up
Search      menu
عمران :: مقاله cnt PDF
QR code - cnt

cnt

نانو تکنولوژي و عمران

1- مقدمه
کربن نانوتيوب ها Carbon Nano Technology (CNT) يکي از مهمترين زمينه هاي تحقيقاتي در نانوتکنولوژي مي باشند. خواص و پتانسيل ويژه و انحصاري آنها براي کاربردهاي ارزشمند تجاري، طيف وسيعي از الکترونيک تا کنترل فرايندهاي شيميايي را در برمي گيرد. اين امر موجب تلاش بسيار عظيمي جهت تحقيق در مورد نانوتيوب ها در پنج سال اخير شده است. با توجه به فعاليت هاي وسيع تحقيقاتي، به پتانسيل کار بردي اين تحقيقات در صنعت ساختمان توجه بسيار کمي شده است.
مقاله حاضر سعي در پر کردن شکاف تحقيقاتي بين CNT ، مواد و مصالح ساختماني دارد. ساختمان، خواص و چگونگي حصول کربن نانوتيوب ها در اين مقاله بررسي شده، پتانسيل هاي کاربردي بطور عام و خاص براي صنعت ساختمان ا رائه شده است. ميتوان کربن نانوتيوب ها و انواع اصلاح شده و تغيير شکل يافته گرافيت تصور کرد.
گرافيت از لايه هاي بسيار زياد اتم هاي کربن که به فرم شش گوش بهم متصل و ورقه هاي مسطحي را تشکيل مي دهند شکل گرفته است.
پيوند بين لايه هاي ضعيف و پيوند کربن اتم ها (داخل لايه ها) قوي مي باشند. CNT را مي توان ورقه يا ورقه هايي از گرافيت تصور کرد که لوله شده باشند.
CNT مي تواند به شکل نانوتيوب هاي تک جداره (SWNT) مثل يک ورقه لوله شده و يا چند جداره (MWNT) شبيه به چند ورقه که با هم لوله شده باشند، موجود باشد.
CNT با انواع مختلف Chirality (کرليتي) مي تواند توليد شود.
کرليتي آرايش شش گوشه اتم هاي کربن است که در جهت محور تيوب فرم گرفته اند. پس ممکن است دو تيوب با قطر يکسان ساختمان متفاوتي داشته باشند، اگرچه منحصرا از اتم هاي کربن تشکيل شده باشند.
CNT توسط بردار کردن شان تحت عنوان (m,n) شرح داده مي شود که m و n اعداد صحيح هستند.
تيوپ (m,0) براي مثال (100) يک تيوپ مدل صندلي دسته دار (armchair) را توصيف مي کند. که شش گوش ها در تيوپ مستقيما به موازات طولشان درست شبيه دسته هاي يک صندلي دسته دار امتداد پيدا مي کنند. در حاليکه تيوپ با m=n براي مثال ( 5،5 ) تيوپ زيگزاگ خوانده مي شود، که شش گوش ها به صورت زيگزاگ در طول لوله پايين مي روند.
نانوتيوب نمايش داده شده در شکل 1 نيز يک نانوتيوپ زيگزاگ است. تيوب ها همچنين ممکن است بين اين دو منتهي اليه کيرليتي داشته باشند. مثل تيوپ (4و5) که مي تواند توسط پيچيدن يک تيوب با بردارهاي نشان داده شده در پايين شکل شماره 2 فرم بگيرد.
2- روش‌هاي توليد نانوتيوپ (CNT)
سه مسير مختلف جهت توليد CNT انتخاب شده است [1]. اولين روش يافته شده، تخليه قوس الکتريکي (Electric Arc – discharge) را مورد استفاده قرار داده، به نحوي که يک جريان الکتريکي ولتاژ قوي از هوا (يا يک گاز خنثي يا گاز واکنشي) (reactive gas) عبور کرده به الکترود کربني هدايت مي شود.
