نانولوله‌های کربنی و ساخت مداری از راه دور به روش خودآرایی

دانشمندان در دانشگاه رایس در پژوهشی جالب توجه با استفاده از یک پیچه‌ی تسلا و نیروی الکتریکی قوی که به آن اعمال کردند مداری را با بهره گیری از نانولوله‌های کربنی به صورت خودآرایش یافته ساختند که می‌توانست به کمک نیروی الکتریکی به دست آمده از همان پیچه لامپ‌های LED را تواندهی کرده و روشن نگه دارد.

به گفته‌ی این پژوهشگران مشابه چنین کاری در این ابعاد تاکنون در هیچ آزمایش دیگری صورت نگرفته است از همین روی ان‌ها اسم این روش دستکاری مواد را تسلافورسیس (Teslaphoresis) یا آرایش دهی به کمک سیم پیچ تسلا نامگذاری کرده‌اند.

این روش به شکلی مشابه روش الکتروفورسیس کار می‌کند، روشی که در آن بزرگ مولکول‌ها به کمک اعمال ولتاژ الکتریکی از همدیگر جدا می‌شوند. تسلافورسیس از سوی دیگر به جای بهره گیری از ولتاژ الکتریکی مستقیم با بهره گیری از میدان الکتریکی پیچه‌ی تسلا به صورت از راه دور عمل می‌کند.

در حقیقت تاکنون از میدان الکتریکی برای جایجایی اشیاء در فواصل بسیار کوچک بهره گرفته شده است، در حالی که با استفاده از روش تسلافورسیس توان انتقال اشیاء به طرز شگفت انگیزی آن هم از راه دور امکان پذیر می‌شود. برای نمونه مشاهده نانولوله‌های کربنی که بدون هیچ تماسی در آن سوی اتاق خود به خود به خط شده و کنار هم رشته سیمی را شکل می‌دهند واقعا هیجان انگیز و باورنکردنی است!

برای ساخت این مدار، این پژوهشگران از آنتنی متصل به سیم پیچ تسلا برای تولید میدان نیروی با ولتاژ بسیار بالا در فضا بهره بردند. میدان الکتریکی ایجاد شده باعث به وجود آمدن قطب‌های مثبت و منفی الکتریکی در نانولوله‌های کربنی خواهد شد که آرایش گیری آن‌ها به صورت پشت هم را در پی خواهد داشت. در بهترین آزمونی که این گروه به انجام رسانده است، آن‌ها توانسته‌اند سیمی به طول ۱۵ سانتی متر از نانولوله‌های کربنی را بسازند که برای کاربردهای واقعی نیز طول بسیار مناسبی به نظر می‌آید.

این گروه همچنین با بازطراحی پیچه‌ی تسلا موفق شده‌اند تا انرژی لازم برای ایجاد میدان الکتریکی کافی در فاصله‌ی چند متری را برای ساخته شدن سیم نانولوله‌ای و البته ایجاد جریان الکتریکی کافی درون سیم برای روشن کردن لامپ‌های LED را انتقال دهد. این گروه همچنین معتقد است با توجه به توانایی نانولوله‌های کربنی در آرایش گیری به روش تسلا فورسیس، در آینده امکان ساخت و خود آرایی اشیاء در مقیاس بزرگ نیز با این روش امکان پذیر خواهد بود.

نیکولا تسلا که نام این روش از نام او گرفته شده است یکی از بزرگ ترین مخترعین عصر حاضر است که بسیاری از ما آن را با مفهوم انتقال انرژی به صورت بی سیم می‌شناسیم. او که به نوعی پدر موتورهای الکتریکی به حساب می‌اید این سیم پیچ را در سال ۱۸۹۱ ساخت و شاید هرگز تصورش را هم نمی‌کرد روزی از سیم پیچ او برای خودآرایی و ساخته شدن خود به خودی مواد و اشیاء بهره گرفته شود. به گفته‌ی سرپرست این گروه از دانشگاه رایس، پاول چروکوری حتی او نیز قابلیت خارق العاده این سیم پیچ را تا پیش از به کارگیری توسط گروهش برای نانوذرات را باور نمی‌کرد!

نانولوله‌های کربنی با توجه به خواص مکانیکی و الکتریکی فوق العاده‌ای که دارند اولین گزینه‌ی این تیم برای آزمودن روش تسلا فورسیس بودند به ویژه با توجه به کارهای پژوهشی پیشینی که در این دانشگاه بر روی شکل دهی و به کارگیری نانولوله‌های کربنی برای کاربردهای گوناگون در نظر گرفته شده بود. این تیم همچنین معتقد است با توجه به قابلیت‌های گسترده‌ی این روش می‌توان از آن برای خودآرایی و شکلدهی دیگر نانومواد نیز بهره برد.

در ادامه این پژوهش، این گروه در حال کار بر روی سامانه‌هایی بزرگ تر برای اعمال میدان در فواصل دور تر و با توان بالاتر است تا بتوان عملکرد این روش را هرچه بیشتر بهبود داد. آن‌ها امیدوارند تا به استفاده از روش‌هایی همچون سطوح دارای الگو و چندین پیچه‌ی مختلف بتوان از این روش برای ساخت مدارهایی پیچیده تر و با قابلیت‌های عملی بیشتر بهره برد.

به گفته‌ی این گروه کاربردهای بسیاری برای به کارگیری این روش درسامانه‌های زیستی یا مصنوعی وجود دارد و هیجان انگیزتر از همه این که تا چه حد می‌توان با استفاده از اصول ساده‌ی شیمی و فیزیک دست به نوآوری زده و چیزهای جدید با قابلیت‌های جدید ساخت.

نتایج این گروه در نشریه‌ی معتبر علمی ACS Nano به چاپ رسیده است.