ژیاخینگ هاونگ (Jiaxing Huang) از دانشگاه نورث‌وسترن خود را برای آغاز دوباره‌ی پژوهش پیرامون نانولوله‌های کربنی آماده کرده است. وی تصمیم دارد هدف خود را با یک ماده‌ی شیمیایی معمولی دنبال کند؛ ماده‌ای که زمانی در ساخت شوینده‌های معمولی برای منازل به‌کار می‌رفته است.

 هاونگ با استفاده از حلالی ارزان، تولید انبوه‌شده و ساده به‌نام کرزول، موفق به شناسایی روشی برای ساخت نانولوله‌های کربنی پخش‌شده با غلظت‌های بی‌سابقه و بدون نیاز به افزودنی‌ها یا واکنش‌های شیمیایی زیان‌آور شده است. هاونگ همچنین در یک تغییر متعجب‌کننده پی برد که تلغیط نانولوله‌ها، باعث افزایش میزان تغییر ماهیت مواد از پاشیدگی‌های رقیق به یک مایه‌ی غلیظ و در ادامه هم تبدیل آنها به ژل‌های آزاد و مستحکم و در نهایت به‌وجود آمدن خمیرهای شکل‌پذیر با قابلیت شکل‌دهی و قالب‌پذیری می‌شود.

 دستاوردهای این مطالعه چند روز پیش در ژورنال Proceedings of the National Academy of Sciencesمنتشر شد.

تصویر زیر، چهار حالت پودرهای نانولوله‌های کربن را در حلال کرزول (شکل a)، یک پخش‌شدگی رقیق برای قالب‌ریزی لایه‌های نازک (شکل b)، یک خمیر یا مایه‌ی غلیظ برای رنگ‌کاری، پرینت صفحه‌ای یا ساخت ترکیب (شکل c)، یک ژل مستحکم و آزاد برای پرینت سه‌بعدی (شکل d) و در نهایت یک خمیر شکل‌پذیر با قابلیت تغییر شکل به حالت‌های مورد نیاز (شکل e)

 هاونگ که به‌عنوان استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه نورث‌وسترن فعالیت می‌کند، پیرامون این مقاله و کار خود چنین توضیح می‌دهد:

 نانولوله‌های کربنی به‌خاطر ویژگی‌های استثنایی مکانیکی، گرمایی و الکتریکی خودشان توجه بسیاری را درزمینه‌ی چند کاربرد گوناگون به خود جلب کرده‌اند. اما پس از دهه‌ها پژوهش و توسعه در این عرصه، هیجانات آن اندکی فروکش کرده است.

 اما علت این به‌تعبیر هاونگ فروکش هیجانات در چیست؟ فرایند تهیه‌ی نانولوله‌های کربنی و سختی‌های آن در بین دانشمندان زبانزد است. این دشواری وقتی کار به تولید در مقیاس انبوه یا مقادیر زیاد برسد، بیشتر هم می‌شود. اما نانوتیوب‌ها چه وجه تمایزی دارند که ارزش این دشواری را داشته باشد؟ پاسخ را باید در مقاومت بسیار بالای آنها جستجو کنیم. سازه‌های سیمی و لوله‌شکلی با ضخامت حدودا یک‌هزارم تار موی انسان از این نانولوله‌ها، دارای استحکامی بیشتر از فولاد است و گرما و الکتریسیته را هم بسیار بهتر از رسانایی همچون مس هدایت می‌کند. اما ایراد اساسی اینجاست که در تولید در سطح انبوه که معمولا به‌شکل پودر صورت در می‌آید، لوله‌ها پیچ‌وتاب می‌خورند و به‌صورت توده‌هایی گره‌ می‌خورند. همین پیچیدگی به‌عنوان یک مانع مهم در مسیر کاربردهای عملی و گسترده‌ی نانوتیوب‌های کربنی به‌شمار می‌رود. هاونگ اظهار می‌کند:

 پخش کردن یا به‌تعبیری از هم متفرق ساختن این لوله‌های انباشته‌شده کار دشواری است و از سویی اگر شما نتوانید این متفرق‌سازی را به‌خوبی انجام دهید، توان ساخت نانولوله‌های باکیفیت در شکل لایه‌های نازک را هم نخواهید داشت؛ همان حالتی از نانولوه‌ها که بسیاری کاربردهای اصلی به آن وابسته است.

 پژوهشگران پیش از این برای رفع این مشکل، از افزودنی‌هایی برای پوشاندن نانولوله‌ها استفاده می‌کردند. این مواد سطح نانولوله‌ها را از نظر شیمیایی تغییر داده و در نتیجه آنها را از یکدیگر جدا می‌ساختند. با اینکه چنین روش‌هایی تا حدودی هم جواب می‌داد، اما مواد باقیمانده‌ از آنها باعث ایجاد تغییراتی در ساختار سطحی نانوتیوب‌های کربنی می‌شد. تغییرات یادشده می‌توانستند برخی از خواص ناب و مورد نیاز نانولوله‌ها را از بین ببرند.

 در طرف مقابل، هاونگ و گروهش دریافتند که کرزول، عملکردهای خاص سطح نانولوله‌ها را تحلیل یا تضعیف نمی‌کند. از سویی هم مشخص شد که پژوهشگران می‌توانند پس از جدا کردن تیوب‌های درهم‌پیچیده‌شده، مواد شیمیایی باقیمانده را به‌راحتی و تنها با شستشو یا گرما دادن به لوله‌ها تا مرحله‌ی تبخیر مواد شیمیایی از بین ببرند.

پس از گشایش روشی جدید برای ساخت نانولوله‌های کربنی در غلظت‌های بیشتر و بیشتر، اکنون گروه هاونگ شکل‌های جدیدی از این ماده را شناسایی کرده‌اند. این اشکال گوناگون می‌توانند قالب‌ریزی شوند، شکل‌دهی مجدد شوند یا اینکه به‌عنوان جوهرهایی رسانا برای استفاده در صنعت پرینت سه‌بعدی به‌کار برده شوند. کوین چیو، از دانش‌آموختگان آزمایشگاه هاونگ و نویسنده‌ی نخست مقاله‌ی پژوهشی مرتبط می‌گوید:

 حالت خمیری نانوله‌ها مسحور‌کننده است. آنها می‌توانند به‌طور دلخواه شکل داده شده و در ساختارهای مورد نظر، درست مانند خمیر بازی، قالب بگیرند.

هاونگ در انتهار اشاره می‌کند:

اساسا، این سیستم حلال جدید، باعث می‌شود تا نانوتیوب‌ها هم رفتاری شبیه به پلیمرها داشته باشند. بسیار هیجان‌انگیز است که ببینیم حلال‌های مبتنی بر کرزول می‌توانند نانولوله‌های سخت (از نظر انجام فرایند روی آن) را به‌صورت پلاستیک‌های معمولی در می‌آورند.