برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۶,۶۲۲
  • بازدید این ماه ۱۶۷
  • بازدید امروز ۵
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۹۰
  • قبول شدگان ۴۵
  • شرکت کنندگان یکتا ۴۸
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۵۱
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقالات منتخب ماهنامه نانو

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

امتیاز کاربران

ارزیابی روش‌های شناسایی نانولوله‌های کربنی چند دیواره

نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره (MWCNTs) در بیست سال گذشته به یک ماده صنعتی بسیار مهم تبدیل شده‌اند. هر سال صد‌ها تن از این ماده تولید می‌شود. در این مقاله‌ی مروری، نشریات علمی مورد بررسی قرار گرفته است تا شاید با توجه به آن‌ها رهنمون‌هایی برای نیازمندی‌های زیست‌محیطی، سلامتی و ایمنی ارائه شود. نمونه‌برداری، اندازه، مساحت سطحی، چگالی، رنگ، میزان بلورینگی و خلوص این نانوساختار‌ها در مقایسه با کاتالیزور‌های فلزی و مواد کربنی غیر از نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره مورد مطالعه قرار گرفته است. هیچ‌یک از ابزار‌های اندازه‌گیری به تنهایی نمی‌توانند اطلاعات کاملی درباره نانولوله‌‌ها ارائه نمایند. بنابراین در این مقاله روش‌های مختلفی همچون میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپی الکترونی عبوری (TEM)، تبدیل فوریه سریع TEM با تفکیک‌پذیری بالا (HRTEM) طیف‌سنجی رامان، میزان انعکاس و آنالیز ترموگراویمتری به‌صورت خلاصه معرفی شده‌اند. همچنین با استفاده از FTIR می‌توان اطلاعاتی درباره گروه‌های عاملی روی سطح نانولوله‌ها به دست آورد. آنالیز BET نیز برای تعیین مساحت سطحی ویژه مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین نواقص موجود در نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به صورت طبقه‌بندی شده توضیح داده شده‌اند.
1. مقدمه
بیست سال پیش ایجیما مورفولوژی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره (MWCNTs) را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری با تفکیک‌پذیری بالا (HRTEM) و پراش الکترونی تعیین کرد. در سالگرد این رویداد، مروری خواهیم داشت بر روش‌های اندازه‌گیری و آنالیز نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره که در این دو دهه برای تعیین مشخصات این نانوساختار‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
تأکید این مقاله بر اندازه‌گیری‌‌های تود‌ه‌ای و نتایج تعیین مشخصاتی است که تفاوت میان نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره مختلف را نشان می‌دهند. به عنوان مثال چگونه می‌توان حضور نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره را در خاکستر حاصل از فرایند رسوب‌دهی شیمیایی (CVD) بخار یک ماده شیمیایی (مثل اتان) مشخص کرد؟ یا اینکه چگونه می‌توان بدون هیچ دانش قبلی، نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره را از نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره (SWCNTs) تشخیص داد؟ شناخت این روش‌ها برای تعیین مشخصات ذاتی فنی این نانولوله‌ها ضروری است؛ از این مشخصات ذاتی نه تنها در تصمیم‌گیری‌های اقتصادی و مهندسی استفاده می‌شود، بلکه نیازمندی‌های احتمالی زیست‌محیطی، سلامتی و ایمنی (EH&S) این نانوساختار‌ها نیز از آن‌ها استخراج می‌شود. ویژگی‌هایی که اندازه‌گیری آن‌ها اهمیت دارند عبارتند از رنگ، اندازه (قطر داخلی، قطر خارجی، طول و تعداد دیواره‌ها)، خلوص (حضور نانولوله‌‌های غیرکربنی، خاکستر و کاتالیزور)، انواع نواقص موجود، توپولوژی و مساحت سطحی. هیچ یک از ابزار‌های اندازه‌گیری، تمام مشخصات نانولوله‌ها را تعیین نکرده و هیچ یک از آن‌ها به طور کامل کمّی نیستند. بنابراین باید از مجموع‌های از روش‌های مختلف شامل طیف‌سنجی نوری، طیف‌سنجی رامان، میکروسکوپی الکترونی، جرم، حجم و جذب گاز استفاده کرد. به علاوه، از آنالیز‌های اندازه‌گیری همچون تبدیل فوریه سریع (FFT) مربوط به میکروسکوپی الکترونی عبوری با تفکیک‌پذیری بالا، پهنای خط در برابر شدت پراش رامان، و آنالیز BET مربوط به جذب گاز به عنوان مکمل این ابزار‌ها بهره برده می‌شود.
نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره که به‌وسیله‌ی ایجیما مشاهده شدند، در دمای بسیار بالا (نزدیک 3500 درجه سانتی‌گراد) و با استفاده از یک جرقه میان الکترود‌های گرافیتی تولید شده بودند. امروزه این نانولوله‌ها به صورت صنعتی در دمای بسیار پایین‌تر (700 تا 950 درجه سانتی‌گراد) و با استفاده از فرایند رسوب‌دهی شیمیایی بخار (CVD) تولید می‌شوند که به‌وسیله‌ی انِدو و همکارانش در دهه 1970 ابداع شد. در سال 2011 استفاده تجاری از نانولوله‌ها چشم‌انداز روشنی دارد. هر سال صد‌ها تن نانولوله کربنی چنددیواره تولید می‌شوند که بسیار بیشتر از تولید نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره است. با این حال تعداد مقالات تحقیقی چاپ شده در زمینه تشخیص نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره از آلوتروپ‌های دیگر کربن، پایین‌تر از تعداد مقالات مربوط به تشخیص نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره است.
اخیرا «ما-هوک» و همکارانش گزارش کرده‌اند که تنفس نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به‌وسیله‌ی موش‌ها در مدت 3 ماه هیچ اثر سمیت سیستمی نشان نداده است؛ با این حال این تنها یک مقاله از میان مقالات دیگری است که در این زمینه منتشر شده‌اند. به علاوه، قوانین به صورت دائمی در حال تغییر هستند. بر اساس مطالعه‌ای که در زمینه نیازمندی‌های قانونی در آمریکا و کشور‌های دیگر داشته‌ایم، ویژگی‌های زیر در زمینه نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره مورد نظر هستند:

1. نوع نانولوله کربنی چنددیواره (استوانه‌های هممرکز، فنجان‌های فشرده شده یا لوله‌های پیچیدهشده؛ تعداد دیواره‌ها و لوله‌ها)
2. شکل انتهای نانولوله‌ها (باز، بسته)
3. توصیف هر نوع شاخه یا انشعاب
4. عرض یا قطر درونیترین دیواره (میانگین و محدوده)
5. اندازه حلقه سلول واحد کربنی و اتصال آن
6. مورفولوژی نانولوله در امتداد محور طولی (مستقیم، خمیده، قلابی)
7. جهتگیری ترجیحی آرایه‌های ششضلعی درون نانولوله‌ها و در طول محور آنها
8. اندازه ذرات کاتالیزور مورد استفاده در تولید نانولوله
9. وزن مولکولی (میانگین و محدوده)
10. ویژگی‌های ذرات: شکل، اندازه (میانگین و توزیع اندازه) وزن (میانگین و توزیع)، تعداد، مساحت سطحی (میانگین و توزیع)، نسبت سطح به حجم، میزان تجمع/تود‌ه‌ای‌شدن.
11. میزان نقایص ساختاری (ناخالصی‌های غیرکربنی، نقایص شبکه‌ای، مولکول‌های جذب‌سطحی‌شده و غیره.)

مطالبی وجود دارند که در این مقاله مورد بحث قرار نگرفته‌اند. ما در این مقاله مباحث تئوری را به صورت کامل بررسی نمی‌کنیم، اما در حد ضرورت اشار‌ه‌ای به آن‌ها خواهیم داشت. همچنین ویژگی‌های انتقال الکتریکی، الکترونیکی یا حرارتی و تئوری ترمودینامیکی رشد و تشکیل نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره آورده نشده‌اند. تأکید ما روی ویژگی‌های تود‌ه‌ای است، اما می‌توان رفتار یک نانولوله کربنی چنددیواره بزرگ را به عنوان رفتار یک ماده تود‌ه‌ای در نظر گرفت. این مقاله‌ی مروری شامل بخش‌های نمونه‌برداری، اندازه، شکل، نواقص، ویژگی‌های اپُتیکی، مساحت سطحی، چگالی و خلوص است. این بخش‌ها انحصاری نیستند، به عنوان مثال نمی‌توان خلوص را بدون بحث کردن درباره رامان توضیح داد، اما TGA عمومی‌ترین ابزار برای تعیین خلوص نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره تود‌ه‌ای به صورت بچَی است.

2. نمونه‌برداری
نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره می‌توانند به عنوان محصول جانبی فرایند‌های طبیعی یا صنعتی تولید شوند. به عنوان مثال در باقی‌مانده‌های حاصل از آتش‌سوزی در جنگل یا در اجاق‌های منازل که در آن از پروپان یا گاز طبیعی استفاده می‌شود، نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره یافت شده است. این مشاهدات با استفاده از TEM و در حین بررسی نمونه‌های کوچکی که از حجم انبوه دوده برداشته شده بودند، انجام شده است. با وجودی که نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به صورت طبیعی نیز تولید می‌شوند، ما بر این باوریم که امکان آلوده‌شدن نمونه‌های آزمایشگاهی به وسیله‌ی منابع طبیعی وجود ندارد. همچنین نمونه‌برداری برای بررسی ایمنی محیط‌های کار و جابه‌جایی بی‌خطر این ماده در این مطالعه گنجانده نشده‌اند. دشواری نمونه‌برداری تکرارپذیر و معتبر از نظر آماری در بهترین شرایط آزمایشگاهی نشان می‌دهد که کار قانون‌گذار یا مأمور بررسی بسیار چالش‌برانگیز است. از نقطه‌نظر مطالعات آزمایشگاهی و کاربرد‌های صنعتی، روش نمونه‌برداری به نوع اندازه‌گیری مورد نظر بستگی دارد. از آنجایی که هیچ اندازه‌گیری منفردی برای نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره کافی نیست، بنابراین هیچ روشی برای تهیه نمونه وجود ندارد که برای اندازه‌گیری‌های مختلف مناسب باشد.
به طور معمول نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره آب‌گریز هستند، بنابراین به سادگی در آب پخش نمی‌شوند. استفاده از امواج ماورای صوت (اولتراسونیک) برای این کار مفید است، اما بدون وجود ماده فعال سطحی، نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره در عرض چند دقیقه از سوسپانسیون آب جدا خواهند شد. متأسفانه باید ویژگی‌های ماده فعال سطحی را نیز همراه با ویژگی‌های ذاتی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره در نظر گرفت. حلال‌های آلی (مثل تولوئن، کلروفرم، استون، متانول و اتانول) به طور معمول به کار می‌روند، اما تا جایی که ما می‌دانیم هیچ روش استانداردی برای پخش‌کردن نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره در حلال وجود ندارد. معمولا چند میکروگرم از نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره در هر میلی‌لیتر مایع پخش می‌شود. برای مطالعات طیف‌سنجی به جای پخش کردن در Cuvette، نانولوله‌ها را می‌توان به وسیله‌ی هوا پاشیده (Airbrushed)، به صورت قطر‌های قالب‌گیری کرده (Drop cast) و یا روی یک اسلاید شفاف به شکل چرخشی نشاند. در این حالت مواد فرار تبخیر می‌شوند، اما اگر از ماده فعال سطحی استفاده شده باشد، باید در آنالیز نهایی حضور این ماده را نیز مد نظر قرار داد. می‌توان فیلم‌های نانولوله‌ای یا همان کاغذ باکی را با گذراندن یک محلول نانولوله‌ای از فیلتر‌های سلولزی یا تفلونی تولید کرد. این کاغذ باکی برای طیف‌سنجی رامان در حالت پراش برگشتی (back scattering)، طیف‌سنجی انعکاسی و SEM مناسب است.
کراس و همکارانش رفتار ترسیبی نانولوله‌‌های تولید شده در شرایط سنتزی مختلف را با استفاده از نیروی گریز از مرکز (سانتریفیوژ) مطالعه کردند. ماده نانولوله‌ای در محلول آبی حاوی ماده فعال سطحی پخش شده و مقدار پخش شدن آن در محلول با استفاده از طیف‌سنجی نوری بررسی شد (شکل 1). گروسیورد و همکارانش با استفاده از طیف جذبی ماورای بنفش و مرئی نتایج مشابهی را برای نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره گزارش کرده‌اند. در آغاز استفاده از امواج ماورای صوت، نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به صورت توده‌ها و خوشه‌های متمرکز در سوسپانسیون وجود داشته و در این حالت هیچ باند جذبی خاصی در طیف ماورای بنفش یا مرئی مشاهده نمی‌شود. استفاده از امواج ماورای صورت با انرژی کافی، موجب غلبه بر نیرو‌های واندروالسی میان لوله‌های مجاور شده و این لوله‌ها از هم جدا شده و در محلول پخش می‌شوند. در این حالت باند‌های جذبی مشخصی همچون پیک پلاسمون π به تدریج در طیف مشاهده می‌شوند.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1. تغییر ویژگی اُپتیکی نانولوله‌های کربنی چنددیواره با تغییر زمان تابش امواج فراصوت که موجب باز شدن خوشه‌ها و توده‌های ماده توده‌ای می‌شود.

