نانولولههاي كربني
گرافيت:
گرافيت يكي از مهمترين ساختارهاي كربن در طبيعت است و از قرارگرفتن شش اتم كربن در کنار يکديگر به وجود آمده است. اين اتم هاي كربن به گونه اي با يکديگر ترکيب شده اند كه يك شش ضلعي منتظم را پديد مي آورند و از مجموع آنها، صفحه اي به دست مي آيدكه به عنوان يک « لاية گرافيت» در نظر گرفته ميشود.
اتمهاي كربن با پيوندهاي كووالانسي ـ كه پيوندي قوي و محکم است ـ به يکديگر متصل شدهاند. لازم به ذكر است كه اتم هاي كربن به کار رفته در يک لاية گرافيت نميتوانند با كربني خارج از اين لايه پيوند كووالانسي بدهند. بنابراين يک لاية گرافيت از طريق پيوندهاي واندروالس ـ كه پيوندهايي ضعيف هستندـ به لاية زيرين متصل مي شود. اين مساله باعث ميشود كه صفحههاي گرافيت بهراحتي روي يکديگر بلغزند. به همين دليل از اين ترکيب در «روغنكاري» و «روانكاري» استفاده ميشود. علت نرمي سطوحي که با مداد روي آنها نوشته شده است نيز همين نکته مي باشد.
نانولولهها نانو لوله هاي كربني در سال 1991 توسط ساميو ايجيما (از شركت Nec ژاپن) كشف شد. يك لايه گرافيت را در نظر بگيريد. اتمهايي را كه در يك رديف قرار گرفتهاند با ( n,m ) ـ كه نشاندهندة مختصات يك نقطه در صفحه است ـ مكانيابي ميكنيم. به طوري كه مختصات n، مربوط به ستون اتمها و مختصات m مربوط به رديف اتمها باشد.
همانطور كه ميدانيم براي تهيه يک لوله از يک صفحه، کافي است يك نقطه از صفحه را روي نقطه ي ديگر قرار دهيم. يك نانولوله مانند صفحة گرافيتي است که به شکل لوله درآمده باشد. بسته به اينکه چگونه دو سر صفحه گرافيتي به يکديگر متصل شده باشند، انواع مختلفي از نانولوله ها را خواهيم داشت.
1. نوع زيگزاگ براي ساختن نوع زيگزاگ نانولوله، مطابق شکل اتمها را در راستاي افقي (ستون به ستون) شمرده {(0و1) ، (0و2) و ... }، اتم انتهايي(0و5) را با خم کردن صفحه، بر روي اتم ابتدايي (0و0) انطباق مي دهيم. براي اطمينان از درستي روش ساخت بايد دقت کنيم که در آخر کار، در راستاي افقي يک خط شکسته زيگزاگ به دور نانولوله ببينيم.
2. نوع صندلي
در صورتي كه اتم ابتدايي و اتمي که در وضعيت 45 درجه نسبت به آن قرار دارد، روي هم قرار بگيرند، نانولوله نوع صندلي به دست مي آيد. در اين حالت ميتوانيم بين اين دو اتم يك خط مستقيم رسم كنيم كه معادلة آن «m=n» است. يعني شمارة ستون و رديف هر يک از آنها با يکديگر برابر است. در اين حالت با يک بار گردش به دور نانولوله تعدادي صندلي پشت سر هم خواهيم ديد.
3. نوع نامتقارن
در اين حالت نيز مشابه روش صندلي عمل ميکنيم، با اين تفاوت که در مختصات اتم انتهايي، m≠n خواهد بود. اگر يک بار افقي به دور نانولوله بچرخيم مجموعهاي از صندليها را ميبينيم که نسبت به افق، به صورت مايل قرار گرفتهاند.
براي ساختن مدلي از هر کدام از انواع نانولولهها فقط کافي است مطابق شکل کاغذ را خم کرده و نقطه ي انتهايي را بر نقطه ي ابتدايي منطبق نماييد.
