چکیده :
در این پژوهش به بررسی نقش و تاثیر تکنولوژی نانو در صنایع خودروسازی پرداخته شده است ، NanoCar، مطالعه ای جهانی در مورد تغییرات صنعت خودرو است که همزمان با توسعه فناوری نانو و همگرایی نانو در میان تولیدکنندگان خودرو در سال های 2004 تا 2015 صورت می گیرد. خودروی آینده، با پیشرفت های مقرون به صرفه ای در ارتباط خواهد بود که مبتنی بر کوچک سازی، مواد سبک تر و مستحکم تر و سیستم های جدید انرژی بوده و در عین حال، خودرویی هوشمند خواهد شود.
مقدمه :
فناوری نانو تا 20 سال آینده، همانند فناوری اطلاعات در 20 سال گذشته، فناوری توانمندساز خواهد بود. هر شرکتی در دنیا به وسیله این فناوری و از طریق همگرایی فناوری های: نانو، زیستی، تشخیصی و اطلاعات، تغییر خواهد یافت. فناوری نانو، فناوری میان بخشی است و تمام فناوری ها و بازارهای شناخته شده کنونی را تغییر داده و یا از نو تعریف خواهد کرد. این فناوری، در کوتاه مدت باعث تغییر و کامل شدن علوم زیستی، داروسازی، روش های تشخیص، فناوری پزشکی، غذا، فناوری محیط زیست، آب، انرژی، الکترونیک، مهندسی مکانیک و... خواهد شد. فناوری های میکرو و نانو، قبلاً تغییراتی در صنعت خودرو ایجاد کرده اند. در خودروها، میکروتراشه ها موتور را تنظیم می کنند، فناوری های جدید ترمز خودرو را کنترل می کنند. ابزارهای الکترونیکی، از احتراق تمیز موتور اطمینان حاصل می کنند. صنعت خودرو یکی از زمینه هایی است که شروع به بهره گیری از مزایای نانوکامپوزیت ها در اجزا و سیستم های مختلف کرده است. این کاربردها، از مبدل های کاتالیزوری (برای تبدیل مؤثرتر محصولات جانبی احتراق به مواد بی خطر) گرفته، تا پلاستیک ها و روکش های سبک وزنی که بهره سوخت و عمر خودرو را افزایش می دهند، شامل می شوند.
فناوری نانو؛ الزامی برای شرکت های خودروسازی
پیشرفت های فناوری نانو در صنعت خودرو، طوفان نوآوری بزرگ تری را پیش بینی می کنند. صنعت خودرو از طریق فناوری نانو، رشد بزرگ و قابلیت پیشرفت عظیمی را به دست خواهد آورد. طی 10 سال، طراحی و تولید خودروها، کامیون ها، اتوبوس ها و... با استفاده از فناوری نانو و فناوری های مشابه، تا 60 درصد تحت تأثیر قرار خواهند گرفت. توانایی دستکاری اتم ها و مولکول ها، ابعاد جدیدی از صنعت خودرو را پیش روی ما قرار خواهد داد. فناوری نانو الزامی حیاتی برای شرکت های خودروسازی است. روندهای غالب علم و فناوری به سمت مقیاس نانو حرکت می کنند. صنعت خودرو از طریق دستیابی به موتورهای پیشرفته، استفاده از انرژی های نو، کاهش وزن ماشین، بهبود عملکرد مواد، افزایش میزان راحتی و انعطاف پذیری، افزایش بهره وری و... از این روند سود خواهد برد. تقریباً تمام قطعات خودرو را می توان به وسیله فناوری نانو، بهبود بخشید. فناوری نانو، موجب ایجاد فضایی بسیار زیاد برای نوآوری و همچنین بازارهایی عظیم برای صنعت خودرو خواهد شد. قدرت رقابت در 10 سال آینده، به میزان توسعه کاربردهای فناوری نانو توسط خودروسازان در خودروهایشان بستگی دارد. فناوری نانو، ارتباط بسیار نزدیکی با دیگر فناوری های مقیاس مولکولی نظیر فناوری زیستی، فناوری عصبی و فناوری اطلاعات دارد. همگرایی آنها، کنترل دقیق ساخت مولکولی را موجب می شود. فناوری های همگرا، نه تنها صنعت را تغییر خواهند داد بلکه موجب تغییر سبک زندگی و جامعه خواهند شد. اثرات آنها بر محیط زیست، انرژی، بازار کار و اقتصاد جامعه، باید پیشاپیش مورد بررسی دقیق قرار گیرد. امروزه تعداد کمی از صنایع خودروسازی عمده در مرحله تحقیق یا استفاده اولیه از فناوری نانو قرار دارند. تا سال 2010 تمام خودروسازان و بخش اعظمی از تولیدکنندگان قطعات، درگیر فناوری نانو خواهند شد. تا سال 2015، محصولات و خدمات مربوط به فناوری نانو تا حدود 10 درصد از سهم کل بازار خودرو را دراختیار خواهند داشت.
نقاط کلیدی این گزارش
این مطالعه، مبتنی بر تحقیقات و تحلیل های صورت گرفته در زمینه علوم و کاربردهای فناوری نانو در سال 2004 و توسعه آن در سال های 2006، 2010 و 2015 برای خودروسازان اصلی دنیاست. حدود 70 کاربرد فناوری نانو در صنعت خودروسازی برای دهه آینده، مورد مطالعه قرار گرفته اند. این کاربردها در زمینه های مختلفی همچون: مواد، انرژی، نیروی محرکه، ایمنی، اطلاع رسانی، تفریحات و محیط زیست است. حجم بازار مرتبط با این کاربردها در سال 2004، معادل 6/8 میلیارد دلار، 2010 معادل 2/54 میلیارد دلار و 2015 معادل 130 میلیارد دلار خواهد بود. این کاربردها، موجب می شوند تا خودروها سبک تر، قوی تر، سریع تر، ایمن تر، سازگارتر با محیط زیست و هوشمندتر شوند. در عین حال، فناوری نانو هزینه عملکردهای موجود را کاهش داده و در هر دو بعد تجهیزات و فرایندها، روش تولید را تغییر خواهد داد. فناوری نانو عنصر اصلی رقابت در صنعت خودرو در آینده خواهد بود. با این حال، کاربردها در 10 سال آینده تنها موجب ایجاد پیشرفت و ارزش افزوده خواهند شد. جنبه های انقلابی واقعی فناوری نانو در زمینه انرژی و تولید خواهد بود. به کارگیری انرژی کاملاً پیشرفته و خدمات مربوط به آن، موجب تغییر حمل و نقل روزانه شده و تغییر بنیادی فرایندهای تولید، دنیا را عوض خواهد کرد. ظهور واقعی نانو کارخانه های شخصی، دنیای اقتصاد، بازار کار، جغرافیای سیاسی و نحوه زندگی بشر را از نو تعریف خواهد کرد. هدف شرکت ها و محققان فناوری نانو، شکستن محدودیت های بنیادی فناوری های امروزی است.