طیف‌سنجی FTIR به طور معمول با استفاده از مخلوط نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره و برومید پتاسیوم که به صورت قرص فشرده شده‌اند، انجام می‌شود. در این حالت ممکن است مقداری مولکول آب و گروه عاملی کربوکسیل در نمونه باقی بماند. اسوالد و همکارانش قرص تولید شده را در دمای نزدیک نقطه جوش آب به مدت 24 ساعت حرارت داده و فرض کردند که ارتعاشات O-H به جای اینکه از گروه‌های عاملی متصل‌شده به نانولوله‌ها نشأت بگیرد، ناشی از حضور مولکول‌های آب است.
آماده‌سازی نمونه برای هر اندازه‌گیری TGA نیاز به 3 تا 10 میلی‌گرم پودر خشک دارد. وقتی اندازه‌گیری روی چندین نمونه مستقل و یا روی نمونه‌های بزرگتر صورت می‌گیرد، نتایج حاصل باید از نظر آماری (به خصوص با توجه به مقدار ناخالصی فلز) اعتبارسنجی شوند. استفاده از نمونه‌های هواپاشیده، قالب‌گیری قطر‌های شده و یا به صورت چرخشی روی یک میکروبالانس بلوری کوارتز نشانده شده نیز به عنوان یک اندازه‌گیری شبه TGA معرفی شده است.
کاپلوویکوا چندین روش معمول آماده‌سازی نمونه برای TEM را به صورت مروری معرفی کرده است که از آن جمله می‌توان به روش اولتراسونیک، روش برشی و روش نازک‌سازی یونی اشاره کرد. هدف روش کاپلوویکوا که به نام روش المثنی نامیده می‌شود، تهیه بهترین نمونه از ماده تولید شده بدون ایجاد هرگونه تعییری در آن است. معمول‌ترین روشی که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است، روش اولتراسونیک است که در آن نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره روی یک حلال آلی (اتانول، متانول یا استون) تراشیده شده و پس از اولتراسونیک، روی یک شبکه کربنی یا مسی چکانده می‌شود. مشکلی که در این روش وجود دارد این است که استفاده از حلال آلی همراه با اولتراسونیک می‌تواند طبیعت نمونه را از طریق جدا‌کردن ذرات کاتالیزور چسبیده به آن و یا آسیب رساندن به ساختار خود نانولوله‌ها تغییر دهد.
برای تعیین چگالی ظاهری نانولوله‌ها یک روش استاندارد یافته‌ایم که به طور وسیعی در مورد پلیمر‌ها یا پودر‌های آلی به کار می‌رود. در این روش استاندارد (EN ISO 60) نمونه با استفاده از یک قیف درون یک استوانه با حجم 100 سانتی‌متر مکعب ریخته شده و پس از برداشتن مقادیر اضافی، وزن نمونه اندازه‌گیری می‌گردد. چگالی ظاهری با واحد گرم بر میلی‌لیتر بیان می‌شود.

3. اندازه و شکل
میان روش‌هایی که برای تعیین مورفولوژی و ابعاد نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره (به شکل پودر) مورد استفاده قرار می‌گیرند، میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM) معمول‌ترین روش به شمار می‌رود. مزیت SEM نسبت به روش‌های میکروسکوپی دیگر این است که ساده بوده و می‌تواند به صورت روزمره استفاده شود. در حال حاضر از تصویربرداری SEM برای تعیین مورفولوژی کلی نمونه‌های نانولوله‌ای کربنی چنددیواره، تعیین کمّی درجه خلوص نمونه‌ها و مشخص کردن ابعاد نانولوله‌ها بهره برده می‌شود (شکل 2).

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2. تصاویر SEM نمونه نانولوله‌ای تولید شده با استفاده از فرایندCVD تصویر (aناحیه نانولوله‌ای محدودشده به‌وسیله‌ی نوارکربنی را نشان می‌دهد. این تصاویر با بزرگ‌نمایی‌های مختلفی گرفته شده‌اند تا کل نمونه و مورفولوژی لوله‌ها و نحوه آرایش آن‌ها مشاهده شوند. نمونه مورد مطالعه حاوی خوشه‌هایی از نانولوله‌ها (یا نانوالیاف) مرتب است و مقدار ذرات ناخواسته در آن نسبتا پایین است.

1.3. خلوص نانولوله‌های کربنی چنددیواره
با تشخیص کمّی میزان مواد ناخواسته بر واحد سطحی نمونه‌های SEM می‌توان تخمینی از درصد خلوص این نمونه‌ها ارائه داد (به عنوان مثال 90 درصد ماده لوله‌ای، 5 درصد ذرات کروی، و 5 درصد اشیای با شکل نامنظم). بسیاری از دستگاه‌های SEM می‌توانند با تفکیک‌پذیری 5 نانومتر از نمونه‌ها تصویربرداری کنند (رشته‌‌های تنگستن) و دستگاه‌های پیشرفته امکان تصویربرداری حتی تا تفکیک‌پذیری نقطه‌ای 1 نانومتر را نیز فراهم می‌کنند (میکروسکوپ‌های نشر میدانی با تک رنگ‌ساز یا مونوکروماتور). با این حال از آنجایی که بیشتر نانولوله‌هایی که در حال حاضر سنتز می‌شوند، دارای قطر بیش از 5 نانومتر هستند، میکروسکوپ‌های دارای نوک تنگستنی برای تصویربرداری از آن‌ها کافی هستند. برای داشتن استانداردهایی در زمینه تعیین مشخصات کلی نانولوله‌های کربنی چنددیواره، پیشنهاد می‌کنیم چندین تصویربرداری SEM با بزرگ‌نمایی افزایشی انجام گیرند: 20 برابر، 500 برابر، 2500 برابر، 5000 برابر و پنجاه‌هزار برابر. با این روش امکان تعیین مورفولوژی کلی نمونه‌ها فراهم می‌شود. به عنوان مثال می‌توان با تصویربرداری 20 برابری و 500 برابری حضور خوشه‌های نانولوله‌ای، توده‌های کروی، توده‌های لوله‌ای و ذره‌ای و توده‌های بی‌شکل را تشخیص داد. با تصویربرداری 2500 برابری و 5000 برابری می‌توان سطح کلی اشغال شده به وسیله‌ی اشیای نانولوله‌ای را تعیین کرده و از آنجا خلوص نمونه‌ها را تخمین زد. می‌توان با 5 بار تصویربرداری SEM با بزرگ‌نمایی یکسان و آنالیز و کمّی‌سازی نتایج حاصل، میزان عدم قطعیت را کاهش داد. شاید بهتر باشد از الگوریتم‌های تصویربرداری برای تشخیص اشیای لوله‌ای از اشیای بی شکل و کمّی‌سازی آن‌ها استفاده کرد. انرژی تابشی در SEM رشته تنگستنی یا نشر زمینه نیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، با این حال ما هیچ استانداردی در این زمینه پیدا نکردیم. ولتاژ پیشنهادی برای دوری از ایجاد اثر شارژی (charging effect) و به دست آوردن تصاویری با بهترین تباین برای SEM با رشته تنگستنی و SEM نشر زمینه به ترتیب 10 و 2 کیلوالکترون ولت (یا کمتر) است. باید در نظر داشت که ولتاژ مورد استفاده برای SEM با رشته تنگستنی و SEM نشر زمینه معمولا بین 1 و 30 کیلوالکترون‌ولت متغیر است؛ نویسندگان این مقاله بر مبنای تجربه خود در زمینه استفاده از SEM برای تعیین مشخصات نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره این اعداد را پیشنهاد داده‌اند. همچنین می‌توان از تصاویر TEM با بزرگ‌نمایی کم (20000 تا 50000 برابر) برای تعیین خلوص نمونه‌ها استفاده کرد. در اینجا نیز همانند SEM با شمردن تعداد نانولوله‌ها و اشیای بی شکل در واحد سطح می‌توان به این خلوص دست یافت.

2.3. قطر و طول نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره
قطر نانولوله‌ها را می‌توان با استفاده از تصاویر SEM با بزرگ‌نمایی بیشتر از 20000 برابر تخمین زد. همچنین با استفاده از چندین تصویر مستقل SEM امکان تعیین قطر میانگین و توزیع قطر نانولوله‌ها وجود دارد (پیشنهاد ما استفاده از قطر حداقل 250 نانولوله است). نانولوله‌‌های کوچکتر با استفاده از تصاویر SEM با تفکیک‌پذیری بالاتر مشاهده می‌شوند که قطری مابین 1 تا 20 نانومتر دارند. بنابراین تخمین قطر میانگین نانولوله‌ها و توزیع قطر آن‌ها به SEM وابسته است. پیشنهاد می‌شود نتایج به دست آمده با استفاده از TEM تأیید شوند. همچنین با استفاده از SEM مورفولوژی سطح خارجی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره نیز قابل تعیین است و این روش را می‌توان با آنالیز TEM ترکیب کرد. برای تعیین مورفولوژی سطح داخلی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره استفاده از TEM و HRTEM ضروری است.
اگر نانولوله‌ها خطی و قابل تشخیص باشند، طول آن‌ها را می‌توان تخمین زد. با این حال اگر نانولوله‌ها درهم تنیده باشند، باید کار‌های بیشتری برای آماده‌سازی نمونه انجام داد (مثل پخش کردن بیشتر). همچنین امکان تخمین قطر کلی نانولوله‌ها با استفاده از تصاویر TEM با بزرگ‌نمایی کم وجود دارد. نمونه‌ای از این تصاویر در شکل 8 نشان داده شده‌اند.

3.3. بی نظمی و بلورینگی
HRTEM یک ابزار مکمل است که در شرایط خاص می‌تواند برای تعیین چگونگی آرایش ساختار‌های لوله‌ای (به عنوان مثال لوله‌های هم‌مرکز یا آشیانه‌ای، آرایه‌های فنجانی فشرده و غیره) به کار رود (شکل 3). به علاوه با استفاده از HRTEM می‌توان توزیع قطر داخلی و خارجی لوله‌های هم‌مرکز را تعیین کرد. در این مورد پیشنهاد ما این است که حداقل 520 نانولوله مستقل از یک نمونه همگن مورد ارزیابی قرار گیرند. همچنین تشخیص تفاوت میان نانولوله‌ها و نانوالیاف از اهمیت بالایی برخوردار است. تعریف ما از یک نانولوله ساختار استوان‌های با حفره مرکزی کاملاً باز است و نانوالیاف به عنوان ساختار‌های لوله‌ای دارای حفره مرکزی کاملاً بسته و یا تا حدی بسته (شکل بامبو) تعریف می‌شود. یک ساختار زیگزاگی یا چپ و راستی از نوار‌های گرافنی تشکیل می‌شود که مخروط‌های پیچ‌خورده مارپیچی را شکل می‌دهند. درون این ساختار یک حفره خالی باقی می‌ماند که در سرتاسر لوله امتداد دارد.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل3. تصاویری از مواد کربنی لوله‌ای و مدل‌های مولکولی که نشان‌دهنده مورفولوژی آن‌هاست. (a) نانولوله کربنی سه دیواره (b) مدل مولکولی یک نانولوله کربنی سه دیواره (c) تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری با تفکیک‌پذیری بالا (HRTEM) از یک نانولوله کربنی چنددیواره حاوی 10 نانولوله تودرتو (d) مدل مولکولی یک نانولوله کربنی شش دیواره (e) تصویر TEM از یک نانوالیاف متشکل از مخروط‌های باز که روی هم انباشته شده‌اند (f) تصویری از مقطع عرضی یک نانوالیاف کربنی متشکل از مخروط‌های باز فشرده همراه با مدل مولکولی این الیاف. توجه داشته باشید که نانوالیاف زیگزاگی یا چپ و راستی شبیه نانوالیاف فنجانی فشرده است، اما نانولوله‌های زیگزاگی از نوارهای گرافنی پیچ‌خورده تشکیل می‌شود. بنابر گفته اِندو و همکارانش (e) و (f) از مخروط‌های به‌هم‌فشرده تشکیل شده‌اند، اما مطالعات زیادی باید صورت گیرد.

