SnO ایده‌آل می‌باشد. با این روش نانو لوله‌هایی در حد چند گرم تولید می‌شود.[۱۸]
۱-۶-۴-۳- تخلیه قوس الکتریکی۳۳
این روش ساده‌ترین روش تولید می‌باشد. در این روش محفظه‌ای داریم که خلاء تقریبی دارد. درون محفظه دو الکترود از جنس نانو لوله مدنظر برای ساخت وجود دارد که به منبع با ولتاژ بالا متصل هستند. این منبع با ایجاد جرقه باعث بخارشدن الکترود مورد نظر شده و اتم‌های بخار شده تشکیل نانو لوله را می‌دهند. این روش علی‌رغم سادگی به دلیل حجم کم تولید و عدم کنترل مناسب، کاربرد چندانی ندارد.
نانو لوله بورون نیترید، برای اولین بار با تخلیه قوس الکتریکی بین الکترود خنک شده مس و بورون نیترید پر شده با تنگستن به‌دست آمد.[۱۹] این نانو لوله از نوع چند دیواره با قطر تقریبی ۳-۱ نانومتر بود. چون مواد بورون نیتریدی عایق هستند، به همین دلیل برای استفاده به عنوان الکترود مناسب نیستند و امروز ترکیبات هادی بورونی مثل و یا به عنوان الکترود استفاده می‌شوند. از گاز N2 به عنوان گاز بی‌اثر و منبع نیتروژن استفاده می‌شود. نانولوله بورون نیتریدی حاصل از این روش به دلیل رشد در دمای بالا و حدود k 3000 به خوبی کریستالی شده‌اند.[۲۰ و ۲۱ و ۲۲]
۱-۶-۴-۴- اتوکلاو۳۴
نانو لوله‌های حاصل از این روش، کاملاً کریستال نیستند. در این روش مخلوطی از و دو ماده و و پودر منیزیم در اتوکلاو در دمای۶۰۰ به مدت ۶۰-۲۰ ساعت حرارت داده می‌شوند.[۲۳] در نتیجه نانو لوله بورون نیتریدی با قطر ۳۰۰-۳۰ نانومتر و طول تقریبی ۶ میکرومتر به‌دست آمد. نانو لوله‌های حاصل از این روش دیواره‌های نازک و فضای درونی بزرگتری دارند. به جای پودر منیزیم که نقش کاتالیزور در رشد نانو لوله بورون نیترید دارد، می‌توان از آهن یا کبالت نیز استفاده نمود. منبع بور، عنصر بور یا و منبع نیتروژن و یا می‌باشد.[۲۴ و ۲۵]
۱-۶-۵- مقایسه‌ی خواص نانو لوله بورون نیترید با نانو لوله‌ی کربنی
بورون نیترید یک ترکیب دوتایی حاصل از عناصر گروه‌های ۳ و ۵ جدول تناوبی برای رسیدن به ساختاری با خواص معین است. سیستم بورون نیترید بیش از آنکه مشابه ترکیبی حاصل از دو گروه باشد، مشابه سیستم کربنی نظیر خود است.

شکل (۱-۵) نانو لوله کربنی و نانو لوله بورون نیترید

جدول زیر خواص دو نانو لوله را با هم مقایسه می‌کند.[۸ و ۲۶ و ۲۸]

جدول (۱-۱) ویژگی‌های نانو لوله بورون نیترید در مقایسه با نانو لوله کربنی
پایداری حرارتی
هدایت گرمایی در دمای اتاق برحسب (W/mK)
لومیسنانس
ساختار الکترونیکی
پیوند
نانو
لوله
وابسته به نمونه متغیر بین C? 500 و C?700
تئوری ۶۰۰۰~
تجربی برای
تجربی برای
تجربی برای
مادون قرمز با طول موج برابر
فلزی یا نیمه‌هادی، وابسته به کایرالیته
پیوند کووالانسی طول پیوند=
۴۶۳/۱-۴۰/۱
کربنی
در مجاورت هوا تا ۹۰۰
تئوری
تئوری
تجربی در
بنفش یا فرابنفش با طول موج برابر
شکاف پیوندی برابر مستقل از کایرالیته
پیوند کووالانسی با ویژگی یونی طول پیوند برابر
۴۵۴/۱-۴۳۶/۱
بورون نیترید

۱-۶-۵-۱- الکترونگاتیویته۳۵
نانو لوله بورون نیترید در مقایسه با نانو لوله کربنی ایزوالکترون‌تر است. اما به دلایل اختلاف موجود در الکترونگاتیویته اتم‌های B و N دارای ممان دو قطبی می‌باشد. پیوند B-N قطبی تر از C-C است و این می‌تواند ویژگی‌های مولکولی و الکتریکی حالت جامد مثل ویژگی‌های نوری را با توجه به مسأله اوربیتال تحت تأثیر قرار دهد.[۱۲]
۱-۶-۵-۲- شکل ظاهری۳۶
همان‌گونه که در شکل (۱-۵) نشان داده شده است، تفاوت عمده این دو نانو لوله در شکل ظاهری آنهاست. نانو لوله بورون نیترید سفید خالص و یا سفید مایل به زرد است. در حالی‌که نانو لوله عموماً سیاه است[۱۲].

