התכונות של ננו-הצינורות תלויות במבנה שלהם, ולמדענים יש כיום שליטה מוגבלת בלבד על מבנים אלו, הנקבעים במהלך תחילת ההכנה, או הצמיחה, של ננו-הצינורות
לננו-צינורות פחמן – גלילים חלולים וארוכים המורכבים מאטומי פחמן בלבד – יש שימושים אפשריים רבים בננוטכנולוגיה, אופטיקה, אלקטרוניקה ובתחומים רבים אחרים. התכונות של ננו-הצינורות תלויות במבנה שלהם, ולמדענים יש כיום שליטה מוגבלת בלבד על מבנים אלו, הנקבעים במהלך תחילת ההכנה, או הצמיחה, של ננו-הצינורות. למעשה, מודה אחד מהחוקרים, אנו לא יודעים בדיוק כיצד צומחים ננו-צינורות.
במאמר, שפורסם בכתב-העת המדעי Journal of Applied Physics, מתארים החוקרים, בראשותו של Eray Aydil, פרופסור להנדסת כימיה ומדעי-החומרים באוניברסיטת מינסוטה, את ההשפעה של גז מימן על תהליך ההכנה.
“ננו-צינורות פחמן צומחים מתוך חלקיק של זרז מתכת המצוי בתוככי גז, כגון מתאן,” מסביר החוקר הראשי. “לעיתים מוסיפים לתערובת גם גז מימן, ונמצא כי שיעור קטן ממנו מסייע להצמחה של ננו-צינורות פחמן בעלי דופנות ישרות וחדות המכילים מידה מועטה של פגמים מבניים. אולם, כמות רבה מדי של גז המימן גורמת לקבלת סיבים בעלי דופנות דקים במיוחד, במקום ננו-צינורות, או למניעה כליל של הצמיחה.”
בכדי להבין את המנגנון המדויק האחראי לתוצאות הללו, החוקרים השתמשו במיקרוסקופ אלקטרוני חודר (Transmission Electron Microscope, TEM) ובשיטות נוספות בכדי לדמות ולאפיין באופן שיטתי את ההשפעות של ריכוזי מימן הולכים וגדלים. “מתברר, כי זרז מתכת הברזל הופך לקרביד הברזל לאחר תגובה עם פחמן שמקורו בגז המתאן. קרביד הברזל הינו חומר קשיח שאינו מתעוות בקלות, ומתברר כי ננו-צינורות הצומחים מזרז שכזה נוטים להיות בעלי דופנות ישרות וחדות,” מבאר החוקר. החדרת כמות נוספת של מימן לתערובת הופכת את קרביד הברזל לברזל מתכתי – שהינו גמיש ובר-ריקוע יותר – והוא האחראי לקבלת מבנים דמויי-סיבים במקום ננו-צינורות הפחמן החלולים,” מוסיף החוקר. בריכוזים גבוהים עוד יותר של מימן, הגז “מאכל” את ננו-צינורות הפחמן הנוצרים, והצמיחה נפסקת כליל.