HRTEM می‌تواند ابزار بسیار مفیدی برای تعیین میزان بلورینگی مواد نانولوله‌ای و همچنین تشخیص وجود روکش بی‌شکل کربنی روی لایه‌های خارجی نانولوله‌ها باشد. پیشنهاد ما برای تعیین درجه بلورینگی، استفاده از محاسبه تبدیل فوریه سریع (FFT) بخشی از یک لوله تحت HRTEM است. اگر FFT از نقاط تیز یا به عبارت دیگر پیک‌های باریک تشکیل شده باشد (همانند شکل 4) ماده مورد مطالعه بسیار بلورین است. از سوی دیگر اگر FFT از پیک‌های پهن تشکیل شده باشد، میزان بلورینگی ماده پایین است. البته این راهکار ابتدا نیازمند توافق روی نقطه تمرکز تصویر HRTEM است.

filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4. تصویر HRTEM نانولوله‌های کربنی مختلف و تبدیل فوریه سریع (FET) مربوط به آن‌ها. این لوله‌های درجه بلورینگی مختلفی دارند و این درجه بلورینگی را می‌توان با بررسی نقاط تباین (کنتراست) در تصویر FFT بررسی کرد (a) تصویر HRTEM دو نانولوله کربنی چنددیواره که از طریق تخلیه الکتریکی تولید شده‌اند و درجه بلورینگی بسیار بالایی دارند (b) در این FFT دو جفت نقطه تیز و یک خط روبش در طول یکی از این جفت‌ها دیده می‌شود که نشان می‌دهد نقاط تیز، مربوط به کربن بسیار منظم هستند (پیک‌های باریک) (c) تصویر HRTEMیک الیاف کربنی با ساختار فنجان فشرده که درجه بالایی از بلورینگی را نشان می‌دهد (d) در این FFT پیک‌های باریک‌تر مشاهده می‌شوند و خط روبش حضور کربن بسیار منظم را تأیید می‌کند (e) تصویر HRTEM یک نانولوله کربنی چنددیواره که به روشCVD تولید شده است و FFT مربوط به آن که درجه متوسطی از بلورینگی را نشان می‌دهد. توجه داشته باشید که در FFT مربوط به این نانولوله (f) نقاط پراکنده‌تری دیده می‌شوند که مربوط به صفحات (001) هستند (g) تصویر HRTEM یک نانولوله کربنی با درجه بلورینگی پایین که نواقص زیادی را نشان می‌دهد. خط روبش میزان بلورینگی پایین را که از حضور پیک‌های پهن و شدت پایین نقطه مرکزی ناشی می‌شود، آشکار می‌سازد. این مشخصه‌ی نانولوله‌های کربنی دارای نقص است که لایه‌های نامنظم تشکیل‌دهنده نانولوله‌های هم مرکز را نشان می‌دهد.

علاوه‌بر استفاده از FFT روی TEM یا HRTEM، می‌توان از آنالیز الگو‌های پراش الکترونی ناحیه منتخب (SAED) با استفاده از یک TEM نیز بهره برد. با استفاده از این روش امکان تعیین میزان بلورینگی و همچنین کایرالیته لوله‌ها درون ساختار آشیانه‌ای وجود دارد. با این حال الگو‌های SAED می‌توانند بسیار زمان‌بر باشند. به طور خلاصه می‌توان از هر دو روش برای تخمین میزان بلورینگی کلی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره استفاده کرد.

4. تعیین مشخصات اپتیکی
تعیین مشخصات اپُتیکی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره اطلاعاتی در زمینه رنگ، خلوص، نواقص و ویژگی‌های دیگر آن‌ها را آشکار می‌سازد که تمام آن‌ها با بخش‌های دیگر این مقاله مروری هم‌پوشانی دارند. ما در دو بخش رنگ و طیف‌سنجی رامان تعیین مشخصات اپُتیکی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره را بررسی می‌کنیم.

1.4. رنگ
رنگ ظاهری نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره سیاه است. اما کیفیت رنگ یا به عبارت دیگر میزان انعکاس طول موج‌ها به توپولوژی و ساختار الکترونیکی آن‌ها بستگی دارد. این ویژگی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره با ویژگی مربوط به نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره و همچنین گرافیت و کربن بی‌شکل فرق دارد. قابل ذکر است که نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره در طیف مرئی و مادون قرمز دارای ساختاری هستند که ما آن را به انتقالات اکسیتونی و انعکاس زیاد در منطقه ماون قرمز با طول موج بزرگتر از 4 میکرومتر نسبت می‌دهیم. کاماراس و همکارانش در مورد ویژگی‌های اپُتیکی نانولوله‌ها مقالات زیادی منتشر کرده‌اند و همانگونه که در شکل 5 دیده می‌شود، نشان داده‌اند که طیف نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره، نانولوله‌‌های کربنی دودیواره و نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره که با استفاده از فرایند‌های مختلف تولید شده‌اند، با یکدیگر متفاوت است.

filereader.php?p1=main_e4da3b7fbbce2345d
شکل 5. مقایسه چگالی اُپتیکی چند نوع ماده کربنی مختلف با نانولوله‌های کربنی چنددیواره؛ (a) نانولوله کربنی تک‌دیواره تولید شده به روش جرقه (تخلیه الکتریکی) و لیزر؛ (b) نانولوله کربنی تک‌دیواره تجاری که به روش CVD احتراقی (CoMoCat) و disproportionation مونوکسید کربن (HipCo) تولید شد‌ه‌اند؛ (c) مقایسه نانولوله کربنی دودیواره با نانولوله کربنی چنددیواره.

نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره در ناحیه نزدیک 5 الکترونولت (248 نانومتر) یک پیک جذبی مربوط به پلاسمون π از خود نشان می‌دهند. این پیک مختص نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره نبوده و در طیف مربوط به نانولوله‌‌های کربنی تک دیواره و گرافیت نیز دیده می‌شود. میزان انعکاس مشاهده شده در این طیف در ناحیه مرئی تا مادون قرمز منحصربه‌فرد است.
بر خلاف نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره، طیف جذبی نانولوله‌های کربنی چنددیواره در ناحیه مرئی و مادون قرمز نشان دهنده زاویه کایرال پوسته خارجی یا شعاع یا طول نانولوله‌‌های کربنی نیست. همان‌گونه که از طیف سنجی رامان انتظار داشتیم، ویژگی‌های اپُتیکی نانولوله‌ها وابستگی شدیدی به جهت‌گیری قطبش نانولوله‌ها در ارتباط با میدان اعمال شده یا موقعیت نانولوله دارد که این امر به دلیل ساختار آنیزوتروپی نانولوله‌ها است. سایتو و همکارانش در توصیف نانولوله‌‌های هم مرکز دریافتند که برخی از باند‌های انرژی پوسته‌های داخلی و خارجی با یکدیگر کوپل می‌شوند، اما به دلیل تقارن، باند‌های انرژی لوله‌های تشکیل‌دهنده تک لایه‌های فلزی، همچنان فلزی باقی می‌ماند. این پدیده نشان‌دهنده برهم‌کنش نانولوله-نانولوله بوده و حاکی از این است که در برخی موارد ویژگی‌های اپُتیکی نانولوله‌ها به صورت فلزی ظاهر می‌شود. برنان و همکارانش شاهد نشر فتولومینسانس از نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره بودند، در حالی که انتظار داشتند نشر حاصل از تحریک نوری لایه‌های نیمه‌رسانا در حضور لایه‌های فلزی مجاور به شکل غیرتابشی تضعیف‌شده و از بین برود. طیف‌سنجی مادون قرمز و رامان از این جهت که یکی به ممان دوقطبی و دیگری به قطبش‌پذیری مربوط است، مکمل یکدیگر به شمار می‌روند. با این حال طیف‌سنجی مادون قرمز نسبت به طیف‌سنجی رامان اطلاعات کمتری در اختیار ما قرار می‌دهد. موسو و همکارانش در یک مقاله بسیار جامع اندازه‌گیری‌هایی را که پس از عامل‌دار کردن نانولوله‌ها انجام داده‌اند، آنالیز کرده‌اند. در این کار از XPS، EDS، رامان، FTIR، BET، TGA، SEM و TEM استفاده شده است. با استفاده از FTIR اطلاعات زیادی در زمینه تشخیص گروه‌های عاملی غیر از گروه کربوکسیلی به دست نمی‌آید.

2.4. طیف‌سنجی FTIR
از FTIR به طور معمول برای مطالعه عامل‌دار شدن استفاده می‌شود. میزان عامل‌دار شدن نانولوله‌‌های کربنی ترشدگی آن‌ها در مواد مختلف فعال سطحی را تغییر داده و بنابراین ممکن است سمیت آن‌ها را عوض کند. اسوالد و همکارانش دو پیک بزرگ در cm-111600 و cm-113450 (مربوط به O-H) و همچنین یک پیک دیگر در cm-11445 مشاهده کردند. بنابر گفته میسرا و گروه وی پیک مشاهده شده درcm-11445 مختص نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره است. کوکلین و همکارانش نیز نانولوله‌های کربنی چنددیواره با قطر 60 نانومتر را مطالعه کرده و یک طیف IR یکنواخت با شکاف باندی mev100 به دست آوردند که دارای پیک هایی درcm-11725 (COOHگروه های )، cm-11584باندG (باند D) ،cm-11200و چندین پیک دیگر در محدوده cm-13000 بود که این پیک‌های آخر به گروه‌های CHx نسبت داده می‌شوند.
گارسیا ویدال و همکارانش با استفاده از ویژگی‌های ذاتی وابسته به قطبش گرافیت، یک مدل قوی برای عملکرد دی‌الکتریکی نانولوله‌ها در دو شکل مجزای استوانه‌ای و استوانه‌ای توخالی ارائه کرده‌اند. مطالعات زیادی روی ویژگی‌های اپُتیکی نانولوله‌ها صورت گرفته است و شاید آن را بتوان به عنوان یک ماده دو انکساری (birefringent) طبقه‌بندی کرد. بنابراین ویژگی‌های اپُتیکی نانولوله‌های کربنی چنددیواره به جهت‌گیری نانولوله‌ها نسبت به جهت تابش نور وابسته است. گارسیا ویدال با استفاده از معادله ماکسول یک بنیان تئوری برای این بحث ایجاد کرده است. به شکل کیفی رنگ یک صفحه نانولوله‌ای شبیه رنگ گرافیت است. یک صفحه متشکل از نانولوله‌های آرایش‌یافته به صورت عمودی می‌تواند کاملاً سیاه باشد؛ یانگ و همکارانش چنین صفحه‌ای را به عنوان ماده‌ای با بالاترین میزان جذب معرفی کرده‌اند. میزونو و گروهش این نتایج را از طول موج‌های مرئی تا طول موج 200 میکرومتر تعمیم دادند. توده‌ای از مخلوط نانولوله‌ها رنگی مابین رنگ گرافیت و سیاه کامل دارد. لِمَن، تئوچاروس و همکارانشان گزارش داده‌اند که یک صفحه نانولوله‌ای از نظر طیفی جذب یکنواختی در محدوده 80/85 تا 0/95 در نور مرئی و مادون قرمز دارد. جدای از طیف IR گرافیت، ظاهر یک ماده نانولوله‌ای به مورفولوژی یک مخلوط نسبت داده می‌شود که به طول، راست بودن، خوشه‌ای بودن و حضور ناخالصی‌های کربنی و غیرکربنی وابسته است (شکل 6).

filereader.php?p1=main_1679091c5a880faf6
شکل 6. طیف FTIR سه نوع نانولوله کربنی چنددیواره با گروه‌های عاملی مختلف.