اين لوله ها به علت آنکه داراي قطر چند نانومتري مي باشند «نانولوله» نام گرفته اند. يعني ما با اتصال دونقطه ي يك صفحة گرافيتي به هم، لولهاي را به دست آوردهايم كه قطر فضاي خالي داخلي آن چند ميلياردم يك متر است. (اگر طول يك متر را به يك ميليارد قسمت تقسيم كنيم، ضخامتي معادل يك نانومتر به دست ميآيد)
خواص نانولولهها
هريك از سه نوع نانولوله، به خاطر آرايش اتمي خاصي خود، داراي خواصي ميباشند كه در اينجا به چند ويژگي مشترك بين آنها اشاره ميكنيم:
1. خواص مكانيكي
نانولولهها داراي پيوندهاي محكمي در بين اتمهايشان مي باشند وبه همين علت در برابر نيروهاي کششي مقاومت واستحکام زيادي از خود نشان مي دهند. به عنوان مثال نيروي لازم براي شکستن يک نانولوله ي کربني چند برابر نيرويي است که براي شکستن يک قطعه فولاد ـ با ضخامتي معادل يک نانو لوله ـ احتياج داريم.
اما جالب است که بدانيم پيوندهاي بين اتمي در نانولولهها علاوه بر ايجاداستحكام بالا، شكلپذيري آسان و حتي پيچش را درآنها ميسر مي سازد! در حالي که فولاد تنها دربرابر نيروهاي كششي داراي مقاومت است و براي پيچش انعطاف پذيري لازم را ندارد.
در بررسي كاربرد نانولولهها و به کار گيري خواص آنها ، مي توانيم به استفاده از اين ترکيبات به عنوان «رشته» در مواد مركب،اشاره كنيم؛ به چنين موادي «كامپوزيت» ميگويند. ملموسترين مثال كامپوزيت «کاهگِل» است. كاهگِل مخلوطي از «کاه» و «گِل» است که در آن، كاه به عنوان رشتههايي كه استحكام و انعطافپذيري بهتري نسبت به گل دارد، پراكنده شده است تا مانع از تركخوردن آن شود. گل را اصطلاحا «زمينه» مي ناميم. نانولوله ها نيز چون استحكام و شكلپذيري خوبي دارند، در مواد مركب با زمينههاي فلزي، پليمري و سراميكي استفاده ميشوند. اما مهمترين فاكتوري که كه باعث برگزيدن نانولوله به عنوان رشته در مواد مركب (كامپوزيت) شده است، وزن كم آن است ، در حالي که استحكام آن بالاست. از مهمترين موارد استفادة چنين مواد مركبي ميتوان به موارد زير اشاره كرد:
بدنة هواپيما و هليكوپتر، زه راكتهاي تنيس و ...
2. خواص فيزيكي
مهمترين خاصيت فيزيكي نانولولهها،«هدايت الكتريكي» آنهاست. هدايت الكتريكي نانولولهها بسته به زاويه و نوع پيوندها، از دستهاي به دستة ديگر كاملاً متفاوت است؛ هر اتم در جايگاه خود در حال ارتعاش است، وقتي كه يك الكترون (يا بار الكتريكي) وارد مجموعه اي از اتم ها ميشود، ارتعاش اتمها بيشتر شده و در اثر برخورد با يکديگر بار الكتريكي وارد شده را انتقال ميدهند. هرچه نظم اتمها بيشتر باشد، هدايت الكتريكي آن دسته از نانولولهها بيشتر خواهد بود. تقسيم بندي ابتداي متن بر اساس نظم اتمهاي کربن در نانولوله و در نتيجه رسانايي آنها انجام شده است؛ براي مثال نانولوله نوع صندلي 1000 بار از مس رساناتر است، در حالي که نوع زيگزاگ و نوع نامتقارن نيمه رسانا هستند. خاصيت نيمه رسانايي نانولوله ها بسته به نوع آنها تغيير مي کند. بررسيهاي ديگري نشان دادهاند که خصوصيات الكتريكي نانولولهها بسته به اينكه مولكول C60 در كجا قرار داده شود از يك هادي به يك نيمههادي و يا يك عايق قابل تغيير ميباشد. از آنجايي كه نانولولههاي كربني قادرند جريان الكتريسته را به وسيله انتقال بالستيك الكترون بدون اصطكاك از سطح خود عبور دهند- اين جريان صد برابر بيشتر از جرياني است كه از سيم مسي عبور ميكند- لذا نانولولهها انتخاب ايدهآلي براي بسياري از كاربردهاي ميكروالكترونيك ميباشند.
