1. استاد مربوطه : دکتر زبرجد تهیه کنندگان : رضا سیفی – هادی حسینی

2. مقدمه. رشد و خصوصیات نانو لوله ها. روش های رشد نانو لوله. رشد بهسازی نانو لوله های تک یواره. مکانیزم رشد نانو لوله های تک دیواره. رسوب بخار شیمیائی برای تولید نانو لوله های کربنی چند دیواره. روش تخلیص. ساختار به صف در امده نانو لوله ها ی چند دیواره

3. فناوري ‌ نانو واژه ‌ اي است كلي كه به تمام فناوري ‌ هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي ‌ شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي ‌ باشد. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است ). اولين جرقه فناوري نانو ( البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود ) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان « فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد » ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم. واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان : « موتور آفرينش : آغاز دوران فناوري ‌ نانو »بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد. مقياس نانو مقياس نانو ريچارد فاينمن فضاي زيادي در سطوح پايين وجود داردكي اريك دركسلر موتور آفرينش : آغاز دوران فناوري ‌ نانو فناوري نانو چيست؟

5. ساختار کربن الماس گرافیت فلورن

6. شیشه ‌ ها یا جامدات آمورف ( بی ‌ نظم ) دارای نظم اتمی بلند دامنه نیستند. این بزرگ ‌ ترین اختلاف بین مواد شیشه ‌ ای و مواد بلوری است بلوری فلورنها قفسهایی با شبکه کروی از 60 اتم آرایش یافته هستند ، که به صورت 6 ضلعی و 5 ضلعی به هم زنجیر شده اند. نانو لوله های کربنی از رول شدن صفحات گرافیتی حاوی آرایه های 6 ضلعی کربنی که به صورت لوله ایجاد می شود ، دارای خواص و روش مشابه با فلورنها هستند. اولین روش تولید آن به این صورت بود که 150 آمپر از یک میله کربنی عبور داده و دوده بنزن استخراج می شود که محلول ارغوانی حاصل حاوی C60 است. فلورنها از نظر فیزیکی بیش از حد قوی هستند.

7. گرافیت یکی از آلوتروپ ‌ های کربن است که ساختار لایه - لایه داشته و به رنگ سیاه است. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، مادهٔ نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ ‌ ها، فولادهای پرکربن و چدن ‌ ها و... استفاده می ‌ شود. آلوتروپ ‌ های کربن فولادهای چدن ‌ اَلماس یکی از سنگ ‌ های قیمتی و یکی از آلوتروپ ‌ های کربن است که در فشارهای بالا پایدار است. آلوتروپ دیگر کربن گرافیت نام دارد. آلوتروپ ‌ های کربن گرافیت فولریت ( فولرین ها، مولکولهایی در حد بیلیونیوم متر هستند که در شکل ساده آن، 60 اتم کربن یک لایه گرافیتی با ساختمان 3 بعدی منحنی، شبیه به روروئک ( روروئکی که قسمت جلوی آن مانند چوب اسکی خم شده ) ، تشکیل می ‌‌ دهند. فولرین

8. هگزاگونال نمودار فازی کربن

9. فولرن C60 تصوير TEMاز كربن نانو لوله دولايه‌اي نانو لوله تك يه ‌ اي

11. رشد و خصوصیات نانو لوله ها رسوب بخار شيميايي اين امكان را به ما م يدهد كه نانولول ههايي با كيفيت خوب و با توليد بالا ساخته شود. كنترل شده بر پايه مواد كاتاليزوري مدلسازي شده م يتواند ساختار نانولول هاي منظمي را ايجاد كند. در ژاپن اولين نانولول ههاي چند ديواره را در كربن دوده اي حاصل از تخليه NEC از آزمايشگاه Ijima در سال 1991 قوس الكتريكي مشاهده كردند.

12. روشهاي رشد نانولوله 1. تخليه قوس 2. روش تابش ليزر 3. رسوب بخار شيميايي

13. 1. روش تخلیه قوس در روش تخليه قوس اتمهاي كربن بوسيله عبور جريان بالا از دو قطب آند و كاتد در داخل پلاسماي گاز هليم داغ شده بخار ميشوند. ( شكل 1) رسوب بخار شيميايي. -c. تابش ليزر - b. روش تخليه قوس الكتريكي -a. شكل 1 : سه روش توليد نانو لول هها

14. 2. روش تابش لیزر نانولوله هاي تك ديواره با كيفيت بالا درحدود 1-15 گرم وزني بوسيله اسمالي و همكارانش در روش رشد با ليزربدست آمد.

15. شكل 2 : نانولول ههاي تك ديواره رشد داده شده با روش ليزر كه اسمالي آنرا ارائه داده است.

16. 3. رسوب بخار شيميايي روش و مكانيزم معمول روش رسوب بخارشيميايي موفقيتهايي در ساخت فيبرهاي كربني و مواد نانولول هاي از ده سال گذشته تا حالا داشته است. در شكل 1 مراحل رشد روش CVD بصورت شماتيك نشان داده شده است.

