ساختارهای نانوتیوبی سه بعدی

در مورد بالا، ما به طور مستقیم ساختارهای نانوتیوبی را نشان داده ایم که عمود بر سطح زیرلایه هستند. در این ساختارها ضخامت الگوهای سیلیسی اندک در نظر گرفته شده است و عموما این ضخامت کمتر از 100 نانومتر است. با استفاده از جزیره های سیلیسی با ضخامت بیشتر (مثلا بین 5 تا 8 میکرون)، ما قادر هستیم تا بلوک هایی نانوتیوبی ایجاد کنیم که در جهات چندگانه، جهت گیری کرده اند. این جهات شامل جهاتی می شود که در داخل سطح زیرلایه ی ماکروسکوپیک قرار دارند. ما می توانیم همچنین تشخیص بدهیم که رشد نانوتیوب ها در جهات متعامد و با استفاده از تمپلیت ها، شامل چاله های حاصل از اچ شوندگی است که این چاله ها چندین برج یا خط سیلیسی را از هم جدا کرده است. در شکل 1، آرایه هایی از نانوتیوب هم جهت به صورت عمودی و افقی نشان داده شده اند. در فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، این ساختارهای نانوتیوبی در یک مرحله رشد می کنند. در اینجا، ما همچنین قادریم تا ساختارهایی ایجاد کنیم که پیچیده تر هستند. این ساختارها که بر پایه ی سیلیس ساخته می شوند، با استفاده از تکنیک های مختلف، ماشین کاری می شوند. این تکنیک های ماشین کاری، تکنیک های ساخت میکروالکترومکانیکال (MEMs)، شناخته می شوند. برای مثال ساختارهای نانوتیوبی سه بعدی را ببینید که به آنها گل آفتابگردان نانوتیوبی می گویند. برای تولید این ساختارها، نانوتیوب ها با انحراف کم بر روی بخش های سیلیسی مخروطی شکل، رشد داده می شوند. ساختارهای معکوس که بر روی لایه های اکسیدی ناقص رشد داده می شوند، می توانند برای استفاده در تولید غشاء های نازک مورد استفادهل در کاربردهای الکترومکانیکی، مناسب باشند.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

یک ساختار مهم دیگر که از رشد نانوتیوب ها بر روی سیلیس در جهت نرمال های صفحه، تولید می شوند، نیز در شکل 1 (سمت پایین) نشان داده شده است. در این ساختار، دو لایه از نانوتیوب در جهات مخالف رشد داده شده است. در این روش، لایه ی شفاف دیسکی مانند، نشاندهنده ی غشاء سیلیسی است و ناحیه ی تیره تر نشاندهنده ی پایه های سیلیکونی است که از آن بخش حمایت می کند. با افزایش ضخامت لایه ی سیلیسی معلق و رسیدن این ضخامت به چند میکرومتر، می توان ساختارهای چندلایه و ساختارهای نانوتیوبی هم جهت، ایجاد کرد.

رشد جهت دار ساختارهای پیچیده

کنترل بیشتر برروی اندازه و جهت گیری ساختارهای نانوتیوب کربنی می تواند با ترکیب کردن روش های اشاره شده در بالا با روش های فلزی کردن متدوال، انجام شود. برای ایجاد هماهنگی در قرارگیری نانوتیوب ها در جهات انتخاب شده، نیاز است تا سطوح سیلیسی سه بعدی ایجاد کرد. برخی از بخش های این سطوح با استفاده از لایه های طلا، پوشش دهی می شود. با این کار رشد نانوتیوب تنها در جهات پیش تعیین شده، انجام می شود (شکل 1). تصاویر SEM در شکل 2 سه ساختار مختلف نشان داده شده است که یکی کلا با نانوتیوب پوشیده شده است، یک نانوتیوب دو بلوک مجاور را به هم متصل کرده است و یک ساختار نانوتیوبی کوچکتر وجود دارد که این نانوتیوب ها تنها به طور جزئی شکاف را پوشانده است. پیکربندی های مختلف برای کاربردهای مختلف، مفید است.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

