بریدن یک فلز کار ساده‌ای است؛ اما برش دقیق نانولولهی کربنی کار دشواری است. پژوهشگران دانشگاه براون با شبیه‌سازی، فرایند شکسته شدن نانولولهی کربنی در طول فرایند تولید را بررسی کردند.
شبیه‌سازی شکسته شدن نانولولهی کربنی طی فرایند تولید
بریدن یک فلز کار ساده‌ای است؛ اما برش دقیق نانولولهی کربنی کار دشواری است. پژوهشگران دانشگاه براون با شبیه‌سازی، فرایند شکسته شدن نانولولهی کربنی در طول فرایند تولید را بررسی کردند.
پژوهشگران دانشگاه براون در مقاله‌ای که اخیراً در نشریه‌ی Proceedings of the Royal Society به چاپ رساندند، برای اولین بار نشان دادند که چطور نانولولهی تک‌جداره شکسته می‌شود. این یافته می‌تواند منجر به تولید نانولوله‌های دقیق‌تر و با کیفیت بالاتر شود. چنین بهبودی در امر تولید نانولوله‌ها می‌تواند به جذابیت‌های استفاده از این مواد در صنعت خودروسازی، زیست‌پزشکی، الکترونیک، انرژی و دیگر حوزه‌ها بیفزاید.
کونگ سوک کیم، استاد دانشگاه براون و محقق این پروژه، می‌گوید که ما اکنون می‌توانیم میزان برش و قطری را که می‌خواهیم برش خورده شود، تعیین کنیم.
فرایند تولید نانولوله‌های کربنی مشخص است. برای تولید این ماده، ورقه‌های گرافن به ضخامت یک اتم درون محلولی (معمولاً آبی) غوطه‌ور می‌شود که این مسئله موجب می‌شود که چیزی شبیه به یک ظرف پر از اسپاگتی داشته باشیم، سپس این محلول را در معرض امواج صوتی با شدت بسیار بالا قرار می‌دهیم. این امواج موجب تشکیل حباب‌هایی درون محلول می‌شوند. تورم این حباب‌ها در نهایت منجر به ترکیدن آنها می‌شود و در اثر آن گرمای بسیار شدیدی درون محلول ایجاد می‌گردد که دمای آن می‌تواند به بیش از ۵۰۰۰ درجه‌ی کلوین برسد، دمایی نزدیک به دمای سطح خورشید. هر حباب با نیرویی ۱۰۰ میلیارد برابر بیشتر از جاذبه زمین منقبض می‌شود. با توجه به چنین ترافیک انرژی در محلول، عجیب نیست که لوله‌های تولیدشده طول‌های متفاوتی داشته باشند. معمولاً برای جدا کردن لوله‌ها از غربال استفاده می‌کنند که با آن می‌توان نانولوله‌های با طول مشخصی را جدا کرد؛ اما این روش خیلی دقیق نیست زیرا نمی‌توان فهمید که چه چیزی موجب شکسته شدن لوله‌ها می‌شود.
پژوهشگران علم مواد، در ابتدا تصور می‌کردند که دمای بالا موجب شکسته شدن نانولوله‌ها می‌شود. یک گروه تحقیقاتی آلمانی چنین فرض کردند که ایجاد حباب و ترکیدن آن موجب شکسته شدن لوله‌ها می‌شود، همانند کشیدن یک طناب از دو طرف و پاره شدن آن. محققان کره‌ای تصمیم گرفتند روی این موضوع تحقیق کنند. آنها با استفاده از ابررایانه‌ها، شبیه‌سازی انجام دادند تا دریابند که چه چیزی عامل شکسته شدن نانولوله‌هاست. نتایج نشان داد که بر خلاف تصور گروه آلمانی، نانولوله‌ها از دو طرف تحت فشار قرار می‌گیرند. با این کار، نانولوله از نقطه‌ای به طول ۵ نانومتر تحت فشار بوده و نانولوله به میزان ۹۰ درجه چرخیده می‌شود؛ البته آنها نتوانستند بفهمند که چه چیز موجب شکسته شدن نانولوله می‌شود. نتایج تحقیقات بیشتر، احتمال این شکستگی را به‌وسیله‌ی نیروی حاصل از ترکیدگی افزایش داد؛ البته نانولولهی تولیدشده در نقاطی متعددی در روی خود دارای پیچ خوردگی‌هایی است.
