يطور الباحثون تقنية تصنيع الأنابيب النانوية الثالثة والأخيرة "حسب الطلب"

مارس 27, 2021

 الطريقة الحالية لتصنيع الأنابيب النانوية الكربونية - في جوهرها صفائح ملفوفة من الجرافين - غير قادرة على السماح بالتحكم الكامل في قطرها وطولها ونوعها. تم حل هذه المشكلة مؤخرًا في نوعين من الأنواع الثلاثة المختلفة للأنابيب النانوية ، لكن النوع الثالث ، المعروف باسم الأنابيب النانوية "المتعرجة" ، ظل بعيد المنال. اكتشف باحثون من المعاهد الوطنية اليابانية للعلوم الطبيعية (NINS) الآن كيفية تصنيع الصنف المتعرج.



تم وصف طريقتهم في مجلة Nature Chemistry ، التي نُشرت في 25 يناير.


بفضل قدرة الكربون الفريدة على الاندماج مع الذرات الأخرى لتكوين جزيئات ، عندما يتحد مع نفسه ، يمكنه فعل ذلك بعدة طرق مختلفة هيكليًا (مثل الماس والجرافيت) بخصائص مختلفة. في العقود الأخيرة ، تم إنتاج أشكال مثل الجرافين - طبقة من الكربون بسمك ذرة واحدة تشكلت من شبكة سداسية تشبه قرص العسل -. آخر من هذه الأشكال المختلفة ، أو "المتآصلات" ، التي يمكن إنتاجها هي أسطوانة مجوفة من الجرافين تُعرف باسم الأنبوب النانوي.

عندما تتجمع سداسي الكربون في الأنبوب النانوي معًا في شبكة قرص العسل هذه ، فإنها تشكل إما كرسيًا بذراعين أو متعرجًا أو تكوينًا لولبيًا. يُستخدم الاسم "متعرج" للتكوين الذي يتم فيه توجيه "مسار" كل رابطة جزيئية بين ذرات الكربون أولاً إلى اليسار بمقدار 60 درجة ، ثم إلى اليمين بمقدار 60 درجة ، ثم اليسار بمقدار 60 درجة ، ثم إلى اليمين بمقدار 60 درجة مرة أخرى: متعرج نمط. يصف اسم "كرسي بذراعين" مسارًا يتحرك مرتين إلى اليسار ، ثم مرتين إلى اليمين ، قبل التكرار. من المفترض أن يشبه هذا المسار كرسي بذراعين ، ومن هنا جاءت تسميته. نوع ثالث ، مراوان ، يجلس بين هذين الشكلين ، إلى جانب صورته المعكوسة.


التركيب الجزيئي للحزام النانوي الكربوني المتعرج بواسطة التصوير البلوري بالأشعة السينية. الائتمان: NINS / IMS

إذا كان المرء قادرًا على أخذ سكين وشريحة عبر هذه الأنابيب مرتين أفقيًا مقابل المحور الطولي ، فيمكن للمرء أن ينتج "حزامًا" من الأنابيب النانوية ، يتكون من 12 حلقة سداسية من الكربون. يسمى هذا الحزام "نانوبيلت".


كانت الجهود المبذولة في إنتاج هذه الأحزمة النانوية موضوعًا للكثير من الأبحاث العلمية. هذا بسبب القيود المفروضة على التصنيع التقليدي للأنابيب النانوية ، والذي يأخذ ما يسمى بالشكل "من أعلى إلى أسفل". يتضمن التصنيع التنازلي عمليات سحق كتلة ضخمة من الكربون إلى مسحوق ، وبعد ذلك تتشكل الأنابيب النانوية بشكل عشوائي في واحد أو أكثر من أنواع التكوين الثلاثة.


قال ياسوتومو سيجاوا ، من معهد العلوم الجزيئية في NINS والمؤلف المقابل للورقة: "المشكلة هنا هي أنه لا يمكنك التحكم في نوع التكوين الذي تم تشكيله ، أو القطر ، أو حتى الطول". "ولكن إذا كان بإمكانك بناء أنبوب نانوي من الأسفل إلى الأعلى ، من" بذرة "الحزام النانوي ، فإنك إذن تتحكم في كل هذه الجوانب الثلاثة."


كان البحث السابق في عام 2019 قادرًا على إنتاج أحزمة نانوية ذات كرسي بذراعين ومراول ، ولكن ليس النوع الثالث - المتعرج.


نموذج للحزام النانوي الكربوني المتعرج (بتكبير 50 ​​مليون) أنتج بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد في مركز تطوير المعدات ، معهد العلوم الجزيئية. الائتمان: NINS / IMS

والآن وللمرة الأولى ، تمكن الباحثون من تشكيل حزام نانوي متعرج. كان مفتاح استراتيجية تصنيع الحزام النانوي هو سد الحلقات السداسية بواسطة ذرة أكسجين (إضافة وحدة أوكسانوربورنادين). تمكنوا بعد ذلك من استخدام علم البلورات بالأشعة السينية لتأكيد أن هذا الهيكل ، الذي تنبأت به الحسابات النظرية ، كان بالفعل يتشكل في العالم الحقيقي.

مع هذا التركيب الثالث للحزام النانوي ، فإن جميع الأنواع الثلاثة من الأنابيب النانوية - الكرسي ذو الذراعين ، والكرسي ، والمتعرج - متاحة الآن من حيث المبدأ. هذه خطوة رائعة نحو التوليف التصاعدي للأنابيب النانوية الكربونية المصممة حسب الطلب.


تتمثل الخطوة التالية في أخذ إثبات المفهوم هذا من خلال التوليف الفعلي الانتقائي للهيكل من الأسفل إلى الأعلى للأنابيب النانوية الكربونية ، باستخدام توليف الأنابيب النانوية الكربونية باستخدام أحزمة نانوية كبذور.

مشاركة

ليست هناك تعليقات:

جميع الحقوق محفوظة لــ medeshinews