ساختارهای سه بعدی تولید شده از نانوتیوب های تک دیواره

با روش های ساده ی رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، شبکه هایی دو بعدی از نانوتیوب های تک دیواره به آسانی تولید می شود. بررسی های انجام شده با استفاده از SEM نشان داده است که شبکه های نانوتیوبی تک دیواره با دانسیته ی بالا، ممکن است ساختارهایی با اشکال مختلف بر روی سیلیس با الگوهای نانویی، ایجاد کنند. با استفاده از کاتالیست های آهن رسوب داده شده بر سطح بالایی و کناری دیواره های ستون، ما مشاهده کرده ایم که بازده نانوتیوب های تک دیواره ی معلق شده می تواند بسیار بالا باشد (شکل 3 را ببینید). مشاهدات نزدیک تر بر روی شبکه های نانوتیوبی نشان دهنده ی این است که بسیاری از تیوب ها بر روی بخش پایینی زیرلایه و دیواره های کناری ساختارهای الگودار، رشد می کنند. جهات رشد نانوتیوب ها بر اساس محل پایه ها کنترل می شود و موجب می شود تا ساختارهای با سازماندهی بالا از نانوتیوب های تک دیواره بر روی هندسه های پیش تعریف شده از این الگوها، ایجاد شود. در مورد الگوهای خطی، نانوتیوب ها به طور ترجیحی به طور عمود بر توپولوژی سطح زیرلایه، رشد می کنند (بدون توجه به جهت جریان گاز). بررسی های TEM از نانوتیوب های موجود بر روی پایه ها، نشان دهنده ی این است که دسته های کوچک از این نانوتیوب ها شامل چند نانوتیوب تک دیواره هستند که قطر آنها بین 1 تا 1.3 نانومتر است.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

سایر فلزات انتقالی مانند کبالت ممکن است برای ایجاد شبکه های نانوتیوبی با دانسیته ی بالا، مورد استفاده قرار گیرد. در مقایسه با کاتالیست های آهنی، فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار که از کبالت برای رشد نانوتیوب ها استفاده می کنند، در دماهای پایین تری کار رسوب دهی را انجام می دهند (حدود فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) ) و همان دانسیته ی قبلی بدست می آید. در اینجا نیز زیرلایه دارای اثر قابل توجهی بر روی رشد نانوتیوب هاست. در اینجا، شبکه های نانوتیوبی تک دیواره تحت پارامترهای CVD یکسانی بر روی پایه ی سیلیسی تولید می شوند، دارای دانسیته ی بالاتری نسبت به آنهایی دارند که بر روی پایه ی سیلیکونی، رشد داده شده اند. یک نتیجه ی جالب توجه از مطالعه ی این ساختارهای نانوتیوبی تک دیواره، رفتار آنها تحت تابش باریکه ی یونی است. شکل 3 نشان می دهد که چگونه اسکن متوالی باریکه ی یونی، اتم های کربن را از نانوتیوب ها می زداید و موجب می شود تا ابعاد آنها کاهش یابد. با اسکن متوالی، برخی از نانوتیوب ها می توانند به طور انتخابی از نمونه حذف گردند. این کار یکی از کارهایی است که برای آماده سازی ساختارهای نانوتیوبی برای استفاده در کاربردهای خاص، ضروری است.

