الفيزياء

3 استخدامات مستقبلية لأنابيب الكربون النانوية

3 استخدامات مستقبلية لأنابيب الكربون النانوية

تعمل الأنابيب النانوية الكربونية حاليًا على إحداث ثورة في العديد من المجالات بما في ذلك تقنية النانو والأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء والبصريات والإلكترونيات وغيرها من مجالات علوم وتكنولوجيا المواد نظرًا لإطارها وخصائصها الفريدة. الأنابيب النانوية الكربونية لها هيكل طويل وضيق بجدران تتشكل من صفائح كربون بسمك ذرة واحدة تسمى الجرافين. إنها تقريبًا أنحف الأنابيب التي يمكن تشكيلها من الطبيعة. تتميز بخصائص حرارية وميكانيكية وكهربائية غير عادية مما يجعلها مثالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات.

إلكترونيات مرنة

يجري الآن سباق لإنشاء إلكترونيات مرنة وقابلة للانحناء باستخدام الأنابيب النانوية الكربونية التي يمكن أن تحل في النهاية محل الإلكترونيات الحالية المصنوعة من مواد أكثر هشاشة. يقوم العديد من الباحثين في جميع أنحاء العالم بتجربة طرق مختلفة لتطوير الأنابيب النانوية الكربونية للإنتاج الضخم. هناك بعض المشكلات التي تحول دون الاعتماد الواسع النطاق للأنابيب النانوية الكربونية: فليس من المردود من حيث التكلفة تصنيع أنابيب نقية للغاية كما أنها غير معبأة بكثافة كافية على الركيزة.

ابتكر باحثان من جامعة ويسكونسن ، وهما جوبالان وأرنولد ، تقنية تطوير الأنابيب النانوية الكربونية المُحسَّنة حديثًا والتي تسمى التجميع الذاتي التبخيري العائم ، أو FESA. تعمل هذه التقنية على حل مشكلة كثافة التعبئة التي حالت دون الاعتماد الواسع النطاق للأنابيب النانوية الكربونية في الإلكترونيات المرنة. يعمل الفريق حاليًا مع الشركات لتسريع اعتماد هذه التكنولوجيا. كما حقق العديد من الباحثين الآخرين اختراقات أخرى.

[مصدر الصورة: ويكيميديا]

راجع أيضًا: تنظيف المواد النانوية: أضف الزيت فقط

أنف بيولوجي

في المستقبل ، يمكن استبدال الكلاب التي تشم المخدرات بأشكال هجينة من بروتينات المستقبلات الشمية وترانزستورات الأنابيب النانوية الكربونية ، والتي تسمى الأنوف الإلكترونية الحيوية. صدق أو لا تصدق ، تعمل مجموعة من الباحثين بقيادة تشارلي جونسون على إنشاء ترانزستور أنبوب نانوي كربوني قادر على "الشم". تقوم هذه المجموعة بنقل خصائص الاستشعار للبروتينات البيولوجية من الفئران إلى الأجهزة الإلكترونية. وهذا ما يسمى التكنولوجيا الحيوية ، وهو شكل علم الأحياء والتفاعل الإلكتروني ، من النوع الذي قرأت عنه في روايات الخيال العلمي عندما كنت طفلاً.

صرح جونسون ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة بنسلفانيا:

"لقد تحفزنا على صنع هجينة إلكترونية حيوية حيث يوجد ارتباط كيميائي مصمم بعناية بين OR [بروتينات المستقبلات الشمية] وجهاز الأنابيب النانوية ، بالإضافة إلى بيئة شبيهة بالغشاء مُصممة خصيصًا لـ OR." ~ مايكل بيرجر من نانويرك

كان للأنف الكهروضوئي الذي ابتكروه عمر افتراضي يصل إلى عدة أشهر ، وهو أطول بكثير مما كان يُعتقد سابقًا. يعترف جونسون بأنه لا تزال هناك تحديات كبيرة أمام جعل الأنف الإلكتروني الحيوي حقيقة. يعد تنقية بروتينات المستقبلات الشمية من نظام التعبير الخلوي مشكلة كبيرة.

[مصدر الصورة: ويكيميديا]

نانوسبيكرز

يمكن أن يكون لدينا قريبًا قطعة من الملابس أو أي شيء عادي قادر على إصدار الصوت. تم تصنيع مكبرات الصوت النانوية بنجاح من صفائح أنابيب نانوية فائقة النحافة ومرنة بواسطة فريق من الباحثين الصينيين.

لفهم كيفية عمل مكبرات الصوت النانوية هذه ، تحتاج أولاً إلى فهم كيفية تكوين الرعد لأن مكبرات الصوت النانوية تسترشد بنفس المبادئ. تسمع رعدًا بعد صاعقة لسبب ما. وإليك السبب: عندما ينتقل صاعقة من السحابة وتضرب الأرض ، يتم فتح ثقب في الهواء يسمى قناة. بمجرد اختفاء الضوء ، ينهار الهواء مرة أخرى ويخلق موجة صوتية نسمعها على شكل رعد.

في مكبرات الصوت النانوية ، عندما يتم تطبيق تيار كهربائي على الأنابيب ، يتم تسخين الهواء وتمدده مما يؤدي بعد ذلك إلى تكوين موجات صوتية. يسمى هذا التأثير الحراري الصوتي ويختلف عن الفيزياء وراء مكبرات الصوت القياسية. تولد مكبرات الصوت التقليدية صوتًا من الاهتزازات في جزيئات الهواء ولكن مكبر الصوت النانوي لا يصدر اهتزازات على الإطلاق. اقرأ وصفًا تفصيليًا لهذه المكبرات النانوية هنا.

ما نوع الكائن الذي ترغب في رؤيته في المستقبل بإمكانيات توليد الصوت؟ هل سيتم استبدال أجهزة iPod بأغطية مزودة بمكبرات صوت متناهية الصغر؟ بعد يوم طويل في العمل ، هل ستغرق في كرسيك المريح وتستمع إلى كرسيك أثناء تشغيل أغنيتك المفضلة؟ المستقبل سيكون غريبًا ، هذا أمر مؤكد.

راجع أيضًا: مادة جديدة لذا فهي سوداء لا يمكن قياسها

بقلم ليا ستيفنس

شاهد الفيديو: مادة الغرافين ابهرت العلماء وقد تحدث ثورة صناعية (شهر اكتوبر 2020).