Carbon nanocone
কার্বন ন্যানোকোন হল শঙ্কুযুক্ত কাঠামো যা প্রধানত কার্বন থেকে তৈরি হয় এবং যার এক মাইক্রোমিটার বা তার চেয়ে ছোট ক্রমের কমপক্ষে একটি মাত্রা থাকে। ন্যানোকোনগুলির উচ্চতা এবং মূল ব্যাস একই মাত্রার ক্রমের হয়; এটি তাদের অগ্রবর্তী ন্যানোওয়্যার থেকে আলাদা করে যা তাদের ব্যাসের চেয়ে অনেক দীর্ঘ। প্রাকৃতিক গ্রাফাইটের পৃষ্ঠে ন্যানোকোন দেখা যায়। প্লাজমা টর্চের সাহায্যে হাইড্রোকার্বনগুলিকে পচিয়ে ফাঁপা কার্বন ন্যানোকোনও তৈরি করা যেতে পারে। ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি প্রকাশ করে যে শঙ্কুগুলির খোলার কোণ (শীর্ষ) নির্বিচারে নয়, তবে প্রায় 20°, 40° এবং 60° এর পছন্দসই মান রয়েছে। এই পর্যবেক্ষণটি মোড়ানো গ্রাফিন শীট দ্বারা গঠিত শঙ্কু প্রাচীরের একটি মডেল দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছিল, যেখানে নির্বিঘ্ন সংযোগের জন্য জ্যামিতিক প্রয়োজনীয়তা স্বাভাবিকভাবেই আধা-বিচ্ছিন্ন চরিত্র এবং শঙ্কু কোণের পরম মানগুলির জন্য দায়ী। একটি সম্পর্কিত কার্বন ন্যানোফর্ম হল একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোহর্ন যা সাধারণত আকারে সমষ্টি 80-100 nm গঠন করে। মুক্ত-স্থায়ী ফাঁপা শঙ্কু ইতিহাস এবং সংশ্লেষণ কার্বন ন্যানোকোন একটি শিল্প প্রক্রিয়াতে উত্পাদিত হয় যা হাইড্রোকার্বনকে কার্বন এবং হাইড্রোজেনে রূপান্তরিত করে একটি প্লাজমা টর্চের সাথে যার প্লাজমা তাপমাত্রা 2000 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে থাকে। এই পদ্ধতিটিকে প্রায়শই কেভারনার কার্বন ব্ল্যাক অ্যান্ড হাইড্রোজেন প্রসেস (সিবিএইচ) হিসাবে উল্লেখ করা হয় এবং এটি তুলনামূলকভাবে "নির্গমন-মুক্ত", অর্থাৎ, অল্প পরিমাণে বায়ু দূষণকারী তৈরি করে। সুনির্দিষ্ট, অনুকূল এবং পেটেন্টযুক্ত পরিস্থিতিতে, কঠিন কার্বন আউটপুট প্রায় 20 শতাংশ কার্বন ন্যানোকোন, 70 শতাংশ ফ্ল্যাট কার্বন ডিস্ক এবং 10 শতাংশ কার্বন ব্ল্যাক নিয়ে গঠিত। হাইড্রোকার্বনের প্লাজমা-সহায়ক পচন দীর্ঘকাল ধরে জানা এবং প্রয়োগ করা হয়েছে, উদাহরণস্বরূপ, কার্বন ফুলেরিন উৎপাদনের জন্য। অপ্টিমাইজ না করা হলেও, এটি অল্প পরিমাণে কার্বন ন্যানোকোন উৎপাদন করে, যা 1994 সালে একটি ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ দিয়ে সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল এবং তাদের পারমাণবিক কাঠামো তাত্ত্বিকভাবে একই বছরে মডেল করা