همچنین سطح جداره صاف نانولولهها باعث ميشود كه ميزان عبور گاز از درون آن ها به مراتب بيشتر از غشاهاي ميكروحفرهاي معمولي كه در جداسازي گازها مورد استفاده قرار ميگيرند باشد. لذا ميتوان گازهايي مانند هيدروژن و دياكسيد كربن را با هدايت در نانولوله از هم جدا كرد. اين كه آيا نانولولهها واقعاً ميتوانند در خارج از آزمايشگاه نيز گازها را به طور انتخابي از خود عبور دهند يا نه باعث شده كه اميدهاي زيادي به توليد هيدروژن و نيتروژن از هوا باشد.
اعمال فشار بر يك نانولوله ميتواند ويژگيهاي الكتريكي آن را تغيير دهد كه بسته به نوع كشش يك نانولوله ميتوان رسانايي آن را افزايش يا كاهش داد. اين امر به دليل تغيير ساختار كوانتومي الكترونها صورت ميگيرد. لذا اين امكان به فيزيكدان ها داده ميشود كه ترانسفورماتور يا دستگاههاي انتقال دهنده بر پايه نانولولهها بسازند كه حساسيت زيادي به اعمال نيروهاي بسيار كوچك دارند. همچنين توانايي نانولولهها در احساس تغييرات بسيار كوچك فشار و باز تبديل اين فشار به صورت يك علامت الكتريكي ميتواند در آينده امكان ساخت سوئيچهاي نانولولهاي حساس به تغييرات بسيار كوچك فشار را به محققان بدهد.
نانولولهها ميتوانند نور مادون قرمز را جذب و دفع كنند. همچنين تزريق همزمان الكترون از يك سر و تزريق حفره از سر ديگر نانولولهكربني، موجب ميشود كه نوري با طول موج 5/1 ميكرومتر از نانولوله منتشر شود.
نانولولهها در دماي اتاق داراي بالاترين ضريب تحرك الكتريسته نسبت به هر ماده شناخته شده ديگري هستند.
با قرار دادن يك نانولوله در زير لايه مغناطيسي يا با افزودن الكترون يا حفره به نانولوله ميتوان خاصيت مغناطيسي در نانولوله ايجاد كرد .اين خاصيت باعث ميشود كه بتوان ساخت وسايلي را پيشبيني كرد كه در آن ها اتصالات مغناطيسي و الكتريكي از هم جدا شدهاند. اتصال مغناطيسي را ميتوان براي قطبي كردن مغناطيسي نانولولهها- دستكاري در اسپينها- به كار برد و از اتصالهاي غيرمغناطيسي براي الكترودهاي ولتاژ- جريان استفاده كرد. همچنين ممان مغناطيسي آن ها نيز قابل اندازهگيري است (1/0 مگنتون بور در هر اتم كربن).
نانولولهها داراي چگالي سطحي بسيار بالايي ميباشند كه باعث استحكام بالاي نانولوله ميشود. ميتوان گفت اين خاصيت در اثر ريز بودن قابل توجه آن ها پديدار ميشود.
در نانولولهها هر سه اتم كربن قابليت ذخيره يك يون ليتيم را دارند در حالي كه در گرافيت هر شش اتم كربن توانايي ذخيره يك يون ليتيم را دارند. همچنين توانايي ذخيره انرژي در نانولولهها چند برابر حجم الكترودهاي گرافيتي است. لذا محققان اميدوارند بتوانند هيدروژن زيادي را در نانولولهها براي كاربردهاي انرژي و پيلهاي سوختي ذخيره كنند
نانولولهها در دماي زير k ْ15 ابررسانا شدهاند. شعاع اين نانولولههاي ابررسانا فقط 4/0 نانومتر است. اين كشف در نانولولههاي كربني نه تنها حيرت دانشمندان را به دنبال داشته بلكه قضايايي را كه حدود 40 سال پيش انتقال فاز را در سيستمهاي يك يا دو بعدي ممنوع ميدانستند، رد كرده است. همچنين دانشمندان دلايلي را ارائه كردهاند كه ميتوان ابررسانايي دماي اتاق را در نانولولههاي كربني يافت. آن ها بيش از 20 دليل ارائه كردهاند كه نانولولههاي كربني از خود خواصي را نشان ميدهند كه بيانگر ابررسانايي دماي اتاق در آن هاست.
با عبور مايع از ميان كلافهايي از نانولولههاي كربني تك جداره، ولتاژ الكتريكي ايجاد ميشود. از اين تكنيك براي ساخت حسگرهاي جريان مايع براي تشخيص مقادير بسيار اندك مايعات و نيز براي ايجاد ولتاژ در كاربردهاي زيست پزشكي استفاده ميشود. همچنين نشان داده شده است كه مايعات با قدرت يوني بالا ولتاژ بيشتري توليد ميكنند.
ميزان افزايش نيروي گرمايي و مقاومت نانولولهها با ريشه سوم جرم اتمها و مولكولها متناسب است. همچنين حرارت دادن موجب افزايش استحكام نانولوله شده و مقاومت كششي آن را شش برابر ميكند و هدايت آن نيز افزايش مييابد. تحقيقات اخير نشان مي دهد كه در اثر برخورد اتمها يا مولكولها با نانولوله كربني مقاومت الكتريكي آن تغيير ميكند.
انواع نانولوله هاي کربني
نانولولهها به دو دسته تك جداره (SWNT) و چند جداره (MWNT) تقسيم ميشوند،
نانولولههاي كربني تك جداره فقط از كربن و يك ساختارساده (ورقهاي از شش ضلعيهاي منظم) تشكيل شدهاند. برخي پيشبينيها حاكي از آن است كه تك جداره ها ميتوانند رسانا يا نيمهرسانا باشند. اين هدايت الكتريكي بالا بستگي به هندسه دقيق اتمهاي كربن دارد. از آغاز كار روي تك جداره ها از آن ها به عنوان يك پديده تك بعدي نام برده ميشد تا اين كه اين نظريه مرحله به مرحله پيشرفت كرد. علت علاقه به اين نانولولههاي تك جداره و تلاش براي جايگزين كردن آن ها در صنعت، بر اساس محاسبات نظري و تأثيرات آزمايشگاهي، بر خصوصيات عالي مكانيكي و رسانايي الكتريكي آن ها مانند فلزات ميباشد. البته توليد نانو لوله هاي تك جداره داراي هزينه بالايي است و توليد به همراه پايدار كردن خصوصيات آن ها در حين فراوري پليمر- نانولوله مشكل ميباشد. هر چند نانولولههايي كه با استفاده از تكنيك لانگهوري- بلاجت كه شامل حركاتي افقي و عمودي شبيه نقاشي سنتي ژاپن ميباشد توليد شدهاند، علاوه بر اين كه ثابت نگه داشته ميشوند- توسط ژلاتين و تشكيل نانوژل كربني- از لحاظ نوري نيز يكدست و همگن و از لحاظ ساختاري قابل كنترل ميباشند.
