کشف روشی موثر برای اندازه‌گیری طول نانولوله‌ها

نانولوله های رشد داده شده در یک مرحله دارای طولی بین چند نانومتر تا چند هزار ناومتر هستند. تا به امزور تنها روش عملی برای اندازه گیری طول این ساختار استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بوده است. Bruce Weisman، محقق دانشگاه Rice در تحقیقی که در مجله ACS Nano به چاپ رساند است، ادعا می کند که قادر است طول نانولوله ها را سریعتر و بدون خطای نیروی انسانی اندازه گیری کند. خروجی این روش نمودار توزیع طول نانولوله ها می باشد که هر کدام ۵۰۰۰۰ بار از تار موی انسان نازک تر هستند.

نانولوله‌های رشد داده شده در یک مرحله
دارای طولی بین چند نانومتر تا چند هزار نانومتر هستند. تا به امروز تنها
روش عملی برای اندازه‌گیری طول این ساختار استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی
(AFM) بوده است. بروس ویزمن، محقق دانشگاه رایس در تحقیقی که در مجله ACS
Nano به چاپ رساند است، ادعا می‌کند که قادر است طول نانولوله‌ها را سریع‌تر
و بدون خطای نیروی انسانی اندازه‌گیری کند. خروجی این روش نمودار توزیع طول
نانولوله‌ها است که هر کدام ۵۰۰۰۰ بار از تار موی انسان نازک‌تر هستند.

محققان دانشگاه رایس موفق به ارائه روشی برای اندازه‌گیری نانولوله‌های تک
دیواره شدند که ابن روش راهگشای مشکلات محققان و صنعتگران در آینده خواهد
بود. به گفته ویزمن سرپرست تیم تحقیقاتی، نانولوله‌ها با طول‌های متفاوت
دارای خصوصیات و کاربردهای مختلفی هستند. در بعضی از کاربردها نانولوله‌های
کوتاه و در برخی دیگر نانولوله‌های بلند مورد نیاز است در حالی که تا به
امروز توزیع طولی نانولوله‌ها، قابل کنترل نبوده است. این روش آنالیز باعث
می‌شود کنترل بیشتری بر روی طول نانولوله ها وجود داشته باشد و لازمه این
مسئله استفاده از روش های جداسازی پیشرفته برای تفکیک طولی نانولوله‌ها است.

سرگی باچیلو یکی دیگر از پژوهشگران این پروژه، نیاز به طول‌های متفاوت
نانولوله را با نیاز سایزهای مختلف کفش در یک مغازه کفاشی مقایسه می‌کند.
وی خاطرنشان می‌کند همان‌طور که هر سایز کفش برا ی شخص خاصی مطلوب است و
گزارش کردن یک سایز متوسط برای کفش ها مناسب نیست، در مورد نانولوله هم
چنین حالتی وجود دارد.

تا به امروز روش عمومی برای اندازه‌گیری طول نانولوله ها استفاده از AFM
بوده است. در این راستا آماده‌سازی نمونه، آنالیز آن زیر میکروسکوپ، حصول
اطمینان از عدم وجود اجسام خارجی در نمونه، ثبت تصویر و نهایتا اندازه‌گیری
طول، از مراحل اجتناب ناپذیر این روش هستند که سبب می‌شود این روش ساعت‌ها
طول کشیده و نیز نیروی انسانی را چندین ساعت درگیر کند. اما روش جدید که با
نام اندازه‌گیری طول با نفوذ نانولوله (LAND)، بسیار ساده تر است. اگرچه
این روش در حال حاضر محدود به مشاهده نانولوله‌های تک دیواره نیمه هادی با
طبیعت فلورسنت است، اما می‌تواند در آنالیز نانولوله‌ها به محققان کمک کند.

 

 
تصویری از حرکت براونی نانولوله های کربنی تک دیواره
 
 تصویر بالا حرکت براونی نانولوله‌ها
را نشان می‌دهد. طراحی نرم افزار آنالیز این تصاویر در دانشگاه رایس در حال
انجام است. در این نرم افزار حرکت نانولوله‌ها شناسایی شده و به طول آنها
ربط داده می‌شود. رنگ‌ها نماینگر نانولوله‌های مختلف و خطوط نماینده مسیر
عبور نانولوله‌ها هستند.

جانسون استریت نویسنده اول این مقاله، به‌مدت دو سال با ردیابی نانولوله‌های
شناور در یک محلول در مسیری به‌طول ۲ میلیمتر و عمقی کمتر از ۲ میکرومتر،
کار کرد تا بتواند روش آزمایش و الگوریتم پردازش تصویر نرم افزار را
استخراج کند. یک روش اتوماتیک به او کمک کرد تا بتواند ردیابی حدود ۸۰۰
نانولوله را در دو ساعت انجام دهد.

مشابه با حرکت ذرات گرد و غبار در نور خورشید، نانولوله‌های کربنی نیز به‌دلیل
جنبش‌های براونی در سیالات جابجا می‌شوند که این جابجایی با طول آنها مرتبط
است. استریت فیلمی از حرکت نانولوله‌ها تهیه کرد که مشابه چشمک زدن ستاره‌ها
در آسمان شب است. وی با استفاده از این فیلم مسیر حرکت هر نانولوله را
ردیابی کرد. نرم افزار طراحی شده نیز به‌طور اتوماتیک اطلاعات آماری برای
ساختن نمودار توزیع طول را گردآوری می‌کند. تصویربرداری از نانولوله‌های
کوتاه (با طولی کمتر از چند نانومتر) به‌علت حرکت سریع آنها مشکل است در
نتیجه در این پروژه از یک مایع ویسکوز استفاده شد تا حرکت نانولوله را
کندتر کند به‌عنوان مثال از مقداری شکر برا ی افزایش ویسکوزیته آب کمک
گرفته شد.

بنا به گفته ویزمن انتظار می‌رود که این روش یک ابزار مفید برای برای
تحقیقات کاربردی در آینده باشد همچنان که در حال حاضر در مطالعات
فوتوفیزیکی که در آزمایشگاه ما در جریان است، این روش آنالیز، نقشی حیاتی
دارد و به تدریج روش های آنالیزی که کند و مشکل باشند جای خود را به چنین
روش‌هایی ساده و سریعی خواهند داد.