نانولوله ها – اصلاح کربن جدید؟
تجزیه و تحلیل دقیق نشان داد که لوله ها در واقع ماکرومولکول هایی هستند که از اتم های کربن ساخته شده اند. از آنجایی که لوله ها تنها حدود 1 نانومتر ضخامت دارند و تا 100 میکرومتر طول دارند، آنها نامیده می شوند نانولوله ها (نانولوله). اتم های کربن منحصراً به هم متصل شده اند تا حتی شش ضلعی را تشکیل دهند و ساختار آنها شبیه به گرافیت است. تفاوت این است که در گرافیت، بسیاری از لایه‌های مسطح یکی روی هم قرار گرفته‌اند، در حالی که در نانولوله‌ها، یک یا چند لایه از این قبیل برای تشکیل یک استوانه پیچیده شده‌اند (شکل 2).
به دلیل این توافق نزدیک، شیمیدان‌های ساختاری درباره اینکه آیا نانولوله‌ها چهارمین تغییر کربن را نشان می‌دهند یا خیر، اختلاف نظر دارند. اکثر دانشمندان این نامگذاری را رد می کنند. وضعیت در مورد دوده نیز مشابه است، که همچنین از کربن تقریباً خالص تشکیل شده است و در ساختارهایی شبیه به گرافیت اما نه یکسان متبلور می شود.
با این حال، صرف نظر از این ظرافت های علمی، تعدادی از کاربردهای نوآورانه از نانولوله ها انتظار می رود، به ویژه در یکی از فناوری های کلیدی مدرن قرن بیست و یکم، فناوری نانو .
لازمه این امر این است که سنتز نانولوله های تک لایه (SWT ها، نانولوله های تک جداره) اکنون به خوبی تسلط داشته باشد. برای این کار از تکنیک های لیزر و روش های دیگری که برای سنتز فولرن ها نیز استفاده می شود استفاده می شود.
کاربردهای آینده نانولوله ها
خواص فیزیکی و شیمیایی نانولوله های تک لایه از نظر تئوری تا حد زیادی قابل پیش بینی است. انتظار می رفت که لوله ها، بسته به قطر و ساختار شبکه، الکتریسیته را مانند یک رسانای فلزی یا مانند یک نیمه هادی هدایت کنند. آزمایش‌های عملی احتمالات جالبی را برای ایجاد اتصالات رسانا بین ریزساختارها با نانولوله‌ها نشان داد. به این ترتیب، ترانزیستورهای تک مولکولی به دست می آیند که بسیار کوچک هستند و برای طیف وسیعی از کاربردها در پزشکی و الکترونیک مناسب هستند.
یکی دیگر از کاربردهای جذاب باز کردن ساختارهای لوله بسته اولیه با عملیات شیمیایی (مثلاً با اسید هیدروکلریک غلیظ) و پر کردن آنها با مولکول های خاص است. تا کنون، عمدتاً امکان قرار دادن کریستال ها در نانولوله ها وجود داشته است، اما امید است که بتوان آنزیم ها و سایر مولکول های زیستی را نیز در آنها محصور کرد. این امر فرصت های جدیدی را در اختیار شما قرار می دهد کنترل فرآیندهای آنزیمی در بیوشیمی
علاوه بر این، فیلتر ویژه و ویژگی های جذب مینی تیوب ها امکان کاربردهای مختلف در فناوری را فراهم می کند. به عنوان مثال، امید است که بتوان مقادیر بیشتری از مولکول های هیدروژن را در نانولوله ها ذخیره کرد. در این صورت، هیدروژن نسبت به هیدروژن مایع یا فشرده که حتی از مخازن بسته نیز خارج می شود، فرار بسیار کمتر و ایمن تر خواهد بود.
با کمک نانولوله ها می توان مقادیر نسبتاً زیادی هیدروژن را در مخازن کوچک و تحت فشار کم ذخیره کرد و هیدروژن “محصور” را به عنوان سوخت در وسایل نقلیه حمل کرد.
یکی دیگر از ویژگی‌های جالب نانولوله‌ها، پایداری شیمیایی و مکانیکی بالای آنها است. اگر بتوان لوله‌های فیبری طولانی تولید و بسته‌بندی کرد، می‌توان الیاف کربن بسیار پایداری از آنها ایجاد کرد.