حل مشکل نانولوله های کربنی با الهام از پوست پلنگ

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، نانولوله‌های کربنی یکی از اشکال ساختارهای کربنی هستند که در سالیان اخیر مورد توجه محققان حوزه‌های مختلف علم و فناوری قرار گرفته‌اند.

خواص منحصربه‌فرد این نانو ماده از قبیل استحکام و رسانایی بالای آن موجب شده تا بتوان از نانولوله‌های کربنی در صنایع نانوالکترونیک، دارورسانی و تصفیه‌ آب بهره برد. بیش از نیمی از کاربردهای نانولوله‌های کربنی مربوط به کامپوزیت سازی و تولید نانوکامپوزیتهای پلیمری تقویت شده است. 

دکتر محمدمهدی ابوالحسنی، مجری طرح از کلوخه شدن و عدم اتصال قوی با زمینه به‌عنوان جدی‌ترین مشکل استفاده از نانولوله‌های کربنی به‌منظور تقویت زمینه‌ پلیمری یاد کرد و افزود: به دلیل مشکلات استفاده از نانولوله‌های کربنی، پراکنش آن در بسترهای پلیمری و مایعات با سختی‌هایی روبه‌روست. با ایجاد یک ساختار پوست‌پلنگی می‌توان علاوه بر رفع مشکلات گفته‌شده، چسبندگی بالایی بین نانولوله‌های کربنی و ماتریس زمینه برقرار کرد و استحکام نانوکامپوزیت را بیش‌ازپیش افزایش داد.

وی ادامه داد: با اصلاح سطحی نانولوله‌های کربنی و ایجاد یک ساختار پوست‌پلنگی می‌توان کارایی آن‌ها را در تقویت زمینه افزایش داد؛ بنابراین برای رسیدن به یک میزان استحکام مشخص به میزان کمتری از نانولوله‌های کربنی نیاز خواهد بود که این موضوع موجب کاهش هزینه‌ی تولید خواهد شد. از سوی دیگر، سرعت فرایند آماده‌سازی و وارد کردن نانولوله‌ها به درون زمینه با بهره‌گیری از این نتایج این طرح، بیشتر خواهد بود.

ابولحسنی اظهار داشت: خواص مکانیکی یک نانوکامپوزیت ارتباط مستقیمی با میزان استحکام پیوند نانوذرات تقویت‌کننده با زمینه دارد؛ بنابراین هرچه استحکام پیوند بین فصل مشترک زمینه/نانولوله مستحکم‌تر باشد، کل نانوکامپوزیت از استحکام مکانیکی بالاتری برخوردار خواهد بود.

به گفته وی، در طرح حاضر با استفاده از آلیاژ پلیمری PMMA/PAN ، یک ساختار تکرارشونده‌ پوست‌پلنگی ایجاد شده است که به‌منزله‌ یک اصلاح سطح برای این نانولوله‌ها تلقی می‌شود.

وی عنوان کرد: در واقع نقاط اصلاح‌شده بر روی این نانولوله‌ها ساختار پوست پلنگ را تداعی می‌کنند. این مهم موجب بهبود استحکام پیوستگی فاز زمینه و نانولوله‌ها و متعاقب آن دست‌یابی به یک نانوکامپوزیت پلیمری استحکام بالا شده است. این ساختار کاملاً قابل‌کنترل است و می‌توان یک فاز دیگر از قبیل دارو را به نقاط مدنظر انتقال داد. همچنین از تجمع و به هم چسبیدن نانولوله‌ها نیز جلوگیری می‌شود. 

به گفته‌ ابوالحسنی، یکی از مشکلات نانولوله‌ها رسوب آن‌ها در حلال پس از مدت‌زمان اندک است. اما نانولوله‌های پوست‌پلنگی قادرند پایداری خود را حتی تا ۶ ماه درون حلال حفظ کنند. 

این محقق ابراز امیدواری کرد با حمایت دستگاه‌های مربوطه، این نوع نانولوله‌ها به سمت تجاری‌سازی و تولید انبوه سوق داده شوند.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر محمدمهدی ابوالحسنی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- کامران شیروانی مقدم- دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه دیکین کشور استرالیا- و دکتر حمید خیام و دکتر مینو نائبه- محققان دانشگاه دیکین- است. نتایج این کار در مجله‌ی Composites: Part A با ضریب تأثیر ۴/۰۷۵ (جلد ۹۵، سال ۲۰۱۷، صفحات ۳۰۴ تا ۳۱۴) منتشر شده است.