استفاده از ساختارهای نانوتیوبی بزرگ

فیلترهای نانوتیوبی ماکروسکوپیک

ساختارهای ماکروسکوپیک تشکیل شده از نانوتیوب های کربنی هم جهت، می توانند سنتز شوند. کار تولید با استفاده از کنترل مناسب بر روی فرایند تولید، انجام می شود. این کار نه تنها بر روی زیرلایه های مسطح و دارای الگو قابل انجام است، بلکه همچنین این کار بر روی زیرلایه های خمیده نیز قابل انجام می باشد. برخی از محققین ساخت سیلندرهای توخالی ماکروسکوپیکی را گزارش داده اند که از قرار گیری پیوسته ی نانوتیوب ها تشکیل شده اند. این ساختارها برای استفاده به عنوان فیلتر مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع از فیلترها قابلیت استفاده در التراسونیک و اتوکلاو را دارای می باشند. در شکل 4 و 5 مثال هایی از این فیلترها آورده شده است. پایداری گرمایی و مکانیکی خارق العاده ی نانوتیوب ها و مساحت سطح بالای این مواد، سهولت و اقتصادی بودن هزینه های تولید غشاء های نانوتیوبی، این مواد توانایی رقابت با انواع غشاء های سرامیکی، پلیمری و … را دارا می باشد.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

یک مزیت اصلی فیلترهای نانوتیوبی نسبت به فیلترهای متداول، پایداری بالای آنها و تمیز شدن آنها بعد از هر بار اعمال فرایند فیلتراسیون می باشد. یک فرایند ساده برای تمیزکاری این فیلترها، استفاده از التراسونیک یا اتوکلاو است. با استفاده از این وسایل، تمیزکاری نیز با پاکسازی این فیلترها انجام می شود و فیلترهای پاک سازی شده، سپس دوباره مورد استفاده قرار می گیرند. در فیلترهای آب تشکیل شده از غشاء های سلولز نیتراتی و استاتی، به دلیل جذب قوی باکتری ها بر روی سطح غشاء، استفاده مجدد از آنها امکان پذیر نمی باشد. همچنین فیلترهایی که برای فیلتراسیون ویروس ها مورد استفاده قرار می گیرد، قابلیت استفاده ی مجدد ندارد. علت این موضوع، پایداری گرمایی بالای نانوتیوب هاست در واقع، فیلترهای نانوتیوبی را می توان در دمایی در حدود 400 درجه ی سانتیگراد مورد استفاده قرار گیرد. این دما چندین برابر دمای عملیاتی فیلترهای غشائی پلیمری متداول است. فیلترهای نانوتیوبی به دلیل پایداری مکانیکی و گرمایی بالا، ممکن است از لحاظ تجاری با فیلترهای سرامیکی قابل رقابت باشند. علاوه بر این، این فیلترها ممکن است عامل دار شوند و برای اهداف خاص مورد استفاده قرار گیرند.

سنسورهای تولید شده با لایه های نانوتیوبی

ولتاژ پایین مورد نیاز برای انتشار الکترون از سری های نانوتیوبی، این مسئله را ممکن می کند که از این سری ها در سنسورهای یونیزه، استفاده شود. مزیت های نانوتیوب های کربنی نسبت به سنسورهای معمولی عبارتند از اندازه ی کوچکتر، عملکرد ساده و تحت تأثیر قرار نگرفتن بوسیله ی شرایط محلی مانند دما و رطوبت می باشد. بخش های مختلف این سیستم مشابه سیستم انتشار میدانی است با این تفاوت که نانوتیوب ها به عنوان آند و یک صفحه ی آلومینیومی به عنوان کاتد عمل می کند. این کاتد و آند بوسیله ی یک بخش خلأ از هم جدا می شوند و فاصله ی آنها در حدود 150 میکرون می باشد. گازی که باید تحت آنالیز قرار گیرد، به داخل محفظه هدایت می شود. ولتاژ و جریان بوسیله ی یک آمپرمتر و ولتمتر، اندازه گیری می شود. با این کار وقتی ولتاژ افزایش یابد، این بدین معناست که گاز اطراف سری نانوتیوبی، یونیزه شده است. این ابر یونی سپس از میدان انرژی دریافت می کند و جفت های الکترون- حفره ی بیشتری تولید می شود. بعدا جفت های الکترون- حفره ی بیشتری تشکیل می شود تا اینکه، این فرایند سرانجام منجر به جدایی میان الکترودها شود. ولتاژی که در آن شکست یا جدایی رخ می دهد، برای گازهای مختلف متفاوت است و به ولتاژ شکست معروف است. این ولتاژ مشخصه ی هر گاز است. اندازه گیری جریان نیز مهم می باشد زیرا این کمیت به غلظت گاز بستگی دارد. اندازه گیری مناسب از ولتاژ شکست می تواند حضور گاز در محفظه را تشخیص دهد. برخی مثال ها از گازهای تشخیص داده شده، عبارتند از هلیوم، آمونیاک، آرگون و اکسیژن. این گازها در غلظت های ثابت فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) قابل تشخیص هستند (شکل 6). مقادیر ولتاژ شکست برای گازهای منفرد در غلظت های مختلف گازها، ثابت است.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

کامپوزیت های نانوتیوبی برای استفاده در کاهنده های ارتعاش (Damping)

نانوکامپوزیت های بر پایه ی نانوتیوب به خاطر استحکام ویژه ی آنها، در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. اخیرا، علاقه ی زیادی برای توسعه ی کامپوزیت های نانوتیوبی- پلیمری به منظور استفاده در کاربردهایی که نیازمند ترکیب استثنایی از خواص وجود دارد، بوجود آمده است. نانوکامپوزیت های نانوتیوب- پلیمری مواد مناسبی در استفاده در کاربردهایی مانند سوئیچ های نوری بسیار سریع و لایه های بیوکاتالیستی، هستند. پتانسیل استفاده از این نانوکامپوزیت ها به دلیل فایق آمدن بر یکی از محدودیت های مواد متداول مورد استفاده در این کاربردها، است. از مشکلات موجود در زمینه ی تولید این کامپوزیت ها، کنترل جهت گیری و نحوه ی پراکنده شدن نانوتیوب ها در داخل زمینه ی پلیمری است. از سایر مشکلات این کامپوزیت ها ایجاد سطح مشترک مناسب میان نانوتیوب و زمینه ی پلیمری است. یک راه برای کنترل همزمان توازی نانوتیوب ها و نحوه ی پراکنده شدن نانوتیوب ها در زمینه ی پلیمری، مونومرهای در آرایه های پیش منظم شده از نانوتیوب ها فرستاده می شود. بعد از این کار، فرایند پلیمریزاسیون به صورت در جا انجام می شود. لایه های کامپوزیتی تولید شده، می توانند توزیع خوبی داشته باشند. این نانوتیوب ها دارای قرارگیری مناسبی در زمینه ی پلیمری هستند و موجب تقویت این پلیمرها می شوند. یک کاربرد مهم برای کامپوزیت های نانوتیوبی به دلیل خواص مکانیکی بی همتای در سطح مشترک پلیمر- نانوتیوب، بوجود آمده است. این رفتار، رفتار کاهندگی ارتعاش (Damping) نامیده می شود. ما فهمیده ایم که با استفاده از لایه های اپوکسی و نانوتیوب در حالت کامپوزیتی، می توان خاصیت سفتی لایه ها را به همراه خاصیت کاهندگی ارتعاش، همراه کنیم (شکل 7). تجربیات بدست آمده بر روی این نانوکامپوزیت ها نشان داده است که میزان کاهندگی ارتعاش 200 % افزایش یافته و همچنین سفتی پیوند نیز 30 % افزایش می یابد. بررسی های انجام شده با SEM که بر روی لایه های نانوتیوبی انجام شده، آشکار ساخته است که یک شبکه ی سحرآمیز از نانوتیوب های با دانسیته بالا و به هم متصل، در این ساختارها وجود دارد. این اتصالات داخلی نانوتیوب ها موجب می شود تا انرژی وارد شده به داخل لایه ی نانوتیوبی، توزیع گردد. اتصالات عرضی میان نانوتیوب ها همچنین موجب بهبود انتقال بار در داخل شبکه می شود و در نتیجه موجب افزایش خواص سفتی نمونه ها می شود. پرکننده های نانوتیوبی دارای خاصیت تداخل اندکی است اما واکنش های لغزشی سطح مشترک و داخل لوله ای کامپوزیت ها می تواند برای افزایش جذب انرژی شود بدون آنکه سایر خواص مکانیکی افت کند. اندازه گیری ها آشکار ساخته است که رفتار ویسکوالاستیک قابل توجه در این مواد تا 1400 % افزایش می یابد. بر اساس تنش های برشی بین سطحی برای این سیستم ها، این مسئله فهمیده شده است که جذب انرژی به توزیع انرژی در طی لغزش سطح مشترک، بستگی دارد.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

مزیت های چندگانه ای برای استفاده از لایه های اپوکسی- نانوتیوب وجود دارد زیرا یک پلیمر ماده ی است که دارای کاهندگی کامل انرژی است. یکی از این مزیت ها این است که پلیمرهای ویسکوالاستیک سنتی در هنگام استفااده در دماهای بالاتر، تخریب می شوند. گستره ی دمایی برای لایه های جاذب تجاری در گستره ی دمای 0 تا 100 درجه ی سانتیگراد است. نانوتیوب های کربنی می توانند بدون تخریب قابل توجه در دماهای بالا مورد استفاده قرار گیرند و در نتیجه برای کاربردهای دما بالا، فیلم های نانوتیوبی دارای کارایی بالا و قابلیت اطمینان بالایی هستند. دومین مزیت، این است که سفتی پلیمرهای سنتی مورد استفاده، کمتر از کامپوزیت های نانوتیوبی است. همچنین یکپارچگی لایه های جاذب ویسکوالاستیک در داخل سیستم های کامپوزیتی دارای چالش های فنی قابل توجهی است. وقتی مواد جاذب انرژی در این کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرند، این ماده دماهای سیکلی دریافت می کند. مواد جاذب انرژی که به طور تجاری موجود می باشند، دارای دماهای کاربری هستند که کمتر از دماهای سیکلی عمل آوری آنهاست. نانوتیوب ها در دماهایی بالاتر از دمای عمل آوری، پایدار هستند و ساختار و خواص آنها تخریب نمی شود علت این مسئله نفوذ رزین می باشد. به همین دلیل است که لایه های نانوتیوب کربنی می توانند به صورت بالقوه در داخل ساختار کامپوزیت های و سیستم های غیر هموژن دوام آورند.

پوسته های پلیمری تقویت شده با نانوتیوب ها

همانگونه که قبلا گفته شد، کامپوزیت های نانوتیوبی- پلیمری، به طور گسترده برای استفاده در کاربردهای مختلفی مورد بررسی قرار گرفته اند. در این کاربردها، نیاز به ترکیبی از خواص الکتریکی، نوری و مکانیکی نانوتیوب ها و پلیمرها، وجود دارد. یکی دیگر از بخش هایی که از کامپوزیت های نانوتیوبی- پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند، استفاده از این مواد در الکترونیک است. ما روش جدیدی توسعه دادیم که بوسیله ی آن وسایل الکترونیکی انعطاف پذیر از نانوتیوب ساخته می شوند. در این روش، از ساختارهای نانوتیوبی چند دیواره در زمینه ای پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) استفاده می شود. این ساختارها می تواند به عنوان وسایل سنجش انبساطی، سنسورهای گازی و لمسی و همچنین وسایل انتشار میدانی مورد استفاده قرار گیرند. به طور خاص این ساختارها به عنوان انتشار دهنده ی میدانی انعطاف پذیر استفاده می شوند زیرا این ساختارها سیگنال های الکتریکی در داخل خود، ایجاد می کنند و همچنین توانایی تحمل محیط های سخت را دارند.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

شکل 8 شماتیکی برای طراحی و ساخت ساختارهای نانوتیوبی هم جهت در داخل زمینه ی PDMS را نشان می دهد. ابتدا، الگوگذاری بر روی زیرلایه های سیلیسی و سیلیکونی با استفاده از یک فرایند لیتوگرافی نوری انجام می شود، سپس نانوتیوب های هم جهت شده به طور انتخابی بر روی ناحیه ی الگودار، رشد داده می شود و سپس، یک محلول پلیمری PDMS به داخل این ساختارها وارد می شود. در نهایت PDMS تحت عملیات آماده سازی قرار می گیرد و سپس، لایه های نانوتیوبی- PDMS با استحکام مناسب، تشکیل می شود. این لایه ی تشکیل شده به طور دقیق از زیرلایه ی سیلیسی جدا می شوند. تصویر SEM از ساختارهای نانوتیوبی کربنی چند دیواره، بعد از ورود PDMS بداخل آنها، در شکل نشان داده شده است. ساختارهای نانوتوبی- PDMS نسبت به تغییر شکل های فیزیکی بزرگ، مقاوم هستند. یک زمینه ی نانوتیوب- PDMS الگودار با شکل سیلندری که قطری برابر با 500 میکرون هستند، برای بررسی خواص انتشار میدانی، مورد استفاده قرار گرفته اند. بررسی انجام شده با SEM نشان داده است که نانوتیوب های کربنی چند دیواره ای که به طور عمودی هم جهت شده اند، به طور کامل بوسیله ی PDMS احاطه شده اند. انتهای نانوتیوب ها در پشت نمونه با تیتانیوم یا طلا پوشش دهی می شود و بر روی کاتدهای با پوشش طلا یا پلاتین ثابت می شود. این ساختارها دارای انتشار میدانی استثنایی در یک خلأ متوسط ( فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) ) می باشند. شکل 8 (پایین) نشاندهنده ی جریان انتشار به عنوان تابعی از ولتاژ برای دو نمونه ی مختلف می باشد. جریان انتشار یافته از مکانیزم فولر- نوردهیم تبعیت می کند. در این مکانیزم، دانسیته ی جریان تقریبا با مربع میدان مؤثر در ارتباط است. نانوتیوب های کربنی که دارای نسبت طول به قطر بالایی هستند و همچنین انحنای بالایی در بخش های بالایی هستند، دارای میدان مؤثر بالایی هستند. فاکتور افزایش میدان ( فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2) ) ممکن است برابر با مقادیری چند هزار باشد.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

قلم های نانوتیوبی

ما به طور موفقیت آمیز قلم های چند عملکردی تولید کردیم که شامل شاخک های نانوتیوبی کربنی هستند که بر روی الیاف خاصی قرار داده شده اند (شکل 9). ما همچنین نشان داده ایم که چندین وظیفه ی استثنایی برای این قلم ها وجود دارد. با استفاده از این قلم ها می توان نانوذرات را از فضاهای باریک، تمیز کنیم، بر روی حفرات پوشش ایجاد کنیم و جذب شیمیایی انتخابی ایجاد کنیم. این نانوتیوب ها بر روی نواحی انتخابی الیاف سیلیکون کاربید میکرویی رشد داده شده اند. انتهای این نانوتیوب ها با استفاده از پوشش های نازک طلا، پوشش کاری می شوند. قرارگیری مختلف این الیاف موجب ایجاد پیکربندی های مختلف در این سری ها می شود. برای مثال، قرارگیری عمودی الیاف سیلیکون کاربید معمولا ایجاد چنگال های نانوتیوبی سه تایی می شود. تشکیل این مورفولوژی های چنگالی به دلیل رشد خود به خودی آرایه های نانوتیوبی با دانسیته ی بالا می باشد و به دلیل اینکه آنها از سطح استوانه ای رشد داده شده اند، دارای سطح مقطع مدور است. ساختارهای چنگک دار با نصب کردن این الیاف بر روی یک سطح صاف در طی فرایند رسوب دهی فیزیکی از فاز بخار، تولید می شوند. با این کار از رشد نانوتیوب ها در چندین جهت، جلوگیری شود. این قلم ها برای خارج کردن گرد و غبار از آرایه های میکروکانالی مورد استفاده قرار می گیرد. این کار معمولا یک وظیفه ی مهم تلقی می شود. انعطاف پذیری این قلم ها این مسئله را تأیید می کند که این ساختارهای نانوتیوبی سطح را خش دار نمی کنند، در حالی که تخلخل موجود بر روی قلم ها که در نزدیکی انتهای ساختار وجود دارد، امکان از بین رفتن نانوذره های موجود در تخلخل ها، بوجود می آید. سایر کاربردهای دیگر مانند تمیزکاری انتخابی، نقاشی و ایجاد میکرو تخلخل ها نیز از جمله کاربردهای این قلم هاست.

