سنتز موفق آلی نانوتسمه کربن برای نانولوله های کربنی

سنتز  nanobelt کربن با کاربردهای بالقوه در زمینه فناوری نانو

شیمیست ها در طول بیش از 60 سال تلاش های بسیاری رابرای سنتز نانو تسمه ها انجام داده اند که هیچکدام موفق نبوده است.

یک تیم در دانشگاه ناگویا گزارش اولین سنتز آلی از یک Nanobelt کربن را داده است. در این روش از نانو تسمه های کربن انتظار می رود که به عنوان یک الگو مفید برای ساخت نانو لوله های کربن و گشوده شدن راه جدیدی در علوم نانو کربن ایجاد گردد.

نانو تسمه های جدید با اندازه 0.83 نانومتر در قطر توسط محققان در پروژه مولکولی نانو کربن در دانشگاه ناگویا و موسسه تحول زیستی مولکول توسعه یافته است.دانشمندان در سراسر جهان از سال 1950 برای سننتز نانو تسمه های کربن تلاش کرده اند و پروفسور  itami  Kenichiro و گروهش به مدت 12 سال بروی آن کار کرده است.

یکی از رهبران این پژوهش بنام Segawa که برای 7 سال درگیر این بخش پژوهش بوده است میگوید : هیچکس نمیدانست آیا سنتز آلی نانو تسمه ها ممکن است یا نه .

نانو تسمه ها شکل کمربندی از متشکل از حلقه های بنزنی ذوب شده است که حلقه آروماتیک متشکل از شش اتم کربن است. نانو تسمه های کربن یک بخش از نانولوله های کربنی است که برنامه های مختلف در الکترونیک و فوتونیک را با توجه به ویژگی های منحصر به فرد خود در بر میگیرد.

شکل زیر نانو لوله های کربنی با قطرها و دیواره های مختلف را نشان میدهد:

روش مصنوعی کنونی تولید نانو لوله های کربنی با قطر ها و ساختار دیواره ایی مختلف باعث تغییراتی در خواص الکتریکی و نوری آن می شود و سنتز یکسان آنها را بسیار دشوار میکند بنابر این توانایی در کنترل سنتز نانو لوله ها با ساختاری یکنواخت در بسیاری از مواد کاربردی مفید خواهد بود.

شکل دواستراتژی عمومی برای رشد نانو لوله های کربنی با استفاده از یک نانو تسمه کربن بعنوان الگو را نشان می دهد. نانو تسمه های کربن به عنوان یک راه مناسب برای ساخت نانولوله های کربنی با ساختار یکنواخت شناسایی شده اند اما با این حال سنتز نانو تسمه های کربن با توجه به انرژی کششی بالا ،خود چالش برانگیز است.به این دلیل که حلقه بنزنی پایدار است و زمانی که با دیگر حلقه ها تلفیق می شود حالتی ناپایدار پیدا میکند.

برای غلبه بر این مشکل برای نخستین بار Guillaume Povie محقق فوق دکترا از پروژه JST-ERATO به همراه ایتامی و Yasutomo Segawa در سنتز شیمیایی نانو تسمه های کربن از یک پیش ماده که براحتی در دسترس است بنام p-xylene ( یک مولکول بنزن با دو گروه متیل در 1و4 موقعیت پارا ) در 11 مرحله موفق به توسعه نانو تسمه های کربن شدند.

کلید موفقیت این استراتژی مصنوعی خود بر اساس تشکیل شکل کمربند از یک پیش ماده macrocycle با فشار نسبتا کم حلقه است.در این استراتژی تیم تحقیقاتی یک پیش ماده از macrocycle از P-زایلن در 10مرحله آماده کرد و تشکیل شکل کمربند آروماتیک با یک واکنش جفت شدن انجام گرفت که در این فرآیند وجود نیکل ضروری است.

پوویه می گوید سختترین قسمت از این پژوهش کلید واکنش جفتش شدن پیش ماده است. اما من همیشه اعتقاد داشتم برای انجام این بخش یک اراده وجود دارد ، یک راه وجود دارد.

در سال 2015 ایتامی ابتکارات جدید خود را در پروژه ERATO که با تمرکز بروی نانو تسمه ها بود راه اندازی کرد. در فستیوال تسمه ها ، مسیر های مصنوعی  مختلف برای ساخت نانوتسمه ها پیشنهاد شد که 10 نفر از پژوهشگران را در این پروژه در گیر خود کرد. در 28 سپتامبر 2016 دقیقا یک سال پس از شروع جشنواره ساختار Nanobelt در نهایت توسط کریستالوگرافی اشعه ایکس در مقابل اعضای گروه ایتامی نشان داده شد. همه در حالی که نفس خود را در سینه نگه داشته بودند خیره به نمایشگری بودند که که در حال تجزیه و تحلیل اشعه ایکس بود و شادی همه را زمانی فرا گرفت که نانو تسمه کربن بروی صفحه نمایش ظاهر شد.

ایتامی میگوید از آنجا که این نتیجه یک مطالعه 10 ساله است این یکی از هیجان انگیز ترین لحظات زندگی من بود و من هرگز آن را فراموش نخواهم کرد.

شکل چهار :از سمت چپ: ساختار  nanobelt کربن با اشعه ایکس، کریستالهای nanobelt کربن در زیر نور اتاق، و در زیر نور UV.

این ترکیب نانوتسمه کربن است که به رنگ قرمز و قرمز عمیق فلورسنت نشان داده است. تحلیل کریستالوگرافی با اشعه ایکس نشان می دهد که نانو تسمه های کربن یک شکل استوانه ایی مثل نانو لوله های کربن به خود میگیرند. بخش از سنتز این ماده در ماه آگست گذشته به پایان رسید که در آن جذب و انتشار نور ، استحکام ساختاری و مطالعات طیف سنجی صورت گرفت.ایتامی و سگاوا میگویند :

 نانوتسمه های کربنی در سال آینده روانه بازار تجاری خواهند شد و به دنبال کشف خواص و ویژگی های جدید این ماده هستیم.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *