تولید پلاسما از بازیافت نانولوله‌های کربنی با مایکروویو

پژوهشگران دانشگاه جورج واشنگتن با حرارت دادن نانولوله‌های کربنی ساخته‌شده از دی‌اکسیدکربن زائد در مایکروویو، به پدیده‌ای شگفت‌انگیز دست یافتند: شکل‌گیری پلاسما با رنگ زرد ـ سفید که نه‌تنها جلوه‌ای چشم‌نواز دارد، بلکه فرآیندی بسیار مؤثر برای تصفیه این نانوساختارها فراهم می‌آورد.

کد خبر: ۸۰۲۸۱۵

تاریخ: ۲۴ ارديبهشت ۱۴۰۴ - ۰۹:۰۶

به گزارش روز چهارشنبه گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در پژوهشی جدید که به‌تازگی در مجله Nanoscale منتشر شده، تیمی به رهبری استوارت لیشت (Stuart Licht) در دانشگاه جورج واشنگتن، موفق شده‌ است با استفاده از یک مایکروویو معمولی، از نانولوله‌های کربنی تولیدشده از دی‌اکسیدکربن زائد، پلاسما تولید کند. این پلاسما نه‌تنها به‌صورت شگفت‌انگیزی در دمای بیش از ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد شکل می‌گیرد، بلکه می‌تواند ناخالصی‌هایی مانند فلزات، الکترولیت‌ها و کربن آمورف را نیز از ساختار نانولوله‌ها پاک‌سازی کند.

این یافته می‌تواند جایگزین روش‌های تصفیه پر هزینه و پیچیده نانولوله‌ها شود که نیاز به تجهیزات تخصصی دارند. برخلاف روش‌های رایج مانند رسوب بخار شیمیایی (CVD) که نه‌تنها پر مصرف و آلاینده‌ هستند، بلکه فرآیند تصفیه آن‌ها نیز دشوار است، پلاسما حاصل از مایکروویو روشی ساده و کم‌هزینه برای بهبود کیفیت نانولوله‌های کربنی فراهم می‌کند.

پلاسما به‌عنوان حالت چهارم ماده، زمانی شکل می‌گیرد که گاز خنثی تا جایی گرم شود که الکترون‌ها از اتم‌های خود جدا شوند و محیطی رسانا و واکنش‌پذیر نسبت به میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی شکل بگیرد. پلاسما کاربردهای گسترده‌ای در پزشکی، ساخت مواد و الکترونیک دارد اما حفظ آن معمولاً نیازمند تجهیزات خاص و گران‌قیمت است. پدیده کشف‌شده توسط لیشت نشان می‌دهد که شاید بتوان در آینده از مایکروویوهای ساده برای تولید پلاسما و تصفیه نانوساختارها بهره برد.

این موفقیت مرهون استفاده از روشی است که لیشت در سال ۲۰۰۹ معرفی کرده بود: الکترولیز کربنات مذاب. در این روش پایدار، دی‌اکسیدکربن مستقیم به اکسیژن و کربن ـ به‌صورت نانوساختارهایی مانند گرافن یا نانولوله‌های کربنی ـ تجزیه می‌شود. اکنون لیشت و همکارانش با استفاده از این روش، نانولوله‌هایی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد ساخته‌اند که در برابر امواج مایکروویو، رفتاری غیرمنتظره از خود نشان می‌دهند.

نکته جالب این‌جاست که پلاسما تنها در نانولوله‌هایی دیده شده که مستقیم از دی‌اکسیدکربن تولید شده‌اند، نه در نانولوله‌های ساخته‌شده با روش‌های مرسوم مانند CVD. پژوهشگران حدس می‌زنند دلیل این تفاوت، وجود فلزات واسطه در ساختار نانولوله‌هایی است که از الکترولیز کربنات مذاب به‌دست آمده‌اند. این فلزات هدایت الکتریکی و ویژگی‌های مغناطیسی ساختار را افزایش داده و جذب انرژی مایکروویو را تسهیل می‌کنند؛ در نتیجه دما به حدی می‌رسد که پلاسما شکل می‌گیرد.

یافته اخیر نه‌تنها راهی نو برای تصفیه نانومواد فراهم می‌آورد، بلکه چشم‌اندازی امیدوارکننده برای استفاده مجدد از دی‌اکسیدکربن و کاهش اثرات محیط‌زیستی فناوری نانو به‌شمار می‌آید. از سوی دیگر، امکان تولید پلاسما با وسایل ساده خانگی مانند مایکروویو، می‌تواند پژوهش‌های آزمایشگاهی در سراسر جهان را متحول کند.