Optical properties of carbon nanotubes
કાર્બન નેનોટ્યુબના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો સામગ્રી વિજ્ઞાન માટે અત્યંત સુસંગત છે. જે રીતે તે પદાર્થો વિદ્યુતચુંબકીય કિરણોત્સર્ગ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે તે ઘણી બાબતોમાં અનન્ય છે, જેમ કે તેમના વિશિષ્ટ શોષણ, ફોટોલ્યુમિનેસન્સ (ફ્લોરોસન્સ) અને રમન સ્પેક્ટ્રા દ્વારા પુરાવા મળે છે. કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ એ અનન્ય "એક-પરિમાણીય" સામગ્રી છે, જેની હોલો ફાઈબર્સ (ટ્યુબ) એક અનન્ય અને ઉચ્ચ ક્રમાંકિત અણુ અને ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું ધરાવે છે, અને તેને વિશાળ પરિમાણોમાં બનાવી શકાય છે. વ્યાસ સામાન્ય રીતે 0.40 થી 40 એનએમ (એટલે કે, ~ 100 ગણી શ્રેણી) સુધી બદલાય છે. જો કે, લંબાઈ પહોંચી શકે છે, જે લંબાઈ-થી-વ્યાસ ગુણોત્તરને 132,000,000:1 જેટલું ઊંચું સૂચવે છે; જે અન્ય કોઈપણ સામગ્રી દ્વારા અસમાન છે. પરિણામે, કાર્બન નેનોટ્યુબના તમામ ઇલેક્ટ્રોનિક, ઓપ્ટિકલ, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ અને યાંત્રિક ગુણધર્મો અત્યંત અનિસોટ્રોપિક (દિશા આધારિત) અને ટ્યુન કરી શકાય તેવા છે. ઓપ્ટિક્સ અને ફોટોનિક્સમાં કાર્બન નેનોટ્યુબ્સનો ઉપયોગ હજુ પણ અન્ય ક્ષેત્રોની સરખામણીમાં ઓછો વિકસિત છે. કેટલાક ગુણધર્મો કે જે વ્યવહારુ ઉપયોગ તરફ દોરી શકે છે તેમાં સુસંગતતા અને તરંગલંબાઇની પસંદગીનો સમાવેશ થાય છે. દર્શાવવામાં આવેલી સંભવિત એપ્લિકેશનોમાં પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ (એલઇડી), બોલોમીટર અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક મેમરીનો સમાવેશ થાય છે. સીધા ઉપયોગો ઉપરાંત, કાર્બન નેનોટ્યુબના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો તેમના ઉત્પાદન અને અન્ય ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં ખૂબ જ ઉપયોગી થઈ શકે છે. સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક પદ્ધતિઓ પ્રમાણમાં મોટી માત્રામાં કાર્બન નેનોટ્યુબ્સની ઝડપી અને બિન-વિનાશક લાક્ષણિકતાની સંભાવના પ્રદાન કરે છે, જે બિન-ટ્યુબ્યુલર કાર્બન સામગ્રી, ટ્યુબના પ્રકાર અને કિરાલિટી, માળખાકીય ખામીઓ અને અન્ય ઘણા ગુણધર્મોનું વિગતવાર માપન આપે છે જે તે અન્ય એપ્લિકેશનો સાથે સંબંધિત છે. ભૌમિતિક માળખું ચિરલ કોણ એક દિવાલવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (એસડબલ્યુસીએનટી) ની કલ્પના ગ્રેફીન પરમાણુ (ગ્રેફાઇટની એક શીટ) ની પટ્ટી તરીકે કરી શકાય છે અને તેને એક સીમલેસ સિલિન્ડરમાં જોડી શકાય છે. નેનોટ્યુબની રચનાને આ કાલ્પનિક પટ્ટીની પહોળાઈ (એટલે કે, ટ્યુબનો પરિઘ c અથવા વ્યાસ d) અને ષટ્કોણ ગ્રાફિન જાળીના મુખ્ય સમપ્રમાણતા અક્ષોને સંબંધિત પટ્ટીનો કોણ α દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. આ ખૂણો, જે 0 થી 30 ડિગ્રી સુધી બદલાઈ શકે છે, તેને ટ્યુબનો "કાયરલ ખૂણો" કહેવામાં આવે છે. વૈકલ્પિક રીતે, બંધારણને બે પૂર્ણાંક સૂચકાંકો (n, m) દ્વારા વર્ણવી શકાય છે જે તે કાલ્પનિક પટ્ટીની પહોળાઈ અને દિશાને ગ્રાફિન જાળીની મૂળભૂત સંદર્ભ ફ્રેમમાં કોઓર્ડિનેટ્સ તરીકે વર્ણવે છે. જો ગ્રાફિનની કોઈપણ 6 સભ્યોની વીંટીની આસપાસના અણુઓને ક્રમિક રીતે 1 થી 6 સુધી ક્રમાંકિત કરવામાં આવે, તો તે ફ્રેમના બે વેક્ટર u અને v એ અણુ 1 થી અણુ 3 અને 5 માં અનુક્રમે વિસ્થાપન છે. તે બે વેક્ટરની લંબાઈ સમાન હોય છે અને તેમની દિશાઓ 60 ડિગ્રીના અંતરે હોય છે. વેક્ટર ડબલ્યુ = એનયુ + એમવી પછી ગ્રાફિન જાળી પર અનરોલ્ડ ટ્યુબના પરિઘ તરીકે અર્થઘટન કરવામાં આવે છે; તે પટ્ટીની એક ધાર પરના દરેક બિંદુ એ 1 ને બીજી ધાર પરના બિંદુ એ 2 સાથે સંબંધિત કરે છે જે તેની સાથે ઓળખવામાં આવશે કારણ કે પટ્ટી વળેલી છે. કાયરલ ખૂણો α એ પછી u અને w વચ્ચેનો ખૂણો છે. જોડી (n, m) જે અલગ ટ્યુબની રચનાઓનું વર્ણન કરે છે તે 0 ≤ m ≤ n અને n> 0 સાથે છે. ટ્યુબના તમામ ભૌમિતિક ગુણધર્મો, જેમ કે વ્યાસ, કાયરલ કોણ અને સમપ્રમાણતા, આ સૂચકાંકોમાંથી ગણતરી કરી શકાય છે. આ પ્રકાર ટ્યુબની ઇલેક્ટ્રોનિક રચના પણ નક્કી કરે છે. ખાસ કરીને, જો |m-n | એ 3 નો ગુણાંક હોય તો ટ્યુબ ધાતુની જેમ વર્તે છે, અને અન્યથા અર્ધચાલકની જેમ વર્તે છે. વાંકીચૂંકી અને ખુરશીની નળીઓ n = m (કાયરલ કોણ = 30°) સાથે (n, m) પ્રકારની નળીને "આર્મચેર" અને m = 0 (કાયરલ કોણ = 0°) સાથે "વાંકીચૂંકી" કહેવામાં આવે છે. આ નળીઓ અરીસાની સમપ્રમાણતા ધરાવે છે, અને તેને સરળ બંધ માર્ગો (અનુક્રમે "વાંકીચૂંકી" અને "ખુરશી" માર્ગો) ના ઢગલા તરીકે જોઈ શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું કાર્બન નેનોટ્યુબના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો મોટે ભાગે તેમના અનન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક માળખા દ્વારા નક્કી થાય છે. ગ્રેફીન જાળીનું વળવું તે માળખાને એવી રીતે અસર કરે છે જે ભૌમિતિક માળખાના પ્રકાર (એન, એમ) પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છે. એક-પરિમાણીય સ્ફટિકોની લાક્ષણિકતા એ છે કે તેમની સ્થિતિઓની ઘનતા (ડી. ઓ. એસ.) નું વિતરણ એ ઊર્જાનું સતત કાર્ય નથી, પરંતુ તે ધીમે ધીમે નીચે ઉતરે છે અને પછી અસંગત સ્પાઇકમાં વધે છે. આ તીક્ષ્ણ શિખરોને વેન હોવ સિંગ્યુલારિટીઝ કહેવામાં આવે છે. તેનાથી વિપરીત, ત્રિ-પરિમાણીય સામગ્રીમાં સતત DOS હોય છે. વેન હોવ એકલતા કાર્બન નેનોટ્યુબ્સના નીચેના નોંધપાત્ર ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોમાં પરિણમે છેઃ ઓપ્ટિકલ સંક્રમણો v1 − c1, v2 − c2, વગેરે વચ્ચે થાય છે, અર્ધચાલક અથવા ધાતુના નેનોટ્યુબ્સની સ્થિતિઓ અને પરંપરાગત રીતે S11, S22, M11, વગેરે તરીકે લેબલ કરવામાં આવે છે, અથવા, જો ટ્યુબની "વાહકતા" અજ્ઞાત અથવા બિનમહત્વપૂર્ણ હોય, જેમ કે E11, E22, વગેરે. ક્રોસઓવર સંક્રમણો c1 − v2, c2 − v1, વગેરે દ્વિધ્રુવ-પ્રતિબંધિત છે અને તેથી અત્યંત નબળા છે, પરંતુ તેઓ સંભવતઃ ક્રોસ-પોલરાઇઝ્ડ ઓપ્ટિકલ ભૂમિતિ દ્વારા અવલોકન કરવામાં આવ્યા હતા. વેન હોવ એકલતા વચ્ચેની ઊર્જા નેનોટ્યુબની રચના પર આધારિત છે. આમ આ માળખામાં ફેરફાર કરીને, કાર્બન નેનોટ્યુબના ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ગુણધર્મોને ટ્યુન કરી શકાય છે. પોલિમર-વિખેરાયેલા સી. એન. ટી. ના યુવી પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને આવા ફાઇન ટ્યુનિંગને પ્રાયોગિક રીતે દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ઓપ્ટિકલ સંક્રમણો એકદમ તીક્ષ્ણ (~ 10 એમઇવી) અને મજબૂત હોય છે. પરિણામે, ચોક્કસ (એન, એમ) સૂચકાંકો ધરાવતી નેનોટ્યુબ્સને પસંદગીયુક્ત રીતે ઉત્તેજિત કરવી, તેમજ વ્યક્તિગત નેનોટ્યુબ્સમાંથી ઓપ્ટિકલ સંકેતો શોધવાનું પ્રમાણમાં સરળ છે. કટૌરા પ્લોટ ચોક્કસ (એન, એમ) અનુક્રમણિકાઓ ધરાવતી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સની બેન્ડ માળખું સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે. આ ગણતરીઓ પર આધારિત સૈદ્ધાંતિક આલેખ 1999માં હિરોમચી કટૌરા દ્વારા પ્રાયોગિક તારણોને તર્કસંગત બનાવવા માટે તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો. કટૌરા પ્લોટ વ્યાસની શ્રેણીમાં તમામ નેનોટ્યુબ્સ માટે નેનોટ્યુબના વ્યાસ અને તેની બેન્ડગેપ ઊર્જાને સંબંધિત કરે છે. કટૌરા પ્લોટની દરેક શાખાનો દોલન આકાર તેના વ્યાસને બદલે (એન, એમ) સૂચકાંક પર એસડબલ્યુએનટી ગુણધર્મોની આંતરિક મજબૂત નિર્ભરતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, (10,1) અને (8,3) નળીઓનો વ્યાસ લગભગ સમાન હોય છે, પરંતુ ગુણધર્મો ખૂબ જ અલગ હોય છેઃ પહેલું ધાતુ છે, પરંતુ પછીનું અર્ધચાલક છે. ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાં ઓપ્ટિકલ શોષણ પરંપરાગત 3D સામગ્રીમાં શોષણ કરતા અલગ છે, જેમાં શોષણ થ્રેશોલ્ડને બદલે તીક્ષ્ણ શિખરો (1D નેનોટ્યુબ્સ) ની હાજરી દ્વારા શોષણમાં વધારો થાય છે (મોટાભાગના 3D ઘન પદાર્થો). નેનોટ્યુબ્સમાં શોષણ v2 થી c2 (ઊર્જા E22) અથવા v1 થી c1 (E11) સ્તરો વગેરેમાં ઇલેક્ટ્રોનિક સંક્રમણોમાંથી ઉદ્ભવે છે. સંક્રમણો પ્રમાણમાં તીવ્ર હોય છે અને તેનો ઉપયોગ નેનોટ્યુબના પ્રકારોને ઓળખવા માટે થઈ શકે છે. નોંધ લો કે વધતી ઉર્જા સાથે તીક્ષ્ણતા બગડે છે, અને ઘણી નેનોટ્યુબ્સમાં ખૂબ સમાન E22 અથવા E11 ઊર્જા હોય છે, અને આમ શોષણ વર્ણપટમાં નોંધપાત્ર ઓવરલેપ થાય છે. ફોટોલ્યુમિનેસન્સ મેપિંગ માપનમાં આ ઓવરલેપ ટાળવામાં આવે છે (નીચે જુઓ), જે ઓવરલેપ કરેલા સંક્રમણોના સંયોજનને બદલે વ્યક્તિગત (E22, E11) જોડીને ઓળખે છે. નેનોટ્યુબ્સ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, જેમ કે બંડલિંગ, ઓપ્ટિકલ રેખાઓને વિસ્તૃત કરે છે. જ્યારે બંડલિંગ ફોટોલ્યુમિનેસન્સને મજબૂત રીતે અસર કરે છે, ત્યારે તે ઓપ્ટિકલ શોષણ અને રમન સ્કેટરિંગ પર ઘણી નબળી અસર કરે છે. પરિણામે, પછીની બે તકનીકો માટે નમૂનાની તૈયારી પ્રમાણમાં સરળ છે. કાર્બન નેનોટ્યૂબ પાવડરની ગુણવત્તાને માપવા માટે ઓપ્ટિકલ શોષણનો નિયમિતપણે ઉપયોગ થાય છે. સ્પેક્ટ્રમનું વિશ્લેષણ નેનોટ્યુબ-સંબંધિત શિખરો, પૃષ્ઠભૂમિ અને પાઇ-કાર્બન શિખરની તીવ્રતાના સંદર્ભમાં કરવામાં આવે છે; બાદમાંના બે મોટે ભાગે દૂષિત નમૂનાઓમાં નોન-નેનોટ્યુબ કાર્બનમાંથી ઉદ્દભવે છે. જો કે, તાજેતરમાં એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે લગભગ એક કિરાલિટી અર્ધચાલક નેનોટ્યુબ્સને નજીકથી ભરેલા વેન ડેર વાલ્સના બંડલમાં એકત્રિત કરીને શોષણની પૃષ્ઠભૂમિ ઇન્ટરટ્યુબ ચાર્જ ટ્રાન્સફરમાંથી ઉદ્ભવતા મુક્ત વાહક સંક્રમણને આભારી હોઈ શકે છે. બ્લેક બોડી તરીકે કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ એક આદર્શ બ્લેક બોડીમાં 1 ની ઉત્સર્જન અથવા શોષણ હોવું જોઈએ, જે વ્યવહારમાં પ્રાપ્ત કરવું મુશ્કેલ છે, ખાસ કરીને વિશાળ વર્ણપટ શ્રેણીમાં. સિંગલ-વોલ કાર્બન નેનોટ્યુબના ઊભી રીતે ગોઠવાયેલા "જંગલો" દૂર-અલ્ટ્રાવાયોલેટ (200 એનએમ) થી દૂર-ઇન્ફ્રારેડ (200 માઇક્રોન) તરંગલંબાઇ સુધી 0.98-0.99 નું શોષણ કરી શકે છે. આ એસડબલ્યુએનટી જંગલો (બકીપેપર) સુપર-ગ્રોથ સીવીડી પદ્ધતિ દ્વારા લગભગ 10 માઇક્રોન ઊંચાઈ સુધી ઉગાડવામાં આવ્યા હતા. બે પરિબળો આ માળખાઓ દ્વારા મજબૂત પ્રકાશ શોષણમાં ફાળો આપી શકે છેઃ (i) સી. એન. ટી. કિરાલિટીનું વિતરણ વ્યક્તિગત સી. એન. ટી. માટે વિવિધ બેન્ડગેપ્સમાં પરિણમ્યું. આમ બ્રોડબેન્ડ શોષણ સાથે સંયોજન સામગ્રીની રચના થઈ હતી. (2) બહુવિધ પ્રતિબિંબને કારણે તે જંગલોમાં પ્રકાશ ફસાઈ શકે છે. લ્યુમિનેસન્સ ફોટોલ્યુમિનેસન્સ (ફ્લોરોસન્સ) સેમિકન્ડક્ટિંગ સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ ફોટોએક્સાઇટેશન પર નજીકના ઇન્ફ્રારેડ પ્રકાશને બહાર કાઢે છે, જેને એકબીજાના બદલે ફ્લોરોસન્સ અથવા ફોટોલ્યુમિનેસન્સ (પી. એલ.) તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે. પીએલનું ઉત્તેજના સામાન્ય રીતે નીચે પ્રમાણે થાય છેઃ નેનોટ્યુબમાં એક ઇલેક્ટ્રોન એસ 22 સંક્રમણ દ્વારા ઉત્તેજના પ્રકાશને શોષી લે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડી (એક્સાઇટોન) બનાવે છે. ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્ર બંને ઝડપથી (ફોનોન-સહાયિત પ્રક્રિયાઓ દ્વારા) અનુક્રમે c2 થી c1 અને v2 થી v1 સ્થિતિઓમાં આરામ કરે છે. પછી તેઓ c1 − v1 સંક્રમણ દ્વારા ફરીથી જોડાય છે જેના પરિણામે પ્રકાશ ઉત્સર્જન થાય છે. ધાતુની નળીઓમાં કોઈ ઉત્તેજક પ્રકાશ પેદા કરી શકાતો નથી. તેમના ઇલેક્ટ્રોન ઉત્તેજિત થઈ શકે છે, આમ ઓપ્ટિકલ શોષણમાં પરિણમે છે, પરંતુ ધાતુમાં ઉપલબ્ધ ઘણા ઇલેક્ટ્રોનમાંથી છિદ્રો તરત જ અન્ય ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા ભરવામાં આવે છે. તેથી, કોઈ ઉત્તેજના ઉત્પન્ન થતી નથી. એસડબલ્યુએનટીના મુખ્ય ગુણધર્મો ફોટોલ્યુમિનેસન્સ, તેમજ ઓપ્ટિકલ શોષણ અને રમન સ્કેટરિંગ, ટ્યુબ અક્ષ સાથે રેખીય રીતે ધ્રુવીકૃત થાય છે. આ સીધા સૂક્ષ્મ નિરીક્ષણ વિના એસડબલ્યુએનટીના અભિગમની દેખરેખની મંજૂરી આપે છે. પીએલ ઝડપી છેઃ છૂટછાટ સામાન્ય રીતે 100 પિકોસેકન્ડ્સની અંદર થાય છે. પી. એલ. કાર્યક્ષમતા પહેલા ઓછી (~0.01%) હોવાનું જણાયું હતું, પરંતુ પછીના અભ્યાસોમાં ઘણી વધારે ક્વોન્ટમ ઉપજ માપવામાં આવી હતી. નેનોટ્યુબ્સની માળખાકીય ગુણવત્તા અને અલગતામાં સુધારો કરીને, ઉત્સર્જન કાર્યક્ષમતામાં વધારો થયો છે. ગ્રેડિયન્ટ સેન્ટ્રીફ્યુગેશન દ્વારા વ્યાસ અને લંબાઈ દ્વારા વર્ગીકૃત કરાયેલ નેનોટ્યુબ્સમાં 1 ટકાની ક્વોન્ટમ ઉપજ નોંધવામાં આવી હતી, અને દ્રાવણમાં વ્યક્તિગત નેનોટ્યુબ્સને અલગ કરવાની પ્રક્રિયાને શ્રેષ્ઠ બનાવીને તેને વધારીને 20 ટકા કરવામાં આવી હતી. પી. એલ. ની વર્ણપટ શ્રેણી ઘણી વિશાળ છે. ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇ નેનોટ્યુબની રચનાના આધારે 0.8 અને 2.1 માઇક્રોમીટરની વચ્ચે બદલાઈ શકે છે. એક્ઝીટોન્સ દેખીતી રીતે એક કિરાલિટી બંડલ્સમાં અનેક નેનોટ્યુબ્સ પર અલગ કરવામાં આવે છે કારણ કે ફોટોલ્યુમિનેસન્સ સ્પેક્ટ્રમ ઇન્ટરટ્યુબ એક્ઝીટોન ટનલિંગ સાથે સુસંગત વિભાજન દર્શાવે છે. નેનોટ્યુબ્સ વચ્ચે અથવા નેનોટ્યુબ્સ અને અન્ય સામગ્રી વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પી. એલ. ને શાંત કરી શકે છે અથવા વધારી શકે છે. બહુ-દિવાલવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાં કોઈ પી. એલ. જોવા મળતું નથી. ડબલ-વોલ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાંથી પી. એલ. તૈયારીની પદ્ધતિ પર ભારપૂર્વક આધાર રાખે છેઃ સી. વી. ડી. ઉગાડવામાં આવતા ડી. ડબલ્યુ. સી. એન. ટી. આંતરિક અને બાહ્ય શેલોમાંથી ઉત્સર્જન દર્શાવે છે. જો કે, ફુલરીનને એસ. ડબલ્યુ. એન. ટી. માં સમાવિષ્ટ કરીને અને એનેલિંગ દ્વારા ઉત્પાદિત ડી. ડબલ્યુ. સી. એન. ટી. માત્ર બાહ્ય શેલોમાંથી પી. એલ. દર્શાવે છે. સબસ્ટ્રેટ પર પડેલા અલગ-અલગ એસ. ડબલ્યુ. એન. ટી. અત્યંત નબળા પી. એલ. દર્શાવે છે જે માત્ર થોડા અભ્યાસોમાં જ મળી આવ્યા છે. સબસ્ટ્રેટમાંથી ટ્યુબને અલગ કરવાથી પી. એલ. માં ભારે વધારો થાય છે. (S22, S11) પી. એલ. શિખરોની સ્થિતિ નેનોટ્યૂબ વાતાવરણ (હવા, વિખેરણ, વગેરે) પર સહેજ (2 ટકાની અંદર) આધાર રાખે છે. જો કે, પરિવર્તન (એન, એમ) સૂચકાંક પર આધાર રાખે છે, અને આમ સમગ્ર પી. એલ. નકશો માત્ર પરિવર્તન જ નહીં, પરંતુ સી. એન. ટી. માધ્યમને બદલવા પર પણ વળાંક લે છે. રમન સ્કેટરિંગ રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં સારું અવકાશી રીઝોલ્યુશન (~ 0.5 માઇક્રોમીટર) અને સંવેદનશીલતા (સિંગલ નેનોટ્યુબ્સ) હોય છે; તેને માત્ર ન્યૂનતમ નમૂનાની તૈયારીની જરૂર હોય છે અને તે માહિતીપ્રદ હોય છે. પરિણામે, રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી કદાચ કાર્બન નેનોટ્યુબની લાક્ષણિકતાની સૌથી લોકપ્રિય તકનીક છે. એસ. ડબલ્યુ. એન. ટી. માં રમન સ્કેટરિંગ પ્રતિધ્વનિત હોય છે, એટલે કે, માત્ર તે જ ટ્યુબ્સની તપાસ કરવામાં આવે છે જેમાં ઉત્તેજક લેસર ઊર્જાની સમાન બેન્ડગેપ્સ હોય છે. નીચે ચર્ચા કર્યા મુજબ, કેટલાક સ્કેટરિંગ મોડ્સ એસડબલ્યુએનટી સ્પેક્ટ્રમ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. ફોટોલ્યુમિનેસન્સ મેપિંગની જેમ, ઉત્તેજના પ્રકાશની ઊર્જાને રમણ માપનમાં સ્કેન કરી શકાય છે, આમ રમણ નકશા ઉત્પન્ન થાય છે. તે નકશામાં અંડાકાર આકારની લાક્ષણિકતાઓ પણ હોય છે જે વિશિષ્ટ રીતે (એન, એમ) સૂચકાંકોને ઓળખે છે. પી. એલ. થી વિપરીત, રમન મેપિંગ માત્ર અર્ધચાલક જ નહીં પણ ધાતુની નળીઓ પણ શોધી કાઢે છે, અને તે પી. એલ. કરતા નેનોટ્યુબના જોડાણ માટે ઓછું સંવેદનશીલ છે. જો કે, ટ્યુન કરી શકાય તેવા લેસર અને સમર્પિત સ્પેક્ટ્રોમીટરની જરૂરિયાત એક મજબૂત તકનીકી અવરોધ છે. રેડિયલ બ્રીદિંગ મોડ (આરબીએમ) નેનોટ્યુબના રેડિયલ વિસ્તરણ-સંકોચનને અનુરૂપ છે. તેથી, તેની આવર્તન νRBM (cm−1 માં) નેનોટ્યુબના વ્યાસ d તરીકે, νRBM A/d + B (જ્યાં A અને B સ્થિરાંકો છે તે પર્યાવરણ પર આધારિત છે જેમાં નેનોટ્યુબ હાજર છે. ઉદાહરણ તરીકે, વ્યક્તિગત નેનોટ્યુબ્સ માટે B = 0.) (નેનોમીટરમાં) અને એસ. ડબલ્યુ. એન. ટી. અથવા ડી. ડબલ્યુ. એન. ટી. માટે અંદાજ લગાવી શકાય છે, જે આર. બી. એમ. સ્થિતિમાંથી સી. એન. ટી. વ્યાસ કાઢવામાં ખૂબ જ ઉપયોગી છે. લાક્ષણિક આરબીએમ શ્રેણી 100-350 cm−1 છે. જો આરબીએમની તીવ્રતા ખાસ કરીને મજબૂત હોય, તો તેનો નબળો સેકન્ડ ઓવરટોન બમણી આવર્તન પર જોઇ શકાય છે. બંડલિંગ મોડ એ આરબીએમનું એક વિશેષ સ્વરૂપ છે જે માનવામાં આવે છે કે એસડબલ્યુએનટીના બંડલમાં સામૂહિક કંપનમાંથી ઉદ્દભવે છે. જી મોડ અન્ય ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ મોડ એ જી મોડ (ગ્રેફાઇટમાંથી જી) છે. આ સ્થિતિ કાર્બન અણુઓના સમતલીય સ્પંદનોને અનુરૂપ છે અને મોટાભાગની ગ્રેફાઇટ જેવી સામગ્રીમાં હાજર છે. એસ. ડબલ્યુ. એન. ટી. માં જી બેન્ડને ગ્રેફાઇટ (1580 સે. મી.