سیم و کابل های نانوتیوب کربنی چیست؟

انسان در طول حیات نه چندان بلند مدت خود بر روی زمین (در مقایسه با عمر زمین شناسی زمین)، همواره بهطور خود خواسته یا نا خود آگاه، گام در راستای ویرانی زمین و منابع آن برداشته است. از تخریب ها و ویرانی هایی که جنگ ها به بار آورده و می آورند تا گازهای گلخانه ای و تخریب لایه محافظ و گرمایش زمین همه و همه مثال های بی پایانی هستند که ما انسان ها بر سر این کره خاکی با زیستن بر روی آن آورده ایم. امروزه ولی آگاهی و البته به لطف فن آوری و مدرنیته، توانایی ما، به جایی رسیده که تصمیم داریم تا می توانیم جلوی تخریب ها را با بهره گیری از تکنولوژی های مختلفی که حاضر به خدمت خود ساخته ایم، بگیریم. در متن زیر قصد داریم به نسل جدید سیم و کابل های نانو کربنی در همین راستا بپردازیم؛ همراه ما باشید :

طرح مسئله

همانطور که مستحضر هستید، یکی از مهم فن آوری های دهه ی اخیر که باعث تسهیل مصرف بسیاری از مواد کم کاربرد طبیعی و جایگزینی آن ها با مواد معدنی و آلی در خطر پایان یافتن شده است، فن آوری نانو (Nano Technology) می باشد که در واقع و توضیح صحیح و در عین حال عامیانه تر آن؛ استفاده از ماده در مقیاس اتمی، مولکولی و فوق مولکولی برای اهداف صنعتی است. در اینجا ما می خواهیم به فواید استفاده از ماده یا متریال کربن نانو تیوب (Carbon-NanoTube/CNT) و جایگزین نمودن آن با سیم و کابل معمولی پلاستیکی و غیره بپردازیم که از زمانی که دسترسی به CNT البته به صورت آزمایشگاهی و در دست محققان به قطعیت رسید، بر آنها این امر واضح شد که موقعیتی بسیار مناسب برای تولید سیم و کابل هایی با مواد و متریال جدید در دست است که موجب کاهش سطح سختی/ جرم یا حساسیت کمتر به فرسودگی خواهد بود.

نانو تیوب های کربنی (CNT) به علت خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی که دارند، بستر و موقعیت هایی مناسب در راستای ادغام یا یک پارچه سازی با در سیم و کابل ها برای انتقال داده ها و اطلاعات و رسانایی که باید را نیز فراهم آورده اند. در حال حاضر، تسمه ها، نوار ها و سیم های کربن نانو تیوب یا سی ان تی تبدیل به جایگزین هایی مناسب برای رسانا های فلزی، کابل های کواکسیال (Coaxial)، یو اس بی (USB) و همچنین انواع کابل شبکه (Ethernet Cable) البته به صورت آزمایشی و غیر رسمی به نظر می آیند و تنها نیاز به بستر سازی برای استفاده عمومی از آنها نیاز است.

مصارف سیم و کابل نانو تیوب کربنی

البته CNT یا نانو تیوب های کربنی در برخی مصارف غیر عمومی مانند لایه کشی رسانا ی بیرونی یا خارجی کابل کواکسیال (که حالت بافت هم دارد)، ممکن است جهت دستیابی به مزیت هایی همچون کاهش جرم (وزن) کابل بر واحد طول آن (جرم/طول) که در برخی مواقع به پنجاه در صد هم می رسد، به عنوان جایگزین متریال اصلی استفاده شوند که این نیز می تواند بسیار قابل توجه باشد. مواد نانو تیوب حجیم دارای ویژگی های خاصی هستند که به نسبت رسانا های فلزی مزایایی مانند تحمل خمیدگی و پایداری محیطی (که اتفاقا نکته مورد نظر ما و دغدغه طبیعت نیز هست) نیز دارند.

البته در سیم و کابل های نانو کربنی، مقاومتی بیش از ۲۰۰٫۰۰۰ دور چرخش بدون نیاز به افزایش مقاومت نیز مشاهده شده است. علاوه بر این، سیم های CNT در محیط فساد (۱ مولار هیدروکلرواید) نیز پس از ۸۰ روز هیچ افزایش مقاومتی در سطح نشان نداده و تغییر بسیار اندکی با دمای (<1% از ۱۷۰–۳۳۰ K) نشان داده اند که در مصرف، میتوان آن را به حساب نیاورد. این عملکرد نسبت تمام سیم های معمولی برتری محسوسی دارد و برای استفاده در این صنعت مناسب و کاملا نوین است. با این وجود، برای اینکه CNT ها به عنوان جایگزینی کامل برای فلزات عمل کنند، می بایست قابلیت رسانایی الکتریکی آنها بیش از اینها بهبود یابد. البته اخیراً ضریب هدایت سیم های CNT ساخته شده از طریق چگالش (متراکم شدن) و نا خالص سازی همزمان از ۱٫۳ × ۱۰۶ S/m فراتر رفته است. این سطح از رسانایی در نانو تیوب ها، رسانایی آنها را به مس (۵٫۸ × ۱۰۷ S/m) نزدیک ‌تر می‌ کند و با برخی از در برخی شرایط جرمی، نزدیک به با برخی فلزات (مانند طلا) رقابت می شوند.

مقایسه سیم و کابل معمولی و نانو

پیش روی های علمی مذکور در بکارگیری کربن نانو تیوب ها (مانند غنی سازی، ناخالص سازی، هم ترازی، متراکم سازی و …) نشان دهنده پیشرفت ما به سوی اهداف نهایی زیست محیطی مان هستند. اما به موازات تلاش ‌های انجام گرفته برای بهبود در انباشت رسانایی، ادغام CNT ها در ساختار هر کابل ‌و سیمی نیازمند توسعه قابل توجهی در زمینه حساسیت الکتریکی خواهد بود. روش های مختلفی برای تماس سیم و کابل های نانو تیوب حجیم با فلزات (در راستای تلفیق و احتمال بدست آوردن توانایی ذاتی آنها) در حال بررسی و پیشنهاد شدن هستند که به آنها روشی برای کاهش مقاومت تماس تلفیقی CNT-فلز ها از طریق آبکاری الکترولس هم باید اضافه کرد.

در انتها، باید برای جمع بندی گفت این نتایج، پیشرفت کربن نانو تیوب ها در حرفه و تکنولوژی سیم و کابل را نشان می دهد که اگرچه برای محیط زیست و منابع طبیعی حیاتی و مفید است، اما نانو رسانا ها می توانند تبدیل به فن آوری های مخربی در بخش طراحی ظاهری این حرفه، یعنی سیم و کابل کشی نیز بشوند.

سینی کابل