پایانی بر فلزات با ماده میکروسکوپی جدید

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اکو نیوز، صنایع به زودی قرار است استفاده از فلزات را که یکی از پرکاربردترین مواد در تاریخ و صدالبته یکی از آلاینده‌ترین‌ها هستند، رها کند.

نانولوله‌های کربنی ساختار‌های استوانه‌ای توخالی ساخته شده از اتم‌های کربن هستند که در یک شبکه شش ضلعی شبیه به گرافیت قرار گرفته اند. در سال ۱۹۹۱ یک دانشمند ژاپنی این مواد را کشف و به خاطر کوچک بودنشان آنها را «سوزن‌های کربنی» توصیف کرد.

قطر این نانولوله‌ها تنها چند نانومتر (میلیاردم متر) است، اما طول آنها می‌تواند به چند میلی متر هم برسد. نانولوله‌های کربنی به دلیل اندازه کوچک و ساختار منحصر به فردشان دارای خواص استثنایی مانند رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا هستند.

این مواد جدید همچنین دارای استحکام مکانیکی و کشسانی بالایی هستند، چیزی که فلز نمی‌تواند به آن دست یابد. به طور خاص، نانولوله‌های کربنی تا ۱۰۰ برابر قوی‌تر از فولاد هستند، اما تنها کسری از وزن آن را دارند و در مقایسه با مس از رسانایی حرارتی و الکتریکی عالی تری برخوردارند.

محققان چینی در ساخت نانولوله‌های کربنی با قطر ۰.۷ نانومتر به موفقیت بزرگی دست یافته اند. این نشان دهنده یک نقطه عطف است، زیرا نانولوله‌های کربنی در این مقیاس نانومتری خواص استثنایی دارند که از نقطه نظر زیست محیطی مورد توجه جامعه علمی و صنعتی قرار می‌گیرند.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه چینهوا در پکن موفق به ساخت نانولوله‌های کربنی تک جداره با قطر بسیار کوچک به روشی کنترل شده با استفاده از روش رشد جدیدی به نام «تزریق بخار» شده اند.

قطر نانولوله‌های حاصل تنها ۰.۷ نانومتر است که تقریباً ۵۰ هزار برابر نازک‌تر از موی انسان است. در این مقیاس، نانولوله‌ها خواص مکانیکی و الکتریکی منحصربه فردی را به دست می‌آورند که آنها را به مواد انقلابی برای کاربرد‌های فناورانه و پیشرفته تبدیل می‌کند.

این یافته نشان دهنده گام بزرگی در تحقق قابلیت نانولوله‌های کربنی در نسل‌های بعدی دستگاه‌های الکترونیکی، مواد سبک وزن فوق العاده قوی، رابط‌های عصبی و سایر نوآوری‌های دگرگون کننده است.

نانولوله‌های کربنی به دلیل خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی عالی، کاربرد‌های گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. در هر صورت این مواد می‌توانند آلودگی ناشی از تولید و استخراج فلزات را کاهش می‌دهند.

در صنعت الکترونیک از آنها برای ساخت ترانزیستور‌های با کارایی بالا، صفحه نمایش لمسی و سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود. نانولوله‌ها رسانا‌های الکتریکی خوبی هستند که امکان ایجاد قطعات الکترونیکی کارآمدتر و کوچکتر را فراهم می‌کنند.

در مهندسی مکانیک و هوافضا، نانولوله‌ها به مواد کامپوزیتی مانند فیبر کربن، آلومینیوم و تیتانیوم اضافه می‌شوند تا ضمن افزایش استحکام آنها، وزنشان را پایین بیاورند. چنین دستاوردی امکان ساخت هواپیماها، خودرو‌ها و سایر وسایل نقلیه کارآمدتر و بادوام‌تر را فراهم می‌کند که با موتور‌های هیدروژنی یا برقی سازگار هستند.

در زیست پزشکی، از نانولوله‌ها برای انتقال دارو‌ها به داخل بدن و رهاسازی آنها به طور خاص در سلول‌های بیمار استفاده می‌شود. همچنین در ایمپلنت‌ها و پروتز‌های استخوانی برای بهبود سازگاری بیولوژیکی کاربرد دارند.

پرواضح است مواد ساخته شده از نانولوله‌های کربنی، جایگزین فلزات در صنعت می‌شوند. حقیقت این است که فلزات تنها موادی نیستند که برای همیشه ناپدید خواهند شد بلکه به زودی آجر‌ها نیز به دلیل آلایندگی بالا و ایجاد اثرجزیره گرمایی شهرها، از ساخت و ساز کنار خواهند رفت.