कार्बन अब्जांशनलिका हे कार्बन या मूलद्रव्याचे हिरा, ग्रॅफाइट आणि ग्रॅफिन प्रमाणेच एक बहुरूप आहे. त्याचा शोध १९९१मध्ये जपानच्या सुमिओ इजिमा (Sumio Iijima) यांनी लावला. कार्बन अब्जांशनलिकेत नलिकेच्या व्यासापेक्षा तिची लांबी सुमारे १३ कोटी २० लक्ष पटींनी जास्त असते. त्या अत्यंत मजबूत असतात. इलेक्ट्रॉनिकी, प्रकाशकी आणि सामग्री-विज्ञानासह विविध क्षेत्रांमध्ये त्यांचा उपयोग केला जातो.
संरचना : कार्बन अब्जांशनलिका ग्रॅफिनच्या पापुद्र्यापासून तयार होतात. ग्रॅफिनचा मूळ घटक सहा कार्बन अणूंचा घडलेला असतो आणि त्याचा आकार बेंझिनप्रमाणे षट्कोनी दिसतो. षटकोनातील दोन कार्बन अणूंमधील अंतर ०.१४२ नॅनोमीटर इतके असते (१ नॅनोमीटर म्हणजे १ मीटरचा अब्जांश भाग). असे अनेक षट्कोनी घटक एकत्र येतात. ते एकाच प्रतलावर (पातळीवर) असतात. कार्बन अणूंचे हे षट्कोन एकमेकांना आर्मचेअर, झिगझॅग आणि कायरल (Chiral) अशा तीन वेगवेगळ्या भौमितिक पद्धतींनी संलग्न झालेले असतात. तिन्ही प्रकारच्या कार्बन नलिकांचे गुणधर्म वेगवेगळे आहेत. कोणत्याही पद्धतीने तयार झालेल्या ग्रॅफिनचा पापुद्रा (ताव) गुंडाळला तर त्याचा आकार नलिकेप्रमाणे होतो. त्याला फक्त लांबी असते, जाडी नसते. म्हणजेच कार्बन अब्जांशनलिका एकमितीय असते. अशा एकाच पापुद्र्याची नलिका तयार होते, तेव्हा तिला एकपदरी अब्जांशनलिका म्हणतात. एकाच्या आत एक असलेल्या नलिकेला द्विपदरी अब्जांश नलिका म्हणतात. एकाच्या आत एक अशा अनेक अब्जांशनलिका असतील, तर त्या नलिकेला बहुपदरी अब्जांशनलिका म्हणतात. अशा प्रकारच्या नलिकांची जाडी २० ते ५० नॅमी. असते. एकपदरी अब्जांशनलिकेची जाडी एक अणुमात्र असली, तरी लांबी लाखो नॅनोमीटर असते. काही अब्जांशनलिका एका बाजूने बंद असतात, तर काही दोन्ही बाजूंनी खुल्या असतात.
गुणधर्म : कार्बन अब्जांशनलिका उत्तम वीजवाहक आणि उष्णतावाहक आहेत. उष्णतेमुळे त्यांचे होणारे प्रसरण नगण्य असते. या नलिकामध्ये स्थितिस्थापकत्व (Elasticity) हा गुण असल्याने त्या लवचिक आहेत. त्या मूळ लांबीपेक्षा १८ टक्यांपर्यंत ताणल्या जातात. अर्थातच, ताण काढून घेतल्यावर त्या पूर्व स्थितीत येतात. कार्बन अब्जांशनलिकांचे ताणबल जास्त असल्यामुळे त्या पोलादापेक्षा सुमारे १००—२०० पटींनी जास्त बळकट असतात. ‘आर्मचेअर’ वर्गीय कार्बन अब्जांशनलिकांचे गुणधर्म धातूंशी मिळतेजुळते असतात. यातून इलेक्ट्रॉन कोणत्याही अडथळ्याशिवाय वेगाने जातात आणि त्या गरमही होत नाही. परिणामी मोठ्या प्रमाणावर ऊर्जा बचत होते. झिगझॅग किंवा कायरलवर्गीय अब्जांशनलिका यांची विद्युत् संवाहकता धातू व निरोधक (Insulators) यांच्या दरम्यानची आहे. त्यामुळे ते अर्ध-विद्युत् संवाहक पदार्थ (Semi-conductors) तयार करण्यासाठी उपयुक्त आहेत. यातून वीजप्रवाह सोडला तर लगेच वीजवहन होत नाही. तथापि त्यावर प्रकाशऊर्जा पडली तर अगदी अल्प स्वरूपात वीजवहन होते. अशा पदार्थांचा उपयोग वीजवहन सुरू किंवा बंद करण्यासाठी होतो.
कार्बन अब्जांशनलिकांची निर्मिती : फ्रान्सच्या मोरिनोबू एंडो (Morinobu Endo) यांनी १९७६ मध्ये ग्रॅफाइट शीटच्या एकस्तरीय गुंडाळ्या म्हणजेच नलिका बनवल्या होत्या. त्या तयार करण्यासाठी त्यांनी रासायनिक बाष्पतंत्राचा (Vaporization)उपयोग केला होता. ही पद्धत आजही अब्जांशनलिकांच्या निर्मितीसाठी वापरली जाते. मिथेन, एथिलीन ॲसिटिलीन आदी हायड्रोकार्बनवर्गीय पदार्थांपासूनदेखील अशा अब्जांशनलिका बनवतात. अशा पदार्थांचे तापमान ५०००—१२००० से.पर्यंत वाढवल्यावर कार्बनची वाफ तयार होते. ती सच्छिद्र ॲल्युमिना किंवा क्वॉर्ट्झवर गोळा करतात. यासाठी लोह, निकेल, मॉलिब्डेनम इत्यादी उत्प्रेरक पदार्थांचा वापर केला जातो. नंतर तिचा विद्राव केला जातो. नायट्रिक अम्ल वापरून हा विद्राव वारंवार गाळला जातो. यामुळे उत्प्रेरक आणि अन्य अशुद्ध पदार्थ वेगळे करून अब्जांश नलिका बनवतात. अशा रीतीने मूळ पदार्थाच्या सुमारे ९०% शुद्ध कार्बन अब्जांशनलिकांची निर्मिती होते. कार्बन अब्जांशनलिकांची निर्मिती करण्यासाठी इतरही काही पद्धतींचा अवलंब केला जातो. यामध्ये प्रज्योत विसर्जन (आर्क डिस्चार्ज), गोलिका दळणी (बॉल मिलिंग ) आणि लेसर पद्धती यांचा प्रामुख्याने उल्लेख करावा लागेल.
उपयोग : कार्बन अब्जांशनलिकांचा उपयोग दर्जेदार अर्धसंवाहक तयार करण्यासाठी करतात. या नलिकांचे इतरही अनेक उपयोग आहेत. पुनर्भारित (रिचार्ज) करता येणारे विद्युत् घट व डिजिटल कॅमेरा तसेच संगणकातील कॅमेऱ्यातील संकलित मंडले (इंटिग्रेटेड सर्किट्स), टेनिस किंवा बॅडमिंटनच्या मजबूत आणि हलक्या रॅकेट्स यांची निर्मिती करताना कार्बन अब्जांशनलिकांचा वापर केला जातो. सायकल, मोटार किंवा विमानाच्या काही सुट्या भागांच्या निर्मितीमध्ये कार्बन अब्जांशनलिकांचा वापर केला जातो. कार्बन अब्जांशनलिकांच्या सहाय्याने रुग्णावर प्रभावीपणे व सोयीस्कर रीत्या औषधोपचार केले जातात.
संदर्भ :
- Lijima, Sumio; Ichihashi, Toshinari, single-shell carbon nanotube of 1-nm diameter, Nature, 363 p. 603-605, 1993.
- Morinobu Endo; Michaels Strano, Pulickel M. Ajayan, Carbon Nanotubes p.13-62; Topics in Applied Physics, Vol. 111, Springer, Berlin-Heidelberg, 1976,
समीक्षक – वसंत वाघ
