Carbon nanocone
કાર્બન નેનોકોન્સ એ શંકુ આકારની રચનાઓ છે જે મુખ્યત્વે કાર્બનમાંથી બનાવવામાં આવે છે અને જેનું ઓછામાં ઓછું એક પરિમાણ એક માઇક્રોમીટર અથવા તેનાથી નાનું હોય છે. નેનોકોન્સની ઊંચાઈ અને આધાર વ્યાસ સમાન તીવ્રતાના ક્રમમાં હોય છે; આ તેમને ટીપ્ડ નેનોવાયરથી અલગ પાડે છે જે તેમના વ્યાસ કરતા ઘણા લાંબા હોય છે. નેનોકોન્સ કુદરતી ગ્રેફાઇટની સપાટી પર જોવા મળે છે. પ્લાઝ્મા મશાલ સાથે હાઇડ્રોકાર્બનનું વિઘટન કરીને પણ હોલો કાર્બન નેનોકોનનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી દર્શાવે છે કે શંકુઓનો પ્રારંભિક ખૂણો (ટોચ) મનસ્વી નથી, પરંતુ લગભગ 20°, 40° અને 60°ના પસંદગીના મૂલ્યો ધરાવે છે. આ નિરીક્ષણને આવરિત ગ્રેફીન શીટ્સથી બનેલી શંકુ દિવાલના નમૂના દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું હતું, જ્યાં સીમલેસ જોડાણ માટેની ભૌમિતિક જરૂરિયાત કુદરતી રીતે અર્ધ-અલગ પાત્ર અને શંકુ ખૂણાના સંપૂર્ણ મૂલ્યો માટે જવાબદાર છે. સંબંધિત કાર્બન નેનોફોર્મ એ સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોહોર્ન છે જે સામાન્ય રીતે કદમાં એકત્રીકરણ 80-100 nm બનાવે છે. ફ્રી-સ્ટેન્ડિંગ હોલો શંકુ ઇતિહાસ અને સંશ્લેષણ કાર્બન નેનોકોન્સ એક ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થાય છે જે 2000 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ પ્લાઝ્મા તાપમાન ધરાવતી પ્લાઝ્મા મશાલ સાથે હાઇડ્રોકાર્બનને કાર્બન અને હાઇડ્રોજનમાં વિઘટિત કરે છે. આ પદ્ધતિને ઘણીવાર ક્વાર્નર કાર્બન બ્લેક એન્ડ હાઇડ્રોજન પ્રોસેસ (સીબીએચ) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે અને તે પ્રમાણમાં "ઉત્સર્જન મુક્ત" છે, એટલે કે, વાયુ પ્રદૂષકોની થોડી માત્રા ઉત્પન્ન કરે છે. ચોક્કસ, સારી રીતે અનુકૂળ અને પેટન્ટ કરાયેલી પરિસ્થિતિઓમાં, ઘન કાર્બન ઉત્પાદનમાં આશરે 20 ટકા કાર્બન નેનોકોન, 70 ટકા સપાટ કાર્બન ડિસ્ક અને 10 ટકા કાર્બન બ્લેકનો સમાવેશ થાય છે. હાઇડ્રોકાર્બનનું પ્લાઝ્મા-સહાયિત વિઘટન લાંબા સમયથી જાણીતું છે અને લાગુ કરવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બન ફુલરીનના ઉત્પાદન માટે. જો ઓપ્ટિમાઇઝ ન કરવામાં આવે તો પણ, તે થોડી માત્રામાં કાર્બન નેનોકોન્સ ઉત્પન્ન કરે છે, જે 1994 માં પહેલેથી જ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ સાથે સીધા નિરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને તેમની અણુ રચના તે જ વર્ષે સૈદ્ધાંતિક રીતે તૈયાર કરવામાં આવી હતી. મોડેલિંગ ખુલ્લા કાર્બન શંકુને આવરિત ગ્રેફીન શીટ તરીકે મોડેલિંગ કરી શકાય છે. તાણ-મુક્ત, સીમલેસ રેપિંગ કરવા માટે, એક ક્ષેત્રને શીટમાંથી કાપી નાખવું પડશે. તે ક્ષેત્રનો ખૂણો n × 60° હોવો જોઈએ, જ્યાં n = 1,., 5. તેથી, પરિણામી શંકુ ખૂણામાં માત્ર ચોક્કસ, અલગ મૂલ્યો α = 2 આર્ક્સિન (1−n/6) = 112.9 °, 83.6 °, 60.0 °, 38.9 °, અને n = 1,., 5 માટે અનુક્રમે 19.2 ° હોવા જોઈએ. ગ્રેફીન શીટ સંપૂર્ણપણે કાર્બન ષટ્કોણથી બનેલી હોય છે જે સતત શંકુ કેપ બનાવી શકતી નથી. ફુલરીનની જેમ, વક્ર શંકુની ટોચ બનાવવા માટે પેન્ટાગોન ઉમેરવા પડે છે, અને તેમની સંખ્યા અનુરૂપ n = 1,., 5 છે. અવલોકન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી અવલોકનો અલગ શંકુ ખૂણાઓના મોડેલની આગાહીની પુષ્ટિ કરે છે. જોકે બે પ્રાયોગિક કલાકૃતિઓ ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છેઃ (i) ઇલેક્ટ્રોન બીમ હેઠળ નબળી રીતે સંચાલિત કાર્બન નમૂનાઓનું ચાર્જિંગ, જે છબીઓને ઝાંખી પાડે છે અને (ii) નિશ્ચિત નમૂના ઝુકાવ પર ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી અવલોકનો માત્ર દ્વિ-પરિમાણીય પ્રક્ષેપણ આપે છે જ્યારે કે 3D આકાર જરૂરી છે. પ્રથમ અવરોધ થોડા નેનોમીટરની જાડાઈના ધાતુના સ્તર સાથે શંકુને કોટિંગ કરીને દૂર કરવામાં આવે છે. બીજી સમસ્યા ભૌમિતિક આકાર વિશ્લેષણ દ્વારા હલ કરવામાં આવે છે. શંકુની સંખ્યા પર નોંધપાત્ર આંકડાઓ સાથે જોડાઈને, તે અર્ધ-અલગ ટોચના ખૂણાઓ આપે છે. મર્યાદિત માપન ચોકસાઈ અને તેની લંબાઈ સાથે શંકુની જાડાઈમાં થોડો તફાવત હોવાને કારણે તેમના મૂલ્યો આગાહીથી લગભગ 10 ટકા વિચલિત થાય છે. શંકુ દિવાલની જાડાઈનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય 10 અને 30 એનએમ વચ્ચે બદલાય છે, પરંતુ કેટલાક નેનોકોન માટે તે 80 એનએમ જેટલું મોટું હોઈ શકે છે. શંકુ દિવાલોની રચનાને સ્પષ્ટ કરવા માટે, વિવિધ શંકુ દિશાઓ પર ઇલેક્ટ્રોન વિવર્તન પેટર્ન નોંધવામાં આવી હતી. તેમનું વિશ્લેષણ સૂચવે છે કે દિવાલોમાં આકારહીન કાર્બનથી ઢંકાયેલી ક્રમબદ્ધ સામગ્રી 10-30% છે. ઉચ્ચ-રીઝોલ્યુશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી દર્શાવે છે કે ક્રમબદ્ધ તબક્કામાં ગ્રાફિનના લગભગ સમાંતર સ્તરો હોય છે. આકારહીન અપૂર્ણાંકને લગભગ 2700 ડિગ્રી સેલ્સિયસ તાપમાન પર શંકુને એનીલિંગ કરીને સારી રીતે ગોઠવાયેલા ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. સીબીએચ પ્રક્રિયા દ્વારા ઉત્પાદિત ખુલ્લા કાર્બન નેનોકોન્સની નોંધપાત્ર વિશેષતા એ છે કે તેઓ સીધા દિવાલો અને ગોળાકાર પાયા સાથે લગભગ આદર્શ આકાર ધરાવે છે. બિન-આદર્શ શંકુ પણ જોવા મળે છે, પરંતુ આ અપવાદ છે. આવું જ એક વિચલન "ડબલ" શંકુ હતું, જે એવું લાગતું હતું કે શંકુ તેની ટોચ પરથી ચોક્કસ ટોચના ખૂણા (દા. ત.) સાથે વધવા લાગ્યો હોય. 84°), પરંતુ પછી અચાનક ટોચનો ખૂણો બદલાઈ ગયો (દા. ત. તેની સપાટી પરના એક જ બિંદુ પર 39 °), આમ શંકુના અવલોકન કરેલા ક્રોસ-સેક્શનમાં વિરામ ઉત્પન્ન કરે છે. વિસ્તૃત કોફી ફિલ્ટર (સપાટ સ્વરૂપ ચિત્રમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે) ની જેમ, અન્ય વિસંગતતા એ હતી કે શંકુની ટોચ એક બિંદુથી રેખા ખંડ સુધી લંબાવવામાં આવી હતી. અન્ય શંકુ કાર્બન શંકુ પણ 1968 થી અથવા તેનાથી પણ પહેલા કુદરતી રીતે બનતા ગ્રેફાઇટની સપાટી પર જોવા મળ્યા છે. તેમના પાયા ગ્રેફાઇટ સાથે જોડાયેલા હોય છે અને તેમની ઊંચાઈ 1 થી 40 માઇક્રોમીટરથી ઓછી હોય છે. તેમની દિવાલો ઘણીવાર વક્ર હોય છે અને પ્રયોગશાળામાં બનેલા નેનોકોન કરતાં ઓછી નિયમિત હોય છે. તેમના ટોચના કોણનું વિતરણ પણ 60° પર મજબૂત લક્ષણ દર્શાવે છે, પરંતુ અન્ય અપેક્ષિત શિખરો, 20° અને 40° પર, ખૂબ નબળા છે અને મોટા ખૂણાઓ માટે વિતરણ કંઈક અંશે વ્યાપક છે. આ તફાવત કુદરતી શંકુના વિવિધ દિવાલ માળખાને આભારી છે. તે દિવાલો પ્રમાણમાં અનિયમિત હોય છે અને તેમાં અસંખ્ય રેખા ખામીઓ (હકારાત્મક-પાંખની ભિન્નતા) હોય છે. આ સીમલેસ શંકુ માટે કોણીય જરૂરિયાતને તોડે છે અને તેથી કોણીય વિતરણને વિસ્તૃત કરે છે. સંભવિત ઉપયોગો કાર્બન નેનોકોનનો ઉપયોગ અલ્ટ્રાફાઇન સોનાની સોયને ઢાંકવા માટે કરવામાં આવે છે. આવી સોયોનો ઉપયોગ તેમની ઉચ્ચ રાસાયણિક સ્થિરતા અને વિદ્યુત વાહકતાને કારણે સ્કેનીંગ પ્રોબ માઇક્રોસ્કોપીમાં વ્યાપકપણે થાય છે, પરંતુ સોનાની ઉચ્ચ પ્લાસ્ટિસિટીને કારણે તેમની ટીપ્સ યાંત્રિક વસ્ત્રો માટે સંવેદનશીલ હોય છે. પાતળા કાર્બન કેપ ઉમેરવાથી તેના અન્ય ગુણધર્મોનો ત્યાગ કર્યા વિના યાંત્રિક રીતે ટોચને સ્થિર કરે છે. સંદર્ભો કાર્બન નેનોપાર્ટિકલ્સ