آشنایی با سیم و کابل های نانو تیوب کربنی

این مواد باعث آلودگی محیط می شوند و بنابراین دانشمندان به فکر جایگزینی برای این مواد بودند. جایگزینی که بتواند بهتر از کابل های فعلی کار کند و از جنس پلاستیک و فلز و کلا مواد تجدید ناپذیر نباشد. در انتها مواد نانو برای این کار مناسب تشخیص داده شدند. در ادامه مقاله استفاده از مواد نانو در ساخت سیو کابل و مزایای این نوع سیم را بررسی می نماییم.

تاریخچه پیدایش سیم و کابل های نانو تیوب کربنی

پژوهشگرانی در کشورهای انگلستان و مجارستان در پی ایده ساخت کوچکترین کابل جهان، کابل نانو تیوب کربنی را ابداع کردند. کابل های معمولی از یک سیم مسی پوشیده شده با عایق تشکیل می شوند. اگر این سیم درونی مسی از نظر ابعاد کوچکتر شود هدایت الکتریکی آن نیز کم می شود. بنابراین هدف حذف این سیم درونی مسی برای کاهش اندازه سیم بود. از آنجایی که نانو تیوب کربن ماده ای با هدایت الکتریکی بالا بود به عنوان جایگزینی برای مس یا آلومینیوم انتخاب شد. برای عایق نیز از ماده نانو دیگری به نام نیترید بور استفاده شد.

مقایسه سیم معمولی با نانو تیوب کربنی

یکی از مشکلاتی که دانشمندان هنگام طراحی و ابداع سیم و کابل های نانو تیوب کربنی با آن رو به رو شدند، جا دادن دو لوله کربنی در کنار هم بود. برای رفع این مشکل متخصصین شیمی در لوله کربنی نیترید بور یک مولکول کشف کردند که عملکرد جالبی داشت. مولکول فولرین درون نیترید بور در اثر حرارت به نانو تیوب کربن تبدیل می شد. نانو تیوب کربن همان ماده رسانای برق بود که قرار بود به صورت یک لوله جدا درون سیم قرار بگیرد. با این کار تنها یک لوله کربنی شامل نانو تیوب کربن و نیترید بور به صورت همزمان درون کابل قرار گرفت. هر دو این مواد در کنار هم تشکیل کوچکترین کابل جهان را دادند. در ساخت این کابل محققین از رشته های مختلف شیمی و برق با هم همکاری کردند. پژوهشگر ارشد تولید سیم و کابل نانو فردی به نام خلوبیستوف بود.

آشنایی با تکنولوژی نانو در سیم و کابل های نانو تیوب کربنی

تکنولوژی نانو تیوب کربنی برای ساخت سیم و کابل نانو به کار می رود. این فناوری فعلا در حد آزمایشگاهی می باشد. کابل های تولید شده با مواد CNT از نظر جرم کوچکتر هستند و مقاومت بالایی در برابر فرسودگی از خود نشان می دهند. به علت خواص فیزیکی و شیمیایی نانو تیوب کربن این ماده از نظر رسانایی برق بسیار خوب عمل می کند. در صنعت برق با استفاده از مواد نانو تیوب کربنی انواع سیم، نوار و تسمه ساخته می شود. به جای کابل شبکه، کابل کواکسیال و USB می توان از این محصولات نانو در صنعت برق استفاده کرد. در حال حاضر تولید و استفاده از این محصولات در حد آزمایشگاهی است. برای استفاده گسترده باید بستر سازی های لازم انجام شود.

کاربردهای CNT در صنعت برق

از مواد CNT امروزه برای ساخت روکش کابل های کواکسیال استفاده می شود. این روکش خاصیت رسانایی دارد. با استفاده از مواد نانو تیوب کربنی نسبت جرم بر طول کابل تا 50 درصد کم می شود. در ساخت انواع خازن ها، دیودها، ترانزیستورها، نوسانگرها، صفحه نمایش های تخت و ... از تکنولوژی CNT استفاده می شود.

تکنولوژی CNT

مزیت به کارگیری سیم و کابل های نانو تیوب کربنی

سیم و کابل های نانو تیوب کربنی نسبت به سیم و کابل های معمولی مزیت های خیلی زیادی دارد. این نوع سیم به دلایل زیادی از جمله حفظ محیط زیست، رسانایی بالا، کوچکتر بودن و ... مناسب جایگزینی با سیم های معمولی است. اما در حال حاضر بستر مناسب برای استفاده آن در سطح گسترده مهیا نیست. یک نکته مهم در زمینه این نوع سیم و کابل که باید در نظر گرفت تاثیر کاربرد آن در جنبه زیبایی سیم کشی و کابل کشی است. یک عیب کاربرد سیم و کابل های نانو تاثیر مخرب بر زیبایی طراحی ظاهری است. در ادامه به طور خلاصه به بررسی مزیت های به کارگیری سیم و کابل نانو می پردازیم:

• مقاومت در برابر خمیدگی این نوع کابل در مقایسه با سایر کابل های مسی و آلومینیومی بسیار بالاتر است.
• این کابل دوستدار محیط زیست است و با آن سازگاری دارد و باعث آلودگی آن نمی شود.
• بالا بودن مقاومت فیزیکی
• اگر کابل CNT حتی در شرایط فساد قرار داشته باشد در انتقال اطلاعات خدشه ای وارد نمی شود.در واقع مقاومت سطحی کابل در هیچ فشاری تغییر نمی کند.
• این نوع سیم در برابر آتش سوزی مقاومت بالایی دارد.
• بالا بودن رسانایی مواد نانو تیوب کربنی در حد فلزاتی مثل طلا و مس است.

جمع بندی نهایی

سیم و کابل های نانو تیوب کربنی با استفاده از تکنولوژی CNT برای حفاظت از محیط زیست تولید شده اند. با استفاده از این نوع سیم و کابل از آسیب به محیط زیست جلوگیری می شود. رسانایی این مواد در حد فلزاتی مثل مس و طلا است. در برابر حریق، تغییرات فیزیکی، خمیدگی و ... کابل های نانو مقاومت خوبی نشان می دهند. تنها مشکل پیش روی دانشمندان هنگام طراحی این نوع سیم و کابل قرار دادن همزمان دو لوله نانو در کنار هم بود. برای حل این مشکل مولکول فولرین درون مواد نانو نیترید بور را در دمای 1000 درجه حرارت دادند. در اثر این فعل و انفعال این مولکول تبدیل به نانو تیوب کربن شد و هدایت الکتریکی لازم درون سیم نانو ایجاد شد. به علت تجدید ناپذیر بودن موادی مانند مس و آلومینیوم باید هر چه زودتر سیم و کابل های نانو به صورت گسترده روانه بازار شوند.

خلوبیستوف مخترع سیم و کابل های نانو تیوب کربنی در انگلستان با هدف تولید کوچکترین نوع سیم این نوع کابل را اختراع کرد. او قبلا کوچکترین لوله آزمایشگاهی جهان را اختراع کرده بود. برای استفاده گسترده از تکنولوژی CNT در صنعت برق لازم است زیر ساخت های لازم فراهم شود. با وجود فناوری نانو دیگر نیازی به استفاده از مواد مضر برای طبیعت نیست. مواد تجدید ناپذیری مانند مس و آلومینیوم نیز کمتر مصرف می شوند.

سیم و کابل های نانو تیوب کربنی