وبلاگ
نانوساختارهای یک بعدی
نانوساختارهای یک بعدی معمولاً به عنوان ساختارهای خطی با قطر کمتر از 100 نانومتر تعریف میشوند. نانوساختارهای یک بعدی یک بعد آزاد دارند، و دو بعد دیگر ابعاد نانومتری دارند. آنها میتوانند مساحت سطح بزرگ، آزادسازی آسان و مسیر انتقال الکترون کارآمد برای دستیابی به عملکرد الکتروشیمیایی بالا ارائه دهند. از این رو، نانوساختارهای یک بعدی علاقه فزایندهای را در بسیاری از زمینههای کاربردی به خود جلب کردهاند. از جمله این نانوساختارها میتوان به نانوسیمها، نانولولهها و نانومیلهها اشاره کرد.
نانوسیمها
به عنوان ساختارهایی تعریف میشوند که قطرهایی در حدود نانومتر و طولی نامحدود دارند. یعنی نانوسیمها در طول بسیار بلندتر از قطر خود هستند. به آنها سیمهای کوانتومی نیز گفته میشود زیرا در این مقیاس اثرات مکانیکی کوانتومی متفاوتی دارند. انواع مختلفی از نانوسیمها وجود دارد. به عنوان مثال نانوسیمهای کربنی، نانوسیمهای مولکولی، نانوسیمهای فلزی و غیره.
کاربردها
آنها در محاسبات دیجیتال مفید هستند.
برای تهیه قطعات الکترونیکی فعال مانند اتصال p-n، گیتهای منطقی و غیره استفاده میشوند.
کاربردهای بالقوهای در ذخیرهسازی دادههای با چگالی بالا دارند.
نانوسیمهای کلرید نقره به عنوان فوتوکاتالیست برای تجزیه مولکولهای آلی در آب آلوده استفاده میشوند.
نانولوله ها
یکی از نانوساختارهای تکبعدی که بهطور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند، نانولوله های کربنی (CNT) هستند. این ساختارها برای اولین بار توسط ایجیما در سال ۱۹۹۱ کشف شدند. نانولوله کربنی ساختاری لولهای شکل است که از کربن ساخته شده و قطری بین ۱ تا ۵۰ نانومتر دارد. به طور ساده میتوان گفت، نانولولههای کربنی (CNTs) استوانههایی از یک یا چند لایه گرافن (شبکه) هستند. نانولولههای کربنی در مقایسه با سایر مواد فیبری، ترکیبی منحصر به فرد از سختی و استحکام را نشان میدهند. رسانایی حرارتی و الکتریکی آنها نیز بسیار بالا و قابل مقایسه با سایر مواد رسانا است.
نانـولولههای کربنی را میتوان به صورت زیر طبقهبندی کرد.
نانولولههای تک جداره (SWNT): این نانولولهها بسته به نحوه لوله شدن صفحات گرافن، میتوانند به صورت زیگزاگ، صندلی و کایرال باشند.
نانولولههای چند جداره (MWNT): از چندین نانولوله تک جداره با قطرهای مختلف تشکیل شدهاند.
در سال ۱۹۹۱، سومیو ایجیما نانولولههای کربنی چندجداره (MWCNT) را روی آند یک دستگاه تخلیه کربنی کشف کرد. قطر این نانولولهها بین ۴ تا ۳۰ نانومتر و طول آنها تا ۱ میلیمتر بود. در سال ۱۹۹۳، ایجیما و همکارانش کشف نانولولههای کربنی تکجداره (SWCNT) با قطری به کوچکی ۱.۳۷ نانومتر را گزارش کردند.
کاربردها
- نانولولـهها میتوانند به طور بالقوه جایگزین اکسید قلع ایندیوم در سلولهای خورشیدی برای تولید جریان نوری شوند.
- نانولولههای تکجداره (SWNT) در ترانزیستورها و پنلهای خورشیدی استفاده میشوند.
- نانـولولههای چندجداره (MWNT) در باتریهای لیتیوم یونی برای افزایش طول عمر چرخه استفاده میشوند.
- نانولـولههای کربنی موازی برای ساخت بلندگوها استفاده میشوند.
- میتوانند به عنوان یک ماده پوشش چند منظوره عمل کنند.
- میتوانند برای تولید نانوسیمها استفاده شوند.
نانولولههای کربنی همچنین برای کاربردهایی در ذخیرهسازی انرژی، قطعات خودرو، بدنه قایق، فیلترهای آب، پوششهای الکترونیکی لایه نازک، خازنهای فوق العاده، حسگرهای زیستی برای گازهای مضر، الیاف فوق قوی و غیره استفاده میشوند.
نانومیلهها
یک نانومیله معمولاً یک نانوساختار تکبعدی کریستالی است که طول کلی آن با عرض آن قابل مقایسه است (یعنی هر دو بعد کمتر از ۱۰۰ نانومتر هستند). همانطور که از نام آنها پیداست، یکی دیگر از ویژگیهای نانومیلهها، ساختارهای دیواره جانبی سفت و سخت آنهاست. اصطلاح “نانوکریستال” احتمالاً برای این ساختارها مناسبتر است (یا نانوکریستالهای میلهای شکل).
نانوفیبرها
اصطلاح نانوفیبر برای نانوساختارهای تکبعدی که آمورف (و معمولاً نارسانا) هستند، مانند پلیمرها و سایر ساختارهای کربنی غیرگرافیتی، به کار می رود.