با توجه به خصوصیات نانو لوله های کربنی، خواص و کاربرد های متعددی برای آن وجود دارد، در این مطلب به توضیح آن پرداخته ایم.
کاربرد نانو لوله های کربنی
نمونه های چند جداره از چندین نانو لوله به هم پیوسته متحدالمرکز تشکیل شده و قطر آن ها به بیش از 100 نانومتر می رسد و طول آن ها می تواند به چند میکرومتر یا حتی میلی متر برسد.
خواص و کاربرد های متعددی برای نانو لوله های کربنی وجود دارد که از ویژگی های منحصر به فرد آن ها مانند نسبت ابعاد، استحکام مکانیکی، هدایت الکتریکی و حرارتی بهره می برند.
در این مقاله فهرستی از ویژگی ها و کاربرد های نانو لوله های کربنی ارائه شده است.
ویژگی نانو لوله های کربنی:
- بسیار سبک هستند.
- رسانایی حرارتی بالایی دارند.
- رسانایی الکتریکی بالایی دارند.
- نانو لوله های کربنی بسیار الاستیک هستند.
- استحکام کششی بسیار بالایی دارند.
- بسیار انعطاف پذیر هستند و می توانند به طور قابل توجهی بدون آسیب خم شوند.
- ضریب انبساط حرارتی پایینی دارند.
- به خوبی میدان الکتریکی را منتشر می کنند.
کاربرد های نانو لوله های کربنی از خواص آن ها ناشی می شود و شامل:
انتشار میدان، هدایت حرارتی، ذخیره انرژی، خواص رسانایی، ساخت مواد حرارتی، اتصالات الکترونیک مولکولی، مصالح سازه ای و کاربرد های ساختاری، ساخت الیاف و پارچه، کاربرد های زیست پزشکی، فیلتر هوا و آب و پشتیبانی از کاتالیزور است.
ماهیت ذاتی کربن با ساختار مولکولی نانو لوله های کربنی تک جداره ترکیب می شود و خواص فوق العاده ای مانند هدایت حرارتی و الکتریکی و استحکام بسیار بالا به آن می دهد.
این تنها عنصر در جدول تناوبی است که در یک شبکه گسترده قدرت پیوند کربن-کربن ایجاد می کند.
نانو لوله های کربنی به دلیل سادگی و سهولت سنتز مورد توجه قرار گرفته اند.
ویژگی های جدید نانو لوله های کربنی مانند مساحت سطح بالا، سفتی خوب و انعطاف پذیری در بسیاری از کاربرد های مهندسی مورد بررسی قرار گرفته اند.
تحقیقات روی نانو لوله های کربنی کاربرد در زمینه ذخیره سازی انرژی، ذخیره سازی هیدروژن، ابرخازن های الکتروشیمیایی، دستگاه های ساطع کننده میدان، ترانزیستور ها، نانو پروب ها و حسگر ها، مواد کامپوزیت، قالب ها و غیره را نشان داده است.
نانو کامپوزیت های دارای نانو لوله کربنی به دلیل خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و شیمیایی مانند:
هدایت الکتریکی، افزایش استحکام کششی، بهبود دمای شکست حرارتی یا بازدارندگی شعله، به عنوان جایگزینی بسیار جذاب برای مواد کامپوزیتی معمولی مورد توجه قرار گرفته اند.
این مواد باعث افزایش مقاومت در برابر سایش و استحکام در برابر شکستگی، خواص آنتی استاتیک و همچنین کاهش وزن و سبک تر شدن محصولات می شوند.
به عنوان مثال، تخمین زده شده است که کامپوزیت های نانو لوله ای کربنی پیشرفته می توانند وزن هواپیما و فضاپیما را تا 30 درصد کاهش دهند.
این مواد کامپوزیتی در حال حاضر در برخی صنایع دیگر نیز کاربرد دارند که در ادامه آمده است.