روش‌هاي ديگر:
Laser Ablation، قطع يا سائيدگي ليزري است که در اين روش يک پرتو ليزري قوي مستقيما کربن را هدف قرار مي دهد. CVD، Chemical Vapor Deposition)) نشاندن (Deposit) کردن بخارات شيميايي مي باشد، که گازي با پايه کربني مانند متان را در درجه حرارت‌هاي بالا و گاهي فشارهاي بالا مورد استفاده قرار مي دهند.
در تمام سه مورد مختلف، اتم هاي کربن آزاد انرژي مورد نياز جهت شکل گيري کربن نانوتيوب‌ها بجاي گرافيت يا کربن آمفرف (کربن بي شکل و غيرمتبلور) را تامين مي کنند. MWNT بدون حضور کاتاليست بتواند حاصل شود ولي SWNT عموما نياز به حضور کاتاليست (Transition Metal Cat) فلز انتقالي جهت فرم گرفتن دارند.
کاتاليست ها نوعا بشکل ذرات نانوئي موجود مي باشند. تصور مي شود اتم هاي کربن منفرد داخل ذره شده به سطحش نفوذ مي کنند جائيکه به تيوب يا تيوب هاي در حال رشد مي پيوندند [2].
بسته به شکل و سايز ذره و شرايط محيطي موجود، SWNT يا MWNT شکل خواهد گرفت. همچنين طول نهايي CNT به شرايط رشد بستگي دارد. جزئيات بيشتر در مورد سنتز CNT در مرجع [1] يافت مي شود.
حضور کاتاليست جهت توليد CNT منتج به توليد رشته هاي منظم [3] CNT يا کريستال‌هاي منفرد بزرگ متشکل از چندين تيوپ [4] مي شود، البته با کنترل موقعيت کاتاليست بهرحال بيشتر نانوتيوب‌ها به فرم دسته اي يا رشته اي توليد شده، بشکلي که تيوب‌هاي متعدد با نيروهاي واندروالس بهم چسبيده اند. بيشتر تصاوير CNT در واقع تصاوير رشته هاي CNT هستند، فقط AFMها Atomic Force Microscopes و ميکروسکوپهاي الکتروني با قدرت تفکيک پذيري بالا (High resolution) مي توانند تصاوير لوله هاي منفرد را نمايش دهند.
شکل 1 - طرحي از يک نانو تويپ تک جداره
شکل 2 - بردارهاي کيرل نانو تيوپ و نماي شماتيک تيوپها از بالا (نقطه هاي سياه اتم کربن هستند)
3- خواص CNT
CNT ها (Carbon Nano Technology) خواص ويژه متعددي دارند. طيف رفتار الکترونيکي‌شان به کيرليتي Chirality آنها بستگي دارد تيوب هاي مدل صندلي دسته دار، فلزي و انواع ديگر تيوب ها (Semiconductors) نيمه رساناها هستند. بلاوه درجه رسانائي يا نيمه رسانائي توسط doping قابل کنترل است.
بعنوان مثال تحقيق اخير نشان داده است که حضور اکسيژن بتدريج روي رسانائي (Conductivity) همان CNT اثر مي گذارد. تغييرات در اندازه يا تغيير شکل مکانيکي هم روي خواص الکترونيکي آنها موثر است. CNTها همچنين Field Emitters (دستگاه‌هاي نشر ميداني) با کيفيت بالا هستند.
قرار دادن کربن نانوتيوب در يک ميدان الکترونيکي قوي باعث ساتع شدن الکترون‌ها با راندمان بالا بدون آسيب رساندن به تيوب ها مي شود خلاصه‌اي از رفتار الکترونيکي کربن نانوتيوب‌ها در مرجع موجود است.