فنرهای نانوتیوبی

با در نظر گرفتن ساختارهای غشاء مانند متخلخل تولید شده با نانوتیوب های کربنی هم جهت، این غشاء ها می تواند به عنوان ساختارهای شبه سلولی مورد استفاده قرار گیرد. ما نشان دادیم که یک لایه ی نانوتیوبی کربن، هموژن بودن خود را از دست می دهد و وقتی حلال های مختلف بر روی آن ریخته می شود، ساختارهای سلول مانندی تشکیل می دهند. بدون تشکیل این ساختارهای سلول مانند، لایه های خود ایستا، تحت فشار، دارای رفتار شبه فومی هستند. لایه ی نانوتیوبی مانند یک فنر جمع شونده عمل می کند و نانوتیوب های موجود در لایه، بخش های زیگ زاگ مانندی تشکیل می دهند که بعد از رها شدن نیروی اعمالی بر روی آنها، به حالت اولیه باز می گردد. در مقایسه با سایر فوم های انعطاف پذیر و با دانسیته ی پایین، لایه های نانوتیوبی دارای استحکام فشاری، سرعت بازگشت و فاکتور افت بالاتری هستند.
ما سیکل های فشاری را برای این لایه های فنر مانند برای هزاران بار تکرار کردیم. لایه های تولید شده از نانوتیوب های کربنی چند دیواره تا میزان 15 % از ضخامت خود، فشرده می شود و بعد از برداشتن نیرو، به اندازه ی اولیه باز می گردد. تخلخل لایه های نانوتیوبی بسیار بالاست و نانوتیوب های کربنی تنها 20 % از حجم فیلم را به خود اختصاص می دهد. در شکل 10 شماتیکی ارائه شده که سیکل های بارگذاری و باربرداری را با تصاویر SEM توصیف می کند. نانوتیوب ها شکسته و بریده نمی شوند. نانوتیوب ها همچنین تحت فشار، فروپاشیده نمی شود. در حالت غیر دینامیک، ما متوجه شده ایم که سرعت بازگشت این نوع فنر نسبت به فنرها و اسفنج های دیگر بیشتر است. این نوع از ساختارهای نانوتیوبی ممکن است دارای کاربردهای زیادی داشته باشد. از این نوع ساختارها می تواند در سیستم های الکترومکانیکی، اتصالات داخلی، فعال کننده های مکانیکی و … استفاده کرد.

فرایندهای کنترل شده برای رشد ساختارهای نانوتیوب کربنی (2)

نتیجه گیری

در این مقاله، ما خلاصه ی کوتاهی در مورد کارهای انجام شده در زمینه ی رشد ساختارهای نانوتیوبی با استفاده از روش های CVD، ارائه کرده ایم. پیشرفت های انجام شده در این زمینه، قابل توجه است و امروزه ما می توانیم ساختارهای دو و سه بعدی را با استفاده از نانوتیوب های تک دیواره و چند دیواره، تولید کنیم. ساختارهای نانوتیوبی را می توان به عنوان بلوک های ساختاری در بسیاری از کاربردها استفاده کرد. مثلا از این ساختارها می توان در تولید وسایل الکترونیکی، MEMS، صنایع شیمیایی و مواد ساختاری، استفاده کرد. چالشی که در این زمینه وجود دارد، کنترل ساختارهای مولکولی از نانوتیوب می باشد. پیشرفت های سریع در این زمینه بوجود آمده است و این به نظر می رسد که به زودی از این ساختارها در نمونه های آزمایشی وسایل الکترونیکی استفاده شود.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع می باشد.