diamonds55
14th January 2009, 02:22 AM
دانشمندان مواد در موسسه ملي استاندارد و فناوري (nist) با استفاده از نمونه‌هاي همسان از نانولوله‌هاي کربني (که با استفاده از سانتريفوژ از نظر يکسان بودن طول خالص‌سازي شده‌اند)، يکي از دقيق‌ترين اندازه‌گيري‌هاي غلظت را که در آن صفحات ظريف نانولوله‌هاي کربني، شفاف و رسانا مي‌شوند، انجام داده‌اند. آزمايشات اخير آنها اهميت استفاده از نانولوله‌هاي نسبتاً همسان (زياد کوتاه نبوده، اما طول آنها يکسان باشد) را براي ساختن فيلم‌هاي رسانا با کارايي بالا نشان مي‌دهد. از ميان انواع مختلف نانولوله‌ها، نانولوله‌هاي کربني تک‌ديواره به عنوان رساناهاي کوچک الکتريسيته توجه زيادي را به خود جلب کرده‌اند. مقادير نسبتاً کم از نانولوله‌ها مي‌توانند يک فيلم پليمري عايق را به رساناي شفاف الکتريسيته تبديل نمايند.
کاربردهاي بالقوه اين فيلم‌هاي پليمري عبارتند از مواد محافظ شفاف الکتريکي، نمايشگرهاي تصويري انعطاف‌پذير، حسگرهاي شيميايي فيلم نازک، و ساير ابزارهاي الکترونيکي قابل تا شدن. يکي از پارامترهاي کليدي فيلم‌هاي رسانا، «آستانه نفوذ» ناميده مي‌شود. آستانه نفوذ غلظتي است که در آن، شبکه‌هاي دو يا سه‌بعدي از نانولوله‌هاي کربني که به صورت بي‌نظم کنار هم قرار گرفته‌اند، تبديل به ماده رسانا مي‌شوند.
محققان nist براي بررسي تئوري‌هايي که در زمينه نحوه وابستگي ويژگي‌هاي اُپتيکي و الکتريکي اين فيلم‌هاي نازک حاوي نانولوله‌هاي کربني به طول اين لوله‌ها مطرح شده است، نمونه‌هايي از «باکي کاغذ» را توليد نمودند. آنها با مخلوط نمودن نانولوله‌ها در آب و سپس جدا کردن آب با استفاده از يک فيلتر نانومقياس،صفحه‌اي بسيار ظريف از نانولوله ساختند. اين پژوهشگران با استفاده از روشي که قبلاً توسعه داده بودند، نانولوله‌هاي بسيار خالصي به دست آوردند که بر اساس طول جداسازي شده بودند.
اندازه‌گيري‌هاي محققان nist يک تئوري را تأييد مي‌کند: رفتار باکي کاغذ ساخته شده از نانولوله‌هاي با طول يکنواخت، به ميزان زيادي با تئوري نفوذ براي ورقه‌هاي دوبعدي ايده‌آل انطباق دارد؛ غلظت آستانه براي رسانايي، با افزايش طول نانولوله‌ها کاهش مي‌يابد. جالب است که ورقه‌اي از نانولوله‌ها به طول 820 نانومتر در غلظت بسيار پايين 18 نانوگرم بر سانتي‌متر مربع رسانا مي‌شود. اين مقدار کمترين غلظتي است که براي رسانا شدن تاکنون گزارش شده است.
دسته‌اي از نانولوله‌هاي کوتاه يا نانولوله‌هاي با طول‌هاي متفاوت شبکه‌هاي سه‌بعدي بيشتري تشکيل مي‌دهند که عملکرد بسيار بدتري دارند. از سوي ديگر، محققان دريافتند که پيش‌بيني‌هاي مبني بر اينکه اين ورقه‌ها از نظر اُپتيکي شبيه فيلم‌هاي نازک فلزي عمل مي‌کنند، درست نيست. بنابر گفته آنها، پيش‌بيني ويژگي‌هاي اُپتيکي اين ورقه‌ها با استفاده از همان تئوري نفوذ، بسيار بهتر است. بنابراين، تئوري نفوذ يک مبناي تئوريکي آسان براي طراحي و مهندسي کاربردهاي فناوري نانو در اين مواد ايجاد مي‌کند.
کاربردهاي بالقوه اين فيلم‌هاي پليمري عبارتند از مواد محافظ شفاف الکتريکي، نمايشگرهاي تصويري انعطاف‌پذير، حسگرهاي شيميايي فيلم نازک، و ساير ابزارهاي الکترونيکي قابل تا شدن. يکي از پارامترهاي کليدي فيلم‌هاي رسانا، «آستانه نفوذ» ناميده مي‌شود. آستانه نفوذ غلظتي است که در آن، شبکه‌هاي دو يا سه‌بعدي از نانولوله‌هاي کربني که به صورت بي‌نظم کنار هم قرار گرفته‌اند، تبديل به ماده رسانا مي‌شوند.
محققان nist براي بررسي تئوري‌هايي که در زمينه نحوه وابستگي ويژگي‌هاي اُپتيکي و الکتريکي اين فيلم‌هاي نازک حاوي نانولوله‌هاي کربني به طول اين لوله‌ها مطرح شده است، نمونه‌هايي از «باکي کاغذ» را توليد نمودند. آنها با مخلوط نمودن نانولوله‌ها در آب و سپس جدا کردن آب با استفاده از يک فيلتر نانومقياس،صفحه‌اي بسيار ظريف از نانولوله ساختند. اين پژوهشگران با استفاده از روشي که قبلاً توسعه داده بودند، نانولوله‌هاي بسيار خالصي به دست آوردند که بر اساس طول جداسازي شده بودند.
اندازه‌گيري‌هاي محققان nist يک تئوري را تأييد مي‌کند: رفتار باکي کاغذ ساخته شده از نانولوله‌هاي با طول يکنواخت، به ميزان زيادي با تئوري نفوذ براي ورقه‌هاي دوبعدي ايده‌آل انطباق دارد؛ غلظت آستانه براي رسانايي، با افزايش طول نانولوله‌ها کاهش مي‌يابد. جالب است که ورقه‌اي از نانولوله‌ها به طول 820 نانومتر در غلظت بسيار پايين 18 نانوگرم بر سانتي‌متر مربع رسانا مي‌شود. اين مقدار کمترين غلظتي است که براي رسانا شدن تاکنون گزارش شده است.
دسته‌اي از نانولوله‌هاي کوتاه يا نانولوله‌هاي با طول‌هاي متفاوت شبکه‌هاي سه‌بعدي بيشتري تشکيل مي‌دهند که عملکرد بسيار بدتري دارند. از سوي ديگر، محققان دريافتند که پيش‌بيني‌هاي مبني بر اينکه اين ورقه‌ها از نظر اُپتيکي شبيه فيلم‌هاي نازک فلزي عمل مي‌کنند، درست نيست. بنابر گفته آنها، پيش‌بيني ويژگي‌هاي اُپتيکي اين ورقه‌ها با استفاده از همان تئوري نفوذ، بسيار بهتر است. بنابراين، تئوري نفوذ يک مبناي تئوريکي آسان براي طراحي و مهندسي کاربردهاي فناوري نانو در اين مواد ايجاد مي‌کند.