بر عكس در دسترس بودن و تجاري بودن نانولولههاي كربني چند جداره باعث شده كه پيشرفتهاي بيشتري در اين زمينه داشته باشيم تا حدي كه محصولاتي در آستانه تجاريشدن توليد شده است. به عنوان مثال از نانولولههاي كربني چند جداره (جايگزين كربن بلك Carbon-black) در پودرهاي رنگ استفاده شده است.
يكي از معايب نانولولههاي چند جداره نسبت به تك جداره اين است كه استحكامدهي آن ها كمتر ميباشد زيرا پيوندهاي صفحات داخلي ضعيف ميباشند. اما از آنجا كه در حال حاضر كاربردهاي نانولولهها در تقويت پليمرها باعث بهبود خواص گرمايي و الكتريكي ميشود تا بهبود خواص مكانيكي، كاربرد نانولولههاي كربني چند جداره بسيار زياد ميباشد. ازطرفي تكنيكهاي موجود نيز براي توليد نانولولههاي تك جداره به اندازه كافي بازدهي ندارد و خلوص لازم را نيز به همراه نمي آورد. تخليص اين مواد بسيار زحمتآور است و در نهايت ممكن است به ساختار نانولوله صدمه نيز بزند.
روشهاي توليد نانو لوله هاي کربني
بعد از آن كه در سال 1991 ايجيما اولين نانولوله را دركربن دودهاي حاصل از تخليه قوس الكتريكي مشاهده كرد، محققان زيادي در جهت بسط و گسترش روشهاي رشد برآمدهاند تا بتوانند مواد خالصتر با خواص كنترل شده مورد نظر توليد كنند. اما با آن كه روشهاي زيادي براي توليد نانولولههاي كربني ارائه شده است، سنتز آن ها در دماي اتاق تاكنون به صورت مشكلي لاينحل باقي مانده است. دانشمندان تاكنون اين مواد را در محدوده دمايي 200 تا700 درجه سانتيگراد با بازده كمتر از 70 درصد و حتي پس از چندين بار خالصسازي با درجهخلوص حداكثر 95 -70 درصد توليد كردهاند. در زير چند روش عمده در سنتز نانولولهها مورد بحث اجمالي قرار ميگيرد. بدون شك بهينه سازي و كنترل اين روشها ميتواند توان بالقوهنانولولهها را پديدار نمايد.
3-1 روش تخليه قوس
در اين روش اتمهاي كربن به وسيله عبور جريان بالا از دو قطب آندو كاتد در داخل پلاسماي گاز هليم داغ شده و بخار ميشوند.
3-2 روش تابش ليزر
در اين روش پالسهاي قوي شده اشعه ليزر به طرف يك هدف كربني كه شامل 5 درصد اتمي نيكل و كبالت است پرتاب ميشوند.
3-2 رسوب بخار شيميايي (CVD)
اين روش شامل حرارت دادن مواد كاتاليزوري تا درجه حرارت هاي بالا در يك كوره لولهاي شكل و عبور يك گاز هيدروكربني در سراسر لوله براي يك مدت زمان معين ميباشد.
دو روش تخليه قوس و تابش ليزر براي زمان طولاني، روشهاي تقريباً كاملي براي توليد نانولولههاي تك جداره بودند. اما از آنجايي كه هر دو روش مبتني بر بخار اتمهاي كربن درون محفظه كوچك هستند اولاً ميزان توليد نانولوله پايين ميباشد، ثانياً نانولولههايي كه به صورت تبخيري تهيه ميشوند به صورت در هم پيچيده هستند؛در اين صورت براي خالص و تميز كردن آن ها با مشكل مواجهاند. روش رسوب بخار نيز با چالشهايي مواجه است چرا كه براي توليد نانولولههاي كربني چند جداره چگالي بالايي از عيوب در ساختارشان به وجود ميآيد. اين عيوب به خاطر دماي پايين رشد ميباشد كه مقدار انرژي لازم براي بازپخت (آنيل) نانولوله و تكميل ساختارش را فراهم نميكند. همچنين اين روش منجر به مداري شامل هر نوع نانولولههاي هادي و نيمههادي ميشود. همچنين رشد نانولولهها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است در حالي كه نانولولههاي با قطر كمتر در كليد زني مناسبترند. با اين وجود تمركز محققان بر روي روش رسوبدهي بخار است زيرا توليد انبوه در حد كيلوگرم را ميسر ميسازد و ميتوان كنترل قابل قبولي بر مكانيزم رشد داشت.
