افزایش هدایت الکتریکی سرامیک‌ها با استفاده از نانولوله‌های کربنی

محققان اروپایی موفق شدند با افزودن نانولوله‌های کربنی به مواد سرامیکی، رسانایی
آنها را افزایش دهند و سپس با استفاده از روشی موسوم به براده‌برداری تخیله
الکتریکی (EDM) قطعات الکترونیکی ایجاد کنند. پیش از این با روش براده‌برداری تخیله
الکتریکی امکان تراشیدن نمونه‌های سرامیکی وجود نداشت.

در مقاله‌ای که نشریه Materials Today به چاپ رسانده است، محققان اسپانیایی و
بلژیکی روش جدید برای استفاده از نانولوله‌های کربنی در تولید قطعات مکانیکی ارائه
کرده‌اند. این قطعات در ساخت نسل جدید میکروماشین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
صنایع الکترونیک در جستجوی روش‌هایی برای کوچکتر کردن قطعات است، اما با کاهش
اندازه سیستم‌های مکانیکی، چالش‌های جدیدی به‌وجود می‌آید.

یکی از دشواری که هنگام کوچک سازی ادوات الکترونیکی ایجاد می‌شود آن است که روش‌های
رایج برای تولید قطعات با اشکال پیچیده مناسب نیست. یکی از راه‌های فائق آمدن بر
این مشکل استفاده از روشی به‌نام براده‌برداری تخیله الکتریکی (EDM) است. در این
روش از جرقه‌های الکتریکی استفاده می‌شود که با آن بخش‌های ناخواسته از سطح زدوده
شده شکل پیچیده مورد نظر ایجاد می‌شود. لازمه به‌کارگیری این روش آن است که سطح هدف
رسانای الکتریکی باشد که این موضوع موجب می‌شود استفاده از این روش محدود شود به‌طوری
که در سرامیک‌ها و مواد سخت نمی‌توان از آن استفاده کرد.

اخیرا مانوئل بلمونت و همکارانش با استفاده از نانولوله‌های کربنی درون نیترید
سیلیکون، هدایت سرامیک مورد نظر خود را تا ۱۳۰ برابر افزایش دادند. آنها با استفاده
از این ترفند توانستند با روش EDM از این سرامیک چرخ‌دنده‌های میکرومقیاسی بسازند
بدون این که نیازی به دستگاه خاص یا صرف زمان طولانی باشد.

نانولوله‌های کربنی از اوایل دهه ۱۹۹۰ با مشخص شدن خواص منحصر به‌فردشان در زمره
مواد بسیار مفید قرار گرفتند. از خواص جالب این ماده می‌توان به خواص الکتریکی و
مکانیکی منحصر به‌فرد این ماده اشاره کرد که می‌توان از آن در البسه استفاده نمود.
هر نانولوله از یک ورقه کربنی لوله‌ای شده تشکیل شده است که اتم‌های کربنی به‌صورت
ساختار لانه زنبوری در آن قرار دارد. به ورقه‌های لوله‌ای نشده آن نیز گرافن گفته
می‌شود. گرافن نیز ماده‌ای بسیار جالب بوده که کاشفان آن در سال ۲۰۱۰ برای کشف این
ماده جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند. با قرار دادن نانولوله‌های کربنی درون
سرامیک، شبکه‌ای رسانا از نانولوله‌های کربنی درون این سرامیک‌ها ایجاد می‌شود که
موجب کاهش مقاومت الکتریکی سرامیک می‌شود.

با قرار دادن نانولوله‌های کربنی درون سرامیک، هدایت الکتریکی کامپوزیت افزایش می‌یابد
در حالی که خواص مکانیکی سرامیک حفظ شده و مقاومت در برابر خستگی آن نیز بهبود می‌یابد.
با این روش می‌توان قطعات سه بعدی پیچیده تولید کرد. این تیم تحقیقاتی امیدوار است
که بتواند از این کامپوزیت جدید در تولید میکرو راکتورها و میکروتوربین‌ها استفاده
کنند.