استفاده از نانولوله کربنی در ساخت «آسانسور فضایی»
نانولوله‌های کربنی به دلیل ساختار بسیار مستحکمشان مورد توجه محققان بوده‌اند. یکی از کاربردهای این مواد، استفاده برای بهبود مقاومت ادوات مختلف نظیر دوچرخه است.
شاید این جمله که از نانولوله‌های کربنی می‌توان در ساخت آسانسور فضایی استفاده کرد، در یاد بسیاری از محققان باشد. اما نتایج یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که شاید ساخت این آسانسور علمی تخیلی با استفاده از نانولوله‌های کربنی امکان‌پذیر نباشد.
استحکام نانولوله‌های کربنی به دلیل ساختار اتمی آن‌هاست؛ ساختاری که در آن اتم‌های کربن در شبکه هگزاگونالی اسیر شده‌اند. مطالعات نظری محققان نشان می‌دهد که در یک نانولوله کربنی استحکام کششی 100 گیگاپاسکال است که این رقم موجب شده تا این نانولوله به‌عنوان مستحکم‌ترین مواد شناخته شده قلمداد شود.
اما اگر از این نانولوله‌ها برای تنیدن الیاف بزرگ استفاده شود، طنابی به دست می‌آید که استحکام آن تنها یک گیگاپاسکال است.
برای یافتن دلیل این موضوع، فنگ دینگ و همکارانش از دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ در یک شبیه‌سازی نشان دادند که اگر یک اتم از ساختار نانولوله کربنی خارج شود، دو ساختار هگزاگونالی به یک ساختار پنتاگونالی و هپتاگونالی تبدیل می‌شوند. این کار منجر به پیچشی در ساختار نانولوله می‌شود. همین پیچش موجب می‌شود تا استحکام نانولوله کربنی به 40 گیگاپاسکال کاهش یابد و در صورتی که این نقص ساختاری بیشتر شود، این افت استحکام نیز افزایش بیشتری خواهد یافت.
این گروه تحقیقاتی در این شبیه‌سازی نشان دادند که چگونه این نقص ساختاری به‌عنوان یک نقطه ضعف در بدنه نانولوله کربنی عمل کرده و موجب گسسته شدن پیوند کربن-کربن می‌شود. چنین رخدادی در نهایت موجب باز شدن کل ساختار نانولوله می‌شود. زمانی که نانولوله‌های کربنی به‌صورت طنابی تنیده می‌شوند، نقص ساختاری در یکی از این نانولوله‌ها موجب افزایش فشار به دیگر نانولوله شده و این موضوع استحکام طناب را کاهش می‌دهد.
بنابراین، بروز یک نقط ساختاری تک اتمی در یک نانولوله کل الیاف نانولوله کربنی را به چالش می‌کشد. با این تفاصیل تنها زمانی که از نانولوله کربنی با کیفیت بسیار بالا استفاده شود می‌توان به استحکام مورد نظر رسید. از آنجایی که تولید انبوه نانولوله‌ها معمولاً توام با نقص ساختاری است، عملاً تولید چنین طنابی به سادگی امکان‌پذیر نیست.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،نتایج این پروژه یک خبر بد برای کسانی است که قصد دارند آسانسوری میان زمین و مدار ماهواره بسازند. از آنجایی که برای ساخت چنین آسانسوری نیاز به استحکام 50 گیگاپاسکال است، نانولوله کربنی گزینه اول محققان بوده است که این پروژه نشان داد که نمی‌توان چندان روی نانولوله کربنی برای این کار حساب کرد.
نتایج این پروژه در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است.