17. رشد و بهسازي نانولول ههاي تك ديواره : براي زمان طولاني تخليه قوس وتابش ليزر روشهاي تقريبا كامل براي توليد نانو لول ههاي تك ديواره بودند. چندين مطلب در مورد اين روشها وجود دارد. اولا : هر دو روش مبتني بر بخار اتمهاي كربن درون محفظه كوچك هستند كه ميزان توليد نانولول ه پايين م يباشد. ثانيا : نانولول ههايي كه بصورت تبخيري تهيه شده اند بصورت در هم پيچيده هستند كه براي خالص و تمييز كردن آنها با مشكل مواجه هستيم همچنين براي تهيه ساختارهاي نانو لول هاي. اخيرا رشد نانولول ههاي تك ديواره با ساختار كامل با استفاده از روش رسوب بخار شيميايي ميسر گشته است. براي مثال محققان كشف كرده اند كه با استفاده از متان بعنوان گاز منبع كربن و دما در رنج -8501000 درجه سانتيگراد و استفاده از كاتاليزور مناسب م يتوان نانولول ههاي تك ديواره با كيفيت عالي تهيه كرد.

18. كاتاليست يك سطح به اندازه m ² /g 200 و به حجم 800 ميليمتر مكعب ارائه ميدهد ( شكل 4 ( تصاوير بدست آمده از TEM و SEM نانولول ههاي سنتز شده با مقادير زياد كاتاليزور تحت شرايط خاص در مدت 15 دقيقه نشان داده شده است. شكل 4: مواد نانولول ههاي تك ديواره رشد يافته با رسوب بخار شيميايي با متان. اين روش شامل شدت جريان عبور گاز 1000 ميليمتر در هر دقيقه از روي يك اينچ لوله واكنش دهنده كوارتز در 900 درجه سانتيكراد میباشد.

19. مكانيزم رشد نانو لوله های تك ديواره حالت انتهايي نانولول هها اغلب اطلاعات مفيدي را در رابطه با مكانيزم رشد آنها در بر دارد. تصاوير با وضوح بالا از ميكروسكوپ الكتروني در مورد نانو لول ههاي تك ديواره نشان داد كه انتهاي لوله خالي از ذرات فلزي كاتاليزوري هستند. با بررسي انتهاي ديگر معلوم شد كه ذرات فلزي درون زمينه نگهدارنده فرو رفته اند. اين مشاهدات ثابت كرد كه نانولول ههاي تك ديواره بصورتي كه در شكل 3 نشان داده شده است رشد م ييابند. شكل 3 : دو روش رشد مختلف نانولوله ها از روي كاتاليزور رشد از پايه و رشد از نوك.

20. - رشد بوسيله كاتاليزور در فاز گازي : چني وهمكارانش روشي را گزارش داده اند كه در آن از گاز بنزن بعنوان يك منبع تغذيه كربن استفاده ميشود و گاز هيدروژن حمل كننده آن است. از فروسن نيز بعنوان كاتاليزور استفاده ميشود.. در اين روش فروسن بخار شده را همراه هيدروژن و بنزن بدرون لوله واكنش هدايت مي كنند. دماي داده شده به لوله 1100- 1200 است. فروسن بخار شده درون لوله واكنش تجزيه شده و ذرات آهن را باقي م يگذارد. اين ذرات بعنوان كاتاليزور در رشد نانولول ههاي تك ديواره بكار ميروند. در اين روش كربن بي شكل تشكيل شده بر اثر تجزيه بنزن در دماي 1200 درجه سانتيگراد بعنوان مشكل اساسي مطرح است.

21. شكل 5: جرم گازها در روش dvc با متان در 900 درجه

22. شكل 6: تصوير انتهاي نانولول ههاي تك ديواره. كشف نانولول ه كربني در سال 1991 تمركز محققان را به خواص ساختاري آنها وبه خاصيتهاي فيزيكي معينشان جلب كرد. خيلي از خواص فيزيكي و اساسي آنها اكنون مشخص شده است و بهره برداري از آنها در رنج وسيعي از كاربردها در حال پيشرفت كردن است. بعنوان مثال خواص الكترونيكي آنها كاربردهاي وسيعي در وسايل الكترونيكي پيدا كرده است.

23. رسوب بخار شيميايي براي توليد نانولوله هاي كربني چند ديواره : علت انتخاب رسوب بخار شيميايي براي توليد نانولول ههاي كربني چند ديواره بدليل حجم بالاي توليد و خلوص بالاي آن است كه اقتصادي است. اين روش شامل يك لوله واكنش كوارتز در يك طول چند ناحيه اي است. تركيب سيستم شامل يك مخلوط حاوي فروسن و اكسلن كه با يك گاز خنثي دميده ميشود. در حين انحلال مخلوط اكسلن فروسن در رنج دمايي 725- 625 د رجه سانتيگراد ودر فشار يك اتمسفر نانوذرات آهن جوانه زايي ميكنند و شروع به رسوب كربن از فروسن اكسلن بروي سطح كوارتزكرده و نانولول ههاي چند ديواره خالص و صف بندي شده توليد میشوند..