3.4. طیف‌سنجی رامان
طیف‌سنجی رامان اطلاعاتی در زمینه خلوص، وجود نواقص و جهت‌گیری و نظم نانولوله‌ها در اختیار ما قرار داده و می‌تواند در تشخیص حضور نانولوله‌های کربنی چنددیواره در میان سایر آلوتروپ‌های کربن به ما کمک کند. این روش در توصیف ویژگی‌های ساختاری نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره بسیار موفق بوده است. متأسفانه تفسیر طیف حاصل از یک نانولوله‌های کربنی چنددیواره بسیار پیچیده بوده و هنوز در آن حدی که طیف‌سنجی رامان برای بررسی نانولوله‌‌های کربنی تک دیواره به کار می‌رود، کاربرد پیدا نکرده است. در پراکندگی رامان، نانولوله‌های کربنی چنددیواره به عنوان مجموعه‌ای از نانولوله‌‌های کربنی با قطر‌های مختلف از کوچک تا بسیار بزرگ دیده می‌شود. با این حال برخی مطالعات نشان داده‌اند که از طیف‌سنجی رامان می‌توان برای مطالعه کیفی و حتی در برخی موارد کمّی نانولوله‌ها بهره برد. از آنجایی که کار تئوری بسیار کمی در زمینه درک طیف رامان نانولوله‌های کربنی چنددیواره انجام شده است، تفاسیر مربوط به طیف‌های تجربی به طور معمول روی نتایج جا افتاده‌ی حاصل از نانولوله‌‌های کربنی تک دیواره مبتنی است. با وجودی که این راهکار مفید بوده است، اما محدودیت‌هایی نیز دارد، چرا که برخی از اثراتی که در نانولوله‌های کربنی تک دیواره دیده نمی‌شوند، در طیف نانولوله‌های کربنی چنددیواره مشاهده می‌شوند.

یک طیف رامان معمول از نانولوله‌های کربنی تک دیواره حاوی بخش‌های زیر است:

1. یک پیک فرکانس پایین (کمتر از cm-1200) که متعلق به تقارن A1g حالت تنفسی شعاعی (RBM: Radial Breathing Mode) است. این پیک در طیف گرافیت دیده نشده و مشخصه اصلی یک نانولوله کربنی تک دیواره است. فرکانس این حالت تنها به قطر نانولوله بستگی دارد، اما می‌توان توصیف کاملی از شاخص‌های کایرال نانولوله‌ها را از اندازه‌گیری‌های رامان و با استفاده از اطلاعاتی که در جدول Kataura برای تهییج‌های مجاز آورده شده است، استخراج کرد. از آنجایی که فرکانس RBM با قطر نانولوله‌ها نسبت عکس دارد، RBM را نمی‌توان برای قطر‌های بزرگ‌تر از 2 نانومتر تشخیص داد.
2. گروهی از پیک‌ها در محدوده cm-11340 که «باند D» نامیده می‌شوند و به حضور بی‌نظمی در ماده گرافیتی نسبت داده می‌شوند. همانند گرافیت در نانولوله‌‌های کربنی تک دیواره نیز منشأ باند D بی‌نظمی‌های ساختاری موجود به شمار می‌رود. همچنین نشان داده شده است که به دلیل وضعیت رزونانس دوگانه در نانولوله‌هایی با کایرالیته مشخص، این باند ایجاد می‌شود. به علاوه، باند D در نانولوله‌های کربنی تک دیواره منفرد می‌تواند به دو باند مجزا تفکیک شود که میزان جدایش این دو باند به انرژی لیزر فرودی بستگی دارد.
3. گروهی از پیک‌ها در محدودهcm-11600-1550 که «باند G» را تشکیل می‌دهند. در گرافیت یک پیک منفرد در 1-cm1582 وجود دارد که به ارتعاشات مماسی اتم‌های کربن مربوط است. این پیک معیار خوبی برای تعیین میزان گرافیتی بودن نمونه است. در نانولوله‌ها باند G از دو بخش +G و -G تشکیل می‌شود که این امر به دلیل محدود شدن امواج ارتعاشی در جهت‌های پیرامونی است. باند +G به جابه جایی‌های اتمی در طول محور نانولوله مربوط بوده و در نتیجه مستقل از قطر نانولوله است، اما باند -G به جابه جایی‌های اتمی پیرامونی مرتبط است. شکل خط باند -G برای مواد نیمه رسانا و فلزی با یکدیگر متفاوت است.
4. یک خط در محدوده cm-12600 مشاهده می‌شود که اوُرتون یا هارمونیک درجه دوم باند D است و به نام G' یا D* یا 2D نامیده می‌شود. باند G' نشان‌دهنده وجود نظم در محدوده وسیعی از ماده است و از یک فرایند پراکنش دوفونونی درجه دوم نشأت می‌گیرد که این پراکنش منجر به ایجاد یک فونون الاستیک می‌شود.
5. برخی پیک‌های جذبی درجه دوم نیز در محدوده cm-11700-1800 مشاهده می‌شوند که به دلیل شدت نسبتاً پایین آن‌ها، اهمیت زیادی ندارند.
استفاده از طیف‌سنجی رامان برای آنالیز نانولوله‌های کربنی چنددیواره روی بهره‌گیری از حضور یا غیاب این باند‌ها در طیف مربوطه برای جمع آوری اطلاعات الکترونیکی یا ساختاری از این لوله‌ها متمرکز بوده است. در بسیاری از نمونه‌های نانولوله‌ای کربنی چنددیواره، فرکانس و شکل خط باند G مشابه فرکانس و شکل خط فونون E2g گرافیت است، اما پهنای خط مربوط به گرافیت کمتر از پهنای خط مربوط به نانولوله‌های کربنی چنددیواره است. با این حال پهنای خط معیار مطمئنی برای ایجاد تمایز میان گرافیت و نانولوله‌های کربنی چنددیواره نیست، زیرا عوامل مختلفی همچون قطر نانولوله‌ها روی این پهنا اثر می‌گذارند. وجود یک RBM فرکانس پایین و شکافته‌شدن باند G نشان دهنده حضور یک ارتعاش تک پوسته‌ای است. در بسیاری از موارد این دو اثر حتی در نمونه‌های بسیار منظم نانولوله‌های کربنی چنددیواره مشاهده نمی‌شوند. دلیل اصلی این قضیه این است که اغلب قطر درونی‌ترین لوله یک نانولوله کربنی چنددیواره بیشتر از 2 نانومتر است. قوانین پیمایش RBM که در مطالعه نانولوله‌‌های کربنی تک دیواره به کار می‌روند، نشان می‌دهند که در این مقیاس فرکانس و شدت RBM قابل اندازه‌گیری نیست. همین امر در مورد قوانین پیمایش باند G نیز صدق می‌کند. به عبارت دیگر، ویژگی‌های الکترونیکی پوسته‌های با انحنای کم با ویژگی‌های الکترونیکی گرافیت تا حدی متفاوت است. به همین دلیل طیف یک نانولوله کربنی چنددیواره شبیه طیف گرافیت بوده و هیچ اثری از شکل استوانه‌ای در آن دیده نمی‌شود (یا اثر بسیار ضعیفی مشاهده می‌شود). این امر همچنین نشان می‌دهد که از ویژگی‌های باند G در یک طیف می‌توان برای تشخیص میان نانولوله‌های کربنی چنددیواره و نانولوله‌های کربنی تک دیواره بهره برد: در طیف مربوط به نانولوله‌های کربنی تک دیواره باند G به دو باند مجزا شکافته می‌شود، در حالی که در طیف نانولوله‌های کربنی چنددیواره باند G به شکل یک باند پهن متقارن در می‌آید. این توضیح کوتاه مشخص می‌کند که موفقیت طیف‌سنجی رامان در تعیین مشخصات نانولوله‌های کربنی چنددیواره به اندازه کارایی این ابزار در تعیین مشخصات نانولوله‌های کربنی تک دیواره نیست. با این حال این ابزار چندان هم در آنالیز نانولوله‌های کربنی چنددیواره ناکارآمد نیست. در ادامه برخی از مشاهدات کلیدی برای هر ناحیه از طیف رامان مربوط به نانولوله‌های کربنی چنددیواره را توضیح خواهیم داد.

1.3.4. حالت تنفسی شعاعی
با وجودی که انحنای شعاع خارجی یک نانولوله کربنی چنددیواره شبیه انحنای گرافن است، لایه‌های داخلی این نانوساختار به نانولوله‌های کربنی تک دیواره شباهت دارند. با این حال قطر درونی‌ترین لوله وابستگی بسیار زیادی به روش رشد نانولوله دارد.
جانتولجاک و همکارانش حالت‌های تنفس شعاعی را برای نانولوله‌های کربنی چنددیواره با لایه‌های درونی باریک به خوبی مشاهده کردند. ژائو و همکارانش نیز حضور تعدادی پیک فعال رامان در ناحیه فرکانس پایین (cm-1600-100) را برای نانولوله‌های کربنی چنددیواره گزارش کرده‌اند. طیف رامان قطبیده آن‌ها تأیید کرد که این پیک‌ها مربوط به RBMهایی است که از لوله‌های درونی باریک نشأت می‌گیرند. بر اساس قانون پیمایش نانولوله‌های کربنی تک دیواره می‌توان این پیک‌ها را به دو لوله درونی نانولوله‌های کربنی چنددیواره نسبت داد که این امر با نتایج حاصل از میکروسکوپی الکترونی عبوری با تفکیک‌پذیری بالا (HRTEM) هم‌خوانی دارند. توجه داشته باشید که این روش امکان شناسایی مطمئن کوچک‌ترین نانولوله‌ای را که تاکنون شناخته شده است (قطر 0/6 نانومتر)، فراهم نموده است (فرکانس RBM: cm-1 787).
قابل ذکر است آنالیز RBM‌ها در نانولوله‌های کربنی چنددیواره اغلب محدود به تئوری است که برای نانولوله‌‌های کربنی تک‌دیواره منفرد ارائه شده است. لفرانت و همکارانش با ارائه یک مدل نشان داده‌اند که برهم‌کنش‌های وان دروالس میان لوله‌های مجاور تا حد زیادی موجب کوپل‌شدن پیک‌های مربوط به دیواره‌های مجاور هم می‌شود. آن‌ها در تئوری قطبش پیوند خود دریافتند که در نانولوله‌های کربنی چنددیواره با پوسته N (N-shelled)، حالت‌های تنفس شعاعی N مربوط به پوسته‌های جدا از هم منجر به ایجاد پیک‌های جدیدی برای N می‌شوند که این پیک‌ها در مقایسه با ارتعاشات تنفسی لوله‌های منفرد به سمت بالا شیفت پیدا کرده‌اند. این مدل همچنین نشان می‌دهد که شدت این پیک‌ها با افزایش قطر لوله‌ها به سرعت کاهش یافته و زمانی که قطر داخلی از 2 نانومتر بیشتر می‌شود، از بین می‌روند که این امر تأییدکننده مشاهدات تجربی است. بنویت و همکارانش با استفاده از آنالیز رامان، هیستوگرامی از اندازه لوله‌ها رسم کرده و آن را با تصاویر TEM تأیید کردند (شکل 8). دوناتو و همکارانش مطالعات وسیعی روی پیک‌های مشاهده شده در ناحیه زیر 1-cm500 انجام داده‌اند. پیک‌های مشاهده شده در این محدوده به RBM‌های لوله‌های درونی مربوط نیستند، بلکه حضور نواقص ساختاری و کاتالیزور آهن را در نانولوله‌های کربنی چنددیواره نشان می‌دهند.

