طريقة بسيطة لإنتاج ألياف الكربون النانوية العمودية

أثبت باحثون في جامعة نورث كارولينا أنه يمكن إنتاج ألياف الكربون النانوية العمودية (VACNFs) باستخدام الهواء المحيط، مما يجعل عملية التصنيع أكثر أمانًا وأقل تكلفة.

أثبت باحثون في جامعة نورث كارولينا أنه يمكن إنتاج ألياف الكربون النانوية العمودية (VACNFs) باستخدام الهواء المحيط، مما يجعل عملية التصنيع أكثر أمانًا وأقل تكلفة. تتمتع ألياف الكربون النانوية العمودية بإمكانية استخدامها كحاملات لتوصيل الجينات، وأجهزة الاستشعار والكاشفات، والبطاريات، وغيرها من التقنيات. وتعتمد الطرق الشائعة لتحضير هذه المواد على استخدام غاز الأمونيا، وهو مادة سامة. وعلى الرغم من أن هذه المواد ليست باهظة الثمن، إلا أنها ليست مجانية وغير ملائمة للاستخدام.

"اكتشافنا يجعل إنتاج ألياف الكربون النانوية العمودية (من ويكيبيديا) أكثر أمانا وأرخص، لأنه ليست هناك حاجة للنظر في مخاطر وتكاليف التحييد والمعالجة المرتبطة بغاز الأمونيا"، يوضح الدكتور أناتولي ميليتشكو، أستاذ علوم المواد و الهندسة في جامعة ولاية كارولينا الشمالية والمؤلف النص الرئيسي لمقال يصف نتائج البحث. "إن اكتشافنا يعزز أيضًا إمكانية إنتاج هذه المواد على نطاق أوسع بكثير."

في طريقة الإنتاج الأكثر شيوعًا لألياف الكربون النانوية العمودية، يتم وضع الركيزة المطلية بجزيئات النيكل النانوية في غرفة مفرغة وتسخينها إلى درجة حرارة 700 درجة مئوية. وفي الخطوة التالية، يتم ملء الخلية بغاز الأمونيا مع غاز الأسيتيلين أو الأسيتون، وهما مصدر لذرات الكربون. عندما تتعرض الركيزة لجهد كهربائي، يتأين الغاز. تخلق هذه العملية بلازما توجه شكل نمو الألياف النانوية. تبدأ ذرات الكربون غير المرتبطة بجسيمات النيكل النانوية في تكوين ألياف نانوية كربونية تحت الجسيمات النانوية. ومع ذلك، إذا تم تراكم الكثير من ذرات الكربون فوق الجسيمات النانوية، فقد يؤدي ذلك إلى تكوين طبقة عالية جدًا، مما يمنع مرور ذرات الكربون الإضافية اللازمة لنمو الألياف النانوية المتطاولة بشكل متزايد. ويتمثل دور غاز الأمونيا في منع ذرات الكربون من تكوين غشاء فوق الجسيمات النانوية، مما يمنع استمرار نمو الألياف النانوية. وقال الباحث الرئيسي: "لم نعتقد أنه يمكننا صنع هذه الألياف دون استخدام الأمونيا أو الهيدروجين". لكن الباحثين حاولوا على أية حال.

جرب فريق الباحثين طريقة الحجرة المفرغة المعتادة، باستخدام الأسيتون. ومع ذلك، فقد استبدلوا غاز الأمونيا بهواء من البيئة - وقد نجح الأمر - وكان حجم وشكل واتجاه ألياف الكربون النانوية الناتجة هو نفس تلك التي تم الحصول عليها بطرق التصنيع الشائعة.

يقول الباحث الرئيسي: "لقد حققنا ذلك باستخدام طريقة الفراغ في غياب الأمونيا". "إن اكتشافنا يعزز الإمكانية النظرية لإنتاج ألياف الكربون النانوية العمودية دون استخدام غرفة مفرغة. وإذا أمكن القيام بذلك، فسنكون قادرين على إنتاج هذه المواد على نطاق أوسع بكثير".

أخبار الدراسة