اندازه‌گیری نیروی چسبندگی نانولوله‌های کربنی

پژوهشگران دانشگاه رایس موفق به ارائه‌ی روشی شدند که می‌توان با آن نیروی چسبندگی نانولوله‌های کربنی را به مواد دیگر محاسبه نمود. از این روش می‌توان در طراحی نانوکامپوزیت‌هایی با خواص ویژه استفاده کرد.

پژوهشگران دانشگاه رایس موفق به ارائه‌ی
روشی شدند که می‌توان با آن نیروی چسبندگی نانولوله‌های کربنی را به مواد
دیگر محاسبه نمود. از این روش می‌توان در طراحی نانوکامپوزیت‌هایی با خواص
ویژه استفاده کرد.

دانستن این موضوع که چقدر نیرو لازم است تا یک نانولوله را بتوان از یک
دانه‌ای که به آن چسبیده جدا کرد، امری بسیار مهم است؛ زیرا این موضوع به
ما کمک می‌کند تا کامپوزیت‌های سبک‌تر و قوی‌تری را برای مصارفی نظیر
هواپیماسازی تهیه کنیم.

یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه رایس به بررسی این موضوع پرداختند. آنها
چقرمگی سطح تماس را در کامپوزیت‌های تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی
چندجداره اندازه‌گیری کردند. آنها از همین روش برای بررسی تأثیر نیتروژن
روی خواص مکانیکی نانولوله‌ها استفاده کردند.
 

نانولوله‌های کربنی بسیار کوچک هستند. یک
راه برای ترکیب آنها با دیگر مواد، استفاده از روش آزمون و خطاست، زیرا
مقدار نیروی سطح تماس موجود میان نانولوله و ماده‌ی بستر مشخص نیست. برای
حذف این روش حدسی و اندازه‌گیری این شاخص مهم، گروه تحقیقاتی دانشگاه رایس
این پروژه را آغاز کردند.

برای این کار آنها از تک‌رشته‌های نانولوله‌ی کربنی درون یک ماتریکس
استفاده کردند و با این کار هم قدرت پیوندها و هم چگونگی نحوه‌ی شکستن آنها
قابل بررسی است؛ البته برای این مطالعه می‌توان از میکروسکوپ نیروی اتمی
استفاده کرد، اما محدودیت‌های آن بسیار زیاد است.

محققان این پروژه راه بهتری پیشنهاد کردند: یک ساختار فنری روی تراشه‌ی
سیلیکونی که دارای یک قلاب پلاتینی بوده و می‌تواند نانولوله‌ی‌کربنی
چندجداره را از روی یک سطح اپکسی بیرون بکشد. این دستگاه می‌تواند با کشیدن
نانولوله نشان دهد که چه میزان انرژی لازم است تا نانولوله از اپکسی بیرون
آید.

با این روش، محققان توانستند نیروی اتصال موجود میان نانولوله‌ی ‌کربنی
چندجداره و یک اپکسی به نام Epon 828 را به دست آورند. نتایج نشان داد که
این نیرو کمتر از مقداری بود که آنها انتظار داشتند.

از آنجا که نانولوله‌ها به هم می‌چسبند، به آنها گروه‌های عاملی مختلف
اضافه می‌کنند که این موضوع روی دیواره‌ی آنها تأثیرگذار است. این کار باعث
کاهش استحکام ذاتی این ماده می‌شود.

در قدم بعد، محققان به بررسی تفاوت موجود میان استحکام کششی در نانولوله‌ی
کربنی چندجداره‌ی دست‌‌نخورده و نانولوله‌ی کربنی چندجداره‌ی تقویت‌شده با
نیتروژن پرداختند. نتایج نشان داد که نانولوله دست‌نخورده بسیار شکننده بود،
در حالی که نانولوله‌ی تقویت‌شده حالت ارتجاعی بیشتری دارد.

این روش به بسیاری از سؤالات پاسخ خواهد داد. با این روش می‌توان
نانوکامپوزیت‌هایی با خواص ویژه طراحی کرد تا از آن در مصارف خاص استفاده
نمود.