از ديد مکانيکي، به نظر مي رسد CNT قويترين ماده اي است که تابحال شناخته شده است نتايج عملي نشان داده است که آنها ميزاني از الاستيسيتي (قابليت ارتجاعي) دارند که به مقدار Tpa1 قابل افزايش است. اندازه گيري نهايي Strength & Strain (استحکام کرنش) بسيار مشکل است ولي اندازه گيري Yield Strength (نقطه تسليم) نانو تيوپ تک جداره SWNT از 63Gpa گزارش شده، و Yield Strains از حدود 6% يا بيشتر. CNTها بشدت انعطاف پذيرند بطوريکه قابل خم شدن بشکل دايره يا حتي گره خوردن هستند مانند تيوب هاي ميکروسکوپيک، مي تواند تحت بارگذاري مناسب مسطح يا Buckle (پيچانده) شوند. مرجع رفتار مکانيکي CNT را خلاصه کرده است.
در مورد رفتار حرارتي CNT کار کمتري انجام شده ولي کار تئوري درست مثل اندازه‌گيري‌هاي عملي انجام شده روي سوسپانسيون CNT در مايعات اشاره دارد به اينکه ممکن است Thermal conductivity (هدايت حرارتي) آنها هم نزديک شدن به حد Theoretical مو اد کربني به نحو توجهي بالا باشد. اگر اين تخمين و ارزيابي ها درست باشند، CNT ماده اي است که بيشترين رسانائي حرارتي Thermal conductivity را در دماي اتاق داراست که تابحال شناخته شده است. ويژگي ديگر اين است که تصوير مي‌رود رسانائي حرارتي CNT در طول تيوب‌ها بيش تر از عرض آنها باشد، در نتيجه پتانسيلي براي موارد ايجاد مي شود که خواص هدايت حرارتي anisotropic (ناهمگن) داشته باشند. بهرحال، اندازه گيري‌هاي مستقيم روي CNT بايد اين حدسيات را تاييد کنيد.
4- کاربردهاي CNT
زمينه هاي کليدي کاربردهاي بالقوه و بالفعل CNT شامل الکترونيک، حسگرها (Sensors)، مواد مصالح ساختماني، پرکن‌ها (fillers) و مواد ذخيره اي (materials storage) مي باشد. بيشترين طيف کاربرد تجاري براي اين ماده استفاده از MWNT بعنوان ماده پرکن در کامپوزيت هاي پلاستيک و رنگ ها مي باشد و گاهي بعنوان جايگزين بهبود و اصلاح يافته براي کربن سياه (carbon black) اين بازار به ارزش چندين ميليون دلار برآورد شده است.
توانائي CNT در فلز (Metallic) و نيمه هادي (Semi-Conductor) بودنش، با يک تغيير در ساختمانش بجاي تغيير در ترکيباتش، امکانات قابل توجهي براي الکترونيک نانويي Nano-Scale Electronics ايجاد مي کند. انواع مختلف ترانزيستورهاي CNT و Logic Gates (دريچه هاي منطقي) قبلا شرح داده شده اند و IC (مدارهاي مجتمع) (Integrated Circuits) در حال توسعه و پيشرفت هستند. طبيعت خطي CNT به اين معني است که آنها فايده ديگري نيز دارند و آن اينکه قادرند به عنوان leads (اتصال دهنده) براي دستگاه‌هاي الکترونيکي عمل کنند به همان نحوي که خود دستگاه ها به يکديگر در اندازه نانو را تسهيل کند. مرجع پتانسيل کاربردهاي الکترونيکي را با جزئيات بيشتر شرح مي‌دهد.
يکي از کاربردهاي وابسته و احتمالا يکي از اولين مواردي که به بازار راه خواهد يافت تحت عنوان Emitters in Field Displays مي باشد. همانطور که قبلا ذکر شد CNT بسيار Effective Field Effect Emitters of Electrons مي باشند.
در اين کاربرد، الکترون هاي توليد شده توسط Emitters به طرف مواد فسفري موجود در سطح Display هدايت مي شوند که در بازگشت فوتون هاي مرئي ساتع مي کنند. انتظار مي رود راندمان و Reliability (ضريب اطمينان) بالاي Display, CNT field emitters هاي ارزانتر با عملکرد فوق العاده را ارائه دهند.
رفتار مکانيکي CNT علاقمندي زيادي جهت استفاده از آنها بعنوان مواد ساختماني ايجاد کرده است. پتانسيل هاي استفاده از رشته هاي CNT هنوز قابل تامل و تعمق بوده در ادامه با جزئيات بيشتر در مورد امکانات کاربردي اش در صنعت ساختمان بحث و بررسي خواهد شد. به نظر مي رسد توسعه کوتاه مدت براي کامپوزيت هاي نانوتيوب با توجه به پتانسيل فعلي آنها، عملي تر باشد، چون طول تيوبي که در حال حاضر ساخته مي شود نيز براي اين منظور مناسبتر است. CNT همچنين به علت استحکام و Aspect Ratios (نسبت طول به عرض) فوق العاده زيادشان بسيار به تقويت کننده هاي ايده ال نزديک اند. در نتيجه، تحقيق در چنين کاربردي به نحو شاياني، بخصو ص با تاکيد بر کامپيوزيت هاي پليمري، مورد توجه قرار گرفته.
متاسفانه رفتار کامپوزيت تاکنون عملکرد مورد انتظار را نداشته است. دو مسئله مشترک و معمولي براي کليه کاربردهاي کامپيوزيت هاي CNT وجود دارد. ابتدا پراکندگي و تفرق CNT در Matrix (ماده زمينه اي) مواد مورد سوال است. Dispersion (پراکندگي) از همان ساده پودر نانوتيوب ها در Matrix مواد مايع بسيار پيچيده تر است.
کربن نانوتيوب ها بعد از خالص سازي بعلت وجود نيروهاي واندروالس مايلند به يکديگر بپيوندند، دستيابي و بوجود آوردن توزيع Even (درست و يکنواخت) از تيوب هاي تک آشکارا مشکل است. اين تلاش به روش هاي مختلفي صورت گرفته است.
کارهاي اوليه مستلزم وظيفه مند کردن (functionalizing) تيوب ها بوده در حاليکه تحقيقات بعدي فقط استفاده از سورفکتنت ها و sonication (همزدن صوتي) را نياز دارد. (براي مثال استفاده از سيستم Pzeio Electric جهت دادن انرژي صوتي به نانوتيوب ها در محيط مايع).
انرژي صوتي دسته هاي نانوتيوب را تفکيک کرده تيوب ها را پراکنده مي کند و سوفکتنت به جدا و پراکنده ماندن تيوب ها کمک و باعث ابقا آنها مي شود. تيوبهاي متفرق شده داخل matrix عموما تحت sonication مداوم همزده مي شو ند مسئله دوم دستيابي به Bonding (پيوند) مناسب CNT-matrix مي باشد. نمونه کامپوزيت هاي پليمري CNT عقب نشيني Ffiber (رشته) را زير بارهاي کم نشان مي دهد و در نهايت دوام و استحکام بالا قابل دستيابي نيست، تحقيقات جهت غلبه به اين مورد ادامه دارد.
همچنين کوشش‌هائي جهت ا يجاد و توسعه کامپوزيت‌هاي فلز CNT و سراميک CNT انجام گرفته است. علاوه بر مسائل مشابهي مانند آنچه کامپوزيت‌هاي پليمري با آن مواجهند، متعاقبا به علت نياز به دماهاي بالاتر جهت Sinter کردن متريکس مواد به دشواري‌ها و پيچيدگي‌ها افزوده مي شود. بهرحال، به نظر مي‌رسد کامپوزيت‌هاي آلومينيوم formation carbide ،CNT ديده شده در کامپوزيت‌هاي Carbon Fiber را تجزيه و تحمل کنند. در مقاله اي جديد يک تکنيک موفق جهت تهيه سراميک آلوميناي تقويت شده توضيح داده شده است در اين کار شربت (خمير با ويسکوزيته کم slurry) آلومينا – اتانل به CNT متفرق (disperse) شده در اتانل افزوده مي شود. پودر حاصله قبل از spark sintering (منعقد شدن و بهم چسبيدن توسط جرقه) الک و آسياب (ball mill) مي شود.
مراحل ابتدائي CNT درست و يکنواخت توزيع شده را توليد مي کند، در حاليکه روش sintering يک ماده کاملا چگال را ارائه مي دهد، همچنين ذرات نانومتريک در الومينا حفظ شده از آسيب رساندن به CNT ممانعت بعمل مي‌ايد. اين روش براي توسعه کامپوزيت هاي سراميکي آينده بسيار نويد بخش به نظر مي رسد.
زمينه هاي کاربردي متعدد و بسيار مهم ديگري نيز وجود دارد براي مثال بعنوان حسگرها (Sensors) براي ذخيره و کنترل کاتاليست ها و يا بعنوان نوک (tips) براي AFMها (Atomic force micsopes) در زمينه هاي ذخيره سازي هيدروژن پيشرفت موفقيت آميز کمتري وجود داشته است. تحقيقات اخير چنين نشان مي دهد که بعيد به نظر مي رسد CNT ابراز موثري جهت ذخيره سازي باشد، در حاليکه کارهاي اوليه نويد ذخيره سازي بسيار بالاي وزني را مي داد.
وسعت کاربردها براي CNT بستگي به بهبود و پيشرفت روش هاي سنتر دارد. کاهش قيمت ها يک عامل بسيار مهم است، ولي توانائي توليد منظم و مداوم تيوب هاي با طول زياد و Chirality مشخص، رشته ها يا تيوب‌هاي تک که بسيار متناسب و مطلوب باشند و تيوبهاي با خواص الکترونيکي ويژه، تماما براي کاربردهاي مختلف تجاري لازم خواهد بود. در حال حاضر به نظر مي رسد displays field emission احتمالا اولين استفاده کننده گسترده از CNT وراي کاربرد جاري MWNT بعنوان مواد پرکن باشند. کاربردهاي ديگر بستگي به تحقيقات بعدي در مورد خود کاربردها و پيشرفت هاي اساسي در روشهاي سنتز CNT خواهد داشت.
5- کاربردهاي کربن نانوتيوب ها در صنعت ساختمان
همانطور که بسياري از کاربردهاي CNT براي بيشتر صنايع بسط و توسعه يافته براي صنعت ساختمان نيز کاربردهايي خواهد يافت، حداقل سه عرصه گسترده تحقيقاتي وجود دارد که منجر به توليد محصولاتي منحصرا و مشخصا مورد نياز ساختمان خواهد بود. اين زمينه هاي تحقيقاتي شامل ساخت کامپوزيت هاي CNT با مواد و مصالح ساختماني موجود، استفاده از رشته ها و ريسمان هاي CNT بعنوان اجزاء ساخت و سيستم هاي انتقال حرارت CNT بعلت دوام و استحکام فوق العاده، سختي و aspect ratio بسيار بالا تقويت کننده هاي بسيار عالي هستند. پليمر، سيمان و شيشه همگي کانديدهاي بالقوه اي براي مواد ماتريکس CNT هستند. در مورد کامپوزيت هاي پليمر – CNT صحبت شد. در ادامه کامپوزيت هاي سيمان – CNT با جزئيات بيشتر شرح داده خواهند شد.
شيشه تقويت شده با CNT يا نانوفايبرهاي ديگر بعلت امکان توانائي نانو فايبرها يا نانو تيوب ها در جهت تقويت استحکام بدون مزاحمت در انتقال نور مورد توجه اند.
بهرحال، کار کمي روي رفتار اپتيکي (نوري) نانوفايبرها از اين منظور انجام شده، موفقيت اين ديدگاه درعمل مشخص خواهد شد.
توليد CNT هاي بلندتر که بتوانند به فرم ريسمان در آينده امکانات بديهي و واضحي براي کاربردهاي مثل پل هاي معلق (suspension bridges) ايجاد خواهد کرد. استحکام و الاستيسيتي CNT امکان طراحي Spans (طلق ها و پله اي) بطور قابل توجهي بلندتر از چيزي که تکنولوژي موجود ممکن مي سازد را بوجود خواهد آورد.
همچنين استفاده از ريسمان هاي CNT در ساختمان هاي بتن بهسازي شده ممکن است عملي نباشد. کربن نانو تيوب ها همچنين بعنوان موادي براي ساخت ساختارهاي خيلي بزرگ - space based مثل بالابرهاي فضائي مورد بحث و بررسي قرار گرفته اند.
اين سيستم هاي کابلي قابليت تئوريکي رسيدن به ماوراء Geo Synchronous orbits از سطح زمين را دارند. اتاقک هاي بالابر همزمان بالا و پايين مي روند و کابل امکان انتقال بار از فضا به زمين و بالعکس را با کمترين انرژي فراهم خواهد ساخت. بايد ديد چنين ساختارهايي امکان طراحي و ساخت خواهند يافت يا خير، چنين به نظر مي رسد که CNT تنها ماده اي است که تحمل کلان ساختماني بارهاي لازم را خواهد داشت.
هدايت حرارتي کربن نانو تيوب هاي کاربردهاي ديگري نيز ارائه مي دهد. از آنجائيکه دانسيته مناسب از کربن نانو تيوب ها مي توانند قادر به هدايت سريع حرارت از سطح تماس به حفره هاي حرارتي (Heat Sinks) باشند امکان تحقق کامپوزيت مواد اصلاح شده از نظر مقاومت حرارتي مطرح مي گردد. همچنين بعدها ممکن است توسعه مواد عايق کننده و لوله هاي حرارتي، بهره مندي از اختلاف هدايت حرارتي در طول و عرض لوله ها را تحقق بخشد. يکي از کاربردها مي تواند گرم کردن ساختمان ها باشد که جايگزين سيستم هاي بر مبناي مايع موجود، براي گرما دهي طبقات خواهند شد.
6- سيمان و کربن نانو تيوب‌ها
سيستم هاي بتن و سيمان پتانسيل جالبي بعنوان مواد CNT دار ند. سيمان قبلا بعنوان ماتريکس مواد براي فايبرهاي کربن و فولاد با قطرهاي ميکرومتري مورد استفاده قرار گرفته بود. انتظار مي رود CNT در مقايسه با اين نوع فايبرها فوايد مشخص بيشتري داشته باشند.
ابتدا، به اين علت که CNT استحکام بيشتري از ديگر فايبرها دارند که در کل رفتار مکانيکي را بهبود خواهند بخشيد.
ثانيا CNTها aspect ratios بالاتري دارند و انرژي بسيار زيادي جهت انتشار شکاف دور لوله نياز دارند. بالعکس در مقايسه با عرض لوله که موردي خواهد بود براي فايبرهاي با aspect ratio پايين تر
ثالثا CNT با قطرهاي کوچکتر در ماتريکس سيمان بطور گسترده اي با فاصله کمتر فايبرها از هم مي توانند توزيع شوند، فعل و انفعالات و اثر متقابل شان با ماتريکس سيمان در مقايسه با فايبرهاي بزرگتر نيز متفاوت خواهند بود. CNT با قطرهاي نزديک به اندازه ضخامت لايه هاي هيدراته سيمان C.S.H، رفتار بسيار متفاوتي ميتوانند نشان مي دهند مانند مکانيزم هاي متفاوت باندينگ (bonding).
در نهايت کربن نانوتيوب ها مي توانند طوري وظيفه مند شوند که بطور شيميايي با اجزاء و ترکيبات سيمان واکنش دهند و مسير را براي فرم هاي ديگر فعال و انفعالي و کنترل مناسب سيستم سيمان بسط و بهبود بخشند.
مانند ديگر کامپوزيت هاي CNT، مسائل عمده جهت نائل آمدن بر تهيه کامپوزيت هاي سيمان – CNT با کيفيت بالا، توزيع CNT در سيمان و حصول باندينگ مناسب بين دو ماده مي باشد.
يک راه پراکنده (disperse) کردن CNT در surfactant است که آب با حلال ديگري مخلوط باشد، همانطور که در کامپوزيت هاي پليمري بسيار معمول است استفاده از سوپرپلاستي سايزرها براي بهبودي عملکرد بتن کاملا روشن است.
تحقيقات اوليه در شوراي تحقيقات ملي کانادا نشان داد که مقادير کم CNT مي توانند در آب حاوي 5% سوپر پلاستي سايزر به روش sonication پراکنده شوند. (Eucon 37, Euclid Admixtures Canada, inc) بهر حال روشن نيست که آيا مقدار لازم و کافي مي تواند در اين محيط پراکنده شود تا بتواند به ميزان 2-10 درصد غلظت CNT برسد، که اين امر ظاهرا جهت عملکرد مناسب مکانيکي در ديگر کامپوزيت‌هاي سراميکي لازم است. کارهاي بيشتري جهت پاسخگويي به اين سوال بايد انجام گيرد.
راه دوم پيگيري مسيري است که جهت بهسازي کامپوزيت‌هاي آلومينا – CNT انجام شده. در اين روش CNT در اتانل تحت Sonication پراکنده مي‌‎شوند. نتايج اوليه اين روش در مقاله حاضر ارائه شده است.
مقداري برابر 0.007 gr ، CNT توليد تجاري (کربن نانوتيوب هاي تک جداره 1.4nm توليدي Carbon Nano Technology Ins) و نوع خالص آن تحت عنوان Bucky pearls (به مدت 2 ساعت در اتانل با توان (Power) کم Sonicate شد.
سپس پودر سيمان معمولي پرتلند 0.43gr به مايع افزوده شد تا Slurry سيمان – CNT - اتانل تشکيل شود. در ادامه Slutty به مدت 5 ساعت مجددا Sonicate شد. در مرحله بعد اتانل تبخير شده يک ورق نازک و شکننده سيمان – CNT مرکب از کربن نانو تيوب هاي متصل به ذرات سيمان بجا مي ماند که هر کدام ساختي متخلخل دارند. لازم به ذکر است که پروسس Sonication و تبخير ظاهرا روي شکل و ترکيب (مرفولژي) سطح بعضي از ذرات سيمان اثر گذاشته شکل ظاهر آنها را سخت تر مي کند. اثر ديگر Sonication جداسازي و تفکيک ذرات مي باشد به صورتيکه ذرات بسيار ريز سيمان در محدوده سطح کاغذ CNT به تله افتاده ذرات بلندتر در عمق کاغذ نشست مي کنند. سپس قسمتي از کاغذ سيمان – CNT توسط هاون آسياب شده تا مواد تفکيک شده، بتوان ذرات تک سيمان را آزمايش و بررسي کرد.
کاغذ و پودر آسياب شده هر دو با استفاده از SEM، (Hitachi S 48001 cold field emission gun scanning electron micros cope) با بزرگنمايي متوسط تا بسيار زياد (X200000 - X54000) آزمايش شدند.
