نحوه کاتالیزگری نانو ذرات (Nano Particles) در نانو لوله های کربنی CNT و CNTs (دکترای نانو_ میکرو الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته : خواص و ویژگی های نانو ذرات به طور کلی به جنس و اندازه آن ها بستگی دارد و کاربرد های بسیار زیادی در صنایع گوناگون دارند که بررسی همه آنها امکان پذیر نیست. همه خواص و ویژگی هایی که در نانو ذرات ایجاد می شود را می‌توان با دو عامل افزایش سطح نسبت به حجم و گسسته شدن تراز های انرژی توجیه کرد.
با تغییر اندازه نانو ذرات فاصله تراز های انرژی در آن ها تغییر می کند. هر چه اندازه نانو ذرات کوچک تر شود، فاصله بین تراز های انرژی بیشتر می شود و هر چه اندازه بزرگ تر باشد، فاصله بین تراز های انرژی کمتر می شود. این نکته باعث می شود که بتوان با تغییر اندازه نانو ذرات، فاصله بین تراز های انرژی آن ها را طوری تنظیم کرد که امواج خاصی را جذب با فرکانس مشخص کنند. به عنوان مثال می توان ابعاد نانو ذرات از جنس مشخص را طوری تنظیم کرد که امواج فروسرخ، فرابنفش، رادیویی و غیره را جذب کنند. کاتالیزگر به ماده ای گفته می شود که باعث تغییر آهنگ واکنش شیمیایی (افزایش و یا کاهش) می شود اما خود در واکنش شیمیایی شرکت نمی کند. عاملی که در کیفیت و عملکرد کاتالیزگر ها تأثیر زیادی دارد، متغیری به نام مساحت ویژه آن است. هر چه مساحت یک ماده کاتالیزگر بیشتر باشد، خواص کاتالیزگری آن مناسب تر است. مساحت ویژه یک کاتالیست با استفاده از رابطه 1 به دست می‌آید:
این کمیت معمولاً بر حسب واحد متر مربع بر گرم گزارش می شود و مقدار آن برای کاتالیزگر های تجاری، بین 100 تا 400 متر مربع بر گرم است. 100 متر مربع بر گرم به این مفهوم است که 1 گرم از این ماده، 100 متر مربع مساحت دارد.
نانو ذرات نیز به دلیل سطح بالایی که دارند می توانند به عنوان کاتالیزگر مورد استفاده قرار گیرند. البته خواص کاتالیزگری نیز مانند خواص مغناطیسی در ابعاد مشخصی اتفاق می افتد. به عبارت دیگر معمولاً در صورتی نانو ذرات خواص کاتالیزگری دارند که سطح ویژه آن ها بین 100 تا 400 متر مربع بر گرم باشد. بنابراین در بین نانو ذرات با حجم مشخص، نانو ذره‌ای که سطح بیشتری دارد، خواص کاتالیزگری مناسب تری از خود نشان می دهد.نمونه ای از نانو ذرات که به عنوان کاتالیزگر عمل می کنند که مواد مختلف بر روی سطح آن ها قرار گرفته و واکنش های شیمیایی انجام می شود. غیر از موارد گفته شده، نانو ذرات کاربرد های زیاد دیگری در صنایع مختلف پزشکی (دارورسانی و غیره)، اتومبیل (ضد بخار کردن شیشه ها، سبک کردن بدنه، مقاوم کردن لاستیک)، الکترونیک (ساخت ترانزیستور ها) و غیره دارند.استحکام پیوندهای کربن-کربن به نانو لوله های کربن خواص الکترونیکی شگفت انگیز می بخشد. هیچ ماده قبلی ترکیبی از خواص مکانیکی ، حرارتی و الکترونیکی فوق العاده منتسب به آنها را نشان نمی دهد. با این حال ، قدرت رسانایی آنها همان چیزی است که آنها را از هم جدا می کند. نانو لوله های کربنی چند لایه از نظر هدایت الکترونیکی قوی ترین موادی است که بشر تاکنون کشف کرده است. بالاترین استحکام کششی یا کرنش شکستگی برای یک نانولوله کربنی تا 63 GPa بود که حدود 50 برابر بیشتر از قویترین رسانا ها میباشد. حتی ضعیف ترین انواع نانو لوله های کربنی چند لایه دارای قدرت چند برابری در هدایت الکترونیکی هستند. این خواص همراه با سبکی نانو لوله های کربنی ، در کاربرد هایی مانند هوافضا به آنها پتانسیل زیادی می بخشد. خواص الکترونیکی دیواره نانو لوله های کربن نیز فوق العاده است. از هدایت الکتریکی بالایی برخوردار است (قابل مقایسه با مس). به ویژه قابل توجه است که نانو لوله ها می توانند فلزی یا نیمه هادی باشند. عمل نورد تقارن سیستم مسطح را می شکند و با توجه به شبکه شش ضلعی و جهت محوری جهت مشخصی را تحمیل می کند. بسته به ارتباط این جهت محوری و بردار های واحد که مشبک شش ضلعی را توصیف می کند ، نانو لوله ها ممکن است به صورت الکتریکی مثل فلز یا نیمه هادی رفتار کنند ، برخی از نانو لوله ها دارای رسانایی بالاتر از مس هستند ، در حالی که برخی دیگر بیشتر مانند سیلیکون رفتار می کنند.و قابلیت های ساخت دستگاه های الکترونیکی نانو از نانو لوله های چند لایه CNTs وجود دارد.
نتیجه گیری :
خواص و ویژگی های نانو ذرات به طور کلی به جنس و اندازه آن ها بستگی دارد و کاربرد های بسیار زیادی در صنایع گوناگون دارند که بررسی همه آنها امکان پذیر نیست. همه خواص و ویژگی هایی که در نانو ذرات ایجاد می شود را می‌توان با دو عامل افزایش سطح نسبت به حجم و گسسته شدن تراز های انرژی توجیه کرد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک