سیم و کابل های نانوتیوب کربنی؛ چشم انداز های آینده و کاربرد های کوتاه مدت

آیا در مورد نانوتیوب های کربنی شنیده اید؟ احتمالا نه. آن ها مانند یک فناوری آینده نگر به نظر می رسند که دارای بسیاری از ویژگی های مبهم با فناوری پیشرفته است.  نانولوله‌های کربنی از مواد مشابه فیبر کربن ساخته شده‌اند و در حالی که کاربردهای ساختاری مانند فیبر کربن دارند، اما کار بیشتری انجام می‌دهند.بنابراین، در این مقاله، قوی سازه بزرگترین عرضه کننده چوب استیک برق، چیستی، چرایی و چگونگی نانولوله‌های کربنی را تجزیه کرده تا متوجه شوید که آنها چیستند و چرا واقعا برای شما اهمیت دارند.

نانوتیوب کربنی چیست؟

نانوتیوب های کربنی از ترکیبی شبیه گرافیت ساخته می‌شوند، از این رو «کربن» در نام آن به کار می‌رود. همان ماده‌ای که همه چیز را از زغال سنگ گرفته تا مداد را به الماس تبدیل می‌کند، می‌تواند برای ایجاد ورقه‌ای لوله‌ای شکل از نانوذرات تغییر یابد. بخش نانولوله از نحوه شکل گیری لوله ها ناشی می شود. آنها به معنای واقعی کلمه «ورقه‌هایی» از گرافن هستند که به «لوله‌های» کوچکی می‌پیوندند، آنقدر کوچک که اصطلاح «نانو» کاملاً دقیق است. در واقع باید گفت که نانولوله کربنی ماده ای لوله ای شکل است که از کربن ساخته شده و قطری در مقیاس نانومتری دارد. یک نانومتر یک میلیاردم متر یا حدود 10000 برابر کوچکتر از موی انسان است. یک نانولوله کربنی می تواند به نازکی چند نانومتر و در عین حال صدها میکرون طول داشته باشد.

نانوتیوب کربنی چطور کار می کند؟

اینجاست که همه چیز جالب می شود. برخلاف فیبر کربن که معمولاً به عنوان یک جزء ساختاری در همه چیز از چوب گلف گرفته تا بدنه خودرو استفاده می شود، نانوتیوب های کربنی هم به عنوان اجزای ساختاری و هم به عنوان رسانا عمل می کنند. امروزه، نانولوله ها بیشتر به عنوان تقویت کننده ساختاری برای محصولات فیبر کربنی استفاده می شوند. در این کاربرد، لوله‌ ها و چوب پرش برق تا حدودی مانند میلگردها در یک ساختار بتنی سنتی عمل می‌کنند. اما برنامه‌ ای که در ابتدای توسعه نانولوله‌ها خبرساز شد و همچنان نوید پیشرفت‌های فن‌آوری  را می‌دهد و به عنوان رسانا است. با ویژگی‌های فیزیکی و مشخصات عملکردی که باعث می‌شود تراشه‌های سیلیکونی مانند آثار عصر حجر به نظر برسند.نانولوله های کربنی تک جداره می توانند به اندازه یک اتم کربن منفرد باشند. این بدان معناست که قطر کل لوله یک نانومتر است که تقریباً 1/10000 ضخامت موی انسان است. وقتی نانولوله‌های کربنی به‌عنوان نیمه‌رسانا عمل می‌کنند، می‌توانند ترانزیستورهای بیشتری را روی یک «تراشه» هم‌اندازه با نسخه‌های سیلیکونی امروزی قرار دهند. ترانزیستورهای بیشتر برابر است با قدرت بیشتر، تولید گرمای کمتر و قابلیت اطمینان بیشتر در طول عمر محصول.

آنها چگونه زندگی ما را تغییر خواهند داد؟

تراشه‌ های نانو تیوپ های کربنی نه تنها کوچک‌تر هستند یا در اندازه‌های مشابه بسیار قدرتمندتر هستند، بلکه سریع‌تر و کارآمدتر عمل می‌ کنند و در عین حال گرمای بسیار کمتری نسبت به تراشه‌های سیلیکونی امروزی تولید می‌کنند. تقریباً هیچ توضیحی برای شکستن پیشرفت‌ هایی که نانولوله‌ های کربنی در حوزه نرم‌افزار و سخت‌افزار ایجاد کرده اند وجود ندارد. قانون مور، که بیان می کند هر 18 ماه تعداد ترانزیستورهای یک تراشه کامپیوتری دو برابر می شود، از اولین بار در دهه 1960 درست است. با این حال، در سال های اخیر، ظرفیت تراشه ها کاهش یافته است. به هر حال، فضای زیادی روی یک تراشه وجود دارد.

نانولوله های کربنی می توانند تکرار بعدی قانون مور را ایجاد کنند. قدرت بالاتر، اندازه کوچکتر، گرمای کمتر و سرعت بیشتر فناوری نانولوله کربنی نیز نویدبخش پیشرفت های اساسی نسبت به فناوری امروزی است. دستگاه‌های اشعه ایکس با قدرت پردازش بیشتر می‌توانند دقیق‌تر باشند، دوربین‌های دیجیتال می‌توانند به طرز شگفت‌انگیزی سریع‌ تر و وضوح بالاتری داشته باشند و تلفن‌های هوشمند به راحتی می‌توانند به اندازه رایانه‌های لپ‌تاپ امروزی حافظه بیش تری را ارائه دهند. نانولوله ها همچنین دارای برخی خواص فتوولتائیک منحصر به فرد هستند که آنها را به یکی از امیدوارکننده ترین پیشرفت های مواد در انرژی خورشیدی تبدیل می کند. نانولوله‌های کربنی به دلیل ساختارشان، تقریباً در هر مرحله از جمع‌آوری انرژی خورشیدی و در هر نوع پنل خورشیدی تا اتصال به لایه فتوولتائیک و عمل به عنوان الکترودهای شفاف، کاربرد دارند. سپس، نانولوله ها را می توان در باتری ها برای ذخیره انرژی که از نور خورشید نیز جمع آوری می کنند، استفاده کرد.

نشت نفت و سایر زباله های سمی می تواند به طور موثر توسط سیستم های فیلتراسیون متحرک مبتنی بر نانولوله پاک شود، که می تواند نحوه پاکسازی سیاره خود را پس از آلوده کردن منابع آب گرانبها تغییر دهد. نانولوله‌ها را می‌توان بدون تغییر حس یا ظاهر در پارچه بافته کرد و در عین حال مسیرهای رسانا و مدارهای کوچکی ایجاد کرد که اطلاعات را به تلفن هوشمند یا سایر دستگاه‌های نظارت بر داده‌ها می‌رساند.

سخن پایانی

قبل از تبدیل شدن نانولوله های کربنی به جریان اصلی در لوازم الکترونیکی مصرفی و سایر کاربردهای عمومی، هنوز موانع فنی وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد، اما این که این لوله‌های ریز مبتنی بر گرافیتی به بخش بزرگی از زندگی روزمره ما تبدیل شوند، فقط مسئله زمان است. قبل از اینکه محصولات صنعتی و مصرفی در مقیاس بزرگ برای استفاده اصلی آماده شوند، بسیاری از برنامه ها در حال آزمایش هستند یا در ظرفیت های محدود استفاده می شوند. بسیاری دیگر منتظر نانولوله‌ها هستند تا شاهد پذیرش گسترده در تولید باشند تا اشکالات احتمالی برطرف شود و قیمت آن‌ قدر پایین باشد که مواد را در طرح‌ های از پیش موجود ادغام کنند.  بنابراین، دفعه بعد که «نانوتکنولوژی» را روی برچسب یا در یک مقاله مشاهده کردید، بدانید که این همان چیزی است که می تواند دنیا را تغییر دهد.