تولید نانوسیم‌های کربنی با ابعاد بسیار کوچک

اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان “Evidence of Diamond Nanowires Formed inside Carbon Nanotubes from Diamantane Dicarboxylic Acid” در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است که در آن محققان یک تیم تحقیقات بین‌المللی موفق شدند فرآیند جدیدی ارائه کنند که می‌توان با استفاده از آن نانوسیم‌های کربنی ویژه‌ای را تولید کرد این نانوساختارها دارای پیکربندی الماس‌مانند هستند. در این فرآیند، مولکول‌ها با ساختاری الماس مانند درون نانولوله کربنی به یکدیگر متصل می‌شوند. 

تصاویر HR-TEM، طیف‌های رامان و نتایج انتقال ساختاری نشان می‌دهد که تحت تابش پرتو الکترونی می‌توان نانوسیم کربنی تولید کرد. این نانوسیم‌ها دارای ساختاری با پیکربندی الماسی sp3 هستند. این مشاهدات با نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی سازگاری دارد.

 کربن به‌صورت پیکربندی‌های مختلف در طبیعت وجود دارد که الماس و گرافیت از آن جمله هستند. گرافیت دارای ساختار دو بعدی بوده که اتم‌های کربن ساختاری لانه زنبوری دارند اما الماس ساختاری سه بعدی و قفسه مانند دارد. در سال‌های اخیر پیکربندی‌های دیگری نظیر فولرین، نانولوله کربنی، گرافن، نانو الماس و دیاموندویز نیز کشف شده‌اند. دیاموندویز دارای مولکول‌های سیکلو‌آلکانی با پیکربندی قفسی شکل است.

 به این ترکیب الماس کوچک شده نیز گفته می‌شود که در آن اتم‌های هیدروژن به سطح خارجی یکدیگر چسبیده‌اند. نانوسیم‌ها کاربردهای متعددی دارند، دانشمندان نانوسیم‌ها را با قطرهای مختلف از ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتر تولید می‌کنند، همچنین نانوسیم‌هایی از جنس کربن با پیکربندی الماسی تولید شده است. یک تیم تحقیقاتی قصد دارد تا نانوسیم‌هایی با قطرهای بسیار کم تولید کند با کاهش ابعاد نانوسیم‌ها می‌توان از آنها در میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی استفاده کرد. محققان دانشگاه نوگویا از ژاپن برای رسیدن به این هدف ایده اتصال دیاموندویز را مطرح کردند با اتصال این ساختارها می‌توان سیم‌های طویل و بسیار نازک تولید کرد.

برای این کار محققان ساختار دیادامانتان را باز کردند. دیادامانتان یک نوع دیاموندویز است که از دو قفسه الماس مانند تشکیل شده است. آنها یک گروه اسید کربونیک را به انتهای هریک از این مولکول‌ها متصل کردند. این مولکول‌ها به فاز گاز منتقل شدند تا فرآیند سنتز آغاز شود. این گاز به‌درون نانولوله‌های کربنی وارد شد، نانولوله‌هایی با قطر ۱٫۳ نانومتر برای این کار ایده‌آل است. درون نانولوله، این مواد به یکدیگر متصل می‌شوند و رشته‌ای را ایجاد می‌کنند. با افزایش دما به ۶۰۰ درجه فرآیند جوش خوردن اتفاق می‌افتد و رشته سیمی با قطر ۰٫۷۸ نانومتر ایجاد می‌شود.