கேள்வி: கார்பன் நானோகுழாய் - துருத்தி பற்றி விளக்கவும்.
பதில்: படிமம்:NanoBud.JPG ஒரு நானோதுருத்தி என்பது கார்பன் நானோகுழாய் வளைந்து துருத்தியிருத்தல் (நங்கூரவளைய வடிவம்) என கருத்தியல் ரீதியாக விவரிக்கப்படுகிறது. நானோதுருத்திகளில், ஏற்கனவே உள்ள சில குறிப்பிட்ட ஆரத்தில் எதிர்பார்க்கப்பட்ட காந்தவியல் இயக்கங்களை விட 1000 மடங்கு அதிகமாக இருத்தல் போன்ற பல தனித்த பண்புகள் இருப்பதாக எதிர்பார்க்கப்படுகின்றன. காந்தவியல் இயக்கம், வெப்ப நிலைப்புத் தன்மை போன்ற பல பண்புகள் பெரும்பாலும் துருத்தியின் ஆரம் மற்றும் குழாயின் ஆரம் ஆகியவற்றைச் சார்ந்து மாறுபடுகின்றன.
கேள்வி: கார்பன் நானோகுழாய் - வலிமை பற்றி விளக்கவும்.
பதில்: கார்பன் நானோகுழாய்கள் வலிமையான மற்றும் விறைப்பான பொருட்கள் ஆகும், எனினும் அவை முறையே இழுவிசைவலு மற்றும் மீள் குணகம் என்ற சொற்களில் கண்டறியப்படுகின்றன. இந்த ஆற்றல் தனிப்பட்ட கார்பன் அணுக்களுக்கு இடையில் ஏற்படும் சக இணைப்பு sp² பிணைப்புகளில் இருந்து கிடைக்கிறது. 2000 இல், ஒரு பன்மடங்கு-சுவர் கார்பன் நானோகுழாய் 63&nbsp;ஜிகாபேஸ்கல்ஸ் (GPa) இழுவிசைவலுவுடன் இருந்ததாகச் சோதிக்கப்பட்டது. (எடுத்துக்காட்டில், 1&nbsp;mm2 குறுக்கு வெட்டுடன் 6300 கிகி உடைய ஒரு கேபிளின் விரைப்புத் தாங்குவதற்கான திறனை அது பரிமாற்றியது). கார்பன் நானோகுழாய்கள் 1.3 இலிருந்து 1.4&nbsp;கி·செமீ−3 வரையில் திடமான குறைந்த அடர்த்தியைப் பெற்றிருந்த போதும், 48,000&nbsp;kN·m·kg−1 வரையிலான அதன் குறிப்பிட்ட வலிமை, தெரிந்த பொருட்களான உயர்-கார்பன் எஃகுவின் 154&nbsp;kN·m·kg−1 உடன் ஒப்பிடும் போது சிறந்ததாகும். அதிகப்படியான இழுவிசைவிகாரத்தின் கீழ், குழாய்கள் பிளாஸ்டிக் உருச்சிதைவுக்கு உட்படும், அதாவது உருச்சிதைவு நிரந்தரமானதாக இருக்கும். இந்த உருச்சிதைவு தோராயமாக 5% இழுவிசையில் ஆரம்பமாகிறது, மேலும் அதிகபட்ச இழுவிசை அதிகரிக்கலாம், இதனால் இழுவிசை வலிமை வெளியாகி குழாய்கள் முறிவுக்கு முன்புள்ள நிலையை அடையும். CNTக்கள் அழுத்தத்தின் கீழ் இயன்றளவில் உறுதியாக இருக்காது. அவற்றின் உள்ளீடற்ற கட்டமைப்பு மற்றும் உயர் தன்மை விகிதாச்சாரத்தின் காரணமாக, ஒடுக்கம், முறுக்கம் அல்லது வளைதகைப்பு ஆகியவை ஏற்படும்போது அவை நெளிதலுக்கு உட்படுவதற்கு உகந்ததாக இருக்கும். {| style="font-size:95%;text-align:center" class="wikitable" border="0" |+ இயக்கமுறை பண்புகளின் ஒப்பீடு[http://www.assda.asn.au/index.php ஆஸ்திரேலியன் ஸ்டெயின்லெஸ் ஸ்டீல் டெவலப்மண்ட் அசோசியேசன் (ASSDA) - முகப்பு] |- ! பொருள் ! யங்கின் எண்ணளவு (TPa) ! இழுவிசைவலு (GPa) ! முறிவில் நீட்சி (%) |- | SWNT | ~1 (1 இலிருந்து 5 வரை) | 13–53E | 16 |- | ஆர்ம்சேர் SWNT | 0.94T | 126.2T | 23.1 |- | ஜிக்ஜாக் SWNT | 0.94T | 94.5T | 15.6–17.5 |- | சிரம் SWNT | 0.92 | | |- | MWNT | 0.8–0.9E | 150 | |- | துருப்பிடிக்கா எஃகு | ௦0.2% | ~0.65–3 | 15–50 |- | கெவ்லர் | ~0.15 | ~3.5 | 2% |- | கெவ்லர்T | 0.25 | 29.6 | |} Eபரிசோதனை கருத்தறிவிப்பு; Tஅறிமுறை ஊகம் மேற்கண்ட விவாதம் நானோகுழாய்களின் அச்சுப் பண்புளுக்குச் சுட்டிக்காட்டப்பட்டுள்ளன, ஆதலால் எளிமையான வடிவியல் சார்ந்த பரிசீலனைகள் கார்பன் நானோகுழாய்கள் ஆரத்திசையில் குழாய் அச்சு முழுவதையும் விடவும் மிகவும் மென்மையானதாக இருக்க வேண்டும் என அறிவுறுத்துகின்றன. உண்மையில், ஆர மீள்திறனின் TEM கருத்தறிவிப்பு, வேண்டர் வாலின் ஆற்றல்கள் கூட இரண்டு அருகாமையில் உள்ள நானோகுழாய்களை உருச்சிதைவாக்கலாம் என அறிவுறுத்துகிறதுஆர். எஸ். ரூஆஃப், மற்றும் பலர், "ரேடியல் டிஃபார்மேசன் ஆஃப் கார்பன் நானோட்யூப்ஸ் பை வேன் டெர் வால்ஸ் ஃபோர்ஸஸ்" [http://www.nature.com/nature/journal/v364/n6437/abs/364514a0.html நேச்சர் 364, 514 (1993)]. நானோஅழுந்தல் பரிசோதனைகள், பன்மடங்குசுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களில் பல்வேறு குழுக்களில் செயல்படுத்தப்படுகிறது,ஐ. பலாசி, மற்றும் பலர். "ரேடியல் எலாஸ்டிசிட்டி ஆஃப் மல்டிவால்ட் கார்பன் நானோட்யூப்ஸ்" [http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.94.175502 Phys. ][http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.94.175502 Rev. Lett. ][http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.94.175502 94, 175502 (2005)]எம்.-எஃப். யூ, மற்றும் பலர். "இண்வெஸ்டிகேசன் ஆஃப் த ரேடியல் டிஃபார்மபிலிட்டி ஆஃப் இண்டிவிஜுவல் கார்பன் நானோட்யூப்ஸ் அண்டர் கண்ட்ரோல்ட் இண்டெண்டேசன் ஃபோர்ஸ்" [http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.85.1456 Phys. ][http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.85.1456 Rev. Lett. ][http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.85.1456 85, 1456-1459 (2000)] பல்வேறு GPa வின் வரிசையில் சுட்டிக்காட்டப்பட்ட எண்ணளவு, CNTக்கள் உண்மையில் ஆரத்திசையில் மென்மையாக இருக்கின்றன என உறுதிப்படுத்துகின்றன. ஒற்றை-சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களில் உருவாக்கப்படும் மிகவும்கடினமான பிரிவு வைரம் கடினமான பொருளாகக் கருதப்படுகிறது, மற்றும் உயர் வெப்பநிலை மற்றும் உயர் அழுத்த நிலைகளின் கீழ் வைரத்தில் கிராஃபைட் பரிமாற்றங்கள் ஏற்படும் என்பது அறிந்ததே. ''அறை வெப்பநிலையில்'' 24 GPa க்கும் அதிகமான அமுக்க SWNTக்கள் மூலமாக ஒரு மிகவும்-கடினமான பொருளைக் கொண்ட தொகுப்புக்கான ஆய்வு வெற்றியடைந்தது. இந்தப் பொருளின் கடினத்தன்மை நானோஇன்டென்டரில் அளவிடப்பட்ட போது 62–152 GPa வாக இருந்தது. எடுத்துக்கொள்ளப்பட்ட வைரம் மற்றும் போரான் நைட்ரைடு மாதிரிகளின் கடினத்தன்மை முறையே 150 மற்றும் 62 GPa வாக இருந்தது. அமுக்க SWNTக்களின் மொத்த குணகம் 462–546 GPaவாக இருந்தது, இது வைரத்துக்கான மதிப்புகளான 420 GPa வைவிட மேம்பட்டதாக இருக்கிறது.
கேள்வி: கார்பன் நானோகுழாய் - நச்சுத்தன்மை பற்றி தகவல் சொல்.
பதில்: கார்பன் நானோகுழாய்களின் நச்சுத்தன்மையை வரையறுப்பது நானோதொழில்நுட்பத்தில் மிகவும் இன்றியமையாத கேள்விகளில் ஒன்றாக இருக்கிறது. துரதிஷ்டவசமாக இந்த ஆய்வுகள் உண்மையில் ஆரம்பக் கட்டத்தில் மட்டுமே இருக்கின்றன, மேலும் தகவல்கள் இன்னும் துகள்களாகவும், விமர்சனத்திற்குரியதாகவும் இருக்கின்றன. ஆரம்ப முடிவுகள், இந்த சமச்சீரற்ற பொருளின் நச்சுத்தன்மையை மதிப்பிடுவதில் உள்ள சிரமங்களை வெளிப்படுத்தின. கட்டமைப்பு, அளவு விநியோகம், புறப் பரப்பளவு, புற வேதியியல், புறப்பகிர்வு மற்றும் வெப்பத் திரட்சி நிலை போன்ற கூறுகளும், அத்துடன் மாதிரிகளின் தூய்மை போன்றவை கார்பன் நானோகுழாய்களின் வினைத்திறனில் குறிப்பிடத்தகுந்த தாக்கத்தை ஏற்படுத்தும். எனினும், சில கட்டுப்பாடுகளின் கீழ், நானோகுழாய்கள் மென்படலத் தடைகளைத் தாண்டலாம் என கிடைக்கும் தகவல்கள் தெளிவாக வெளிப்படுத்துகின்றன, இதனால் மூலப் பொருள்கள் உறுப்புக்களை அடைந்தால் அவை அழற்சி விளைவிக்கிற மற்றும் ஃபைப்ரோடிக் வினைகள் போன்ற தீங்குநிறைந்த விளைவுகளைத் தூண்டலாம் என அறிவுறுத்தப்படுகிறது. கேம்ப்ரிஜ் பல்கலைகத்தின் அமெக்சான்ட்ரா போர்ட்டர் தலைமையிலான ஒரு ஆய்வில், CNTக்களால் மனித செல்களில் நுழையமுடியும், மேலும் அவைத் திசுப்பாய்மத்தில் குவிந்து செல் இறப்புக்குக் காரணமாகும் எனத் தெரியவந்தது. ரோடண்ட் ஆய்வுகளின் முடிவுகளின் தொகுப்பில், CNTக்கள் தொகுக்கப்பட்டிருக்கும் செயல்களைப் பொருட்படுத்தாமல், அவற்றில் அடங்கியிருக்கும் உலோகங்களின் வகைகள் மற்றும் அளவுகள் ஆகியவற்றைச் சார்ந்து, CNTக்கள் திசு வீக்கம், எபித்தலியாய்ட் கிராணுலோமஸ் (நுண்ணிய முடிச்சுகள்), நார்ப்பெருக்கம் மற்றும் நுரையீரலில் உயிரிஇரசாயன/நச்சு விளைவிக்கக்கூடிய மாற்றங்கள் போன்றவற்றை உருவாக்கும் திறனுடையவை என்பது தெளிவாகிறது.ஜும்வால்டெ, ரால்ப் மற்றும் லாரா ஹோட்சன் (மார்ச் 2009). [http://www.cdc.gov/niosh/docs/2009-125/ "அப்ரோச்சஸ் டு சேஃப் நானோடெக்னாலஜி: மேனேஜிங் தெ ஹெல்த் அண்ட் சேஃப்டி கன்செர்ன்ஸ் அசோசியேட்டட் வித் இன்ஜினியர்ட் நானோமெட்டீரியல்ஸ்"]. தொழில்சார் பாதுகாப்பு மற்றும் உடல்நலத்துக்கான தேசிய நிறுவனம். NIOSH (DHHS) பதிப்பகம் 2009-125. ஒரே எடை கொண்ட எலிகளை சோதனைப் பொருளாகக் கொண்டு செய்யப்பட்ட ஒப்பீடு சார்ந்த நச்சுத்தன்மை ஆய்வுகளில், SWCNTக்கள் படிகக்கல்லை விட அதிக நச்சுத்தன்மை கொண்டவையாக இருந்தது தெரியவந்தது, அவை நீண்டகாலம் சுவாசிக்கும்போது தீவிர தொழில் சார்ந்த உடல்நல இடையூறுகளை ஏற்படுத்தும். அதனைக் கட்டுப்படுத்த, அல்ட்ராஃபைன் கரிக் கருமை குறைந்தளவு நுரையீரல் பிரதிபலன்களை உருவாக்கின. CNTக்களின் ஊசி-போன்ற இழை வடிவம் பயத்தை அதிகரிக்கும் விசயமாகும், இவை கல்நார் அட்டை இழைகள் போன்றவை ஆகும், கார்பன் நானோகுழாய்களின் பரவலான பயன்பாடு இடைத்தோலியப்புற்றுக்கு வழிவகுக்கலாம், நுரையீரலின் அகத்திரையில் ஏற்படும் புற்றுநோய் பொதுவாக கல்நார் அட்டைகளின் வெளிப்பாட்டினால் வருபவை ஆகும். சமீபத்தில் வெளியிடப்பட்ட வெள்ளோட்ட ஆய்வு இந்த ஊகத்தை ஆதரிக்கிறது. எலியின் உடல் துவாரத்தில் மெசோதெலியல் அகத்திரையை அறிவியலாளர்கள் வெளிப்படுத்துகையில், மயக்க நிலையில் இருக்கும் போது மார்புத் துவாரத்தில் மெசோதெலியல் அகத்திரையில், நீண்ட பன்மடங்குசுவர் கார்பன் நானோகுழாய்கள் மற்றும் கல்நார் அட்டை-போன்றவைக் கண்டறியப்பட்டதில், அதனுடைய நீளம்-சார்ந்து திசுப்பாதிப்பு மற்றும் கிரானுலோமஸ் எனப்படும் உறுப்புக்கோளாறடைதல் உருவாதல் உள்ளிட்ட நோய்விளைவிக்கக்கூடிய பண்புகள் இருந்தன. ஆய்வாளர்களின் முடிவுகள் பின்வருமாறு: :"இது குறிப்பிடத்தக்க முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது, ஏனெனில் ஆய்வு மற்றும் தொழில் சமூகங்கள் பலவாறான பொருட்களுக்காக கார்பன் நானோகுழாய்களில் அவை கிராஃபைட்டை விட அதிகமாக இடர்விளைவிக்கக்கூடியவை அல்ல என்ற யூகத்தில் தொடர்ந்து அதிகமாக முதலீடு செய்கிறார்கள். எங்களது முடிவுகள் தொடர்ந்த ஆய்வுக்குத் தேவை, மேலும் ஒரு புதிய பொருளை சந்தைக்கு அறிமுகப்படுத்துவதற்கு முன்பு அவை நீண்ட-கால தீங்கை தவிர்க்குமா என்பதை ஆய்வதற்கும் இது பயன்படும்". சக-ஆய்வாளர் டாக்டர். ஆண்ட்ரீவ் மேனார்டின் கூற்று பின்வருமாறு: :"இந்த ஆய்வு சரியாக யுத்திநோக்கத்தின் வகையாக இருக்கிறது, இந்த ஆய்வு உச்சபட்சமாக நானோதொழில்நுட்பத்தில் பாதுகாப்பு மற்றும் பொறுப்பான உருவாக்கத்துக்கு உறுதியளிப்பதில் கவனம் செலுத்துகிறது. இது பரவலான வணிகரீதியான பயன்பாடுகளுக்கு குறிப்பிட்ட நானோஅளவுப் பொருளைத் தேடுகிறது மற்றும் குறிப்பிட்ட உடல்நலத் தீங்கு பற்றிய குறிப்பிட்ட கேள்விகளைக் கேட்கிறது. அறிவியலாளர்கள் பத்தாண்டுகளுக்கும் மேலாக நீண்ட, மெல்லிய கார்பன் நானோகுழாய்களின் பாதுகாப்புப் பற்றிய அக்கறையை அதிகரித்திருந்த போதும், தற்போதைய அமெரிக்க ஃபெடரல் நானோதொழில்நுட்பச் சூழலில் எந்த ஆய்வும் தேவையில்லை என்ற நிலையிலும், உடல்நலம் மற்றும் பாதுகாப்பு இடர் ஆய்வு உத்திகள் இந்த கேள்வியை எழுப்புகின்றன". எனினும் தொடர் ஆய்வு தேவையாய் இருக்கிறது, சில கட்டுப்பாடுகளின் கீழ் இந்நாட்களில் வெளிப்படும் சில முடிவுகள் அதை தெளிவுபடுத்துகின்றன, குறிப்பாக நீண்ட நாட்களாக கார்பன் நானோகுழாய்களுடன் தொடர்புடையவர்களுக்கு மனித உடல்நலத்தில் தீவிர இடர்பாட்டினை முன்வைக்கிறது.
கேள்வி: கார்பன் நானோகுழாய் - சிறந்த-வளர்ச்சி CVD பற்றி நீங்கள் என்ன அறிந்துள்ளீர்கள்?
பதில்: சிறந்த-வளர்ச்சி CVD (நீர்-உதவியுடனான இரசாயன நீராவிப் படிதல்) செயல்பாடு கெஞ்ஜி ஹாட்டா, சுமியோ இய்ஜிமா மற்றும் ஜப்பானில் உள்ள AIST இல் பணிபுரியும் சக-பணியாளர்களால் உருவாக்கப்பட்டது. இந்த செயல்பாட்டில், CVD அணு உலையில் கூடுதலான நீரால் வினையூக்கியின் நடவடிக்கை மற்றும் வாழ்நாள் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. அடர்த்தியான மில்லிமீட்டர்-உயர நானோகுழாய் "காடுகள்", வினையூக்கிகளுக்கு சாதாரணமாக வரிசையாக்கப்பட்டு உருவாக்கப்பட்டன. அந்தக் காடுகளின் வளர்ச்சி விகிதம் பின்வருமாறு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, : H(t) = {\beta}{\tau}_o ({1 - e^{-t / {\tau}_o}}) . இந்த சூத்திரத்தில், β என்பது ஆரம்ப வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் {\tau}_o என்பது பண்புரு வினையூக்கி வாழ்நாள் ஆகும். அதன் குறிப்பிட்ட புறப்பரப்பு 1000 மீ2/கி (மூடிய) அல்லது 2000 மீ2/கி (மூடப்படாத) விட உயர்வாக இருந்தது, இது HiPco மாதிரிகளுக்கான மதிப்பான 520 மீ2/கி விட மேம்பட்டதாக இருக்கிறது. தொகுப்பு செயல்திறன் லேசர் நீக்க முறையை விட சுமார் 100 மடங்கு அதிகமானதாக இருக்கிறது. 2004 ஆம் ஆண்டு இந்த முறையில் 2.5 மிமீ உயரமுடைய SWNT காடுகளை உருவாக்குவதற்கான நேரம் 10 நிமிடங்களாக இருந்தது. அந்த SWNT காடுகளை வினையூக்கிகளில் இருந்து எளிதாகப் பிரிக்க முடியும், கூடுதலான தூய்மைப்படுத்துதல் இல்லாமலே உற்பத்தி செய்யப்பட்ட SWNT பொருள் (தூய்மை >99.98%) தெளிவானதாக இருக்கிறது. ஒப்பிடும் போது, வளர்ந்த HiPco CNTக்கள் சுமார் 30% உலோக தூய்மையின்மைகளைக் கொண்டுள்ளன; அதனால் இதை சிதறல் அல்லது மைய விலக்கல் மூலமாக சுத்தப்படுத்தும் போது நானோகுழாய்களில் சேதாரங்கள் ஏற்படும். சிறந்த-வளர்ச்சி செயல்பாடு இந்தப் பிரச்சினையைத் தடுக்க உதவுகிறது. உயர் அமைப்புடன் ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட ஒற்றை-சுவர் நானோகுழாய் கட்டமைப்புகள் சிறந்த-வளர்ச்சி நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி வெற்றிகரமாக உருவாக்கப்பட்டன. அதன் அடர்த்தி 0.037 கி/செமீ3 ஆகும். இதனைக் காண்கையில் அதன் அடர்த்தி குறைவாக இருக்கிறது, ஏனெனில் தூய்மைத்தனமை உயர்வாக இருக்கிறது, மேலும் வினையூக்கி உலோகத்தின் உட்பொருள் குறைவாக இருக்கிறது. இரும்பு (அடர்த்தி >7.87 கி/செமீ3) போன்ற அசுத்தங்கள் தரமான CNT இல் முக்கிய வினையூக்கிகளாக இருக்கின்றன, சாதாரண CVD அதிகபட்சமாக 17%த்தைக் கொண்டுள்ளது. ஆகையால், தற்போதைய CNT இல் (1.4~2.0 கி/செமீ3) அடர்த்தி அதிகமாக இருக்கிறது. இந்த முறை அடிப்படையில் CVD இன் மாறுபாடாக இருக்கிறது. ஆகையால், அது SWNT, DWNTக்கள் மற்றும் MWNTக்கள் ஆகியவை அடங்கிய பொருளாக வளர்வதற்கு சாத்தியம் இருக்கிறது, மேலும் வளர்ச்சி நிலைகளில் மாறுபாடு செய்வதன் மூலம் அதன் விகிதாச்சாரத்தை மாற்றலாம். அவற்றின் விகிதாச்சாரம் வினையூக்கியின் மெல்லிய தன்மையால் மாற்றமடையும். பல MWNTக்கள் உள்ளடங்கியிருக்கின்றன, அதனால் குழாயின் விட்டம் பரவலானதாக இருக்கிறது. செங்குத்தாக வரிசைப்படுத்தப்பட்ட நானோகுழாய் காடுகள் "ஜிப்பிங் விளைவில்" அவை கரைப்பான் மற்றும் உலர்தலில் மூழ்கவைக்கும் போதிருந்து இருந்து தொடங்கியது. ஜிப்பிங் விளைவு கரைப்பானின் புறப்பரப்பு விரைப்பு மற்றும் கார்பன் நானோகுழாய்களுக்கு இடையில் வேன் டெர் வால்ஸ் ஆற்றல்கள் ஏற்படுவதின் காரணமாக ஏற்படுகிறது. இவை அடர்த்தியான பொருளினுள் நானொகுழாய்களை வரிசைப்படுத்துகின்றன, அவை செயல்பாட்டின் போது பலவீனமான அமுக்கம் பயன்படுத்தப்படுவதால் கற்றகடுகள் மற்றும் துண்டுகள் போன்ற பல்வேறு வடிவங்களில் அமைந்திருக்கலாம். அடர்த்தியதிகரிப்பு சுமார் 70 மடங்குகள் விக்கர்ஸ் கடினத்தன்மை அதிகரிக்கிறது மற்றும் அடர்த்தி 0.55 கி/செமீ3 ஆக இருக்கும். கட்டப்பட்ட கார்பன் நானோகுழாய்கள் 1 மிமீக்கும் அதிகம் நீண்டதாகவும் கார்பன் தூய்மையில் 99.9% அல்லது அதற்கும் அதிகமாகவும் இருக்கின்றன; அவற்றில் நானோகுழாய்கள் காட்டின் விரும்பத்தக்க வரிசையாக்கல் பண்புகளைக் கொண்டிருக்கின்றன.