الأنابيب النانوية الكربونية النانوية هي هياكل أسطوانية تتكون من ذرات الكربون، بأقطار عادة ما تكون في نطاق النانومتر وأطوال تتراوح بين الميكرومتر والسنتيمتر. وتظهر هذه الهياكل قوة ميكانيكية استثنائية تفوق قوة الفولاذ والمواد التقليدية الأخرى. هذه القوة العالية، إلى جانب خصائصها الحرارية والكهربائية الفريدة من نوعها، تجعل الأنابيب النانوية الكربونية النانوية ذات قيمة عالية في مختلف التطبيقات، بما في ذلك المواد الإنشائية والمعدات الرياضية ومكونات الفضاء والإلكترونيات.
هيكل الأنابيب النانوية الكربونية:
تتشكّل الأنابيب النانوية الكربونية عن طريق لف طبقة واحدة من الجرافيت، المعروفة باسم الجرافين، في أسطوانة غير ملحومة. ويكون ترتيب ذرات الكربون في هذه الأنابيب في نمط شبكي سداسي الشكل، مما يساهم في قوتها ومرونتها. ويمكن تصنيف بنية الأنابيب النانوية النانوية الكربونية إلى نوعين رئيسيين: الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار (SWCNTs) والأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs). وتتكون الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار من طبقة جرافين واحدة، بينما تحتوي الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران على طبقات متعددة من الجرافين متداخلة بشكل متركز داخل بعضها البعض.
- خصائص الأنابيب النانوية الكربونية:الخواص الميكانيكية:
- تشتهر الأنابيب النانوية الكربونية المتناهية الصغر بقوتها ومرونتها الاستثنائية في الشد. ويمكنها أن تنحني وتلتوي دون أن تنكسر، مما يجعلها مثالية لمواد التقوية في المواد المركبة.الخواص الحرارية:
- تُظهر الموصلية الحرارية العالية، وهو أمر مفيد للتطبيقات التي تتطلب كفاءة في تبديد الحرارة أو نقلها.الخواص الكهربائية:
- يمكن أن تكون ألياف CNTs معدنية أو شبه موصلة اعتماداً على بنيتها. تسمح إمكانية الضبط هذه باستخدامها في مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية، من المواد الموصلة إلى الترانزستورات.الخواص الكيميائية:
تتميز الأنابيب النانوية النانوية الخاملة والمستقرة نسبياً، ولكن يمكن توظيفها لتعزيز توافقها مع المواد الأخرى أو لإدخال وظائف كيميائية محددة.تطبيقات الأنابيب النانوية الكربونية:
- تتيح الخصائص الفريدة لأنابيب الكربون النانوية CNTs استخدامها في العديد من المجالات:
- المواد الإنشائية: تستخدم كعوامل تقوية في المواد المركبة لتعزيز القوة والمتانة.
- الإلكترونيات: تُستخدم في أشباه الموصلات والترانزستورات والمكونات الإلكترونية الأخرى نظراً لخصائصها الكهربائية التي يمكن التحكم فيها.
- تخزين الطاقة: مدمجة في البطاريات والمكثفات الفائقة لتحسين الأداء.
التطبيقات الطبية الحيوية: تُستخدم في أنظمة توصيل الأدوية وكسقالات لهندسة الأنسجة بسبب توافقها الحيوي وحجمها النانوي.
التحديات في إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية واستخدامها:
