الأنابيب النانوية الكربونية النانوية (CNTs) هي هياكل أسطوانية تتكون من ذرات الكربون بأقطار عادةً في نطاق النانومتر وأطوال تتراوح بين الميكرومتر والسنتيمتر. وتظهر هذه الأنابيب قوة ميكانيكية استثنائية تفوق قوة الفولاذ والألياف الصناعية الأخرى، مما يجعلها ذات قيمة عالية في تطبيقات مختلفة مثل المواد المركبة للمواد الإنشائية والمعدات الرياضية ومكونات الفضاء. يمكن أن تتواجد الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار في أشكال مختلفة، بما في ذلك الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs)، والتي تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية.
توصيف الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs):
-
الخصائص الهيكلية: تتميّز الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) بتركيبها الأسطواني أحادي الطبقة، حيث يتم ترتيب ذرات الكربون في نمط سداسي. ويمنحها هذا التركيب الفريد قوة شد ومرونة عالية. يتراوح قطر النانو ثنائي النيتروز قصير السلسلة عادةً من 0.4 إلى 2 نانومتر، ويمكن أن يتفاوت طولها بشكل كبير، وغالباً ما يتجاوز قطرها بآلاف المرات.
-
الخواص الميكانيكية: تُظهر SWCNTs خواص ميكانيكية استثنائية، بما في ذلك قوة الشد والصلابة العالية. وهي من بين أقوى المواد المعروفة وأكثرها صلابة، حيث تقدر قوة شدها بأكثر من 100 ضعف قوة شد الفولاذ بجزء بسيط من الوزن. وهذا يجعلها مثالية لمواد التسليح في المواد المركبة وللتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ووزن خفيف.
-
الخواص الكهربائية: اعتمادًا على شيريتها (ترتيب ذرات الكربون في الشبكة السداسية)، يمكن أن تكون النيتروزات ثنائية النفثالينات SWCNT إما معدنية أو شبه موصلة. وتسمح هذه الخاصية باستخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات الإلكترونية، بما في ذلك الترانزستورات وأجهزة الاستشعار والأغشية الموصلة الشفافة.
-
الخواص الحرارية: تتمتع SWCNTs بموصلية حرارية ممتازة، وهي من بين أعلى المواد المعروفة. وتُعد هذه الخاصية ضرورية للتطبيقات التي يكون فيها تبديد الحرارة مهماً، كما هو الحال في الإلكترونيات وأنظمة الإدارة الحرارية.
-
الخواص الكيميائية: تُعدّ النانو ثنائي النفثالينات الخاملة كيميائياً خاملة نسبياً، ولكن يمكن توظيفها لتعزيز توافقها مع مواد أخرى أو لإدخال وظائف كيميائية محددة. وتعد هذه الوظيفية مهمة لدمج ثنائيات النفثالينات المتطايرة القصيرة جداً في مركبات مختلفة وفي التطبيقات الطبية الحيوية.
التوليف والتطبيقات:
عادةً ما يتم تخليق النانو ثنائي الفينيل متعدد الحلقات من خلال طرق مثل ترسيب البخار الكيميائي (CVD)، والذي يسمح بالتحكم الدقيق في خصائص الأنابيب النانوية من خلال تعديل ظروف التخليق. وتتعدد استخدامات أنابيب النانو النانوية المتناهية الصغر SWCNTs وتشمل الإلكترونيات والمواد المركبة وأجهزة تخزين الطاقة والتقنيات الطبية الحيوية.
وباختصار، تتميز أنابيب SWCNTs بهيكلها الأسطواني أحادي الطبقة الفريد من نوعه، وقوتها الميكانيكية الاستثنائية، وخصائصها الكهربائية المتنوعة، وموصلية حرارية عالية، وإمكانية توظيفها كيميائياً. هذه الخصائص تجعلها مادة متعددة الاستخدامات للغاية مع مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات.
