شکل (۳- ۴) : انواع مختلف نانو لوله ها

• • • برای اطمینان از درستی روش ساخت, باید دقت کنیم که در آخر کار, در راستای افقی یک خط شکسته زیگزاگ به دور نانو لوله ببینیم.

  

• • نانولوله نوع صندلی : در صورتی که اتم ابتدایی و اتمی که در وضعیت ۴۵ درجه نسبت به آن قراردارد, روی هم قرار بگیرند, نانو لوله نوع صندلی به دست می آید. در این حالت می توانیم بین این دو اتم یک خط مستقیم رسم کنیم که معادله آن (m=n) است. یعنی شماره ستون و ردیف هر یک از آنها با یکدیگر برابر است. در این حالت با یک بار گردش به دور نانو لوله تعدادی صندلی پشت سر هم خواهیم دید.[۴۲]

جالب توجه ترین خواص نانو لوله مربوط به ساختار نوار الکترونیکی آن است. محاسبات اولیه نشان داده اند که نانو لوله ها بسته به نوع پیچش و قطرشان می توانند رسانا یا نیمه رسانا باشند. برای تشخیص رسانا یا نیمه رسانا بودن کافیست بدانیم که نانو لوله هایی که تفاضل m و n آنها مضربی از ۳ باشد هادی و به طبع اگر این تفاضل مضربی از ۳ نباشد نانو لوله نیمه هادی است.
۳-۱-۲ روش های تولید نانو لوله ها
سه روش اصلی برای سنتز نانولوله های کربنی وجود دارد :
الف- رسوب گذاری بخار شیمیایی
ب- قوس الکتریکی
ج- تبخیر لیزری
۳-۱-۲-۱ روش رسوب گذاری بخار شیمیایی (CVD) ^[۲۰]
این روش شامل حرارت دادن مواد کاتالیزوری تا درجه حرارت های بالا در یک کوره لوله‌ای شکل و عبور یک گاز هیدروکربنی در سراسر لوله برای یک مدت زمان معین می‌باشد.[۴۳] دو روش قوس الکتریکی و تبخیر لیزری برای زمان طولانی، روش‌های تقریباً کاملی برای تولید نانولوله‌های تک جداره بودند. اما از آنجایی که هر دو روش مبتنی بر بخار اتم‌های کربن درون محفظه کوچک هستند اولاً میزان تولید نانولوله پایین می‌باشد، ثانیاً نانولوله‌هایی که به صورت تبخیری تهیه می‌شوند به صورت در هم پیچیده هستند؛ در این صورت برای خالص و تمیز کردن آن ها با مشکل مواجه‌اند. روش رسوب بخار نیز با چالش‌هایی مواجه است چرا که برای تولید نانولوله‌های کربنی چند جداره, چگالی بالایی از عیوب در ساختارشان به وجود می‌آید. این عیوب به دلیل دمای پایین رشد می‌باشد که مقدار انرژی لازم برای بازپخت (آنیل) نانولوله‌ و تکمیل ساختارش را فراهم نمی‌کند.
CVD
Catalyst
Oven temperature 500 - 1000 ̊ C
C₂H₄
شکل (۳-۵) : شماتیکی از روش رسوب گذاری بخار شیمیایی
همچنین این روش منجر به مداری شامل هر نوع نانولوله هادی و نیمه‌هادی می‌شود. در این روش رشد نانولوله‌ها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است. با این وجود تمرکز محققان بر روی روش رسوب‌دهی بخار است زیرا تولید انبوه در حد کیلوگرم را میسر می‌سازد و می‌توان کنترل قابل قبولی بر مکانیزم رشد داشت.
۳-۱-۲-۲ روش قوس الکتریکی
در روش قوس الکتریکی, میله کربن را به منبع تغذیه وصل می کنند و سپس در فاصله های چند میلی متری تپه هایی را به وجود می آورند. یک جریان زیاد به درون مدار فرستاده می شود که باعث تولید جرقه بین میله ها می شود. میله ها در پروسه مصرف شده و نانو لوله های کربنی به عنوان محصولات جانبی تولید می شوند. اگر یک کاتالیست مناسب به میله های کربن اضافه شود, باعث تولید هر نوع نانو لوله تک دیواره یا چند دیواره با درجه خلوص بالا می شود. روش قوس الکتریکی همان روشی است که توسط سومیو ایجیما برای اولین بار به کار برده شد.[۴۴] با این وجود, مقدار محصول به وجود آمده در این روش بسیار پایین است.
I
Arc-discharge
He
شکل (۳- ۶ ) : نمایی از روش قوس الکتریکی
۳-۱-۲-۳ روش تبخیر لیزری
در سومین روش با بهره گرفتن از اشعه لیزر گرافیت را بخار کرده, سپس بخار طی فرایند های مختلف به نانو لوله تبدیل می شود. در این روش کنترل بالایی در تنظیم شدت لیزر و کنترل دمای دقیق واکنشها وجود دارد. همچنین به راحتی می توان در حین فرایند تولید, از کاتالیست های مورد نظر برای ساخت نانولوله های تک جداره استفاده کرد.[۴۵]
یکی از مزیت های کنترل دمای واکنش اینست که قطر های لوله در محدوده باریکتر هستند. تنها مشکلی که در این روش وجود دارد, هزینه بالای استفاده از لیزر می باشد.
Laser ablation
Oven temperature 1200 ̊ C
شکل (۳- ۷ ) : نمایی از روش لیزر
۳-۱-۳ خصوصیات نانو لوله های کربنی و کاربردهای آن

• • آزمایشات نشان می دهند که رسانایی گرمایی نانو لوله های تک جداره در دمای اتاق W/mK 6600 و برای نانولوله های چند جداره بیش از W/mK 300 می باشد. که این مقدار دو برابر رسانایی گرمایی الماس است.

• • نانو لوله ها از لحاظ کاتالیزی فعال می باشند. همچنین خاصیت مویینگی بالایی دارند و میتوانند گازها ومایعات را در خود جای دهند. رفتار میکروسکوپی یک نانو لوله از جنس کربن که پاره است همانند یک کفشدوزک به نظر میرسد. شکاف موجود در بافت نانو لوله ناشی از تنشهای حرارتی وارد شده به آن بوده ودرحین فرایند گذر از ساختار پنج وجهی به هفت وجهی کربن در طول لوله دوخته میشود.

• • نانو لوله های کربنی قادرند جریان الکتریسیته را به وسیله انتقال بالستیک الکترون, بدون اصطکاک از سطح خود عبور دهند. مزیت بالستیک بودن آن است که مقاومت در طول لوله ثابت است و به طول آن وابسته نیست.

• • نانو لوله ها می توانند جریان معادل A/cm 10⁶ را از خود عبور دهند که این جریان هزار برابر بیشتر از جریانی است که سیم های مسی عبور می دهند. لذا نانو لوله ها انتخاب ایده آلی برای بسیاری از کاربرد های میکرو الکترونیک می باشند.

• • اهمیت استفاده از نانو لوله ها و تولید ترانزیستور های نانو لوله ای با داشتن ضریب تحرکی برابر با ۱۰۰ هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه در مقابل سیلیکون با ضریب تحرک ۱۵۰۰ سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه و ایندیم آنتیمونید ( بالاترین رکورد بدست آمده تا به امروز ) با ضریب تحرک ۷۷ هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه بیش از پیش مشخص می شود.

• • از دیگر خواص نانو لوله کربنی می توان به ابر رسانا شدن آن در دماهای تقریبا بالا اشاره کرد.

• • نانو لوله ها دارای خاصیت مغناطیسی نیز می باشند. دانشمندان با اعمال میدان مغناطیسی قوی توانسته اند نانو لوله ها را هم جهت کنند. بنابراین در نظر دارند تا از این خاصیت برای تولید صفحات محکمی از نانو لوله ها در صنعت هوا فضا بهره ببرند.

• • نانو لوله ها خواص اپتیکی منحصر به فردی دارند و از آنها به عنوان انتشار دهنده های نوری در ابعاد نانو, خصوصا در حوزه طول موج مادون قرمز برای کاربردهای مخابرات استفاده می شود. همچنین نانو لوله های کربنی می توانند عنوان بهترین گسیل کننده میدانی را به خود اختصاص داده و ابزار های الکترونی با راندمان و کارایی بالاتری تولید کنند. خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله ها, تولید کنندگان را قادر به تولید نوعی جدید از صفحه نمایش های تخت خواهد ساخت که ضخامت آنها به اندازه چند اینچ بوده و نسبت به فن آوری های فعلی از قیمت مناسب تری بر خوردار باشد. به علاوه, کیفیت تصویر آنها هم به مراتب بهتر خواهد بود.

• • در پدیده گسیل میدانی, الکترون ها با بهره گرفتن از ولتاژ اندک از فیلم های ضخیم دارای نانو لوله به سمت صفحه نمایش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن می شوند. هر نقطه از این فیلم, یک پرتاب کننده الکترون (تفنگ الکترونی) کوچک است که تصویر را روی صفحه نمایش ایجاد می کند. ولتاژ لازم برای نمایشگر گسیل میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متکی بر نانو لوله نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه کاتدی استفاده می شد, کمتر می باشد و این نانو لوله ها با ولتاژ کمتر, نور بیشتری تولید می کنند.

• • از خاصیت جذب نور توسط نانو لوله ها برای گرم کردن پلیمرهای مخلوط با نانو لوله ها بدون استفاده از گرم کننده خارجی استفاده می شود.

• • نانولوله ها میتوانند نور مادون قرمز را جذب و دفع کنند همچنین تزریق هم زمان الکترون از یک سر و تزریق حفره ای ازسردیگرلوله موجب میشود نوربا طول موج۵/۱میکرومتر از نانولوله منتشر شود.

• • استحکام و مقاومت کششی بالا : استحکام نانو لوله ها بیش از ۲۰ برابر فولاد است.این ویژگی باعث شده تا از آن برای نوک مته های حفاری و افزایش استحکام نانو کامپوزیتها استفاده گردد.

• • چگالی سطحی بسیار بالا : وجود همین چگالی سطحی بالا خود عاملی برای استحکام بالای نانو لوله هاست.

• • نقطه ذوب بالا : نقطه ذوب نانو لوله های کربنی سه برابر مس است.

• انعطاف پذیری زیاد: انعطاف پذیری نانو لوله کربنی به حدی است که با خم کردن به هیچ وجه نمی شکند و حتی این انعطاف پذیری زیاد در دماهای نزدیک به صفر مطلق خواص بی نظیری را برای نانو لوله کربنی به وجود می آورد. از خصوصیات انعطاف پذیری نانولوله در صنعت الکترونیک برای تولید مدارات الکترونیکی انعطاف پذیر و همچنین تولید حافظه هایی با سرعت انتقال اطلاعات بالا استفاده می شود.