ได้ค้นพบท่อนาโนผนังชั้นเดียวโดยอิสระ ในขณะที่ท่อนาโนหลายผนังมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบนาโนเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางทั่วไปของท่อนาโนผนังเดียวคือเพียงหนึ่งหรือสองนาโนเมตร ทศวรรษที่ผ่านมาได้เห็นการระเบิดของการวิจัยเกี่ยวกับท่อนาโนทั้งสองประเภท ปัจจุบันท่อนาโนสามารถเติบโตได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของก๊าซปฏิกิริยาที่มีคาร์บอน
โดยมักใช้
เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการนี้มีข้อดีหลักสองประการ ประการแรก ท่อนาโนได้มาจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามาก แม้ว่าจะมีต้นทุนคุณภาพที่ต่ำกว่าก็ตาม ประการที่สอง ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเติบโตได้บนวัสดุพิมพ์ ซึ่งช่วยให้ได้โครงสร้างใหม่ เช่น “แปรงนาโน” (ภาพที่ 1) ท่อนาโนในปัจจุบัน
สามารถขยายให้มีความยาวเกิน 100 ไมครอน และมีรูปร่างต่างๆ ได้ เช่น “นาโนสปริง” ท่อนาโนสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นกราไฟต์แผ่นเดียวที่ม้วนเป็นหลอด คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของท่อนาโนที่ได้นั้นขึ้นอยู่กับทิศทางที่ม้วนแผ่น ท่อนาโนบางชนิดเป็นโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ในขณะที่ชิ้นส่วนอื่น
เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างของแถบค่อนข้างใหญ่ ท่อนาโนยังมีคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่นซึ่งสามารถใช้ประโยชน์เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุหรือทำหน้าที่เป็น “เคล็ดลับ” ในกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน และเนื่องจากประกอบด้วยคาร์บอนทั้งหมด ท่อนาโนจึงมีน้ำหนักจำเพาะต่ำ
คุณสมบัติทางกล ในแผ่นกราไฟต์แต่ละอะตอมของคาร์บอนจะถูกสร้างพันธะอย่างแน่นหนากับอะตอมอื่นอีกสามอะตอม ซึ่งทำให้กราไฟต์มีความแข็งแรงมากในบางทิศทาง อย่างไรก็ตาม แผ่นกระดาษที่อยู่ติดกันจะถูกแรงแวนเดอร์วาลส์จับไว้อย่างอ่อน ดังนั้นชั้นของกราไฟต์จึงสามารถลอกออกจากกันได้ง่าย
เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นเมื่อเขียนด้วยดินสอ อย่างที่เราเห็น มันไม่ง่ายเลยที่จะลอกชั้นคาร์บอนออกจากท่อนาโนที่มีผนังหลายชั้น คาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุหลายประเภท และคุณสมบัติพิเศษของท่อนาโนคาร์บอนหมายความว่าพวกมันสามารถเป็นเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง
ขั้นสูงสุดได้
ในปี 1996 จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ใน Urbana ได้วัดโมดูลัสของ Young ของท่อนาโนหลายผนัง โมดูลัสของ Young ของวัสดุคือการวัดความแข็งแรงของความยืดหยุ่น Treacy และเพื่อนร่วมงานจัดเรียงท่อนาโนหลายผนังในแนวตั้งบนพื้นผิวเพื่อให้ท่อยึดที่ด้านล่างและเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระที่ด้านบน
จากนั้นใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เพื่อวัดการสั่นสะเทือนจากความร้อนของปลายอิสระ แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนที่วัดได้เผยให้เห็นโมดูลัสของ Young ที่ยืดหยุ่นสูงเป็นพิเศษประมาณ 10 12นิวตันต่อตารางเมตร (หรือหนึ่งเทราปาสกาล) ซึ่งมีค่าประมาณห้าเท่าของเหล็ก
