نانولوله‌های کربنی می‌توانند همه چیز را متحول کنند

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، دانشمندان آزمایشگاه ملی لاورنس لیورمور (LLNL) وزارت انرژی در حال افزایش تولید نانولوله‌های کربنی تک جداره عمودی (SWCNT) هستند. 

این ماده باورنکردنی می‌تواند محصولات تجاری متنوعی از باتری‌های قابل شارژ، کالا‌های ورزشی و قطعات خودرو گرفته تا بدنه قایق‌ها و فیلتر‌های آب را متحول کند.

این تحقیق اخیراً در مجله Carbon منتشر شده است.

امروزه بیشتر تولید نانولوله‌های کربنی (CNT) از ساختار‌های CNT سازماندهی نشده است که در مواد کامپوزیت حجیم و لایه‌های نازک استفاده می‌شود. با این حال، برای بسیاری از کاربردها، معماری‌های CNT سازمان‌یافته، مانند جنگل‌های تراز عمودی، مزایای مهمی را برای بهره‌برداری از ویژگی‌های CNT‌های جداگانه در سیستم‌های ماکروسکوپی فراهم می‌کنند.

فرانچسکو فورناسیرو، دانشمند LLNL و نویسنده اصلی، گفت: سنتز قوی نانولوله‌های کربنی با تراز عمودی در مقیاس بزرگ برای تسریع استقرار دستگاه‌های پیشرفته در کاربرد‌های تجاری نوظهور مورد نیاز است. برای رفع این نیاز، ما نشان دادیم که ویژگی‌های ساختاری نانولوله‌های کربنی تک جداره تولید شده در مقیاس ویفری در یک رژیم رشد که تحت تأثیر انتشار توده‌ای پیش‌ساز کربن گازی است، در طیف وسیعی از شرایط فرآیند به‌طور قابل‌توجهی تغییر نمی‌کند.

تیم محققان کشف کردند که SWCNT‌های عمودی هنگام افزایش غلظت پیش ماده (کربن اولیه) تا ۳۰ برابر، سطح بستر کاتالیزور از ۱ سانتی متر مربع به ۱۸۰ سانتی متر مربع، فشار رشد از ۲۰ تا ۷۹۰ مگابارت و سرعت جریان گاز کیفیت بسیار بالایی را تا ۸ برابرحفظ می‌کنند. 

دانشمندان LLNL مدل سینتیکی را استخراج کردند که نشان می‌دهد سینتیک رشد را می‌توان با استفاده از گاز حمام سبک‌تر برای کمک به انتشار پیش‌ساز تسریع کرد. علاوه بر این، تشکیل محصول جانبی، که به تدریج در فشار رشد بالاتر اهمیت بیشتری پیدا می‌کند، می‌تواند تا حد زیادی با استفاده از یک محیط رشد بدون هیدروژن کاهش یابد. این مدل همچنین نشان می‌دهد که با انتخاب مناسب دستور رشد CNT و شرایط دینامیک سیال، توان تولید را می‌توان تا ۶ برابر با بازده تبدیل کربن بالاتر از ۹۰ درصد افزایش داد.

سی جین پارک، دانشمند LLNL و نویسنده اول گفت: این مدل پیش بینی ها، همراه با ساختار قابل توجه حفاظت شده جنگل‌های CNT در طیف گسترده‌ای از شرایط سنتز، نشان می‌دهد که یک رژیم رشد محدود با انتشار عمده ممکن است حفظ عملکرد دستگاه مبتنی بر CNT به صورت عمودی را در طول افزایش مقیاس تسهیل کند.

تیم به این نتیجه رسید که عملکرد در یک رژیم رشد که به طور کمی توسط یک مدل سینتیک رشد CNT ساده توصیف می‌شود، می‌تواند بهینه‌سازی فرآیند را تسهیل کند و منجر به استقرار سریع‌تر برنامه‌های کاربردی CNT با تراز عمودی پیشرفته شود.

کاربرد‌ها شامل باتری‌های لیتیوم یون، ابرخازن‌ها، تصفیه آب، رابط‌های حرارتی، پارچه‌های قابل تنفس و حسگر‌ها می‌باشد.