מדענים לא יודעים הכל על זה פחמן צינורות צינורות או צינורות CNT בקיצור, אך הם כן יודעים שמדובר בצינורות חלולים דקים וקלים המורכבים מאטומי פחמן. א פחמן צינור הננו הוא כמו גיליון גרפיט המגולגל לגליל, עם עבודות סריג משושה ייחודיות המרכיבות את הגיליון. צינורות פחמן הם קטנים ביותר; הקוטר של צינור צינור פחמן אחד הוא ננומטר אחד, שהוא קוטר של עשר אלף (1/10,000) של שיער אדם. ניתן לייצר צינורות פחמן באורכים שונים.
צינורות פחמן מסווגים על פי המבנים שלהם: צינורות צינור חד-קיר (SWNTs), צינורות קיר כפול (DWNTs), וצינורות רב-קירות (MWNTs). למבנים השונים יש תכונות אינדיבידואליות ההופכות את הצינורות המתאימים ליישומים שונים.
בגלל תכונותיהם המכניות, החשמליות והתרמיות הייחודיות, צינורות פחמן מהווים הזדמנויות מרגשות למחקר מדעי ויישומים תעשייתיים ומסחריים. יש פוטנציאל רב ל- CNT בתעשיית המרוכבים.
כיצד נוצרים צינורות פחמן?
להבות נרות יוצרות צינורות פחמן באופן טבעי. אולם על מנת להשתמש בצינורות פחמן במחקר ובפיתוח של מוצרים מיוצרים, מדענים פיתחו שיטות ייצור אמינות יותר. בעוד שמספר שיטות ייצור נמצאות בשימוש, בתצהיר אדי כימי, פריקת קשת וניפוח לייזר הן שלוש השיטות הנפוצות ביותר לייצור צינורות פחמן.
בתצהיר אדי כימי מגדלים צינורות פחמן מזרעי ננו-חלקיקי מתכת המפוזרים על מצע ומחוממים לחום של 700 מעלות צלזיוס (1292 מעלות פרנהייט). שני גזים שהוכנסו לתהליך מתחילים בהיווצרות הצינורות. (בגלל תגובתיות בין המתכות למעגלים חשמליים, לעתים משמש תחמוצת זירקוניום במקום מתכת לזרעי החלקיקים.) בתצהיר אדי כימי היא השיטה הפופולרית ביותר למסחרי הפקה.
פריקת קשת הייתה השיטה הראשונה ששימשה לסינתזת צינורות פחמן. שתי מוטות פחמן המונחות מקצה לקצה מתאדות קשת ויוצרות את צינורות הפחמן. אמנם זוהי שיטה פשוטה, אך יש להפריד את צינורות הפחמן מהאדים והפיח.
אבלציה בלייזר מזווגת לייזר פועם וגז אינרטי בטמפרטורות גבוהות. הלייזר הפושט מאדה את הגרפיט ויוצר צינורות פחמן מהאדים. כמו בשיטת פריקת הקשת, יש לטהר עוד יותר את צינורות הפחמן.
היתרונות של צינורות פחמן
צינורות פחמן כוללים מספר תכונות יקרות ערך וייחודיות, כולל:
- מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה
- תכונות אופטיות
- גמישות
- נוקשות מוגברת
- חוזק מתיחה גבוה (חזק פי 100 מפלדה ליחידת משקל)
- קל
- טווח המוליכות האלקטרו
- היכולת לתמרן ועם זאת להישאר חזקה
כאשר הם מיושמים על מוצרים, תכונות אלה מספקות יתרונות אדירים. לדוגמה, בשימוש בפולימרים, צינורות פחמן בתפזורת יכולים לשפר את המאפיינים החשמליים, התרמיים והחשמליים של המוצרים.
יישומים ושימושים
כיום צינורות פחמן מוצאים יישום במוצרים רבים ושונים, והחוקרים ממשיכים לחקור יישומים חדשים ויצירתיים.
היישומים הנוכחיים כוללים:
- רכיבי אופניים
- טורבינות רוח
- מציג שטוח שטוח
- סריקת מיקרוסקופים בדיקה
- מכשירי חישה
- צבעי ים
- ציוד ספורט, כמו מגלשיים, עטלפי בייסבול, מקלות הוקי, חיצי חץ וקשת, וגלשנים
- מעגלים חשמליים
- מצברים עם אורך חיים ארוך יותר
- מכשירי חשמל
שימושים עתידיים של צינורות פחמן עשויים לכלול:
- ביגוד (חסין דקירה ואטום כדורים)
- חומרים מוליכים למחצה
- חללית
- מעליות שטח
- פנלים סולאריים
- טיפול בסרטן
- מסך מגע
- אחסון אנרגיה
- אופטיקה
- מכ"ם
- דלק ביולוגי
- LCD
- מבחנות תת-מיקרוסקופיות
בעוד שעלויות ייצור גבוהות כיום מגבילות יישומים מסחריים, האפשרויות לשיטות ייצור ויישומים חדשים מעודדות. ככל שההבנה של צינורות פחמן מתרחבת, כך גם השימושים שלהם. בגלל השילוב הייחודי שלהם בין תכונות חשובות, צינורות פחמן בעלי פוטנציאל לחולל מהפכה לא רק בחיי היומיום, אלא גם בחקירה מדעית ובבריאות.
סיכונים בריאותיים אפשריים של צינורות פחמן
CNTs הם חומר חדש מאוד עם מעט היסטוריה לטווח הארוך. אף על פי שאיש מהם טרם חלה כתוצאה מצינורות, מדענים מטיפים לזהירות בעת טיפול בחלקיקי ננו. לבני אדם יש תאים שיכולים לעבד חלקיקים רעילים וזרים כמו חלקיקי עשן. עם זאת, אם חלקיק זר מסוים גדול מדי או קטן מדי, ייתכן שהגוף לא יוכל ללכוד ולעבד את החלקיק הזה. זה היה המקרה באסבסט.
הסיכונים הבריאותיים הפוטנציאליים אינם מהווים דאגה, אולם אנשים המטפלים ובעובדות עם צינורות פחמן צריכים לנקוט באמצעי הזהירות הנדרשים כדי להימנע מחשיפה.