filereader.php?p1=main_8f14e45fceea167a5
شکل 7. بخش‌های مهم طیف نانولوله‌های کربنی چنددیواره در ارتباط با خلوص و مقایسه آن با ساختارهای‌ کربنی دیگر


filereader.php?p1=main_c9f0f895fb98ab915
شکل 8. خلاصه‌ای از توزیع قطر نانولوله‌های کربنی چنددیواره استخراج‌شده از آنالیز رامان و تأیید آن به‌وسیله‌ی TEM

2.3.4 شکافندگی باند G
در طیف پراکنش رامان بهبودیافته سطحی (SERS) یک نانولوله کربنی چنددیواره منفرد که با استفاده از جرقه هیدروژن تولید شده بود، یک پیک منفرد برای حالت RBM و شکافتگی‌های چندگانه برای حالت‌های باند G کششی مماسی مشاهده می‌شوند. حضور RBM نشان‌دهنده لوله داخلی بسیار باریک با قطر حدود 1 نانومتر است. در این طیف پیک‌های باند G (عرض پیک 1-cm4) مربوط به نانولوله درونی و پیک شبه‌گرافیتی (عرض پیک حدود 1-cm20) مربوط به نانولوله‌های خارجی نانولوله کربنی چنددیواره است. این نتایج در تقابل با نتایج حاصل از مطالعات دیگر قرار دارند که در آن‌ها یک باند G پهن و متقارن مشاهده شده است. بنابراین تا زمانی که قطر داخلی‌ترین نانولوله یک نانولوله کربنی چنددیواره کمتر از 2 نانومتر باشد، طیف رامان آن مشخص بوده و با طیف رامان سایر آلوتروپ‌های کربن sp2 تفاوت دارد.
اخیراً نانوت و همکارانش دوپیک تیز مربوط به باند G یک نانولوله کربنی چنددیواره منفرد را مطالعه کرده‌اند (در cm-11555 و cm-11574). آن‌ها دریافتند که باند G در حقیقت از چهار حالت مجزا تشکیل می‌شود. به احتمال زیاد برهم‌کنش‌های میان لایه‌ای به جای القای حالت شبه‌گرافنی در باند +G، حالت شبه گرافیتی را القا می‌کنند. با وجودی که مشخص است این پیک‌ها به دلیل فرایند‌های درجه اول فنون‌های اپُتیکی ایجاد می‌شوند، اما شکل آن‌ها را نمی‌توان فقط با توجه به پیک‌های منحصربه فردگرافن یا گرافیت درک کرد. به عنوان مثال پیک G گرافیت در 1-cm1582 و پیک G تک لایه گرافن در cm-11591دیده نمی‌شوند که به دلیل برهم‌کنش‌های ضعیف میان لایه‌های مختلف است. شناسایی پیک‌های مختلف هنوز هم یک کار دشوار به شمار می‌آید، زیرا بسیاری از مطالعات تئوری روی نانولوله‌های تک‌دیواره تمرکز داشته‌اند. به عنوان مثال می‌توان با دلایل منطقی حضور این پیک‌ها را به لایه‌های خارجی و یا برعکس به لایه‌های داخلی نسبت داد. به علاوه، برهم‌کنش‌های میان لایه‌های مختلف موجب پهن‌شدن تک‌پیک‌های ونهوف می‌شوند؛ تعداد زیاد این لایه‌ها بر این دلالت دارند که این تکپیک‌ها بسیار به هم نزدیک بوده و بنابراین نشان‌دهنده هزاران حالت ارتعاشی ضعیف است که برای لایه‌های مختلف امکان‌پذیر هستند.

3.3.4. شکافندگی باند D
گهیل و گُش از نانولوله‌های کربنی چنددیواره که روی یک بستر فعال SERS رسوب داده شده بودند، طیف‌سنجی رامان انجام داده و مشاهده کردند که پیک حالت مماسی (باند G) شکافتگی‌های چندگانه یافته و همچنین پیک باند D نیز در اثر وجود بی‌نظمی‌ها به دو پیک مجزا شکافته می‌شود. این شکافتگی در دمای اتاق و در غیر از این شرایط دیده نمی‌شود. وجود شکافتگی در باند D نشان می‌دهد که حالت‌های رزونانس دوگانه برای نانولوله‌های رسوب‌داده شده روی یک بستر فعال SERS در دما‌های پایین امکان‌پذیر است.

4.3.4. استفاده از باند G' برای تعیین خلوص نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره
در روش‌های معمول استفاده از طیف‌سنجی رامان برای تعیین خلوص نانولوله‌ها از نسبت شدت پیک‌های باند D و باند G استفاده می‌شود. متأسفانه به دلیل تأثیری که وجود ناخالصی‌های کربنی روی شدت این پیک‌ها دارند، تفسیر اطلاعات مربوط به ID/IG ساده نیست. اخیرا دیلئو گزارشی منتشر کرده است که نشان می‌دهد استفاده از شدت پیک G' برای اندازه‌گیری خلوص و کیفیت نانولوله‌ها از دقت بیشتری برخوردار است. از آنجایی که پیک G' از یک فرایند دوفونونی نشأت می‌گیرد، شدت آن تنها به خلوص نمونه بستگی دارد، زیرا بینظمی‌ها اجازه ظهور اثر کوپلینگ را که برای فرایند دوفونونی مورد نیاز است، نمی‌دهند. طیف دیلئو در شکل 7 بازتولید شده است.

4.4. خلاصه
در صورتی که نانولوله‌های کربنی چنددیواره خلوص بالایی داشته و قطر درونی‌ترین لوله آن‌ها از 2 نانومتر کمتر باشد، می‌توان از پیک‌های رامان فرکانس پایین برای شناسایی آن‌ها استفاده کرد. این پیک‌ها از حالت‌های تنفس شعاعی دیواره‌های منفرد نشأت گرفته و به وسیله‌ی برهم‌کنش‌های واندروالسی به شدت کوپل می‌شوند. اندازه‌گیری‌های SERS نیز حضور شکافتگی‌های چندگانه در پیک G یک نانولوله کربنی چنددیواره را نشان می‌دهد که از چهار حالت مجزا تشکیل شده است. فرکانس نسبی این حالت‌ها به شدت به انتقال بار میان دیواره‌ها وابسته است (به عنوان مثال در حضور یک آلاینده یا یک گیت خارجی). به علاوه با استفاده از SERS در دمای پایین می‌توان پیک‌هایی را مشاهده کرد که در دمای عادی مشاهده آن‌ها دشوار است. در نهایت کار‌های انِدو و همکارانش و همچنین مطالعات فانتینی و گروهش نشان‌دهنده وجود یک حالت ارتعاشی جدید در cm-11850 است که به وسیله ی انعقاد (coalescence) القا شده است. مطالعه این دو گروه روی نانولوله‌های خطی دودیواره صورت گرفته است. این حالت ارتعاشی از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا نشان می‌دهد چگونه نانولوله‌های تهییج شده به نانومورفولوژی‌های مختلفی تغییر ساختار می‌دهند (برای کاربرد‌های مختلف).
بنابر گفته چاکراپانی، ایجاد نواقص ساختاری در نانولوله‌ها بر حالت‌های ارتعاشی رامان آن‌ها تأثیر می‌گذارد. وی با استفاده از حکاکی پلاسما چنین نواقصی را در نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره منظم ایجاد کرد. طیف‌سنجی فتوالکترونی اشعه ایکس (XPS) تغییرات مورفولوژیکی مشاهده شده به وسیله‌ی طیف‌سنجی رامان را تأیید می‌کند. با این حال چاکراپانی روابط میان حالت‌های D، D'، D* و G را آنالیز کرده و نشان داد که از هیچ پیک منفردی نمی‌توان به تنهایی به عنوان یک استاندارد دقیق برای تخمین نواقص استفاده کرد.
پیک مشاهده شده در cm-12450 پیک درجه دوم cm-11230 بوده و به شدت به یکپارچگی ساختاری نانولوله بستگی دارد. رامادوری و همکارانش پس از تابش لیزری قوی در 1064 نانومتر، یک پیک در ناحیه cm-1650 مشاهده کردند. در این حالت با وجودی که ارتفاع نسبی پیک‌های D و G ثابت می‌ماند، ارتفاع پیک D' تغییر می‌کند. (جدول 1).

جدول 1. خلاصه‌ای از پیک‌های مشاهده شده در طیفسنجی رامان
filereader.php?p1=main_6caeba444797a281a

5. مساحت سطحی
بسیاری از پدیده‌های منحصربه فرد نانولوله‌های کربنی چنددیواره را می‌توان به برهم‌کنش‌هایی که در سطح آن‌ها اتفاق می‌افتد، نسبت داد. به عنوان مثال میزان پخش‌شدن این نانولوله‌ها در یک ماده کامپوزیتی به برهم‌کنش‌های سطحی نانولوله‌ها با مواد یا محلول اطراف بستگی دارد. میزان سمیت، جذب گاز و فعالیت کاتالیزوری نیز به وسیله‌ی ویژگی‌های سطحی تحت تأثیر قرار می‌گیرند. تغییراتی همچون خالص‌سازی، تغییر میزان خوشه‌ای شدن نانولوله‌ها و عامل‌دار کردن آن‌ها مساحت سطحی نمونه‌ها را تغییر می‌دهد. تعیین مساحت سطحی نانولوله‌ها به روشن شدن این برهم‌کنش‌ها و میزان فعالیت ماده مورد مطالعه کمک می‌کند.
تعیین مساحت سطحی نانولوله‌ها به طور معمول با استفاده از جذب گاز N2صورت می‌گیرد. مدل BET یا Brunauer–Emmett–Teller که در سال 1938 ارائه شده است، برای جذب ایزوترمال N2 که در 77 کلوین (دمای نیتروژن مایع) انجام شده است، به کار می‌رود. این مدل تئوری جذب لانگمیر را توسعه می‌دهد تا بتوان از آن برای جذب چندلایه‌ای N2 روی سطح یک ماده استفاده کرد. معادله BET در پایین آورده شده است (معادله شماره 1) که در آن n تعدادگاز جذب شده و p فشار است که هر دو اندازه‌گیری می‌شود، اما p0فشار بخار ماده جذب شده، nm پوشش تک‌لایه و C پارامتر‌های fitting است. معادله شماره 1 را می‌توان به شکل «معادله خطی BET» (معادله شماره 2) بیان کرد.

filereader.php?p1=main_667048d15828dc7f4

با رسم نمودار مربوط به جذب، می‌توان شیب خط ((S= (C-1) /nmC و نقطه تلاقی نمودار با محور y، (i=1/nmC) را بر اساس معادله نمودار خطی BET تعیین کرد. این رابطه تنها در محدوده خطی نمودار BET که معمولاً در ناحیه 0.035-P/P0=0.05 قرار دارد، معتبر است.

معمولا جذب‌هایی که در فشار‌های پایین یا بالا صورت می‌گیرند، به ترتیب به دلیل پرشدن میکروحفرات و تقطیر موئین نشان‌دهنده میزان پوشش تک لایه نیستند. مقدار C همیشه باید مثبت باشد و به طور معمول قدرت برهم‌کنش میان ماده جذب شده و جاذب را نشان می‌دهد. برای آنالیز بسیار سریع و با دقت پایین می‌توان اندازه‌گیری‌ها را تنها در یک نقطه انجام داد. با این فرض که نقطه‌ای که اندازه‌گیری در آن انجام شده است، در محدوده خطی قرار دارد، می‌توان میزان پوشش تک‌لایه را با استفاده از معادله 3 تعیین کرد:
nm=n(1-p/p0 )   (3

در این حالت می‌توان با استفاده از معادله 4 و بر اساس پوشش جذبی تک لایه (nm)، عدد آووگادرو (NA) و سطح مقطع عرضی مولکولی مربوط به مولکول‌های ماده جذب شده (σ) مساحت سطحی را محاسبه کرد. مقدار معمول برای مساحت مقطع عرضی 2N معادل 162/0 نانومتر مربع است.