- در کالا های ورزشی (قاب دوچرخه، راکت تنیس، چوب هاکی، چوب و توپ گلف، اسکی، قایق کایاک)
- قایق بادبانی (دکل ها، بدنه ها و سایر قسمت های قایق های بادبانی)
- منسوجات (منسوجات آنتی استاتیک و رسانای الکتریکی (منسوجات هوشمند)، جلیقه های ضد گلوله، منسوجات مقاوم در برابر آب و مقاوم در برابر آتش
- خودرو، هوانوردی و فضا (کامپوزیت های ساختاری سبک وزن و مستحکم)
- مهندسی صنایع (به عنوان مثال پوشش پره های روتور توربین بادی، بازو های ربات صنعتی)
- حفاظت از بار الکترواستاتیک (به عنوان مثال، محققان یک فیلم نانو لوله کربنی رسانای الکتریکی و انعطاف پذیر به طور خاص برای کاربرد های فضایی توسعه داده اند) و محافظ تابش با نانو فوم ها و آئروژل های مبتنی بر نانو لوله کربنی.
نانو لوله های کربنی در تصفیه آب
آلاینده های ی آب تأثیرات عظیمی بر کل سیستم های زنده از جمله گیاهان و جانوران زمینی، آبی و هوایی می گذارند.
علاوه بر اولویت مرسوم و آلاینده های میکرو نانو تازه ظهور، افزایش گرمایش جهانی و تغییرات آب و هوایی متعاقب آن، تهدید های عمده ای برای دسترسی به آب شیرین هستند.
گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوا به طور مداوم سطح شوری آب خشکی و دریا را افزایش می دهد و دسترسی به آب شیرین موجود برای خانه، کشاورزی و صنعت را کاهش می دهد.
این امر ابداع یک فناوری تصفیه آب مناسب را ضروری کرده است که نه تنها آلاینده های ماکرو، میکرو و نانو را حذف کند، بلکه آب را تا حد قابل توجهی نمک زدایی کند.
سطوح داخلی غیر قطبی نانو لوله های کربنی تمایل قوی به پیوند با مولکول های آب قطبی نشان می دهد و نمک ها و آلاینده ها را رد می کند.
مصرف کم انرژی، عملکرد های ضد رسوب و خود تمیز شوندگی غشا های نانو لوله های کربنی را نسبت به غشا های معمولی فوق العاده کرده است.
غشا های با تراوایی بالا بخش مهمی از تکنولوژی تصفیه آب با مصرف انرژی در آینده هستند در حال حاضر، محققان انتقال آب کارآمد را در نانو لوله های کربنی با دهانه های کمتر از یک نانومتر نشان داده اند.
وقتی نانو لوله ها در غشا ها قرار می گیرند، مولکول های آب را در یک زنجیره فایل فشرده می کنند که منجر به انتقال بسیار سریع می شود.
این جریان ده برابر سریعتر از نانو لوله های کربنی گسترده تر و شش برابر سریعتر از بهترین غشای بیولوژیکی، پروتئینی به نام آکواپورین است.
از نانو لوله های کربنی نیز برای نشان دادن منسوجات محافظ با غشا های فوق العاده تنفسی استفاده شده است.
این غشا ها سرعت بیشتر انتقال بخار آب را فراهم می کنند که از پارچه های تجاری قابل تنفس مانند GoreTex پیشی می گیرد، حتی اگر منافذ نانو لوله های کربنی فقط چند نانومتر عرض داشته باشند.
مهمتر از همه این که به دلیل اندازه منافذ بسیار کوچک کمتر از 5 نانومتر، از عوامل بیولوژیکی محافظت می کنند، تهدیدات بیولوژیکی مانند باکتری ها یا ویروس ها بسیار بزرگتر و معمولاً بیش از 10 نانومتر اندازه دارند.
به منظور محافظت از این غشا ها در برابر عوامل شیمیایی که اندازه آن ها بسیار کوچکتر است.
محققان سطوح نانو لوله های کربنی را با گروه های عاملی واکنش دهنده به تهدیدات شیمیایی اصلاح کردند، این گروه های عملکردی مانند نگهبانان ورودی منافذ، تهدید را حس کرده و آن ها مسدود می کنند.
