در تولید سیم و کابلهای سنتی از فلزات تجدیدناپذیر و پلاستیک استفاده میشد که این موضوع مسئله مهمی برای آلودگی محیط زیست به شمار میآمد. به همین منظور بود که تکنولوژی نانو موردتوجه ویژهای قرار گرفت. در ساخت سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی بهجای استفاده از موادی نظیر آلومینیوم یا مس، از نانوتیوب کربنی بهره میگیرند که به دلیل ویژگیهای خاص و منحصربهفرد خود بهمراتب بهتر از سایر محصولات مشابه خواهند بود. این نانوتیوبها به دلیل لولههای بسیار کوچک کربنی قطر آنها برحسب نانومتر اندازهگیری میشود که یک نانومتر به مقدار ۱۰۰۰۰ برابر کوچکتر از موی انسان یا یک میلیاردم متر است. در ادامه این مقاله به بیان ویژگیها، مزایا و کاربردهای این محصول خواهیم پرداخت.
سیم و کابل نانوتیوب کربنی چیست؟
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی با نام اختصاری Carbon-nano tube) CNT) نوعی از کابلهای برق هستند که در ساختار آن نانوتیوب کربن بهعنوان مادهای با هدایت الکتریکی بالا به کار میرود. لولههای بسیار ریز کربنی که از اتمهای کربن ساخته شدهاند، با به هم پیوستن خود این نوع از کابلها تشکیل میدهند. برای قسمت عایق نیز از نیترید بور استفاده میشود. این کابل باتوجهبه ویژگیهای منحصربهفرد خود در کابل کواکسیال، اترنت و usb کاربرد دارد.
انواع سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی
این نوع سیم و کابلها کاربرد گستردهای در صنایع مختلف دارند و به چند دسته نظیر سیمهای نانوتیوب عاملدار شده و کابلهای نانوتیوب بافته شده و… تقسیم میشوند که توضیح برخی از آنها به شرح زیر است:
- سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی تکجداره
- سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی دوجداره
- سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی ترکیبی
- سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی روکشدار
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی تکجداره
این نوع از سیمها بهوسیلهٔ یک استوانه توخالی از جنس کربن، با اتصال اتمها و کربنها به شکل ششضلعی بههمپیوسته تشکیل شده است. همچنین با هدایت الکتریکی فوقالعاده خود برای تولید قطعات الکترونیکی ظریف بسیار به کار میرود.
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی دوجداره
ترکیبی از نانوتیوبهای تکجداره به طور تودرتو، این نوع از سیم و کابلها را تشکیل میدهد که ساختار درختی دارد. برای مصارفی که نیازمند استحکام بالا هستند، این نوع از کابلها مناسب خواهند بود.
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی ترکیبی
این نوع از سیمها با ترکیب نانوتیوب کربنی با مواد دیگری مثل آلومینیوم به دست میآیند. علاوه بر حفظ ویژگیهای مطلوب فلزات دیگر، مزایای نانوتیوبها را نیز دارد.
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی روکشدار
این نوع کابلها از یک هسته با جنس نانوتیوب کربنی ایجاد شده که یک روکش برای حفاظت از آن در برابر هرگونه آسیبی دور آن را پوشانده است.
کاربرد سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی
تولید انبوه این نوع از سیم و کابلها با چالشهای متعددی مواجه است؛ اما بهطورکلی باتوجهبه ویژگیهای منحصربهفرد خود در حوزههای مختلفی نظیر پزشکی، ورزشی، محیط زیست، صنایع ساختمانی، تحقیقات علمی، الکترونیک و… به کار میرود که در ادامه به بررسی بعضی از آنها به طور جداگانه خواهیم پرداخت:
- پزشکی
- صنایع نظامی
- حوزه الکتریک
- تحقیقات علمی
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی در پزشکی
باتوجهبه ویژگیهایی که در مطالب فوق برای سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی بیان شد، این سیمها بهترین گزینه برای ساخت برخی از تجهیزات پزشکی نظیر ایمپلنتهای هوشمند به شمار میروند.
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی در صنایع نظامی
این نوع از سیم و کابلها به علت ویژگیها و مزیتهای منحصربهفردشان کاربرد گستردهای در حوزه صنایع نظامی پیدا کردهاند. در تولید برخی از تجهیزات سبک، سامانههای ارتباطی با سرعت بالا و توسعه حسگرهای پیشرفته از سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی استفاده میشود.
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی در حوزه الکترونیک
برای تولید تجهیزات الکترونیکی باید از موادی استفاده کرد که علاوه بر وزن سبک، کارایی مناسبی نیز داشته باشد. بهاینترتیب میتوان این نوع از سیم و کابلها را بهعنوان جایگزین مناسبی برای فلزات سنگین و سیم و کابلهای سنتی دانست. بهمنظور ساخت مدارهای الکترونیکی یا باتریها و مدارهای الکترونیکی، سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی گزینه مناسبی خواهند بود.
سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی در زمینه تحقیقات علمی
علاوه بر کاربردهای فوق در پروژههای تحقیقاتی مربوط به بهینهسازی دادهها و انرژیهای نو، امکانات مناسبی را آزمایشهای بادقت بالا ارائه میدهد.
مزایای سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی
این نوع از سیم و کابلها بهعنوان یکی از دستاوردهای مهم در فناوری نانو دارای ویژگیهای مهمی نظیر جرم کم، عبور جریانهای الکتریکی بالا، انعطافپذیری و… است. باتوجهبه این ویژگیها، در صنایع مختلف و متنوعی مثل خودرو، برق، هواپیما و برخی از دستگاههای خانگی از سیم و کابلهای نانوتیوب استفاده میکنند. در ادامه به شرح دقیق هر یک از این مزایا خواهیم پرداخت:
- مقاومت مکانیکی بالا
- وزن پایین
- انعطافپذیری بالا
- مقاومت حرارتی
- رسانایی الکتریکی بالا
مقاومت مکانیکی بالا
این ویژگی از سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی باعث شده تا در برابر تنشهای فیزیکی و فشارها، پایداری بینظیری را از خود نشان دهد.
وزن پایین
در صنایعی مثل هوافضا یا خودروسازی سبک بودن ابزار بهکاررفته بسیار مهم است. بهاینترتیب سیم و کابلهای نانوتیوب با وزنی بسیار پایین نسبت به سیمهای فلزی سنتی گزینه مناسبی برای صنعت مدرن به شمار میروند. این ویژگی علاوه بر حملونقل آسان خود، باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش بازدهی کل سیستمها میشود.
انعطافپذیری بالا
ساختار مولکولی سیم و کابلهای نانوتیوب عامل اصلی انعطافپذیری بالای آن خواهد بود. این ویژگی موجب شده تا در حوزه رباتیک یا صنایع هوایی که نیاز به خمشهای متوالی دارند، بسیار موردتوجه قرار گیرد. همچنین مقاومت بالا و خاصیت کشسانی آن در برابر شکستن یا آسیبدیدگی، امکان طراحی و تولید وسیلههای نوین یا ابعاد کوچکتر را فراهم میکند.
مقاومت حرارتی
به علت پیوندهای قوی کربنی و ساختار ششضلعی این محصول، توانایی مقاومت در برابر حرارت را خواهد داشت. این ویژگی موجب شده تا بدون کاهش عملکرد و کیفیت در مواجه با تغییرات دمایی، برای اماکنی که نیاز به پایداری در برابر آتشسوزی دارند، مناسب باشد.
رسانایی الکتریکی بالا
این نوع محصول به علت ساختار ویژه خود رسانایی الکتریکی بالایی را دارد. بهاینترتیب باعث افزایش بهرهوری انرژی و جلوگیری از گرمشدن بیش از حد کابلها میشود.
تفاوت سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی با سایر سیمهای معمولی
همانطور که گفته شد سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی باوجود وزن کم هدایت الکتریکی بالایی نسبت سایر محصولات مشابه از جنس مس یا آلومینیوم دارد. همچنین پایداری حرارتی و اتلاف انرژی کمتر این نوع از کابلها ویژگی مهمی بهحساب میآید که باعث تفاوتش با نوع معمولی آن میشود. نکته قابلتوجه در این زمینه هزینه بالای تولید نانوتیوبهای کربنی است. به همین دلیل استفاده از آن به طور گسترده زمان بیشتری را میطلبد. از نظر زیستمحیطی نیز نانوتیوبهای کربنی پیشنهاد میشود؛ زیرا در ساخت آنها از مواد تجدیدپذیر کمتری استفاده شده که اثرات منفی کمتری را بر این حوزه میگذارد.
سخن پایانی
در این مقاله به معرفی جامع سیم و کابلهای نانوتیوب کربنی پرداختیم. از دیگر مزیتهای این محصول نوین میتوان به مواردی نظیر: قابلبازیافت بودن، صرفهجویی در فضا، نیاز کمتر به تعمیرات و نگهداری، سازگاری با محیط زیست و… اشاره کرد. همچنین این سیم و کابلها در انواع مختلفی تولید میشود که شما میتوانید آنها را باتوجهبه نیازتان تهیه کنید. سیم و کابل مشهد یکی از معتبرترین تولیدکنندگان سیم و کابل در ایران است که به دلیل کیفیت بالا، رعایت استانداردهای جهانی و ارائه محصولات متنوع، جایگاه ویژهای در صنعت برق کشور به دست آورده است. سیم و کابل مشهد محصولات خود را با بهرهگیری از تکنولوژی روز دنیا و مواد اولیه باکیفیت تولید میکند و به نیازهای مختلف بازار از جمله مصارف صنعتی، ساختمانی و خانگی پاسخ میدهد.