كاربردهاي نانولولههاي کربني وجود يك سري مختصات ويژه نانولولههاي كربني، آن ها را به انتخاب ايده آلي براي بسياري از كاربردها تبديل كرده است.
امروزه در روند تحقيق درباره نانولولهها توجه و تعمق ويژهاي بر روي استفاده از آن ها در ساخت ابزارها متمركز شده است. اكثر پژوهشگراني كه در دانشگاهها و آزمايشگاههاي تحققاتي سرتاسر دنيا بر روي نانولولهها كار ميكنند با خوشبيني پيشبيني ميكنند كه در آيندهاي نزديك نانولولهها كاربردهاي صنعتي وسيعي خواهند داشت.
هماكنون امكان ساخت ابزارهاي بسيار جالبي وجود دارد، اما در خصوص موفقيت تجاري آن ها، بايد در آينده قضاوت كرد. تقريباً تمام مقالات به طور ضمني به كاربرد نانولولهها و بهرهبرداري تجاري از آن ها در آينده اشاره دارند. آينده كاربرد نانولولهها در بخش الكترونيك روشن است؛ خواص الكتريكي و پايداري شيميايي بي بديل نانولولهها به طور قاطع ما را به سمت استفاده از اين خواص سوق خواهد داد. بنابراين در ادامه به شرح چند مورد از حوزههاي مهم كاربرد نانولولهها مي پردازيم.
الف) ترانزيستورها
نانولولهها در آستانه كاربرد در ترانزيستورهاي سريع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلي استفاده ميشوند. بسياري از طراحان دستگاهها تمايل دارند به پيشرفتهايي دست يابند كه آن ها را به افزايش تعداد اتصالات داخلي دستگاهها در فضاي كوچك تر، قادر نمايد. ترانزيستورهاي ساخته شده از نانولولهها داراي آستانه ميباشند (يعني سيگنال بايد از يك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزيستور بتواند آن را آشكار كند) كه ميتوانند سيگنالهاي الكتريكي زير آستانه را در شرايط اختلال الكتريكي يا نويزآشكار و رديابي نمايند. همچنين از آنجايي كه ضريب تحرك، شاخص حساسيت يك ترانزيستور براي كشف بار يا شناسايي مولكول مجاور ميباشد، لذا ضريب تحرك مشخص ميكند كه قطعه تا چه حد ميتواند خوب كار كند. ضريب تحرك تعيين ميكند كه بارها در يك قطعه چقدر سريع حركت ميكنند و اين نيز سرعت نهايي يك ترانزيستور را تعيين مينمايد.
لذا اهميت استفاده از نانولولهها و توليد ترانزيستورهاي نانولولهاي با داشتن ضريب تحرك برابر با 100 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه در مقابل سيليكون با ضريب تحرك 1500 سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه و اينديم آنتيمونيد (بالاترين ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضريب تحرك 77 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه بيش از پيش مشخص ميشود.
ب) حسگرها
حسگرها ابزارهايي هستند كه تحت شرايط خاص، از خود واكنشهاي پيشبيني شده و مورد انتظار نشان ميدهند. شايد دماسنج را بتوان جزء اولين حسگرهاي كه بشر ساخت به حساب آورد. با توجه به وجود آمدن وسايل الكترونيكي و تحولات عظيمي كه در چند دهه اخير و در خلال قرن بيستم به وقوع پيوسته است، امروزه نياز به ساخت حسگرهاي دقيقتر، كوچك تر و با قابليتهاي بيشتر احساس ميشود.
