طريقة مبتكرة لدمج الأنابيب النانوية على الأسطح

تم استخدام مبدأ التصاق السطح لربط أنابيب الكربون النانوية بالسطح

انظر إلى أبو بريص وهو يتسلق الجدار. وتعمل حركتها ضد الجاذبية مع تمسكها بالسطح مهما كان زلقا. وهذا الحادث ليس معجزة من السماء. يبقى أبو بريص في مكانه بفضل الجذب الكهربائي - قوى هون دير فال - بين ملايين الشعر المجهري على ساقيه والسطح.

وقد طبق هذا المبدأ باحثون من جامعة رايس، ونشرت أبحاثهم هذا الشهر في المجلة العلمية ACS Nano. ومع ذلك، في حالتهم، كانت هذه الشعرات "ممزقة" من أبو بريص و"مزروعة" على الحائط نفسه.

وجد كاري بينت، خريج جامعة رايس، طريقة لنقل "غابات" من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار عالية الترتيب من سطح إلى آخر - أي سطح - في دقائق. يمكن استخدام القالب المستخدم في صنع الأنابيب النانوية، مع جزيئات المحفز المرتبطة بها، بشكل متكرر لصنع المزيد من الأنابيب النانوية، على غرار استخدام ختم مطاطي بالحبر. المقالة، التي تصف البحث، توضح أيضًا تفاصيل طريقة لتحديد سريع وبسيط لنطاق الأقطار في مجموعة من الأنابيب النانوية المحضرة بطريقة CVD (ترسيب البخار الكيميائي). طرق التحليل الطيفي الشائعة محدودة في قدرتها على مراقبة الأنابيب التي يزيد قطرها عن 2 نانومتر - وهذه هي أقطار معظم الأنابيب النانوية التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة.

يقول الباحث: "هذا مهم لأن جميع خصائص الأنابيب النانوية - الكهربائية والحرارية والميكانيكية - تتغير حسب القطر". "لحسن الحظ، تمتلك كل جامعة تقريبًا الآن مطياف FTIR (تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء) قادرًا على إجراء هذه القياسات، وسيسمح بتحسين عملية تصنيع الأنابيب النانوية وتطوير تطبيقاتها المختلفة."

ويدرس فريق الكيميائيين من جامعة رايس أيضًا طرقًا لجعل الطبقات المطبوعة من هذه الأنابيب النانوية موصلة بالكامل أو شبه موصلة بالكامل - وهي عملية يمكن من خلالها التحكم في حركة الإلكترونات على مستوى النانومتر.

يوفر الجمع بين الطرق خطوة كبيرة للأمام لعدد غير محدود من التطبيقات العملية بما في ذلك أجهزة الاستشعار والألواح الشمسية الأكثر كفاءة والمكونات الإلكترونية. "إن هذه الطريقة المباشرة والصناعية لدمج أنابيب الكربون النانوية عالية الترتيب على أي سطح تمثل تقدمًا كبيرًا."

يشرح الباحث كيف توصل إلى اكتشافه: "لقد بدأت "اللعب" ببخار الماء لتنظيف المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها الموجودة بين الأنابيب النانوية. وعندما مزقت عينة، لاحظت أن الأنابيب النانوية التصقت بالمعاول التي كنت أستخدمها. "قلت لنفسي - هذا مثير للاهتمام حقًا ..."

اتضح أن الماء هو المفتاح. وبعد زراعة الأنابيب النانوية، قام الباحث بنحتها بخليط من غاز الهيدروجين وبخار الماء، وهو خليط يضعف الروابط الكيميائية بين الأنابيب والمحفز المعدني. عند دمجها مرة أخرى، يتم تسطيح الأنابيب النانوية وتلتصق بالسطح الجديد عبر قوى ربط من نوع فان دير فال دون إزالة أي أثر للمحفز.

ونجح الباحثون في تطوير طريقة لدمج الأنابيب النانوية على مجموعة واسعة من الأسطح التي يمكن إعادة إنتاجها وإنتاجها صناعيا.

ومن الأمثلة المثيرة للإعجاب لهذا البحث إعداد مجموعة من طبقتين ونصف من الأنابيب النانوية عن طريق ختم سلسلة من الصفوف على السطح ثم إعادة استخدام المحفز لختم سلسلة أخرى من الصفوف بزاوية تسعين درجة بالنسبة إلى الأول. استغرقت العملية خمسة عشر دقيقة فقط.

ويعتقد الباحثون أن الشركات الصناعية ستدرس عن كثب الطريقة الجديدة، التي يمكن من خلالها دمج دوائر كهربائية تعتمد على أنابيب الكربون النانوية داخل الأجهزة الإلكترونية.

أخبار الدراسة