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าโมดูลัสควรมีค่าเข้าใกล้ 1.25 เทราปาสคาล สิ่งนี้เป็นจริงทั้งสำหรับท่อนาโนแบบหลายผนังและผนังเดียว เนื่องจากโมดูลัสถูกกำหนดโดยพันธะคาร์บอน-คาร์บอนภายในแต่ละชั้นเป็นหลัก ค่านี้เพิ่งได้รับการยืนยัน และเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ซึ่งใช้กล้องจุลทรรศน์
แรงสแกน (SFM) เพื่อดัดท่อนาโนที่ยึดด้วยกลไกที่ปลายด้านหนึ่ง กล้องจุลทรรศน์แรงสแกนสามารถถ่ายภาพ จัดการ และวัดแรงที่จำเป็นในการงอท่อ ความแข็งดัดสามารถวัดได้โดยการวางท่อนาโนบน “นาโนพอร์” และใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมเพื่องอตรงกลาง ซึ่งเป็นเทคนิคที่พัฒนาและเพื่อนร่วมงาน
ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์.และเพื่อนร่วมงานเริ่มต้นด้วยการฝากท่อนาโนจากของเหลวไว้บนเมมเบรนอลูมินาที่ขัดเงาอย่างดีซึ่งมีรูพรุนประมาณ 200 นาโนเมตร ในบางครั้งท่อนาโนจะทอดผ่านรูพรุนหนึ่งรู และใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อวัดว่าการโก่งตัวซึ่งแปรผกผันกับโมดูลัส จะแปรผันตามแรงที่กระทำได้
อย่างไร
และเพื่อนร่วมงานพบว่าท่อนาโนหลายชั้นที่เติบโตโดยการปลดปล่อยอาร์คมีโมดูลัสประมาณ 1 เทราปาสกาล ในขณะที่ท่อนาโนที่เติบโตโดยการเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรคาร์บอนมีโมดูลัสที่เล็กกว่าหนึ่งถึงสองลำดับความสำคัญ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าท่อนาโนที่มีลำดับสูง
และกราฟต์ที่ดีเท่านั้นที่มีความแข็งเทียบได้กับกราไฟต์ ในขณะที่ท่อนาโนที่เติบโตโดยการสลายตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยามีข้อบกพร่องมากมาย (ด้วยการทำกราฟอย่างดี เราหมายความว่าพันธะคาร์บอน-คาร์บอนภายในแต่ละชั้นนั้นแข็งแกร่ง ในขณะที่อันตรกิริยาระหว่างชั้นนั้นอ่อนแอ) ภาพ TEM เผยให้เห็นว่า
แผ่นคาร์บอนไม่ต่อเนื่องหรือขนานกับแกนของท่อ และเพื่อนร่วมงานได้สำรวจแรงที่มากขึ้นและการเสียรูป และเปรียบเทียบท่อนาโนคาร์บอนกับแท่งนาโนที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นวัสดุที่แข็งแรงมากอีกชนิดหนึ่ง สิ่งที่พวกเขาพบนั้นน่าประหลาดใจ: ในขณะที่แท่งนาโนซิลิคอนคาร์ไบด์แตกหักในที่สุด
ออยเลอร์เป็นคนแรกที่คำนวณว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับแท่งเมื่อถูกบีบอัดตามความยาว (ที่เรียกว่าแรงอัดตามแนวแกน) ในขั้นต้น แกนจะยังคงตั้งตรงในขณะที่กำลังอัดเพิ่มขึ้น ก่อนที่จะพลิกกลับเป็นรูปโค้งที่ขีดจำกัดออยเลอร์ หากทำการทดลองนี้กับหลอดดูดดื่มที่โหลดคงที่ หลอดจะเกิดการหักงออย่างกะทันหัน
ซึ่งจะยังคงอยู่หากโหลดโหลดออก กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นพลาสติกมากกว่าการเสียรูปแบบยืดหยุ่น
ท่อนาโนคาร์บอนนั้นแตกต่างออกไป ขั้นแรกท่อนาโนคาร์บอนจะโค้งงอจนเป็นมุมที่ใหญ่อย่างน่าประหลาดใจ ก่อนที่ท่อนาโนคาร์บอนจะเริ่มกระเพื่อมและหักงอ และจากนั้นก็จะเกิดการหักงอเช่นกัน
สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับท่อนาโนคาร์บอนคือการเปลี่ยนรูปเหล่านี้มีความยืดหยุ่น สิ่งเหล่านี้จะหายไปทั้งหมดเมื่อนำโหลดออก เพื่อดูว่าคุณสมบัติเหล่านี้มีประโยชน์อย่างไร ลองนึกภาพว่าเป็นเจ้าของรถ BMW ที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนและโชคไม่ดีที่ชนเข้ากับกำแพง เนื่องจากแรงกระแทกสูง
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
