آیا نانولوله‌های کربنی جای مس را در صنعت سیم و کابل می‌گیرند
در ماه ژوئن خیلی از آمریکایی‌ها به فکر کاهش وزن می‌افتند. اما برای مهندسان صنعت تولید خودرو و هوافضا، کاهش وزن هدفی همیشگی است. برای مثال، در یک وسیله‌ی نقلیه‌ی معمولی تقریبا 25 کیلوگرم مس به کار رفته که بیشتر آن سیم و کابل برق است. البته میزان مس به کار رفته در خودروهای برقی سه برابر این میزان است. کم کردن این وزن در خودروها یعنی مصرف سوخت بهینه.
یک فناوری جدید به نام نانولوله‌ی کربنی یا CNT، در حال ظهور است که روزگاری می‌تواند یک جایگزین سبک برای سیم و کابل مسی یا عایق‌های رسانا در تولید خودرو، صنعت هوافضا و تجهیزات دفاعی باشد. نانولوله‌ی کربنی از یک لایه اتم‌های کربن با ساختار استوانه‌ای تشکیل شده است. این لوله‌ها می‌توانند یک دیواره یا چند دیواره باشند. CNT ها با نسبت طول به قطر 132.000.000 به 1 تولید شده‌اند. این نسبت به CNT توانایی‌های خاصی بخشیده است. حداقل در مقیاس نانو، تک CNT ها مقاومتی بیش از استیل، رسانایی بیشتر از مس و رسانش گرمایی بیش از الماس دارند. CNT هم‌چنین در برابر ساییدگی و فرسایش نیز مقاوم است.
هم‌اکنون تولیدکنندگان CNT را با پلمیرها ترکیب می‌کنند تا کامپوزیت‌های سبک و مقاوم بسازند. به‌علاوه، محققین در حال آزمایش روی فیبرهای CNT برای استفاده‌های گوناگون مثل ذخیره‌ی انرژی، فراخازن‌ها، ترانزیستور اثر میدان، کاتالیز عملکرد بالا، نیروزای نوری و کاشت‌های پزشکی هستند.
می‌توان فیبرهای CNT را به ورقه‌هایی با طول و عرض مختلف تبدیل کرد. از ورقه‌های نازک که ضخامت آن‌ها 20 تا30 میکرون است، می‌توان در الکترود باتری‌ها یا به‌عنوان عایق اختلال مدارهای الکترومغناطیس در مراکز داده و هواپیماها استفاده کرد. هم‌چنین می‌توان از ورقه‌های باریک روی بدنه‌ی هواپیما و به‌عنوان محافظ صاعقه استفاده کرد. از طرف دیگر ورقه‌های ضخیم‌تر یا گروهی از ورقه‌های باریک به‌عنوان زره یا قسمتی از پارچه‌های رسانا استفاد خواهند شد.
CNT را می‌توان به نوارهای رسانا تبدیل کرد و از آن‌ها به‌عنوان عایق اختلال الکترومغناطیس برای سیم و کابل و سیستم‌های ضد یخ خودرو و هواپیماها استفاده کرد. اما بهترین روش استفاده از CNT تبدل کردن آن به رشته‌های رسانایی است که می‌توانند جای سیم و کابل مسی در صنعت تولید خودرو و هوافضا را بگیرند. دلیل اصلی استفاده از CNT، وزن کمتر آن است.
فناوری برای آینده
در حال حاضر، استفاده‌ی گسترده از CNT در صنعت تولید خودرو و هوافضا، به آینده موکول شده است. هنوز مشکلات تکنیکی زیادی وجود دارد که باید حل شود. یکی از این مشکلات، هزینه‌ی زیادی تولید CNT است. در حال حاضر، از CNT می‌توان فقط در پروژه‌های پرهزینه که وزن در آن‌ها اهمیت زیادی دارد استفاده کرد؛ پروژه‌هایی مثل تولید ماهواره‌های نظامی یا پژوهشی. هزینه‌ی قرار دادن یک ماهواره در مدار 10.000 تا 100.000 دلار به ازای هر یک کیلوگرم وزن ماهواره است. از این رو کاهش وزن ماهواره تا حد زیادی هزینه‌های مربوط به تجهیزات و سوخت آن را کاهش می‌دهد.
در حالی که CNT به این زودی‌ها جایگزین مس در تولید خودرو و یا هواپیما نمی‌شود، این ماده علاوه بر وزن کم نقاط قوت دیگری هم دارد. رشته‌های CNT الیاف هستند و فلزهای انعطاف‌پذیر نیستند. آن‌ها کش نمی‌آیند و در عین حال تحت فشار مشکلی برای‌شان پیش نمی‌آید. هم‌چنین رشته‌های CNT را بیشتر از رشته‌های مس می‌توانید پیچ داد. پس شاید تولیدکنندگان خودرو راضی شوند برای سیم‌پیچی درها و در صندوق عقب، از سیم و کابل CNT استفاده کنند و هزینه‌ی آن را بپردازند. یکی دیگر از نقاط قوت CNT، سرعت تولید آن است. دستگاه تولید سیم و کابل CNT و مسی تفاوتی ندارد، اما می‌توان در یک روز به اندازه‌ی یک سال تولید سیم و کابل مسی، سیم و کابل CNT تولید کرد.
البته CNT مشکلی بزرگ دارد و آن به رسانایی این ماده مربوط می‌شود. در مقیاس نانو، رسانایی CNT پنج برابر مس است، اما وقتی رشته‌های CNT به هم بافته می‌شوند تا سیم و کابل تولید شود، رسانایی آن تا حد زیادی کاهش می‌یابد. البته زمانی که دانشمندان تحقیق روی CNT را آغاز کردند، مقاومت آن 500 برابر مس بود اما امروزه، توانسته‌اند CNT در آزمایشگاه تولید کنند که میزان رسانا بودنش برابر با آلومینیوم است.
لازم به ذکر است که درست مثل سیم و کابل مسی، سیم و کابل CNT هم رشته‌های رسانا دارد که با پلیمر عایق شده‌اند. بدون کندن عایق، تشخیص سیم و کابل مسی و CNT بسیار مشکل است. در نتیجه، برای لخت کردن و بریدن هر دو نوع سیم و کابل از یک نوع ابزار استفاده می‌شود.
