-
- تأثیر نقایص بر خواص
مشابه هر ماده دیگری، وجود نقایص بر خواص ماده تأثیرگذارند. نقایص می‌توانند در قالب جاهای خالی اتمی بروز کنند. سطوح بالای چنین نقصی می‌تواند مقاومت کششی نانولوله را تا ۸۵ درصد کاهش دهد. نوع شناخته‌شده دیگری از نواقص که در نانولوله‌ها اتفاق می‌افتد، نواقص Stone Wales هستند که با تغییر آرایش پیوندهای بین اتم‌ها، یک جفت پنج‌ضلعی و هفت‌ضلعی ایجاد می‌کنند. به دلیل ساختار تقریباً یک‌بعدی نانولوله‌های کربنی، مقاومت کششی لوله به ضعیف‌ترین قسمت آن (معمولاً در ناحیه میانی استوانه) بستگی دارد، مشابه یک زنجیر که ضعف در یک حلقه، مقاومت کل زنجیر را کاهش می‌دهد. خواص الکتریکی لوله نیز از حضور نواقص تأثیر می‌پذیرد. یک اثر متداول، کاهش هدایت در قسمت معیوب لوله است. بعضی از نواقص در لوله‌های آرمیچر، که فلزی‌اند، باعث می‌شود که ناحیه اطراف نقص مثل نیمه‌هادی عمل کند. گذشته از این، جاهای خالی تک اتمی باعث ایجاد خواص مغناطیسی نامطلوب می‌گردند. خواص حرارتی لوله‌ها شدیداً به نواقص حساس‌اند. چنین نقایصی باعث پراکندگی فونونی می‌گردند که نرخ آسایش[۲۹]۱ فونون‌ها را افزایش می‌دهد. این امر به کاهش مسیر آزاد متوسط[۳۰]۲ و درنتیجه کاهش هدایت حرارتی نانولوله منجر می‌گردد[۷].
- رفتار الاستیکی نانولوله
بررسی رفتار الاستیکی نانولوله‌های کربنی تک جداره، یکی از بحث‌های جنجالی سال‌های اخیر بوده است. درمجموع نانولوله‌های کربنی تک جداره از استیل سخت‌تر و در برابر نیروهای فیزیکی مقاوم‌ترند. فشار بر سر نانولوله، بدون اعمال هیچ صدمه‌ای به نانولوله، باعث خم شدن آن می‌شود. با برداشتن فشار، سر نانولوله به موقعیت اولیه‌اش برمی‌گردد. فرمول‌بندی این رفتار نسبتاً مشکل است و توافق روی مقدار عددی دقیقی حاصل نشده است. ضریب یانگ[۳۱]۳ (الاستیسیته) نانولوله‌ای تک جداره نزدیک یک تراپاسکال است و حداکثر استحکام کششی آن نزدیک ۳۰ GPa است[۷].
نتایج تحقیقات مختلف، اختلاف زیاد در اعداد گزارش‌شده را نشان می‌دهد. در سال ۱۹۹۶، محققان NEC و دانشگاه پرینستون و ایلینویز، مدول یانگ را به‌طور متوسط برابر ۱٫۸ TPa اندازه‌گیری کردند. روش اندازه‌گیری به‌این‌ترتیب بود که از سر یک لوله ایستاده، در دماهای متفاوت عکس‌برداری میکروسکوپ یک می‌شود و از میزان تاری دیده‌شده در عکس‌ها، ضریب یانگ محاسبه می‌شود. در سال ۱۹۹۷، گائو و کاگین[۳۲]۴ در پنجمین اجلاس بین‌المللی افق نانوتکنولوژی مولکولی سخنرانی‌شان از سه مقدار متفاوت برای نانولوله‌ها گزارش دادند که بردار کایرال آن‌ها بستگی داشت. آن‌ها اظهار داشتند که ضریب یانگ، برای نانولوله آرمیچر (۱۰و۱۰) برابر ۶۴۰٫۳۰ GPa، برای نانولوله زیگزاگ (۰و۱۰) برابر ۶۴۸٫۴۳ و برای یک نانولوله (۶و۱۲) برابر ۶۷۳٫۹۴ است. این مقادیر از روی مشتق دوم پتانسیل محاسبه‌شده‌اند[۷].
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
در سال ۱۹۹۸ تحقیقات بیشتری در این زمینه توسط تریسی انجام شد. او در همان روش پایه، دوسال پیش‌تر ضریب یانگ را ۱٫۲۵ TPa گزارش کرد. این ضریب با ضریب یانگ نانولوله‌های کربنی چند جداره ۱٫۲۸ TPa که در سال ۱۹۹۷ توسط ونگ به‌دست‌آمده بود، قابل قیاس بود. آن‌ها از یک دستگاه AFM که به سر آزاد یک نانولوله ایستاده فشار وارد می‌کند و آن را از موقعیت تعادلش خارج می‌سازد، استفاده و نیروی عکس‌العمل نانولوله را در نوک AFM ثبت کردند. در سال ۱۹۹۹ هرماندز و روبیو نشان دادند که ضریب یانگ به‌اندازه و کایرالیتی نانولوله کربنی تک جداره بستگی دارد و از ۱٫۲۲ TPa برای نانولوله‌های (۰ و۱۰) و (۶ و ۶) تا ۱٫۲۶ TPa برای نانولوله تک جداره بزرگ (۰ و۲۰) تغییر می‌کند[۷].
نتایج قبلی ما را به این نتیجه‌گیری سوق می‌داد که قطر و شکل نانولوله عوامل تعیین‌کننده میزان الاستیسیته نانولوله‌اند. فورو و همکارانش، در زمان کار با نانولوله‌های چند جداره مختلف، متوجه شدند که نتایج اندازه‌گیری ضریب یانگ در سال ۱۹۹۹ (توسط AFM) برخلاف آنچه قبلاً پیش‌بینی می‌شد، وابستگی شدیدی به قطر نداشت؛ در عوض استدلال کردند که ضریب الاستیسیته منت[۳۳]۱ با مقدار بی‌نظمی و آشفتگی در دیواره لوله مرتبط است[۷].
درهرحال، شواهد نشان می‌داد که این مقدار برای نانولوله تک جداره به قطر بستگی دارد. ضریب یانگ برای یک لوله تکی در حدود ترا پاسکال بود؛ درحالی‌که برای یک دسته یا ریسمان از نانولوله‌ها به قطر ۱۵ تا ۲۰ nm برابر ۱۰۰ GPa بود. مناقشه روی مقدار ضریب یانگ به دلیل تعبیر نویسنده از ضخامت دیواره نانولوله است. اگر نانولوله، استوانه‌های سخت (جداره ضخیم) در نظر گرفته شود، ضریب یانگ کمتری خواهد داشت و اگر توخالی فرض شود، ضریب یانگ بزرگ‌تر می‌شود و هر چه دیواره‌ها نازک نر فرض شوند، مدول یانگ بزرگ‌تر می‌شود[۷].
۲-۱-۷-۳- روش‌های ساخت
در این بخش روش‌های مختلف ساخت نانولوله‌ها و نحوه عملکرد آن‌ها توضیح داده می‌شود. در ابتدا مکانیسم رشد که تقریباً در تمام روش‌ها یکسان است را توضیح می‌دهیم. شرایط نوعی روش‌های مختلف در قسمت مربوطه بیان می‌شود. اینک بیشترین توجه به یافتن راهکارهای جدید برای تولید در حجم بالاست. نانولوله‌های کربنی عمدتاً به سه روش اصلی ساخته می‌شوند: تخلیه قوس الکتریکی[۳۴]۲، گدازش لیزری[۳۵]۳ و رسوب بخار شیمیایی[۳۶]۴٫ دانشمندان در جست‌وجوی راه‌های اقتصادی و کم‌هزینه برای ساخت این نانولوله‌ها هستند[۷].
درروش تخلیه الکتریکی، بخاری از کربن توسط تخلیه الکتریکی بین دو الکترود کربن ایجاد می‌شود. سپس ساختار نانولوله از میان این بخار کربن در جوار کاتالیست یا بدون کاتالیست شکل می‌پذیرد. درروش گداخت لیزری، شعاع لیزر پرانرژی و توان بالا به حجمی از کربن در محیط یک گاز حامل (معمولاً متان یا منوکسید کربن) برخورد می‌کند. در حال حاضر، با روش گداخت لیزری، مقادیر کم ولی خالص تولید می‌شوند. روش رسوب بخار شیمیایی معمولاً به حصول نانولوله‌های چند جداره یا تک جداره نامرغوب منجر می‌شود. نانولوله‌های تک جداره که به روش CVD تولید می‌شوند، غالباً قطر بالایی دارند و به‌راحتی کنترل نمی‌شوند. از سوی دیگر مقیاس تولید آن به‌آسانی قابل‌افزایش است که ازلحاظ اقتصادی نکته بسیار مثبتی است[۷].
۲-۱-۷-۳-۱- مکانیزم رشد
