با انجام تغییراتی در فرآیند تولید نانولوله‌های کربنی تک‌جداره به روش CVD، محققان موفق به افزایش بهره‌وری تولید شدند.
افزایش کارایی تولید نانولوله‌های کربنی تک‌جداره با روش CVD
پژوهشگران موسسه علم و فناوری اسکولکوف (Skoltech) روی متداول‌ترین روش تولید نانولوله‌های کربنی، یعنی رسوب بخار شیمیایی (CVD)، تحقیقاتی انجام دادند تا بتوانند سرعت تولید نانولوله‌های کربنی را افزایش دهند.
این گروه تحقیقاتی در این پروژه به دنبال روش «ساده و ظریف» برای افزایش بهره‌وری و هموار کردن راه‌های ارزان‌تر و در دسترس‌تر ارائه تولید نانولوله‌های کربنی بودند.
نتایج این پروژه در نشریه Chemical Engineering به چاپ رسیده است.
نانولوله‌های‌کربنی تک جداره (SWCNT)، ورق‌های کوچک لوله‌ای شکل از جنس کربن با ضخامت یک اتم بوده که نویدبخش تحولات بزرگی در علم مواد و الکترونیک هستند. به همین دلیل، در این پروژه تلاش‌های محققان روی بهبود فرآیند سنتز نانولوله‌های‌کربنی تک جداره متمرکز شد.
در بیشتر روش‌های فیزیکی، مانند استفاده از پرتوهای لیزر برای از بین بردن تبدیل گرافیت به نانولوله‌کربنی تا رایج‌ترین روش تولید این ماده یعنی CVD، از ذرات کاتالیزور فلزی برای تبدیل ذرات کربن به محصول لوله‌ای شکل از کربن به‌صورت نانولوله استفاده می‌شود.
آلبرت نصیبولین از محققان این پروژه می‌گوید: «مسیر رسیدن از مواد اولیه به نانولوله‌های کربنی نیاز به تعادل مناسبی میان ده‌ها پارامتر راکتور دارد. تشکیل نانولوله‌های کربنی در یک فرآیند پیچیده و مهندسی شده انجام می‌شود که مدت‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. اما هنوز هم بسیاری از اسرار این فرآیند در پرده‌ای از ابهام قرار دارد.»
پیش از این، روش‌های مختلفی برای افزایش فعال‌سازی کاتالیست، به‌منظور افزایش تولید نانولوله‌های‌کربنی تک جدار پیشنهاد شده‌است. نصیبولین و همکارانش روی روش تزریق، یعنی چگونگی توزیع بخار فروسن (پیش‌ساز کاتالیزور متداول در این فرآیند) در راکتور متمرکز شدند.
آنها نانولوله‌های کربنی خود را با استفاده از روش CVD آئروسل و با کمک مونوکسیدکربن به‌عنوان منبع تامین کننده کربن، رشد دادند و بسته به میزان تزریق کاتالیزور و غلظت CO2 (به‌عنوان عامل برای تنظیم دقیق) این فرآیند را رصد کرده و محصول نهایی را مشخصه‌یابی کردند.
نتایج یافته‌های محققان نشان داد که تنظیم نرخ جریان انژکتور می‌تواند منجر به افزایش ۹ برابری در بهره‌وری سنتز شود و در عین حال بیشتر ویژگی‌های نانولوله‌های‌کربنی (نظیر قطر نانوله‌ها، هدایت الکتریکی و نقص ساختاری) تک جداره نیز طی این فرآیند حفظ می‌شود.
دیمیتری کرازنیکوف، از محققان اصلی این پروژه می‌گوید: «کارایی در مورد هر فناوری همیشه از مسائل بسیار مهم است. وقتی از تولید CVD نانولوله‌ها صحبت می‌شود، کارایی کاتالیزور معمولاً از چشم دور می‌ماند. با این حال، ما در این بخش فرصت بسیار خوبی را نظاره‌گر هستیم و این پروژه اولین قدم برای دستیابی به یک فناوری کارآمد است.»