হয়েছিল। মডেলিং খোলা কার্বন শঙ্কু একটি মোড়ানো গ্রাফিন শীট হিসাবে মডেল করা যেতে পারে। স্ট্রেন-মুক্ত, নির্বিঘ্ন মোড়ানোর জন্য, একটি সেক্টরকে শীট থেকে কেটে ফেলতে হবে। সেই সেক্টরের একটি কোণ n × 60° হওয়া উচিত, যেখানে n = 1,., 5। অতএব, ফলস্বরূপ শঙ্কু কোণের শুধুমাত্র নির্দিষ্ট, বিচ্ছিন্ন মান থাকা উচিত α = 2 আর্কসিন (1−n/6) = 112.9 °, 83.6°, 60.0°, 38.9°, এবং n = 1,., 5 এর জন্য যথাক্রমে 19.2°। গ্রাফিন শীট শুধুমাত্র কার্বন ষড়ভুজ দ্বারা গঠিত যা একটি অবিচ্ছিন্ন শঙ্কু আবরণ গঠন করতে পারে না। ফুলেরিনগুলির মতো, একটি বাঁকা শঙ্কু অগ্রভাগ গঠনের জন্য পেন্টাগনগুলিকে যুক্ত করতে হয় এবং তাদের সংখ্যা অনুরূপভাবে n = 1,., 5 হয়। পর্যবেক্ষণ ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণগুলি পৃথক শঙ্কু কোণের মডেল পূর্বাভাসকে নিশ্চিত করে। যদিও দুটি পরীক্ষামূলক নিদর্শন অবশ্যই বিবেচনা করতে হবেঃ (i) ইলেক্ট্রন রশ্মির অধীনে দুর্বলভাবে পরিবাহী কার্বন নমুনাগুলির চার্জিং, যা চিত্রগুলিকে অস্পষ্ট করে দেয় এবং (ii) একটি নির্দিষ্ট নমুনা টিল্টে ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি পর্যবেক্ষণগুলি কেবল একটি দ্বি-মাত্রিক অভিক্ষেপ দেয় যেখানে একটি 3D আকৃতি প্রয়োজন। প্রথম বাধাটি কয়েক ন্যানোমিটার পুরুত্বের ধাতব স্তর দিয়ে শঙ্কুগুলিকে আবরণ দিয়ে অতিক্রম করা হয়। দ্বিতীয় সমস্যাটি জ্যামিতিক আকার বিশ্লেষণের মাধ্যমে সমাধান করা হয়। শঙ্কু সংখ্যার উপর উল্লেখযোগ্য পরিসংখ্যানের সাথে মিলিত হয়ে, এটি আধা-বিচ্ছিন্ন শীর্ষ কোণ উৎপন্ন করে। সীমিত পরিমাপের নির্ভুলতা এবং এর দৈর্ঘ্য বরাবর শঙ্কু পুরুত্বের সামান্য পরিবর্তনের কারণে তাদের মানগুলি ভবিষ্যদ্বাণী থেকে প্রায় 10 শতাংশ বিচ্যুত হয়। শঙ্কু প্রাচীরের পুরুত্বের পরম মান 10 থেকে 30 ন্যানোমিটারের মধ্যে পরিবর্তিত হয়, তবে কিছু ন্যানোকোনের জন্য এটি 80 ন্যানোমিটারের মতো বড় হতে পারে। শঙ্কু প্রাচীরের কাঠামো ব্যাখ্যা করার জন্য, বিভিন্ন শঙ্কু অভিমুখীকরণে ইলেকট্রন বিচ্ছুরণ নিদর্শনগুলি রেকর্ড করা হয়েছিল। তাদের বিশ্লেষণ থেকে জানা যায় যে দেওয়ালে নিরাকার কার্বন দ্বারা আচ্ছাদিত ক্রমযুক্ত উপাদানের 10-30% রয়েছে। উচ্চ-রেজোলিউশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি প্রকাশ করে যে ক্রমযুক্ত পর্যায়টি গ্রাফিন-এর প্রায় সমান্তরাল স্তর নিয়ে গঠিত। প্রায় 2700 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় শঙ্কুগুলিকে