شکل 3 دو عکس از سطح خارجي کاغذ سيمان – CNT را نشان مي دهد. نمودار اندازه در عکس ها مقياس را به دهم مقدار معين شده تقسيم کرده و ضخامت خطوط که نمودار مقياس را تشکيل داده صدم مقدار نشان داده شده مي باشد. در اين ناحيه ساختاري متخلخل وجود دارد و پيداست که فرايند Sonication يا کربن نانو تيوب ها را کاملا پراکنده (Disperse) نکرده يا اينکه در زمان تبخير دوباره بهم متصل شده اند. ذرات سيمان بهم و CNT هاي متعدد وصل شده اند. ذره مياني با دسته هاي تيوب با قطرهاي مختلف پوشش داده شده است. ضمنا در اين عکس ها ديدن CNT تک بسيار مشکل و يا غيرممکن است. اين ميکروسکوپ قادر به نمايش ساختارهايي به کوچکي 10nm مي باشد. بنابراين به نظر مي رسد محلي که در قسمت پايين شکل 3 با فلش نشان داده شده دسته هايي کوچک از CNT باشند. شکل 4 ذره مشابهي را نشان مي دهد که يک دسته CNT ذره را قطع کرده و در وسط ذره ناپديد مي شوند. اين تيوب ها در عرض سطح گسترده شده اند. طوريکه تيوب هاي تک پايين‌تر از قدرت تفکيک و دقت SEM قرار مي گيرد.
بحث و نتيجه گيري
کربن نانو تيوب ها يکي از مهمترين موادي هستند که جهت کاربردهاي نانوتکنولوژي مورد بحث و بررسي قرار دارند. خواص ويژه آنها طيف گسترده اي را در برمي گيرد، از استحکام فوق العاده زيادشان تا رفتار غيرمعمول الکترونيکي، هدايت حرارتي بالا، قابليت ذخيره و نگهداري ذرات نانوئي داخل تيوب ها، پتانسيل کاربردهاي فراوان کربن نانوتيوب ها و خواص ويژه آنها باعث سعي و تلاش بسيار زيادي در زمينه هاي مختلف علمي و مهندسي شده است. همانند مورد تکنولوژي ترانزيستور سيليکن، اين کاربردها به موقع رشد خواهند يافت، در صورتيکه به موازات توانايي توليد صنعتي، ساخت استادانه CNT و درک فيزيک CNT بسط و ادامه يابد.
کاربردهاي CNT در صنعت ساختمان، طيف وسيعي از کامپوزيت مواد تا ترکيبات و اجزاء با استحکام بالاي ساختاري و تکنولوژي انتقال حرارت را در برمي گيرد.کامپوزيتهاي CNT با بتن و سيمان آشکارا پتانسيل فوق العاده قوي دارند. زيرا CNT هم به عنوان يک ماده تقويت کننده تقريبا ايده آل عمل مي کند. و هم قطرهايي شبيه به اندازه لاي ههاي کلسيم – سيليکات – هيدرات دارد.
تحقيق اخير نشان مي دهد که با استفاده از تکنيک اتانل – Sonication ميتوان دسته هاي CNT را در عرض ذرات پخش کرد. کارهاي بعدي فعل و انفعال بين CNT و سيمان هيدراته مثل عملکرد مکانيکي کامپيوزيت هاي سيمان – CNT را بررسي خواهد کرد.
منابع:
1- کتاب نانو تکنولوژي، آيينه تکنولوژي آفرينش، دفتر همکاريهاي فن آوري رياست جمهور کميته. مطالعات سياست نانو تکنولوژي، 1380
2- برنامه پيشگامي ننوتکنولوژي، پيش بسوي انقلاب صنعتي بعدي، گزارش از گروه کاري فرابخش در. علوم، تهران آتنا، 1380
3- حسين پور. پريوش، کربن نانوتيوبها و کاربردشان در صنعت، ترجمه.
4- Engines of Creation K. Eric Drexler, An chor books editions, U.S.A,1990.
5- Dai,H., Nanotube Growth and cterization in Carbon Nanotubes: sythesis, structure, properties and Applications, ms. Dressel haves, Bergin 2001.
6-مهندسي عمران ايران
7- smalltimes
8- Nanotechnews
9- Iranano

دانلود نسخه PDF - cnt