شکل (۱-۶) شکل ظاهری نانو لوله کربنی (a) و نانو لوله بورون نیترید (b)

۱-۶-۵-۳- رسانایی۳۷ و لومیسانس۳۸
شکاف پیوندی مربوط به نانو لوله بورون نیترید بین ev(6-5) است که باعث می‌شود این نانو لوله عایق بسیار مناسبی باشد[۲۹ و ۳۰ و ۳۱] در حالی که نانو لوله کربنی یک هادی و نهایتاً یک نیمه هادی است[۳۲] که این مسأله ناشی از شکاف پیوندی کمی است که در ساختار آن وجود دارد. این اختلاف در مورد خصلت و ساختار الکترونیکی، منجر به تفاوت این دو نانو لوله در نشر لومینسانس خواهد شد، به این صورت که نانو لوله بورون نیترید بر اثر القای الکترونی و یا القای فوتونی نور بنفش یا فرابنفش منتشر می‌کند در حالی که نانو لوله کربنی نور مادون قرمز نشر خواهد کرد.[۳۳ و ۳۴ و ۳۵]
۱-۶-۵-۴- خواص مکانیکی و حرارتی۳۹
هر دو نانو لوله از نظر خواص مکانیکی بسیار عالی هستند و گاهی نانو لوله بورون نیترید بهتر از کربنی نیز هست. دلیل این مسأله را می‌توان به دمای بالای سنتز آن و کریستالیزاسیون بهتر نانو لوله بورون نیترید مربوط کرد.[۱۲] با توجه به ویژگی‌های حرارتی، محاسبات نشان می‌دهند که نانو لوله‌های کربنی به طرز حیرت‌آوری هادی گرما هستند (W/mK 6000).[36] در مورد نانو لوله بورون نیترید دو مقدار گزارش شده است که یکی بیش از نانو لوله‌های کربنی[۳۷] و دیگری کمتر از آن و در حدود (W/mK 1000) است. در ضمن در مورد پایداری در برابر گرما و اکسیداسیون نانو لوله‌های بورون نیترید بسیار مناسب‌تر هستند.[۱۲]
۱-۶-۵-۵- کاربرد۴۰
در برخی موارد می‌توان از هردوی این نانو لوله‌ها استفاده نمود. برای مثال در تقویت مکانیکی یا بهبود هدایت گرمایی مخلوط مواد. در برخی از کاربردها به دلیل تفاوت‌های این دو نانو لوله، آنها را در موارد عکس هم به کار می‌گیرند. برای مثال نانو لوله بورون نیترید می‌تواند نقش عایق الکتریکی را ایفا کند در حالی که نانو لوله‌های کربنی رسانا هستند و در اثر این خواص آنها را به ترتیب می‌توان به عنوان عایق کننده یا محتوای مواد عایق و بهبود هدایت الکتریکی پلی‌مرها به کار برد. در برخی موارد هم هر دو را هم زمان به کار می‌برند. مثل دستگاه‌های برقی که در طول موج‌های متفاوت ممکن است نانو لوله‌های متفاوتی فعال باشند.[۱۲]
۱-۶-۶- کاربردهای نانو لوله بورون نیترید
۱-۶-۶-۱- ذخیره هیدروژن۴۱
یکی از کاربردهای اصلی این نانو لوله‌ها، ذخیره هیدروژن می‌باشد. مطالعات مختلفی با نانو لوله‌های مختلف در این زمینه انجام شده که نتایج متناقض از آنها حاصل شده است. برخی از گزارش‌ها حاکی از این می‌باشد که این نانو لوله‌ها در زمینه‌ی جذب فیزیکی و یا شیمیایی هیدروژن نمی‌تواند از نظر انرژی کاندید مناسبی باشد اما برخی دیگر اثبات کرده‌اند که ظرفیت جذبی هیدروژن مربوط به نانو لوله‌های بورون نیترید در مقایسه با نانو لوله‌های کربنی بسیار بهتر و بیشتر است. [۳۸]
۱-۶-۶-۲- نانو پرکننده در کامپوزیت‌ها۴۲
در کنار جذب هیدروژن، این نانو لوله‌ها به عنوان نانو پرکننده‌های کامپوزیت‌ها به کار می‌روند. ویژگی‌های منحصر به فرد این نانو لوله‌ها مانند مدول الاستیکی۴۳ بالا و نیز هدایت گرمایی۴۴ بالا، باعث شده است که این نانو لوله‌ها به عنوان گزینه‌های مطرح به‌عنوان پر کننده‌های مواد کامپوزیتی باشند تا به توان مکانیکی۴۵ بالا، هدایت گرمایی بالا و ظرفیت اتلاف حرارتی کم۴۶ در مخلوط مورد نظر خود برسیم.[۳۶ و ۳۹] جدول زیر بهبود هدایت گرمایی کامپوزیت‌ها را در حضور نانو لوله‌های بورون نیترید نشان می‌دهد.

