الأنابيب النانوية الكربونية النانوية (CNTs) هي هياكل أسطوانية تتكون من ذرات الكربون، وتتميز بأقطارها النانومترية وأطوالها التي تتراوح بين الميكرومتر والسنتيمتر. وتظهر هذه المواد قوة ميكانيكية استثنائية وموصلية كهربائية وخصائص حرارية تجعلها ذات قيمة في العديد من التطبيقات.
التركيب الكيميائي للأنابيب النانوية الكربونية:
1. التركيب الذري:
تتكون الأنابيب النانوية الكربونية بالكامل من ذرات الكربون. وتكون كل ذرة كربون في الأنبوب النانوي مهجّنة من ذرات الكربون sp2، ما يعني أنها مرتبطة تساهمياً في مستوى مع ثلاث ذرات كربون أخرى لتكوين شبكة سداسية الشكل. وتشبه هذه البنية بنية الجرافيت، حيث يتم ترتيب طبقات ذرات الكربون في صفائح سداسية الشكل. ولكن، على عكس الجرافيت، فإن صفائح ذرات الكربون في الألياف الكربونية المدمجة CNTs ملفوفة في أسطوانات غير ملحومة.2. أنواع الأنابيب النانوية الكربونية:
- هناك ثلاثة أنواع أساسية من الأنابيب النانوية الكربونية:
- الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs): تتكون من ورقة جرافين واحدة ملفوفة في أنبوب.
- الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs): تتكون من أسطوانات جرافين متعددة متحدة المركز متداخلة داخل بعضها البعض.
الأنابيب النانوية الكربونية قليلة الجدران (FWCNTs):
تشبه الأنابيب النانوية الكربونية قليلة الجدران (MWCNTs) ولكن بطبقات قليلة فقط من أسطوانات الجرافين.لكل نوع خصائص مختلفة قليلاً بسبب الاختلافات في ترتيب وعدد الطبقات، مما يؤثر على خصائصها الميكانيكية والكهربائية والحرارية.
3. طرق التوليف:
عادةً ما يتم تصنيع الأنابيب النانوية الكربونية باستخدام طرق مثل الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، والتفريغ القوسي، والاستئصال بالليزر. وتُعدّ طريقة الترسيب الكيميائي بالترسيب الكيميائي للبخار (CVD) واحدة من أكثر الطرق استخداماً، حيث تتحلل الغازات الهيدروكربونية عند درجات حرارة عالية على جزيئات المحفزات المعدنية، مما يؤدي إلى نمو الأنابيب النانوية.4. التحويل الوظيفي والتنقية:
غالبًا ما تخضع الأنابيب النانوية النانوية بعد عملية التركيب لعمليات التوظيف والتنقية لتعزيز توافقها مع المواد الأخرى وإزالة الشوائب. وتتضمن عملية التحويل الوظيفي ربط مجموعات كيميائية بسطح الأنابيب النانوية، والتي يمكن أن تعدل خصائصها وتحسن من تشتتها في مصفوفات مختلفة.
5. التطبيقات:
