कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) एक बेलनाकार नैनो संरचना के साथ कार्बन के आवंटन होते हैं। इन बेलनाकार कार्बन अणुओं में असामान्य गुण होते हैं, जो नैनो टेक्नोलॉजी, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑप्टिक्स और सामग्री विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अन्य क्षेत्रों के लिए मूल्यवान हैं। सामग्री की असाधारण ताकत और कठोरता के कारण, नैनोट्यूब का निर्माण 132,000,000: 1 तक लम्बाई से व्यास अनुपात के साथ किया गया है, जो किसी भी अन्य सामग्री के मुकाबले काफी बड़ा है।

इसके अलावा, उनके असाधारण थर्मल चालकता, यांत्रिक और विद्युत गुणों के कारण, कार्बन नैनोट्यूब विभिन्न संरचनात्मक सामग्रियों के लिए अनुप्रयोगों के रूप में अनुप्रयोगों को पाते हैं। उदाहरण के लिए, नैनोट्यूब कुछ (मुख्य रूप से कार्बन फाइबर) बेसबॉल चमगादड़, गोल्फ क्लब, कार पार्ट्स या दमिश्क स्टील में सामग्री (ओं) का एक छोटा सा हिस्सा बनाते हैं।

नैनोट्यूब फुलेरिन संरचनात्मक परिवार के सदस्य हैं। उनका नाम कार्बन के एक परमाणु-मोटी चादरों द्वारा बनाई गई दीवारों के साथ उनकी लंबी, खोखले संरचना से लिया गया है, जिसे ग्रैफेन कहा जाता है। ये चादरें विशिष्ट और अलग (“चिरल”) कोणों पर लुढ़क जाती हैं, और रोलिंग कोण और त्रिज्या के संयोजन नैनोट्यूब गुणों का निर्णय लेते हैं; उदाहरण के लिए, क्या व्यक्तिगत नैनोट्यूब खोल धातु या अर्धचालक है। नैनोट्यूब को एकल दीवार वाले नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूएनटी) और बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब (MWNTs) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। व्यक्तिगत नैनोट्यूब स्वाभाविक रूप से वैन डेर वाल्स बलों द्वारा आयोजित “रस्सियों” में संरेखित होते हैं, अधिक विशेष रूप से, पी-स्टैकिंग।

एप्लाइड क्वांटम रसायन, विशेष रूप से, कक्षीय संकरण सर्वोत्तम नैनोट्यूब में रासायनिक बंधन का वर्णन करता है। नैनोट्यूब के रासायनिक बंधन में पूरी तरह से sp2-hybrid कार्बन परमाणु शामिल हैं। ये बंधन, जो ग्रेफाइट के समान होते हैं और अल्केन और हीरे (जो स्प 3-हाइब्रिड कार्बन परमाणुओं को नियोजित करते हैं) से अधिक मजबूत होते हैं, उनके अद्वितीय ताकत के साथ नैनोट्यूब प्रदान करते हैं।

कार्बन नैनोट्यूब और संबंधित संरचनाओं के प्रकार
वैज्ञानिक साहित्य में कार्बन नैनोट्यूब का वर्णन करने वाले कुछ शर्तों पर कोई सहमति नहीं है: “सिंगल”, “डबल”, “ट्रिपल” या “मल्टी” और पत्र सी के संयोजन में “-wall” और “-walled” दोनों का उपयोग किया जा रहा है, और पत्र सी संक्षेप में अक्सर छोड़ा जाता है; उदाहरण के लिए, बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (MWNT)।

एकल-दीवार

जहां एक = 0.246 एनएम।

एसडब्ल्यूएनटी कार्बन नैनोट्यूब की एक महत्वपूर्ण विविधता है क्योंकि उनमें से अधिकतर गुण (एन, एम) मूल्यों के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं, और यह निर्भरता गैर-मोनोटोनिक है (कटौरा साजिश देखें)। विशेष रूप से, उनके बैंड का अंतर शून्य से लगभग 2 ईवी तक भिन्न हो सकता है और उनकी विद्युत चालकता धातु या अर्धचालक व्यवहार दिखा सकती है। एकल दीवार वाले नैनोट्यूब संभावित रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स को कम करने के लिए उम्मीदवार हैं। इन प्रणालियों का सबसे बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक इलेक्ट्रिक वायर है, और नैनोमीटर के क्रम के व्यास वाले एसडब्ल्यूएनटी उत्कृष्ट कंडक्टर हो सकते हैं। एसडब्ल्यूएनटी का एक उपयोगी अनुप्रयोग पहले इंटरमोल्यूलर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी) के विकास में है। एसडब्ल्यूसीएनटी एफईटी का उपयोग करने वाला पहला इंटरमोल्यूलर लॉजिक गेट 2001 में बनाया गया था। एक लॉजिक गेट में पी-एफईटी और एन-एफईटी दोनों की आवश्यकता होती है। चूंकि ऑक्सीजन और एन-एफईटी के संपर्क में आने पर एसडब्ल्यूएनटी पी-एफईटी होते हैं, इसलिए एसडब्ल्यूएनटी के आधे हिस्से को ऑक्सीजन में उजागर करना और इससे दूसरे आधे हिस्से की रक्षा करना संभव है। परिणामस्वरूप SWNT एक ही अणु में दोनों पी और एन-प्रकार एफईटी के साथ लॉजिक गेट के रूप में कार्य करता है।

मार्च 2010 तक वज़न SWNT द्वारा 40-60% के रूप में उत्पादित 40-60% की खुदरा कीमतों के लिए एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की कीमतें लगभग 1500 डॉलर प्रति ग्राम से घट गईं। 2016 तक, उत्पादित 75 के खुदरा मूल्य वजन से% SWNTs $ 2 प्रति ग्राम थे, व्यापक उपयोग के लिए पर्याप्त सस्ते। ग्लोबल मार्केट फॉर कार्बन नैनोट्यूब रिपोर्ट के अनुसार 2020 तक एसडब्ल्यूएनटी इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों में बड़े प्रभाव डालने का अनुमान है।

बहु-दीवार
मल्टी-दीवार वाले नैनोट्यूब (MWNTs) में ग्रेफेन के कई लुढ़का परतों (केंद्रित ट्यूब) होते हैं। मल्टी-दीवार वाले नैनोट्यूब की संरचनाओं का वर्णन करने के लिए दो मॉडल हैं जिनका उपयोग किया जा सकता है। रूसी गुड़िया मॉडल में, ग्रेफाइट की चादरें केंद्रित सिलेंडरों में व्यवस्थित होती हैं, उदाहरण के लिए, एक (0,8) एकल दीवार वाली नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूएनटी) एक बड़े (0,17) सिंगल-दीवार वाले नैनोट्यूब के भीतर। चर्मपत्र मॉडल में, ग्रेफाइट की एक शीट चारों ओर घूमती है, चर्मपत्र की स्क्रॉल या लुढ़का हुआ समाचार पत्र जैसा दिखता है। बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब में इंटरलेयर दूरी ग्रेफाइट में ग्रेफेन परतों के बीच की दूरी के करीब है, लगभग 3.4 Å। रूसी गुड़िया संरचना अधिक सामान्य रूप से मनाया जाता है। इसके व्यक्तिगत गोले को एसडब्ल्यूएनटी के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो धातु या अर्धचालक हो सकता है। अलग-अलग ट्यूबों के सापेक्ष व्यास पर सांख्यिकीय संभावना और प्रतिबंधों के कारण, गोले में से एक, और इस प्रकार संपूर्ण एमडब्ल्यूएनटी आमतौर पर शून्य-अंतराल धातु होता है।

डबल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (डीडब्ल्यूएनटी) नैनोट्यूब की एक विशेष श्रेणी बनाते हैं क्योंकि उनकी रूपरेखा और गुण SWNTs के समान होते हैं लेकिन वे रसायनों के प्रति अधिक प्रतिरोधी होते हैं। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जब सीएनटी में गुण जोड़ने के लिए नैनोट्यूब (कार्यात्मकरण) की सतह पर रासायनिक कार्यों को ग्राफ्ट करना जरूरी है। एसडब्ल्यूएनटी का सहसंयोजक कार्यान्वयन कुछ सी = सी डबल बॉन्ड तोड़ देगा, नैनोट्यूब पर संरचना में “छेद” छोड़ देगा, और इस प्रकार इसकी यांत्रिक और विद्युत दोनों गुणों को संशोधित करेगा। डीडब्ल्यूएनटी के मामले में, केवल बाहरी दीवार संशोधित की जाती है। ग्राम-स्केल पर डीडब्ल्यूएनटी संश्लेषण पहली बार सीसीवीडी तकनीक द्वारा मीथेन और हाइड्रोजन में ऑक्साइड समाधानों के चयन में कमी से प्रस्तावित किया गया था।

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आंतरिक गोले की टेलीस्कोपिक गति क्षमता और उनके अद्वितीय यांत्रिक गुण बहु-दीवार वाले नैनोट्यूब के उपयोग को आने वाले नैनोमेकेनिकल उपकरणों में मुख्य चलने वाली बाहों के रूप में उपयोग करने की अनुमति देंगे। [अटकलें?] लेनार्ड-जोन्स के कारण टेलीस्कोपिक गति के लिए रिट्रैक्शन बल होता है जो गोले के बीच बातचीत करता है और इसका मूल्य लगभग 1.5 एनएन है।

जंक्शन और क्रॉसलिंकिंग
सैद्धांतिक रूप से 2 या अधिक नैनोट्यूब के बीच के जंक्शनों पर चर्चा की गई है। इस तरह के जंक्शनों को आर्क डिस्चार्ज के साथ-साथ रासायनिक वाष्प जमावट द्वारा तैयार नमूने में अक्सर देखा जाता है। इस तरह के जंक्शनों के इलेक्ट्रॉनिक गुणों को सबसे पहले सैद्धांतिक रूप से लैम्बिन एट अल द्वारा माना जाता था, जिन्होंने इंगित किया कि धातु ट्यूब और अर्धचालक के बीच एक कनेक्शन एक नैनोस्केल हेटरोज़ंक्शन का प्रतिनिधित्व करेगा। इस तरह का एक जंक्शन इसलिए नैनोट्यूब आधारित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का एक घटक बना सकता है। आसन्न छवि दो मल्टीवॉल नैनोट्यूब के बीच एक जंक्शन दिखाती है। नैनोट्यूब और ग्रैफेन के बीच के जंक्शनों को सैद्धांतिक रूप से माना जाता है, लेकिन प्रयोगात्मक रूप से व्यापक रूप से अध्ययन नहीं किया जाता है। इस तरह के जंक्शन खंभे वाले ग्रेफेन का आधार बनते हैं, जिसमें समानांतर ग्रेफेन चादरें छोटे नैनोट्यूब से अलग होती हैं। पिल्लेड ग्रैफेन त्रि-आयामी कार्बन नैनोट्यूब आर्किटेक्चर की एक श्रेणी का प्रतिनिधित्व करता है।

हाल ही में, कई अध्ययनों ने कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करने के लिए सभी कार्बन उपकरणों को त्रि-आयामी मैक्रोस्कोपिक (सभी तीन आयामों में & gt; 100 एनएम) बनाने के लिए ब्लॉक बनाने के रूप में उपयोग करने की संभावना पर प्रकाश डाला है। लालवानी एट अल। बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में एकल- और बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करके मैक्रोस्कोपिक, फ्री-स्टैंडिंग, छिद्रपूर्ण, ऑल-कार्बन मचान बनाने के लिए एक उपन्यास कट्टरपंथी प्रारंभिक थर्मल क्रॉसलिंकिंग विधि की सूचना दी है। इन मचानों में मैक्रो-, माइक्रो-, और नैनो-संरचित छिद्र होते हैं और विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए छिद्रता को बनाया जा सकता है। इन 3 डी ऑल-कार्बन मचान / आर्किटेक्चर का उपयोग अगली पीढ़ी के ऊर्जा भंडारण, सुपरकेपसिटर, फील्ड उत्सर्जन ट्रांजिस्टर, उच्च प्रदर्शन उत्प्रेरण, फोटोवोल्टिक्स, और जैव चिकित्सा उपकरणों और प्रत्यारोपण के निर्माण के लिए किया जा सकता है।

अन्य morphologies
कार्बन नैनोबुड्स एक नव निर्मित सामग्री है जो दो कार्बन कार्बन नैनोट्यूब और फुलेरेंस के पहले पाए गए आइसोटोप का संयोजन करती है। इस नई सामग्री में, फुलरीन-जैसे “कलियों” को अंतर्निहित कार्बन नैनोट्यूब के बाहरी किनारे से सहसंयोजक बंधन किया जाता है। इस संकर सामग्री में फुलेरेंस और कार्बन नैनोट्यूब दोनों के उपयोगी गुण होते हैं। विशेष रूप से, वे असाधारण रूप से अच्छे क्षेत्र उत्सर्जक पाए गए हैं। समग्र सामग्रियों में, संलग्न फुलेरिन अणु नैनोट्यूब की फिसलने से रोकने वाले आणविक एंकर के रूप में कार्य कर सकते हैं, इस प्रकार समग्र यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकते हैं।

एक कार्बन पेपॉड एक उपन्यास हाइब्रिड कार्बन सामग्री है जो कार्बन नैनोट्यूब के अंदर फुलेरिन का जाल बनाता है। इसमें हीटिंग और विकिरण के साथ दिलचस्प चुंबकीय गुण हो सकते हैं। इसे सैद्धांतिक जांच और भविष्यवाणियों के दौरान एक ऑसीलेटर के रूप में भी लागू किया जा सकता है।

सिद्धांत रूप में, एक नैनोटोरस कार्बन नैनोट्यूब एक टॉरस (डोनट आकृति) में घुमाता है। नैनोटरि की कई विशिष्ट गुणों की भविष्यवाणी की गई है, जैसे चुंबकीय क्षण कुछ विशिष्ट त्रिज्या के लिए पहले अपेक्षाकृत 1000 गुना बड़ा है। चुंबकीय पल, थर्मल स्थिरता, आदि जैसे गुण टोरस और ट्यूब के त्रिज्या के त्रिज्या के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होते हैं।

ग्रैफेनेटेड कार्बन नैनोट्यूब एक अपेक्षाकृत नए संकर होते हैं जो बहुविकल्पीय या बांस शैली सीएनटी के किनारे के साथ उगाए गए ग्राफिक फोलीट्स को जोड़ते हैं। पत्तेदार घनत्व जमावट की स्थिति (उदाहरण के लिए तापमान और समय) के एक समारोह के रूप में भिन्न हो सकता है, जिसमें उनकी संरचना के साथ ग्रैफेन ( सभी तीन आयामों में 1 मिमी) बनाने के लिए ब्लॉक बनाने के रूप में उपयोग करने की संभावना पर प्रकाश डाला है। लालवानी एट अल। बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में सिंगल- और बहु-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करके मैक्रोस्कोपिक, फ्री-स्टैंडिंग, छिद्रपूर्ण, ऑल-कार्बन मचान बनाने के लिए एक उपन्यास कट्टरपंथी प्रारंभिक थर्मल क्रॉसलिंकिंग विधि की सूचना दी है। इन मचानों में मैक्रो-, माइक्रो-, और नैनो-संरचित छिद्र होते हैं और विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए छिद्रता को बनाया जा सकता है। इन 3 डी ऑल-कार्बन मचान / आर्किटेक्चर का उपयोग अगली पीढ़ी के ऊर्जा भंडारण, सुपरकेपसिटर, फील्ड उत्सर्जन ट्रांजिस्टर, उच्च प्रदर्शन उत्प्रेरण, फोटोवोल्टिक्स, और जैव चिकित्सा उपकरणों और प्रत्यारोपण के निर्माण के लिए किया जा सकता है।