24. روشهاي تخليص : روش توليد نانولول ه از طريق رسوب بخار شيميايي مزايايي بر روشهاي ديگر توليد دارد يكي از آنها خلوص بالاي آنست كه نياز به انجام عمليات اضافي را مرتفع م يسازد. حرارت ودماي پايين بكاربرده شده در اين روش در مقايسه باروشهاي قوس وليزر منجر به توليد نانولول ههايي با ساختار گرافيتي كمتر شد. رشد كنترل شده نانولوله در روش رسوب بخار شيميايي در روش رسوب بخار امكان توليد نانولول ههاي بلند و به صف در آمده وجود دارد كه در ساير روشها اين عمليات امكانپذير نيست. ساختار به صف در آمده نانولول ههاي چندديواره : كاتاليستهاي بكاربرده شده در اين روش شامل ذرات اكسيد آهن بكار برده شده در سوراخها و تخلخلهاي ريز سيليس ميباشد. منبع تغذيه شامل 9% اسيتيلن در نيتروژن با فشار 180 تور ميباشد. دماي رشد 600 است. در اين روش نانولوله ها در ابعاد طولي ميليمتري توليد ميشوند ( شكل 7)

25. -a نانولول ههاي چند ديواره رشد يافته با رسوب بخار شيميايي. -b يك جنگل از نانولول هها كه جهت داده شده اند.

26. در يكي از اين آزمايشات مواد كاتاليزوري تبخير شده و بر روي زمينه سيليكوني بصورت مربعي نشانده ميشوند. شكل 8: نانولول ههاي چند ديواره رشد يافته با روش رسوب بخار بر روي زمينه مدلسازي شده سيليس متخلخل. -a تصوير ساختارهاي نانولول ههاي پشت سر هم قرار گرفته -b تصويرجانبي از ساختارهاي نانولوله هاي پشت سر هم قرار گرفته -c بزرگنمايي زياد از نانولول ههايي كه در يك ستون قرار گرفته اند. -d تصوير شماتيك از مراحل رشد.

27. 1- روشهاي رشد نانولوله های کربنی راتوضیح دهید ؟ -1 تخليه قوسدر روش تخليه قوس اتمهاي كربن بوسيله عبور جريان بالا از دو قطب آند و كاتد در داخل پلاسماي گاز هليم داغ شده بخار ميشوند. 2- روش تابش ليزر در اين روش پالسهاي قوي شده اشعه ليزر به طرف يك هدف كربني كه شامل 5 درصد اتمي نيكل و كبالت استپرتاب ميشوند. اين هدف كربني در كوره لوله اي شكل قرار گرفته است. كه تا 1200 درجه حرارت داده شده است. در حين تابش ليزر يك جريان از گاز خنثي بدرون اتاقك رشد دميده مي شود تا اينكه نانو - لول ههاي توليد شده را حمل كند و آنرا درون محفظه خنكي جمع آوري كند. 3- رسوب بخار شيميايي مراحل رشد شامل حرارت دادن مواد كاتاليزوري تا درجه حرارتهاي بالا در يك كوره لوله اي شكل و عبور يك گازهيدروكربني در سراسر لوله براي يك مدت زمان معين ميباشد. مواد رشد يافته بروي مواد كاتاليزوري با يك سيستم خنك كننده تا دماي اتاق جمع آوري ميشوند. پارامترهاياساسي در اين روش هيدروكربن مصرفي در اين روش و دماي رشد و كاتاليزور مصرفي ميباشند. 2- رشد و بهسازي نانولول ههاي تك ديواره را توضیح دهید ؟ اولا : هر دو روش مبتني بر بخار اتمهاي كربن درون محفظه كوچك هستند كه ميزان توليد نانولول ه پايين م يباشد. ثانيا : نانولول ههايي كه بصورت تبخيري تهيه شده اند بصورت در هم پيچيده هستند كه براي خالص و تمييز كردن آنها با مشكل مواجه هستيم همچنين براي تهيه ساختارهاي نانو لول هاي. 3- رشد نانو لوله ها در چه زمانی هنگامي اتفاق ميافتد؟ از محلول فوق اشباع شده كربن و ذرات فلزي ٫ كربن بصورت ساختارهگزاگونال و لوله اي شكل رسوب كند. بنابراين اندازه نانوذرات كاتاليزوري تعيين كننده قطر نانولول هها است. در روش رشد از پايه ذرات كاتاليزوري بر روي زمينه باقي م يمانند وانتهاي نانولول هها بصورت بسته ميباشد

28. منابع اینترنت : www.Irannano.org www.istgah.ir www.nanoarticle.com www.nanotech-now.com