أنابيب الكربون النانوية بمنزلة صفائح مطوية من الجرافيت، ولها شكل أسطواني مجوف، وأبعاده الجانبية تصل إلى عدة نانوميترات. وبالطبع سيكتسب الأنبوب النانوي خواصه الفيزيائية من خواص الجرافيت ذي البعدين.

وبالنظر إلى التركيب المجهري على مستوى التركيب البنائي الدقيق لأنبوب النانو الكربوني، أن هذا الأنبوب له وحدة بناء (شبيكة) سداسية الشكل (Hexagonal lattices)، وهي مكونة من ست ذرات كربون تتخذ الشكل السداسي.

وجدير بالذكر أن أنابيب النانو الكربونية تنقسم إلى ثلاثة أنواع هي: تركيب كتف الكرسي (Armchair) والتركيب المتعرج (Zigzag) وتركيب كايرل (Chiral) ويعود السبب في تكوّن هذه الأنواع الثلاثة إلى عاملين مهمين هما:

أولاً: متجه كايرل لأنبوب النانو الكربوني (Chitral vector)، ويرمز له بالرمز (Ch) كما يعرف رياضيا بالعلاقة التالية ^(44،43):

Ch = na₁ + ma₂

حيث a₁, a₂يمثلان المتجهين الأحاديين ضمن الشبيكة ثنائية الأبعاد، m,n أرقام صحيحة.

ثانيًا: زاوية كايرل (Chiral angle) ويرمز لها بالرمز q، وهي الزاوية المحصورة بين معامل كايرل، والمتجه a₁. وهناك معامل آخر له تأثير في اختلاف تركيب أنبوب النانو الكربوني، وهو محور طي شريحة الجرافيت المكوّنة أنبوب النانو الكربوني؛ وذلك لأن اختلاف مواضع التقاء متجه كايرل يؤدي إلى اختلاف نوع الأنبوب. وبناء على ذلك، فإنّ أنبوب النانو الكربوني من نوع كتف الكرسي ((Armchair CNT يتكوّن عندما تكون زاوية كايرل تساوي 30 درجة، ومعامل n يساوي معامل m، أي: (n=m). وأما أنبوب النانو الكربوني من النوع المتعرج (Zigzag CNT) فيتكون عندما تكون قيمة n أو m تساوي الصفر، أي: n = 0 أو m = 0، وزاوية تشارول تساوي صفرا. وأخيرًا، فإنّ أنبوب النانو الكربوني من نوع كايرل (Chiral CNT) يتكوّن عندما تأخذ زاوية كايرل أي قيمة ما بين صفر إلى 30 درجة (انظر الشكل رقم 22) ⁽⁴⁵⁾.

شكل رقم (22) يوضّح المعاملات المؤثرة في تكوين الأنواع الثلاثة لأنابيب النانو الكربونية ⁽⁴⁵⁾.

والأشكال الهندسية لأنابيب الكربون النانوية (انظر: الأشكال رقم 23، و24، و25) تعتمد على طريقة ثني (roll up) لوح الجرافيت؛ للحصول على الشكل الأسطواني، وهي:

1- zigzag: وله بعدا (0n,) .

2- chiral: وله بعدا(n,m)

3- armchair: وله بعدا (n,n).

شكل رقم (23) أنبوب كربون نانوي من نوع chiral ناتج عن ثني لوح جرافيت (45).

شكل رقم (24) (يسار) Zigzag، (وسط) Armchair (يمين) Chiral (45)

____________________________________________

هوامش

(43) Minot , E. D. Tuning the Band Structure of Carbon Nanotubes, A Dissertation Presented to the Faculty of the Graduate School of Cornell University (Doctor of Philosophy), August 2004.

(44) Skúlason, E. Metallic and Semiconducting Properties of Carbon Nanotubes, Modern Physics, Nov 2005.

(45) Adler; Hashibon, A.; Schreiber, N. ; Sorkin, A.; Sorkin, S. and Wagner, G. Visualization of MD and MC Simulation for Atomistic Modeling. Computer Physics Communication, 147, 665-9.