Carbon nanocone
कार्बन नैनोकोन शंक्वाकार संरचनाएँ हैं जो मुख्य रूप से कार्बन से बनी होती हैं और जिनका कम से कम एक आयाम एक माइक्रोमीटर या उससे छोटा होता है। नैनोकोनों की ऊँचाई और आधार व्यास परिमाण के समान क्रम के होते हैं; यह उन्हें नोक वाले नैनोवायरों से अलग करता है जो उनके व्यास से बहुत लंबे होते हैं। नैनोकोन प्राकृतिक ग्रेफाइट की सतह पर पाए जाते हैं। एक प्लाज्मा मशाल के साथ हाइड्रोकार्बन को विघटित करके भी खोखले कार्बन नैनोकोन का उत्पादन किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी से पता चलता है कि शंकुओं का प्रारंभिक कोण (शीर्ष) मनमाना नहीं है, लेकिन लगभग 20°, 40° और 60° के पसंदीदा मान हैं। इस अवलोकन को लिपटे हुए ग्राफीन शीट से बने शंकु दीवार के एक मॉडल द्वारा समझाया गया था, जहां निर्बाध कनेक्शन के लिए ज्यामितीय आवश्यकता स्वाभाविक रूप से अर्ध-विविक्त चरित्र और शंकु कोण के पूर्ण मूल्यों के लिए जिम्मेदार थी। एक संबंधित कार्बन नैनोफॉर्म एकल-दीवार वाला कार्बन नैनोहॉर्न है जो आम तौर पर आकार में कुल 80-100 nm बनाता है। मुक्त खोखला शंकु इतिहास और संश्लेषण कार्बन नैनोकोन एक औद्योगिक प्रक्रिया में उत्पादित होते हैं जो हाइड्रोकार्बन को 2000 डिग्री सेल्सियस से अधिक प्लाज्मा तापमान वाले प्लाज्मा टॉर्च के साथ कार्बन और हाइड्रोजन में विघटित करता है। इस विधि को अक्सर क्वार्नर कार्बन ब्लैक एंड हाइड्रोजन प्रोसेस (सीबीएच) के रूप में संदर्भित किया जाता है और यह अपेक्षाकृत "उत्सर्जन-मुक्त" है, यानी, वायु प्रदूषकों की अपेक्षाकृत कम मात्रा का उत्पादन करता है। निश्चित रूप से, अच्छी तरह से अनुकूलित और पेटेंट की गई स्थितियों में, ठोस कार्बन उत्पादन में लगभग 20 प्रतिशत कार्बन नैनोकोन, 70 प्रतिशत फ्लैट कार्बन डिस्क और 10 प्रतिशत कार्बन ब्लैक होते हैं। हाइड्रोकार्बन के प्लाज्मा-सहायता प्राप्त अपघटन को लंबे समय से जाना और लागू किया गया है, उदाहरण के लिए, कार्बन फुलरीन के उत्पादन के लिए। भले ही अनुकूलित नहीं किया गया हो, यह कम मात्रा में कार्बन नैनोकोन का उत्पादन करता है, जिसे 1994 में पहले से ही एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ सीधे देखा गया था, और उनकी परमाणु संरचना को सैद्धांतिक रूप से उसी वर्ष मॉडल किया गया था। मॉडलिंग खुले कार्बन शंकु को एक लिपटे हुए ग्राफीन शीट के रूप में मॉडल किया जा सकता है। तनाव-मुक्त, निर्बाध रैपिंग के लिए, एक क्षेत्र को शीट से काटना पड़ता है। उस क्षेत्र का कोण n × 60° होना चाहिए, जहाँ n = 1,., 5। इसलिए, परिणामी शंकु कोण में केवल निश्चित, असतत मान होने चाहिए α = 2 आर्कसिन (1−n/6) = 112.9 °, 83.6°, 60.0°, 38.9°, और n = 1,., 5 के लिए 19.2°, क्रमशः। ग्राफीन शीट पूरी तरह से कार्बन षट्कोण से बनी होती है जो एक निरंतर शंकु टोपी नहीं बना सकती है। फुलरीन की तरह, एक घुमावदार शंकु की नोक बनाने के लिए पेंटागन को जोड़ा जाना चाहिए, और उनकी संख्या अनुरूप रूप से n = 1,., 5 है। अवलोकन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी अवलोकन असतत शंकु कोणों के मॉडल भविष्यवाणी की पुष्टि करते हैं। हालांकि दो प्रयोगात्मक कलाकृतियों पर विचार किया जाना चाहिएः (i) इलेक्ट्रॉन किरण के तहत खराब संचालन करने वाले कार्बन नमूनों को चार्ज करना, जो छवियों को धुंधला कर देता है और (ii) एक निश्चित नमूना झुकाव पर इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी अवलोकन केवल द्वि-आयामी प्रक्षेपण प्राप्त करते हैं जबकि एक 3 डी आकार की आवश्यकता होती है। शंकु को कुछ नैनोमीटर मोटाई की धातु परत से लेप करके पहली बाधा को दूर किया जाता है। दूसरी समस्या को ज्यामितीय आकार विश्लेषण के माध्यम से हल किया जाता है। शंकुओं की संख्या पर महत्वपूर्ण आंकड़ों के साथ, यह अर्ध-विविक्त शीर्ष कोण उत्पन्न करता है। सीमित माप सटीकता और इसकी लंबाई के साथ शंकु की मोटाई में मामूली भिन्नता के कारण उनके मान भविष्यवाणी से लगभग 10 प्रतिशत विचलित हो जाते हैं। शंकु दीवार की मोटाई का पूर्ण मूल्य 10 और 30 एनएम के बीच भिन्न होता है, लेकिन कुछ नैनोकोन के लिए 80 एनएम जितना बड़ा हो सकता है। शंकु दीवारों की संरचना को स्पष्ट करने के लिए, विभिन्न शंकु अभिविन्यासों पर इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न दर्ज किए गए थे। उनके विश्लेषण से पता चलता है कि दीवारों में अनाकार कार्बन से ढकी क्रमबद्ध सामग्री का 10-30% होता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी से पता चलता है कि क्रमबद्ध चरण में ग्राफीन की लगभग समानांतर परतें होती हैं। लगभग 2700 डिग्री सेल्सियस तापमान पर शंकुओं को एनीलिंग करके अनाकार अंश को अच्छी तरह से क्रमबद्ध ग्रेफाइट में परिवर्तित किया जा सकता है। सी. बी. एच. प्रक्रिया द्वारा उत्पादित खुले कार्बन नैनोकोन की उल्लेखनीय विशेषता सीधी दीवारों और गोलाकार आधारों के साथ उनका लगभग आदर्श आकार है। गैर-आदर्श शंकु भी देखे जाते हैं, लेकिन ये अपवाद हैं। ऐसा ही एक विचलन एक "दोहरा" शंकु था, जो ऐसा प्रतीत होता था जैसे कि एक शंकु अपनी नोक से एक निश्चित शीर्ष कोण के साथ बढ़ने लगा (जैसे। 84°), लेकिन फिर अचानक शीर्ष कोण बदल गया (जैसे। 39° तक) इसकी सतह पर एक ही बिंदु पर, इस प्रकार शंकु के देखे गए क्रॉस-सेक्शन में एक ब्रेक पैदा करता है। एक अन्य विसंगति एक शंकु थी जिसका शीर्ष एक बिंदु से एक रेखा खंड तक फैला हुआ था, जैसा कि विस्तारित कॉफी फिल्टर में (सपाट रूप चित्र में दिखाया गया है)। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले ग्रेफाइट की सतह पर 1968 या उससे भी पहले अन्य शंकु कार्बन शंकु भी देखे गए हैं। उनके आधार ग्रेफाइट से जुड़े होते हैं और उनकी ऊंचाई 1 से 40 माइक्रोमीटर से कम होती है। उनकी दीवारें अक्सर घुमावदार होती हैं और प्रयोगशाला में बने नैनोकोन की तुलना में कम नियमित होती हैं। उनके शीर्ष कोण का वितरण भी 60° पर एक मजबूत विशेषता दिखाता है, लेकिन अन्य अपेक्षित शिखर, 20° और 40° पर, बहुत कमजोर हैं और बड़े कोणों के लिए वितरण कुछ हद तक व्यापक है। इस अंतर का श्रेय प्राकृतिक शंकुओं की विभिन्न दीवार संरचना को दिया जाता है। वे दीवारें अपेक्षाकृत अनियमित होती हैं और उनमें कई रेखा दोष (सकारात्मक-वेज विचलन) होते हैं। यह एक निर्बाध शंकु के लिए कोणीय आवश्यकता को तोड़ता है और इसलिए कोणीय वितरण को व्यापक बनाता है। संभावित अनुप्रयोग कार्बन नैनोकोन का उपयोग अल्ट्राफाइन सोने की सुइयों को ढंकने के लिए किया गया है। इस तरह की सुइयों का व्यापक रूप से स्कैनिंग प्रोब माइक्रोस्कोपी में उनकी उच्च रासायनिक स्थिरता और विद्युत चालकता के कारण उपयोग किया जाता है, लेकिन सोने की उच्च प्लास्टिसिटी के कारण उनकी नोकें यांत्रिक रूप से खराब हो जाती हैं। एक पतली कार्बन कैप जोड़ने से अपने अन्य गुणों का त्याग किए बिना टिप को यांत्रिक रूप से स्थिर कर देता है। संदर्भ कार्बन नैनोपार्टिकल्स