تولید ارزان قیمت فیلم‌های حاوی نانولوله‌کربنی تک‌جداره

دانشمندان موسسه علوم و فناوری سکولکوف (SKOLTECH) راهی برای افزایش عملکرد تولید فیلم حاوی نانولوله کربنی تک جداره ارائه کردند.

کد خبر: ۱۱۱۷۴۱۱

سه‌شنبه - ۲۱ آذر ۱۴۰۲ / December 12, 2023

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دانشمندان موسسه علوم و فناوری سکولکوف (SKOLTECH) راهی برای افزایش عملکرد تولید فیلم حاوی نانولوله کربنی تک جداره ارائه کردند. این فیلم‌ها برای ساخت سلول‌های خورشیدی، LED ها، الکترونیک انعطاف پذیر و شفاف، منسوجات هوشمند، تصویربرداری پزشکی، آشکارساز‌های گاز سمی، سیستم‌های تصفیه و موارد دیگر قابل استفاده هستند.

با افزودن گاز هیدروژن و مونوکسید کربن به محفظه واکنش، این تیم موفق به افزایش سه برابری عملکرد نانولوله کربنی در مقایسه با روش رشد این نانولوله‌ها، شد بدون این که کیفیت رشد نانولوله‌ها به خطر افتد. تاکنون، بازده پایین در تولید نانولوله کربنی، یکی از چالش‌ها در تولید این محصولات بوده است.

به دلیل خاصیت مکانیکی، الکتریکی، نوری و حرارتی فوق العاده آنها، از نانولوله‌های کربنی در محصولات و فناوری‌های متنوع استفاده می‌شود، از لاستیک‌های اتومبیل مقاوم در برابر فشار و مواد کامپوزیتی برای تیغه‌های توربین بادی گرفته تا صفحه‌های لمسی انعطاف پذیر و اجزای باتری لیتیوم-یون، می‌توان از این نانولوله‌ها استفاده کرد.

فناوری اصلی ساخت فیلم‌های نانولوله کربنی تک دیواره (SWCNT)، روشی به نام لایه‌نشانی شیمیایی از فاز بخار (CVD) است.

CVD کاتالیست شناور (آئروسل) برای تولید فیلم‌های نازک استفاده می‌شود، زیرا می‌توان آن را در یک مرحله واحد انجام داد. در این روش، جریان‌های گازی منبع کربن (مواد اولیه کربن برای رشد نانولوله‌ها، مانند هیدروکربن‌ها، مونوکسید کربن، اتانول و غیره) و پیش ساز کاتالیزور (به طور معمول نانوذرات آهن) را وارد راکتور می‌کند. دمای بالا مواد اولیه را به نانوذرات کاتالیزوری برده و به دنبال آن تجزیه منبع کربنی و رسوب کربنی بر روی سطح آن‌ها انجام می‌شود، در ادامه نانولوله‌ها روی کاتالیزور رشد می‌کنند و در نهایت یک شبکه دو بعدی از فیلم حاوی نانولوله‌کربنی تک‌جداره به دست می‌آید.

انتخاب منبع کربن به خصوصیات مورد نظر نانولوله‌ها بستگی دارد. مونوکسید کربن با هزینه نسبتاً متوسط، کیفیت محصول بالایی را برای کاربرد‌های اپتیک و الکترونیک فراهم می‌کند. برای حل این مشکل، محققان به طور معمول از پروموتور‌های رشد استفاده می‌کنند، ترکیبات اضافی در راکتور CVD باعث افزایش رشد نانولوله یا بهبود فعال سازی کاتالیزور و/یا افزایش طول عمر می‌شوند.