A=nm NA σ    (4

مولکول نیتروژن معمول‌ترین ماد‌ه‌ای است که برای محاسبه مساحت سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرد، با این حال این مولکول دارای کوادروپل ثابتی است که از جذب آن روی برخی ساختار‌ها جلوگیری می‌کند. به جای N2 می‌توان از مولکول‌های کوچک تر و کروی‌تر همچون Ar، CO2، He یا H2 استفاده کرده و مساحت سطحی را با دقت بیشتری محاسبه کرد. اندازه‌گیری‌های مربوط به مساحت سطحی باید در نقطه جوش ماده جذب شده صورت گیرد، به عنوان مثال اگر بخواهیم از آرگون به عنوان ماده قابل جذب استفاده کنیم، باید اندازه‌گیری مربوط به مساحت سطحی در دمای آرگون مایع صورت پذیرد. به همین دلیل معمولا از N2 برای انجام محاسبات مربوط به مساحت سطحی استفاده می‌شود، زیرا دسترسی بیشتری به نیتروژن مایع وجود دارد.
چندین نقد برای مدل BET ارائه شده است. این تئوری بر وجود نقاط جذب همگن روی سطح ماده استوار است. با این حال نقاط جذب روی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به دلیل خوشه‌ای شدن/تجمع نانولوله‌ها و یا وجود نواقص ساختاری همگن نیستند. همچنین شده را با دقت توصیف نمی‌کند، در حالی که ممکن است مساحت مقطع عرضی این مولکول‌ها به دلیل برهم‌کنش میان مولکول‌های جذب شده با یکدیگر و یا برهم‌کنش میان مولکول‌های جذب شده و جاذب تغییر کند. برای مواد میکروحفره‌ای، پرشدن حفره‌ها قبل از پوشش کامل تک‌لایه‌ای مولکول‌ها گاز روی سطح جاذب اتفاق می‌افتد و این امر ممکن است مساحت سطحی را بیشتر از مقدار واقعی نشان دهد. از سوی دیگر اگر نیتروژن نتواند به حفرات مواد ابرمیکروحفره‌ای دسترسی یابد، امکان محاسبه مساحت سطحی پایین‌تر از مقدار واقعی وجود دارد. بنابراین پیشنهاد می‌شود کنار عدد به دست آمده با استفاده از این روش عنوان SA (BET) آورده شود.
تغییرات زیادی در معادله BET اعمال شده است. با این حال با وجود تمام محدودیت‌هایی که این روش دارد، همچنان به عنوان روش استاندارد برای محاسبه مساحت سطحی نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره مطرح است.
پیگنی و همکارانش به صورت تئوری معادله‌ای برای محاسبه مساحت سطحی خارجی نانولوله‌‌های کربنی با استفاده از تعداد دیواره‌ها و قطر آن‌ها در محدوده 50 تا 1315 متر مربع بر گرم ارائه کرده‌اند. این معادله وابستگی بسیار زیادی به تعداد دیواره‌های نانولوله‌ها دارد. مساحت سطحی اندازه‌گیری شده (به صورت تجربی) برای نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به طور معمول بین 10 تا 500 متر مربع بر گرم است. فعال‌سازی یا تغییرات شیمیایی که در طول فرایند خالص‌سازی یا فراوری نانولوله‌ها روی می‌دهند، ممکن است باعث باز شدن انتهای بسته نانولوله‌ها شوند. در این حالت ممکن است مولکول‌های گاز بتوانند روی دیواره داخلی نانولوله نیز جذب شوند. در چنین شرایطی مساحت سطحی محاسبه شده فقط مربوط به سطح خارجی نانولوله‌ها نبوده و سطح داخلی آن‌ها را نیز شامل می‌شود. می‌توان با استفاده از روش‌های فعالسازی شیمیایی یا حرارتی مختلف، انتهای نانولوله‌ها را باز کرد؛ گزارش شده است که این کار موجب افزایش 50 تا 380 درصدی مساحت سطحی آن‌ها می‌شود.
همچنین می‌توان از اندازه‌گیری‌های مربوط به جذب گاز N2 برای محاسبه توزیع اندازه حفراتی (PSD) که در اثر باز کردن انتهای نانولوله‌ها ایجاد شده‌اند، بهره برد. از مدل‌ها و روش‌های مختلفی برای آنالیز این اندازه‌گیری‌ها و محاسبه PSD استفاده شده است که ذکر آن‌ها در این مبحث نمی‌گنجد.

6. چگالی
چگالی مواد متخلخلی همچون نانولوله‌های کربنی چنددیواره تعاریف متفاوتی دارد که از تعریف مربوط به حجم این مواد ناشی می‌شود. در اولین تعریف که چگالی توده‌ای نامیده می‌شود، حجم ماده شامل حجم حفرات و فضا‌های خالی نیز می‌شود. برای نانولوله‌های کربنی این حجم شامل فضا‌های خالی میان خوشه‌های نانولوله‌ای بوده و به پیکربندی یا توده‌ای شدن نانولوله‌ها بستگی دارد. چگالی دوم که چگالی اسکلتی نام دارد، حجم فضا‌های خالی را در حجم ماده به شمار نمی‌آورد. چگالی اسکلتی که به نام چگالی صحیح، ظاهری یا واقعی نیز شناخته می‌شود، ویژگی ذاتی یک ماده به شمار می‌رود. چگالی بسته‌ای یا فشرده‌ای (packing) سومین نوع چگالی است که بر حجم ظرفی که ماده در آن قرار دارد، استوار است. این چگالی ویژگی ذاتی یک ماده نبوده، بلکه ممکن است برای مصرف‌کنندگان یا تولیدکنندگان اهمیت داشته باشد.
چگالی نانولوله‌های کربنی به طور معمول با استفاده از چگالی‌سنجی گاز تعیین می‌شود. در این روش مقداری از ماد مورد نظر با وزن مشخص درون یک محفظه جای گرفته و سپس این محفظه تحت فشار قرار می‌گیرد. سپس شیر میان این محفظه و یک محفظه خلأ (محفظه مرجع) باز می‌شود. تغییر فشاری که در این حالت اتفاق می‌افتد با تغییر فشار مربوط به حالتی که محفظه نمونه خالی است، مقایسه می‌شود. می‌توان با استفاده از روش‌های چگالی‌سنجی هر دو نوع چگالی توده‌ای و اسکلتی را اندازه گرفت. چگالی توده‌ای با استفاده از یک مولکول جذب‌شونده که درون حفرات ماده جذب نمی‌شود، اندازه‌گیری می‌شود. برای اندازه‌گیری چگالی اسکلتی نانولوله‌های کربنی نیز به طور معمول از چگالی‌سنجی استفاده می‌شود. روش دیگری که برای این کار مورد استفاده قرار می‌گیرد، محاسبه این چگالی بر اساس فاصله اتمی درون یک سلول واحد است که به وسیله‌ی پراش اشعه ایکس (XRD) به دست می‌آید.
اولین مطالعه تجربی در زمینه اندازه‌گیری مستقیم چگالی نانولوله‌های کربنی چنددیواره در سال 2009 انجام شده است. در این کار از نانولوله‌هایی استفاده شد که طول و قطر یکسانی داشتند. محققان از یک آنالیزور تحرک‌پذیری دیفرانسیلی (differential mobility analyzer) و یک آنالیزور جرمی ذرات آئروسل به صورت سری برای تعیین جرم و حجم نانولوله‌ها استفاده کردند. چگالی نانولوله‌ها با تقسیم‌کردن جرم به حجم آن‌ها محاسبه شد که مقدار آن 1/74 گرم بر سانتی‌متر مکعب بود. چگالی توده‌ای نانولوله‌های کربنی چنددیواره تجاری از 0/03 تا0/22 گرم بر سانتی‌متر مکعب متغیر است، اما چگالی اسکلتی آن‌ها به طور معمول حدود 2/1 گرم بر سانتی‌متر مکعب است.

7. آنالیز ترموگرافیتی و خلوص
هیچ معیار منفردی خلوص نانولوله‌ها را تعریف نمی‌کند. نانولوله‌های کربنی چنددیواره خالص به شکل توده‌ای به چندین نانولوله کربنی چنددیواره اطلاق می‌شود که تمام آن‌ها یکسان بوده و از تعداد اتم‌های کربن یکسانی تشکیل شده باشند. تا جایی که ما می‌دانیم هیچ کس دو نانولوله کربنی چنددیواره دقیقاً یکسان پیدا نکرده است. ایده نمونه‌برداری از چنین نانولوله‌های خالصی در حد گرم، واقع گرایانه نیست. در این مقاله، خلوص به طبیعت محتوای نانولوله‌های کربنی چنددیواره اطلاق خواهد شد. ناخالصی‌ها به مواد کربنی غیرنانولوله‌ای (مثل کربن بی‌شکل یا گرافیتی یا ساختار‌های کربنی دیگری همچون فولرین یا نانولوله‌های کربنی تک دیواره)، ناخالصی‌های فلزی یا اجزای شیمیایی دیگری (مثل نیتروژن یا بور) که به نانولوله‌ها متصل شده‌اند، گفته خواهد شد. می‌توان از روش‌های مختلفی همچون طیف‌سنجی رامان، تصویربرداری، آنالیز ترموگراویمتری (TGA) و میکروآنالیز اشعه ایکس برای ارزیابی کیفیت نمونه‌ها استفاده کرد. در این مقاله‌ی مروری میکروآنالیز اشعه ایکس بحث نخواهد شد. طیف‌سنجی رامان و تصویربرداری نیز قبلاً به صورت کامل شرح داده شده‌اند. برای اندازه‌گیری‌های صنعتی و بررسی کیفیت سری‌های مختلف تولید، TGA معمول‌ترین و کاربردی‌ترین ابزار است که البته بحث‌های زیادی در مورد آن وجود دارد.
امکان کنترل کیفیت نمونه‌های توده‌ای نانولوله‌های کربنی چنددیواره با استفاده از TGA وجود دارد تا بدین طریق از یکسان بوده کیفیت سری‌های مختلف تولید اطمینان حاصل شود. در صورتی که از حضور نانولوله‌های کربنی چنددیواره در نمونه‌های برداشته شده مطمئن باشیم، می‌توان از نتایج به دست آمده از TGA کیفیت نانولوله‌ها را نتیجه گرفت. همچنین می‌توان از TGA برای ارزیابی پایداری حرارتی یک ماده و میزان خلوص آن بهره برد. پارامتر‌های مهمی که در منحنی کاهش وزن اندازه‌گیری می‌شوند، عبارتند از دمای اولیه، دمای اکسیدشدن و جرم باقی‌مانده. دمایی که در آن تجزیه ماده آغاز می‌شود، دمای اولیه نامیده می‌شود. دمای اکسید شدن دمایی است که بیشترین کاهش وزن در آن اتفاق می‌افتد و به عنوان یک پیک در مشتق کاهش وزن به عنوان تابعی از دما مشاهده می‌شود. این دما به طور معمول به عنوان پایداری حرارتی ماده شناخته می‌شود. جرم باقی مانده در منحنی TGA نانولوله‌های کربنی به کاتالیزور فلزی مورد استفاده در تولید نانولوله و محصولات حاصل از اکسیداسیون این کاتالیزور نسبت داده می‌شود. جرم باقی مانده بسته به کیفیت و همگنی ماده از نزدیک صفر تا 50 درصد متغیر است. وابستگی کیفیت ماده به جرم باقی‌مانده با توجه به محتوای خاکستر باقی مانده در منابع استاندارد مورد بحث قرار گرفته است (اصطلاح خاکستر به باقی مانده‌های غیرمحلول گفته می‌شود که پس از سوزاندن ماده به جای می‌ماند و عمدتا از اکسید‌های فلزی تشکیل می‌شود. مراجعه کنید به ASTM D2584. D5630. ISO 3451).
نانولوله‌های کربنی چنددیواره با میزان بلورینگی بالا مقاومت بیشتری نسبت به سایر فرم‌های کربن همچون الماس، دوده، گرافیت و C60 در برابر اکسید شدن از خود نشان می‌دهند. پایداری حرارتی نانولوله‌ها به طور مستقیم به پیوند‌های آروماتیک درون ساختار آن‌ها نسبت داده می‌شود، اما عوامل دیگری همچون تعداد دیواره ها، وجود ترکیب کاتالیزور در ساختار نانولوله، نواقص درون نانولوله و وجود ناخالصی‌های دیگر (هم‌چون کربن بی شکل و ذرات گرافیتی) بر این پایداری تأثیر می‌گذارند. اغلب می‌توان از مشتق منحنی کاهش وزن و با توجه به پیک اکسیداسیون، اطلاعات مفیدی درباره کیفیت ماده به دست آورد.
عرض این پیک نشان‌دهنده میزان خلوص ماده است و هر چه این پیک باریک‌تر باشد، نشان می‌دهد که ماده تمیزتر است. کربن بی شکل در دمای پایین تری تجزیه می‌شود و پس از آن به ترتیب نوبت به نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره، نانولوله‌های کربنی چنددیواره و ذرات گرافیتی می‌رسد، اما محدوده دمای اکسیداسیون برای شکل‌های مختلف کربن به طور دقیق شناخته شده نیست. دمای اکسیداسیون نانولوله‌های کربنی چنددیواره از یک نمونه به نمونه دیگر فرق می‌کند، اما به طور معمول بین 400 تا 650 درجه سانتی‌گراد قرار دارد. کربن بی‌شکل و نانولوله‌های کربنی تک دیواره دمای اکسیداسیون پایین تری دارند (به ترتیب بین200 تا 300 درجه و 350 تا 500 درجه سانتی گراد.)
محققان تلاش کرده‌اند ارتباطی بین پیک ترموگراویمتری و پیک‌های گوسین پیدا کنند تا بتوانند از این طریق انواع مختلف مواد حاضر در نمونه را تشخیص دهند. شیب و همکارانش از TGA برای آنالیز یک نمونه نانولوله کربنی چنددیواره که اکسید و احیا شده بود، استفاده کردند (شکل 9). دمای اکسیداسیون برای لوله اولیه (350 درجه سانتی‌گراد)، اکسید شده (300 درجه سانتی گراد) و احیا شده (250 درجه سانتی گراد) نشان می‌دهد که لوله اکسید شده شباهت بیشتری به لوله اولیه دارد، اما لوله احیاشده نواقص زیادی پیدا کرده و گروه‌های عاملی زیادی روی سطح آن اضافه شده‌اند. زمانی که شیب و گروهش منحنی مشتق TGA را روی منحنی کاهش وزن قرار دادند، یک جزء مربوط به کربن بی‌شکل (جزء 1 در شکل 9) و سه جزء مربوط به نانولوله اولیه (جزء 2، 3 و 4 در شکل 9) را در آن مشاهده کردند، در حالی که در منحنی مربوط به نمونه احیاشده، چهار نوع نانولوله کربنی مشاهده می‌شود (کربن بی شکل در طول فرایند رفلاکس اسیدی از بین رفته است. شکل 9).

filereader.php?p1=main_45c48cce2e2d7fbde
شکل 9. منحنی‌های TGA مربوط به نانولوله کربنی چنددیواره اولیه (راست) و احیاشده (چپ)

این پژوهشگران نشان دادند TGA مربوط به یک سامانه نانولوله‌ای کنترل شده بسیار پیچیده است. با وجود چنین ماتریکس پیچیده‌ای، محققان تلاش زیادی کرده‌اند تا ارتباطی میان متغیر‌های مختلف و دمای اکسیداسیون پیدا کنند.
تلاش بسیاری از مطالعات مربوط به نانولوله‌های کربنی چنددیواره روی نشان دادن تفاوت میان نمونه‌های نانولوله‌ای قبل و بعد از آنیلینگ، اکسیداسیون، خالص‌سازی و برش پس از اولتراسونیک (post-ultrasonic cutting) متمرکز بوده است. آنیلینگ به طور معمول میزان بلورینگی نمونه را بالا برده و با افزایش مقاومت نانولوله در برابر اکسیدشدن، دمای اکسیداسیون را زیاد می‌کند. هر گونه تغییر ناشی از افزودن گروه‌های عاملی به سطح نانولوله و یا ایجاد نواقص در آن، موجب کاهش دمای اکسیداسیون می‌شود. مطالعات زیادی نیز روی تأثیر اندازه روی نانولوله‌های کربنی چنددیواره صورت گرفته است. اثر قطر نانولوله‌های کربنی روی اکسیداسیون به وسیله‌ی کیم و همکارانش مطالعه شده است. آن‌ها دریافتند که نانولوله‌های چنددیواره‌ی باریک تر نسبت به نانولوله‌های با قطر بیشتر در دمای پایین‌تری تجزیه می‌شوند. طول نانولوله‌ها نیز می‌تواند بر دمای تجزیه‌شدن اثرگذار باشد. تأثیر قطر نانولوله‌ها بر دمای تجزیه‌شدن آن‌ها قبلاً نیز در مواد دیگر مشاهده شده بود. تشخیص اثر طول نانولوله‌ها بر دمای تجزیه‌شدن دشوار است، اما این پدیده نیز قبلاً در مواد دیگری مشاهده شده است.
انتظار می‌رود ارتباطی میان طبیعت کاتالیزور (عنصر و اندازه) و حضور نانولوله‌ها وجود داشته باشد. همه محققان روی این قضیه توافق ندارند. به عنوان مثال بنابر گفته مودلی و همکارانش هیچ ارتباطی میان اندازه ذرات کاتالیزور و قطر نانولوله‌ها وجود ندارد. همچنین بنابر تحقیقی که دینگ و همکارانش انجام داده‌اند، همه ذرات کاتالیزور کپسوله نمی‌شوند (ذراتی با قطر کوچک تر از 2 نانومتر). نسبت تعداد لایه‌های گرافیتی به قطر کاتالیزور برای ذراتی که کپسوله می‌شوند، حدود 1 به 0/25 نانومتر است. حضور ذرات کاتالیزور در نانولوله‌های کربنی چنددیواره نقش مهمی در منحنی TGA دارد؛ مقالات زیادی در زمینه تأثیر غلظت و ترکیب کاتالیزور روی کیفیت نانولوله‌ها منتشر شده‌اند. در یکی از این مطالعات اثر یک کاتالیزور حاوی درصد‌های متفاوتی از نیکل روی دمای اکسیداسیون بررسی شده است. در تمام موارد تجزیه حرارتی در یک مرحله صورت می‌گیرد و اصلی‌ترین کاهش وزن به نانولوله‌های کربنی چنددیواره نسبت داده شده است. با افزایش مقدار نیکل در کاتالیزور، دمای شروع اکسیداسیون کاهش می‌یابد. دمای اکسیداسیون در این مطالعه از 540 تا 600 درجه سانتی‌گراد متغیر بود. در یک مطالعه دیگر تأثیر مقدار آهن کاتالیزور روی دمای اکسیداسیون و تجزیه‌شدن در TGA برای نانولوله‌های کربنی چنددیواره مطالعه شده است. در اینجا نیز با افزایش مقدار آهن، دمای اکسیداسیون کاهش می‌یابد. ژانگ و همکارانش اثر اندازه کاتالیزور روی دمای اکسیداسیون و دمای اولیه را بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که با افزایش اندازه ذرات کاتالیزور، قطر میانگین نانولوله‌ها نیز افزایش می‌یابد. با افزایش قطر ذرات کاتالیزور و قطر نانولوله‌ها، دمای اکسیداسیون و دمای اولیه نیز بالا می‌رود (جدول 2). در این مطالعه از کاتالیزور آلیاژی AB5 استفاده شده است که به طور معمول در ذخیره سازی هیدروژن به کار می‌رود.

جدول 2. قطر کاتالیزور، دمای اولیه و دمای اکسیداسیون
filereader.php?p1=main_843eca7556234d9c9

نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره هنگام گرم‌شدن متحمل یک سری تغییرات ساختاری می‌شوند. مطالعات زیادی روی این تغییرات صورت گرفته است تا سازوکار تجزیه این نانوساختار‌ها روشن شود. آجایان و همکارانش تأثیر گرم‌کردن را بررسی کرده‌اند. آن‌ها فرایند اکسیداسیون نانولوله‌ها را شروع کرده و در میانه راه آن را متوقف کردند تا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری ساختار این ماده را مطالعه کنند. زمانی که نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به مدت 10 دقیقه در دمای 800 درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شوند، انتهای 20 درصد آن‌ها باز می‌شود. در نانولوله‌هایی که انتهای آن‌ها باز نمی‌شود، کنده شدن لایه بیرونی مشاهده می‌شود.
مطالعه TEM که به‌وسیله‌ی یائو و همکارنش صورت گرفته است، تایید می‌کند که اکسیداسیون در نواقص ساختاری پنج‌ضلعی روی نانولوله آغاز می‌شود. واکنش‌پذیری بالای این نقاط به دلیل کششی است که در اثر خمیدگی بیرون از صفحه (به دلیل پنج‌ضلعی یا هفت‌ضلعی بودن) روی می‌دهد. آجایان و همکارانش نازک شدن نانولوله‌ها به شکل لایه به لایه را مشاهده کردند که دقیقا برعکس اتفاقی است که هنگام رشد نانولوله‌ها اتفاق می‌افتد. یائو دریافت که سرعت تجزیه لوله‌های هم‌مرکز مستقل از زمانی است که این لایه‌ها آشکار می‌شوند و نشان داد که لایه‌های درونی ساختار یک نانولوله می‌توانند سرعت تجزیه بالاتری داشته باشد (شکل 10). تجزیه طولی نانولوله‌ها نیز مشاهده شده است که نشان می‌دهد نواقص طولی نانولوله‌ها نیز می‌توانند از طریق ایجاد نقاط آغازین برای تجزیه‌شدن در این فرایند مشارکت داشته باشند. تجزیه لایه‌های میانی سریعتر از لایه‌های بیرونی یا لایه‌های درونی اتفاق می‌افتد. محققان بر این باورند که این اثر به دلیل پیچ‌خوردگی نانولوله‌ها یا مهاجرت اتم‌های اکسیژن به نقاط دارای نقص برای آغاز فرایند اکسیداسیون است. توجه داشته باشید که نانولوله‌‌های مورد استفاده به وسیله‌ی آجایان، یائو و همکارانشان هیچ کاتالیزوری نداشتند، زیرا با استفاده از روش جرقه میان دو الکترود گرافیتی تولید شده بودند.

filereader.php?p1=main_d3d9446802a442597
شکل 10. تصاویر HRTEM نانولوله‌ کربنی چنددیواره با نواقص پنج‌ضلعی (P) و هفت‌ضلعی(H)

نانولوله‌های کربنی پس از باز شدن با ذرات کربنی پرمی‌شوند (شکل 11). این فرایند به کنده‌شدن لایه‌های داخلی نسبت داده شده است که در اثر آن ذرات کربنی به شکلی غیرفعال به درون نانولوله کشیده می‌شوند. می‌توان از این فرایند برای پرکردن درون نانولوله‌ها با فلزات بهره برد.

filereader.php?p1=main_6512bd43d9caa6e02
شکل 11. تصویر HRTEM یک نانولوله کربنی چنددیواره اکسید شده که نشان می‌دهد چندین لایه میانی بسیار سریع‌تر از لایه‌های خارجی و داخلی اکسید شده‌اند.

