(C60) و ساختار ظلعی (نانو ذرات) در نانو لوله های CNTs  و CNT (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )

نکته : باکی بالها ساختارهای کربنی گلوله ای شکل و توخالی هستند که معروفترین آنها C60 یا فولرین است. C60 ساختاری شبیه به توپ فوتبال دارد. اتم های کربن در آن با پیوند کوالانسی به صورت پنج ضلعی و شش ضلعی به هم متصل شده اند. 


C60 ها یا فولرین در واقع ساختار این کره از 30 قسمت که 10 تای آن شش ضلعی و 12 تای آن پنج ضلعی است تشکیل شده است. باکی بالها بخاطر خصوصیات شیمیایی و شکل توخالی و قفس مانند خود کاربردهای بسیاری دارند. باکی بالها بی نهایت پایدار هستند و میتوانند فشار ها و دما های بسیار بالا را تحمل کنند. اتم های کربن باکی بال ها میتوانند با اتمها و مولکولها واکنش دهند بدون آنکه پایداری و ساختمان کروی آنان دچار تغییر یا عیب شود. 

ساختار ظلعی (نانو ذرات) در نانو لوله های CNTs CNT 

نانو لوله های کربنی از مهمترین و پر کاربردترین ساختار های کربنی هستند. آنها از خواص و ویژگی های منحصر بفردی برخوردار هستند. نانو لوله های کربنی علاوه بر اینکه استحکام بسیار بالایی دارند، از انعطاف و پیچش پذیری خوبی نیز برخور دارند. یکی از کاربردهای آنها، کامپوزیت است. مهمترین خاصیت نانو لوله ها، هدایت الکتریکی آنهاست که بستگی به میزان نظم قرار گرفتن اتم ها، مقدار این پارامتر متغیر است. آنها مولکول هایی استوانه ای شکل با انتهای باز یا بسته هستند. ساختار نانو لوله ها مانند صفحه ای از گرافیت است که رول شده باشد. برای درک بهتر ساختار نانو لوله یک لایه گرافیت را در نظر بگیرید. اتم هایی را که در یک ردیف قرار گرفته اند با (m,n) که نشان دهنده مختصات یک نقطه در صفحه است . به طوری که مختصات n ،مربوط به ستون اتم‌ ها و مختصات m مربوط به ردیف اتم ها باشد. همانطور که میدانیم برای تهیه یک لوله از یک صفحه، کافی است یک نقطه از صفحه را روی نقطه ی دیگر قرار دهیم. یک نانو لوله مانند صفحه گرافیتی است که به شکل لوله درآمده باشد. بسته به اینکه چگونه دو سر صفحه گرافیتی به یکدیگر متصل شده باشند، انواع مختلفی از نانو لوله ها را خواهیم داشت.

نوع زیگزاگ نانو لوله

برای ساختن نوع زیگزاگ نانو لوله، مطابق شکل اتمها را در راستای (افقی )ستون به ستون (شمرده )1و0و...، اتم انتهایی (1و5 ) را با خم کردن صفحه، بر روی اتم ابتدایی (1و1) انطباق میدهیم. برای اطمینان از درستی روش ساخت باید دقت کنیم که در آخر کار، در راستای افقی یک خط شکسته زیگزاگ به دور نانو لوله ببینیم.

نوع صندلی نانو لوله

در صورتی که اتم ابتدایی و اتمی که در وضعیت 05 درجه نسبت به آن قرار دارد، روی هم قرار بگیرند، نانو لوله نوع صندلی به دست میآید. در این حالت میتوانیم بین این دو اتم یک خط مستقیم رسم کنیم که معادله آن »n=m »است. یعنی شماره ستون و ردیف هر یک از آنها با یکدیگر برابر است. در این حالت با یک بار گردش به دور نانو لوله تعدادی صندلی پشت سر هم خواهیم دید.

نوع نامتقارن نانو لوله ها 

در این حالت نیز مشابه روش صندلی عمل میکنیم، با این تفاوت که در مختصات اتم انتهایی، n≠m خواهد بود. اگر یک بار افقی به دور نانو لوله بچرخیم مجموعه ای از صندلی ها را میبینیم که نسبت به افق، به صورت مایل قرار گرفته اند. برای ساختن مدلی از هر کدام از انواع نانو لوله ها فقط کافی است مطابق شکل کاغذ را خم کرده و نقطه ی انتهایی را بر نقطه ی ابتدایی منطبق نمایید.

نتیجه گیری : 

هر یک از سه نوع نانو لوله، به خاطر آرایش اتمی خاصی خود، دارای خواصی میباشند.نانو لوله ها دارای پیوند های محکمی در بین اتمهایشان میباشند و به همین علت در برابر نیروهای کششی مقاومت و استحکام زیادی از خود نشان میدهند. به عنوان مثال نیروی لازم برای شکستن یک نانو لوله ی کربنی چند برابر نیرویی است که برای شکستن یک قطعه فولاد و با ضخامتی معادل یک نانو لوله  احتیاج داریم.  پیوندهای بین اتمی در نانولوله ها علاوه بر ایجاد استحکام بالا، شکل پذیری آسان و حتی پیچش را در آنها میسر میسازد و در حالیکه فولاد تنها در برابر نیرو های کششی دارای مقاومت است و برای پیچش انعطاف پذیری لازم را ندارد.

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )