یکی از انواع جدید سیم و کابل که نقش مهمی در حفظ محیط‌زیست دارد سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی است که کاملاً با سیم و کابل‌های قدیمی تفاوت دارد. سیم و کابل‌هایی که امروزه در بازار وجود دارند از موادی تجزیه‌ناپذیر همچون پلاستیک و فلزات ساخته می‌شوند. ازآنجایی‌که این مواد باعث آلودگی محیط‌زیست می‌شوند دانشمندان به فکر جایگزینی برای آنها بوده‌اند و در نهایت به مواد نانو رسیده‌اند. در مقاله امروز به سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی به شکل کامل‌تری خواهیم پرداخت.
سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی چیست؟
سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی به‌نوعی از سیم برق و کابل گفته می‌شود که از نانوتیوب کربن (ماده‌ای با هدایت الکتریکی بالا) به‌جای مس یا آلومینیوم در ساختار خود استفاده کرده است. در این کابل‌ها به‌جای عایق نیز ماده نانو دیگری به نام «نیترید بور» به کار رفته است. به این کابل اختصاراً Carbon-nano tube) CNT) نیز می‌گویند.
سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی به دلیل ویژگی‌های خاص خود در کابل کواکسیکال، usb و «اترنت» به کار برده می‌شوند. به طور مثال در کابل‌های کواکسیکال که برای جابه‌جایی فلزات و حمل‌ونقل استفاده دارد، کابل‌های نانوتیوب کربنی به دلیل داشتن جرم کمتر انتخاب بسیار مناسب‌تری است. به‌صورت کلی در تعریف سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی باید گفت که این کابل‌ها لوله‌هایی از جنس کربن هستند که قطر آنها بر حسب نانومتر اندازه‌گیری می‌شود.
تاریخچه سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی
به‌درستی مشخص نیست که سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی توسط چه کسی کشف شده؛ اما بسیاری معتقدند سرمنشأ این اختراع به سال ۱۹۵۲ و به دو شخص به نام‌های «رادیوشکویج» و «لوکیانویچ» باز می‌گردد. این دو شخص تصاویری از تیوب‌هایی با قطر ۵۰ میلی‌متر از کربن را در مجله شیمی - فیزیک روسیه منتشر کرده بودند؛ اما به دلیل زبان روسی مقاله و وقوع جنگ جهانی دوم و عدم دسترسی دانشمندان غربی به مطبوعات شوروی، این مقاله مورد کشف و توجه قرار نگرفت. سال‌ها بعد در سال 2006 و در سرمقاله‌ای در یک مجله علمی، منشأ نانوتیوب‌های کربنی شرح داده شد.
مزایای سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی
از تکنولوژی نانوتیوب کربنی برای ساخت سیم و کابل نانو استفاده می‌شود. این فناوری در حال حاضر در حد آزمایشگاهی است تا زیرساخت‌های لازم برای استفاده از آن فراهم شود.
کابل‌هایی که با مواد CNT ساخته می‌شوند از نظر جرم کوچک‌ترند و مقاومت بیشتری در برابر فرسودگی از خود نشان می‌دهند. به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی نانوتیوب کربنی، این ماده عملکرد بسیار مناسبی نیز از نظر رسانایی دارد و به همین دلیل می‌تواند نقش مهمی را در صنعت برق ایفا کند.
خواص قابل‌توجه پیوند جرم‌های کربن در این سیم و کابل‌ها باعث به‌وجودآمدن پوسته‌های متحدالمرکز می‌شود که این مسئله سبک‌وزنی، پایداری حرارتی بالا، انعطاف‌پذیری و رسانایی الکتریکی قابل‌توجهی را در پی دارد.
از سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی با توجه به این ویژگی‌های بسیار خاص، در سیم‌کشی برق، ساخت هواپیما، دستگاه‌های الکتریکی خانگی و حتی محصولات خودرویی استفاده می‌شود.
محققان دانشگاه کمبریج همچنین معتقدند که نانوتیوب‌های کربنی می‌توانند در تولید سیم‌ها و کابل‌های برق طویل نیز مورداستفاده باشند. این کابل‌ها در مقایسه با سیم‌کشی‌های مسی بسیار سبک‌تر هستند و چیزی در حدود یک‌دهم مس می‌باشند. یکی دیگر از مزایای نانوتیوب‌های کربنی تأثیر آن در کاهش انرژی ازدست‌رفته در طول انتقال انرژی الکتریکی است که در سیم‌کشی‌های مسی بسیار دیده می‌شود.
مقاومت بالای نانوتیوب‌های کربنی در مقایسه با سیم‌های مسی در برابر هوای باز و اکسیژن نیز بسیار قابل‌توجه است. سیم‌های مسی به‌راحتی در معرض هوای باز و اکسیژن دچار خوردگی می‌شوند و این مسئله خرابی سیستم در محصولات الکترونیکی را در پی دارد؛ درحالی‌که محصولات نانوتیوب کربنی رفتاری متفاوت را نشان می‌دهند.
از دیگر ویژگی‌های سیم و کابل نانوتیوب کربنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- این کابل دوستدار محیط‌زیست است و باعث آلودگی محیط‌زیست نمی‌شود.
- سیم و کابل نانوتیوب کربنی در برابر آتش‌سوزی مقاومت بالایی دارد.
- بالا بودن رسانایی مواد نانوتیوب کربنی در حد فلزاتی همچون مس و طلا است.
- مقاومت در برابر خمیدگی این نوع کابل در مقایسه با کابل‌های آلومینیومی و مسی بسیار بالاتر است.
- اگر کابل CNT در شرایط فاسد شدن قرار گیرد هیچ‌گونه خدشه‌ای به انتقال اطلاعات وارد نمی‌شود و مقاومت سطحی کابل در برابر فشار هیچ‌گونه تغییری پیدا نمی‌کند.
انواع سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی
سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی انواع مختلفی دارد که به شرح زیر هستند:
- سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی تک‌جداره: این نوع متشکل از یک استوانه توخالی کربنی با اتصال اتم‌های کربن به شکل شش‌ضلعی‌های به‌هم‌پیوسته است.
- سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی دوجداره: این نوع از نانوتیوب‌های کربنی تک‌جداره به شکل تودرتو ساخته شده که ساختاری درختی را تشکیل می‌دهد.
کاربرد و مصارف نانوتیوب‌های کربنی
سیم و کابل‌های نانوتیوب کربنی همان‌طور که گفته شد خواص الکتریکی بهتری را در شکلی سبک‌تر ارائه می‌کنند. آنچه امروزه قابل‌دستیابی است محصولات CNT هستند که با کاهش وزن عملکرد بهتری را می‌توانند در صنعت ارائه دهند. امروزه نخ‌ها، ورق‌ها و سیم‌های نانوتیوب کربنی در مقادیر تجاری موجود هستند؛ اما جهت تولید کابل‌های نانوتیوب کربنی چالش‌های زیادی وجود دارد. با وجودی که امروزه تأمین‌کننده‌های CNT بیشتر شده‌اند؛ اما باز هم تولید این کابل‌ها بسیار زمان‌بر محسوب می‌شود.
کلام پایانی
پیش از اینکه از نانولوله‌های کربنی به شکل گسترده در لوازم الکترونیکی مصرفی و یا سایر کاربردهای عمومی استفاده شود هنوز موانع فنی وجود دارند که باید بر آنها غلبه شود. پیش از استفاده از سیم و کابل نانوتیوب کربنی در مقیاس بزرگ، بسیاری از برنامه‌ها در حال آزمایش هستند و یا از این محصولات در ظرفیت‌های محدود استفاده می‌شود تا زیرساخت لازم ایجاد گردد. سیم و کابل نانوتیوب کربنی مزایای بسیاری دارد که در این مقاله به آنها اشاره شد و استفاده از آن در صنعت برق می‌تواند تحول بزرگی را ایجاد کند. پس باید به انتظار نشست تا استفاده از این تکنولوژی فراگیر شود.