सीएनटी नैनो-स्केल वीएलएसआई सर्किट में भविष्य के माध्यम से और वायर सामग्री के संभावित उम्मीदवार हैं। इलेक्ट्रोग्रेशन विश्वसनीयता की चिंताओं को खत्म करना जो आज के क्यू इंटरकनेक्ट्स को अलग करता है, पृथक (एकल और बहु-दीवार) सीएनटी इलेक्ट्रोमिशन क्षति के बिना 1000 एमए / वर्ग सेमी से अधिक वर्तमान घनत्व ले सकता है।

शुद्ध सीएनटी की बड़ी मात्रा सतह-इंजीनियर टेप-कास्टिंग (एसईटीसी) फैब्रिकेशन तकनीक द्वारा फ्रीस्टैंडिंग शीट या फिल्म में बनाई जा सकती है जो बेहतर गुणों के साथ लचीली और फोल्ड करने योग्य चादरें बनाने के लिए एक स्केलेबल विधि है। एक और रिपोर्ट फॉर्म कारक गीला कताई द्वारा सीएनटी फाइबर (उर्फ फिलामेंट) है। फाइबर या तो संश्लेषण पॉट या पूर्व-निर्मित विघटित सीएनटी से स्पून से सीधे फैलता है। व्यक्तिगत फाइबर को एक धागे में बदल दिया जा सकता है। इसकी ताकत और लचीलापन के अलावा, मुख्य लाभ इलेक्ट्रानिक रूप से यार्न का संचालन कर रहा है। व्यक्तिगत सीएनटी फाइबर (यानी व्यक्तिगत सीएनटी का बंडल) के इलेक्ट्रॉनिक गुण सीएनटी की द्वि-आयामी संरचना द्वारा शासित होते हैं। फाइबर को 300K पर धातु कंडक्टर की तुलना में प्रतिरोधकता के केवल एक क्रम के माप के लिए मापा गया था। सीएनटी और सीएनटी फाइबर को और अनुकूलित करके, बेहतर विद्युत गुणों के साथ सीएनटी फाइबर विकसित किए जा सकते हैं।

आयन-विनिमय झिल्ली के साथ लेपित होने पर सीएनटी आधारित यार्न ऊर्जा और इलेक्ट्रोकेमिकल जल उपचार में अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं। इसके अलावा, सीएनटी आधारित यार्न तांबे को घुमाने वाली सामग्री के रूप में बदल सकते हैं। Pyrhönen एट अल। (2015) ने सीएनटी घुमाव का उपयोग कर एक मोटर बनाई है।

सुरक्षा और स्वास्थ्य
व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य के लिए राष्ट्रीय संस्थान (एनआईओएसएच) अग्रणी संयुक्त राज्य संघीय एजेंसी है जो अनुसंधान कर रही है और व्यावसायिक सुरक्षा और स्वास्थ्य के प्रभाव और नैनो तकनीक के अनुप्रयोगों पर मार्गदर्शन प्रदान करती है। शुरुआती वैज्ञानिक अध्ययनों से संकेत मिलता है कि इनमें से कुछ नैनोस्केल कण इन सामग्रियों के बड़े थोक रूप से अधिक स्वास्थ्य जोखिम पैदा कर सकते हैं।2013 में, एनआईओएसएच ने एक संभावित खुफिया बुलेटिन को संभावित खतरों का विवरण दिया और कार्बन नैनोट्यूब और फाइबर के लिए एक्सपोजर सीमा की सिफारिश की।

अक्टूबर 2016 तक, एसडब्ल्यूसीएनटी के संभावित खतरनाक गुणों के मूल्यांकन के आधार पर यूरोपीय संघ के पंजीकरण, मूल्यांकन, प्रमाणीकरण और रसायनों के प्रतिबंध (पहुंच) नियमों के माध्यम से एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब पंजीकृत किए गए हैं। इस पंजीकरण के आधार पर, ईयू में 10 मीट्रिक टन तक एसडब्ल्यूसीएनटी व्यावसायीकरण की अनुमति है। वर्तमान में, रीच के माध्यम से पंजीकृत एसडब्ल्यूसीएनटी का प्रकार OCSiAl द्वारा निर्मित विशिष्ट प्रकार की एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब तक सीमित है, जिसने आवेदन जमा किया था।

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