-1) ની સરખામણીમાં નીચી આવર્તનમાં ખસેડવામાં આવે છે અને તે કેટલાક શિખરોમાં વહેંચાયેલું છે. વિભાજન પેટર્ન અને તીવ્રતા ટ્યુબની રચના અને ઉત્તેજના ઊર્જા પર આધાર રાખે છે; તેમનો ઉપયોગ કરી શકાય છે, જોકે આરબીએમ મોડની તુલનામાં ઘણી ઓછી ચોકસાઈ સાથે, ટ્યુબના વ્યાસનો અંદાજ કાઢવા માટે અને ટ્યુબ ધાતુ અથવા અર્ધવાહક છે કે કેમ. ડી મોડ ડી મોડ તમામ ગ્રેફાઇટ જેવા કાર્બનમાં હાજર છે અને માળખાકીય ખામીઓમાંથી ઉદ્દભવે છે. તેથી, જી/ડી પદ્ધતિઓનો ગુણોત્તર પરંપરાગત રીતે કાર્બન નેનોટ્યુબ્સની માળખાકીય ગુણવત્તાને માપવા માટે વપરાય છે. ઉચ્ચ ગુણવત્તાની નેનોટ્યુબ્સમાં આ ગુણોત્તર 100 કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે. નેનોટ્યુબના ઓછા કાર્યાત્મકકરણ પર, જી/ડી ગુણોત્તર લગભગ અપરિવર્તિત રહે છે. આ ગુણોત્તર નેનોટ્યુબના કાર્યાત્મકકરણનો ખ્યાલ આપે છે. જી 'મોડ આ મોડનું નામ ભ્રામક છેઃ તે આપવામાં આવે છે કારણ કે ગ્રેફાઇટમાં, આ મોડ સામાન્ય રીતે જી મોડ પછી બીજો સૌથી મજબૂત હોય છે. જો કે, તે વાસ્તવમાં ખામી-પ્રેરિત ડી મોડનો બીજો ઓવરટોન છે (અને તેથી તાર્કિક રીતે તેને ડી 'નામ આપવું જોઈએ). વિવિધ પસંદગીના નિયમોને કારણે તેની તીવ્રતા ડી મોડ કરતાં વધુ મજબૂત છે. ખાસ કરીને, આદર્શ નેનોટ્યુબમાં ડી મોડ પ્રતિબંધિત છે અને તેને પ્રેરિત કરવા માટે ચોક્કસ કોણીય વેગના ફોનોન પ્રદાન કરતી માળખાકીય ખામીની જરૂર પડે છે. તેનાથી વિપરીત, જી 'મોડમાં ફોનોનની "સ્વ-વિનાશકારી" જોડીનો સમાવેશ થાય છે અને તેથી તેમાં ખામીની જરૂર પડતી નથી. જી 'મોડની વર્ણપટની સ્થિતિ વ્યાસ પર આધારિત છે, તેથી તેનો ઉપયોગ એસડબલ્યુએનટી વ્યાસનો અંદાજ કાઢવા માટે કરી શકાય છે. ખાસ કરીને, જી 'મોડ એ ડબલ-વોલ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાં ડબલ્ટ છે, પરંતુ લાઇનના વિસ્તરણને કારણે ડબલ્ટ ઘણીવાર વણઉકેલાયેલી હોય છે. અન્ય ઓવરટોન્સ, જેમ કે ~ 1750 સે. મી. −1 પર આરબીએમ + જી મોડનું સંયોજન, સીએનટી રમણ વર્ણપટમાં વારંવાર જોવા મળે છે. જો કે, તેઓ ઓછા મહત્વપૂર્ણ છે અને અહીં ધ્યાનમાં લેવામાં આવતા નથી. એન્ટી-સ્ટોક્સ સ્કેટરિંગ ઉપરોક્ત તમામ રમન સ્થિતિઓને સ્ટોક્સ અને એન્ટી-સ્ટોક્સ સ્કેટરિંગ બંને તરીકે જોઈ શકાય છે. ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, સી. એન. ટી. માંથી રમનનું સ્કેટરિંગ પ્રકૃતિમાં પ્રતિધ્વનિત છે, એટલે કે. માત્ર એવી નળીઓ કે જેમની બેન્ડ ગેપ ઊર્જા લેસર ઊર્જા જેવી જ હોય છે તે ઉત્તેજિત થાય છે. તે બે ઊર્જાઓ વચ્ચેનો તફાવત, અને આમ વ્યક્તિગત નળીઓના બેન્ડ ગેપનો અંદાજ સ્ટોક્સ/એન્ટી-સ્ટોક્સ રેખાઓના તીવ્રતા ગુણોત્તર પરથી લગાવી શકાય છે. જોકે આ અંદાજ તાપમાન પરિબળ (બોલ્ટ્ઝમેન પરિબળ) પર આધાર રાખે છે, જે ઘણીવાર ખોટી ગણતરી કરવામાં આવે છે-માપમાં કેન્દ્રિત લેસર બીમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે અભ્યાસ કરેલા નમૂનાના એકંદર તાપમાનમાં ફેરફાર કર્યા વિના સ્થાનિક રીતે નેનોટ્યુબ્સને ગરમ કરી શકે છે. રેલે સ્કેટરિંગ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સનો એસ્પેક્ટ રેશિયો ખૂબ મોટો હોય છે, એટલે કે, તેમની લંબાઈ તેમના વ્યાસ કરતા ઘણી મોટી હોય છે. પરિણામે, શાસ્ત્રીય વિદ્યુતચુંબકીય સિદ્ધાંત પરથી અપેક્ષા મુજબ, સીધા સી. એન. ટી. દ્વારા સ્થિતિસ્થાપક પ્રકાશ સ્કેટરિંગ (અથવા રેલે સ્કેટરિંગ) એ અનિસોટ્રોપિક કોણીય અવલંબન ધરાવે છે, અને તેના વર્ણપટમાંથી, વ્યક્તિગત નેનોટ્યુબ્સના બેન્ડ ગેપનો અંદાજ લગાવી શકાય છે. રેલે સ્કેટરિંગનું બીજું સ્વરૂપ "એન્ટેના ઇફેક્ટ" છે, સબસ્ટ્રેટ પર ઊભેલા નેનોટ્યુબ્સની શ્રેણીમાં પ્રતિબિંબિત પ્રકાશના ચોક્કસ કોણીય અને વર્ણપટ વિતરણ હોય છે, અને તે બંને વિતરણ નેનોટ્યુબની લંબાઈ પર આધારિત હોય છે. પ્રયોગશાળામાં એક જ નેનોટ્યૂબ પર આધારિત પ્રકાશ ઉત્સર્જક ડાયોડ (એલઇડી) અને ફોટો-ડિટેક્ટર્સ તૈયાર કરવામાં આવ્યા છે. તેમની વિશિષ્ટ વિશેષતા કાર્યક્ષમતા નથી, જે હજુ પ્રમાણમાં ઓછી છે, પરંતુ ઉત્સર્જનની તરંગલંબાઇમાં સાંકડી પસંદગી અને પ્રકાશની શોધ અને નેનોટ્યૂબ માળખા દ્વારા તેના ફાઇન ટ્યુનિંગની સંભાવના છે. વધુમાં, એક દિવાલવાળા કાર્બન નેનોટ્યુબના સમૂહ પર બોલોમીટર અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક મેમરી ઉપકરણોની અનુભૂતિ કરવામાં આવી છે. ફોટોલ્યુમિનેસન્સનો ઉપયોગ લાક્ષણિકતાના હેતુઓ માટે નમૂનામાં અર્ધવાહક નેનોટ્યૂબ પ્રજાતિઓના જથ્થાને માપવા માટે થાય છે. ઇન્ટરટ્યુબ શમનને ઘટાડવા માટે યોગ્ય રાસાયણિક એજન્ટ ("વિખેરનાર") નો ઉપયોગ કરીને નેનોટ્યુબ્સને અલગ કરવામાં આવે છે (વિખેરવામાં આવે છે). પછી પી. એલ. માપવામાં આવે છે, ઉત્તેજના અને ઉત્સર્જન ઊર્જા બંનેને સ્કેન કરે છે અને ત્યાં પી. એલ. નકશો બનાવે છે. નકશામાં અંડાકાર (S22, S11) જોડીને વ્યાખ્યાયિત કરે છે, જે ટ્યુબના (n, m) અનુક્રમણિકાને અનન્ય રીતે ઓળખે છે. વેઇઝમેન અને બેચિલોનો ડેટા પરંપરાગત રીતે ઓળખ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. બાયોમેડિકલ એપ્લિકેશન્સમાં ઇમેજિંગ અને સેન્સિંગના હેતુઓ માટે નેનોટ્યૂબ ફ્લોરોસન્સની તપાસ કરવામાં આવી છે. સંવેદીકરણ પી. એલ. કાર્યક્ષમતા સહિત ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોને કાર્બનિક રંગો (કેરોટિન, લાઇકોપીન, વગેરે) ને સમાવીને સુધારી શકાય છે. ટ્યુબની અંદર. કેપ્સ્યુલેટેડ રંગ અને નેનોટ્યૂબ વચ્ચે કાર્યક્ષમ ઊર્જા સ્થાનાંતરણ થાય છે-પ્રકાશ રંગ દ્વારા અસરકારક રીતે શોષાય છે અને નોંધપાત્ર નુકસાન વિના એસડબલ્યુએનટીને સ્થાનાંતરિત થાય છે. આમ સંભવિત રીતે, કાર્બન નેનોટ્યુબના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોને તેની અંદર ચોક્કસ પરમાણુને આવરી લઈને નિયંત્રિત કરી શકાય છે. આ ઉપરાંત, એન્કેપ્સ્યુલેશન કાર્બનિક અણુઓના અલગતા અને લાક્ષણિકતાને મંજૂરી આપે છે જે આજુબાજુની પરિસ્થિતિઓમાં અસ્થિર હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, રમન સ્પેક્ટ્રા તેમના મજબૂત પી. એલ. (100% ની નજીકની કાર્યક્ષમતા) ને કારણે રંગોમાંથી માપવા અત્યંત મુશ્કેલ છે. જો કે, એસ. ડબલ્યુ. એન. ટી. ની અંદર રંગના અણુઓનું આવરણ રંગ પી. એલ. ને સંપૂર્ણપણે શાંત કરે છે, આમ તેમના રમણ વર્ણપટના માપન અને વિશ્લેષણને મંજૂરી આપે છે. કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ કેથોડોલ્યુમિનેસન્સ (સી. એલ.)-ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા ઉત્તેજિત પ્રકાશ ઉત્સર્જન-સામાન્ય રીતે ટીવી સ્ક્રીનમાં જોવા મળતી પ્રક્રિયા છે. ઇલેક્ટ્રોન બીમ સારી રીતે કેન્દ્રિત કરી શકાય છે અને અભ્યાસ કરેલી સામગ્રીમાં સ્કેન કરી શકાય છે. આ તકનીકનો વ્યાપક ઉપયોગ નેનોમીટર-સ્કેલ અવકાશી રીઝોલ્યુશન સાથે સેમિકન્ડક્ટર્સ અને નેનોસ્ટ્રક્ચર્સમાં ખામીઓનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે. આ તકનીકને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ પર લાગુ કરવી ફાયદાકારક રહેશે. જોકે, કોઈ વિશ્વસનીય સી. એલ. એટલે કે. કાર્બન નેનોટ્યુબ્સમાંથી હજુ સુધી ચોક્કસ (એન, એમ) સૂચકાંકોને નિર્ધારિત તીક્ષ્ણ શિખરો મળી આવ્યા છે. ઇલેક્ટ્રોલ્યુમિનેસન્સ જો યોગ્ય વિદ્યુત સંપર્કો નેનોટ્યૂબ સાથે જોડાયેલા હોય, તો સંપર્કોમાંથી ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોને ઇન્જેક્શન આપીને ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડીઓ (એક્સાઇટોન) પેદા કરી શકાય છે. અનુગામી ઉત્તેજના પુનઃસંયોજન ઇલેક્ટ્રોલ્યુમિનેસન્સ (EL) માં પરિણમે છે. એકલ નેનોટ્યુબ્સ અને તેમની મેક્રોસ્કોપિક એસેમ્બલીઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોલ્યુમિનેસન્ટ ઉપકરણોનું ઉત્પાદન કરવામાં આવ્યું છે. E11 અને E22 સંક્રમણોને અનુરૂપ અલગ શિખરો આપતા ત્રિપલ-ત્રિપલ વિનાશ દ્વારા પુનઃસંયોજન આગળ વધતું જણાય છે. બહુ-દિવાલો ધરાવતી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (એમડબલ્યુએનટી) માં બહુવિધ દિવાલો ધરાવતી કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (એમડબલ્યુએનટી) હોઈ શકે છે, જેમાં ઘણી નેસ્ટેડ સિંગલ-વોલ્ડ ટ્યુબ્સ હોઈ શકે છે, અથવા એક જ ગ્રાફિન સ્ટ્રીપ હોઈ શકે છે, જે સ્ક્રોલની જેમ ઘણી વખત વળેલી હોય છે. તેમનો અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ છે કારણ કે તેમના ગુણધર્મો તમામ વ્યક્તિગત શેલોના યોગદાન અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા નક્કી થાય છે, જે વિવિધ રચનાઓ ધરાવે છે. વધુમાં, તેમને સંશ્લેષણ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિઓ નબળી રીતે પસંદ કરવામાં આવે છે અને તેના પરિણામે ખામીઓ વધુ થાય છે. આ પણ જુઓ કાર્બન બકીપેપરના એલોટ્રોપ્સ ફોટોવોલ્ટેઇક્સમાં કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ ગ્રાફિન હિરોમીચી કટૌરા કાર્બન નેનોટ્યુબ્સના યાંત્રિક ગુણધર્મો કાર્બન નેનોટ્યુબ્સના નેનોફ્લાવર સંભવિત ઉપયોગો રેઝોનન્સ રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી 2014માં ઉત્પન્ન થયેલ પદાર્થ સિંગલ-વોલ્ડ નેનોટ્યુબ્સનું પસંદગીયુક્ત રસાયણશાસ્ત્ર વેન્ટાબ્લેક; જાણીતા કાળા પદાર્થોમાંથી એક સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (ન્યૂ જર્નલ ઓફ ફિઝિક્સ) પર મુક્ત-ડાઉનલોડ લેખોની પસંદગી એચ. કટૌરાના પ્રકાશનો-જૂનામાંથી ઘણા ડાઉનલોડ કરી શકાય તેવા કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ બ્લેક બોડી (AIST નેનો ટેક 2009) કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ છે.