج خود را در مجله ACS Nano منتشر کرده‌اند. |
