روشی برای تقویت نانولوله‌های کربنی با استفاده از نیتروژن

پژوهشگران دانشگاه رایس و واندربیت موفق شدند با یک روش ساده نانولوله‌های کربنی را تقویت کنند. در این روش در طول فرآیند رشد نانولوله، به آن نیتروژن افزوده می‌شود. این کار نشان می‌دهد که می‌توان خواص الکتریکی نانولوله‌ها را تقویت کرد و از آنها در ادوات ذخیره انرژی استفاده نمود.

پژوهشگران دانشگاه رایس و واندربیت موفق
شدند با یک روش ساده نانولوله‌های کربنی را تقویت کنند. در این روش در طول
فرآیند رشد نانولوله، به آن نیتروژن افزوده می‌شود. این کار نشان می‌دهد که
می‌توان خواص الکتریکی نانولوله‌ها را تقویت کرد و از آنها در ادوات ذخیره
انرژی استفاده نمود.

در تحقیقاتی که به رهبری رابرت هاگ انجام شده است، آنها دریافتد که سیانید
هیدروژن یکی از مواد اولیه در تقویت نانولوله‌ها به کمک نیتروژن است.
سیانید هیدروژن (HCN) ساختاری مشابه C2H2 ، ماده‌ای مناسب برای تقویت
نانولوله‌های کربنی خالص، دارد. تیم تحقیقاتی هاگ به‌دنبال انتخاب بهترین
ماده تقویت کننده برای نانولوله‌های کربنی بودند. یکی از نتایج جالب این
پروژه آن است که محققان موفق شدند سطوح بسیاری پایین از تقویت کننده را
درون نانولوله‌کربنی شناسایی کنند. تا پیش از این دانشمندان توانسته بودند
که مقدار ۰٫۲ تا ۰٫۵ درصد اتمی تقویت کننده را در نانولوله‌های کربنی
شناسایی کنند. اما در این روش جدید محققان توانسته‌اند مقدار نیتروژن را تا
۵-۱۰ درصد اتمی در ساختار شبکه نانولوله‌ها شناسایی کنند که این خود یک
پیشرفت بزرگ در این حوزه محسوب می‌شود.

محققان با استفاده از یک روش فوق سریع، نانولوله‌های کربنی تک جداره را روی
یک لایه بسیار نازک کاتالیست ( ۰٫۵ نانومتر آهن) رشد دادند. در این سیستم،
نانولوله‌ها خودآرایی داده و به‌صورت عمودی در سطح کاتالیست رشد می‌کنند.
دلیل رشد سریع آنها، مقادیر بسیارکم فشار بخار آب در طول فرآیند رشد
نانولوله‌ها است.

 

  

 

 

پینت، از محققان این پروژه، می‌گوید در این
سیستم ما روش فوق سریع را با مواد اولیه خاصی انجام دادیم به‌طوری که ماده
اولیه تبدیل به پیوند سه‌گانه کربن نیتروژن شد. با این کار نیتروژن به‌راحتی
وارد شبکه نانولوله کربنی می‌شود. حال با یک محاسبه ساده مقدار ماده اولیه
را حساب کرده و با استفاده از آن مقدار نیتروژن وارد شده به شبکه نانولوله
به‌دست خواهد آمد.

هدایت الکتریکی نانولوله کربنی تقویت شده با نیتروژن بیشتر از نانولوله
تقویت نشده است. دلیل این امر آن است که ماده تقویت کننده موجب انتقال سطح
انرژی فرمی نانولوله کربنی ( نیمه‌هادی) می‌گردد. با این راهبرد می‌توان
مقدار نیتروژن را درون ساختار نانولوله کربنی تغییر داد و با این کار
نانولوله‌هایی با هدایت الکتریکی دلخواه ایجاد کرد. این پروژه یک مثال خوب
از مهندسی نانومواد به روش پایین به بالا است.

نتایج این کار در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است.