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कार्बन नैनोट्यूब विज्ञान और प्रौद्योगिकी

कार्बन नैनोट्यूब कार्बनिक कार्बन के आणविक-स्तरीय नलिकाएं बकाया गुणों के साथ हैं। वे सबसे ताकतवर और मजबूत फाइबर के बीच में हैं, और उल्लेखनीय इलेक्ट्रॉनिक गुण हैं और कई अन्य अनोखी विशेषताओं हैं। इन कारणों से उन्होंने विशाल अकादमिक और औद्योगिक हित को आकर्षित किया है, हर साल नैनोट्यूब प्रकाशित किए जाने वाले हजारों पत्रों के साथ। वाणिज्यिक अनुप्रयोगों को विकसित करने के बजाय धीमी गति से किया गया है, हालांकि मुख्य रूप से सर्वोत्तम गुणवत्ता वाले नैनोट्यूब के उच्च उत्पादन लागत के कारण!

इतिहास

१९८५ में कार्बन नैनोट्यूब में वर्तमान विशाल ब्याज, बैकमिंस्टरफ़ेल्ल्रीन, सी ६० और अन्य फुलरीन के संश्लेषण का सीधा परिणाम है। इस खोज से कार्बन विश्व भर में ग्रेफाइट और हीरे प्रेरित शोधकर्ताओं के अलावा अन्य नए रूपों की खोज करने के लिए स्थिर, कार्बन का खोज को १९९० में दिखाया गया था कि सी ६० को सभी प्रयोगशालाओं में आसानी से उपलब्ध एक सरल चाप-वाष्पीकरण उपकरण में बनाया जा सकता है। यह ऐसे बाष्पीकरणकर्ता का प्रयोग कर रहा था कि जापानी वैज्ञानिक सुमो आईजिमा ने १९९१ में फुलरीन से संबंधित कार्बन नैनोट्यूब का पता लगाया था। ट्यूब में कम से कम दो परतें होती थीं, अक्सर कई और बाहरी व्यास में लगभग 3 एनएम से 30 एनएम तक होती थी। वे दोनों सिरों पर हमेशा बंद थे।

MWNT_SWNT

कुछ मल्टी-नल नैनोट्यूब के ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ को आंकड़ा (बाएं) में दिखाया गया है। १९९३ में, कार्बन नैनोट्यूब की एक नई श्रेणी की खोज की गई थी, केवल एक परत के साथ। ये सिंगल-दीवार नैनोट्यूब आम तौर पर १/२ एनएम की सीमा में व्यास के साथ मल्टी-नल नलिकाओं की तुलना में संकुचित होते हैं, और सीधा होने की बजाय घुमावदार होते हैं। दाईं ओर की छवि कुछ विशिष्ट एकल दीवारों वाली ट्यूबों को दिखाती है यह जल्द ही स्थापित हो गया था कि इन नए फाइबर में असाधारण गुणों की एक श्रृंखला थी (नीचे देखें), और इसने कार्बन नैनोट्यूब में अनुसंधान के विस्फोट को छिड़ दिया। यह नोट करना महत्वपूर्ण है, हालांकि, कार्बन के नैनोस्केल ट्यूब्स, उत्प्रेरित रूप से उत्पादित किए गए, Iijima की खोज के पहले कई वर्षों से ज्ञात किया गया था। मुख्य कारण यह है कि इन शुरुआती ट्यूबों ने विस्तृत हित को उत्तेजित नहीं किया क्योंकि वे संरचनात्मक रूप से अपूर्ण थे, इसलिए विशेष रूप से दिलचस्प गुण नहीं थे। हालिया शोध में उत्प्रेरित-उत्पादित नैनोट्यूब की गुणवत्ता में सुधार लाने पर ध्यान केंद्रित किया गया है।

संरचना

कार्बन नैनोट्यूब में बंधन २ है, प्रत्येक परमाणु तीन पड़ोसियों में शामिल हो गया है, जैसा कि ग्रेफाइट में है। इसलिए ट्यूबों को लुढ़का हुआ ग्रेफेन शीट (ग्राफीन एक अलग ग्रेफाइट परत है) के रूप में माना जा सकता है तीन अलग-अलग तरीके हैं जिसमें एक ग्रेफेन शीट एक ट्यूब में लुढ़का जा सकता है, जैसा कि नीचे चित्र में दिखाया गया है।

Struct_tubes

इनमें से पहले दो, जिन्हें “आर्मचैयर” (शीर्ष बाएं) और “ज़िग-ज़ैग” (मध्यम बायां) के रूप में जाना जाता है, में उच्च-समरूप समरूपता है शब्द “आर्मचैर” और “ज़िग-ज़ैग” परिधि के चारों ओर हेक्सागोन की व्यवस्था का संदर्भ देते हैं। ट्यूब का तीसरा वर्ग, जो प्रथा में सबसे आम है, को चिरल के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि यह दो दर्पण से संबंधित रूपों में मौजूद हो सकता है। चिरल नैनोट्यूब का एक उदाहरण नीचे बाईं ओर दिखाया गया है।

Wedge

नैनोट्यूब की संरचना एक वेक्टर, (एन, एम) द्वारा निर्दिष्ट की जा सकती है, जो परिभाषित करती है कि ग्राफीन शीट को कैसे शुरू किया गया है। इसे सही पर आंकड़े के संदर्भ में समझा जा सकता है सूचकांक (६,३) के साथ एक नैनोट्यूब बनाने के लिए, कहते हैं कि शीट को लुढ़काया जाता है ताकि एक लेबल (६,३) पर परमाणु लेबल (०, ०) लगाया गया हो। यह आंकड़ा से देखा जा सकता है कि सभी zig-zag ट्यूबों के लिए m = ०, जबकि सभी अरखैर ट्यूबों के लिए n = m।

संश्लेषण

चाप-वाष्पीकरण पद्धति, जो सबसे अच्छी गुणवत्ता वाले नैनोट्यूब का उत्पादन करती है, में हीलियम के वातावरण में लगभग दो ग्राफ़ाइट इलेक्ट्रोड के बीच लगभग ५० एम्पों को पार करना शामिल है। इससे ग्रेफाइट को वाष्पीकरण का कारण बनता है, इनमें से कुछ प्रतिक्रिया वाले पोत की दीवारों पर संघनित करते हैं और कैथोड पर कुछ। यह कैथोड पर जमा होता है जिसमें कार्बन नैनोट्यूब होते हैं। एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब का उत्पादन होता है जब सह और नी या कुछ अन्य धातु को एनोड में जोड़ दिया जाता है। यह १९५० के दशक के बाद से जाना जाता है, यदि पहले नहीं, तो कार्बन नैनोट्यूब भी एक कार्बन युक्त गैस, जैसे कि हाइड्रोकार्बन, एक उत्प्रेरक पर पारित किया जा सकता है। उत्प्रेरक में धातु के नैनो आकार के कण होते हैं, आमतौर पर फ़े, सह या नी। ये कण कार्बन में गैसीय अणुओं का टूटना उत्प्रेरित करते हैं, और एक ट्यूब टिप पर धातु कण के साथ बढ़ने लगती है। यह १९९६ में दिखाया गया था कि एकल दीवारों वाले नैनोट्यूब भी उत्प्रेरित रूप से उत्पादित किया जा सकता है। इस तरह से उत्पादित कार्बन नैनोट्यूब की पूर्णता आमतौर पर चाप-वाष्पीकरण द्वारा बनाई गई तुलना में गरीब थी, लेकिन तकनीक में बहुत सुधार हाल के वर्षों में किया गया है। चाप-वाष्पीकरण पर उत्प्रेरक संश्लेषण का बड़ा फायदा यह है कि यह मात्रा के उत्पादन के लिए बढ़ाया जा सकता है। कार्बन नैनोट्यूब बनाने के लिए तीसरे महत्वपूर्ण विधि में एक धातु-ग्रेफाइट लक्ष्य को भंग करने के लिए एक शक्तिशाली लेजर का उपयोग करना शामिल है। यह उच्च उपज के साथ एकल दीवारों वाले ट्यूबों का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

गुण

एसपी -2 कार्बन-कार्बन बंधों की ताकत कार्बन नैनोट्यूब को आश्चर्यजनक यांत्रिक गुण देती है। किसी सामग्री की कठोरता को यंग के मापांक के अनुसार मापा जाता है, लागू तनाव के साथ तनाव में बदलाव की दर। सबसे अच्छा नैनोट्यूब का यंग का मापांक १००० जीपीए जितना उच्च हो सकता है जो स्टील से लगभग ५x अधिक है। तन्य शक्ति या नैनोट्यूब के तनाव को तोड़ने से ६३ जीपीए तक हो सकता है, स्टील की तुलना में करीब ५०x अधिक है। इन गुणों, कार्बन नैनोट्यूब की लपट के साथ युग्मित, उन्हें एयरोस्पेस जैसे अनुप्रयोगों में काफी संभावना देता है। यह भी सुझाव दिया गया है कि नैनोट्यूब का प्रयोग “स्पेस एलेवेटर” में किया जा सकता है, जो पहले आर्थर सी। क्लार्क द्वारा प्रस्तावित पृथ्वी-टू-स्पेस केबल है। कार्बन नैनोट्यूब के इलेक्ट्रॉनिक गुण भी असाधारण होते हैं। विशेष रूप से उल्लेखनीय तथ्य यह है कि नैनोट्यूब धातु या उनके संरचना के आधार पर अर्धचालक हो सकते हैं। इस प्रकार, कुछ नैनोट्यूब के पास तांबा की तुलना में अधिक प्रवाहकत्त्व है, जबकि अन्य सिलिकॉन की तरह व्यवहार करते हैं। नैनोट्यूब से nanoscale इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण की संभावना में बहुत रुचि है, और इस क्षेत्र में कुछ प्रगति की जा रही है। हालांकि, एक उपयोगी उपकरण बनाने के लिए हमें एक परिभाषित पैटर्न में हजारों नैनोट्यूब को व्यवस्थित करने की आवश्यकता होगी, और हमें इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए अभी तक नियंत्रण की डिग्री नहीं है। प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्र हैं जहां कार्बन नैनोट्यूब पहले से उपयोग किए जा रहे हैं। इसमें फ्लैट पैनल डिस्प्ले, स्कैनिंग सूक्ष्मदर्शी और सेंसिंग डिवाइस शामिल हैं। कार्बन नैनोट्यूब के अद्वितीय गुण निस्संदेह कई और अधिक अनुप्रयोगों के लिए नेतृत्व करेंगे।

नैनोहोर्न

नैनोट्यूब कैप के समान आकार वाले कार्बन शंकुओं को पहली बार पीटर हैरिस, एडमन त्सांग और सहकर्मियों द्वारा १९९४ में तैयार किया गया था (हमारे पेपर देखने के लिए यहां क्लिक करें)। वे फुलरीन सॉट के उच्च तापमान गर्मी उपचार द्वारा उत्पादित किए गए थे – एक विशिष्ट छवि देखने के लिए यहां क्लिक करें सूमियो आईजिमा समूह ने बाद में दिखाया कि वे ग्रेफाइट के लेजर पृथक्करण द्वारा भी तैयार किए जा सकते हैं, और उन्हें “नानोहोर्न” नाम दिया है। इस ग्रुप ने यह दर्शाया है कि नैनोहोर्न में उल्लेखनीय adsorptive और उत्प्रेरक गुण हैं।

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कार्बन नैनोट्यूब और संबंधित सामग्री के वाणिज्यिक आपूर्तिकर्ता

अस्वीकरण: इस साइट पर कंपनियों की लिस्टिंग विशेष कंपनियों या उत्पादों का समर्थन नहीं करता है।

 

Source: http://www.personal.rdg.ac.uk/~scsharip/tubes.htm

 

 

 

 

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