ჰიბრიდული მასალებით დამზადებული ახალი ნახშირბადის ნანომილაკების სტრუქტურები, რომლებიც ცვლიან მათ შესანიშნავ თვისებებს

ნახშირბადზე დაფუძნებული ნანომასალები, როგორიცაა ნახშირბადის ნანომილაკები (CNT), ფულერენები და გრაფენი, საინტერესოა მათი უნიკალური ფიზიკური თვისებების გამო. ახალი კვლევა იკვლევს ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურების პოტენციალს და წარმოგვიდგენს ახალ ფოროვან გრაფენის CNT ჰიბრიდულ სტრუქტურას მნიშვნელოვანი თერმული და მექანიკური თვისებებით.

ეს კვლევა აჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება შეიცვალოს ახალი გრაფენის CNT ჰეტეროსტრუქტურების მნიშვნელოვანი თვისებები CNT-სა და გრაფენის შინაგანი გეომეტრიული განლაგების, ასევე სხვადასხვა შემავსებლის მცირედი შეცვლით.

გრაფენის CNT ჰიბრიდულ სტრუქტურებში თბოგამტარობისა და მექანიკური სიმტკიცის ზუსტი კონტროლის უნარი მას პოტენციურად შესაფერის კანდიდატად აქცევს სხვადასხვა გამოყენებისთვის, განსაკუთრებით მოწინავე აერონავტიკულ წარმოებაში, სადაც წონა და სიმტკიცე კრიტიკულია.

ნახშირბადის ნანოსტრუქტურები: ნახშირბადის ნანომილაკები, გრაფენი, ფულერენები

ნახშირბადის ნანოსტრუქტურები და მრავალი ნახშირბადის ნანოსტრუქტურის ნარევები ბოლო დროს იქნა შესწავლილი, როგორც პოტენციური კანდიდატები მრავალი სენსორული, ფოტოელექტრული, ანტიბაქტერიული, ენერგიის შენახვის, საწვავის უჯრედების და გარემოს გაუმჯობესების აპლიკაციებისთვის.

ნახშირბადზე დაფუძნებული ნანოსტრუქტურებიდან ყველაზე თვალსაჩინოა CNT-ები, გრაფენი და ფულერენები. მათი უკიდურესად მცირე ზომის გამო, ეს სტრუქტურები ავლენენ უნიკალურ თერმულ, მექანიკურ, ელექტრონულ და ბიოლოგიურ თვისებებს.

სუბნანომეტრულ დიაპაზონში გაზომილი სტრუქტურები კვანტური ფიზიკის სპეციალური კანონების შესაბამისად მოქმედებენ, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია არაინტუიციური ფენომენების, როგორიცაა კვანტური გვირაბირება, კვანტური სუპერპოზიცია და კვანტური ჩახლართულობა, გამოსაყენებლად.

ნახშირბადის ნანომილები ნახშირბადისგან დამზადებული მილებია და დიამეტრი მხოლოდ რამდენიმე ნანომეტრია. ნახშირბადის ნანომილები შესანიშნავ ელექტროგამტარობას ავლენენ და ზოგიერთი მათგანი ნახევარგამტარული მასალაა.

ნანოსტრუქტურისა და ნახშირბადის ატომებს შორის წარმოქმნილი კოვალენტური ბმების სიმტკიცის გამო, ნახშირბადის ნანომილაკებს ასევე აქვთ მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე და თბოგამტარობა.

ნახშირბადის ნანომილები პოტენციურად ღირებული მასალებია ელექტრონიკის, ოპტიკისა და კომპოზიტებისთვის და შესაძლოა, უახლოეს წლებში ნახშირბადის ბოჭკოები ჩაანაცვლონ. ნანოტექნოლოგიები და მასალათმცოდნეობა ასევე იყენებენ ნახშირბადის ნანომილებს თავიანთ კვლევებში.

გრაფენი ნახშირბადის იზომერია, რომელიც ნახშირბადის ატომების ერთი ფენის სახითაა განლაგებული, რომელიც ექვსკუთხედებისგან შემდგარი ორგანზომილებიანი ბადისებრი სტრუქტურის სახითაა განლაგებული. 2004 წელს მეცნიერებმა ენდრიუ გეიმმა და კონსტანტინ ნოვოსელოვმა დიდი ბრიტანეთის მანჩესტერის უნივერსიტეტში პიონერული ექსპერიმენტების სერიაში პირველად იზოლირება მოახდინეს, რამაც მათ 2010 წელს ფიზიკის დარგში ნობელის პრემია მოუტანა.

მას შემდეგ ათწლეულების განმავლობაში, გრაფენი გახდა სასარგებლო ნანომასალა უკიდურესად მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცით, გამჭვირვალობითა და ელექტროგამტარობით, ელექტრონიკაში, სენსორებსა და სხვა მოწინავე ტექნოლოგიებში ფართო და მრავალფეროვანი გამოყენებისთვის.

ლერენი კიდევ ერთი ნახშირბადის იზომერია, რომელიც უკვე გარკვეული ხანია ცნობილია. მისი მოლეკულა შედგება ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია ერთჯერადი და ორმაგი ბმებით ბადეში, რომელიც შეიძლება იყოს დახურული ან ნაწილობრივ დახურული. ბადე შედუღებულია ხუთი, ექვსი ან შვიდი ატომისგან შემდგარ რგოლთან.

ფულერენის მოლეკულები შეიძლება იყოს ღრუ სფეროსებრი, ელიფსოიდური, მილისებრი ან მრავალი სხვა ფორმისა და ზომის. გრაფენი შეიძლება ჩაითვალოს ფულერენის ოჯახის უკიდურეს წევრად, თუმცა ის საკუთარი მასალის კლასის წევრად ითვლება.

ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურები

ამ ნახშირბადის ნანოსტრუქტურების ინდივიდუალურად გაგებასა და დახასიათებაში ჩადებული ფართომასშტაბიანი კვლევის გარდა, მეცნიერები ასევე იკვლევენ ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურების თვისებებს, რომლებიც ორ ან მეტ ნანოსტრუქტურირებულ ელემენტს ერთ მასალად აერთიანებენ.

მაგალითად,ქაფებიაქვთ რეგულირებადი თვისებები, რაც მათ შესაფერისს ხდის პრაქტიკული გამოყენებისთვის, როგორიცაა სენდვიჩის სტრუქტურების დიზაინი, ბიოთავსებადი დიზაინები და მაღალი სიმტკიცის, დაბალი წონის სტრუქტურების დიზაინი.

ნახშირბადზე დაფუძნებული ნანოქაფი ასევე გამოიყენება მედიცინაში ძვლის დაზიანების შესასწავლად და ძვლოვანი ქსოვილის ჩანაცვლების საფუძვლად.

ნახშირბადზე დაფუძნებული თაფლისებრი სტრუქტურები მიიღება ქიმიური ორთქლის დეპონირების (CVD) და ხსნარის დამუშავებით. ნაპერწკლოვანი პლაზმური სინთეზირების (SPS) მეთოდები ასევე გამოიყენება გრაფენის ბიოლოგიურ და სამედიცინო მიზნებისთვის გამოსაყენებლად.

ამიტომ, მეცნიერები ეძებენ გზებს, რათა სამგანზომილებიანი ნახშირბადის ქაფის სტრუქტურები სტაბილური გახადონ. კვლევებმა აჩვენა, რომ იმისათვის, რომ ეს მასალა საკმარისად სტაბილური გახდეს ფართო სპექტრის გამოყენებისთვის, საჭიროა სტაბილური კავშირების ჩამოყალიბება სხვადასხვა ტიპის სტრუქტურებს შორის (ნახშირბადის ნანომილაკები, ფულერენები და გრაფენი).

ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურების ახალი კვლევა

თურქეთის ქალაქ სტამბოლის ტექნიკური უნივერსიტეტის მექანიკური ინჟინრების მიერ ჩატარებული ახალი კვლევის შედეგად წარმოიშვა ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურის ახალი ტიპი, რომელიც ქიმიური ბმებით წარმოიქმნება.

ფოროვანი გრაფენის ნანოლენტებით დამზადებული გრაფენის ნანოლენტებით ორგანიზებით ნახშირბადის ნანომილაკების გარშემო გრაფენის სხვადასხვა გეომეტრიული განლაგება (კვადრატული, ექვსკუთხა და რომბისებრი ნიმუშები) იწვევს მასალაში სხვადასხვა ფიზიკური თვისებების დაკვირვებას, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ ეს გეომეტრიული გადალაგება შეიძლება გამოყენებულ იქნას ახალი სტრუქტურების დასახვეწად.

მაგალითად, მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ფულერენებით ჩასმული სტრუქტურები ავლენდნენ მნიშვნელოვან შეკუმშვის სტაბილურობას და სიმტკიცეს დაჭიმვის სიმტკიცის შელახვის გარეშე. ნახშირბადის ნანოსტრუქტურების გეომეტრიულ განლაგებას ასევე მნიშვნელოვანი გავლენა ჰქონდა მათ თერმულ თვისებებზე.

მკვლევარები ამბობენ, რომ ეს ახალი ჰიბრიდული ნანოსტრუქტურები მნიშვნელოვან უპირატესობებს გვთავაზობს, განსაკუთრებით აერონავტიკის ინდუსტრიისთვის. ამ ჰიბრიდული სტრუქტურების მქონე ნანოსტრუქტურების გამოყენება ასევე შესაძლებელია წყალბადის შესანახად და ნანოელექტრონიკისთვის.