Οι νανοσωλήνες αισθάνονται την θερμότητα

Από σελίδα του PhysicsWeb, 6 Φεβρουαρίου 2002

Ερευνητές στην Ιαπωνία έχουν χρησιμοποιήσει νανοσωλήνες από άνθρακα για να κάνουν θερμόμετρα που πληρώνονται με υγρό γάλλιο. Τα νανοθερμόμετρα αυτά θα αυξήσουν πολύ το εύρος των θερμοκρασιών που θα μπορεί να μετρηθεί στα μικροσκοπικά συστήματα. Με μια διάμετρο 75 nm, τα θερμόμετρα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε μια ευρεία ποικιλία μικρο-περιβαλλόντων (Nature 415 599). Υ Gao και Υ Bando, 2002).

Εργαζόμενοι στο Εθνικό Ίδρυμα της Ιαπωνίας για την Επιστήμη Υλικών, οι Yihua Gao και Yoshio Bando διαπίστωσαν ότι το ύψος μιας στήλης υγρού γαλλίου σε ένα νανοσωλήνα ποικίλλει γραμμικά με τη θερμοκρασία, ακριβώς όπως κάνει ο υδράργυρος στα συμβατικά θερμόμετρα. Αυτό επιτρέπει να διαβαστεί η θερμοκρασία επί τόπου χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ανίχνευσης για να μετρήσει το ύψος του γαλλίου.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το γάλλιο μέσα στους νανοσωλήνες διαστέλλεται γρήγορα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία – ακριβώς όπως το γάλλιο κάνει σε μια μακροσκοπική κλίμακα – αν και το σημείο τήξης του ποικίλλει πολύ σε διαφορετικές κλίμακες μεγέθους. Σε αντίθεση με το γάλλιο, οι τοίχοι του νανοσωλήνα από άνθρακα διαστέλλονται πολύ λίγο καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται.

Σε μικροσκοπική κλίμακα, το γάλλιο είναι ένα υγρό πάνω από μια μεγάλη περιοχή θερμοκρασιών, και αυτό δίνει στο νανοθερμόμετρο μια κλίμακα μέτρησης 323 – 823 βαθμούς Kelvin, που συγκρίνεται με το εύρος 4 – 80 Kelvin που καλύπτεται από τα υπάρχοντα θερμόμετρα νανοκλίμακας.

Τα νανοθερμόμετρα φτιάχθηκαν χρησιμοποιώντας έναν φούρνο ραδιοσυχνοτήτων (μικροκυμάτων) για να αντιδράσουν οι ατμοί οξειδίων του γαλλίου με τον ατμό μονοξειδίου άνθρακα μέσα σε μια χοάνη άνθρακα, κάτω από μια ροή αερίου αζώτου, σε μια θερμοκρασία 1073 Kelvin.

Ο νανοσωλήνας από άνθρακα είναι φύλλα από μόρια γραφίτη που τυλίγονται σε έναν κύλινδρο και που καλύπτονται και στις δύο άκρες, που σχηματίζονται με τη θέρμανση του άνθρακα. Κατά μήκος τους είναι τόσο ισχυροί όσο και το διαμάντι.