Πέτυχε η οργάνωση σε ίνες μεγάλου μήκους νανοσωλήνων από άνθρακα

Από σελίδα του BBC 18 Νοεμβρίου-2000

Οι νανοσωλήνες είναι φύλλα από άτομα άνθρακα που διπλώνουν σε μια δομή σαν κλωβός. Οι ασυνήθιστες ιδιότητες τους, υπόσχονται να συμβούν επαναστατικές αλλαγές στα ηλεκτρονικά, χημεία, επιστήμη των υλικών και τα computers. Τα άτομα του άνθρακα μπορούν να σχηματίζουν διαφόρων ειδών πλέγματα (αλλοτροπικές μορφές) όπως ο γραφίτης, το διαμάντι, τα φουλερένια  και οι νανοσωλήνες

Επιστήμονες από την Γαλλία ανέπτυξαν ένα τρόπο να στρίψουν σε ίνες ένα από τα πιό νέα και θαυμαστά υλικά της νέας χημείας, τους νανοσωλήνες από άνθρακα. Τα υλικά αυτά έχουν διαστάσεις μόλις λίγα δισεκατομμυριοστά του μέτρου, έχουν δε ασυνήθιστες ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες. Αυτά τα υλικά θα βρούν εφαρμογές σε hi-tech κατασκευές, από λεπτές ηλεκτρικές συσκευές έως υπερ-ανθεκτικές επικαλύψεις.

Αλλά οι σωλήνες είναι δύσκολο να παραχθούν σε μεγάλους όγκους και τέτοια οργάνωση που να επιτρέπουν σε επιστήμονες να εκμεταλλευτούν τις αναμφισβήτητες ιδιότητες τους. Τώρα, επιστήμονες από το κέντρο ερευνών Paul Pascal στο University του Bordeaux, και συνεργάτες τους, κατάφεραν να ενώσουν πλέγματα από άτομα άνθρακα για να υφάνουν νήματα μεγάλου μήκους χρησιμοποιώντας μια σχετικά απλή τεχνική, που ανοίγει το δρόμο για την εμπορική αξιοποίηση των πολλά υποσχόμενων νανοσωλήνων.

Οι νανοσωλήνες από άνθρακα είναι βασικά φύλλα από γραφίτη, δηλαδή μια άλλη αλλοτροπική μορφή του άνθρακα. Τη μορφή αυτή που ανακάλυψε ο Sumio Itjima των εργαστηρίων NEC στην in Tsukuba το 1991, όταν χρησιμοποίησε υψηλής ανάλυσης ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να παρατηρήσει νανοσωλήνες από άνθρακα που η δομή τους μοιάζει με αυτή του κοινού γραφίτη. Οι νανοσωλήνες σχηματίζουν σωλήνα εσωτερικής διαμέτρου 1nm και μανδύα από αλλεπάλληλα στρώματα εξαγωνικών δικτύων άνθρακα. Οι ιδιότητες τους μηχανικές και ηλεκτρικές είναι σπουδαίες και οφείλονται στη σωληνοειδή τους δομή. Αυτές είναι μεγάλη αντοχή, χαμηλό βάρος, σταθερότητα, ευκαμψία, καλή θερμική αγωγιμότητα, το μεγάλο εμβαδόν επιφανείας και πολλές άλλες ηλεκτρικές ιδιότητες.

Σημειωτέον, πως ερευνητές από το Institute της Chemical Physics στην Μόσχα, ανεξαρτήτως της NEC, ανακάλυψαν τους νανοσωλήνες από άνθρακα και δέσμες νανοσωλήνων την ίδια περίοδο, αλλά αυτοί είχαν ένα μικρότερο λόγο μήκους προς διάμετρο. το σχήμα αυτών των νανοσωλήνων  οδήγησε τους Ρώσους ερευνητές να τις ονομάσουν "barrelenes".

Τα νήματα που δημιουργούνται με τη νέα μέθοδο έχουν πάχος 50 - 100 μικρών (εκατομμυριοστά του μέτρου) και διαθέτουν μεγάλη ευλυγισία και μοναδική αντοχή. Οι νανοσωλήνες δημιουργούνται όταν μία ηλεκτρική εκκένωση εφαρμόζεται σε μία ακίδα γραφίτη που βρίσκεται κλεισμένη σε ένα δοχείο με κάποιο αέριο, όπως το ήλιο και το υδρογόνο. Μέσα στο πλάσμα (ιονισμένο αέριο) που δημιουργείται τα άτομα του άνθρακα συμπυκνώνονται και σχηματίζουν κλειστά πλέγματα με μονά ή διπλά τοιχώματα.

Μέχρι σήμερα ήταν ιδιαίτερα δύσκολη η οργάνωση στο χώρο των ατόμων αυτών σε μεγάλες δομές, ώστε να είναι δυνατή η εμπορική αξιοποίηση αυτού του υλικού, που διαθέτει μοναδικές μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες.

Προκειμένου να υφάνουν νήματα μεγάλου μήκους, οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μπορντό διοχέτευσαν ένα διάλυμα μικρών πλεγμάτων σε ένα σωλήνα μέσα στον οποίο έρεε ένα υγρό. Το πολυμερές υλικό που βρισκόταν μέσα στο σωλήνα προκάλεσε τη συμπύκνωση των πλεγμάτων σε ένα μακρύ νήμα.

Όπως εδήλωσε ο Dr Philippe Poulin, μέλος της ερευνητικής ομάδας, η μέθοδος είναι αρκετά απλή και φθηνή για να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανική κλίμακα. Ο περιοριστικός παράγοντας, βέβαια, είναι η εξαιρετικά υψηλή τιμή των νανοσωλήνων, που ανέρχεται σε 570.000 δρχ. το γραμμάριο.

Εάν το κόστος παραγωγής τους μειωνόταν αρκετά, οι νανοσωλήνες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, αποθηκευτικών μέσων για το υδρογόνο και υλικών για ιατρική χρήση. "Πάντως, η τρέχουσα μεγάλη τιμή των μονό-φυλλων νανοσωλήνων (περίπου $1.000 ανα γραμμάριο), τα κάνει ελκυστικά μόνο για συσκευές που απαιτούν μικρή ποσότητα υλικού.", δήλωσε ο Dr Poulin.

Μια άλλη μορφή, το C₆₀, που έχει τη μορφή μιας μπάλας ποδοσφαίρου και οι επιστήμονες που το ανακάλυψαν, το ονόμασαν buckball ή buckminsterfullerene από το όνομα του αρχιτέκτονα Buckminster Fuller που είχε κατασκευάσει παρόμοιες δομές. Η δε συλλογή όλων των C₆₀ ονομάστηκε φουλερένια.