عوامل اصلی رقابت در صنعت خودرو
رقابت در صنعت خودرو همانند سایر بخش ها، از یک سو در زمینه تلاش برای کاهش هزینه و از دیگر سو، افزایش کارایی و غلبه بر مشکلات زیست محیطی است. عوامل اصلی رقابت در صنعت خودرو عبارتنداز:
قیمت ، ایمنی و امنیت ، کارایی سوخت ،ارتباطات/ اطلاعات ،عملکرد بهتر ،کاهش آلودگی هوا ، زیبایی ،راحتی در تمامی این زمینه ها، فناوری نانو یا در حال استفاده توسط شرکت های خودروسازی برای کسب قدرت رقابت بالاتر بوده و یا در آینده توسط این شرکت ها به کار گرفته خواهد شد. بسیاری از کاربردهای پیشنهادی فناوری نانو، مشخصات نسل بعدی خودروها را تعیین خواهند کرد. به عنوان قدرتمندترین فناوری توانمندساز، استفاده از فناوری نانو موجب به دست گرفتن نقش رهبری در زمینه این فناوری خواهد شد.
فناوری میکرو و نانو در حال تغییر دادن صنعت خودرو هستند. تولیدکنندگان خودرو نیز مشتاق استفاده از نوآوری ها برای بهبود عملکرد، راحتی و ایمنی خودرواند. عامل تصمیم گیرنده برای پذیرش این فناوری ها مقرون به صرفه بودن آنهاست. بنابراین در سال های بعدی، پیشرفت های اصلی فناوری نانو در زمینه های زیر خواهد بود: - عملکرد بهتر: مربوط به کارایی موتورهای بهبود یافته و استفاده از مواد سبک و مستحکم که همگی آنها به وسیله فناوری نانو تحت تأثیر قرار خواهند گرفت. - عدم استفاده از روان کننده ها از طریق به کارگیری لایه های نازک بر روی بلبرینگ ها و قطعات تحت اصطکاک
- فیلترهای الکتروستاتیک جدید
- استفاده از سوئیچ های توان بالا در دستگاه های احتراقی، این سوئیچ ها بر مبنای نشر زمینه در نوک های تیز عمل می کنند .
- کاتالیزورهای جدیدی که از مواد بسیار متخلخل و سطوح انتخابگر شیمیایی بهره می برند .
- نانوذرات در افزودنی های رنگ ها به کار رفته و اثرات رنگی جدید، سختی بیشتر و دوام بالاتر را موجب می شوند
- کاربردهای میان مدت، شامل قطعات موتور ساخته شده از سرامیک های جدید، پلاستیک های با استحکام بالا و عایق های لرزشی بهتر مبتنی بر نانوسیالات مغناطیسی است
- کاربردهای بلندمدت، شامل سیستم یاری رسان رانندگی مبتنی بر واقعیت تکمیل شده اند. صفر بازیابی کامل، خودروهایی که با انرژی تجدیدپذیر کار می کنند و تولید شخصی می باشد
امروزه فناوری نانو در بخشهای مختلفی از صنعت خودروسازی وارد شده است که غفلت از آن باعث عقب‌ماندگی کشور در صنعت خودروسازی می‌گردد. این فناوری عامل بسیار مهمی در تولید خودروهای کم مصرف‌تر و مرغوب‌تر خواهد بود.
پس بجاست که مدیران صنعت خودروسازی کشور تلاش مجدانه‌ای در جهت دستیابی و توسعه این فناوری در صنعت خودروسازی کشور نمایند و با تلاش دو چندان در پی تجاری سازی آن باشند. صنایع خودروسازی در کنار صنایع دیگر از یک سو نگرشی به کاهش هزینه‌ها دارد و از سوی دیگر در پی تلاش برای استفاده از فناوری‌های نوین درکنار ملاحظات زیست‌محیطی می باشد.
از عوامل کلیدی در صنعت خودرو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. کاهش آلایندگی و مصرف سوخت
2. بازیافت
3. ایمنی
4. بهبود عملکرد و ا فزایش کارایی موتور
5. زیبایی گرایی
کاربردهای آتی در صنعت خودرو
فروش بیش از 55 میلیون خودرو در سرتاسر جهان در سال 2002 صنعت خودرو را به یک بازار اقتصادی بزرگ و صنعت بسیار جذاب تبدیل کرده است. از این فناوری بیشتر برای بهبود استحکام، کاهش وزن، تولید مواد با سختی بالا (نانوکامپوزیت‌ها)، استفاده بیشتر از انرژی (پیل‌های سوختی) و نانوکاتالیست‌های جدید (کنترل آلایندگی) استفاده می‌شود.
تولید کنندگان خودرو به دنبال راه‌های استفاده از فناوری نانو به عنوان ابزاری برای کاهش هزینه‌ها و بهبود عملکرد اجزاء خودرو در کنار راحتی و ایمنی هستند.
در همین رابطه یک شرکت بزرگ که در سالهای 1989، 1990 و 1995 تجربیات موفقی در مطالعه روی فناوری میکروسیستم‌ها، میکروالکترونیک، صنایع خودرو و صنایع هواپیمائی داشته، در ادامه مطالعات خود به کمک 70 خودروساز معتبر دنیا از جمله مرسدس بنز، BMW ، فراری، ولوو، پورشه، پژو، جنرال موتورز، فورد و ... آمده و مطالعاتی را روی فناوری نانو و فناوری‌های مرتبط با آن جهت استفاده در این صنایع انجام داده است.
هدف از انجام این مطالعات، بررسی بازار سراسری کارخانه‌ها، ارگانها، شاخه‌ها، محصولات و تحقق و توسعه آنهاست. مطالعات نشان دهنده حجم معاملات و برگشت پذیری آن در زمینه‌های تولید زنجیره ارزش کارخانجات و موفقیت آنها در کنار استراتژی فرصت‌ها و ریسک‌پذیری آنها برای سالهای آینده میباشد. همچنین در این مطالعات، به شکل جداگانه، بازار این گونه محصولات در کشورهای آمریکا، ژاپن، آلمان، چین و دیگر کشورهای اروپایی و آسیایی مورد بررسی قرار گرفته است.
بازارهای بخشهای فناوری نانو در صنعت خودرو مطابق تحقیقات انجام شده، بصورت ذیل میباشد:
تولید و ذخیره انرژی
• پیل‌های سوختی
• پیل‌های خورشیدی
• کاتالیزورهای گازوئیلی و بنزینی
• ذخیره‌سازی انرژی
مواد نانوساختار – نانوکامپوزیت - نانوذرات
• نانوساختارهای سبک وزن
• مواد مقاوم در برابر آتش و حرارت
• افزایش استحکام و بهبود پایداری
• رنگ‌ها و پوشش‌های نانوساختار و هوشمند
• خود تمیز شونده‌ها
• مقاومت به خراش
• عملکرد نوری پوشش‌ها
• مواد قابل برنامه‌ریزی
حسگرها و نمایشگرهای دقیق
• نمایشگرهای حرکت
• نمایشگرهای فشار
• نمایشگرهای شیب
• سیستمهای بیومتریک
• حسگرهای جوی
نانوالکترونیک
• مدیریت هوشمند موتور
• سیستم روشنایی
• الکترونیک در دمای بالا
• کنترل امنیت
• باطری‌های با طول عمر طولانی
مواد و پوشش‌ها
• پوشش‌های نانوکامپوزیتی با اصطکاک پائین
• پوشش‌های نانوکامپوزیتی مقاوم به سایش
• پوشش‌های مقاوم به حرارت
کاربردهای زیستی
• تجهیزات بهداشتی
• سیستمهای امداد
• طراحی زیستی
تولید
• اندازه‌گیری و کنترل
• اداوات، ابزار و ماشین‌ها
• اتوماسیون
محیط زیست
• فناوری زیست محیطی
• بازیافت
• سوخت
ابزارهای نانو و فناوری‌های متقارب در صنعت خودرو
• فناوری بر اساس نانولوله‌های کربنی
• مدل سازی و شبیه‌سازی
• نانوحسگرها و محرک‌ها
• اسپینترونیک و نانومغناطیس
نانو کامپوزیت ها در صنعت خودرو
اثبات شده است که در دنیای نانو مواد تفکر قدیمی " هرچه بزرگ تر، بهتر" صدق نمی کند. به نظر می رسد آینده ما با درک و گسترش مواد کامپوزیتی که در ساخت آنها کوچکترین ذرات شناخته شده به کار کرفته می شوند، گره خورده است. با یک جستجو در شبکه جهانی اینترنت، مشخص می شود که چقدر کار در این زمینه انجام می شود. از زمان کشف تراشه سیلیکونی تاکنون، هیچ زمینه ای در علم مواد و فیزیک به این اندازه هیجان انگیز نبوده است. صنایع گوناگون خصوصی و دولتی با میلیاردها دلار سرمایه گذاری به سوی بهره برداری از این دنیای کوچک هجوم آورده اند. دنیایی که در آن مواد با اندازه ای کوچک تر از ۱۰۰ نانومتر تعریف می شوند. برای درک بیشتر، لازم به ذکر است که هر نانومتر تنها یک میلیاردم متر است. این اندازه ها یعنی این که مواد مورد مطالعه به اندازه یک ویروسند.
برنامه های دولتی به طور گسترده ای مطرح شده اند. حتی نخست وزیر تایلند نیز به تازگی اعلام کرده است که نانو مواد، اساس توسعه اقتصادی آینده این کشور را تشکیل خواهد داد و برای رسیدن به این هدف، ۲۰۰ دانشمند به کار گرفته شده اند. دولت فدرال ایالات متحده نیز در پروژه ۴/۱ میلیارد دلاری خود در وزارت انرژی، یک مرکز تحقیقات علوم نانو گنجانده است که حدود ۳۸۰۰ نفر کارمند دارد و ۳۰۰۰ نفر مشاور پژوهشی با آن همکاری می کنند. توجه صنعت خودرو به این تحول بزرک جلب شده و در حال کشف کاربردهای جدیدی برای مواد نانو کامپوزیت است. تامین کنندگان Tier و OEMS با کمک پژوهشی چندین موسسه آموزشی همانند دانشگاه ایالتی میشیگان و دانشگاه سینسیناتی در حال کشف جایگاه رقابتی مناسب برای خود هستند. بازه کاربردی این مواد از پلیمرهای سانای الکتریسیته تا میکروسوئیچ های نوری و حس گرها و سوییچ های هوشمند در اندازه های نانو متغیر است.
در این چند سال گذشته پلیمرهای رسانا تدریجاً کاربردهایی در صنعت خودرو پیدا کرده اند. با به کارگیری نانو لوله های کربنی با نسبت طول به قطر ۱۰۰۰ به ۱ و مقاومت حجمی حدود ۶ ۱۰&#۷۷۲; اهم – سانتی متر، بهترین ماده کامپوزیتی برای خطوط انتقال سوخت به دست خواهد آمد و باعث تغییر جنس این خطوط از فولادی به پلیمری می شود. شرکت های آمریکایی هایپریون (Hyperion ctalysis international)و اپلایدساینس (Applied Science Inc) عقیذه دارند که بازار تجاری نانو لوله های کربنی چند دیواره (MWNT) به چندین تن در سال می رسد.
پلیمرهای رسانا در ساخت صفحات بیرونی بدنه خودرو نیز به کار می روند. این صفحات می توانند بدون هیچ تغییری در خط رنگ پاشی الکترواستاتیک قطعات فولادی رنگ شوند. چون دستگاههای رنگ پاشی در سرمایه گذاری یک کارخانه جدید بخش عمده ای را به خود اختصاص می دهند. لزوم فراهم کردن یک خط رنگ پاشی جداگانه در کارخانه، صفحات پلیمری را جایگزین نامناسب و غیر قابل قبول برای فولاد معرفی می کند. GE و کابوت (cabot) شرکت هایی هستند که به تازگی گونه هایی از پلیمرهای رسانا را عرصه کرده اند.
در یک کارگاه آموزشی که به تازگی توسط مرکز تحقیقات علوم نانو وزارت انرژی آمریکا برگزار شد. ریچارد اسمالی (Richard Smalley)، یک پژوهش گر در زمینه نانو، ۱۴ پدیده از فن آوری نانو را معرفی کرد که هر کدام به عنوان تحولی بزرگ در ۱۰ سال آینده، رخ خواهد داد. در بالای این فهرست کاربردهایی همانند ذخیره سازی هیدروژن، پیل های سوختی و باتری ها / ابر خازن ها قرار داشتند. تمام این وسایل از نظر وسایل تولید ذخیره نیرو. اثر مهمی بر صنعت خودرو خواهند داشت. تخمین زده می شود تنها پیل های سوختی،هزینه زیرساخت های صنعت خودرو را به یک دهم تا یک صدم کاهش دهند. دیگر فن آوری نیز اثری تقریباً مشابه دارند.
جنرال موتورز از سال ۲۰۰۲ کامپوزیت های نانورس و نانوتالک را به طور موفقیت آمیزی در اجزای سازه ای رکاب خودروهای آسترو (Astro) و سافاری (Safari) به کار گرفته است و برای ساخت در پشتی بیوک راندوو (Buick Rendevous) نیز یک ماده TPO نانو کامپوزیت را به خواهد گرفت.
شرکت تویوتا با عرضه قطعه ای از جنس نایلون نانورس در سال ۱۹۹۱، نخستین نانو کامپوزیت تجاری را به صنعت خودرو معرفی کرد. اکنون باید زبان جدیدی برای تشریح طراحی و ساخت این محصولات جدید به کار گرفته شود. زبانی که حاوی عباراتی همچون جا داده شده (intercalated) و ورقه ورقه (exfoliated) باشد.
بررسی فهرست خرید مواد جدید همانند مطالعه فرهنگ لغاتی است که در آن، مدخل نانو دارای زیر مجموعه های بسیاری از جمله نانو لوله ها، نانورس ها، نانو الیاف، فیبریل ها، نانو پلاکت ها(پولک های نازک با ضخامت کمتر از ۵ نانومتر)،نانوسیم ها، نانوکامپوزیت ها، نانو رشته ها، نانو ذرات و نانوابزار است. نانو پلاکت های نوری، انقلابی در سیستم های سویچینگ و حس گر تجهیزات الکتریکی خودروها ایجاد خواهند کرد. در این تجهیزات که به زودی به سیستم های ۳۶ تا ۴۸ ولت تغییر خواهند کرد، تسهیم (multiplexing) یک نیاز است (تسهیم بکارگیری همزمان یا مشترک مدارهای الکتریکی برای برقراری ارتباط های چند گانه است). افق آینده این مواد حس گرهای کیسه هواست که در پوسته پلیمری بیرونی آن قرار داده می شوند و سیگنال ها را با سرعت نور، منتقل می کنند. به این ترتیب میلی ثانیه هایی به دست می آیند که در میزان آسیب وارده در اثر تصادف بسیار تاثیرگذارند.
ویژگی های دیرسوز کنندگی نانو کامپوزیت ها، امیدهایی را برای خلق یک رده کاملاً جدید از پلیمرها با کاربری درون خودرو ایجاد می کنند. مقاومت کامپوزیت های تقویت شده با نانو پلاکت ها در برابر شرایط آب و هوایی، عمر مفید قطعات بیرونی را افزایش می دهد. صفحات دو قطبی که از نانو کربن استفاده می کنند. فن آوری پیشرفته ای برای تولید انبوه پیل های سوختی ارایه می کنند.
نانو سرامیک ها نیز فرصتی برای تجدید نظر در ساختار داخلی موتورهای درون سوز و پوشش اجزای این موتورها ایجاد می کنند. نانو کامپوزیت های سبز، بر پایه شیمی کربوهیدرات ها، تعریف جدیدی از بازیافت پذیری و تجزیه زیستی ارایه می کنند. جهان نانو ممکن است کوچک باشد ولی بزرگ ترین تحول مواد در دو دهه آینده است، ممکن است پس از این در همایش های تخصصی، برای مشاهده شگفتی های دنیای نانو حتی به یک میکروسکوپ الکترونیکی TEM نیاز باشد. توان بالقوه حقیقی این مواد در آینده ای نزدیک درک خواهد شد.
کاربرد نانولوله های کربنی در خودرو سازی :
نانولوله‌های کربنی که از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه‌ای توخالی ساخته شده‌است در سال ۱۹۹۱ توسط سامیو ایجیما (از شرکت NEC ژاپن) کشف شد. خواص ویژه و منحصر به فرد آن از جمله مدول یانگ بالا و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانولوله‌ها (به خاطر این که کربن ماده‌ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر میباشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روشهای رشد نانولوله‌ها باشد.
کارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الکترونی نانولوله متمرکز شده‌است. کوشش‌های گسترده‌ای نیز برای رسیدگی به خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی و ساز وکار عیوب و اثر تغییر شکل نانولوله‌ها بر خواص الکتریکی صورت گرفته‌است. می‌توان گفت این علاقه ویژه به نانولوله‌ها از ساختار و ویژگی‌های بی‌نظیر آنها سرچشمه می‌گیرد.
ویژگی‌های نانولوله‌های کربنی
انواع نانولوله های کربنی
روشهای تولید نانو لوله‌های کربنی
کاربردهای نانولوله‌های کربنی
چالش‌های فراوری
نانو لوله های کربنی، به دلیل خواص مکانیکی، گرمایی، شیمیایی، نوری و الکتریکی شان، نوید بسیاری کاربردهای با فن آوری های بالا را می دهند.
به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، پژوهشگران دانشگاه نورس وسترن امریکا از نانو لوله های فلزی برای ساختن لایه های نازکی که از لحاظ ظاهری شبیه شیشه های رنگی هستند و ویژگی هایی همچون نیمه شفاف بودن، رسانایی و انعطاف پذیری بالا دارند و در انواع و اقسام رنگ ها موجود می باشند، استفاده کرده اند. این نتایج، که به صورت آنلاین در ژورنال نانولترز منتشر شده، می تواند به تولید محصولاتی با فن آوری های پیشرفته مانند صفحه نمایشگرهای مسطح و یا سلول های خورشیدی، منجر شود.
خواص متنوع و بسیار خوب نانو لوله های کربنی، کاربردهای وسیعی را ایجاد کرده است. این کاربردها شامل ترانزیستورها، گیت های منطقی، اتصالات، لایه های رسانا، منابع گسیل میدان، گسیل کننده های مادون قرمز، بیوسنسورها، دستگاه های نانو مکانیکی، نیروهای تقویتی مکانیکی، عناصر ذخیره ی هیدروژن و پایه های کاتالیزی می باشند.
اخیراً در میان کاربردهای مذکور، لایه های رسانای شفاف که با استفاده از نانو لوله های کربنی ساخته می شوند، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. رساناهای شفاف، موادی هستند که از نظر نوری شفاف و از نظر الکتریکی رسانا می باشند. این مواد معمولاً به عنوان الکترودهایی در صفحه نمایشگرهای مسطح، صفحه نمایش های لمسی، روشنایی حالت جامد و سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند. با افزایش تقاضا برای منابع دیگر انرژی و ساخت دستگاه هایی که از نظر انرژی بازده خوبی دارند، تقاضای جهانی برای لایه های رسانای شفاف نیز به سرعت در حال افزایش است.
در حال حاضر، مهم ترین ماده ی مورد استفاده برای کاربردهای رسانای شفاف، اکسید قلع ایندیم می باشد. کمیابی نسبی ایندیم از یک طرف و افزایش تقاضا از طرفی دیگر منجر به افزایش شدید هزینه ی ساخت این گونه لایه ها در پنج سال گذشته شده است. علاوه بر این موضوع اقتصادی، اکسید قلع ایندیم دارای قابلیت تنظیم نوری محدود و انعطاف پذیری مکانیکی ضعیفی می باشد. بنابراین استفاده از این ماده در کاربردهایی نظیر LED های آلی و دستگاه های فتوولتاییک آلی به خطر می افتد.
تیم نورس وسترن گام مهمی در معرفی یک رسانای شفاف دیگر برداشته است. پژوهشگران با استفاده از روشی موسوم به نیروی گریز از مرکز افت چگالی، نانو لوله های کربنی با خواص الکتریکی و نوری یکسانی تولید کرده اند. رسانایی لایه ها ی نازکی که از این نانو لوله های با خلوص بالا ساخته شده اند، ده برابر مواد نانو لوله های قبلی می باشد.
روش نیروی گریز از مرکز افت چگالی، نانو لوله های کربنی را بر اساس خواص نوری آنها تقسیم بندی می کند و ساختار لایه های رسانای نیمه شفاف با رنگ مشخصی را به وجود می آورد. لایه های ایجادشده ظاهری شبیه به شیشه های رنگی دارد. هرچند، بر خلاف شیشه های رنگی، این لایه های نازک نانو لوله های کربنی رسانایی الکتریکی بالا و انعطاف پذیری مکانیکی خوبی دارند. خاصیت انعطاف پذیری مکانیکی خوب این نانو لوله ها، یکی از مهم ترین محدودیت های اکسید قلع ایندیم در کاربردهای فتو ولتاییک و الکترونیک انعطاف پذیر را بر طرف می کند.
مارک هرسام، سرپرست تیم پژوهشی، استاد مهندسی و علم مواد در دانشگاه نورس وسترن، دانشکده ی مهندسی و علوم کاربردی و همچنین استاد شیمی در کالج علوم و هنر واینبرگ گفت: "رساناهای شفاف در جامعه ی امروزی همه جا حضور دارند. از مانیتور کامپیوترها گرفته تا صفحه نمایش تلفن های همراه و تلویزیون های دارای صفحه نمایش تخت. لایه های نازک نانو لوله های کربنی که خلوص بالایی دارند، نه تنها موجب پیشرفت هایی در زمینه ی کاربردهای رایج می شود، بلکه موجب پیشرفت فن آوری های مریی مانند LED های آلی و دستگاه های فتوولتاییک آلی نیز می شود. انتظار می رود در آینده ی قابل پیش بینی، فن آوری های مربوط به بازده انرژی و منابع انرژی ثانویه از اهمیت در حال افزایشی برخوردار باشند."
علاوه بر هرسام، الکساندر گرین نویسنده ی دیگر مقاله شان در ژورنال نانولترز می باشد. وی فارغ التحصیل مهندسی و علم مواد دانشگاه نورس وسترن می باشد.
نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربرد
1 - آلوتروپ های کربن
تا سال 1980، سه آلوتروپ کربن(کربن غیر بلوری) به نام های الماس، گرافیت و کربن بی شکل شناخته شده بودند، اما امروزه می دانیم که خانواده کاملی از سایر اشکال کربن نیز وجود دارند (شکل 1).
شکل1 آلوتروپهای مختلف کربن
اولین آلوتروپ کربن که در سال 1985 کشف شد، باک مینستر فولرن نام داشت که به نام های دیگر باکی بال و فولرن نیز نامگذاری شده است. فولرن ها مولکول های کروی کربن هستند که به سبب شکل زیبا و خواص شگفت انگیز، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده اند.
آلوتروپ بعدی کربن که در سال 1991 کشف شد، نانولوله(Nano Tube) نام دارد که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد.
2 - نانولوله های کربنی
1 – 2 ساختار نانولوله های کربنی
در سال 1991 دانشمندی به نام سومیو ایجیما به طور کاملاً اتفاقی، ساختار دیگری از کربن را کشف و تولید کرد که خواص منحصر به فردی دارد. وی در ابتدا این ساختار را نوعی فولرن تصور نمود که در یک جهت کشیده شده است. اما بعدها متوجه شد که این ساختار، خواص متفاوتی از فولرن ها دارد و به همین دلیل آن را، نانولوله ی کربنی نامید.
در یک نانولوله ی کربنی، اتم های کربن در ساختاری استوانه ای آرایش یافته اند. یعنی یک لوله ی توخالی که جنس دیواره اش از اتم های کربن است. آرایش اتم های کربن در دیواره ی این ساختار استوانه ای، دقیقاً مشابه آرایش کربن در صفحات گرافیت است. در گرافیت، شش ضلعی های منظم کربنی در کنار یکدیگر صفحات گرافیت را می سازند. این صفحات کربنی بر روی یکدیگر انباشته می شوند و هر لایه از طریق پیوندهای ضعیف واندوالس به لایه زیرین متصل می شود.
هنگامی که صفحات گرافیت در هم پیچیده می شوند، نانولوله های کربنی را تشکیل می دهند. در واقع، نانولوله ی کربنی، گرافیتی است که به شکل لوله در آمده باشد (شکل 2).
شکل2. شکل گیری نانولوله ها از صفحات گرافیت
نانولوله های کربنی به دو دسته کلی نانولوله های کربنی تک دیواره و نانولوله های کربنی چند دیواره تقسیم می شوند. چنانچه نانولوله کربنی فقط شامل یک لوله از گرافیت باشد، نانولوله تک دیواره و اگر شامل تعدادی از لوله های متحد المرکز باشد نانولوله چند دیواره نامیده می شود (شکل 3).
شکل3. انواع مختلف نانولوله های کربنی
2 – 2 خواص و کاربردهای نانولوله های کربنی
کشف نانوله های چند دیواره در سال 1991، موجب شده است که فعالیت های تحقیقاتی گسترده ای در علوم به بحث نانو ساختارهای کربنی و کاربردهای آنها اختصاص یابد. دلیل عمده ی این مسئله تکامل ساختاری مورد انتظار آنها، اندازه کوچک، چگالی کم، سختی بالا، استحکام بالا (استحکام کششی خارجی ترین جداره ی یک نانولوله کربنی چند دیواره تقریبا ً 100 برابر بیشتر از آلومینیوم است) و خواص عالی الکتریکی آنهاست. در نتیجه نانولوله های کربنی ممکن است به طور گسترده در تقویت مواد، صفحه نمایش مسطح با انتشار میدانی، حسگرهای شیمیایی، دارو رسانی و علم نانو الکترونیک کاربرد یابند. در ادامه به مواردی از کاربردهای نانولوله های کربنی اشاره خواهد شد.
به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها
نانولوله ها یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد نانولوله های کربنی را به عنوان ماده ی پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های با پایه نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالا هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت.
استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی
یکی از مشکلات دستگاه های نشر میدان امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. بیش از 700 مقاله تحقیقاتی در رابطه با کاربردهای نشر میدان نانولوله های کربنی منتشر شده است. این آمار بیانگر اهمیت موضوع است. برای مثال، مزایای استفاده از نمایشگرهای تولید شده با نانولوله ی کربنی نسبت به نمایشگرهای کریستال مایع، سرعت واکنش بالاتر نسبت به محرک های الکتریکی، مصرف انرژی کمتر، درخشندگی مناسب تر، میدان مغناطیسی پایین در هنگام روشن کردن دستگاه و دمای کاری بالاتر است.
بر پایه همین مزیت ها، شرکت هایی مانند سامسونگ و NEC نمایشگرهای رنگی با استفاده از نانولوله کربنی را تولید کرده است. تلویزیون های ساخته شده با این تکنولوژی در اوایل سال 2006 روانه بازار شد.
استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک
نانولوله ها به میزان قابل توجهی سخت و قوی بوده و هادی جریان الکتریسیته و گرما می باشند. این خواص سبب استفاده از این مواد در صنعت الکترونیک شده است. نانولوله های کربنی سیم های مولکولی بزرگی هستند که الکترون می تواند آزادانه در آن حرکت کند و رفتار آنها پیچیده است. در این راستا رفتار نانولوله های چند دیواره بسیار پیچیده تر از تک دیواره است زیرا لایه های کناری روی یکدیگر تأثیر می گذارند. مدل سازی چنین اثراتی از موضاعات تحقیقاتی در حال حاضر می باشد. محققان امیدوارند که ابعاد سیم ها یا قطعات را از طریق جایگزینی با نانولوله به حدود نانومتر یا کمتر برسانند. این قطعات در کنار مدارات الکترونیکی می توانند خیلی سریع تر و با توان کمتر از مدارات کنونی کار کنند.
لامپ های تولید شده با نانولوله های کربنی هزینه تولید کمتری دارند. به علاوه عمر طولانی تر و ثبات رنگ بیشتر نسبت به لامپ های معمولی، از مزایای دیگر این لامپ هاست.
ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی
نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد.
به طور مثال، با قرار دادن فلزات درون نانولوله ها می توان خواص الکتریکی این مواد را بهبود بخشید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله های باز، مثل یک نی توخالی عمل می کنند. این نی های مولکولی می توانند به وسیله عمل موئینگی و تحت شرایط خاص، برخی عناصر را به درون خود بکشند.
همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود 3 تا 5 درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.
ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی
نانولوله های کربنی همچین برای استفاده در ساخت نانوماشین ها پیشنهاد شده اند. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده اند که می توانند به عنوان محورها در نانو ماشین ها عمل کنند. ممکن است، نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند. این امر از طریق ساختن دنده های چرخدنده (استخلاف ها) بر روی نانولوله ها می تواند انجام شود.
روش های تولید نانو لوله های کربنی :
بعد از آن که در سال 1991 ایجیما اولین نانولوله را درکربن دوده‌ای حاصل از تخلیه قوس الکتریکی مشاهده کرد، محققان زیادی در جهت بسط و گسترش روشهای رشد برآمده‌اند تا بتوانند مواد خالص‌تر با خواص کنترل شده مورد نظر تولید کنند. اما با آن که روشهای زیادی برای تولید نانولوله‌های کربنی ارائه شده است، سنتز آن ها در دمای اتاق تاکنون به صورت مشکلی لاینحل باقی مانده است. دانشمندان تاکنون این مواد را در محدوده دمایی 200 تا700 درجه سانتیگراد با بازده کمتر از 70 درصد و حتی پس از چندین بار خالص‌سازی با درجهخلوص حداکثر 95 -70 درصد تولید کرده‌اند. در زیر چند روش عمده در سنتز نانولوله‌ها مورد بحث اجمالی قرار می‌گیرد. بدون شک بهینه سازی و کنترل این روش‌ها می‌تواند توان بالقوهنانولوله‌ها را پدیدار نماید.
3-1 روش تخلیه قوس
در این روش اتمهای کربن به وسیله عبور جریان بالا از دو قطب آندو کاتد در داخل پلاسمای گاز هلیم داغ شده و بخار می‌شوند.
3-2 روش تابش لیزر
در این روش پالس‌های قوی شده اشعه لیزر به طرف یک هدف کربنی که شامل 5 درصد اتمی نیکل و کبالت است پرتاب می‌شوند.