جدول (۱-۲) بهبود هدایت گرمایی کامپوزیت‌های پلی مری نانو لوله‌های بورون نیترید
ضریب بهبود
پلی مر با پرکننده بورون نیترید
(W/mk) پلی‌مر خالص
درصد وزنی BNNT
پلی‌مر
۵/۷
۰۸/۰?۸۱/۱
۰۳/۰?۲۴/۰
۱۸
پلی وینیل بویترال
۱/۲۰
۲۱/۰?۶۱/۳
۰۱/۰?۱۸/۰
۳۵
پلی استایرن
۱/۲۱
۲۶/۰?۱۶/۳
۰۳/۰?۱۵/۰
۲۴
پلی‌متیل متا اکریلات
۷/۱۴
۰۵/۰?۵/۲
۰۴/۰?۱۷/۰
۳۷
پلی اتیلن وینیل الکل
۱-۶-۶-۳- سازگاری با بافت زنده۴۷ و کاربرد آن
برای مواد نانو، زیست سازگاری مهم‌تر از تمامی ویژگی‌های آن است. سیوفانی۴۸ اولین بررسی‌ها را در این زمینه بر روی این نانو لوله‌ها انجام داد.[۴۰] نتایج بررسی‌های او نشان داد که این مواد تاغلظت ?g/ml 5/0 سازگار با محیط بدن انسان هستند. اما در غلظت‌های بالاتر، خصلت سمیت کمی از آن دیده شد.[۴۱] مطالعات مشابه بسیاری در این زمینه انجام شد و نتایج حاصل شده باعث شد که از این نانو لوله‌ها به عنوان حامل مولکول‌های بیولوژیکی و درمان برخی بیماری‌ها استفاده شود.[۱۲]
۱-۶-۶-۴- کاربردهای دیگر
هرچند گزارشات و تحقیقات چندانی در مورد نانو لوله‌های بورون نیترید در دست نیست و برخی هم براساس یافته‌های تئوری استوار است اما برخی یافته‌های جالب هم قابل توجه می‌باشد. برای مثال هوانگ۴۹ و همکارانش سنسور pH‌ای در حد میکرومتر بر پایه نانو لوله‌های بورون نیترید چند دیواره‌ای ساختند. مکانیزم سنسور بر پایه pH وابسته به سیگنال‌های لومینانس و رامان موجود در مولکول‌های فلورسانس کننده در نانو لوله‌های بورون نیترید است.[۴۲] لی۵۰ ا‌ُسیلاتوری گیگاهرتزی از نانو لوله بورون نیترید دارای دو دیواره‌ ساخت که فرکانسی۵۱ بالاتر از نانو لوله کربنی حاصل می‌کند.[۴۳] در شکل (۱-۷) تصاویری از نانو لوله‌های فنجانی۵۲ و بامبو۵۳ مانند آورده شده است.

شکل (۱-۷) (a) تصویر TEM از نانو لوله بورون نیترید با ساختار فنجانی انباشته. (b) تصویر بزرگنمایی شده HREM نانو لوله (c) مدل ساختاری نانو لوله دارای چهار دیواره‌ای با ساختار فنجانی انباشته (d) تصویر TEM از نانو لوله بامبو مانند و (e) تصویر بزرگنمایی شده HREM مربوط به بخشی از تصویر d که با فلش سفید نشان داده شده است.
۱-۷- مروری بر تحقیقات گذشته
جی آو۵۴ و همکاران(۲۰۰۴) ساختار و پایداری ایزومرهای نانو لوله B28N28 را بررسی کردند. آنها ابتدا کلیه ساختارهای ایزومری را در قالب تئوری تابعیت چگالی،۵۵ DFT با استفاده‌ از متد و تابع پایه
B3LYP/6-316 بهینه کردند و بررسی‌های آنها نشان داد که شباهتی بین ساختار قفسی مانند B24N24 و B28N28 وجود ندارد. در مورد ایزومرهای B28N28 ، آن ساختاری که ۶ مربع، ۲۴ شش وجهی و تقارن T دارد، به اندازه kcal/mol 5/26 پایدارتر ساختار ایزومری است که ۲ قفس، ۸ مربع، ۲۰ شش وجهی و تقارن C4h دارد.[۴۴]
وو۵۶ و همکاران (۲۰۰۴) در پروژه‌ای مشابه ساختار و پایداری ایزومرهای قفسی شکل نانو لوله B32N32 را بررسی کردند. آنها ابتدا ساختارها را با روش DFT و ترکیبی از متد و تابع پایه B3YP/6-31 G* بهینه نموده و بررسی‌های خود را ادامه دادند. آنها نتیجه گرفتند که ساختار B32N32 شبیه ساختار B28N28 است اما متفاوت از ساختار B24N24 می‌باشد. از بین ایزومرهای موجود، ساختاری که ۶ مربع، ۲۸ شش وجهی و تقارن T دارد به میزان kcal/mol49/6 پایدارتر از ایزومری است که دو قفس، ۸ مربع و ۲۴ هشت وجهی دارد. به

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید