تعتمد خصائص الأنابيب النانوية على بنيتها، وليس لدى العلماء حاليًا سوى سيطرة محدودة على هذه الهياكل، والتي يتم تحديدها أثناء الإعداد الأولي، أو النمو، للأنابيب النانوية.
أنابيب الكربون النانوية - وهي أسطوانات مجوفة طويلة تتكون من ذرات الكربون فقط - لها العديد من الاستخدامات الممكنة في تكنولوجيا النانو، والبصريات، والإلكترونيات والعديد من المجالات الأخرى. تعتمد خصائص الأنابيب النانوية على بنيتها، وليس لدى العلماء حاليًا سوى سيطرة محدودة على هذه الهياكل، والتي يتم تحديدها أثناء الإعداد الأولي، أو النمو، للأنابيب النانوية. في الواقع، يعترف أحد الباحثين، أننا لا نعرف بالضبط كيف تنمو الأنابيب النانوية.
وفي المقال المنشور في المجلة العلمية Journal of Applied Physics، يصف الباحثون بقيادة إيراي أيديل، أستاذ الهندسة الكيميائية وعلوم المواد في جامعة مينيسوتا، تأثير غاز الهيدروجين على عملية التحضير.
يوضح الباحث الرئيسي: "تنمو أنابيب الكربون النانوية من جسيم محفز معدني موجود في الغاز، مثل الميثان". "وأحياناً يضاف أيضاً غاز الهيدروجين إلى الخليط، وقد وجد أن نسبة قليلة منه تساعد على نمو أنابيب الكربون النانوية ذات الجدران المستقيمة والحادة التي تحتوي على كمية قليلة من العيوب الهيكلية. ومع ذلك، فإن الكثير من غاز الهيدروجين يؤدي إلى الحصول على ألياف ذات جدران رقيقة للغاية، بدلاً من الأنابيب النانوية، أو منع النمو تمامًا.
لفهم الآلية الدقيقة المسؤولة عن هذه النتائج، استخدم الباحثون المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) وطرق أخرى لمحاكاة وتوصيف تأثيرات زيادة تركيزات الهيدروجين بشكل منهجي. "تبين أن المحفز المعدني الحديدي يتحول إلى كربيد الحديد بعد تفاعله مع الكربون الذي يأتي من غاز الميثان. يوضح الباحث: "إن كربيد الحديد مادة صلبة لا تتشوه بسهولة، وتبين أن الأنابيب النانوية المنتجة من مثل هذا المحفز تميل إلى أن تكون لها جدران مستقيمة وحادة". يضيف الباحث: "إن إدخال كمية إضافية من الهيدروجين في الخليط يحول كربيد الحديد إلى حديد معدني - وهو أكثر مرونة وطاعة - وهو مسؤول عن الحصول على هياكل تشبه الألياف بدلاً من أنابيب الكربون النانوية المجوفة". وعند التركيزات الأعلى من الهيدروجين، فإن الغاز "يأكل" أنابيب الكربون النانوية التي تتشكل، ويتوقف النمو تمامًا.