3-2 رسوب بخار شیمیایی (CVD)
این روش شامل حرارت دادن مواد کاتالیزوری تا درجه حرارت های بالا در یک کوره لوله‌ای شکل و عبور یک گاز هیدروکربنی در سراسر لوله برای یک مدت زمان معین میباشد.
دو روش تخلیه قوس و تابش لیزر برای زمان طولانی، روشهای تقریباً کاملی برای تولید نانولوله‌های تک جداره بودند. اما از آنجایی که هر دو روش مبتنی بر بخار اتمهای کربن درون محفظه کوچک هستند اولاً میزان تولید نانولوله پایین میباشد، ثانیاً نانولوله‌هایی که به صورت تبخیری تهیه می‌شوند به صورت در هم پیچیده هستند؛در این صورت برای خالص و تمیز کردن آن ها با مشکل مواجه‌اند. روش رسوب بخار نیز با چالش‌هایی مواجه است چرا که برای تولید نانولوله‌های کربنی چند جداره چگالی بالایی از عیوب در ساختارشان به وجود می‌آید. این عیوب به خاطر دمای پایین رشد میباشد که مقدار انرژی لازم برای بازپخت (آنیل) نانولوله و تکمیل ساختارش را فراهم نمی‌کند. همچنین این روش منجر به مداری شامل هر نوع نانولوله‌های هادی و نیمه‌هادی می‌شود. همچنین رشد نانولوله‌ها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است در حالی که نانولوله‌های با قطر کمتر در کلید زنی مناسب‌ترند. با این وجود تمرکز محققان بر روی روش رسوب‌دهی بخار است زیرا تولید انبوه در حد کیلوگرم را میسر می‌سازد و می‌توان کنترل قابل قبولی بر مکانیزم رشد داشت.
چالش های فرآوری :
با وجود ویژگی‌های بالای نانولوله‌ها و کاربردهای فراوان آن، تولید و استفاده مستمر از این محصولات با اهداف مورد نظر مشکل میباشد، لذا محققان زیادی در جهت رفع مشکلات آن برآمده‌اند. در زیر چند مورد از مشکلات اساسی استفاده از نانولوله‌ها ذکر می‌گردد.
5-1) تولید انبوه با قیمت مناسب
از آنجا که تولید انبوه نانولوله‌ها در مقیاس تنی با قیمت مناسب، بزرگ ترین مانع تجاری‌سازی اختراعات در این زمینه بوده است، لذا شرکت‌های مختلفی درصددند تا بتوانند این مشکل را حل نمایند. امروزه قیمت هر گرم نانولوله چند دلار میباشد. هر چند که قیمت نانولوله‌ها نسبت به قیمت اولیه آن کاهش زیادی یافته اما هنوز هم برای تجاری‌سازی و استفاده در صنایع مختلف مناسب نمی‌باشد، لذا دانشمندان ابراز امیدواری کرده‌اند که بتوانند در چند سال آینده ضمن تولید چند تنی آن، قیمت آن را به زیر یک دلار کاهش دهند.
5-2) خالص‌سازی نانولوله‌ها
یکی از مسائل کلیدی در الکترونیک، استفاده از نانولوله‌های کربنی با کیفیت بالا (نانولوله‌های خالص) میباشد. تولید محصولات جانبی نا مطلوب در حین فرایند رشد نانولوله‌هاسبب کوتاه شدن مدارها می‌شود. بزرگ ترین چالش محققان، در خالص‌سازی، میزان نانولوله‌های تولید شده است. در فرایند استفاده شده توسط محققان برای ساخت نانولوله‌ها، ناخالصی‌ها دائماً افزایش یافته و مقدار زیادی از کربن به هدر رفته و کاتالیست‌ها را بِلا استفاده می کند، که این عوامل در نهایت منجر به افت کیفیت نانولوله‌ها می‌شود.
برای رسیدن به نانولوله‌های کربنی خالص باید از دمای بالا استفاده نماییم اما در این روش مقداری کربن آمورف حاصل می‌شود که یک لایه رسانای نامطلوب بر روی زیرلایه ایجاد می‌نماید. لذا راهبرد جدید، استفاده از روش رشد سریع میباشد. این روش رسوب‌دهی، تولید نانولوله‌کربنی حاصل را تضمین می‌کند زیرا رشد نانولوله‌ها سریعتر از رشد محصولات جانبی نامطلوب است. بنابراین می توان گفت حذف فرایندهای هزینه‌بر، زمان‌بر و اغلب مخرب در تخلیص نانولوله‌ها به معنی دسترسی به نمونه‌هایی با درجه‌ای از خلوص کربن است که می‌توانند در زمینه‌های مختلفی از جمله زیست شناسی، شیمی و تحقیقات مغناطیسی وادوات گسیل میدانی که خلوص نانولوله‌ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد به کار روند.
5-3) اتصال نانولوله‌ها و ایجاد رشته‌ها
از آنجا که برای بسیاری از مقاصد، نیاز به اتصال نانولوله‌ها به صورت پشت سر هم یا به صورت عمود بر هم و تشکیل آرایه می باشد لذا اتصال نانولوله‌ها ضروری به نظر می‌رسد. به طوری که اگر بتوان نانولوله‌های کربنی را به هم پیوند داد به موادی کامل و تمام عیار دست می یابیم. اما برای ایجاد این اتصالات بین لوله‌ها باید پیوندهای کربنی بین لوله‌ای ایجاد کرد.
دو روش ایجاد رشته‌هایی از نانولوله‌ها عبارتند از معلق ساختن نانولوله‌ها در مایع و عبور جریان از آن به منظور ردیف ساختن نانولوله‌ها و دوم استفاده از جریان گاز هیدروژن برای ردیف کردن نانولوله‌ها به طوری که آن ها به شکل بخاری از اتمهای کربن درآیند. دانشمندان معتقدند که امروزه استفاده از آرایه‌های منظم نانولوله‌های مجزا جای استفاده تصادفی از نانولوله‌های متراکم و توده‌ای را گرفته است.
5-4) جلوگیری از توده‌ای شدن نانولوله‌ها
اگر نانولوله‌ها به آسانی در محلول غوطه‌ور شوند، به آسانی می‌توانند قابلیت عظیم خود را در الکترونیک و مواد به نمایش گذارند، اما این استوانه‌های کربنی به شدت نامحلول بوده و تمایل به دسته شدن با همدیگر در رشته‌های کروی کنترل ناپذیر دارند؛ لذا مانع از دستیابی به بسیاری از این کاربردها می‌شوند.
