توليد نانولوله‌هاي کربنی (نانو تیوپ های کربنی)

نانولوله ها

رسوب شيميايي فاز بخار(CVD):

  روش رسوب‌ شيميايي فاز بخار مستلزم رسوب‌گذاري ماده‌ي شامل نانوذرات از فاز گازي است. ماده آنقدر گرم مي‌شود تا به صورت گاز درآيد و سپس به صورت يک ماده جامد بر روي سطح، معمولاً تحت خلأ رسوب‌گذاري مي‌گردد. ممکن است رسوب‌گذاري مستقيم يا رسوب‌گذاري از طريق واکنش شيميايي، محصول تازه‌اي را به وجود آورد که با ماده‌ي تبخير شده تفاوت زيادي داشته باشد. اين فرآيند به آساني نانو پودر هایی از اکسيدها و کاربيدهاي فلزات را پديد مي‌آورد، مشروط بر اينکه بخارات کربن يا اکسيژن همراه با فلز در محيط وجود داشته باشد رسوب‌گذاري شيميايي فاز بخار را، همچنين مي‌توان براي رشد سطوح مورد استفاده قرار دادجسمي که قرار است پوشش داده شود در مجاورت با بخار شيميايي قرار داده مي‌شود. نخستين لايه از مولکول‌ها يا اتم‌ها ممکن است با سطح واکنش دهد يا واکنش ندهد. در هر صورت، اين گونه‌هاي در حال رسوب‌گذاري که براي اولين بار تشکيل شده‌اند، به عنوان بستري که ماده بر روي آن مي‌تواند رشد کند، عمل مي‌کنند. ساختارهاي پديد آمده از اين مواد، اغلب در يک رديف در کنار هم به خط مي‌شوند، زيرا مسيري که اتم‌ها و مولکول‌ها در طي آن رسوب‌گذاري گرديده‌اند، تحت تأثير مولکول‌ها يا اتم‌هاي همسايه‌ي آن‌ها قرار مي‌گيرد. اگر بستر يا سطح پايه‌ي ميزبان که رسوب‌گذاري بر روي آن انجام شده است، فوق‌العاده مسطح باشد، رشد سطحي به بهترين وجه انجام مي‌شود. در حين رسوب‌گذاري، مکاني براي بلوري شدن در امتداد محور رسوب‌گذاري ممکن است تشکيل شود، به طوري که ساختار منظم شده و به خط شده به شکل عمودي رشد مي‌کند. اين موضوع به صورت طرحي در شکل نشان داده شده است و با يک ساختار واقعي تشکيل شده از نانو لوله کربنی در شکل  مقايسه شده است.  خواص سطح در طول محور Z نسبت به صفحه X و Y بسيار متفاوت خواهد بود. اين باعث مي‌شود که ويژگي‌هاي سطح، منحصر به فرد و بي نظير باشد.

توليد نانولوله‌هاي کربني به روشCVD :

روش CVD از ديگر روش‌هاي توليد نانولوله‌هاي کربني است که براي توليد انبوه (در حد چند کيلوگرم) به کار مي‌رود. اين روش شامل رشد کاتاليزوري عنصر کربن در دماي بالاست. در اين فرآيند از فلزي که به عنوان کاتاليست عمل مي‌کند، استفاده مي‌شود . منبع تأمين کربن ترکيباتي مانند مونوکسيد کربن، هيدروکربن‌هاي آروماتيک مانند بنزن، تولوئن، زايلن، نفتالن، يا مخلوطي از آن‌ها و نيز هيدروکربن‌هاي غيرآروماتيک مانند متان، اتان، پروپان، اتيلن، پروپيلن، استيلن يا مخلوطي از آن‌ها و همچنين هيدروکربن‌هاي اکسيژن‌دار از قبيل فرمالدئيد، استالدئيد، متانول، اتانول يا مخلوطي از آن‌هاست. کاتاليزورهاي مورد استفاده متفاوت بوده اما حداقل حاوي يک فلز از گروه VIII جدول تناوبي عناصر نظير پالاديم، روديم، روتنيم، نيکل، کبالت، پلاتين و حداقل حاوي يک فلز از گروه VIb جدول تناوبي نظير موليبدن، تنگستن و کروم هستند. دستگاه توليد نانولوله‌هاي کربني به روش رسوب شيميايي بخار در شکل پایین نشان داده شده است . مخلوطي از گازهاي هيدروکربني و گاز آرگون (براي محافظت از آلودگي) وارد کوره‌اي شده و در آنجا پس از انجام    واکنش‌هاي شيميايي، نانولوله‌هاي کربني روي ماده‌ي زيرلايه رسوب مي‌کنند. مواد فلزي کاتاليزوري روي ماده‌ي    زيرلايه قرار دارند. مراحل توليد: توليد نانولوله‌هاي کربني تک‌ديواره به روش رسوب‌دهي شيميايي فاز بخار شامل دو مرحله‌ اساسي : 

توليد کاتاليست و انجام فرايند توليد است. در ابتدا فلز کاتاليست را درون يک ماده‌ي زمينه توزيع مي‌کنند. پس از توليد کاتاليست در مرحله دوم از روش رسوب‌دهي شيميايي بخار استفاده مي‌شود. معمولاً کاتاليزور تهيه شده و مجموعه در داخل يک کوره‌ي استوانه اي مطابق شکل زیر قرار داده مي‌شود. سپس همراه با عبور گاز بي‌اثر، دماي کوره تا حد موردنظر افزايش داده مي‌شود. در ادامه، با قطع جريان گاز بي‌اثر، گاز هيدروژن با جريان مشخص و براي مدت زمان دلخواه در راکتور جريان يافته و سنتز نانولوله‌هاي کربني بر روي کاتاليست صورت مي‌گيرد. پس از گذشت زمان مورد نياز، جريان گاز هيدروکربن قطع و جريان گاز بي‌اثر مجدداً برقرار مي‌گردد و کوره تا دماي اتاق سرد انجام اين فرآيند معمولاً به توليد همزمان نانولوله‌هاي کربني تک‌ديواره و چندديواره منتهي مي‌گردد.  با اصلاح شرايط فرآيند، توليد نانولوله‌هاي کربني تک‌ديواره حتي با خلوص بالاتر از 90% امکان‌پذير شده است. ادامه روش سنتز به کمک قالب: قالبهاي متخلخل را مي توان به وسيله ايجاد شکاف در ذرات شيميايي، ناشي از بمباران يوني نيز بوجود آورد. حفرات ايجاد شده بدين طريق، به صورت تصادفي و با پرکننده هايي با دانسيته  2توزيع مي شوند که از دانسيته مشابه در روش آلوميناي آندي، کوچکتر مي باشند. در روش مذکور اگر کنترل اعمال گردد، قطر حفره ها مي تواند از چند صد نانومتر تا حدود 5 نانومتر تغيير نمايد. معمولاً غشاهاي پلي کربنات(که بيشتر در دسترس هستند) در اندازه هاي مختلف ، به صورت گسترده اي در سنتز نانوسيم ها به کمک قالب مورد استفاده قرار مي گيرند. اخيراً فيلمهاي تک کريستالي ميکا نيز جهت ساخت حفرات بکار گرفته مي شوند. غشاهاي پليمري داراي معايبي مي باشند از جمله اينکه نسبتاً نرم هستند که اين باعث عدم تبيين آسان مورفولوژي حفره ها و ناهموار گشتن سطوح داخلي حفرات مي گردد. همچنين غشاهاي پليمري در مقايسه با فيلم ميکا از نظر گستره دمايي مورد استفاده در حين کار و خواص داراي محدوديت مي باشند چرا که فيلمهاي ميکا در دماهاي بالاي K 770 نيز از پايداري شيميايي برخوردارند. حفرات ايجاد شده در غشاهاي پليمري تا حدودي استوانه اي هستند. به دليل نرخ نامنظم رشد شکافها، سطح مقطع حفرات در فيلمهاي ميکا داراي نمايي الماس گونه مي باشند. همچنين استفاده از نانوکانالهاي شيشه اي NCG هت سنتز نانو سیمها به کمک قالب پيشنهاد شده است. اين نانوکانالها شامل آرايه هاي هگزاگونال منظم شبيه آنچه که در آلوميناي آندي بدان اشاره شده مي باشند که به وسيله مرتب سازي دو شيشه غيريکسان در يک ترکيب معين بدست مي آيند. 

منبع: وبلاگ متالورژی دیتا