অ্যানিলিং করে নিরাকার ভগ্নাংশটিকে সুশৃঙ্খল গ্রাফাইটে রূপান্তরিত করা যেতে পারে। সি. বি. এইচ প্রক্রিয়া দ্বারা উৎপাদিত খোলা কার্বন ন্যানোকোনের উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য হল সোজা দেয়াল এবং বৃত্তাকার ঘাঁটি সহ তাদের প্রায় আদর্শ আকৃতি। অ-আদর্শ শঙ্কুও দেখা যায়, তবে এগুলি ব্যতিক্রম। এই ধরনের একটি বিচ্যুতি ছিল একটি "দ্বৈত" শঙ্কু, যা দেখে মনে হয়েছিল যেন একটি শঙ্কু তার অগ্রভাগ থেকে একটি নির্দিষ্ট শীর্ষ কোণ দিয়ে বাড়তে শুরু করেছে (যেমন। 84°), কিন্তু তারপর হঠাৎ করে শীর্ষ কোণ পরিবর্তন করে (যেমন। 39°) এর পৃষ্ঠের একটি বিন্দুতে, এইভাবে শঙ্কুটির পর্যবেক্ষিত ক্রস-সেকশনে একটি বিরতি তৈরি করে। আরেকটি অসঙ্গতি ছিল একটি শঙ্কু যার শীর্ষটি একটি বিন্দু থেকে একটি লাইন সেগমেন্টে প্রসারিত ছিল, যেমন প্রসারিত কফি ফিল্টারে (ছবিতে সমতল রূপ দেখানো হয়েছে)। প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া গ্রাফাইটের পৃষ্ঠে 1968 সাল বা তারও আগে থেকে অন্যান্য শঙ্কু কার্বন শঙ্কুও দেখা গেছে। তাদের ঘাঁটিগুলি গ্রাফাইটের সাথে সংযুক্ত থাকে এবং তাদের উচ্চতা 1 থেকে 40 মাইক্রোমিটারের কম হয়। তাদের দেয়ালগুলি প্রায়শই বাঁকানো থাকে এবং পরীক্ষাগারে তৈরি ন্যানোকোনের তুলনায় কম নিয়মিত হয়। তাদের শীর্ষ কোণের বন্টনও 60° এ একটি শক্তিশালী বৈশিষ্ট্য দেখায়, তবে 20° এবং 40° এ অন্যান্য প্রত্যাশিত শিখরগুলি অনেক দুর্বল এবং বড় কোণের জন্য বন্টন কিছুটা বিস্তৃত। এই পার্থক্যের জন্য প্রাকৃতিক শঙ্কুগুলির বিভিন্ন প্রাচীর কাঠামোকে দায়ী করা হয়। এই দেয়ালগুলি তুলনামূলকভাবে অনিয়মিত এবং এতে অসংখ্য রেখার ত্রুটি (ধনাত্মক-বেজের বিচ্যুতি) রয়েছে। এটি একটি বিরামবিহীন শঙ্কু জন্য কৌণিক প্রয়োজনীয়তা ভেঙে দেয় এবং তাই কৌণিক বিতরণকে প্রশস্ত করে। অতি সূক্ষ্ম সোনার সূঁচ ঢাকতে কার্বন ন্যানোকোন ব্যবহার করা হয়েছে। এই ধরনের সূঁচগুলি তাদের উচ্চ রাসায়নিক স্থায়িত্ব এবং বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা কারণে স্ক্যানিং প্রোব মাইক্রোস্কোপি-তে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, তবে সোনার উচ্চ নমনীয়তার কারণে তাদের টিপসগুলি যান্ত্রিক পরিধানের প্রবণ। একটি পাতলা কার্বন ক্যাপ যোগ করা তার অন্যান্য বৈশিষ্ট্য ত্যাগ না করে যান্ত্রিকভাবে টিপকে স্থিতিশীল করে। তথ্যসূত্র কার্বন ন্যানো পার্টিকেল