تخلیه قوس الکتریکی در تولید نانو لوله های کربنی الکترونیکی ( مهندسی نانو _ میکرو الکترونیک)

تخلیه قوس الکتریکی در تولید نانو لوله های کربنی الکترونیکی (مهندسی نانو _ میکرو الکترونیک)

نویسنده و محقق : مهندس افشین رشید

نکته : در علم نانو الکترونیک از روش قوس الکتریکی برای تولید نانولوله های کربنی استفاده کرد. در این روش از یک منبع تقریبا کم ولتاژ برای ایجاد جرقه بین دو الکترود استفاده می شود . کاتالیست فات واسطه به منظور تسریع تولید نانولوله های کربنی به آند گرافیتی اضافه میگردد. 

کاتالیست به دو شیوه می تواند با آند گرافیتی مخلوط شود:

۱_ افزودن مخلوطی از کاتالیست و پودر گرافیت در سوراخ های هم محور موجود در آند؛ 

۲ _ اختلاط همگن کاتالیست در آند گرافتی.

در حین ایجاد جرقه، جریان الکتریکی بزرگی (بین 51 تا 001) آمپر( از میان دو الکترود که تقریبا در فاصله یک میلیمتری از هم درون اتاقک قرار دارند، عبور می کند. سپس نانولوله های کربنی به همراه دستهای از محصوالت جانبی تولید شده روی کاتد جمعآوری می گردند. کنترل این روش به سبب دمای باالی آن )حدود 3011 کلوین( سخت است. همچنین برای اجرای این روش بایستی محیط اطراف دستگاه خالء بودهو در فشار پایینی بین 001 تا 301 تور قرار داشته باشد. این فرآیند مانند سایش لیزری، در محیط یک گاز بی اثر )معموال هلیوم یا آرگون انجام می شود. نقش گاز در این فرآیند، پایدار نمودن جرقه الکتریکی است که منجر به فراهم شدن شرایط رسوب دهی می گردد. پایداری قوس الکتریکی و شدت جریان اعمالی از عوامل موثر بر بازدهی تولید نانولوله های کربنی با این روش است. از عیوب این روش می توان به پرهزینه بودن آن، شدت حرارت باال و تولید مواد جانبی ناخواسته مانند ذرات گرافیتی اشاره کرد. نانولوله های تولیدی به این روش به شدت طنابی شکل و چند جداره هستند. 

در نانو الکترونیک از محیط نیتروژن مایع برای تولید نانولوله کربنی با روش قوس الکتریکی استفاده شد. محیط مایع منجر به ایجاد یک محیط عاری از اکسیژن برای انجام واکنش و خنک سازی محصوالت می شود. بنابراین با استفاده از محیط مایع، این روش ارزان تر و مقرون به صرفه تر می گردد.

نکته : نانو لوله های کربنی در تولید نانو ترانزیستور ها در علم نانو الکترونیک استفاده میشود و نانو ترانزیستور ها در تولید نانو چیپ ها نقش کلیدی دارد.

در نانو الکترونیک  نانولوله کربنی تک دیواره به جای چند دیواره تولید می شود. بازدهی آن به نوع کاتالیزور فی بستگی دارد. قطر این نانولوله ها بین 5 تا 01 نانومتر است و طول آنها تاصدها میکرومتر رشد می کند. شایان ذکر است که انتهای همه نانولوله های تک دیواره به صورت کامل با کالهک نیم کره ای بسته می شود. نانولوله های کربنی تک دیواره تولید شده با این روش خالصتر از نانولوله های تولید شده با سایر روش ها هستند.