حسگرهايي كه امروزه مورد استفاده قرار ميگيرند، داراي حساسيت بالايي هستند به طوري كه به مقادير ناچيزي از هر گاز، گرما يا تشعشع حساسند. بالا بردن درجه حساسيت، بهره و دقت اين حسگرها نياز به كشف مواد و ابزارهاي جديد دارد. با آغاز عصر نانوفناوري، حسگرها نيز تغييرات شگرفي خواهند داشت. يكي از نامزدهاي ساخت حسگرها، نانولولهها خواهند بود. با نانولولهها ميتوان، هم حسگر شيميايي و هم حسگر مكانيكي ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد اين حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسيار زياد خواهد بود، به گونهاي كه حتي به چند اتم از يك گاز نيز واكنش نشان خواهند داد.
تحقيقات نشان ميدهد كه نانولولهها به نوع گازي كه جذب آن ها ميشود حساس مي باشند؛ همچنين ميدان الكتريكي خارجي، قدرت تغيير دادن ساختارهاي گروهي از نانولولهها را دارد؛ و نيزمعلوم شده است كه نانولولههاي كربني به تغيير شكل مكانيكي از قبيل كشش حساس هستند. گاف انرژي نانولولههاي كربني به طور چشمگيري در پاسخ به اين تغيير شكلها ميتواند تغيير كند. همچنين ميتوان با استفاده از مواد واسط، مانند پليمرها، در فاصله ميان نانولولههاي كربني و سيستم، نانولولههاي كربني را براي ساخت زيست حسگرها نيز توسعه داد. تحقيق در زمينه كاربرد نانولولهها در حسگرها در حال توسعه و پيشرفت است و مطمئناً در آيندهاي نه چندان دور شاهد بكارگيري آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانيكي، شيميايي، تشعشي، حرارتي و ..) خواهيم بود.
پ) نمايشگرهاي گسيل ميداني
بسياري از متخصصان بر اين باورند كه فناوري نمايشگرهاي با صفحه تخت امروزي از نظر هزينه، كيفيت و اندازه صفحه نمايش، براي مصارف خانگي مناسب نيستند. آن ها معتقدند كه با استفاده از نمايشگرهايي كه از نانولولههاي كربني به عنوان منبع انتشار استفاده ميكنند، مي توانند اين مشكلات را بر طرف كنند .
نانولولههاي كربني ميتوانند عنوان بهترين گسيل كننده ميداني را به خود اختصاص داده و ابزارهاي الكتروني با راندمان وكارايي بالاتري توليد كنند. خصوصيات منحصر به فرد اين نانولولهها، توليدكنندگان را قادر به توليد نوعي جديد از صفحه نمايشهاي تخت خواهد ساخت كه ضخامت آن ها به اندازه چند اينچ بوده و نسبت به فناوريهاي فعلي از قيمت مناسبتري برخوردار باشد. به علاوه كيفيت تصوير آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود.
در پديده گسيل ميداني، الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فيلمهاي ضخيم داراي نانولوله به سمت صفحه نمايش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن ميشوند. هر نقطه از اين فيلم، يك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الكتروني) كوچك است كه تصوير را روي صفحه نمايش ايجاد ميكند. ولتاژ لازم براي نمايشگر گسيل ميداني از طريق صفحه نمايش صاف متكي بر نانولوله نسبت به آنچه به صورت سنتي در روش اشعه كاتدي استفاده ميشد، كمتر ميباشد و اين نانولولهها با ولتاژ كمتر، نور بيشتري توليد ميكنند.
