إن الخواص الميكانيكية المذهلة لأنابيب النانو الكربونية تعود إلى قوى الربط غير العادية بين جزيئاتها. فمعامل ينج (معامل صلابة المادة) الذي يمثل نسبة الإجهاد الميكانيكي إلى الانفعال الميكانيكي لأنبوب النانو الكربوني يصل إلى حوالي 1000 جيجا بار (GPa)، وهذه القيمة أكبر من قيمة معامل ينج للفولاذ (الذي يعد من أصلب المعادن المعروفة حتى الآن بأكثر من خمس مرات. كما يبلغ إجهاد الكسر لأنابيب النانو الكربونية حوالي 63 ميجا بار (Mpa)، وهذا الرقم أكبر من إجهاد الكسر للفولاذ بخمسين مرة ^{(39، 46)}.

كما أن من الخواص الفريدة لأنابيب النانو الكربونية انخفاض كثافتها، حيث تتراوح كثافة هذه الأنابيب ما بين 1.22 إلى 1.4 جم سم³، في حين تبلغ كثافة الألمونيوم (وهو من أخف المعادن المعروفة حتى اليوم) 2.7 جم سم³، وهذا يعني أنه سيكون لهذه الأنابيب تطبيقات كبيرة جدًّا في مجال تقنيات الفضاء والطيران؛ وذلك لكونها ذات كثافة منخفضة جدًّا، أي: أنها خفيفة الوزن، وفي الوقت نفسه ذات قوة وصلابة عاليتين جدا تفوق صلابة المعادن.

وتعد أنابيب الكربون النانوية من أقوى المواد المعروفة على الإطلاق، حيث تمتلك متانة شد (Tensile strength) عالية جدا، وهذا يعني أن قوة مقاومتها عالية لأي جهد أو ضغط يقع عليها (Resist stress)، كما أنها قوية جدا، ومن الصعوبة كسرها. وكذلك لها معامل مرونة (Elastic modulus) عال جدًّا، ويعني هذا مقاومتها العالية لأي تغير في طولها، أو مساحة مقطعها عند تحميلها وزناً كبيرًا، وتنشأ هذه الميزة بسبب وجود الروابط التساهمية القوية (Covalent sp2 bonds) بين ذرات الكربون، وبعضها بعضًا.

وأما الأكثر إثارة في هذا السياق، فهو أنّ أنابيب الكربون الدقيقة أقوى خمسين مرة من أسلاك الصلب، في حين تصل إلى ربع كثافة الصلب. والعجيب في الأمر أنها مهما تعرضت للكبس، فإنها تنثني وتلتوي دون أن تكسر، ثم تعود إلى شكلها الأصلي فور السماح لها بذلك. فبعد هذه الخواص الفيزيائية المبهرة، أليس من حق المحللين أن يتخيلوا سيارات بلا خدوش وسترات واقية للحرائق في سمك الحرير؟!

_______________________________________

هوامش

(39) Meng, D. G. ; Zhang,S.; Hao,Y.; An, X.; Wei, Q.; Ye, M. and Zhang, L. Chem. Commun., 2007, 1733-1735

(46) Belluci, S. Carbon Nanotubes: Physics and Applications, Physica Status Solidi (c) 2 (1),19 January 2005, 34–47.