8. نواقص
وجود نواقص در تعیین ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی بلور‌ها و نانوساختار‌ها از اهمیت بالایی برخودار است. این نواقص به طور خاص می‌توانند بر مورفولوژی و عملکرد نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره تأثیر بگذارند. متأسفانه تعیین دقیق و کمّی انواع نواقص موجود در ساختار‌های شبه‌گرافنی بسیار دشوار است. تاکنون محققان نتوانسته‌اند استانداردهایی برای تشخیص سیستماتیک آن‌ها ارائه نمایند. معمول‌ترین نواقصی که در نانولوله‌‌های کربنی مشاهده می‌شوند، عبارتند از:
الف) نقاط خالی
ب) تغییر شکل ناشی از حضور زوج پنج‌ضلعی- هفت‌ضلعی (Thrower-Stone-Wales)
پ) ناخالصی‌های وارد شده در ساختار نانولوله‌ها (دُپ‌شدگی)
ت) میان‌لایه‌ای‌ها، لبه‌ها، و adatom‌ها (اتم‌های اضافی روی سطح نانولوله) (شکل 12 تا 14)
زوج‌های پنج‌ضلعی- هفت‌ضلعی ارتباط میان شبکه هیبریدی 2sp را حفظ می‌کنند، اما میان لایه‌ای‌ها و نقاط خالی این کار را نمی‌کنند. چالشی که در آینده وجود خواهد داشت، استفاده از این نواقص برای طراحی ساختار‌های نانولوله‌ای خاصی همچون نانولوله‌های حلزونی یا hemitoroidal است که می‌توانند در حسگری مولکول‌های مشخص یا گرفتن زنجیره‌های پلیمری خاص مورد استفاده قرار بگیرند.

filereader.php?p1=main_c20ad4d76fe97759a
شکل 12. تصویر TEM و مدل مولکولی انواع مختلفی از نواقص سختاری: (a) مخروط‌های گرافیتی چندلایه که با افزودن یک پنج‌ضلعی در شبکه شش‌ضلعی کربن ایجاد شده‌اند؛ برای توضیح بیشتر یک مدل مولکولی و یک تصویر TEM مربوط به این مخروط‌ها آورده شده است؛ (b) نوک نانولوله کربنی که نشان‌دهنده حضور یک پنج‌ضلعی و یک هفت‌ضلعی است. در این تصویر مدل‌های مولکولی و تصویر TEM این ساختار آورده شده است؛ (c) تصویر TEM و مدل مولکولی یک نانولوله کربنی چنددیواره خمیده با زاویه 30 درجه. حضور یک زوج پنج‌ضلعی- هفت‌ضلعی موجب ایجاد این خمش شده است؛ (d) تصویری از مارپیچ‌های کربنی تولید شده به‌وسیله‌ی فرایند CVD و با استفاده از تری‌آزین روی یک بستر از جنس اکسید کبالت؛ (e) مدل مولکولی و تصویر یک کلاهک نانولوله‌ای hemitoroidalکه از دو نانولوله هم‌محور که در انتهای خود به یکدیگر متصل‌شده‌اند، تشکیل شده است. این کلاهک دارای حلقه‌های پنج‌ضلعی و هفت‌ضلعی بوده و در رسوب کاتدی یافت شده‌اند.

filereader.php?p1=main_c51ce410c124a10e0
شکل 13. مدل مولکولی یک نقص Thrower-Stone-Wales که چهار شش‌ضلعی را به دو پنج‌ضلعی و دو هفت‌ضلعی تبدیل کرده است. کنار این مدل یک تصویر HRTEM آورده شده است که نقصهای 5-7-7-5 و خطوط 57575757 را نشان می‌دهد. در پایین این تصویر یک نوار گرافنی هیبریدی آورده شده است که نوارهای زیگزاگ را با یک نوار با ساختار صندلی دسته‌دار به یکدیگر متصل کرده است؛ (b) مدل‌های مولکولی نانولوله‌های کربنی دپ‌شده با نیتروژن و فسفر و آرایش تصادفی از ماده BCN‌ با لوله‌های هم‌محور.

filereader.php?p1=main_aab3238922bcc25a6
شکل 14. (a) مدل مولکولی انواع مختلفی از نقص‌های غیر :sp2نقاط خالی، نقاط خالی دوگانه، میان‌لایه‌ای‌ها، adatomها و لبه‌ها؛ (b) تصاویر تجربی نشان‌دهنده نقاط خالی در مواد گرافیتی (i, ii)؛ برای توضیح بیشتر مدل‌های مولکولی این نقاط و تصاویر HRTEM مربوط به آن‌ها آورده شده است (iii-v)؛ (c) تصویر HRTEM لبه‌های گرافنی زیگزاگ و صندلی دسته‌دار. این تصاویر از حرارت‌دهی ژول یک نانوروبان گرافنی در HRTEM به دست آمده‌اند؛ (di, dii) تصویر HRTEM مربوط به adatomهای یک سطح گرافیتی (نقاط تاریک‌تر)؛ (diii, div) شبیه‌سازی‌ها و مدل‌های HRTEM مربوط به آرایش‌های مختلف adatomها روی سطح گرافن که معادل مشاهدات تجربی است.

1.8. نواقص ساختاری
نواقص ساختاری نواقصی هستند که شکل و انحنای نانولوله‌ها را تغییر می‌دهند. این نواقص به‌وسیله‌ی پنج‌ضلعی‌ها، هفت‌ضلعی‌ها یا هشت‌ضلعی‌هایی ایجاد می‌شوند که درون شبکه‌ای از کربن‌های 2sp قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال اگر یک یا چند پنج‌ضلعی درون یک شبکه گرافیتی وارد شوند، نانومخروط‌های چندلایه با زاویه نوک مختلف تشکیل می‌دهند. همچنین اگر در یک سمت یک نانولوله یک پنج‌ضلعی و در سمت مقابل آن یک هفت‌ضلعی وجود داشته باشد، نانولوله خم شده و یک زاویه 30 درجه ایجاد می‌شود (شکل 12). به همین شکل می‌توان در دمای بالا کلاهک‌های hemitoroidal را در نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره مشاهده کرد. واکنش‌پذیری پنج ضلعی‌ها، هفت‌ضلعی‌ها یا هشت‌ضلعی‌هایی که دارای مولکول‌های گیرنده یا دهنده خاص هستند، از منظر تئوری و تجربی باید مطالعه شود؛ البته می‌توان با استفاده از aberration corrected HRTEM یا AC-HRTEM تخمینی از این واکنش‌پذیری به دست آورد (شکل 13 و 14).

2.8. چرخش پیوند
چرخش پیوند در سطح نانولوله اتفاق می‌افتد و زیاد موجب برهم‌خوردن شکل و انحنای لوله‌ها نمی‌شود (شکل a13). این نواقص می‌توانند زوج‌های 5-7-7-5 درون شبکه شش‌ضلعی یا نواقص Thrower-Stone-Wales (TSW-type) باشند که از طریق چرخش نود درجه‌ای پیوند کربن-کربن درون چهار شش‌ضلعی مجاور ایجاد شده و در نتیجه موجب شکل‌گیری دو پنج‌ضلعی و دو هفت‌ضلعی می‌شوند. پیتر ترور (Thrower) اولین کسی بود که حضور یک یا دو زوج‌حلقه 5-7 را در گرافیت کشف کرد؛ استون و والز (Stone and Wales) نیز اولین کسانی بودند که امکان چرخش پیوند 90 درجه‌ای را در فولرین ارائه کردند. ترکیب این دو اثر موجب ایجاد نواقص5-7-7-5 می‌شود. لازم به ذکر است که ویژگی‌های الکترونیکی و شیمیایی این زوج‌های 5-7 یا 5-7-7-5 با ویژگی‌های نواقص ساختاری فرق دارد و در نتیجه باید تحقیقات تئوری و تجربی روی واکنش‌پذیری و نحوه شناسایی آن‌ها صورت پذیرد. اخیراً زتل و همکارانش توانسته‌اند با استفاده از AC-HRTEM به طور مستقیم نواقص 5-7 و TSW را در سطوح گرافنی مجزا مشاهده کنند (شکل a13).

3.8. نواقص ناشی از حضور عوامل دپ‌کننده
نواقص ناشی از حضور عوامل دُپ‌کننده از جایگزینی اتم‌های کربن شبکه نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره با اتم‌های غیرکربنی ناشی می‌شوند (شکل b13). به عنوان مثال نشان داده شده است که می‌توان اتم‌های نیتروژن یا بور را وارد نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره کرد. با هر دو عامل دُپ‌کننده واکنش‌پذیری سطحی نانولوله‌ها افزایش می‌یابد. در مورد نیتروژن این امر به دلیل زیاد بودن تعداد الکترونها (یک الکترون)، و در مورد اتم بور به دلیل کم بودن تعداد الکترون‌ها (یک الکترون) نسبت به اتم کربن است. بنابراین از این پدیده می‌توان برای تغییر نوع رسانایی در نانولوله‌‌های کربنی استفاده کرد. برای ایجاد رسانایی نوع n تعدادی از اتم‌های کربن باید با نیتروژن جایگزین شوند و در مورد رسانایی نوع p باید تعدادی اتم بور به شبکه کربنی نانولوله‌ها وارد کرد. تحقیقات اخیر نشان داده است که می‌توان عناصر دیگری هم‌چون فسفر، گوگرد، سیلیکون و همچنین ترکیبی از این عناصر همچون فسفر-نیتروژن را به شبکه شش‌ضلعی نانولوله‌‌های کربنی یک و چنددیواره وارد کرد.

4.8. نقص ناشی از وجودکربن‌‌های غیر sp2
وجود اتم‌های کربن غیر2sp فعالی همچون پیوند‌های آویزان، زنجیره‌های کربنی، میان‌لایه‌ای‌ها (اتم‌های آزاد به دام افتاده میان ورقه‌های گرافیتی) لبه‌ها (نانولوله‌‌های باز)، adatom‌ها و نقاط خالی می‌تواند موجب ایجاد نقص ناشی از وجود کربن‌های غیر 2sp در نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره شود. اگر اتم‌های جذب شده روی این نقاط فعال با استفاده از انرژی تابش الکترونی از سطح جدا شوند، می‌توان با استفاده از HRTEM این نواقص را مشاهده کرد.

9. نتیجه گیری
میکروسکوپ الکترونی عبوری همچنان مهم‌ترین ابزار تعیین مشخصات نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره به شمار می‌رود. از نظر پژوهشگران محافظه‌کار گفتن این جمله که شناسایی دیواره‌های لوله‌ای چندگانه تنها راه تشخیص حضور نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره در یک نمونه است، باید با احتیاط صورت گیرد.
برای تخمین قطر نانولوله‌ها SEM ابزار مناسبی است و بنابراین به جای مثلاً حضور الیاف کربنی یا نانولوله‌های کربنی تک دیواره، می‌توان حضور نانولوله‌های کربنی چنددیواره را با آن تشخیص داد. با این حال نانولوله‌های کربنی چنددیواره در حجم چندهزار تن تولید می‌شوند و نمونه‌برداری از آن‌ها با استفاده از TEM یا SEM عملی به نظر نمی‌رسد. ابزار‌های دیگری نیز وجود دارند که اطلاعات مشابهی در اختیار ما قرار می‌دهند. پس از تعیین حضور نانولوله‌‌های کربنی چنددیواره دریک نمونه توده‌ای، می‌توان از طیف‌سنجی رامان، TGA و رنگ نمونه برای تشخیص کیفیت محصول بهره برد. تحقیقات زیادی روی تأثیر نواقص موجود در نانولوله‌های کربنی چنددیواره روی طیف رامان آن‌ها صورت گرفته است. این تحقیقات نشان می‌دهند که طیف‌سنجی رامان ابزار ارزشمندی برای بررسی معمولی نانولوله‌هاست، با این حال باید مطالعات بیشتری در این زمینه صورت پذیرد. چگالی و مساحت سطحی اطلاعات کمّی هستند که در تصمیم‌گیری‌های اقتصادی و مهندسی برای یک کاربرد خاص اهمیت بالایی دارند. به طور کلی بهترین روش برای تعیین مشخصات نانولوله‌های کربنی چنددیواره استفاده از ترکیب 3 یا چند روش است. بدین ترتیب می‌توان مبنایی برای کنترل کیفیت نانولوله‌هایی که به صورت انبوه تولید می‌شوند، ایجاد کرد. روشن است که به نمونه‌های مرجع که مشخصات آن‌ها با استفاده از روش‌های استاندارد تعیین شده است، نیاز داریم. تولید انبوه نانولوله‌های چنددیواره و علاقه تجاری روزافزونی که به این نانوساختار‌ها وجود دارد، الهام بخش تحقیقات بیشتر در این زمینه است.

در فیلم زیر انواع روش های تعیین مشخصات نانو لوله های کربنی به صورت مختصر شرح داده شده است.



منابـــع و مراجــــع

John H. Lehman, Mauricio Terrones, Elisabeth Mansfield, Katherine E. Hurst, Vincent Meunier, CARBON, 49 ( 20 1 1 ) 2 5 8 1 –2 6 0 2