ت)حافظههاي نانولولهاي
به دليل كوچكي بسيار زياد نانولولههاي كربني (كه در حد مولكولي است)، اگر هر نانولوله بتواند تنها يك بيت اطلاعات در خود جاي دهد، حافظههايي كه از اين نانولولهها ساخته ميشوند ميتوانند مقادير بسيار زيادي اطلاعات را در خود ذخيره نمايند. با در نظر داشتن اين مطلب، بسياري از محققان در حال كار بر روي ساخت حافظههاي نانولولهاي ميباشند؛ بنابراين رؤياي ساخت رايانههاي با سرعت بالا عملي خواهد شد.
ث) ) استحكامدهي كامپوزيتها
توزيع يكنواخت نانولولهها در زمينه كامپوزيت و بهبود چسبندگي نانولوله با زمينه در فرآوري اين نانوكامپوزيتها از موضوعات بسيار مهم است.
شيوه توزيع نانولولهها در زمينه پليمري از پارامترهاي مهم در استحكامدهي به كامپوزيت ميباشد. آنچه از تحقيقات بر ميآيد اين است كه استفاده از خواص عالي نانولولهها در نانوكامپوزيتها وابسته به استحكام پيوند فصل مشترك نانولوله و زمينه ميباشد. نكته ديگر آنكه خواص غير همسانگردي نانولولهها باعث ميشود كه در كسر حجمي كمي از نانولولهها رفتار جالبي در اين نانوكامپوزيتها پيدا شود.
از كاربردهاي ديگر نانو لوله ها مي توان به امكان ذخيره هيدروژن در پيلهاي سوختي، افزايش ظرفيت باتريها و پيلهاي سوختي، افزايش راندمان پيلهاي خورشيدي، جليقههاي ضدگلوله سبك و مستحكم، كابلهاي ابررسانا يا رساناي سبك، رنگهاي رسانا، روكشهاي كامپوزيتي ضد رادار، حصار حفاظتي الكترومغناطيسي در تجهيزات الكترونيكي، پليمرهاي رسانا، فيبرهاي بسيار مقاوم، پارچه هاي با قابليت ذخيره انرژي الكتريكي جهت راه اندازي ادوات الكتريكي، ماهيچههاي مصنوعي با قدرت توليد نيروي 100 مرتبه بيشتر از ماهيچههاي طبيعي، صنايع نساجي، افزايش كارايي سراميكها، مواد پلاستيكي مستحكم، تشخيص گلوكز، محلولي براي اتصال دروني تراشههاي بسيار سريع، مدارهاي منطقي و پردازندههاي فوق سريع، كمك به درمان آسيبديدگي مغز، دارورساني به سلولهاي آسيب ديده، از بين بردن تومورهاي سرطاني، تجزيه هيدروژن، ژندرماني، تصويربرداري، SPM، FEM، محافظ EMT، حسگرهاي شيميايي ، SET و LED، پيلهاي خورشيدي و نهايتاً LSI اشاره كرد. البته در چند مورد اخير بيشتر از نوع تك جداره آن استفاده ميشود.
لذا اين فناوري با اين گستره كاربردها ميتواند در آيندهاي نه چندان دور بازار بزرگي را به خود اختصاص داده و زندگي بشر را تحت تأثير خود قرار دهد.
در پايان در پاسخ به اين سؤال كه چرا دانشمندان به فناوري نانو روي آورده وميخواهند بر تمام مشكلات جابهجايي اتم فائق آيند ميتوان گفت که تغييرات در مقياس نانومتري بر خواص موج گونه الكترونهاي درون مواد اثر ميگذارد لذا با جابه جا كردن اتمها در اين مقياس ميتوان خواص اصلي مواد (به عنوان مثال دماي ذوب، اثرات مغناطيسي، ظرفيت بار) را بدون تغيير كلي تركيب شيميايي مواد دگرگون ساخت.
خواص فوقالعادة نانولولهها و روشهاي پيچيده توليد آنها باعث شده است که قيمت هرگرم از اين ماده حدود چندصد دلار باشد.