دانشمندان روشهایی را برای جداسازی ارائه کرده اند، مثلاً با یک نیروی قوی (لوله‌ها با امواج مافوق صوت در فرایندی موسوم به اختلاط صوتی از هم جدا می‌شوند) یا با استفاده از گروه‌های شیمیایی آلی بزرگ که از چسبیدن نانولوله‌ها به یکدیگر جلوگیری می‌کنند. همچنین با استفاده از مواد شیمیایی شوینده‌های غیرصابونی نیز توانسته اند نانولوله‌ها را از هم جدا کنند.
از دلایلی که برای به هم چسبیدن این نانو لوله ها ارائه شده، وجود نیروهای واندروالس بین اتمهای کربن میباشد. نانولوله‌ها به واسطه نیروی واندروالس که نیروی جاذبه الکتروستاتیک طبیعی بین اتمها و مولکول‌های بدون بار است، از انتها به یکدیگر متصل می‌شوند، بارها مثبت و منفی اتمها و مولکول‌ها که با هم برابر اما از یک بخش به بخش دیگر تغییر می‌کنند، منجر به نیروی جاذبه‌ای بین اتمها و مولکول‌های مجاور می‌شوند. نیروی واندروالس تنها برای اشیاء بسیار کوچک نمود پیدا می‌کند؛ اما سئوال اساسی اینجاست که آیا، اگر نانولوله هایی را که به هم چسبیده اند جدا کنیم همواره جدا می‌مانند، یا بعد از مدت زمانی دوباره به هم می‌چسبند و این مدت چقدر است؟
5-5) چگونگی حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوری
حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوری بسیار مشکل است. تا به حال محیط انتخابی، محلول‌های متشکل از ماده پاک کننده وآب بوده است که حاوی کمتر از 1 درصد حجمی نانولوله‌های پراکنده بوده و به وسیله محلول‌های پلیمری فراوری شده اند؛ چنین غلظت‌هایی برای استفاده در فرایندهای صنعتی به منظور ساخت الیاف‌های نانولوله‌ای بزرگ، بسیار پایین هستند. ضمناً دانشمندان هیچ راهی برای زدودن تمامی صابون و پلیمر و تبدیل نانولوله به شکل خالص پیدا نکرده‌اند. همچنین برای تولید مواد ماکرومقیاس از نانولوله‌ها، در فرایندهای شیمیایی نیز باید از مایعی استفاده کرد که بتواند محلولی با غلظت بالا از نانولوله‌ها به وجود آورد. گروه پاسکوئالی در دانشگاه رایس معتقدند که سوپر اسیدها (حاوی 10 درصد وزنی از نانولوله‌های خالص) می‌توانند در تهیه الیاف‌ها و ورقه‌های نانولوله‌ای ماکرومقیاس با استفاده از روشهای کاملاً مشابه با روشهایی که در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد به کار گرفته شوند.
5-6) کنترل رشد نانولوله‌ها
آن چیزی که در کنترل رشد مورد اهمیت می باشد این است که چگونه بتوانیم نانولوله‌هایی با شکل و ویژگی‌های دلخواه تولید کنیم. از آنجا که نانولوله‌ها هنگام تولید به صورت تک جداره یا چند جداره تشکیل می‌شوند و انتهای آن ها نیز بسته یا باز است، همچنین دارای طول و قطر یکنواخت نمی‌باشند و تعدادی از نانولوله‌ها رسانا و تعدادی غیررسانا هستند، لذا روشی برای کنترل دقیق نانولوله‌ها و تولید یک نوع محصول خاص از آن وجود ندارد. روشهایی که دانشمندان تا حالا ارائه کرده اند مربوط به جداسازی این مواد بعد از تولید (مثلاً روشهای جداسازی نانولوله‌های رسانا از نیمه‌رسانا یا روشهای بریدن نانولوله‌ها و هم اندازه کردن آن ها) بوده است، لذا تولید یک نانولوله با خواص کنترل شده را به صورت یک رویا باقی گذاشته‌اند.
عمده‌ترین کاوش‌ها در کنترل رشد نانولوله‌ها را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
سنتز خوشه‌های کاتالیزوری مولکولی با شکل و ابعاد مشخص با دقت اتمی؛
رشد آرام؛
سنتز کاتالیزوری در دمای پایین؛
توسعه رشد برنامه‌ریزی شده با امکان کنترل زیاد اندازه و جهت نانولوله‌ها، سنتز پیچیده و سازماندهی شده شبکه با آرایه‌هایی از نانولوله‌ها روی مواد درشت مقیاس.
بررسی‌های نظری در کنار کارهای آزمایشگاهی مسیرهای نوینی را برای دیگر پژوهشگران به منظور ایجاد مواد و فناوری‌های جدید با نانولوله‌ها فراهم خواهد آورد لذا راهبرد‌‌های کارکردی‌سازی نانولوله‌های کربنی برای دسترسی به این کاربردها بسیار حیاتی است، به ویژه توسعه برای کارکردی سازی نانولوله‌ها به صورت غیرکوالان، به منظور استفاده از خواص الکترونیکی و مکانیکی آن ها، ضروری به نظر می‌رسد. لذا برای ساماندهی و دستکاری نانولوله‌ها در مقیاس نانو، لازم است تمامی ابزارهای موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل به کار گرفته شود. یکی از ابزار، شیمی تحلیلی، خصوصاً مدل‌سازی مولکولی و شبیه‌سازی است.
حال شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیست‌ها مفید واقع شود؟ محدودیت‌های آزمایشگر در مقیاس نانو زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. لذا برای تسریع در عمل تولید نانولوله‌ها لازم است شیمیدانها نیز مانند تجربی‌کاران وارد عرصه شوند، چرا که شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایش‌ها به وسیله رایانه، احتمال فعالیت‌های غیر موثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیت‌های آزمایشگاهی را وسعت دهند، نتیجه نهایی این امرکاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد، انرژی، تجهیزات) و زمان است
نانو تکنولوژی در بدنه اتومبیل
«نانو تکنولوژی» امروزه به شدت فن آوری پوشش اجسام را تحت تأثیر ق
دانلود مقاله بررسی کاربرد نانوتکنولوژی در صنایع خودروسازی
