نانوتکنولوژی 



x

نانوتکنولوژی



معدلت چند شد؟
طرح تفكيك جنسيتي در دانشگاه ها
محل گردهمایی دانشجویان مدیریت بازرگانی
کنکور یا زندگی ؟
دانشجويان خودشون رو اينجا معرفي كنن
Ⓜ🎓👷🚄 «کافه مومنتوم» 🚄👷🎓Ⓜ

آیا قدرت مطلق، فساد می‌آورد؟
چرا جامعه ما شاد نیست !! روشهاي شاد زيستن...
سخنان کوتاهی از روانشناسان بزرگ
لبخند بزنید تا بهتون بگم چرا ?
همجنسگرایی بیماری نیست
وقت آن رسیده که "راز"(The secret) را برایتان آشکار سازیم!
حمایت از ما | مشهدهاست
`

نانوتکنولوژی




نانوتکنولوژی
نانو تکنولوژی علم روز جذاب و پرکاربرد در اکثر علوم

دید کلی

نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری همچون یک تیغ دولبه است که می‌توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره‌گیری از این فناوری شناخت دقیق‌تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت‌‌های آن است که می‌توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد. این فناوری جدید هنوز ، حتی برای متخصصان ، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهام آن را ضخیمتر می‌کند و راه را برای گمانزنی‌های متنوع هموار می‌سازد.

تاریخچه

تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید بشر گردید. از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آی.بی.ام موفق شدند 35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوت‌ها و رشته‌های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازک‌تر و مقاوم‌تر تولید کنند.

عقاید مختلف درباره نانو تکنولوژی

افرادی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولای فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره‌های یونان باستان ، مرگ و نابودی برای ابنای بشر در پی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی‌های حاصل از این فناوری می‌توان عالم را گلستان کرد. در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا ، آمریکا و ژاپن با بودجه‌ای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می‌شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند.

اهمیت نانو تکنولوژی

در قلمرو نانو تکنولوژی اتمها و ذرات رفتاری غیر متعارف از خود به نمایش می‌گذارند و از آنجا که کل طبیعت از همین ذرات تشکیل شده است، شناخت نحوه عمل آنها ، به یک معنا شناخت بهتر نحوه شکل گیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی که در این قلمرو به کاوش مشغولند، به یک اعتبار با خالق هستی و نقشه شگفت انگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا می‌کنند، اما از آنجا که دانایی توانایی به همراه می‌آورد، شناسایی رازهای هستی می‌تواند توان فوق‌العاده‌ای را در اختیار کاشفان این رازها قرار دهد.

مواد بنیادی نانو تکنولوژی

ساخت یک نوع مولکول جدید کربن موسوم به باکمینستر فولرین یا کربن- 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر کرد. محققان با کمک این مولکول که خواص حیرت انگیز آن هنوز در درست بررسی است، لوله‌های موئینه‌ای در مقیاس نانو ساخته‌اند که می‌تواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یک میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسی‌هایی که در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه‌ای را آشکار کرده است.

سخن آخر

به عنوان مثال ذرات سیلیکن در ابعاد نانو از خود نور ساتع می‌کنند و لایه‌های فولاد در این مقیاس از استحکام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردار هستند. برخی شرکتها از هم اکنون بهره برداری از برخی یافته‌های نانو تکنولوژی را آغاز کرده‌اند. به عنوان نمونه شرکت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می‌کند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید


-----------------------------------
برای شروع از دانشنامه رشد آغاز کردم

05-07-2007


1:

تعريف فناوري نانو از منابع مختلف


تعريف فناوري نانو از منابع مختلف يك نانومتر يك هزارم ميكرون است و اگر بخواهيم احساس فيزيكي نسبت به آن داشته باشيم مي‌توان گفت كه يك نانومتر 80000/1قطر موي انسان مي‌باشد اما اين تعريف مقياس نانو، نمي تواند مقايسه درستي باشد چرا که ضخامت موي انسان با توجه خصوصيات فردي هرانسان از چند ده ميكرومتر تا چند صدميكرومتر متغير مي‌باشد.
بنابراين نياز به يك استاندارد براي بيان مفهوم مقياس نانو وجود دارد. با ايجاد ارتباط ميان اندازه اتم‌ها و مقياس نانو مي‌توان يك نانومتر را راحت‌ترتصوركرد. يك نانومتر برابر قطر 10 اتم هيدروژن و يا 5 اتم سيلسيم مي‌باشد. درك اين موضوع براي افراد معمولي نيز راحت‌تر مي‌باشد. علي‌رغم اينكه درك اندازه يك اتم براي افراد غيرعلمي ساده نمي‌باشد، با اينحال اندازه دقيق اتم براي فهماندن اين مقياس زياد اهميت ندارد. چيزي كه با اين تشابه مشخص مي‌شود، اين است كه نانوفناوريعبارت است از:
دستكاري كوچكترين اجزاء ماده يا اتم‌ها

1. Merriam-Webster's Collegiate Dictionary
2. Engines of Creation
3. The About.com
4. Webopedia's definition of nanotechnology
5. Whatisit.com
6. NNI)nano.gov)


ادامه دارد....

2:

1. Merriam-Webster's Collegiate Dictionary
فناوري نانو عبارت است از هنر دستكاري مواد در مقياس اتمي يا مولكولي و به خصوص ساخت قطعات و لوازم ميكروسكوپي (مانند روبات‌هاي ميكروسكپي)

2. Engines of Creation
فناري نانو فناوري است كه بر پايه دستكاري تك‌تك اتم‌ها و مولكول‌ها استوار است بدين منظور كه بتوان ساختاري پيچيده را با خصوصيات اتمي توليد كرد.

3. The About.com

تعريف فناوري نانو: توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتي كه اندازه آنها تنها چند نانومتر است. تحقيق بر روي قطعات و ادوات بسيار كوچك كه خواصشان به خواص الكترونيكي اين قطعات وابسته است و خواص الكتريكي آنها احتمالاً متأثر از حركت تعداد معدودي الكترون در طي عملكرد قطعه مي‌باشد. اين ادوات، سريع‌تر از ادوات بزرگتر عمل مي‌كنند. مسأله قابل توجه اين است كه مي‌توان چنين ساختارهاي در ابعاد مولكولي را به كمك انتخاب مناسب مراحل واكنش‌هاي شيميايي توليد كرد. همچنين مي‌توان چنين ساختارهايي را از طريق دستكاري اتم‌ها روي سطح به وسيله ميكروسكوپ‌هاي نيروي اتمي بدست آورد.

و ..... (منابع دیگه رو هم لازم باشه میگم)

3:

نانوتکنولوژي چيست ؟
در حالي که تعاريف زيادي براي فناوري نانو وجود دارد ، ‌‌nni تعريفي را براي فناوري نانو ارائه مي دهد که در برگيرنده هر سه تعريف ذيل باشد.
1- توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي ، مولکولي و يا ماکرومولکولي در مقياس اندازه اي 1 تا 100 نانومتر.
2 – خلق و استفاده از ساختارها و ابزار و سيستمهايي که به خاطر اندازه کوچک يا حد ميانه آنها، خواص و عملکرد نويني دارند .
3 – توانايي کنترل يا دستکاري در سطوح اتمي .

4:

لاذم به ذکره که.NNI.
National Nanotechnology Initiative
برنامه ‌‌اي است كه آمريكا مي‌‌خواهد به وسيله آن رهبري خود را در زمينه نانوفناوري جهان تثبيت كند.
جهت گيري اين برنامه در زمينه‌‌هاي پزشكي، اقتصادي، امنيت ملي است. همچنين Nni ازطرح‌‌هاي تحقيقات بنيادي براي فهم بهتر پديده های ابعادِ نانو و تسهیلِ توسعه فناوري نانو حمايت مي‌‌كند.

5:

ما در این زمینه در چه سطحی از تکنولو÷ی قرار داریم

6:

ماهيت فرارشته‌اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با دقت اتم و مولكول، موجب تعريف كاربردهاي بسياري زيادي در عرصه‌هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوتكنولوژي كاربردهاي بسياري را در حوزه‌هاي دارو و غذا و بهداشت، درمان بيماريها، محيط‌زيست، انرژي، الكترونيك، كامپيوتر و اطلاعات، مواد، ساخت و توليد، هوافضا، بيوتكنولوژي و كشاورزي و امنيت ملي و دفاع برشمرده‌اند. به همين دليل بر تمام فناوريها تأثير گذاشته و دير يا زود بايد شاهد محصولات آنها بود. به عنوان نمونه در بخش پزشكي و بهداشت، يك زمينه كاري بسيار مهم، سيستم توزيع دارو در داخل بدن مي‌باشد. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است در حالي كه سلولهاي خاصي از بدن نيازمند آن مي‌باشند. در روش جديد دارو با وسايل ترزيق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلولهاي مشخص جهت‌گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي‌شود. با همين مكانيزم، بيماريهاي بزرگ و كوچك در آغاز شكل‌گيري قابل تشخيص و درمان خواهند بود. يا در بخش مواد، پروژه‌هايي در دست كار مي‌باشد كه موادي با وزن بسيار كم و خواص بسيار مناسب توليد شوند. كاربرد اين مواد در ساختمان، خودرو، هواپيما و بسياري از ملزومات زندگي انسانها ديده خواهد شد. بنابراين عرصه بسيار وسيع نانوتكنولوژي كه زندگي انسانها را نيز در برخواهد گرفت، خود القاءكننده اين نتيجه خواهد بود كه نمي‌توان به روي آن چشم بست.

7:

پنج تحول برتر فناوری نانو

متن اين مقاله به صورت pdf قابل دريافت مي باشد(نانوتکنولوژی)


منابع

1- www.forbes.com

2- ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

8:

کاربرد نانوتکنولوژی در درمان عفونت خون

نانوتکنولوژی طی ۱۰ سال گذشته گستره وسیعی پیدا کرده و تقریبا بر همه شاخه های علوم اعمال اثر نموده است و اکنون جلودار تحقیقات پزشکی است.به گزارش باشگاه خبرنگاران جوان جام جم آن لاین نوشت : واقعیت این است که نانومدیسین را می توان به سه طبقه اساسی تقسیم کرد که شامل ابزار کوچک ، روشهای تشخیصی و انتقال دارو هستند.نسل بعدی تکنولوژِ های نانو مدیسین برای فراهم ساختن روشهای تشخیصی پیوسته و مرتبط و روشهای درمانی در حال گسترش است.تحقیقات برای ایجاد سیستم های طراحی شده در مقیاس نانو که سلولهای بیمار (مثلا سرطانی) را جستجو می کنند صورت می گیرد. یکی از کاربردهای مهم نانوتکنولوژِی در درمان مسومیت خون یا همان سپسیس است.امروزه همودیالیز سریع تر و بطور موثرتر انجام می پذیرد و این امر بوسیله فیلترهایی به شکل فیبرهای توخالی منفذ دار که امکان عبور پلاسمای خون را از ریز ساختارها فراهم می سازند ، صورت می گیرد.در مورد سپسیس (عفونت خون) زنده ماندن بیماران اغلب به سرعت حذف ماده سمی از خونشان بستگی دارد.سیستمهای موجود وقت گیرند. پیش از تخلیص پلاسما اجزاء سلولی خون باید جدا شوند.برای این کار خون از بدن به واحد جداسازی پلاسمی هدایت می شود. تنها پس از این مرحله است که اندوتوکسین ها (سموم باکتریایی) را می توان از پلاسما حذف نمود.این فرآیند دو مرحله ای مستلزم استفاده از تجهیزات تکنیکی و نیازمند مراقبت از بیمار توسط پرسنل پزشکی است.روشهای دیگر نیز هستند که در آن خون از سطوحی می گذرد که به اندوتوکسین ها متصل می شوند اما این فرآیند ها مورد تایید نیستند چرا که منجر به تداخل بین سلولهای خون و گروههای اتصال که در سطوح فوق قرار دارند می شود.در روش جدید که اساس آن استفاده از علم نانوتکنولوژی است ، چنین مشکلاتی ایجاد نمی شود.اساس آن پوشاندن انتخابی غشاهای فیبر توخالی با لایه های در مقیاس نانو برای استفاده در همودیالیز است.خون از طریق یک دسته فیبرهای توخالی سازگار باخون عبور داده می شود. قطر هر فیبر تقریبا ۵۰۰ میکرومتر است و دارای منافذی با قطر ۰.۲ میکرومتر است.این منافذ فیبر توخالی را به یک فیلتر تبدیل می کنند و برای عبور سلولهای خونی بسیار کوچکند اما امکان عبور پلاسما را می دهند.طی عبور از منافذ ، اندوتوکسین ها به جایگاههای اتصال بر روی دیواره های منفذ دار می چسبند و لذا غلظت آنها در پلاسما کاهش می یابد.این محل های اتصال که اندازه آنها فقط چند نانومتر است در سطح خارجی فیبر قرار دارند. سطح فیبر نیز با لایه ای از جایگاههای اتصال برای اندوتوکسین ها پوشیده شده است.اگر تقریبا ۵۰۰۰ فیبر در یک نمونه باشد ، تعداد محل اتصال برای تخلیص حجم کامل خون یک بیمار وجود خواهد داشت.البته اصل روش آسان بنظر می رسد اما مشکلاتی در تولید غشاهای فیبر توخالی وجود دارد چرا که سطح داخلی آنها باید کاملا فاقد محل اتصال باشد.در غیر اینصورت سلولهای خون با آنها تداخل کرده و منجر به فعال سازی ناخواسته ترومبوسیتها می شود که این نیز بنوبه خود منجر به انعقاد خون می شود.بنابراین باید فرآیندی دنبال شودکه طی آن تنها سمت بیرونی و منافذ فیبرهای توخالی و نه دیواره های داخلی پوشیده از جایگاههای اتصال شود.



باشگاه خبرنگاران جوان

9:

به نظر مي‌رسد فناوري نانو يک روند بدون توقف بوده و نياز به واحدها و بلوک‌هاي ساختماني نانومقياس مشخصي دارد. الکساندر بيتنر که کار او همراه با همکارانش در موسسه مکس پلانک و تيم وج در دانشگاه اشتوتگارت منجر به پيشرفت بزرگي شده است، مي‌گويد: «يک مشکل عمومي در زمينه سنتز نانوساختارها تغيير اشياي نانومقياس در موقعيت‌هاي خاص است». همانگونه که در مجله Angewndte Chemie گزارش شده است، اين دانشمندان توانسته‌اند انتهاي ميله‌هاي نانومقياس را از طريق اتصال انتخابي نانوذرات طلا به انتهاي ويروس‌هاي لوله‌اي به طور انتخابي تغيير دهند. مي‌توان با استفاده از يک روش رسوب‌دهي بدون جريان برق، انتهاي طلايي را بزرگ کرده و ساختارهاي دمبل مانندي ايجاد کرد. ساختار کاملاً متقارن و توزيع يکنواخت اندازه مولکول‌هاي زيستي همانند DNA و شبه ارگانيزم‌هايي همانند ويروس‌ها، آنها را به قالب‌هاي ايده‌اي براي جايدهي دقيق نانوساختارها و سنتز نانومواد ساختاري مبدل مي‌سازد. دانشمندان اشتوتگارت براي آزمايشات خود از ويروس موزائيک تنباکو که يک ويروس گياهي بي‌‌ضرر به شکل يک لوله به طول 300 نانومتر است، استفاده کردند. اين دانشمندان سوسپانسيوني از اين ويروس را با يک مايع حاوي ذرات بسيار ريز طلا به نام سل طلا مخلوط کردند. ذرات طلا در سل مولکول‌هاي سيترات را روي سطح خود حمل مي‌کنند. بررسي‌هاي انجام شده با ميکروسکوپ الکتروني چيز جالبي را مشخص کرد: تک‌نانوذرات طلا تنها به انتهاي ويروس‌ها متصل مي‌شوند. دليل اين امر در RNA، ماده ژنتيکي ويروس، نهفته است. وج مي‌گويد: «در ويروس موزائيک تنباکو RNA معمولاً در لايه‌هاي عميق پوسته پروتئيني قرار دارد، ولي اين امر در انتهاي لوله ويروس صدق نمي‌کند». در حقيقت ثابت شد که ذرات طلا به روش مشابهي به RNA آزاد متصل مي‌شوند. بيتر و همکارانش فرض را بر اين گذاشتند که بازهاي آروماتيک RNA موجب اتصال سيترات روي سطح طلا به سطح ويروس مي‌شوند.
http://physorg.com/news94979176.html

10:

از مشاهیر نانو

دكتر ريچارد فيليپس فاينمن
در 11 مي سال 1918 در منهتن نيويورك چشم به جهان گشود. فاينمن در طول سال‌هاي تحصيلش بر روي رياضيات و علوم بسيار مطالعه مي‌كرد زيرا پدرش مي‌خواست كه او يك معلم فيزيك شود. وي همچنين براي آزمايش در زمينه الكتريسيته يك آزمايشگاه در خانه‌اش برپا كرد. فاينمن از نمادهاي رياضياتي خودش براي توابع Sin، Cos، tanو F(x) استفاده مي‌كرد.
فاينمن در دبيرستان فار راك اوي (Far Rock away) به تحصيل پرداخت و در سال آخر دبيرستان برنده جايزه رياضي دانشگاه نيويورك شد. پس از اتمام دبيرستان او تمايل به ادامه تحصيل داشت اما به جز انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT) بقيه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و يهودي‌بودنش از پذيرش وي سرباز زدند. فاينمن در سال 1935 وارد MIT شد و در سال 1939 فارغ‌التحصيل ليسانس فيزيك گرديد. در سال 1942 وي پس از كاركردن بر روي ساخت بمب اتمي (1942-1941) دكتراي خود را از دانشگاه پرينستون دريافت نمود. او پس از دريافت مدرك دكترايش به لوس‌آلاموس (Los Alamos) رفت تا كار بر روي بمب اتمي را ادامه دهد. سپس فاينمن به رياست بخش تئوري منسوب شد. در سال 1945 فاينمن به عنوان استاد فيزيك تئوري در دانشگاه كرنل (Cornell) به فعاليت پرداخت. در بين سال‌هاي 1952 تا 1959 به عنوان استاد مهمان (Visiting Professor) درس فيزيك تئوري در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا (Caltech) به نام ريچارد چيس تولمن (Richard chase Tolman) مشغول به كار شد. بعد از آن سال تا زمان مرگش در سمت استاد فيزيك تئوري در آن دانشگاه مشغول کار بود.
جايزه آلبرت انيشتن از دانشگاه پرينستون به سال 1954، جايزه آلبرت انيشتن از كالج پزشكي و جايزه لورنس (Lawrence) در سال 1963 جوايزي بودكه ريچارد فاينمن موفق به اخذ آنها گرديد. وي در سال 1965 به خاطر توسعه‌دادن الكتروديناميك كوانتوم که تئوري اثر متقابل ذرات و اتم‌ها را در ميدان‌هاي تشعشعي بيان مي‌كند به شهرت رسيد. وي در قسمتي از كارهايش آنچه را كه امروزه به نام "دياگرام فاينمن" ناميده مي‌شود، ترسيم نمود. اين دياگرام نمودار مكان- زمان اثر متقابل ذرات را نشان مي‌دهد. به خاطر اين كار وي جايزه نوبل را درآن سال به همراه جي- اسكوينجر (J-Schwinger) و اس. آي. توموناجا (S.I. Tomonaga) اخذ كرد.
بعدها در طول زندگيش هنگامي كه به گروه تحقيق حادثه انفجار شاتل چنجر پيوست و دو كتاب خاطراتش را كه پرفروش‌ترين كتاب‌ها شدند، منتشر كرد به چهره برجسته‌اي تبديل شد.
پروفسور فاينمن عضو انجمن فيزيك آمريكا، انجمن آمريكايي علوم پيشرفته و آكادمي ملي علوم بود. او همچنين در سال 1965 به عنوان عضو خارجي انجمن سلطنتي انگلستان انتخاب شد.
در سال1959 ايشان مقاله‌اي را درباره قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. فاينمن درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت.
عنوان سخنراني وي اين بود «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد. يعني ابعاد آن را به اندازه 25000/1 ابعاد واقعيش كوچك كرد. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد) او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود. وي در پايان سخنرانيش 1000 دلار براي اختراع اولين الكتروموتوري كه ابعادش حداكثر 64/1اينچ مكعب باشد، پيشنهاد داد. جايزه‌اي كه براي اولين كسي كه بتواند ابعاد يك صفحه كتاب را به اندازه ابعاد اصليش كوچك كند، تعيين كرد. ابعاد اين صفحه كتاب مي‌بايست به اندازه‌اي باشد كه بتوان آن را به كمك يك ميكروسكوپ الكتروني خواند. اين ايده‌ها در سال‌هاي 1960 و 1985 تحقق يافتند و جايزه‌هاي آنها نيز پرداخت شد.
ريچارد فاينمن با گوند هوارد (Gwenth Howarth) ازدواج كرد كه ثمره اين ازدواج يك پسر به نام كارل ريچارد (Corl Richard) (متولد 22 آوريل 1961) و يك دختر به نام ميشل كاترين (Michell Cathrine) (متولد 13 آگوست سال 1968) بود. متأسفانه فاينمن در سال 1988 به خاطر سرطان شكم در مركز پزشكي لوس‌آنجلس درگذشت. ياد فاينمن همواره به خاطر گشودن دريچه‌اي نو در قلمرو علم فيزيك به سوي ما، در ذهن‌ها باقي مي‌ماند.

نانوتکنولوژی


لینک های مربوطه:
متن سخنراني معروف فاينمن ( ترجمه شده به فارسي نانوتکنولوژی زبان اصلينانوتکنولوژی)آثار و انتشارات فاينمن و آثاري در باره او (نانوتکنولوژی)
زندگينامه ريچارد. پي. فاينمن(زبان اصلينانوتکنولوژی)



================================================== =====
کتابها:

نانوتکنولوژی
  1. Surely You're Joking, Mr. Feynman!(نانوتکنولوژی)
  2. What DoYou CareWhat Other People Think?(نانوتکنولوژی)
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ +++++++++++



منبع:http://www.irannano.org

11:

از دیگر مشاهیر نانو


ريچارد ارت اسمالي نانوتکنولوژی ريچارد ارت اسمالي در 6 ژوئن سال 1943 در آكرن اوهايو به دنيا آمد. ابتدا به كالج هوپ رفت و پس از آن در دانشگاه ميشيگان مشغول به تحصيل شد و در سال 1965 ليسانش را از همان دانشگاه دريافت نمود. وي در سال 1973 موفق به اخذ دكترا از دانشگاه پرينستون شد. وي استاد شيمي دانشگاه رايس (Rice) مي‌باشد. وي در سال 1996 به خاطر كشف فولرين (كربن 60) به همراه روبرت كورل استاد شيمي دانشگاه رايس و هارولد كروتو استاد دانشگاه ساسكس موفق به اخذ جايزه نوبل شيمي گرديد. او هم اكنون بر روي نانو لوله‌هاي كربني و امور مرتبط با فناوري نانو كار مي‌كند و صاحب نظري خبره در زمينه ايده فناوري نانو مولكولي مي‌باشد.
زمينه هاي تحقيقاتينانوتکنولوژی Single Wall Carbon Nanotube Single-Crystal Growth
Funding: Department of Energy
Synthesis, Purification, and Assembly of Carbon Single Wall Nanotube Fibers
Funding: Office of Naval Research
Molecular Science of Fullerene Nanotubes
Funding: National Science Foundation - Focused Research Group
Collaborating Organizations: University of California, Los Angeles

Fullerene Nanostructures
Funding: The Welch Foundation
Advanced Nanotechnology Materials and Applications
Funding: National Aeronautics and Space Administration
Nanotubes at the Wet/Dry Interface
Funding: National Science Foundation - Nanoscale Science and Engineering Center
متن سخنراني ريچارد اسمالي درتاريخ 7 دسامبر 1996 به خاطر کسب جايزه نوبل شيمي براي کشف فولرين (نانوتکنولوژی)
مجموعه آثار و انتشارات (نانوتکنولوژی) زندگينامه ريچارد اسمالي (زبان اصلينانوتکنولوژی) فولرين چيست؟(نانوتکنولوژی)



منبع : ستاد توسعه فناوری نانو

12:


13:

پنجره هاي هوشمند


تصور كنيد كه در یکی از گرمترین روزهای آفتابی در تابستان، نور خورشيد مستقیما به اتاق شما می تابد و هیچ راه گریزی به جز استفاده از پنجره هايی با شیشه های دودي برای متعادل تر کردن گرما و نور اتاق ندارید. همچنین دوست دارید تا تنها زمانی که نور شدت دارد شیشه درست مانند عینک های فتوکرومیک دودی شوند.
امروزه این کار با استفاده از الكتروکروماتيك ها انجام مي شود كه موادي هستند كه رنگ آنها در اثر جريان الكتريكي تغيير مي کنند. جريان الكتريسته با ايجاد واكنش شيميايي سبب تغییرات خصوصيات مواد می شود و کاری می کند تا آنها نور را جذب يا منعكس كنند. امروزه از صنعت الكترونيك در ساخت اين نوع از شیشه های پنجره استفاده می شود.
زمانی که نور خورشيد به شيشه ها می تابد جريان الکتريکی برقرار و سبب مي شود تا يونها از لايه ذخيره يوني به سمت لايه هدايت يوني حركت کرده به لايه الكتروكروماتيكي رجعت کنند و شيشه را کدر و تیره نمایند. با قطع الكتريسته فرایند برعكس عمل کرده شيشه مجدداً شفاف مي‌شود. يكي از ويژگی مواد الكتروكروماتيكی قابليت تنظيم آنهاست به طوري كه مي توان شدت كدري آنها را با تغيير مقدار جريان تنظيم كرد.
نانوتکنولوژی
NTERA يك شركت لهستاني است که توسط كالج دانشگاهي دوبلين تاسيس شده است و راه حلي براي اين مورد يافته است. آنها موفق به ساخت نمايشگرهاي نانوكروماتيك شده اند. اساس این نمایشگرها درست مانند آنچه در الكتروكروماتيكها شرح داده شد می باشد با این تفاوت که در ساخت آنها از فناوری نانو استفاده شده است. نانوکروماتیکها داراي ذراتی در مقياس نانو هستند كه مي توانند به سرعت روشن و خاموش شوند. پايداري دو طرفه فرآیند سبب می شود که در مصرف انرژي نیز صرفه جويي شود. در این نوع از نمايشگرها از دي اكسيد تيتانيوم (ماده شيميايي كه سبب سفيد شدن كاغذ مي‌شود) استفاده شده كه كانتراست خوبي دارد. این نوع از نمایشگرها در آینده ای نه چندان دور جایگزین نمایشگرهای فعلی شده و تحول عظیم در دنیای تلویزیون و نمایشگرها ایجاد می کند.
نانوتکنولوژی


نویسنده: محبوبه مهدیخانی _ باشگاه نانو

14:

سلام لعيا جان من درمورد نانوتكنولوژي تحقيق كردم و كمي در موردش البته به صورت خيلي ابتدايي چيزايي فهميدم الان هم از راهنماييات واقعا متشكرم

15:

سلام خواهش میکنم
خوشحالم ...امیدوارم موفق باشی
در ضمن اگر دوست داشتی خوشحال میشم نت هایی که نوشتی ما هم مطالعه کنیم

16:

كسي اين جا هس برا تبادل افكاردرمورد نانو تكنولوژي؟

17:

نانو تكنولوژي با استفاده از ساختارهاي ملكولي پيچيده مانند سلول انسان و 100 برابر محكم تر از فولاد, آغازگر يك تحول صنعتي خواهد بود.
به گزارش بخش خبر شبكه فن آوري اطلاعات ايران، به نقل ازجام جم آنلاين، اين تكنولوژي جديد, از طريق دستكاري اتم ها, محصولات جديد وروش ساخت آنها را تغيير مي دهد, به طوري كه مواد حاصل, كوچكتر, محكم و سبك باشند.
تاكنون تنها محصولات اندكي بر اين اساس توليد شده اند كه از آن جمله مي توان پارچه هاي مقاوم در برابر رنگ آميزي و بسته بندي هاي مواد غذايي تازه را نام برد كه وارد بازار شده اند. اما برخي دانشمندان پيش بيني مي كنند نانو تكنولوژي بالاخره تنها فن آوري باقي, خواهد بود.
به گفته جرج استفانو پالس, استاد مهندسي شيمي در انستيتوي تكنولوژي ماساچوست اين فن آوري فراگير خواهد شد. وي با انعكاس نظر ديگر طرفداران نانوتكنولوژي اظهار مي دارد كه كشورهاي صنعتي در همه جنبه هاي صنعت از اين علم بهره مي جويند.
يك نانو مقياس يك ميليونيم متر يا حدودا به اندازه 10 اتم هيدروژن است. و اين معادل با يك هشتادهزارم قطر موي انسان است.
اكنون دانشمندان به كمك ميكروسكپ هاي پيشرفته مي توانند اتم هاي مجزا را جايي كه مايلند, قرار دهند. كاربردهاي بالقوه نانو تكنولوژي بسيارند كه از آن جمله به كامپيوترهاي ميكروسكپي, آنتن هاي كشنده سرطان و موتورهاي غيرآلوده كننده ماشين ها مي توان اشاره كرد.
http://www.iritn.com/?action=show&type=news&id=5893

18:

اينم وبلاگ من درمورد نانو تكنولوژي
http://nano-onsorian.blogfa.com/

19:

لعيا جان فكر كنم برا اين كه تو نانو تكنولوژي مهارت به دست بيارم ابتدا بايد يه چيزايي از فيزيك كوانتومي بلد باشم
درسته؟
چون كه من تو مطالعاتم فعلا تو مشكل گير كردم
در ضمن متشكرم بخ اطر راهنمايياي قبليت

20:

سلام سمانه جان خوشحالم که سفت وسخت چسبیدی به این موضوع
از آخرین صحبتی که تویاهو داشتیم چند ماه میگذره ومعلومه حسابی کارمیکنی وبلاگت رو هم دیدم برای شروع خوب بود
راستش سمانه جان نانو یکی از علوم پایه وبنیادیه که در همه رشته ها کاربرد پیدا میکنه بله درسته برای اینکه ریشه نانو وابتدای نانو را درک کنیم باید به علوم پایه وزیر بنایی مثل همین فیزیک کوانتوم روی بیاریم

من برات آرزوی موفقیت میکنم وحتم دارم که حتمادراین رشته که خیلی هم جذابه موفق خواهی شد

درضمن تایادم نرفته من هم درحال طراحی یک سایت باموضوع نانو هستم نصف کارش تموم شده ادامش روهم دارم کارمیکنم به محض اینکه تموم شد وبارگزاری کردم لینکش رو برات میفرستم


پیروز باشی ازصمیم قلب امیدوارم به هدفت برسی

21:


یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط
ریچارد فاینمن (R.Feynnman) ، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل
جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.



نانوتکنولوژی




چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟

خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ
روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در
مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.



نانوتکنولوژی




منافع نانوتکنولوژی چیست؟

مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز می‌شوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... .

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
  1. محصولات خود_اسمبل
  2. کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
  3. اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
  4. سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
  5. نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
  6. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
  7. احیاء و سازماندهی اراضی
برخی کاربردها




نانوتکنولوژی




مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان ­دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند
قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می­پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه­سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.



نانوتکنولوژی

مدل ‌سازی خاک‌ رس

محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.



نانوتکنولوژی



دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.

شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می­شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.


محدودیتهای این روشها چیست؟


در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها.


22:

نانو چيست؟

نانوتکنولوژی قرن بیست ویکم، قرن فناوری نانو مهمترین دوران صنعت به شمار می رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جویی و آرامش نامیده می شود. نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مقیاس است، کوچک شدن یک مقیاس، نانو یک میلیاردم متر است به اندازه ای کوچک که دیده نمی شود اما باتاثیری بسیار بزرگ در زندگی انسان.
در مقیاس نانو خواص فیزیکی، شیمیایی وبیولوژیکی تک تک اتم ها، ملکول ها باخواص توده ماده متفاوت است، نانوذرات درچنین مقیاس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پیدایش دستاوردهای نوینی درعلوم پزشکی و مهندسی می شوند.
به طورخلاصه نانو تکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی – ملکولی و ساخت موادی با خواص کاملا" متفاوت درابعاد نانو است. تعریف دیگر نانوتکنولوژی "با آرایش دادن ودستکاری اتم ها ساخت مواد مورد نظراست". نانومتر، (یک میلیاردم متر) به اندازه چیدن 5الی10 اتم درکنار یگدیگر است، مکعبی باابعاد 2.5 نانومتر تقریبا" 1000 اتم راشامل می شود. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا" متفاوت است. نانو در ملکولهای ماده انرژی بالایی را ایجاد می کند به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شود.
تاریخچه فناوری نانو
فناوری نانو حدود نیم قرن پیش، در دهه های آخر قرن بیستم همراه با توسعه فناوری های نوین تصویربرداری، دستکاری و شبیه سازی ماده در مقیاس اتمی پدید آمده است. نانو در گذشته فیزیک اتمی نامیده می شد، پس از کابردی شدن آن، نام آن نانوشد، به همین دلیل نانو یک علم جدید نیست، اما کاربردی شدن آن زندگی انسان رادگرگون ساخت. ایده نانوتکنولوژی رابرای اولین بارEric Drexler به دنیا عرضه نمود، او درآزمایشگاه مشهورMIT متعلق به انستیتوForesight مطالعات خود را باسیستم ها بیولوژیکی شروع کرده وسپس متوجه شد که می توان دستگاه های ملکولی تولید کرد بدین ترتیب ایده نانو تکنوژلوی به نام او ثبت شد. اصطلاح "نانو" برگرفته از یونان قدیم است وبه معنی" کوتوله" بوده است.

جايگاه فناوري نانو در علوم مهندسی
علم میان رشته ای نانوتقریبا" تمامی علوم مهندسی وپزشکی رادر برگرفته است. تاکنون بیشترین کاربرد را درصنایع سنگین، بهداشت، نساجی و کشاورزی داشته ودر صنایعی نظیر رنگ، اتومبیل، کامپیوتر، شیمی، تصفیه آب وغیره نیز درحال توسعه است. محصولات نساجی حاصل از فناوری نانو در کشورهای آلمان وانگلیس بیشترین رواج رادارند. تولید کفش ها و لباس هایی که با حفظ گرمای بدن وتاثیر درگردش خون، باعث کاهش خستگی وراحتی می شوند نیز ازدستاوردهای سحرآمیزعلم نانو است.
ساخت، دستکاری و آنالیز نانو- سیستم ها، توابع مختلفی راکه قبلا" از وجود آن بی خبر بوده ایم آشکارو استفاده مفید وعرضه آنها به بشر باعث پیشرفت‌های ارزنده ای دراستانداردهای زندگی می شود. مهندسی سیستم‌های خلاء پیشرفته وایجاد توانایی های علمی در علوم مهندسی و پزشکی از قبیل; نمایش، تطبیق نیروهای مکانیکی و تعیین مشخصات آنها درسطح نانو، شروع وخاتمه تثبیت وپی گیری انجام کارهای مختلف در نانو ثانیه ها، بررسی پیشرفت تکنیک های آنالیتیکی مانند; آنالیزهای شیمیایی در ابعاد نانو وازطرفی فرصت دست یابی علوم مهندسی به نانوسنسورها، عناصرحافظه وتجهیزدستگاه‌های جدید وموثردرعلم پزشکی ازدستاوردهای این فناوری است.
نانوتکنولوژی
فولرین C60) Fulleren)به دلیل ساختار خاص آن کاربردهای بسیاری؛ ازجمله عناصر حافظه در صنعت کامپیوتر و روان‌کننده‌های جامد در روغن موتوررا دارا می باشد.
تاثیرات فناوری نانو در زندگي انسان
بهره گیری از خواص ماده درمقیاس نانو، نویدبخش فواید و منافعی می باشد که موجب تحولات اساسی در زندگی انسان می شود. صرفه جوئی در مصرف انرژی، صرفه جویی اقتصادی، صرفه جویی در زمان، تامین محصول بیشتر باهزینه کمتر، افزایش کیفیت محصول ودرنتیجه افزایش کیفیت واستانداردهای زندگی، ایجاد زندگی سالم، کاهش وابستگی های اقتصادی به سایر تکنولوژی های پیشرفته وافزایش درآمدهای ملی از جمله فوایدی است که می توان نام برد.
بودجه صرف شده در فناوری نانو درسال 2008 مبلغ 8/6 میلیارد دلارواین بودجه برای سال 2015 به میزان یک تریلیون دلاروبرای سال 2020 چهاربرابراین رقم پیش بینی شده است.
نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی

23:

کوچک زیباست!


زیبایی نانوفناوری در ابعاد اتمی



نانو از یک کلمه یونانی (به معنای چیزی کوچکتر از اندازه معمولی) گرفته شده است. واژه "نانوتکنولوژی" به معنی استفاده کردن از چیزهایی در گستره 1 تا 100 نانومتر است. این فناوری هم مانند بسیاری دیگر از تعاریف تکنیکی، پرسش های بسیاری ایجاد کرده است که برای بسیاری از آنان هنوز پاسخ روشن و واضحی وجود ندارد. در اصل یک نانومتر طولی است برابر با 9-10 *1 متر، به عبارت دیگر یک میلیاردم متر. برای درک بهتر این عبارت می توان به این نکته توجه داشت که قطر تار موی انسان برابر 100 هزار نانومتر است یا به عنوان مثال، طول موج رنگ آبی برابر با 500 نانومتر است یا میزان فاصله دیسک خوان کامپیوتر با صفحه دیسک در هنگام فعال بودن برابر 15 نانومتر است. تمام این مثال ها به این منظور است که به فوق العاده کوچک بوده مقیاس نانو پی ببریم، به طوریکه می توان نانو را با ویروس ها و یا حتی تک‌مولکول‌های تشکیل دهنده آنها مقایسه کرد.نانوتکنولوژی
در حال حاضر از ذرات نانو سیلیکا ( که یک نوع ماده معدنی شامل سیلیکونی و اکسیژن است) برای تولید رنگ های پوششی استفاده می شود که مزیت آنها الکترواستاتیک بودنشان است، در ضمن موجب پایداری و تقویت محصول نهایی نیز می شوند. این ذرات نخست در محلول رنگ به صورت شناور در آمده و سپس طی فرآیند خشک شدن با آرایش خاصی که به آن آرایش تقاطعی می گویند، به یکدیگر متصل می شوند. در نتیجه استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف، پایداری آنها در مقابل آسیب پذیری، تقریباً چهار برابر زنگ های معمولی می شود. شرکت امریکایی «هایپریون» کاتالیست اینترنشنال» که در ایالت ویرجینیا واقع است و همواره در استفاده از نانوتکنولوژی پیشرو بوده است، به تازگی در ساخت خطوط انتقال سوخت ( که به طور معمول از جنس پلاستیک است) از نانوتیوپ ها به عنوان حلقه های اتصال دهنده استفاده کرده است. این تیوپ ها در واقع رشته های ظریفی از کربن است و مانع تجمع بارهای الکترونیکی اتومبیل صدمه وارد کند. در حال حاضر کاربردهای نانوتکنولوژی را در بسیاری از ابزارها مشاهده می کنیم. از قطعات و تجهیزات خودرو گرفته تا حسگرهایی که وظیفه شان کنترل میزان انحراف خودرو است، از پرده های محافظ در برابر نور آفتاب گرفته تا توپ های فوتبال و بسکتبال!
وجود نانو در همه جا موجب شده که ما دید بازتری نسبت به این فناوری داشته باشیم. «جورج همیلتون» یکی از محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در این زمینه می گوید: «عادت کرده ایم که نانوتکنولوژی را شاخه ای از علم شیمی محسوب کنیم، در حالی که بین این دو زمینه تفاوت های عمیقی وجود دارد.

میزان فضایی که نانوتکنولوژی در بر می گیرد و اشغال می کند چیزی است حد فاصل مشخصه های جمعی مواد و آنچه در سطح اتم آن آماده اتفاق می افتد. تغییرات در اندازه ای در این حد باعث می شود که ویژگی های هر ماده ای دچار دگرگونی های کلی شده و با مشخصات اولیه خود به طور کلی تفاوت داشته باشد.» به طور مثال می توان به عنصر طلا اشاره کرد که در حالت عادی عنصری است که هیچ گونه واکنش پذیری ندارد، اما ذرات نانوی طلا (Nano Gold) فعال است و با استفاده از آنها می توان یک مبدل ارزشمند تولید کرد. مثال دیگر در این زمینه، عنصر کربن است. همان طور که می دانید الماس و گرافیت یا ذغال، اشکال ساخته شده این عنصر در حالت عادی هستند. اما علاوه بر اینها شکل شناخته شده دیگری از کربن وجود دارد که به آن «Bucky Ball» می گویند که تنها از اتم های کربن ساخته شده است و دارای فرمول شیمیایی 60 است. از ذرات نانوی این ماده شیمیایی در طراحی ساخت پانل های خورشیدی و داروهای ضدسرطان استفاده می شود.
به این ترتیب تنوع مواد کربنی درساخت پوشش های مختلف، به این مواد خواص استثنایی می بخشد. به طور مثال ماده ای به نام CDC وجود دارد که از کربن ساخته شده است. و نسبت به ساییدگی، فوق العاده مقاوم است و ویژگی های اصطکاک آن بسیار پایین است. این ماده هم اکنون به وسیله شرکت های خودروسازی امریکا و ژاپن به صورت گسترده در صنایع خودروسازی استفاده می شود. جالب اینکه می توان از حسگرهای نانو در تولید پارچه با دیگر مواد مشابه استفاده کرد و به این ترتیب آنها را هوشمند کرد تا بتوانند چنانچه تحت فشار یا استفاده غلط پاره شدند به کاربران خود اطلاعات انتقال دهند. این ویژگی در صنایع نظامی کاربردهای بسیار سودمندی دارد و در حال حاضر بر روی این طرح کار می شود. ضمن اینکه این حسگرهای نانو هم اکنون نیز می گویند. این بیوچیپس ها موجب می شوند سرعت تحقیق بر روی داروها افزایش یافته و پاسخی که از انجام آزمایش های خون به دست می آید، بسیار دقیق تر و سریع تر از روش های فعلی باشد. باید به این نکته هم توجه داشت از آنجای یکه ذرات نانو به اندازه ویروس ها هستند، می توانند به راحتی به درون سلول های زیستی رخنه کرده و احتمالاً اثرات مخربی هم به دنبال داشته باشند.
نانو روبات ها ذرات ریزی هستند که پیوسته در حال رشد و توسعه و تکثیرند. این مساله تنها یک تخیل علمی نیست، بلکه ایده آن از ترکیب دو واژه به وجود آمده است که عبارتند از قابلیت خودتکثیری و خودمونتاژی که ساختار پایه ای نانو روبات ها است. به گفته ریچارد ویلیامز محقق دانشگاه برکلی که در زمینه نانو روبات ها فعاللیت می کند، خودمونتاژی، طبیعت بسیاری از چیزها است. به طور نمونه سدیم و کلر را در کنار یکدیگر قرار دهید، ملاحظه خواهید کرد که با ترکیب شدن یا به عبارتی خودمونتاژ شدن، تشکیل کریستال می دهند. ضمن اینکه این نوع فناوری کاملاً قابل کنترل و کاربردی است.
نانوکریستال هایی که قابل جاسازی در مواد رسانای جریان الکتریستیه هستند، می توانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه بسیار مناسبی به وجود آورند. در این پلاستیک ها، مواد پلاستیکی بین الکترودها به صورت لایه لایه قرار داده می شود سپس با یک لایه نازک پوشیده می شوند و می توانند درصد بسیار بالایی از انرژی خورشید را جذب کنند.
نانوتکنولوژی
معمولاً ایمنی یک ماده تحت تأثیر آرایش شیمیایی آن است. در حالی که مواد نانو اغلب با تغییر اندازه، تغییر می کنند. برای مثال محققان اعلام کرده اند ذرات نانو که در اثر تنفس وارد ریه می شوند، خطرناک تری از موادی هستند که اندازه شان بزرگ تر است. ضمن اینکه این تفاوت در میزان سمی بودن سطح نانون هم اتفاق می افتد. یعنی درجه سمی بودن می تواند از یک نانومتر شروع شده تا دو هزار نانومتر افزایش یابد.
البته جنبه مثبت در این مورد هم قابل بررسی است، زیرا محققان دریافته اند که اگر ذرات نانو تجمعی به اندازه 5/1 میلیون داشته باشند، این توانایی را دارند تا باکتری هایی به نام «Escherichia» را از بین ببرند به طور کلی نانو کریستال های فولورین (نوعی کربن خاص) آنتی بیوتیک های مفید و قدرتمندی هستند.

روزنامه شرق

24:

سلام
تصوری که من از نانو دارم همون ذرات بسیار بسیار ریز هستند .
فکر کنم نانو یعنی 10 بتوان منفی 9 .
یعنی یک قسمت از 1000000000 قسمت .
حالا این ریز بودن چه فایده ای داره و چه استفاده ای میشه ازش کرد رو نمیدونم.

25:

نانو چيست؟
قرن بیست ویکم، قرن فناوری نانو مهمترین دوران صنعت به شمار می رود. قرن نانو، قرن سلامتی، صرفه جویی و آرامش نامیده می شود. نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مقیاس است، کوچک شدن یک مقیاس، نانو یک میلیاردم متر است به اندازه ای کوچک که دیده نمی شود اما باتاثیری بسیار بزرگ در زندگی انسان.
در مقیاس نانو خواص فیزیکی، شیمیایی وبیولوژیکی تک تک اتم ها، ملکول ها باخواص توده ماده متفاوت است، نانوذرات درچنین مقیاس و مشخصه های منحصر به فردی موجب پیدایش دستاوردهای نوینی درعلوم پزشکی و مهندسی می شوند.
به طورخلاصه نانو تکنولوژی به معنی انجام مهندسی مواد در ابعاد اتمی – ملکولی و ساخت موادی با خواص کاملا" متفاوت درابعاد نانو است. تعریف دیگر نانوتکنولوژی "با آرایش دادن ودستکاری اتم ها ساخت مواد مورد نظراست". نانومتر، (یک میلیاردم متر) به اندازه چیدن 5الی10 اتم درکنار یگدیگر است، مکعبی باابعاد 2.5 نانومتر تقریبا" 1000 اتم راشامل می شود. خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ماده تبدیل شده به ابعاد نانو نسبت به خواص آن در ابعاد ماکرویی کاملا" متفاوت است. نانو در ملکولهای ماده انرژی بالایی را ایجاد می کند به همین دلیل معجزه آسا نامیده می شود.
تاریخچه فناوری نانو
فناوری نانو حدود نیم قرن پیش، در دهه های آخر قرن بیستم همراه با توسعه فناوری های نوین تصویربرداری، دستکاری و شبیه سازی ماده در مقیاس اتمی پدید آمده است. نانو در گذشته فیزیک اتمی نامیده می شد، پس از کابردی شدن آن، نام آن نانوشد، به همین دلیل نانو یک علم جدید نیست، اما کاربردی شدن آن زندگی انسان رادگرگون ساخت. ایده نانوتکنولوژی رابرای اولین بارEric Drexler به دنیا عرضه نمود، او درآزمایشگاه مشهورMIT متعلق به انستیتوForesight مطالعات خود را باسیستم ها بیولوژیکی شروع کرده وسپس متوجه شد که می توان دستگاه های ملکولی تولید کرد بدین ترتیب ایده نانو تکنوژلوی به نام او ثبت شد. اصطلاح "نانو" برگرفته از یونان قدیم است وبه معنی" کوتوله" بوده است.

جايگاه فناوري نانو در علوم مهندسی
علم میان رشته ای نانوتقریبا" تمامی علوم مهندسی وپزشکی رادر برگرفته است. تاکنون بیشترین کاربرد را درصنایع سنگین، بهداشت، نساجی و کشاورزی داشته ودر صنایعی نظیر رنگ، اتومبیل، کامپیوتر، شیمی، تصفیه آب وغیره نیز درحال توسعه است. محصولات نساجی حاصل از فناوری نانو در کشورهای آلمان وانگلیس بیشترین رواج رادارند. تولید کفش ها و لباس هایی که با حفظ گرمای بدن وتاثیر درگردش خون، باعث کاهش خستگی وراحتی می شوند نیز ازدستاوردهای سحرآمیزعلم نانو است.
ساخت، دستکاری و آنالیز نانو- سیستم ها، توابع مختلفی راکه قبلا" از وجود آن بی خبر بوده ایم آشکارو استفاده مفید وعرضه آنها به بشر باعث پیشرفت‌های ارزنده ای دراستانداردهای زندگی می شود. مهندسی سیستم‌های خلاء پیشرفته وایجاد توانایی های علمی در علوم مهندسی و پزشکی از قبیل; نمایش، تطبیق نیروهای مکانیکی و تعیین مشخصات آنها درسطح نانو، شروع وخاتمه تثبیت وپی گیری انجام کارهای مختلف در نانو ثانیه ها، بررسی پیشرفت تکنیک های آنالیتیکی مانند; آنالیزهای شیمیایی در ابعاد نانو وازطرفی فرصت دست یابی علوم مهندسی به نانوسنسورها، عناصرحافظه وتجهیزدستگاه‌های جدید وموثردرعلم پزشکی ازدستاوردهای این فناوری است.

26:

علم بررسی و تحقیق تولید مولکولی(ساخت اشیا بصورت اتم به اتم یا مولکول به مولکول را فناوری نانو میگویند)

27:

برای درک بهتر اشیاء و فضاها از ابعاد متفاوت و گوناگونی که متناسب با آن فضاست استفاده میکنیم.برای مثال برای درک بهتر ابعاد یک میز از متر و سانتی متر و برای درک بهتراندازه یک حشره از ابعاد میلی متر استفاده میکنیم .همه مواد از مولکولها تشکیل شده اند و مولکولها از از اتمها.

28:

اگر با دقت در ساختار اتمی مواد و طرز قرار گیری اتم ها بنگریم متوجه خواهیم شد که قطر چند اتم از یک ماده فقط چند میلیاردیم متر است.بنابراین بهتر است برای درک بهتر ابعاد اتم ها از مقیاس مناسبتری که همان نانو متر است استفاده کنیم.

29:

علم بررسی و تحقیق و تولید مولکولی یا به زبان ساده تر ساخت اشیاء به صورت اتم به اتم یا مولکول به مولکول را نانو فناوری گویند.

30:

بنابراین فناوری نانو درباره ی ساخت ابزارهای نوین مولکولی منحصر به فرد با بکار گیری خواص شیمیایی کاملا شناخته شده(نحوه پیوند اتمها به یکدیگر)صحبت میکند.

31:

مهارت اصلی این تکنولوژی دستکاری اتمها بصورت جداگانه و جای دادن دقیق آنها در مکانی است که برای رسیدن به ساختار دلخواه و ایده آل مورد نیاز می باشد.

32:

بطور کلی فناوری نانو اهداف زیر را دنبال میکند:
1-توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی،مولکولی و ماکرومولکولی در مقیاس اندازه ای 1 تا 100 نتنو متر.
2-خلق و استفاده از ساختار ها،ابزار ها و سیستمهایی که به خاطر اندازه کوچک آنها ،خواص و عملکرد جدیدی دارند.
3-توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی
بنابر این کار با اتم ها و مولکولها نیازمند استفاده از ابزار ها و وسایل در مقیاس اتمی و مولکولی(نانو متر)می باشد.این ابزار ها عبارتند از میکروسکوپ نیروی اتمی،و میکروسکوپ تونلی روبشی و... که در بخشهای آینده بطور کامل مورد بحث قرار خواهند گرفت.

33:

كاربرد ذرات نانومتری خاك رس در لاستیك :
یكی از مواد نانومتری كه كاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیك پیدا كرده است و اكنون شركت های بزرگ لاستیك سازی بطور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می كنند، ذرات نانومتری خاك رس است كه با افزودن آن به لاستیك خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می كند كه از جمله می توان به موارد زیر اشاره كرد :

1) افزایش مقاومت لاستیك در برابر سایش
2) افزایش استحكام مكانیكی
3) افزایش مقاومت گرمایی
4) كاهش قابلیت اشتعال
5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی

34:

اینو بخونین چون تو ساخت تراشه ها که دنیای الکترونیک و جا دادن تو یه قطعه با ابعاد کوچیک ..نانو دخیله
تراشه - ویکی‌پدیا

همین cpu رایانه شما که ابعادی حدود 1*1 اینچ داره ساخته شده از هزارانخازن...هزاران ترانزیستور...هزاران دیود ...و چیزایی که تخصص من نیستو نمیدونم

جا دادن این هزاران ها تو یه محدوده کوچیک خودش دلالت داره بر این مساله که هر عضو بسیار بسیار بسیار ریزه...ابعادی که برای بیان اون از واژه نانو استفاده میشه

تا حالا باید دیده باشین آزمایشگاههایی رو که متخصصین در اون از لباسای مخصوص استفاده میکنن.

این لباس در مجتمع های ساخت تراشه نیز استفاده میشه که به دلیل عاری بودن از هر نوع گردو غباری اهمیت دارن

حالا فرض کنین تراشه ای رو که میلیونها قطعه الکترونیکی روی اون مونتاژ شده(یه بار دیگه فقط تصورکنین ابعاد بسیاااااااااااااااااااااا ااااااااااااااار ریزه اونارو) یه ذره غبار که از نظر ما فوق العاده کوچیکه بشینه روی این تراشه!!!!!!!!!!!!!!

دقیقا مثله اینه که یه هواپیمای آنتونوو فرود بیاد روی خونتون

به خاطر همینه که این محیط ها کاملا بدون ریزگرد هستند

35:

مساله دیگه یه چیز خفن دارم مدتهاس فرصت نمیشه برم بذارم زیر میکروسکوپو ازش عکس بگیرم

اصن شاید بازم نتونم.الان بهتون میگم برین خودتون نگا کنین صفا کنین

اگه یه کارت تلفن دورانداختنی دارین به صورت کاملا حرفه ای اون چیپه مسیشو بدون اینکه صدمه ببینه در بیارین

پشتشو با میکروسکوپی ذره بینی چیزی با دقت ببینین.وسط اون یه تراشس که با فناوریه نانو ساخته میشه

سیم کارت سوختم اگه دارین این کارو بکنین.چون تراشه سیم کارت تقریبا 4-5 برابر تراشه کارت تلفنه

36:

هزاران نیست. میلیونهاست.
مثلا پنتیوم 4 Prescott صد و بیست و پنج میلیون ترانزیستور داره.

37:

بعید میدونم اینطور چیزا نانوفناوری باشه.
ابعادش اونقدرها هم ریز نیست.
مدارهای اینها باید خیلی مختصرتر از مدارهای cpu رایانه های شخصی باشه. چون کاربرد خاص و محدودی دارن و نیاز نیست همه کاره و قدرتمند و پرسرعت باشن.
اون cpu بالا که گفتم تازه به فناوری 90 نانومتری رسیده. پس فناوری کارت تلفن احتمالا از 100 نانومتر خیلی بزرگتره.
شما از کجا مطمئنی نانو هست؟ منبعی داری یا از خودت میگی؟

38:

چیزی که من دیدم در مورد مواد در ابعاد کوچیکتر از حد معمول این بود که رفتارشون در مواجهه با پدیده های فیزیکی و شیمیایی اطرافشون تغییر میکنه!
من چیزی رو که خودم دیدم خدمتتون میگم... مثلا آهن!
از کودکی این رو میدونیم که آهن در مجاورت اکسیژن اکسید میشه ، از طرفی این رو میدونیم که اکسید شدن یعنی سوختن و در اثر این اتفاق حرارت تولید میشه.
ولی خوب در فرآیند زنگ زدگی آهن میزان سرعت واکنش خیلی پایین تر از حدی هست که انرژی حرارتی آزاد شده رو بشه با دست احساس کرد.. حتی با ابزار آلات هم باید با دقت بسیار زیاد و در یک بازه بلند بررسی بشه تا این حرارت دیده بشه.
خوب من کارهای فنی که انجام میدادم، در فرآیند سایش و بریدن فولاد و آهن آلات براده های خیلی ریز تولید میشه در ابعاد یک دهم میلیمتر و شاید کوچیکتر... من دقیق اندازه نگرفتم.
در همین ابعاد هم واکنش این فلز متفاوت هست نسبت به یه تیکه بزرگ از آهن.. وقتی شما این بودر آهنی که با نانومتر خیلی فاصله داره از نظر ابعاد روی یک شعله کوچیک بریزید میبینید که این فلز به سرعت به شکل ذره های درخشان و آتشین در میاد و بعد از سرد شدن تغییر رنگ داده!
در واقع برای انجام واکنش روی یه ماده یکی از پارامترهای مهم میزان سطح تماس این ماده نسبت به جرم اوون هست ، با تغییر این میزان واکنش اوون ماده هم تغییر خواهد کرد و چون ذرات فلز سطح خیلی بیشتری نسبت به یه تیکه آهن چند سانتی متری به جرمشون دارن اینه که سرعت واکنش در اوونها و در نهایت رفتارشون متفاوت خواهد بود!
اما همین آهن وقتی به ابعاد نانو میرسه ، رفتار عجیبتری نشون میده از خودش! شاید بدونید که منیزیم در تماس با هوا خود به خود آتش میگیره یعنی فرآیند اکسایش اوون سریع تر از خیلی از فلزات اتفاق می افته..
اما همین آهن که خیلی کند اکسید میشه اگه به ابعاد نانو برسه وقتی در هوا پخش بشه میسوزه! یعنی چیزی که من دیدم این بود که با ریختن این پودر نانویی مثل نمک در هوای آزاد این ذرات به صورت ذره های قرمز آتشین به زمین میرسیدن و کاملا زنگ میزدن! این یعنی همون انرژی آزاد شده از فرآیند اکسایش که در ابعاد بزرگ حتی به سختی میشه اندازه گیریش کرد ، در ابعاد نانو میتونه دمای ذره رو به دمای گداخت آهن که حدود 1535 درجه هست برسونه!
حالا ببینید چه کارهایی با نانو ذرات مواد دیگه میشه انجام داد! نقره ماده ای ضد باکتری هست.. با رسوندن اوون به ابعاد نانو میشه این ویژگی رو چندین برابر افزایش داد به صورتی که الان بهترین کاربری رو در فیلترهای آنتی باکتریال ، فیلترهایی دارند که از ذرات نانومتر نقره استفاده کردند!

39:

کاربرد دیگه ای که از مواد نانویی دیدم ، استفاده از مواد با ابعاد نانو برای تولید وسایل بزرگتر هست.
وقتی یک فلز به حالت مذاب در میاد، علاوه بر ذوب شدن چگالی اوون هم تغییر میکنه، یعنی وقتی مذابه حجم یک کیلو آهن بیشتر از حجم یه کیلو آهن در دمای اتاقه!
خوب در شیوه مرسوم تولید وسایل فلزی، فلز یا هر آلیاژی ابتدا ذوب میشه و بعد در قالب ریخته میشه و بعد از سرد شدن عملیات دیگه مثل ماشینکاری یا آهنگری و.. روش انجام میشه.
نکته اینجاست که در روش مرسوم ریخته گری، بعد از سرد شدن فلز مذاب ، فضاهای خالی بسیار بسیار ریزی در بین ذرات این قطعه به وجود میاد (چون گفتیم با سرد شدن حجمش باز هم کم میشه ولی سخت شدن فلز باعث میشه این حفره ها باقی بمونن) که میتونه مقاومت قطعه رو به شدت کاهش بده... درواقع یه وسیله ی آهنی، اگه به روشی تولید بشه که این فضاهای خالی وجود نداشته باشن، خیلی خیلی مقاوم تر از چیزی میتونه باشه که ما الان دایم میبینیم!
یکی از دلایلی که گفته میشه کشتی تایتانیک در اثر اوون نتونست برخورد با کوه یخی رو تحمل کنه و به شدت آسیب دید و غرق شد همین حفره های ایجاد شده در فولاد اوون بود که البته در اثر گازهای تولید شده در مرحله ذوب بود ، چون در محفظه ذوب گوگرد زیادی وجود داشته و باعث ایجاد حباب در فولاد مذاب شده بود و این حبابها فولاد رو حتی از حالت معمول هم خیلی ضعیفتر کردند چون خیلی بزرگتر از حد معمول بودند(با میکرواسکوپ دیده میشدن) و اوون اتفاق تلخ افتاد!
اگه بشه این حفره ها رو از قطعه حذف کرد میشه به طور مثال باری رو که یه تیر آهن 18 تحمل میکنه رو یه تیر آهنی چندین بار باریکتر تحمل کنه... قطعات سبک و نازک ولی بسیار محکم!
حالا ببینید از چنین روش تولیدی چطور میشه استفاده کرد. در تولید ابزار فضایی، هواپیماهای جنگنده و..
اما روش این کار رو من در حد متالوژی پودر دیدم..
در این روش فلزات رو بسیار بسیار ریز میکنند در حد چند میکرومتر، ولی به نانو هرگز نمیرسه چون آسیابی که بتونه یه فلز سخت رو اینقدر ریز کنه هم خیلی گرون و هم خیلی کن دعمل میکنه و فعلا صرفه اقتصادی نداره.
این پودرهای فلزی رو توی قالب میریزن و با فشار و حرارت کمتر از حرارت ذوب اوونها رو به هم میپچسبونن! قطعه بسیار سخت تر میشه و البته میشه قطعات ریز و کوچیک رو هم تولید کرد، همینطور موادی مثل تنگستن که خیلی دمای ذوب بالایی دارند رو میشه با این روش به شکل دلخواه در آورد!
همینطور فلزات و موادی که به دلیل تفاوت چگالی در حالت مذاب یا اختلاف دمای بسیار بالای ذوب با هم ترکیب نمیشن رو میشه با این روشها در کنار هم قرارشون داد و آلیاژها و کامپوزیتهای(یعنی ترکیب مواد فلزی و غیر فلزی) جدید تولید کرد!
حالا شما ببینید اگه مواد در حد نانو ریز باشند چه چیزهای جدیدی و عجیبی میشه با اوونها تولید کرد!

40:

آره از یه چیزی بنام Nano-thermite هم میخوان بمب درست کنن با چند برابر قدرت بمبهای فعلی.

Because of their highly increased reaction rate, nanosized thermitic materials are being studied by the U.S. military with the aim of developing new types of bombs several times more powerful than conventional explosives.[4]

41:


ممنون که اصلاح کردی

42:


مستند چهارسوی علم دربارش صحبت میکرد.
دوست عزیز کلا تراشه ها رو با فناوریه نانو میسازن

حالا اینی که میگم نانو فک نکن یه شاخه ای از الکترونیکه
نانو میاد چیزای بزرگو خیلی خیلی خیلی کوچیک میسازه

تو سیم کارتم دقیقا از تراشه استفاده شده.واینیم که شما میگی ضعیف تر از cpuرایانه هاست..خو مسلما همینطوره وگر میذاشتنش تو کامپیوتر دیگه جاش تو کارت تلفن نبود که

ولی شما عجولانه تصمیم نگیر.برو زیر میکروسکوپ ببینش بعد درخدمتت هستم

43:

ic مخفف integrated circuit بهتر بگم مدارات مجتمع.................. اگه خواستین من براتون بشکافمش .............. چون به نظرم علمشو دارم

44:

تاجاییکه من فهمیدم، فناوری نانو اونیه که مثلا خودشون اتم ها رو دونه به دونه با آرایش خاصی کنار هم میچینن. یک فرایند ظریف و کندی باید باشه.
اما تراشه ها داستانشون مقدار زیادی فرق داره، با اینکه به ابعاد نانویی وارد شدن.
چون تراشه ها با اون روشها و هدف و ساختار فناوری نانو ساخته نمیشن. از یک روشهایی که فکر کنم لیتوگرافی و اینها گفته میشه استفاده میکنن.
در نانو یک هدف تغییر خاصیت مواد هست، ولی تراشه ها به این ریزی شدن هدف این نبوده، بلکه بخاطر کم شدن حجم و مصرف و بالا رفتن سرعت و اینها اینقدر کوچک شدن.

خلاصه یکسری تفاوتهای مهمی هست در هدف و ماهیت و نحوهء ساخت تراشه ها و محصولات فناوری نانو.

در چند مقالهء ویکیپدیا در زمینهء فناوری نانو هم هرچی جستجو کردم اشارهء خاصی به تراشه ها نشده بود که این شک منو بیشتر کرد. چون اگر تراشه ها جزیی از فناوری نانو بودن، بسیار بعید بود به کاربرد به این مهمی و گستردگی و با سابقه اشاره ای نشه.

همچنین تاحالا در مقاله ها و خبرهای مربوط به فناوری سخت افزار و تراشه ها هم تاحالا ندیدم بگن این تراشه با فناوری نانو ساخته شده یا بهرصورتی بهش ارتباط داره.
بلکه بجاش چیزی که گفته میشه اینه که مثلا از فناوری 90 نانومتری در ساختش استفاده شده. این مفهومش با فناوری نانو میتونه متفاوت باشه همونطور که در بالاتر به علتهای ممکن و تفاوتهاشون اشاره کردم.

اصلا کاربرد فناوری نانو در تراشه ها بعنوان یک موضوع نسبتا جدیدی مطرح هست تاجاییکه متوجه شدم. و این خودش نشون میده که تاحالا از فناوری نانو به اون معنای اصلیش در تراشه ها استفاده نشده (یا در مقیاس وسیع و مدت زیادی نیست که استفاده شده).

بطور مثال:
Nanoelectronics holds the promise of making computer processors more powerful than are possible with conventional semiconductor fabrication techniques. A number of approaches are currently being researched, including new forms of nanolithography, as well as the use of nanomaterials such as nanowires or small molecules in place of traditional CMOS components. Field effect transistors have been made using both semiconducting carbon nanotubes[9] and with heterostructured semiconductor nanowires.

منبع: Nanoelectronics - Wikipedia, the free encyclopedia

ببین داستان چیپ ها با داستان فناوری نانو حداقل تا حالا تفاوت داشته، چون هدفشون متفاوت بوده و همچنین روش ساخت و ماهیت و خواص اونها. الان که چیپ ها در ابعاد نانو رفتن البته ممکنه با مسائل فناوری نانو هم درگیر شده باشن، ولی هدف اصلی این نبوده که وارد این حیطه بشن و حتی بعضی مسائل ابعاد نانو ممکنه برای مدارت منطقی و چیپ ها بیشتر مشکل بحساب بیاد تا مزیت. مثلا ممکنه طراحی اونا رو پیچیده تر کنه، چون باید پدیده های کوانتمی رو که در این ابعاد کوچک ظاهر میشن رو هم بحساب بیارن، درحالیکه در طراحی مدارهای منطقی و الکترونیک بطور معمول هیچ خبری از محاسبات کوانتمی نیست!

تازه الان میخوان مثلا ترانزیستور نانویی بسازن که در آینده در پردازنده ها استفاده کنن.
پس الان چیزی که هست، فناوری نانو بحساب نمیاد (ظاهرا).
تازه یک شرط فناوری نانو که بنظرم خودت هم گفتی، اینه که ابعاد از 100 نانو متر بزرگتر نباشه. پس با این حساب، تراشه های امروزی یا قدیمی که اجزای اونها از این ابعاد بزرگتر باشن رو نمیشه فناوری نانو دونست. بنظرم همین الانش هم خیلی تراشه ها تولید میشن که فناوری اونها زیر 100 نانومتر نیست. همهء تراشه ها که آخرین نسل CPU های رایانه ها نیستن.

حالا این چیزی که من تا اینجا و بر اساس اطلاعات محدود خودم استنباط کردم بوده.
شایدم من اشتباه میکنم. اما بر اساس منابع و شواهد به چنین نظریه ای رسیدم.
بهرحال هرکس میخواد چیزی رو ثابت کنه باید دلایل/اسناد روشن و محکم ارائه کنه.

تو سیم کارتم دقیقا از تراشه استفاده شده.واینیم که شما میگی ضعیف تر از cpuرایانه هاست..خو مسلما همینطوره وگر میذاشتنش تو کامپیوتر دیگه جاش تو کارت تلفن نبود که
ولی شما عجولانه تصمیم نگیر.برو زیر میکروسکوپ ببینش بعد درخدمتت هستم
من بچه بودم از این کارها کردم.
اونم که شما زیر میکروسکوپ های معمولی بتونی ببینی زیر 100 نانو نیست و خیلی هم بزرگتره. فقط به دلیل اینکه میکروسکوپی هست که نمیتونی بگی در ابعاد نانو است. تراشه های اولیه هم میکروسکوپی بودن، اما از ابعاد نانو خیلی بزرگترن. ابعاد نانو اونقدر ریزه که فقط با میکروسکوپهای الکترونی و اینها میشه مشاهده کرد. با هیچ میکروسکوپ نوری ای دیده نمیشه.

45:

شما بیشتر تلاش کن متوجه میشی
ابر رساناهای کربنیو که شنیدی تولید کردن.تو همین حوزه فناوریه که دقیقا تو اون برنامه میگفت حافظه هایی که داریم استفاده میکنیم(RAM)از همین ابر رساناها ساخته میشن

46:

یه خلاصه خوبی بنظرم رسید که بگم.
تراشه ها حداقل تاحالا جزو محصولات فناوری نانو بحساب نمیامدن، ولی بعلت اینکه به ابعاد نانو رسیدن، با فناوری نانو هم درگیر هستن. با فناوری نانو درگیر بودن با محصول فناوری نانو بودن تفاوت میکنه.

اتفاقا اگر مثل ما که رشتمونه، در خبرها و مقاله ها خونده باشید، مشکلی که طراحان تراشه ها دارن هر روز بهش نزدیک میشن اینه که ابعاد مدارهای الکترونیکی از یک حدی که کمتر میشه دیگه مشکلات اساسی پیش میاد، مثل عدم امکان دفع حرارت کافی، و پرش الکترون ها از مداری به مدار دیگر (اتصال کوتاه). ابعاد نانویی برای مدارهای الکترونیک فعلی با مواد و روش ساختی که دارن در نهایت به مشکل و بن بست میخوره به همین دلایل (مگر اینکه روش انقلابی ای برای مقابله با این مسائل ابداع بشه). ولی دارن روی نانوالکترونیک و ایجاد انواع نانویی از قطعات و مدارهای الکترونیک کار میکنن برای پشت سر گذاشتن این مرز و محدودیت. اون میشه نانوفناوری. چیزی که الان هست نانوفناوری نیست، ولی با نانوفناوری هم به صورتهایی درگیره.

این حرفا رو هم همینطوری نمیگم.
همین الان چند مقاله و خبر در این ارتباط داشتم میخوندم.
البته بخاطر پیچیدگی و ظرافت قضیه و اینکه مرزها کاملا مشخص نیستن و همپوشانی و ترکیب دارن با هم، اطلاع کامل و دقیق و مطمئن از این قضیه کار راحتی نیست.

بطور مثال این مقاله رو نگاه کنید:
In race to replace silicon chips, engineers eying nanotechnology
اصلا عنوان مقاله ترجمش این میشه: «در مسابقه برای جایگزین کردن چیپ های سیلیکونی، مهندسان به فناوری نانو چشم دوخته اند».
با این عنوان این تردید جدی و سوال پیش میاد که پس چیزی که تاحالا بوده، و مدارهای سیلیکونی با اون ابعاد درحد چند ده نانومتر، فناوری نانو نبوده؟
خب ظاهرا نبوده دیگه!
نانوی واقعیش یه چیز دیگه هست ظاهرا.
و اصلا در این منبع و منابع دیگه چیزی که نوشته اینه که ظاهرا سیلیکون بدرد ساخت قطعات الکترونیک با فناوری نانو نمیخوره، و بجاش میخوان از carbon استفاده کنن.

47:

من مورد cpu رو که شما گفتی فناوری نانوئه داشتم بررسی میکردم.
Cpu های فعلی مدارهای الکترونیک سیلیکونی عادی هستن.
مورد حافظه رو جدید مطرح کردی. نیاز به بررسی و تحقیق جداگانه داره.
سندش رو هم بذار. از نظر تحقیقاتی و آزمایشگاهیش البته هست، ولی در ابعاد تولید تجاری و همین تراشه هایی که ما هم در رایانه هامون داریم استفاده میکنیم، نمیدونم.
بهرحال هم درست یا نادرست، شما تا پیش از این یک حرف خیلی کلی تری زدی و درمورد cpu های رایانه های ما صحبت کردی. طوری گفتی که یعنی تمام تراشه های امروزی جز فناوری نانو بحساب میان.
نه عزیزم هرچی که خیلی ریز باشه لزوما محصول فناوری نانو نیست. حتی اگر بعضی اجزای اون زیر 100 نانومتر باشه.
فناوری نانو یعنی به شکل دقیقی و از پایه بر اساس خواص نانویی ساخته شده و هدف از ابتدا در اون حیطه بوده. ولی مدارهای سیلیکونی صرفا به این ابعاد وارد شدن بخاطر اهداف دیگه، و تازه بعضی مشکلات و محدودیت ها هم براشون پیش آمده بخاطر وارد شدن به این ابعاد، که حالا میخوان با نانوفناوری حلشون کنن.

48:

کاربردهای نانو درباغبانی
نانو ذرات نقره در پس از برداشت گلهای شاخه بریده حائز اهمیت اند در بررسی های صورت پذیرفته نانو ذرات نقره به عنوان آنتی میکروبیال استفاده می شوند انسداد انتهای ساقه عامل اصلی عدم تعادل در جذب و تلفات آبی وپژمردگی گل شاخه بریده است انسداد انتهای ساقه بر سه قسم است میکروبی به دلیل وجود باکتری ها و ایجاد پوسیدگی ،فیزیولوژیکی به دلیل ایجاد زخم و فیزیکی تحت تاثیر حباب هوا،احتمال انسداد میکروبی بسیار بیشتر است به علاوه میکرو ارگانیسم ها می توانند با ترشح پکتینازها و ترکیبت سمی منجر به تولید اتیلن شده و پیری را تسریع دهند.از آنجا که نانو ذرات نقره نسبت سطح به حجم بالایی دارند نسبت به نقره مهارکننده قویتری برای باکتری ها و دیگر ارگانیسم ها هستند
در رز استفاده از نانو ذرات نقره باعث کوچک شدن منفذ روزنه و کاهش تعرق شد وهم چنین باعث تاخیر در بیان ژن آکواپورین (ژن های کنترل کننده منفذ آب) Rh-PIP2 شد در ژربرا جذب آب وعمر گلجایی را افزایش داد.در برگ های بریده آکاسیا(Acacia holosericea) که جنبه تزئینی دارد با مهار رشد باکتری های مسدود کننده عمر گلجایی را بهبود بخشید

49:

ببینید پوریای عزیز و جناب فلانی
ریزپردازنده هایی که الان تولید میشن با ابعاد نانو متری درگیر هستند.. این رو هر دو دوست تایید میکنید، اما چیزی که هست پروسه تولید یه ریزپردازنده استفاده از تکنیکهای نانو نیست.

اگه بخواد به این شکل باشه که مثل چیزی که امروزه از نانوتکنولوژی برداشت میشه.. به عنوان مثال باید ترانزیستورهای 90 نانومتری رو بسازن و بعد بیان مدار رو با اینها ببندن.. بعد هم قطعات نانومتری مس یا آلومینیم رو برای ارتباطات نیمه هادی ها با هم استفاده کنن.. خوب اگه بخواد به این صورت باشه که قیمتها و زمان تولید خیلی بالا خواهد رفت؟
در پروسه تولید ریزپردازنده ، با استفاده از عدسی ها و اپتیک.. نقشه مدار مجتمع که توسط مهندسین طراحی میشه و شاید یک متر مربع مساحتش باشه (چون باید تمام جزئیات لحاظ بشن) بر روی سطح کوچیکی از یه دیسک ویفر سیلیکون که شاید 1 سانتی متر مربع سطحش باشه انداخته میشه... سطح این قسمت از ویفر هم به مواد حساس به نور آغشتست.
براثر سایه ایجاد شده از تصویر نقشه مدار این مواد حساس به نور در مناطقی که سایه نقشه هست سفت نمیشن و با حلال پاک میشن.. بعد از اوون عملیات شیمیایی (مثل همون درست کردن مدار رو فیبر چاپی مسی که خودتون بلدید) انجام میشه و هرجا پوشش نداره حذف-حل میشه!
بعد از اون هم یونیزازسیون و عملیاتی شبیه آبکاری برای ارتباطات مسی بین قسمتهای مختلف مدار انجام میشه و چندین عملیات شیمیایی دیگه که در کمپانی های مختلف با هم فرق میکنه و بعضیش اسرار اوونها محسوب میشه.
در نهایت چند میلیون ترانزیستور و خازن تولید میشن(که مدار مجتمعمون رو تشکیل میدن) که ابعادشون نانومتریه.. ولی با تکنیکهای مرسوم نانوتکنولوژی ساخته نشدن!
ولی همونطور که هر دو عزیز گفتید در آینده داریم به سمت استفاده از تکنیکهای نانو در تولید مدارهای مجتمع میریم.. حالا به چه شکلی .. در آینده خواهیم دید.. امید به خدا.

50:


ممنون دوست گلم استفاده کردیم.بابات اطلاعات اشتباهمم عذر میخوام

51:

ممنون عزیز جون توجی شدم.شرمنده دیگهههههههههههههههههههههه ه

52:

درود دوستان
در این تاپیک مقالات و اطلاعات درباره نانو قرار خواهد گرفت
سپاس

53:

یوهان جون چی شد یهویی؟
چرا متوقف شدین؟

ادامه بدین خو

54:

آپ
+مهم
و ادغام با موضوعات مرتبط

55:

نانو کپسول ها

نانوکپسول‌ به هر نانوذره‌اي گفته مي‌شود که داراي يک پوسته و يک فضاي خالي جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد.


روشهاي ساخت:

فرآيندهاي اصلي ساخت کپسول‌ها شکل عمومي يکساني دارند: از يک امولسيون روغن در آب يا آب در روغن براي خلق به ترتيب نانوکپسول‌هاي روغني و آبي استفاده مي‌شود. زمينه کاربرد کپسول‌ها به نوع امولسيون مورد استفاده بستگي دارد؛ مثلاً تزريق وريدي مستلزم استفاده از نانوکپسول‌هاي آبي است ، بنابراين براي ساخت کپسول‌هاي مذکور بايستي از امولسيون آب در روغن استفاده شود. با اين حال، طبيعت مواد کپسوله شده- يعني آب‌دوست يا آب‌گريز بودن آنها- نيز نوع نانوکپسول مورد نياز را ديکته مي‌کند. كه ممکن است با کاربرد مورد نظر تطابق نداشته باشد. روکش‌دهي کپسول‌ها با لايه‌هاي ديگر ممکن است اين مغايرت را رفع نمايد. براي روکش‌دهي مي‌توان از پروتئين‌ها، پليمرها و ديگر مواد طبيعي و مصنوعي سود جست و آنها را بر حسب خواص گوناگوني به غير از آب‌دوستي يا آب‌گريزي، نظير چسبندگي، مقاومت در برابر محيط‌هاي مختلف و غيره انتخاب کرد. علاوه بر اين، مي‌توان از کپسول‌هاي موقتي (يا الگوها) به عنوان شالوده لايه‌هاي ديگر استفاده کرده و سپس آنها را از بين ببرد. شرايط ساخت نانوکپسول‌ها بحراني و حاد نيست و به همين علت از منظر زيست‌شناسي، داراي جذابيت خاصي براي رسانش مواد زيستي حساس مي‌باشند.
انواع نانوكپسول‌ها
عبارتند از:
  • نانوكپسول‌هاي پليمري
  • نانوامولسيون‌ها
نانوکپسول‌هاي پليمري

اخيراً از پليمرها براي ساخت نانوکپسول‌ها استفاده شده است. فرآيند اصلي ساخت اين نانوکپسول‌ها پليمريزاسيون امولسيوني مي‌باشد. هم اکنون مي‌توان نانوکپسول‌هاي پليمري را در اندازه‌ها و اشکال گوناگون و در مقادير مناسب توليد کرد. سپس با الصاق يا جايدهي يک مولکول خاص در ديواره اين نانوکپسول‌ها، آنها را "کارکردي" نمود. كاربرد:
اين نانوکپسول‌ها مي‌توانند به صورت ماشه يك سيستم دارورساني هدفمند عمل كرده و در پاسخ به يک زيست‌مولکول خاص، محتواي نانوکپسول را آزاد نمايند. کپسول‌هاي پليمري بر خلاف نانوامولسيون‌ها با پيوندهاي کووالانسي قدرتمندي به يکديگر مي‌چسبند و بنابراين از استحکام خاصي برخوردارند. بسياري از نانوکپسول‌ها در هر دو شکل مايع و خشک پايدارند.
براي داروسازي به جاي مکانيسم ماشه‌کشي، مي‌توان محموله را- در صورت ريز بودن مولکول محموله- با مکانيسم ساده نفوذ رها کرد، يا به صورت تخريب طبيعي و يا به کمک امواج ماوراء صوت آن را باز کرد.
ساخت نانوکپسول‌ها نوعي از خودآرايي محسوب مي‌شود.
نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی
نانوكپسول‌هاي كربني
شماي يك مولكول بدام افتاده در نانوكپسول
نانوامولسيون‌ها
نانوامولسيون‌ها از مولکولهاي سورفکتانت، نظير فسفوليپيدها که از يک طرف آبگريز (هيدورفوبيک) و از يک سمت آب‌دوست (هيدروفيليک) هستند تشکيل مي‌شوند. هنگامي که اين مولکول‌‌ها در يک محيط آبي قرار گيرند، خود به خود کپسولهايي را شکل مي‌دهند که قسمت‌هاي آب‌گريز مولکول در درون آنها واقع مي‌شود و لذا از تماس با آب محافظت مي‌شوند. ليپوزوم‌ها ساختارهايي از جنس چربي هستند که در اين دسته قرار مي‌گيرند.
نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی
ليپوزوم ( دو لايه چربي يك قطره آب را احاطه كرده‌اند)
نانوامولسيون( يك لايه چربي هسته چربي يا آبي را احاطه كرده است)
كاربردها:
اين تركيبات در دارورساني ساده‌تر از طريق وريدي و خوراكي و همچنين براي رهايش كنترل‌شده وتاخيري آفت‌كشها كاربرد دارند. از مصارف ديگر اين تركيبات مي‌توان به كاربرد آنها در پودرهاي رختشويي خوشبوكننده لباس و افزايش طول عمر آنزيمها در خارج از سلول اشاره كرد.

56:

نانوذرات آهن

پيشرفت‌هاي سميت‌زدايي ترکيبات آلي کلرداربا نانوذرات آهن
خلاصهاستفاده از نانوذرات آهن، يک فناوري نوين در احياي ترکيبات سمي کلردار محسوب مي‌شود. تحقيقات نشان مي‌دهند که نانوذرات آهن مي‌توانند به عنوان عامل احياکننده و کاتاليزور در سميت‌زدايي تعداد زيادي از آلاينده‌هاي محيط‌زيست، مانند حلال‌ها، آفت‌کش‌هاي آلي کلردار و بي‌فنيل‌هاي پلي‌کلريد عمل کنند. با کوچک شدن اندازه ذرات آهن در حد نانو، سطح ويژه و در نتيجه فعاليت سطحي ذرات افزايش مي‌يابد. در راستاي توسعة فناوري‌نانوذرات آهن براي اصلاح آب، نانوذرات دوفلزي که از رسوب‌دهي يک فلز کاتاليزور بر روي ذرات آهن تشکيل مي‌شود، تهيه شده‌است. بررسي سازوکار ذرات دوفلزي نشان مي‌دهد که واکنش احياي ترکيبات آلي کلردار از طريق هيدروژني که در سطح فلز کاتاليزور تشکيل مي‌شود، انجام مي‌گردد. بر اساس نتايج به‌دست‌آمده، سرعت و بازده هالوژن‌زدايي نانوذرات دوفلزي نسبت به نانوذرات آهن بيشتر است. محصولات نهايي در اين روش به‌طور عمده شامل هيدروکربن‌هاي اشباع مثل متان، اتان، بوتان، هگزان و اکتان است.

مقدمه

رشد روزافزون جمعيت کشورها و فعاليت‌هاي صنعتي و کشاورزي از يک سو و رعايت نكردن الزامات زيست‌محيطي از سوي ديگر، سبب شده‌است تا در چند دهة اخير، مقادير زيادي از آلاينده‌ها مانند هيدروکربن‌هاي آلي کلردار به‌واسطة عواملي نظير دفع نامناسب پساب‌ها و ضايعات مراکز صنعتي و شهري، استفادة وسيع از آفت‌کش‌ها، علف‌کش‌ها و. . . ، به منابع آب‌هاي زيرزميني وارد و موجب کاهش کيفيت آب شوند [1]. حلال‌هاي آلي کلردار مثل تتراکلرواتن، تري‌کلرواتن، دي‌کلرواتن و وينيل‌کلرايد از جمله رايج‌ترين آلاينده‌ها هستند. ترکيبات آلي کلردار، که بسيار سمي و غيرقابل تجزية زيستي هستند، جزء شايع‌ترين و متداول‌ترين آلاينده‌هاي آب‌هاي زيرزميني به شمار مي‌روند [2]. ترکيبات آلي کلردار ضمن ايجاد اثرات سمي بر دستگاه اعصاب، خاصيت سرطان‌زايي نيز دارند [3].
از اواسط سال 1990، پيشرفت‌هاي مهمي در تبديل آلاينده‌هاي آلي کلردار به محصولات بي‌ضرر نظير متان، اتان، با استفاده از فلزات ظرفيت صفر مثل قلع، روي، پالاديوم و آهن صورت گرفت که آهن رايج‌ترين اين فلزات است. در اين فناوري ابتدا از براده‌هاي آهن و سپس از کلوئيدهاي آهن در اندازة ميکروني استفاده شد [4].
مطالعات وسيع در 15 سال اخير ثابت کرده‌است که آلاينده‌هاي محيط‌زيست مي‌توانند از طريق اکسيداسيون آهن ظرفيت صفر احيا شوند. بازده سميت‌زدايي، قيمت پايين و بي‌خطر بودن آهن، باعث توسعة يک روش نوين در احياي آلايندهاي محيط زيست به ويژه در آب‌هاي زيرزميني شده‌است [4].
عموماً واکنش بين ترکيبات آلي کلردار (CxHyClz) و آهن در محلول آبي به‌صورت زير بيان مي‌شود.
(1) نانوتکنولوژی نانوتکنولوژی
که در آن آهن به عنوان عامل کاهنده در حذف کلر رفتار مي‌کند. اين واکنش مشابه فرايند خوردگي آهن است که در تغيير شکل آلاينده‌هاي کلردار مفيد است [5].
نانوتکنولوژی
شکل (1) تصوير TEM نانوذرات آهن [9]
فناوري استفاده از نانوذرات آهن در احياي آلاينده‌هاي کلردار حرکت جديدي است که نسبت به روش‌هاي قبلي بسيار اقتصادي‌تر و کارامدتر است. زماني که اندازة ذرات آهن به مقياس نانو کاهش مي‌يابد تعداد اتم‌هايي که مي‌توانند در واکنش درگير شوند افزايش، و در نتيجه سرعت واکنش‌پذيري بيشتر مي‌شود. اين امر موجب مي‌شود که نانوذرات آهن قدرت انتخاب‌پذيري بيشتري نسبت به براده‌هاي آهن داشته باشند [6].
اگر چه استفاده از نانوذرات آهن به جاي ميکرو و يا براده‌هاي آهن در احياي آلاينده‌ها بسيار مؤثر بود و حتي در اين فناوري موفق به احياي پرکلرات‌ها شدند که با روش‌هاي قبلي امکان‌پذير نبود، ولي مشاهده شده‌است که در بعضي موارد، محصولات واکنش به مراتب سمي‌تر از ماده اوليه هستند. به عنوان مثال از احياي تري‌کلرواتيلن مي‌تواند وينيل‌کلرايد تشکيل شود که بسيار سمي است [7 و2].
درمسير توسعة فناوري‌نانوذرات آهن در اصلاح آب و خاک، گروه ژنگ (zhang) نانوذرات دوفلزي آهن- پالاديوم را در سال 1996 سنتز كردند. پس از آن در روش‌هاي مشابهي از فلزات کاتاليزوري ديگر مثل پلاتين، نقره، نيکل، کبالت و مس براي تهيه نانوذرات دو فلزي با آهن استفاده شد. بررسي نانوذرات دوفلزي نشان مي‌دهد که سرعت و بازده سميت‌زدايي اين ذرات بيشتر از آهن است. حضور يک عامل کاتاليزوري باعث مي‌شود که سرعت واکنش هالوژن‌زدايي بيشتر و از تشکيل محصولات جانبي سمي جلوگيري شود [8].
روش آزمايشگاهي سنتز نانوذرات آهن از ابتکاراتي است که اولين بار در سال 1996 توسط ژنگ انجام شد. در اين روش، آهن فريک به‌وسيله بوروهيدرايد سديم طبق واکنش زير احيا مي‌شود [9]:
(2) نانوتکنولوژی
براي تهيه نانوذرات دوفلزي آهن- پالاديوم، نانوذرات آهن تازه‌تهيه‌شده به محلولي از اتانول و استات پالاديوم اضافه مي‌شوند. اين امر طبق واکنش زير منجر به ته‌نشيني پالاديوم بر سطح آهن مي‌شود:
(3) نانوتکنولوژی
در اين روش از آهن به عنوان فلز پايه و از از پالاديوم به عنوان فلز کاتاليزگر استفاده مي‌شود. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري نانوذرات آهني که به اين روش سنتز شدند، نشان مي‌دهند که بيشتر از 90 درصد ذرات، قطري در حدود يک تا صد نانومتر دارند [9].
سازوکار نانوذرات آهن
بررسي واکنش‌هاي احياي نانوذرات آهن در محلول‌هاي آبي نشان مي‌دهد که آهن فلزي، يون فرو و هيدروژن گازي احياکننده‌هاي اصلي در محيط هستند. احياي آلاينده‌ها در سطح آهن مي‌تواند از طريق انتقال الکتروني و يا تشکيل هيدروژن انجام شود [10].
بررسي سازوکار نانوذرات دوفلزي Ni-Fe نشان مي‌دهد كه همزمان با قرارگيري ذرات دوفلزي Ni-Fe در يک محلول آبي، يک پيل گالواني تشكيل مي‌شود كه Fe به فلز کاتاليزور الکترون مي‌دهد و Ni به‌وسيلة آهن، حفاظت کاتدي مي‌شود. زماني که آهن اکسيد مي‌شود، با آب تشکيل هيدروکسيد و يا اکسيد آهن مي‌دهد و پروتون‌ها روي سطح Ni به اتم‌هاي هيدروژن و مولکول هيدروژن تبديل مي‌شوند [2]. براساس اين سازوکار، واکنش هالوژن‌زدايي از طريق هيدروژن جذب‌شده بر روي کاتاليزور Ni-Fe به‌سرعت انجام مي‌شود [8‍].
(4) نانوتکنولوژی
(5) نانوتکنولوژی
ترکيب هالوژن‌دار روي سطح ذرات Ni-Fe جذب و پيوند C-Cl شکسته مي‌شود. سپس، اتم کلر جايگزين هيدروژن مي‌گردد (شکل 2) [2].
نانوتکنولوژی
شکل (2) تصويري از سازوکار واکنش هالوژن زدايي يک ترکيب آلي کلردار با نانوذرات Ni-Fe ] 2[
با توجه به مطالب فوق، سازوکار نانوذرات دوفلزي در واکنش‌هاي هالوژن‌زدايي موجب تشکيل هيدروژن مي‌شود. در حالي‌که ذرات تک‌فلزي و همچنين مخلوط فيزيکي دوفلز عملکرد متفاوتي دارند. اين موضوع از طريق اندازه‌گيري ميزان هيدروژن توليدشده در آب به‌وسيلة نانوذرات آهن، نانوذرات نيکل، نانوذرات دوفلزي Ni-Fe و مخلوط فيزيکي نانوذرات آهن و نانوذرات نيکل ثابت شده‌است.
نانوتکنولوژی
شکل (3) مقايسة مقدار هيدروژن توليدشده از واکنش نانوذرات دوفلزي، تک‌فلزي و مخلوط آن‌ها با آب. مربع مربوط به نانوذرات آهن، دايره‌ مربوط به نانوذرات نيکل، لوزي‌، مخلوط فيزيکي نانوذرات آهن و نانوذرات نيکل و مثلث مربوط به نانوذرات Ni-Fe است [2].
مطابق شکل (3) ميزان هيدروژني كه نانوذرات دوفلزي Ni-Fe توليد مي‌كند، بيشتر از بقية ذرات است و اين مي‌تواند به‌دليل تماس الکتروني بين دو فلز آهن و نيکل باشد [2].

نانوتکنولوژی
شکل (4) ميزان گاز هيدروژن (molμ) که به‌وسيلة نانوذرات Ni-Fe در آب و در يک دورة زماني طولاني توليد شده‌است [2]

شکل (4) نشان مي‌دهد که سرعت تشکيل هيدروژن در ابتداي واکنش به‌شدت افزايش يافته و با گذشت زمان، سطح آهن غيرفعال و سرعت واکنش کند مي‌شود [2].
محصولي که در ابتدا از کلرزدايي تري‌کلرو‌اتيلن به‌وسيلة نانوذرات Ni-Fe به دست مي‌آيد، شامل اتيلن و بوتن است که با پيشرفت واکنش، آلکان‌هاي زنجيره‌اي و شاخه‌دار (C1-C8) علاوه بر اولفين‌ها تشکيل مي‌شوند. پس از يک دورة زماني طولاني، آلکن‌ها به طور کامل احيا مي‌شوند و آلکان‌هايي با تعداد کربن زوج، مثل بوتان، هگزان و اکتان توليد مي‌کنند. محصولات داراي کربن زيادتر به‌علت شکستن پيوند C-C به‌وسيلة کاتاليزور Ni تشكيل مي‌شوند [2].
نتيجه‌گيري مطالعات انجام‌شده بر روي هالوژن‌زدايي ترکيبات آلي کلردار به‌وسيلة آهن، نشان مي‌دهد که مرحله تعيين کننده سرعت، مرحلة انتقال الکترون به مولکول جذب سطحي شده‌است. اين سازوکار بيان مي‌کند که سرعت احياي دي‌کلرو‌اتيلن و وينيل‌کلرايد که پذيرنده الکترون ضعيف‌تري نسبت به تري‌کلرو‌اتيلن هستند، کندتر است. در بررسي تأثير آهن در احياي تري‌کلرو‌اتيلن مشاهده شده‌است که بعضي از محصولات واکنش احيا، مثل وينيل‌کلرايد، مي‌توانند به مراتب سمي‌تر از ترکيبات اوليه‌شان باشند. همان‌طورکه قبلاً بيان شد، واکنش هالوژن‌زدايي آلاينده‌هاي آلي کلردار با نانوذرات دوفلزي از طريق احياي هيدروژن صورت مي‌گيرد. بنابراين، سرعت واکنش احيا به‌وسيله نانوذرات دوفلزي، به مراتب بيشتر از واکنش احيا از طريق انتقال الکتروني است. افزايش سرعت واکنش آلاينده‌ها، از تشکيل محصولات فرعي سمي جلوگيري مي‌کند. همچنين با استفاده از نانوذرات آهن مي‌توان برخي از آلاينده‌هاي بسيار مقاوم مثل پرکلرات را تجزيه کرد.
اين روش به‌راحتي در شرايط محيطي قابل استفاده است و نياز به فراهم نمودن شرايط خاصي مثل دماي بالا وجود ندارد.
مراجع:

[1] کماني، ح. ، شهوري، م. ، احمدي مقدم، م. ، "آفت‌کش‌ها تهديدي جدي براي منابع آب"، مجلة آب و محيط زيست، شمارة 62، ص 17-20، شهريور 1384.
[2] Schrick, B. Et al. , “Hydrodechlorination of Trichloroethylene to Hydrocarbons Using Bimetallic Nickel-Iron Nanoparticles”, Chem. Mater. , Vol. 14, pp. 5140-5147, 2002.
[3] ربيعي راد، م. ح. ، اميرپور، ر. ، رئيسي، غ. ، نظري، ز. ، رادفرنژاد، آ. ،
"بقاياي سموم آلي کلردار در رودخانة کارون"، مجلة آب و محيط زيست، شمارة 62، ص 7-11، شهريور 1384 .
Gillham R. W. & S. F. O’Hannesin,"Enhanced degradation of halogenated aliphatics by zero- valent iron", Ground Water, Vol. 32, pp. 958–967, 1994.
[5] Zhang, W. X. , Wang, C. B. , Lien, H. L. , "Treatment of Chlorinated Organic Contaminants with Nanoscale Bimetallic Particles", Catalysis Today, Vol. 40, pp. 387-395, 1998.
[6] Ponder, Sh. M. , Darab, J. G. , Mallouk, T. E. , "Remediation of Cr (Vl) and Pb (II) Aqueous Solutions Using Supported, Nanoscale Zero-valent Iron", Environ. Sci. Technol. , Vol. 34, pp. 2564-2569, 2000.
[7] Cao, J. , Elliott, D. , Zhang, W. X. , "Perchlorate Reduction by Nanoscale Iron Particles", Journal of Nanoparticle Research, Vol. 7, pp. 499-506, 2005.
[8] Tong Et. al. , "Rapid Dechlorination of Chlorinated Organic Compounds by Nickel/Iron Bimetallic System in Water", J Zhejiang Univ SCI, pp. 627-631, 2005.
[9] Wang, C. B. and Zhang, W. X. , "Synthesizing Nanoscale Iron Particles for Rapid and Complete Dechlorination of TCE and PCBs", Environ. Sci. Technol. , Vol. 31, pp. 2154-2156, 1997.
[10] Choe, S. Et al. , "Rapid Reductive Destruction of Hazardous Organic Compounds by Nanoscale Feo", Chemosphere, Vol. 42, pp. 367-372, 2001.

57:

استفاده از نانومواد در باتري‌هاي ليتيومي
خلاصهمواد نانوساختار به دليل سطح تماس زياد، تخلخل و. . . بسيار مورد توجه صنعت باتري‌هاي ليتيومي قرار گرفته‌اند. اين مشخصات امکان انجام واکنش‌هاي فعال جديد، کاهش مسير انتقال يون‌هاي ليتيوم، کاهش سرعت جريان سطح ويژه و بهبود پايداري و ظرفيت ويژه باتري‌هاي جديد را فراهم کرده است. علاوه بر اين، مواد نانوکامپوزيتي که براي مسيرهاي هادي الکتروني طراحي مي‌شوند، مي‌توانند مقاومت داخلي باتري‌هاي ليتيومي را کاهش داده، سبب افزايش ظرفيت ويژه، حتي در سرعت جريان‌هاي شارژ/ تخلية بالا شوند.
اشاره
مواد نانوساختار به دليل سطح تماس زياد، تخلخل و. . . بسيار مورد توجه صنعت باتري‌هاي ليتيومي قرار گرفته‌اند. اين مشخصات امکان انجام واکنش‌هاي فعال جديد، کاهش مسير انتقال يون‌هاي ليتيوم، کاهش سرعت جريان سطح ويژه و بهبود پايداري و ظرفيت ويژه باتري‌هاي جديد را فراهم کرده است. علاوه بر اين، مواد نانوکامپوزيتي که براي مسيرهاي هادي الکتروني طراحي مي‌شوند، مي‌توانند مقاومت داخلي باتري‌هاي ليتيومي را کاهش داده، سبب افزايش ظرفيت ويژه، حتي در سرعت جريان‌هاي شارژ/ تخليه بالا شوند.

نانومواد به طور گسترده در علوم زيستي، فناوري اطلاعات، محيط زيست و ديگر زمينه‌هاي مرتبط استفاده گسترده‌اي دارند. اخيراً مواد نانوساختار توجه پژوهشگران براي کاربرد در تجهيزات ذخيره انرژي[1 و 2] به خصوص در انواعي که سرعت جريان شارژ و تخليه بالايي دارند، مثل باتري‌هاي ليتيومي، جلب کرده‌اند[3]. توسعه تجهيزات ذخيره انرژي با توان و دانستيه انرژي بالاتر، کليد موفقيت وسايل نقليه الکتريکي و الکتريکي هيبريدي (EV وHEV) است[ 4 و 5] و انتظار مي‌رود جايگزين حداقل بخشي از وسايل نقليه امروزي شده، مشکلات آلودگي هوا و تغييرات اقليمي را رفع کند. اين فناوري‌هاي ذخيره انرژي متکي به علوم مواد جديد هستند که به عنوان نمونه مي‌توان از توسعه الکترودهايي نام برد که قابليت شارژ و تخليه در سرعت جريان بالا را دارند.
باتري‌هاي ليتيومي قابل شارژ شامل يک الکترود مثبت (کاتد)، الکتروليت حاوي يون‌هاي ليتيوم و يک الکترود منفي (آند) هستند (شکل 1) . جنس الکترودهاي مثبت و منفي اغلب باتري‌هاي تجاري ليتيومي به‌ترتيب از LiCoO2 و گرافيت است که هر دو به عنوان جايگاه‌هاي تبادل يون‌هاي ليتيوم عمل مي‌کنند. در حين فرايند شارژ کردن باتري، يون‌هاي ليتيوم از الکترود LiCoO2 جدا، همزمان به وسيله الکترودگرافيت جذب شده و با گرفتن الکترون‌ بار کلي را خنثي نگه مي‌دارند. در حين فرايند تخليه باتري، يون‌هاي ليتيوم از الکترود منفي خارج و در همان زمان بر روي الکترد مثبت جاي مي‌گيرند.
اين فرايند الکتروشيميايي، يک واکنش اکسيد- احياي حالت جامد است که طي آن، انتقال الکتروشيميايي بار بين يون‌هاي متحرک و ساختار يک جامد هادي يون و الکترون‌ صورت مي‌گيرد. معمولاً حالت مطلوب آن است که مقدار انرژي ذخيره شده در واحد جرم يا حجم باتري تا حد ممکن بالا باشد. براي مقايسه محتواي انرژي باتري‌هاي ليتيومي، از پارامتر دانستيه ويژه انرژي ( Wh/Kg) و دانستيه انرژي (Wh/l ) استفاده مي‌شود؛ در حالي که قابليت سرعت، برحسب دانستيه ويژه توان ( Wh/Kg) و دانستيه توان (Wh/Kg ) بيان مي‌شود. براي HEVها دانستيه ويژه انرژي مورد نياز و دانستيه ويژه توان باتري‌هاي ليتيومي بايد به‌ترتيب 50Kw/kgبيش از3Wh/Kgو باشد؛ حال آنکه EVها مقادير خيلي بيشتري نياز دارند، پس به نظر مي‌رسد الکترودهاي نانوساختار اميد بخش‌ترين مسير براي رسيدن به اين هدف هستند.
به طول کلي مزاياي بالقوه الکترودهاي نانوساختار را مي‌توان به شرح زير خلاصه کرد
:
1. واکنش‌هاي جديد که امکان انجام آنها با مواد توده‌اي وجود ندارد؛
2. سطح تماس زياد الکترود- الکتروليت که منجر به سرعت بيشتر شارژ و تخليه مي‌شود؛
3. مسير انتقال کوتاه‌تر الکترون‌ها و يون‌هاي ليتيوم (که امکان عمل در هدايت پايين يون‌هاي ليتيوم و الکترون‌ها يا در توان‌هاي بالاتر را فراهم مي‌کند) .
در اين مقاله برخي از نتايج تجربي اخير را که نشان‌دهنده مزاياي الکترودهاي نانوساختار است، مرور مي‌کنيم.

واکنش‌هاي جديد
در سال‌هاي اخير تلاش‌هاي زيادي در زمينه تحقيق بر روي موادي صورت گرفت که به نظر مي‌رسد در حالت توده‌اي از نظر الکتروشيميايي غيرفعالند، ولي عملکرد الکتروشيميايي خوبي در مقياس نانو از خود بروز مي‌دهند. به عنوان مثال، نانوذرات اکسيد، سولفيد، فلوئوريد و نيتريد برخي از فلزات واسطه مي‌توانند به عنوان آند در باتري‌هاي ليتيومي به‌کار روند. واکنش اين ترکيبات با ليتيوم منجر به تشکيل نانوذرات جاسازي شده در بستر LizX مي‌شود (X مي‌تواند N، F، S يا O باشد) .
فلزات واسطه با ليتيوم آلياژ فلزي تشکيل نمي‌دهند؛ بنابراين، سازوکار واکنش‌پذيري ليتيوم با فرايندهاي استخراج – الحاق ليتيوم يا آلياژ شدن ليتيوم متفاوت است. فرايند متداول استخراج- الحاق ليتيوم در شکل 1 نشان داده شده است؛ در حالي که واکنش آلياژ شدن ليتيوم به صورت زير نوشته مي‌شود:
1) نانوتکنولوژی
که M مي‌تواند Sn، Si، Pb، Bi، Sb، Ag، Al يا يک آلياژ مرکب باشد. در عوض، سازوکار واکنش ترکيبات فلزات واسطه با Li در حين فرايند شارژ و تخليه، شامل تشکيل و رسوب LizX به همراه احيا و اکسيد شدن نانوذرات فلزي است.
مکانيسم کلي به وسيله معادله زير توصيف مي‌شود [ 4 و 6 و7 ]:
2) نانوتکنولوژی
که M در اينجا يک فلز واسطه مانند Fe، Co، Ni، Cu و. . . است. همان طور که در اين معادلات ديده مي‌شود، تفاوت اصلي بين معادلات 1 و 2 تشکيل و رسوب LizX يا آلياژي از ليتيوم است.
در يک مطالعه اصولي، Poizot و Coauthors [7[ نشان دادند که الکترودهاي ساخته شده از نانوذرات اکسيد عناصر واسطه در هنگام شارژ يا تخليه با پتانسيل 5/3 تا 01/0 ولت (نسبت بهLi+/Li )، مي‌توانند ظرفيت ويژه 700mah/g با ماندگاري ظرفيت 100 درصد براي حدود صد بار عمل شارژ/ تخليه و سرعت جريان بالاي شارژ مجدد داشته باشند. ظرفيت بالاي ذخيره ليتيوم در نانوذرات اکسيد فلزي واسطه در پتانسيل کم به وسيله سازوکار بين‌سطحي ذخيره بار تفسير مي‌شود[8 و9]. مطابق اين مدل، يون‌هاي ليتيوم بر روي بخش اکسيدي سطح مشترک ذخيره مي‌شوند؛‌ در حالي که الکترون‌ها با استقرار بر روي بخش فلزي، منجر به جدايي بار مي‌شوند. بر اين اساس، محدود کردن اندازه ذرات فلزي، فعاليت الکتروشيميايي آنها را در تشکيل و رسوب دادن Li2O افزايش مي‌دهد. با کاهش اندازه ذره، سهم تعداد کل اتم‌ها در نزديکي سطح يا روي آن افزايش مي‌‌يابد که اين امر واکنش‌پذيري الکتروشيميايي ذرات را بيشتر و مؤثرتر مي‌کند. اين بررسي‌ها علت وابستگي زياد کارايي اين مواد به درجه تجمع و به هم پيوستگي آنها را نشان مي‌دهد. به طور نمونه، kim و همکارانش[10]، اخيراً نشان دادند که ذرات SnO2 با قطر سه نانومتر نسبت به ذرات چهار تا هشت نانومتري، ظرفيت قابل توجه و پايداري چرخه بيشتري دارند؛ زيرا توزيع اين مواد در بستر Li2O مناسب‌تر است که اين امر منجر به تجمع کمتر نانوذرات Sn در خوشه‌هاي اتمي مي‌شود.
الکترودهاي نانوساختار نه تنها قادر به انجام برخي واکنش‌هاي جديد هستند؛ بلکه مي‌توانند خواص الکتروشيميايي نظير ظرفيت ويژه ذخيره انرژي، توانايي جريان شارژ/ تخليه بالا و پايداري چرخه را نسبت به نمونه‌هاي معمولي بهبود بخشند. اين امر از مسير نفوذ کوتاه‌تر و سطح تماس زياد بين مواد فعال و الکتروليت ناشي مي‌شود. نفوذ يون‌هاي ليتيوم شديداً به طول مسير انتقال و مکان‌هاي قابل دسترسي به روي سطح مواد فعال بستگي دارد. ترکيباتي که داراي ضريب نفوذ ليتيوم کمتري هستند معمولاً در حالت توده و به خصوص در سرعت‌هاي جريان بالا، ظرفيت ذخيره ليتيوم کمتري از خود نشان مي‌دهند. اين حالت مخصوص نوع TiO2 روتيل است که تنها مي‌تواند مقادير ناچيزي از يون‌هاي ليتيوم را در دماي اتاق در خود جاي دهد[11-13]. نفوذ يون‌هاي ليتيوم در TiO2 روتيل شديداً ناهمسانگرد است و نفوذ در طول کانال‌هاي محور C با سرعت بيشتري روي مي‌دهد. ضمناً انحراف قابل توجه در ساختار روتيل نفوذ يوني ليتيوم را در صفحات b-a در دماي پايين کند مي‌کند (نانوتکنولوژی ) . اين امر مانع رسيدن يون‌هاي ليتيوم به مکان‌هاي چهاروجهي مناسب در صفحات a-b و سبب جداسازي آنها در مجاري C مي‌شود[14-16].
با اين وجود، اين جايگزيني در مقياس نانو کاملاً متفاوت است. براي ذرات TiO2 روتيل با ميانگين قطر 15 نانومتر بيشترين مقدار استقرار ليتيوم (x>1 in LixTiO2) در مطالعات اخير ما مشاهده شده‌است]17[. علاوه بر اين، به طور متوسط حدود 7/0 يون مي‌تواند به‌طور برگشت‌پذير در هر ذره TiO2 روتيل ذخيره شده، و در چرخه بعدي رها شود (شکل2) . نتايج مشابهي نيز از سوي Hu ] 18[ و Reddy ]19[ گزارش شده است.
ولي در الکترود TiO2 روتيل نانوساختار، کوتاهي مسير نفوذ، نفوذ يون‌هاي ليتيوم در صفحات a-b را محدود کرده است. بدين معني که يون‌هاي ليتيوم در يک زمان معين مي‌توانند محل‌هاي چهاروجهي بيشتري را در اين صفحات اشغال کنند. در کنار اين، مطالعه تئوري Stashans و همکارانش[20] نشان داد که در پايدارترين حالت- صفحه (0 1 1) TiO2 روتيل-استقرار ليتيوم بيشتر يک اثر سطحي است، زيرا اتم ليتيوم در توده نفوذ نمي‌کند.
سطح تماس زياد الکترود- الکتروليت همان طور که گفته شد، ذخيره سطحي ليتيوم نقش مهمي در ظرفيت‌ نهايي نانوالکترودها ايفا مي‌کند. علاوه بر اين، همان طور که در بسياري از مواد آندي ديديم، سطح تماس بيشتر الکترود- الکتروليت مي‌تواند به اصلاح ظرفيت جريان شارژ و تخليه بالا منجر شود. اين امر با توجه به دو عامل توصيف مي‌شود:
نخست آنکه اندازه کوچک ذرات، يعني طول انتقال کوتاه، نفوذ کامل ليتيوم را در زمان کمتر يا به عبارت ديگر سرعت جريان بالاتر شارژ يا تخليه را امکان‌پذير مي‌سازد. از طرف ديگر ذخيره سطحي ليتيوم فقط به مساحت سطح بستگي دارد نه به زمان نفوذ؛ بنابراين سطح تماس بيشتر الکترود- الکتروليت براي عمل در سرعت جريان بالا مفيد است.
دوم آنکه با استفاده از نانوالکترودها مي‌توان دانسيته جريان ويژه مواد فعال را به دليل سطح تماس زياد تا حد زيادي کم کرد. دانسيته جريان ويژه کمتر مي‌تواند الکترود را به طور مؤثري پايدار کرده، ظرفيت بالا را در دانسيته جريان بالا حفظ کند[3]. به عنوان مثال Poizot و همکارانش[7] نشان دادند که نانوالکترودهاي CoO مي‌تواند حدود 85 درصد از کل ظرفيت را در سرعت C2 (C سرعت جريان تئوري مورد نياز براي شارژ يا تخليه ظرفيت باتري در يک ساعت است) نگه دارد. همچنين در کنار ظرفيت ويژه بالا، عملکرد بسيار سريع براي نانوالکترودهاي TiO2 روتيل مشاهده شده است[ 18]. اين يافته‌ها براي اسپينل ليتيوم تيتانات (Li4Ti5O12) نيز صادق است. Li4Ti5O12 به دليل در حين فرايند استخراج – الحاق يک آند بسيار فعال به شمار آمده، سبب پايداري فوق‌العاده چرخه مي‌شود. ولي ماهيت نيمه‌رسانايي آن نشان مي‌دهد که عملکرد شارژ و تخليه آن در جريان‌هاي بالا نسبت به ماده توده‌اي ضعفيف‌تر است. Kavan و همکارانش]21[ نشان دادند که الکترودهاي Li4Ti5O12 نانو بلورين فعاليتي‌ عالي نسبت به جاسازي ليتيوم حتي در سرعت شارژ برابر با ( 1C=175)250C نشان مي‌دهند. اين مواد با سطح تماسي بين 20 تا صد متر مربع بر گرم مي‌توانند تقريباً تا حد کل ظرفيت ظاهري Li4Ti5O12 و در محدوده وسيعي از سرعت جريان (از 2C تا 250C) شارژ يا تخليه شوند.
در مطالعه ديگري، وابستگي ظرفيت ذخيره ليتيوم و عملکرد سريع الکترودهاي TiO2 آناتاز با اندازه ذرات بررسي]22[ و مشخص شد که با کاهش اندازه ذرات الکترود آناتاز باريک شدگي صفحات استخراج – الحاق ليتيوم در سرعت جريان‌هاي بالا به تأخير مي‌افتد. همچنين مشخص شد که سهم ذخيره سطحي ليتيوم تقريباً مستقل از سرعت جريان و تعداد چرخه‌هاست. اين امر منجر به عملکرد مناسب و پايدار چرخه شارژ- تخليه در نانوالکترودهاي TiO2 آناتاز، حتي در سرعت جريان‌هاي بالا مي‌شود (شکل 3) .
مسير انتقال کوتاه
به طور کلي فرايند شارژ- تخليه شامل يک واکنش اکسيد- احياست که در آن انتقال يون‌هاي ليتيوم و الکترون‌ها مخصوصاً در شارژ يا تخليه‌هاي سريع نقش مهمي دارند. مواد نانوساختار مي‌توانند مسير انتقال يون‌ها و الکترون‌ها را کوتاه کنند. در مقابل، الکترودهاي باتري‌هاي تجاري اغلب از مواد ميکروني مثلاً پودرهاي حاوي ذرات ميکروني با سطح ويژه کم ( ) تشکيل شده‌اند. از لحاظ نفوذ، اين مواد ميکروني به‌دليل طولاني بودن مسير انتقال يون‌هاي ليتيوم و کم بودن سطح تماس بين الکترود و الکتروليت براي فرايندهاي شارژ – تخليه سريع مناسب نيستند.
نفوذ يون‌هاي ليتيوم به دليل ماهيت فاز الکتروليت، سطح مشترک مايع- جامد، و پيچ و خم مسير نفوذ يک پديده پيچيده است و لازم است که اندازه ذرات مورد توجه قرار گيرد]13[. اگر فقط به کل فرايند توجه کنيم و فرض کنيم که ضريب نفوذ تنها به اين عوامل وابسته است، مي‌توان طول نفوذ را با استفاده از رابطه تعيين کرد که D و T به ترتيب ضريب نفوذ و زمان هستند. ظرفيت ويژه باتري (Q) به وسيله رابطه Q=IT به دست مي‌آيد که I دانسيته جريان ويژه شارژ- تخليه در واحدA/Kg ياMa/g است. در ظرفيت ثابت، افزايش I منجر به کاهش سريع (T) مي‌شود. بنابراين، ظرفيت ويژه مؤثر به نسبت حجم (r3- (r-L) 3) /r3 بستگي دارد که r شعاع ذرات فعال است]3[. براي رسيدن به حداکثر ظرفيت ويژه، طول نفوذ مورد نياز (L) بايد از (r) بزرگ‌تر باشد]23[. ذراتي با اندازه r2 بايد حدود دو نانومتر باشند. اين موضوع نشان مي‌دهد که مواد الکترودي نانوساختار براي تبديل و ذخيره دانستيه انرژي و توان بالا ضروري‌اند.
در حدود مواد فعال و متخلخل TiO2 نيز صادق است]3[. TiO2 متخلخل يک مزوساختار شش‌وجهي حاوي حفرات يکنواخت با قطر چهار تا پنج نانومتر از نانوبلورهاي TiO2 آناتاز است که در دانستيه جريان بالا (10m2/g ) ظرفيت ويژه بالايي ( 260mah/g) از خود نشان مي‌دهند]2[. نتايج مشابهي براي نانوبلورهاي TiO2 آناتاز با قطر شش نانومتر (شکل 3)، نيز مشاهده شده است]22[.
براي اصلاح عملکرد شارژ- تخليه با سرعت جريان بالا، مسير انتقال الکترون نيز بايد تا حد ممکن کوتاه باشد. از معمولاً کربن دوده به عنوان يک ماده هادي کمکي در باتري‌هاي ليتيومي استفاده مي‌شد. ولي مشکلاتي نظير سطح تماس، آلودگي سطح و. . . در فرآيند اختلاط مکانيکي مواد هادي کمکي و مواد فعال الکترود وجود داشت؛ بنابراين کاهش مقاومت از طريق کوتاه کردن مسير انتقال الکترون در فرايند شارژ- تخليه هنوز مطرح است. برخي روش‌هاي سنتز شيميايي براي سنتز مستقيم مواد فعال الکترود نظير V2O5 ] 24[، TiO2 ]25[ و MnO ]26[ بر روي کربن دوده استيلني ابداع و گزارش شده‌اند. اخيراً روشي براي سنتز مواد فعال متخلخل از قبيل No ]27[، Fe2O3 ]28[ و Co3O2 ]29[ براي تشکيل مواد نانو/ميکروساختار پوسته – هسته بر روي يک سطح مشبک نيکلي گزارش شد (شکل 4) . Tarascon و همکارانش]6[ اولين کساني بودند که نشان دادند الکترودهاي منفي شامل NiO، FeO يا CoO، داراي ظرفيت ويژه بالا تا حد 700 در سرعت جريان شارژ- تخليه پايين هستند، ولي استفاده از مواد هسته- پوسته فعال ميکرو/نانوساختار سنتزي، ظرفيت ويژه مشابهي را حتي در سرعت شارژ- تخليه خيلي بالا نشان مي‌دهند.
ظرفيت‌هاي ويژه در حدود 695mah/g (درA/g 10) و 780mah/g (در 13)، به ترتيب با استفاده از مواد فعال پوسته- هسته Ni- NiO و Ni- Fe2O3 به دست آمدند (شکل 5) .
در مواد فعال نانو/ميکروساختار پوسته- هسته، قطر سيم نيکلي خيلي نازک است. لذا سيم‌ها و نانولوله‌هاي هادي با قطر چند نانومتر تا چند ده نانومتر براي انتقال الکتروني به عنوان يک هسته مناسب‌تر هستند. مواد فعال نانوبلوري سنتز شده بر روي نانولوله‌هاي کربني نيز براي باتري‌هاي ليتيومي پرسرعت مورد بررسي قرار گرفته‌اند و رفتار شارژ- تخليه اصلاح شده‌اي را در دانسيته جريان بالا نشان داده‌اند]30[.
با وجود اين، سنتز مواد فعال نانوساختار بر روي نانولوله‌ها و نانوسيم‌هاي هادي هنوز يکي از اميدبخش‌ترين زمينه‌هاي تحقيقاتي است.
الکترودهاي نانوساختار براي عملکرد پايدار چرخه
الکترودهاي نانوساختار در کنار عملکرد بسيار مناسب در سرعت جريان‌هاي بالا، پايداري چرخه خوبي دارند[3، 17، 18، 22 و 31].
کم شدن ظرفيت باتري‌هاي ليتيومي در حين چرخه شارژ و تخليه معمولاً به دليل انقباض و انبساط حجمي زياد ناشي از فرايندهاي استخراج – الحاق ليتيوم يا آلياژ شدن ليتيوم در باتري است. به عنوان مثال، Si به عنوان الکترود منفي باتري‌هاي ليتيومي داراي بالاترين ظرفيت تئوري 4200 است ]32-34[.با وجود اين، استفاده تجاري از آن به واسطه تغييرات قابل توجه حجم در حين فرآيند محدود شده است]34[. الکترودهاي نانوساختار مي‌توانند انبساط و انقباض حجم را از بين برده، سبب پايداري چرخه عملکرد باتري شوند.
به طور نمونه، نوع جديدي از الکترودهاي نانوکامپوزيتي Si/C ظرفيت برگشت‌پذير خيلي بالا (حدود 1000) و ماندگاري ظرفيت خوبي (8/99 درصد) از خود نشان مي‌دهند]35[. گمان مي‌رود که نقش الکترود کامپوزيتي نانوساختار در کاهش تغييرات حجم Si در حين فرايندهاي شارژ و تخليه، علت ظرفيت و پايداري بالا در اين باتري‌ها باشد.
خلاصه
در اين مقاله مزاياي الکترودهاي نانوساختار براي تجهيزات ذخيره انرژي پرسرعت مخصوصاً براي باتري‌ ليتيومي پرسرعت مرور شد. البته معايبي مانند فرايند سنتز پيچيده هم براي اين نانومواد که هزينه باتري‌هاي ليتيومي را بالا مي‌برد، وجود دارد. بنابر اين، تلاش‌هاي آينده در جهت توسعه روش‌هاي سنتز ساده براي توليد انبوه مواد فعال نانوساختار است.

58:

شکل دادن به فلزات در مقیاس نانو - بخش اول
آينده‌نگاري‌ها نشان مي‌دهند که علوم مختلف در ده تا پانزده سال آينده زير چتر نانو قرار مي‌گيرند. در واقع، فناوري نانو رشته‌هاي گوناگون علمي و فني را به يکديگر نزديک مي‌کند. يکي از اين رشته‌ها مهندسي مکانيک است.
امروزه کمتر زمينة توليدي و پژوهشي يافت مي‌شود که از مهندسي مکانيک بي‌نياز باشد. زمينه‌هايي نظير خودروسازي، هواپيماسازي، رُباتيک، آبرساني، پالايشگاه‌هاي نفت و گاز، هوش مصنوعي، بيومکانيک و بسياري ديگر از اين فنون و صنايع، با مهندسي مکانيک درآميخته‌اند. در دنياي مکانيک، فرايند «شکل‌دهي» جايگاه ويژه‌اي دارد. به عنوان مثال، قطعات مختلفِ خودروهاي سواري با روش‌هاي مختلفِ شکل‌دهي مانند کشش، خمش و... ساخته شده‌اند. با استفاده از فناوري نانو مي‌توان بر کيفيت شکل‌دهي افزود و محصولات باکيفيت‌‌تري توليد کرد. اين محصولات جديد يک ويژگيِ عمده دارند که همانا يکدستي در تمام محصولات است.
در مجموعة مقالاتي که ارائه خواهد شد، به موضوع شکل‌دهي در مقياس نانو خواهيم پرداخت.
مفاهيم و موضوعاتدر اين مجموعه مقالات، عناوين مختلفي مورد بحث قرار مي‌گيرند، مناسب است که در شروع کار، اولويت‌ها و عناوين مورد بحث را با هم مرور کنيم تا به چشم‌اندازي از مسير و هدف نهايي برسيم. البته ممکن است در ابتدا با مفاهيمي روبه‌رو شويد که قدري ناآشنا هستند، اما سعي شده است تا حد ممکن مطالب ساده بيان شوند و با کمک مثال‌ها و تصاوير مختلف درک آنها سريع‌تر و بهتر صورت گيرد.
سه شاخة اصلي مورد بحث در اين مقالات عبارتند از:
  • شکل‌دهي و مفاهيم مرتبط با آن؛
  • مايکروشکل‌دهي به عنوان فرايندي صنعتي که در نزديکترين مقياس به حوزة نانو صورت مي‌گيرد؛
  • نانوشکل‌دهي.
اگر با اين سلسله مقالات همراه شويد، در انتها پاسخ اين سؤال اساسي را درخواهيد يافت: نانوشکل‌دهي چيست؟
شکل‌دهيدر طول روز با محصولات بسياري روبه‌رو مي‌شويد که با تغيير شکل ايجاد شده‌اند. وقتي اين تغيير با کشيدن ورق فلزي ايجاد شود، به آن «کشش» مي‌گويند؛ وقتي تغيير شکل با خم نمودن صورت بگيرد، «خمش» ناميده مي‌شود، و البته در بسياري از فرايندها از هر دو روش به طور همزمان استفاده مي‌شود، مثلاً در توليد بدنة خودروهاي سواري.
عمليات‌ شکل‌دهى‌ فلزات‌ بسيار متنوع‌ است. ما در ابتدا به دو نمونة ساده اشاره کرديم، اما هدف‌ اصلى‌ از انجام‌ همة‌ آنها ايجاد تغيير شکل‌ مطلوب‌ است‌. در شکل‌ دادن‌ به فلزات،‌ نيروهاي لازم براي شکل‌دهي و خواصّ مادة تحت شکل‌دهي از اهميت زيادي برخوردارند، زيرا بايد از ابتدا بدانيم چه مقدار نيرو بايد در چه جهتي وارد شود تا مثلاً يک کابل فلزي با روش کشش توليد گردد. شايد در فيزيک به تعريف نيرو دقت کرده باشيد. حتماً به ياد داريد که جهت و مقدار از نکات اصلي آن هستند. از طرف ديگر بايد بدانيم جنس مادة تحت شکل‌دهي چيست تا بر اساس خواص آن نيروي لازم را وارد سازيم. مثلاً بين آلمينيوم، فولاد، مس يا چوب تفاوت‌هاي زيادي وجود دارد و اگر از آنها در جاي مناسب استفاده نکنيم، هرگز به هدف مورد نظر نمي‌رسيم.
نانوتکنولوژی
دو رشتة‌ مهندسى‌ که‌ به ‌طور مستقيم‌ به موضوع شکل‌ دادن‌ فلزات‌ مي‌پردازند، عبارتند از مکانيک‌ و متالورژى‌.
شکل‌پذيرى‌يکى‌ از نگرانى‌هاى‌ مهم‌ در شکل‌ دادن‌ آن‌ است‌ که‌ آيا مى‌توان‌ بدون‌ خراب‌ شدن‌ فلز، شکل‌ مطلوبي به‌ آن‌ بخشيد يا نه‌؟ در فرايندى‌ مفروض‌ از تغيير شکل‌ معيّن‌، محدوديت‌هاى‌ شکل‌ دادن‌، از ماده‌اى‌ به‌ مادة ديگر تغيير مى‌کند.حتماً مقاطع فلزي را که در ساختمان‌سازي به کار گرفته مي‌شوند ديده‌ايد. براي توليد اين مقاطع، فرايند تغيير شکل شامل تبديل آهن خام به مقاطع مستطيلي يا لانه زنبوري است. هندسة تغيير شکل، آخرين وضعيتي است که از ابتدا به دنبال آن بوده‌ايم؛ يعني مقطع فلزي مستطيلي يا لانه‌زنبوري .بهتر است پيش از پرداختن به تعاريف مرتبط با شکل‌دهي و فرايندهاي وابسته به آن، به مواد مهندسي و خواص آنها بپردازيم.
مواد مهندسى‌ و مصالح‌ صنعتى‌ ادوار زندگى‌ بشر را با توجه‌ به‌ عناصر و موادى‌ که‌ در آن‌ اعصار کشف‌ شده‌اند‌، تقسيم‌بندى‌ کرده‌‌اند. در هر دوره‌، محدوده‌ و تنوع‌ اين‌ يافته‌ها افزايش‌ يافت‌ و در نهايت،‌ مهمترين‌ و مفيدترين‌ يافتة‌ بشر در آن‌ دوره‌، نام‌ آن‌ عصر را به ‌خود گرفت: عصر حجر، عصر برنز، عصر آهن‌... در حال‌ حاضر، بعد از اينکه‌ مواد پلاستيک‌ و کامپوزيت‌ها (مواد مرکب از چند مادة مختلف که به آنها «چندسازه» مي‌گويند) به وجود آمد، در «عصر مواد کامپوزيتى» ‌ هستيم‌ و با تحولات‌ سريع‌ فناورى‌ انتظار مى‌رود که‌ در آينده‌اى‌ نه‌چندان‌ دور به‌ «عصر مواد هوشمند» وارد شويم؛ عصري که اکنون در گام‌هاي آغازين ورود به آن هستيم.در استفاده از مواد مورد نياز براي ساخت‌ دستگاه‌ها، ابزارآلات‌ و محصولات‌ صنعتى‌ و غيرصنعتى،‌ ‌بايد خواص‌ مورد نياز هر محصول‌ يا دستگاه‌ توسط‌ مادة آن‌ تأمين‌ شود، زيرا ماده، خوراک اوليه براي شروع کار است؛ مانند سوخت خودرو که بايد از ويژگي‌هاي خاصي برخوردار باشد، وگرنه ماشين دچار مشکلات فراوان مي‌شود.
نانوتکنولوژی
خواص مواد بسيارند. مانند خواص مکانيکي، فيزيکي، سطحي، توليدي و زيبايي‌شناسانه. به عنوان مثال، خواص فيزيکي مربوط به ويژگي‌هاي ذاتي ماده مثل مقاومت الکتريکي و حرارتي و خواص مغناطيسي است و از ماده‌اي به مادة ديگر فرق مي‌کند و مثلاً مس يا آلمينيوم هادي خوبي براي الکتريسيته و حرارت به شمار مي‌روند.خواص مکانيکي نيز به جنس ماده وابسته‌اند. اينکه هر ماده چقدر در مقابل نيروي واردشده مقاومت مي‌کند يا اينکه چقدر بايد بر هر ماده نيرو وارد کرد تا از هم گسيخته نشود، به خواص مکانيکي آن مربوط مي‌شود.
مواد و مصالح‌ صنعتى‌ به‌طور کلى‌ به‌ دو دسته‌ تقسيم‌بندى‌ مى‌شوند: (1) فلزات‌ و آلياژهاى‌ فلزى،‌ و (2) مواد غيرفلزى.‌
1. فلزات‌ و آلياژهاى‌ فلزى‌ فلزات‌ و آلياژهاى‌ فلزى‌ جزء پُرمصرف‌ترين‌ موادى‌ به شمار مي‌روند که‌ در صنعت‌ کاربرد دارند. اين‌ مواد به‌ علت خواص ‌متنوعشان، در بخش‌هاى‌ مختلف‌ صنعت‌ به‌ کار مى‌روند. فلزات‌ از مواد معدنى‌ استخراج‌ مى‌شوند و از عناصر فلزى‌ نظير آهن‌، آلمينيوم‌ و مس‌ تشکيل مي‌گردند.ويژگي‌هايي نظير مقاومت‌، قابليت‌ شکل‌پذيرى‌، قابليت‌ جوشکارى‌، قابليت‌ رسانايى‌ الکتريکى‌ و حرارتى‌ که‌ در حد بسيار بالايي‌ در فلزات‌ و آلياژهاى‌ فلزى‌ قابل‌ دسترسى‌اند، جايگاه‌ ويژه‌اى‌ به‌ اين‌ مواد در صنعت‌ داده‌ است‌.البته‌ فلزات‌ مختلف‌ داراى‌ خواص‌ يکسانى‌ نيستند و همين‌ امر سبب‌ شده‌ است که‌ هر فلز کارآيى‌ خاصى‌ داشته‌ باشد. از جمله‌ مهمترين‌ عناصر فلزى‌ که‌ در صنعت‌ مورد استفاده‌ قرار مي‌گيرند (بر حسب‌ اهميت)‌ عبارتند از: آهن‌ و آلياژهاى‌ آن‌ نظير فولاد و چدن‌ و نيز آلمينيوم‌، مس‌، برنج‌، و برنز.از آنجا که بخش‌ عمدة کاربرد فلزات‌ و آلياژهاى‌ فلزى‌ از آهن‌ و آلياژهاى‌ آن‌ است، گروه‌ فلزات‌ را به‌ دو زيرگروه‌ تقسيم‌ مى‌کنند:
الف‌ ـ فلز آهن‌ و آلياژهاى‌ آهنى‌ (Ferrous & Alloys)ب‌ ـ فلزات‌ غيرآهنى‌ و آلياژهاى‌ آنها (Nonferrous & Alloys)
2. مواد غيرفلزى مواد غيرفلزى‌ به‌ علت‌ طبيعت‌، خواص‌، مزايا و ويژگى‌هاى‌ خاص‌ خود، همواره‌ مورد توجه‌ در ساخت‌ و توليد اجزاي ماشين‌ بوده‌اند. صنعتگران‌‌ بر اساس‌ تجربه،‌ انواع‌ مختلف‌ چوب‌، پلاستيک‌ها و سراميک‌ها را در اجزاي مختلف‌ ماشين‌، با هدف‌ حذف‌ فلز و سبک‌سازى‌ آن مورد استفاده‌ قرار مى‌دهند تا در نهايت انرژي کمتري مصرف شود و هزينة توليد محصول کاهش يابد. به ‌طور کلى، ‌مواد غيرفلزى‌‌ شامل‌ اين مواردند:
الف‌ ـ پلاستيک‌‌ها ب‌ ـ الاستومرها ج‌ ـ سراميک‌‌ها د ـ مواد مرکب‌ (کامپوزيت‌ها)
نانوتکنولوژی
پلاستيک‌‌ها گروهى‌ از موادند که‌ مولکول‌هاى‌ بزرگ دارند و از اتصال ‌مولکول‌هاى‌ کوچک‌ حاصل‌ مي‌شوند. ويژگى‌هاى‌ عمدة‌ اين‌ مواد عبارت‌اند از:
الف‌ ـ چگالى‌ کم‌ ب‌ ـ مقاومت‌ کافى‌ در برابر خوردگى‌ ج ـ هزينة‌ توليد پايين‌‌
از نظر‌ علم‌ شيمى‌، بيشترِ اين‌ مواد، ترکيبات‌ آلى‌ و شامل‌ عناصرى‌ نظير هيدروژن‌، اکسيژن‌، کربن‌ و نيتروژن‌اند. پليمرها دستة‌ بزرگى‌ از مواد آلى‌ هستند که‌ به‌ چند گروه‌ و خانواده‌ تقسيم‌ مي‌شوند. تنوع‌ اين‌ مواد به‌ حدى‌ است‌ که‌ در حال‌ حاضر حدود چهار هزار نوع‌ مواد پليمرى‌ با فرمول‌هاي‌ مختلف‌ سنتز و ايجاد شده‌اند. از اين ‌ميان،‌ ۴ يا ۵ نوع‌ پليمر بيشترين‌ استفادة تجارى‌ و صنعتى‌ را دارند.پليمرها را مي‌توان به‌ دو دستة‌ عمده‌ تقسيم کرد. گروه‌ اول‌ پلاستيک‌هاى «گرمانَرم» (ترموپلاستيک)‌ هستند. به‌ اين‌ معنا که‌ قابليت‌ ذوب‌ مجدد و بازيابى‌ دارند و همان‌طور که از نام آنها پيداست با وارد کردن مقدار مناسبي حرارت نرم و در انتها ذوب مي‌شوند. در مقابل، دستة‌ دوم، ‌پلاستيک‌هاى‌ «گرماسخت» (ترموست)اند که‌ پس‌ از شکل‌گيرى‌ِ اوليه‌ ديگر نمى‌توان‌ آنها را مورد استفادة مجدد قرار داد، يعني در مقابل حرارت و گرما بسيار مقاوم‌اند.

59:

شکل دادن به فلزات در مقیاس نانو (بخش دوم)
بخش اول از این مجموعه‌ مقاله‌‌‌‌‌ها، به شکل‌دهی و شکل‌پذیری مواد و مصالح صنعتی اختصاص داشت. گفتیم مواد بسته به خواص گوناگون آن‌‌‌‌‌ها، کارکردهای مختلفی دارند. یکی از مهم‌‌‌‌‌ترین خواص برای شکل‌دهی، خواص مکانیکی‌اند. به علاوه، برای به دست آوردن محصول دلخواه از راه شکل‌دهی، باید روش‌هایی را تعریف کرد که بیشترین بازده را داشته باشند. هما‌ن‌طور که برای ایجاد انرژی حرکتی در خودروها به دنبال انواع مناسب سوخت و بهینه کردن سیستم احتراق خودرو هستیم، در شکل‌دهی روش‌‌‌‌‌هايي که پُربازده‌ باشند از توجه بيشتری برخوردارند.

خواص مکانیکی موادمنظور از خواص‌ مکانيکى‌، واکنش مواد در برابر نيروها و بارهاست‌. عکس‌العمل‌ مواد در برابر نيروهاى‌ واردشونده،‌ به‌ ساختمان‌ مولکولى‌ آن‌‌‌‌‌ها بستگى‌ دارد. آن‌ قسمت‌ از علم‌ مکانيک‌ که‌ صرفاً به‌ بررسى‌ نيروها و واکنش‌ها مى‌پردازد «استاتيک‌» نامیده‌ مى‌شود و بخشی از آن که‌ واکنش ماده‌ به نيروهاى‌ اعمال‌شده‌ و تغيير شکل‌هاى‌ جزئىِ‌ ناشی این از نیروها را مورد بررسى‌ قرار گيرد، «مقاومت‌ مصالح» نام دارد.
قطعات‌ بر اثر اِعمال نیرو نباید از بين‌ بروند؛ بنابراین برای ای‌‌‌‌‌نکه مطمئن بشویم قطعه مورد نظر خواص فیزیکی لازم را دارد، باید هنگام انتخاب‌ جنس‌، شکل‌، اندازه‌ و طرز ساخت‌، محاسبه‌‌‌‌‌هایی انجام دهیم. مثلاً برای تولید رینگ‌های خودرو، باید محاسبات اولیه‌ای انجام دهيم تا شرایط مادة مورد نیاز بر حسب نوع خودرو، حداکثر سرعت و حداکثر بار قابل حمل توسط آن، مشخص شود.در این‌‌‌‌‌جا به برخى‌ از اصطلاحات‌ رايج می‌پردازیم که مؤلفه‌هاى‌ مؤثر در بررسى‌ خواص‌ مکانيکى را توضیح می‌دهند‌.

1.
تنش - ‌ stress‌ :
عبارت‌ است‌ از «مقدار نيروى‌ وارد‌ بر واحد سطح‌». مقدار تنش‌ از تقسيم‌ نيروى‌ وارد‌ بر جسم‌ بر مساحت‌ سطح‌ مقطع‌ جسم‌ به دست‌ مى‌آيد. شاید فکر کنید این تعریف به مفهوم فشار در فیزیک دبیرستان خیلی نزدیک است، اما همان‌طور که دقت کرده‌اید، در این‌‌‌‌‌جا شرط عمود بودن مؤلفه‌‌‌‌‌ي نیروی وارد بر سطح، وجود ندارد.

2.
خستگى - fatigue :
گاهی در قطعه‌ای از یک ماشین کارخانه، شکستگی‌هایی به وجود می‌آید. ولی پس از بررسی مشخص می‌شود که میزان تنش وارد بر قطعه، از حد مجاز کمتر بوده. اما چرا گسیختگی ایجاد شده است؟ علت این پدیده آن است که بطور پيوسته مقدار بار معینی بر قطعه وارد می‌شود. یعنی مقدار تنش خاصی، به‌دفعات بر آن وارد شده است. به این گسیختگی‌ها، «گسیختگی خستگی» می‌گویند.

3.
کُرنش - ‌ strain:
به طور کلى، تمام‌ مواد بر‌ اثر نيرويي هرچند ناچيز، دچار تغيير شکل‌ (تغيير ابعاد) مى‌شوند. به تغيير ابعاد يا اندازه‌های جسم، بر اثر تنش‌ «کُرنش»‌ مى‌گویند؛ مثل فنری که به‌‌‌‌‌واسطه وارد کردن نیرو بر آن کشیده یا فشرده می شود.

تعريف‌‌‌‌‌های ذکر شده، اصلی‌ترین مفاهیمِ خواص مکانیکی‌اند. گروهی دیگر از اصطلاحات هستند که از این تعریف‌‌‌‌‌ها ناشی می‌شوند. مثلاً به مقاومت ماده در برابر تغییر شکل «استحکام» می‌گویند و یا مقاومت ماده در برابر خراشيدن، ساییدگی، بُراده‌برداری و بُرش را «سختی» می‌نامند.

فرایندهای شکل‌دهیپیش از آن‌‌‌‌‌که به فرایندهای شکل‌دهی بپردازیم، باید به این سؤال پاسخ دهیم که اصلاً چرا از شکل‌دهی استفاده می‌کنیم؟از زمانی که بشر به فکر ساختن ابزار افتاد، راه‌های بسیاری را تجربه کرد. مثلاً گاهی با بُراده‌برداری از چوب، کمان ساخت تا به شکار بپردازد. زمانی قطعات چوب را بُرید یا آن‌‌‌‌‌ها را سوراخ کرد. اما در نهایت، لازم داشت از مادة موجود - بدون آنکه از مقدار آن بکاهد – حداکثر استفاده را بکند. فکر اولیه‌‌‌‌‌ي شکل‌دهی از این‌‌‌‌‌جا ناشی شد. البته به مرور زمان این تعریف تغییر کرده است، بطوري‌‌‌‌‌که گاهی طول فرایند شکل‌دهی به مقدار ماده کم می‌شد.
در زير به طور خلاصه به تعدادی از مشهورترین و متداول‌ترین فرایندها در شکل‌دهی فلزات می‌پردازیم:

1.
خم‌کارى‌همة‌ عمليات‌ ورق‌کارى،‌ شامل‌ خم‌کارى‌ هم‌ مى‌شود. در اغلب موارد، خم‌کارى‌ ويژگى‌ اصلى‌ ورق‌کارى‌ به‌ شمار مى‌رود و به همين دليل است که جنبه‌هاى‌ مختلف‌ آن‌ قابل‌ توجه است. اگر در سپرهای فلزی خودروهای قدیمی دقت کرده باشید، می‌توانید آثار خم‌کاری در محل اتصال سپر با بدنه را ببینید.
نانوتکنولوژی

نمونه یک شکل به دست آمده با روش خمکاری


2 کشش‌فرايندى‌ است‌‌ براى‌ کاهش‌ سطح‌ مقطع‌ در ورق‌، سيم‌ يا مفتول‌ و ديگر مقاطع‌ استاندارد. کشش از پايه‌اى‌ترين‌ فرايندها در شکل‌دهى‌ به شمار می‌رود. در طول فرایند کشش، ماده از یک جهت کشیده می‌شود. در نتیجه، از ابعاد دیگر آن کاسته می‌گردد.
نانوتکنولوژی

یک دستگاه کشش


3. نوردکارینوردکارى‌ از جمله‌ فرايندهاى‌ پُرکاربرد در توليد مقاطع‌ استاندارد، مثل ورق،‌ است. در نوردکارى‌ِ صفحه‌ها، ورق‌ها و تسمه‌ها، پهناى‌ قطعة‌ کار فقط‌ اندکى ‌افزايش‌ مى‌يابد. از عوامل‌ تأثيرگذار در اين‌ فرايند، مى‌توان‌ به‌ ارتفاع‌ اوليه‌ و ثانوية‌ قطعه‌، پهناى‌ آن‌، سرعت‌ چرخش ‌غلتک‌، جنس‌ غلتک‌ و نيز دماى‌ کار و جنس‌ قطعة‌ کار اشاره‌ کرد. اين‌ فرايند را مى‌توان‌ با چند غلتک‌ و در چند مرحله‌ تا زمانِ رسيدن‌ به‌ ارتفاع‌ و وضعيت‌ مطلوب ادامه داد. مثلاً اگر ورقی با ضخامت 5 میلی‌متر در اختیار دارید و می‌خواهید ضخامت آن را به 1.5 میلی‌متر برسانید، می‌توانید از یک یا چند غلتک که در یک ردیف قرار گرفته‌اند استفاده کنید. باهر بار عبور هر یک از غلتک‌‌‌‌‌ها، اندکی از ضخامت ورق ‌کاسته می‌‌‌‌‌شود تا اینکه ضخامت به مقدار دلخواه برسد.

نانوتکنولوژی

عملیات نوردکاری در چند مرحله متوالی

5. فورجينگ‌ یا آهن‌کوبیفورجينگ‌ که‌ در ادبيات‌ غيرفنى‌ به‌ آهنگرى‌ نيز ترجمه‌ شده است، به‌ فرايندى‌ گفته‌ مى‌شود که‌ در آن، فلز در فضاى‌ بين‌ قالب‌ و ضربة‌ محکم‌ِ پرس قرار می‌گیرد و پس از خارج شدن اضافه‌‌‌‌‌ها به‌ شکل‌ دلخواه درمى‌آيد.

نگاه اجمالی ما به فرایند شکل‌دهی و مسائل مرتبط با آن، در این‌‌‌‌‌جا به پایان می‌رسد. فراموش نکنید که هنوز سخنی از مقیاس به میان نیاورده‌ایم. در واقع، مطالبی که تا کنون خواندید مربوط به مقیاس‌های رایج در صنعت‌اند و در صنایعی نظیر خودروسازی، قالب‌سازی و لوله‌سازی مطرح‌اند. در بخش‌های آینده با کاهش ابعاد به دنیای مایکرو و سپس به دنیای پُررمز و راز نانو خواهیم رسید.

60:

جداسازی ایزوتوپ ها و فناوری نانو

همانگونه که میدانیم هیچ ماده ای در طبیعت به طور خالص و صد در صد یافت نمی شود و این موضوع برای هر سه حالت ماده یعنی جامد ، مایع و گاز برقرار است. برای مثال آهن ، مس یا طلا همیشه در سنگهایشان ناخالصی دارند و باید آنها را خالص سازی کرد .
در مورد مایعات نیز باید مراحل مختلفی طی شود تا مخلوط های مایع در مایع یا جامد در مایع را جدا سازی کنیم . در مورد گازها نیز جدا سازی لازم است .
در جدا سازی مواد باید به خصوصیات آنها مثل جرم ، حجم و خواص شیمیایی آنها توجه کرد . بر حسب هر خاصیتی ، روش ***** کردن مخصوصی استفاده می شود .
فرآیندهای جدا سازی به دو صورت هستند :
1. غربال ملکولی ( Molecular sieving )
2. غربال کوانتومی ( Quantum sieving )

غربال ملکولی :
غربال ملکولی فرآیندی است که طی آن به خاطر تفاوت اندازه ( حجم ) و خواص شیمیایی ملکولها ، میتوان آنها را از یکدیگر جدا کرد . برای این کار از موادی استفاده می شود که دارای روزنه های بسیار ریز یا به اصطلاح میکرو روزنه ( Micro porose ) می باشند.
از لحاظ کلاسیک نمیتوان با استفاده از غربال های ملکولی ایزوتوپهای یک ملکول را جدا کرد زیرا دارای اندازه و خواص یکسانی هستند .
تکنیکهای خاص و پر هزینه ای برای جدا سازی ایزوتوپها وجود دارد:
1. تبادل شیمیایی ( Chemical exchange )
2. جداسازی نفوذی ( Diffusion separation )
3. جداسازی بیولوژیکی ( Biological separaton )
4. جداسازی ایزوتوپی لیزری ( Laser isotope separation )

غربال کوانتومی :
پژوهشگران دانشگاه pittsburg راه جدیدی برای جداسازی ایزوتوپهای سنگین و سبک یک عنصر پیشنهاد دادند.
شبیه سازی کامپیوتری آنها نشان داد که نانو لوله ها Nanotube با قطر کم میتوانند به عنوان غربال کوانتومی برای جدا سازی مخلوط هیدروژن و ایزوتوپهای آن (تریتیوم یا دوتریوم) استفاده شوند . این غربال کوانتومی میتواند برای مخازن خنک کننده سوخت اتمی به کار برود .

نانوتکنولوژی
ایزوتوپ های هیدروژن
نانولوله های کربنی میتوانند هیدروژن بسیار زیادی را
جذب کنند ، تا حدی که میتوان از آنها به عنوان مخزن
سوخت هیدروژن استفاده کرد .
ساختمان نانوتیوب های کربنی به گونه ایست که هر اتم کربن با سه اتم دیگر پیوند دارد که در این صورت میتواند با یک هیدروژن واکنش دهد . هیدروژن های جذب شده قابلیت تراکم دارند . نانوتکنولوژی همانطور که میدانید ، درابعاد کوچک ،اصل عدم قطعیت هایزنبرگ جلوه گر میشود:
X P > h
E t > h
t مقادیر مجاز زمان ، E مقادیر مجاز انرژی و P محدوده تکانه مجاز ذره است
بر طبق این اصل اگر جسمی در مسافت X محدود شود ، تکانه اش دارای عدم قطعیتی به اندازه حداقل x/h خواهد شد . یعنی تکانه دیگر مقداری معین و معلوم نخواهد بود.

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ Heisenberg uncertainly principle
طبق مدل اتمی بور، الکترون، به عنوان ذره ای باردار در اطراف هسته در حرکت است. برای تعیین مسیر هر جسم دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه ضروری است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشان می دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون نا ممکن است. هر چه تلاش کنیم که یکی از این دو کمیت را دقیق تر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر، نامطمئن تر هستیم.

هر قدر که جرم ذره بیشتر باشد ، جنبش آن نیز بیشتر است . پس زمانی که ایزوتوپها در نانولوله محدود می شوند ، به حرکت درمی آیند و چون جرم هیدروژن از ایزوتوپ ها کمتر است ، کمتر تکان می خورد و به راحتی از نانولوله رد می شود ، ولی ایزوتوپهای دیگر به دلیل جرم بیشتر درون نانولوله گیر می کنند و جذب کربنها می شوند. ا ین عمل جدا سازی با نانو لوله هایی با قطر حدود 6 آنگستروم و در دمای 20 کلوین ا نجام می شود و تریتیوم 10000 بار بیشتر از هیدروژن جذب می شود .
دانشمندان این جداسازی را در مورد H2 – HD , T2 – H2 , CH4 – CD4 و ایزوتوپ هلیوم انجام دادند که موفقیت آمیز بود .
آنها متوجه شدند که با افزایش دما ، قدرت جذب نانولوله ها کاهش می یابد.
قبل از به کارگیری نانو تیوبها ، دانشمندان از موادی به نام زئولیت استفاده می کردند. این مواد انواع مختلفی دارند و دارای روزنه های بسیار ریز میباشند ، ولی این روزنه ها یکسان نیستند و بعضی از آنها آنقدر بزرگند که مواد را به خوبی جدا نمی کنند. ولی امروزه علم نانوتکنولوژی به ما کمک می کند که این کار را با صرف هزینه های کمتر به راحتی انجام بدهیم .

زئولیت ها Zeolite :
زئولیت ها سیلیکاتهای آبدار می باشند، و پیوند آبدار در آنها بسیار سست است، به طوریکه در دمای پایین، آب خود را از دست می دهند. قابلیت تعویض یونی آنها زیاد است. زئولیت ها هم به روش طبیعی و هم به روش مصنوعی تشکیل می گردند. یکی از موارد مصرف زئولیت ها ***** ملکولی می باشد. چنانچه زئولیت ها در دمای 350 تا 400 درجه سانتیگراد برای مدت چند ساعت حرارت داده شوند آب موجود در مجاری و فضای کانال مانند، آزاد و به زئولیت بدون آب تبدیل می‌شود. قطر فضاهای کانال مانند، مشخص و تابع ترکیب شیمیایی زئولیت است. قطر این فضا در زئولیت پتاسیم‌دار 13 آنگستروم، سدیم‌دار 4 آنگستروم و برای کلسیم‌دار 5 آنگستروم است. موادی که ابعاد ملکول آنها کمتر از قطر فضای زئولیت باشد جذب شده و آنهایی که بزرگ‌تر هستند جذب نخواهند شد.
نانوتکنولوژی

61:

محلول های مغناطیسی نانو

محلول‌های مغناطیسی یکی از شاخه‌های فناوری نانو است که کمتر از دیگر شاخه‌های نانو به آن پرداخته شده‌است، ولی به تازگی کاربردهای جدیدی برای آن یافت شده است.نانوتکنولوژی
محلول‌های مغناطیسی (Ferro fluid) از ذرات بسیار ریز کلوییدی ( درحدود100 - 10 نانومتر ( m 9- 10) ) از جنس فلزاتی که خاصیت مغناطیسی دارند(مانند آهن و کبالت) به حالت سوسپانسیون در مایعی ، ساخته میشوند . پخش‌ کردن ذرات در مایع را می توان به کمک یک واکنش شیمیایی انجام ‌داد. ذرات پخش شده در مایع به علت ریز بودن به صورت کلوئیدی هستند ولی پس از گذشت مدت زمان نسبتاً کوتاهی به هم پیوسته و ذرات بزرگتری را تشکیل می‌دهند ، که در ا ین صورت حالت کلوییدی آن از بین رفته ، ذرات در محلول ته ‌نشین شده و خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند .
هر قدر که ذرات ریزتر باشند ، محلول خاصیت مغناطیسی بهتری از خود نشان می‌دهد. به این علت است که در هنگام تولید ، موادی با نام " سورفاکتانت " به محلول اضافه می‌شود که روی دیواره‌های آن را می پوشاند و مانع از به هم پیوستن و بزرگ شدن ذرات می‌شود و ذرات با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند.


"سورفکتانت ها :
کلمه سورفکتانت مخلوطی از “Surface active agent “ می باشد . سورفکتانتها معمولا ترکیباتی آلی هستند که دارای گروههای آبدوست که نقش دم و دنباله را دارد و گروههای آبگریز که نقش سر را دارد می باشند بنابراین معمولا به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می شوند.
وجود طبیعت دوگانه سبب ویژگیهای خاصی در این مولکول ها می شود به طوریکه می توانند در آب حل شده و در سطح مشترک آب – هوا یا بین دو سطح از دوفاز مختلف تجمع یافته و سبب کاهش کشش سطحی شوند. به طور نمونه در مورد بالاسورفکتانت ها ، از یکی از دو سرشان به کلویید متصل شده و از سر دیگر به محلول نزدیک اند، بنابراین سرهایی که در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعه بین کلوییدها می شود . در نتیجه از تجمع و به هم پیوستن آنها ممانعت نموده و محلول خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند.
سورفکتانتها نقش مهمی در بسیاری از کاربرد ها عملی و محصولات بازی میکند مثلا : شونده ها - امولسیون کننده ها - جوهر سازی - کف سازی و ....سورفکتانتها معمولا بوسیله گروههای باردار تقسیم بندی می شوند . سورفکتانتهای غیریونی در قسمت سر خود بی بار هستند. اگر بار منفی باشد سورفکتانت آنیونی و اگر مثبت بود سورفکتانت کاتیونی داریم .. گاهی قسمت سر دارای هر دو بار منفی و مثبت است که به آن آمفوتریک گوئیم ."


یک Ferro fluid معمولی ، از %5 جامد مغناطیسی ، %10 سورفاکتانت و % 85 مایع تشکیل شده است. در عصر حاضر نانو تکنولوژی خدمت بسیاری به بشر کرده‌است . در شیمی ، در فیزیک و . . . همچنین در زمینه‌های پزشکی که با ساخت وسایل گوناگون در زمینه‌ی درمان ، انسانها را یاری کرده‌ است . نظریا تی وجود دارد مبنی بر اینکه به کمک این محلول می ‌توان کپسولهایی ساخت و دا روهایی را که برای بخشی از بدن مضر و برای بخشی دیگر مفید است ، به راحتی به محل مورد نظر برسانیم . با این روش که کپسولهایی از این جنس را پراز داروی مورد نظر کنیم و به وسیله‌ی آهنربا به محل مورد نظر برسانیم و در آنجا آنرا تخلیه کنیم .
در چند ساله‌ی اخیر دانشمندان به این عقیده رسیده‌اند که به کمک وارد کردن ا ین محلول به بدن می‌توان سلولهای سرطانی و یا ویروسها ( مثلا ایدز) را از بدن خارج کرد، به صورتی که ا ین ماده آنتی بادی (Anti body) موجود در خون را ( به وسیله بار مثبت آنها ) جذب کرده و آنتی بادی ها هم ویروسها را جذب میکنند که با خارج کردن Ferro fluid به وسیله آهنربا میتوان ویروسها را خارج کرد. ولی متأسفانه هنوز به مرحله‌ی عملی نرسیده‌است.نانوتکنولوژی
به غیر از استفاده‌های پزشکی ذکر شده در بالا استفاده‌های صنعتی هم برای این ماده ذکر شده‌است. مثلا در چیپهای مخصوص برای حرکت دا دن یک سیال مشکلاتی وجود دارد چون موتورهایی در آن اندازه‌ی ریز وجود ندارد و اگر هم وجود دارد بسیار پرهزینه است. اما با اضافه کردن مقداری از ا ین محلول به آن سیال می‌توان با نیروی مغناطیسی آن سیال را به حرکت در آورد. مورد دیگر استفاده از این ماده در بلند گو های پر قدرت است .این محلول خاصیت خود را در دماهای بالا ، مثلا در °C 200 یا در دماهای پایین ، مثلا در °C 50- و یا در برابر امواج هسته ای حفظ می کند .

62:

نانو سیالات

گروهي جديد از سيالات که قادر به انتقال حرارت مي‌باشند، نانوسيال ناميده مي‌شوند. نانوسيالات به ‌وسيلة پخش و منتشر کردن ذرات در اندازه‌هاي نانومتري در سيالات متداول منتقل کنندة گرما، به ‌منظور افزايش هدايت گرمايي و بهبود عملکرد انتقال حرارت، ساخته مي‌شوند.
نتايج آزمايش‌هايي که در رابطه با نحوة انتقال حرارت بر روي چندين نمونة نانوسيال انجام شد، نشان مي‌دهد که عملکرد نانوسيالات در انتقال حرارت عموماً بيشتر از آن چيزي است که به ‌صورت نظري پيش‌بيني شده است. اين واقعيت يک کشف اساسي در مسئلة انتقال حرارت مي‌باشد.
از نانوسيالات مي‌توان به ‌منظور توسعة سيستم‌هاي کنترل حرارت در بسياري کاربردها از جمله وسايل نقلية سنگين استفاده نمود. کنترل حرارت يکي از عوامل کليدي در فناوري‌‌هاي مربوط به محصولاتي مانند پيل‌ سوختي و وسايل نقلية دوگانه سوز– الکتريکي مي‌باشد که بيشتر آنها تحت دماهاي عمدتاً کمتر از دماي موتورهاي احتراقي داخلي متداول، عمل مي‌کنند.
بنابراين نياز مبرمي به توسعة سيالات انتقال ‌دهندة حرارت با هدايت گرمايي خيلي بالا و نيز انتقال اين فناوري به صنايع خودرو وجود دارد.
اخيراً پژوهش‌هايي در مورد نانوسيالات فلزي حاوي نانوذراتِ مسِ با قطرِ کمتر از 10 نانومتر که در اتيلن گليکول پخش شده بودند انجام شده است. اين پژوهش‌ها نشان مي‌دهد که در جزء حجمي بسيار اندکي از نانوذرات، رسانايي گرمايي مي‌تواند بيشتر از قابليت رسانايي صرف خود سيال و يا نانوسيالات اکسيدي (مانند اکسيد مس و اکسيد آلومنيوم با قطر متوسط ذرات 35 نانومتر) باشد. همان‌طور که در نمودار 1 نشان داده شده است. به علت اينکه تاکنون هيچکدام از نظريه‌هاي معمول، اثرات ناشي از قطر ذرات و يا هدايت آنها بر روي ميزان هدايت نانوسيالات را پيش‌بيني نکرده‌اند، اين نتايج غير منتظره است.
اخيراً نانوسيالاتي حاوي نانو لوله كربني ساخته شده‌اند و نتايج آزمايش‌هاي انجام شده بر روي اين نانوسيالات نشان داده است که وجود نانولوله‌ها در يک سيال، هدايت گرمايي آن را بطور چشمگيري افزايش مي‌دهد.
جالبتر آنکه افزايش هدايت گرمايي مربوط به نانولوله يک گام از پيش‌بيني ‌هاي انجام شده به وسيلة نظريه‌‌هاي موجود فراتر است. از اين گذشته نمودار هدايت گرمايي اندازه ‌گيري شده بر حسب حجم‌هاي جزئي، به ‌صورت غيرخطي مي‌باشد حال آنکه تئوري‌هاي رايج به وضوح وجود يک نسبت خطي را ميان اين دو پارامتر نشان داده بودند (نمودار 2).
از ويژگي‌هاي کليدي نانوسيالات که تاکنون کشف شده‌‌اند مي‌توان هدايت‌هاي گرمايي بسيار بالاتر از آنچه که سوسپانسيون‌هاي مرسوم از خود نشان داده بودند، وجود نسبت غير خطي ميان هدايت گرمايي و غلظت نانولوله‌هاي کربني در نانوسيالات و نيز وابستگي شديد هدايت گرمايي به دما و افزايش چشمگير در شار حرارتي بحراني را نام برد. هر کدام از اين ويژگي‌ها در جاي خود براي سيستم‌هاي حرارتي بسيار مطلوب مي‌باشند و در کنار هم، نانوسيالات را بهترين کانديدا براي توليد سرد کننده‌هاي مبتني بر مايع مي‌نمايند. اين يافته‌ها همچنين وجود محدوديت‌هاي اساسي در مدل‌هاي انتقال گرمايي متداول براي سوسپانسيون‌هاي جامد/ مايع را به وضوح نشان مي‌دهد.
از جمله عوامل انتقال حرارت در نانوسيالات، عبارتند از: حرکت نانوذرات، سطح مولکولي لايه‌اي مايع در سطح مشترک مايع با ذرات، انتقال حرارت پرتابه‌اي در نانوذرات و تأثير خوشه‌اي شدن نانوذرات از جمله عوامل انتقال حرارت در نانوسيالات مي‌باشند.
يک پروژة جديد با هدف کشف پارامترهاي کليدي، که در تئوري‌هاي موجود و مفاهيم بنيادي مکانيزم‌هاي افزايش انتقال حرارت نانوسيالات از قلم افتاده‌اند، و نيز کشف مبناي تئوري براي افزايش غير عادي هدايت گرمايي نانوسيالات در جولاي سال 2000 با حمايت وزارت انرژي آمريكا و مرکز انرژي علوم پايه به تصويب رسيد.
ساختار نانوذرات در نانوسيالات در حال بررسي و آزمايش بوسيلة منبع فوتوني پيشرفتة آزمايشگاه ملي آرگون مي‌باشد. بر طبق نتايج گزارش شده از دانشگاه A&M تگزاس، اين دانشگاه در حال مطالعه بر روي ارتباط بين جنبش نانوذرات و افزايش انتقال حرارت در آنها مي‌باشد. با استفاده از نتايج جمع‌آوري شده، توسعة يک مدل جديد انتقال انرژي در نانوسيالات که وابسته به اندازة نانوذره، ساختار و تأثير پويايي بر روي خصوصيات حرارتي نانوسيالات مي‌باشد، امکان پذير شده است.
اين نحوة ارتباط رشته‌هاي مختلف علمي و پروژه‌هاي مشترک منجر به کشف مرزهاي جديدي در تحقيقات ترموفيزيک براي طراحي و مهندسي در زمينة توليد خنک‌کننده‌ها خواهد گرديد. تحقيق در مورد نانوسيالات مي‌تواند به يک پيشرفت غير منتظره در زمينة سيستم‌هاي ترکيبي مايع/جامد، براي کاربردهاي بي‌شمار مهندسي از جمله خنک‌کننده‌هاي اتومبيل‌ها و کاميون‌هاي سنگين بيانجامد.
از عمده‌ترين تأثيرات اين تحقيقات مي‌توان به بيشتر شدن کارايي انرژي، کوچک‌تر و سبک‌تر شدن سيستم‌هاي حرارتي، کمتر شدن هزينه‌هاي عملياتي و پاک‌سازي محيط زيست اشاره نمود.
نانوسيالات و کاميون هاي پيشرفته :
به علت نياز به موتورهايي با نيروي بيشتر، توليد کنندگان کاميون دائماً در جستجوي راه‌هايي براي گسترش طرح‌هاي آيروديناميک در وسايل نقليه‌شان هستند. از جمله تلاش‌ها در اين زمينه معطوف به کاهش مقدار انرژي مورد نياز جهت مقابله با مقاومت‌هاي بالا مي‌باشد. در يک کاميون سنگين معمولي، با سرعت 110 کيلومتر در ساعت، در حدود 65 درصد کل بازده موتور، صرف غلبه بر کشش‌هاي آيروديناميک مي‌شود که يکي از دلايل بزرگ اين امر مقاومت هوا مي‌باشد.
در سيستم‌هاي خنک کننده، با توجه به نوع سيال مورد استفاده رادياتورهاي متفاوتي مورد نياز است. جهت انتقال حرارت از موتور به رادياتور و در نهايت آزاد شدن اين حرارت به محيط اطراف، به کارگيري سيالات با ظرفيت‌هاي گرمايي بالا ضروري مي‌باشد.
اين سيالات قادرند بدون افزايش دماي خودشان حرارت را جذب و سپس آن را بسيار آهسته و بدون نياز به مقدار سيال بيشتر به محيط اطراف منتقل نمايند که اين انتقال آهستۀ گرما به محيط، موجب بزرگي اندازۀ رادياتورهاي وسايل نقليه معمولي مي‌شود.
اگر سرعت انتقال حرارت توسط سيالات به‌گونه‌اي افزايش يابد، طراحي رادياتورها آسان و مؤثرتر شده و مي‌توان آنها را کوچکتر ساخت. همچنين اندازۀ پمپ‌‌هاي خنک کنندۀ وسايل نقليه مي‌تواند کاهش يابد. موتورهاي کاميون‌ها نيز مي‌توانند به علت کارکردن تحت دماهاي بالاتر نيروي بيشتري توليد نمايند. افزايش هدايت گرمايي خنک‌کننده‌ها نيز مي‌تواند ايده‌اي مناسب براي توليد پيل‌هاي سوختي پيشرفته و وسايل نقليۀ دوگانه سوز/الکتريکي باشد.
محققان آزمايشگاه آرگون در حال پيدا کردن روشي براي افزايش زياد هدايت گرمايي خنک کننده‌ها در موتورهاي معمولي بدون بروز تأثيراتي مغاير با ظرفيت‌هاي گرمايي آنها هستند.
بخش انرژي آزمايشگاه آرگون به طور مشترک با کمپاني Valvo Line، در حال کار در زمينۀ توسعۀ خنک‌کننده‌هاي نانوسيالي و روغن‌هاي روان‌ساز براي موتورهاي کاميون مي‌باشد.
محققان آرگون هم‌اکنون از يک روش يک مرحله‌اي براي توليد نانوسيالات بر مبناي نانوذرات فلزي و يک روش دومرحله‌اي براي توليد نانوسيالات بر مبناي نانوذرات اکسيدي، استفاده مي‌کنند که هر دو شيوه، روش‌هاي نسبتاَ آسان و اقتصادي براي توليد نانوسيالات هستند.
هم‌اکنون محققان آرگون در حال بررسي تأثير دوده در روغن موتور مي‌باشند. ميزان دوده در روغن موتور گاهي اوقات بيشتر از حد انتظار است. با وجود اينکه ذرات دوده به کوچکي ذرات نانومتري موجود در نانوسيالات نيستند، محققان دريافتند تجمع آنها در روغن موتور منجر به افزايش 15 درصدي در هدايت گرمايي روغن موتور مي‌شود.
بر اساس اين يافته‌ها محققان حسگري توليد نمودند که با اندازه‌گيري ميزان افزايش هدايت گرمايي ذرات دودۀ جمع شده در روغن موتور قادر به نشان‌دادن نحوۀ عملکرد موتور مي‌باشد.
نانوسيالات فلزي و موتورهاي خنک‌کننده :
ويژگي‌هاي موتورهاي ديزلي از نظر محدوديت در واکنش‌ها و راندمان کار به سرعت در حال دگرگون شدن است. سيستم‌هاي خنک‌کننده بايد بتوانند تحت دماهاي بالاتر کار کرده و مقادير بيشتري گرما به محيط اطراف منتقل کنند. اندازۀ رادياتورها نيز بايد کاهش يابد تا تجهيزات اضافي کاميون‌ها حذف شده و رفت‌و‌آمد با آنها ساده‌تر گردد. به‌طور واقع‌بينانه، محصور کردن نيروي خنک‌کنندۀ بيشتر در فضاي کمتر، تنها با به کار بردن فناوري‌‌هاي جديدي مانند نانوسيالات ممکن خواهد بود.
کاربرد ديگر اين مدل‌سازي‌ها، پيش‌بيني ميزان هدايت گرمايي يک نانوسيال بر مبناي غلظت، دماي عملياتي و اندازۀ نانوذرات پخش شده در سيال مي‌باشد. از اين گذشته اين امکان وجود دارد که خواص نانولايه‌هايي که روي سطح نانوذرات معلق تشکيل مي‌شوند، عاملي براي افزايش بيشتر هدايت گرمايي نانوسيالات مي باشد.
دو مکانيزم کليدي حرکت براوني و نانولايه‌ها، توأماً از مهم‌ترين عوامل افزايش هدايت گرمايي سيالات انتقال دهندۀ گرما مي‌باشند.
محققان آزمايشگاه آرگون در حال بررسي خطرات احتمالي نانوسيالات براي سيستم هاي رادياتور مي‌باشند. آنها موفق به ساخت وسيله‌اي شدند که قادر به اندازه‌گيري و آزمايش تأثيرجريان‌هاي خنک کنندۀ متفاوت بر عملکرد يک رادياتور مي‌باشد.
تحقيقات آينده بيشتر بر روي جنس نانوذرات به کار‌‌رونده در ساخت نانوسيالات از جمله ذرات آلومينيوم و نانوذرات اکسيد فلزي روکش شده متمرکز خواهد شد.

63:

نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی علم ابعاد خیلی کوچک
نانو تکنولوژی (Nanotechnology) در ترجمه لفظ به لفظ به معنی تکنولوژی بسیار کوچک است. نانو به معنی بسیار بسیار کوچک است (مقیاس ۱۰ به توان ۹- بار کوچک تر نیز معنی می شود).اما این تعریف نمی تواند معنای واقعی نانو تکنولوژی را برساند، زیرا از این ترجمه لفظ به لفظ چنین برمی آید که علم نانو تنها به ساخت اشیای بسیار بسیار کوچک می پردازد؛ در حالی که پیش از این هم اشیای بسیار کوچک ساخته می شدند، اما آن فرآیند نانو تکنولوژی نامیده نمی شد.باید گفت که ساخت وسایلی با مقیاس چند میلیارد واحد کوچک تر، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمار می رود.ترجمه علمی «نانو تکنولوژی»که در میان دانشمندان این فناوری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، دریچه های مرموز نانو تکنولوژی را بر ما آشکار می کند.«نانو تکنولوژی»تازه ترین فناوری ای است که بشر به آن دست یافته است. در این تکنولوژی سعی می شود با استفاده از خواص مولکولی مواد موجود در طبیعت، وسایلی ساخته شود تا از مشکلات وسایل فعلی بکاهد و در ضمن کارآیی آنها را نیز چندین برابر کند. برای نمونه، لباسی را که به تن می کنید در نظر بگیرید، بعد از مدت کوتاهی کثیف می شود، آن را می شویید و در نتیجه به اتو احتیاج پیدا می کند؛ یا اینکه ترجیح می دهیم لباسمان در تابستان خنک و در زمستان گرم باشد. حال نقش نانو تکنولوژی در این میان چیست؟ با استفاده از فناوری جدید نانو، دانشمندان توانسته اند پارچه ای تولید کنند که هیچ وقت کثیف نشود، یعنی هیچ نوع آلودگی روی آن ننشیند جالب تر آنکه اگر چروک شود، فقط با یکبار تکان دادن صاف می شود.استفاده محققان از تکنولوژی نانو در تولید چنین پارچه ای، به معنای آن نیست که ما پارچه ای در مقیاس کوچک تولید کرده ایم، بلکه فناوری نانو، تغییراتی در خواص مولکول های تشکیل دهنده پارچه صورت می دهد و به این ترتیب پارچه هیچگاه کثیف نمی شود و....با استفاده از نانو، خواص مولکول ها تغییر می یابد، اما ماده ای که از این مولکول ها ساخته می شود، تمام خواص مولکول ها را در خود دارد.
علم یا تکنولوژی در نگاه اول این گونه به نظر می رسد که نانو یک علم باشد، زیرا با استفاده از آن در خواص مولکولی مواد تغییراتی ایجاد می کنیم.اما آیا نانو به واقع علمی نوین در قرن ۲۱ است؟ هنرمندان عصر ما بر این عقیده اند که دوره خلق آثار تازه به پایان رسیده است و باید با نگاهی مجدد به آثار هنرمندان پیشین، هنر آنها را از زاویه دیگری به مردم نشان داد، احتمالا شما هم برخی از این آثار هنری مدرن را که بسیار عجیب هم به نظر می رسند، مشاهده کرده اید.دانشمندان نیز به تازگی به این نتیجه رسیده اند که دوره کشف علوم جدید پایان یافته است و شاید موقع آن رسیده باشد تا از زاویه ای دیگر به علوم مختلف نگاه شود. آنها معتقدند که می توانند با تغییر در خواص مولکولی مواد، کارآیی آنها را بهبود دهند. به همین دلیل از نانو به عنوان یک تکنولوژی یا فناوری نوین بهره می برند.«نانو تکنولوژی»در واقع می کوشد با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده است، عیوب آنها را برطرف کند.
تاریخچه نانو تکنولوژی در دنیا بعد از دهه ۹۰ که فناوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان به پا کرد، در آغاز قرن بیست ویکم دانشمندان تمرکز خود را بر فناوری نوینی معطوف کردند که به عقیده عده ای می تواند آینده بشر را متحول کند. نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نیست. این موضوع برای نخستین بار حدود ۴۰ سال پیش، در سال ۱۹۵۹ توسط ریچارد فینمن، دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، مطرح شد. او گفت:« اگر دانشمندان ترانزیستور ها را ساخته اند، ما با علم اتمی می توانیم همین ترانزیستور ها را با مقیاس بسیار کوچک بسازیم». او قصد داشت با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد.بعدها اریک درکسلر، دانشجوی رشته کامپیوتر برای پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوش مصنوعی دکترمینسکی - پدر علم هوش مصنوعی- را به عنوان استاد راهنما برگزید. درکسلر علاقه زیادی به نظریه های فینمن (ساخت سیستم ها در ابعاد نانو) داشت. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر، نظریه نانو تکنولوژی را بنا نهاد. نخستین مقاله وی در زمینه نانو تکنولوژی در سال ۱۹۸۱ و با موضوع نانو تکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. درکسلر نخستین کسی بود که در سال ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT مدرک دکتری نانو تکنولوژی را دریافت کرد. وی هم اکنون رئیس انیستیتو Foresight و Research Fellow است.بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی در زمینه نانو تکنولوژی تدوین کردند.
نانو تکنولوژی در ایران در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است.در کشور ما نیز برای برخورداری از فناوری های نوین تلاش هایی صورت گرفته است. در سال ۱۳۶۲ هجری شمسی (۱۹۸۴ میلادی) میرحسین موسوی (نخست وزیر وقت) با توجه به اهمیت فناوری روز دنیا «دفتر بررسی ها و مطالعات علمی و صنعتی»را تاسیس کرد.هدف این دفتر، مشاوره علمی و صنعتی در زمینه تکنولوژی های نوین بود. این دفتر در زمان آقای هاشمی رفسنجانی نیز به کار خود ادامه داد، تا اینکه در زمان محمد خاتمی به «دفتر همکاری تکنولوژی»تغییر نام یافت. این دفتر علاوه بر مطالعه و تحقیق در زمینه تکنولوژی های نوین و مدیریت تکنولوژی در ایران، با دستگاه های کشور در زمینه بسط و گسترش فناوری روز دنیا همکاری می کند.در چند سال اخیر برنامه ریزان کشور بنا بر اهمیت بسیار زیاد نانو تکنولوژی، سیاست های تشویقی خوبی را برای حمایت از تحقیقات در این بخش به کار گرفته اند. شاید آخرین اقدام دولت برای حمایت از نانو تکنولوژی، اختصاص بودجه ای برای تشویق محققان این بخش باشد. جشنواره خوارزمی نیز نشان می دهد که برخی مواقع تحقیقات بسیار موثری در این زمینه در ایران صورت می گیرد که البته با توجه به نقش این فناوری نوین در توسعه یافتگی کشورها، بسیار حائز اهمیت خواهد بود.
شیشه هایی که کثیف نمی شوند دانشمندان به تازگی موفق به ساخت مایعی شده اند که مانع از ماندن آب یا هر نوع آلودگی دیگر بر سطوحی همچون شیشه و کروم می شود. پوشش محافظ شیشه، ماده ای است که باعث می شود هر نوع آلودگی روی شیشه خود به خود در کمتر از یک ثانیه پاک شود. این ماده که به صورت مایع است، با آغشته کردن سطح شیشه به یک لایه نازک و نامرئی، از نشستن هر جرمی روی شیشه جلوگیری می کند. این مایع به مولکول های سطح شیشه می چسبد و باعث منحرف شدن آب و هر نوع آلودگی دیگر از روی شیشه می شود.باید توجه کنید که این ماده به شکل یک لایه نیست که روی سطوح کشیده شود، بلکه حاصل یک تغییر شیمیایی در سطح مولکولی است که از آلوده شدن سطوح جلوگیری می کند. این ترکیب آب گریز، نمی گذارد آب یا هر ذره دیگری روی سطح شیشه یا کروم بنشیند. این ماده، بسیار نازک و شفاف است وبا چشم دیده نمی شود؛ در نتیجه سطوح شفاف مانند شیشه ها و لنزهای دوربین نیز با آن به راحتی محافظت می شوند. ذرات نانو روی مولکول های سطح می چسبند و مانع از نفوذ هر نوع ماده دیگر روی آن می شوند. آب هرگز روی سطوح آغشته با این ماده نمی ایستد، بنابراین اگر جسمی روی این سطوح بنشیند، تنها با ریختن آب یا باریدن باران پاک خواهد شد.اگر با میکروسکوپ به سطح شیشه نگاه کنیم، می بینیم که سطوح شیشه ای کاملا صاف نیستند. شیشه هایی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می شوند، اجازه می دهند آلودگی ها با آب ترکیب شوند و به این ترتیب بدون دخالت هیچ ماده دیگری از روی شیشه سر بخورند. این مواد همچنین مانع از رسوب نمک ها روی سطوح شیشه ای می شوند. همچنین مواد مذکور به وسیله آب، مواد پاک کننده یا فشار فیزیکی از سطح شیشه جدا نمی شوند. این محصول نانو از وضوح شیشه ها و همچنین شفافیت آنها نمی کاهد. نگهداری این شیشه ها نیز بسیار ساده و کم هزینه است.
نانو تکنولوژی در بدنه اتومبیل امروزه «نانو تکنولوژی»فناوری پوشش اجسام را به شدت تحت تاثیر قرار داده است. در این فناوری، موادی در مقیاس نانو روی اجسام را می پوشانند که بسیاری از خواص منفی اجسام را خنثی می کنند. هدف اصلی این تکنولوژی، کاهش آلودگی های زیست محیطی، جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش مقاومت در برابر خوردگی است.یکی از انواع پوشش های نانو تکنولوژی (نانو ذرات طلا) هستند. موارد استفاده از این مواد اپتیک، الکترونیک، کاتالیست ها و نیز ماده رنگزا در صنعت رنگ است. یکی دیگر از موارد مهم استفاده از پوشش های نانو تکنولوژی، در صنعت «خودرو سازی»است.با پوشش دادن بدنه اتومبیل با نانو ذرات طلا می توان «براق»بودن بدنه اتومبیل را دوام بخشید. این خاصیت که (effect Color-flop) نام دارد، باعث می شود ناحیه روشن به دلیل بازتاب نور از ذرات آلومینیم، قرمز روشن دیده شود و چون در ناحیه سایه تقریبا بازتاب نداریم، تیره رنگ به نظر می رسد.با کمک این فناوری، نواحی زاویه دار بدنه اتومبیل مدور به نظر می رسند. ضخامت این ترکیب نانو حدود ۱۰ تا ۳۰ نانومتر است. این ماده، خمیری شکل و متشکل از دولایه است. لایه اول شامل ذرات برگچه ای شکل آلومینیم است که به عنوان آستری روی فلز به کار می روند و لایه دوم که همان نانو ذرات طلا هستند روی آستری اعمال می شوند.با نانو تکنولوژی بدون آنکه جنس بدنه اتومبیل و قالب های آن را تغییر دهیم، تنها با Nanolaminate (پوشاندن سطح اتومبیل با مواد نانو ذرات طلا) با هزینه ای بسیار اندک جلوه، زیبایی و دوام رنگ اتومبیل را افزایش می دهیم.
نانو ساختار کردن فولاد و فلزات معمولی پژوهشگران دانشگاه هوایی یوفای روسیه، موفق به ابداع تکنیکی برای تغییر ساختار فلزات و آلیاژهای معمولی به موادی با ساختار نانو و خواص برتر شدند.پروفسور ولادیمیر استلاریف، پژوهشگر این دانشگاه و از محققان این طرح، درباره تکنیک ابداعی محققان گروه تحقیقاتی این دانشگاه که به «تغییر شکل پلاستیک شدید»موسوم است، می گوید: با استفاده از روش تغییر شکل پلاستیک شدید که برای نخستین بار در دنیا ارائه شده، این امکان فراهم آمده است که ساختار مواد و آلیاژهای عادی را با عبور از درون یک قالب تحت فشارهای بالا به حالت نانو تبدیل کرد.در یکی از روش های به کار رفته، فولاد یا آلیاژ معمولی از درون قالبی با حفره های دارای زاویه ۹۰ درجه عبور داده می شود و طی فرآیند کوچک سازی دانه های ریزساختار از ابعاد میکرومتری به نانو متری تبدیل می شدند. طی این فرآیند که با عملیات تزریق اکستروژن و اعمال حرارت همراه است، شرایط لازم برای تغییر ساختار آلیاژ فراهم می شود.با تغییر ساختار ایجاد شده و استفاده از (نانو تکنولوژی)، سختی و استحکام مکانیکی آلیاژ تا چندین برابر افزایش می یابد که از لحاظ کاربردهای صنعتی فولاد و سایر آلیاژها از اهمیت بسیاری برخوردار است.با استفاده از نانو، خواص مولکول ها تغییر می یابد، اما ماده ای که از این مولکول ها ساخته می شود، تمام خواص مولکول ها را در خود دارد.ساخت وسایلی با مقیاس چند میلیارد واحد کوچک تر، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمار می رود.«نانو تکنولوژی»می کوشد با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده است، عیوب آنها را برطرف کند.نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نیست. این موضوع برای نخستین بار حدود ۴۰ سال پیش، در سال ۱۹۵۹ توسط ریچارد فینمن، دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، مطرح شد.با استفاده از فناوری جدید نانو، دانشمندان توانسته اند پارچه ای تولید کنند که هیچ وقت کثیف نشود، یعنی نوع آلودگی روی آن ننشیند جالب تر آنکه اگر چروک شود، فقط با یکبار تکان دادن صاف می شود.در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است.

64:

نانو تكنولوژی در دنیای امروز


از سالها قبل با وجود موجودیت آن در تمام عرصه های زندگی مردم علاقمند شده
اند كه در مورد اتم مطالعاتی داشته باشند.اتم ها را در واحد نانون می سنجند، هر نانو یك هزارم میكرون یك میلیونیم متر است در نتیجه یك نانومتر یك میلیاردم متر است، یعنی ضرب در ده بتوان منهای نه متر است لذا اتم اگر یك میلیارد برابر بزرگتر شود قابل روئیت خواهد شد.در بخشهای الكترونیكی هر روزه قطعات كوچكتر و كوچكتر میشوند، اجزائی كه در لوازم الكتریكی و الكترونیكی رادیو و سایر وسایل برقی بكار رفته به شكل تراشههای كوچك نیمه رسانا تبدیل شده اند كه حاوی اطلاعات زیادی می باشند و هرچه تراشه كوچكتر باشد جریان اطلاعاتی بیشتری در آن جای میگیرد و بعلت كوچك بودن آنها محیط ساخت آنها بایستی عاری از هرگونه آلودگی و گرد و خاك و ذرات خارجی دیگر باشد از ریز تراشهها در رایانه و تلفن و گوشی همراه استفاده میگردد كه هزاران مورد اطلاعات در داخل آنها ذخیره میگردد.با میكروسكوپ الكترونیكی می توان ریز تراشه ها را كه شامل سلولهای نانو سلیسی هستند و جسم را تا ۸۰۰ برابر بزرگتر میكنند مشاهده نمود و امروزه آزمایشگاهها روی تراشههای نانونی كار میكنند كه تا ۶۰۰۰۰ و یا تا ۲۴۰۰۰۰ برابر بزرگتر میشوند تا بتوانند یك فاصله ۱۰ نانونی را مشخص كنند. در این فاصله معمولا ۱۰۰ اتم جای میگیرد یعنی در فاصله یك نانو تعداد ۱۰ اتم و هر چه اعضای تراشه كوچكتر باشد اطلاعات بیشتری را ذخیره و یا جریان اطلاعاتی بیشتری را از خود عبور میدهد.در صنعت نانو تكنولوژی تا ده كه پیش میرویم دچار هزینههای گزافی میشویم.البته كار را متوقف نكرده تا به ساختار یك اتم برسیم و سپس با چیدن اتمها در كنار یك دیگر از رویكرد پایین به بالا استفاده كرده و ساختارهای جدیدتر و حتی ایجاد نشده را بسازیم.ابزارهای هوشمند یعنی موادی كه خواص ویژه یا خارق العاده را با این رویكرد می توان ساخت كه صفحات نانوئی از جمله این ابزار میباشند. یك سطح نانوئی آب و یا كثیفی بر رویش نمی ماند و یا اجازه عبور حرارت به طرف دیگر جسم نمی دهد.بدین معنی كه ملكولهای نانوئی برسطح جسم و شیشه اجازه تماس حرارت و یا كثیفی و آب را با سطح واقعی جسم و شیشه نمی دهد. لذا همیشه سطح جسم و شیشه هرگز خیس و یا كثیف نمی شود و یا حرارت از یك منطقه به منطقه دیگر با ایجاد چنین سطحی در بین دو منطقه عبور نمی كند، شیشه هایی با ساختار نانوئی ساخته شده كه براثر جریان الكتریكی تغییر رنگ می دهند، نوعی سی دی با سطح نانوئی تا بیست ساعت آهنگ روی آن ضبط می گردد.می دانیم كه عبور اجسام از یكدیگر در عملیات كلاسیك محال است، ولی ما می توانیم با عملكرد نانوئی در مقیاس اتمی این عمل را انجام دهیم، مثلا یك نوك سوزن در مقیاس اتمی می تواند بر روی یك سطح از روی تك تك اتمهای برمسیر عبور كرده و نمایشی خطی از سطح مورد نظر و چگونگی پستی و بلندی آن بدهد، و یا اگر نوك سوزن را شارژ كنیم اتمهای مشخص شده از درون جسم جذب گردیده و آزاد و یا به جانبی دیگر منتقل می گردند (بهترین و دقیق ترین حفاری در جهان)، با عمل نانوسكوپی بر روی اجسام و چینش اتمها در كنار یك دیگر و برروی یكدیگر همانند چیدن آجرها می توان ساختارهایی ساخت كه قبلا در جهان كنونی موجود نمی باشد.در مورد نانو لوله ها كه از كربنهای مصنوعی فاقد در طبیعت استفاده می گردد نانو لوله های كربنی سازنده مجموعه های اصلی ساختار كربنی هستند.به عنوان مثال :مجموعه ای از شش وجهی های مسطح كه لایه ها یكی پس از دیگری روی یكدیگر قرار میگیرند و خواص و سختیهای مختلف در ساختار ایجاد میكنند مانند قرار گرفتن تترا هیدارتهای كربن در الماس به صورت شش وجهی كه جسمی سخت ایجاد كرده و شكل یك توپ با ۳۰ عدد شش و جهی و ۱۲ عدد پنج وجهی تشكیل شده است.ساختار نانو لوله ها را نیز می توان از لوله كردن ساختارهای مسطح بدست آورد طول هر نانو لوله حدود چند نانومتر است و ساخت آن نیازمند حرارت بسیار بالائی میباشد گازهای داخل آنها نیز از تركیبات كربنی بوده و سختی آنها صدها برابر فولاد و وزن آنها شش برابر كمتر از فولاد است در آسانسورهای فضائی كه ساخت تخیلات بشر است به عنوان سیم و ... كاربرد دارد.در بدن انسان برای ساخت پروتستهای استخوانی استفاده شده و بدن آن را تحمل كرده و پس نمیزند.البته كاركردن اتم به اتم بسیار مشكل است چراكه كه در یك میلی گرم از جسم میلیونها اتم وجود دارد و سالیان طول میكشد تا یك ساختار كوچك را بسازیم و ظاهرا" عمر جهان برای ساخت كافی نبوده و لباید اجازه داد این شكل گیری خود به خود انجام شود و شمیدانها و فیزیكدانها و سایر دانشمندان با یكدیگر همكاری مشترك داشته و فقط در موارد از شكل گیری دخالت نمایند.هدف ما این است كه بتوانیم روابط الكترونیكی اتم ها و ملكولهای بردارنده جسم را با هم شناسایی كنیم و با هم ارتباط دهیم.مثلا ارتباط نیازها به زیست شناسی كه نابینا را بینا و ناشنوا را شنوا میكند و داروهایی را بسازم كه كاملا در درمان بیماریها موثر باشند در این خصوص نیزمند دانشمندان شیمی و فیزیك و الكترونیك هستیم.ما در آینده نانو موتورهایی می سازیم كه انجام عمل یك آنزیم را در بدن آسان میكند و یا نانو موتورهایی كه تخریب كننده سلولهای سرطانی باشد و یا نانو ذره هایی كه می توانند باكتریها و میكرب های زیان آور بدن را احاطه كرده و از میان بردارند.

65:

افزودنی نانو امولسیون سوخت


افزودنی نانوامولسیون به نسبت ۱ به ۴۰۰۰ (۲۵۰
ppm) به بنزین و گازوئیل اضافه شده و به طورمیانگین منجربه كاهش ۵ تا ۱۲ درصدی مصرف سوخت میشود. كاهش قابل ملاحظه آلاینده­های خروجی از اگزوز و تمیز ماندن محفظه احتراق، از دیگر آثار مثبت این افزودنی است. ناگفته پیداست كه اگرسوخت درمحفظه احتراق به صورت ذرات كوچكتری درآید، در بازده موتورتاثیری جدی خواهد گذاشت. عمده فعالیت، برنازل‏های پاشنده سوخت متمركز شده و از این فناوری در موتورهای آینده استفاده خواهد شد. فناوری دیگری كه بدون تغییرموتور، منجر به ایجاد ذرات كوچكتر سوخت درمحفظه احتراق می‏شود، نوعی افزودنی است كه در سوخت به صورت نانوامولسیون (ذرات با اندازه ۱۰۰ نانومتر) درمی­آید. پس ازپاشش سوخت، درهر یك ازقطرات سوخت، تعدادی قطره كوچك نانوامولسیون قراردارد كه درشرایط محفظه احتراق منفجرشده واندازه قطرات سوخت را كوچكتر می­كند. علاوه براین، فرایند انفجار ذرات نانوامولسیون، به مخلوط شدن بهتر سوخت و هوا كمك كرده و با افزایش بازده مصرف سوخت، آلاینده­های حاصل ازاحتراق را كاهش می­دهد. با توجه به دانش فنی شكل گرفته، ساخت چندین دسته از این نوع افزودنی در مقیاس آزمایشگاهی با موفقیت انجام شده و تلاش برای بهبود محصول و تولید در مقیاس بزرگتر در جریان است. در حال حاضر با نمونه­های تولیدی، امكان كاهش ۵ تا ۱۲ درصدی در مصرف سوخت میسرشده است.

وضعیت جهانی فناوری و مقایسه تنها یك شركت امریكایی، این محصول را تولید میكند. محصول ما مراحل اولیه را پشت سر گذاشته و در تمامی موتورهای درون­سوزقابل استفاده است و آثاری جانبی بر محیط زیست و موتور ندارد. محصول تولیدی، از لحاظ قیمت تمام شده و نزدیكی به بازارهدف، برتری قابل ملاحظه­ای درمقایسه با محصول امریكایی دارد.

محصولات مشابه درایران، محصولی مشابه با همه كارایی­های نانوامولسیون، وجود ندارد. طی چند سال اخیر واردات افزودنی­های مختلف و متنوعی آغازشده كه تعدادی ازآنها، برخی خواص نانوامولسیون را دارند. مثلا، برخی مكمل­های سوختی، عدد اكتان را بالا می­برند، برخی انواع برای تمیز كردن كاربراتور یا انژكتور كاربرد دارند. مكمل­هایی كه بركم كردن مصرف سوخت تاثیر دارند، با نسبت افزودن بسیار بالاتر وهزینه بسیاربیشتر، تاثیركمی دارند. شركت­های ایرانی تولید كننده مكمل بنزین بیشتر برخواص تمیزكنندگی كاربراتور و انژكتور و بالا بردن عدد اكتان تمركز دارند. هیچ شركتی، محصولی كه به طور مستقیم مصرف سوخت را كاهش دهد، تولید نمی­كند. از سوی دیگر، بازار مصرف مكمل­های ایرانی، دارای ریسك بالایی است، زیرا مشتریان آنها مردم هستند نه شركت­های دولتی.

استانداردهای زیست محیطی در ساخت افزودنی نانوامولسیون ازعناصرفلزی استفاده نشده وهمه اجزای آن در محفظه احتراق، به مواد بی­ضرر برای محیط زیست تبدیل می­شود. محصول تولیدی درامریكا، موفق به اخذ مجوزهای زیست محیطی EPA شده است. میزان اندك این افزودنی در سوخت و مواد آن به نحوی است كه آثار جانبی آن بر روی موتور و محیط زیست دورازانتظار بوده و آزمون­های طولانی برروی نمونه­های امریكایی، مؤید این مسئله است. اخذ مجوز ازسازمان محیط زیست برای محصول تولیدی درایران امكان پذیر است.

بازار ایران الف) وضعیت كنونی:پیش­بینی می­شود در نیمه دوم سال ۸۵، روزانه ۶۲ تا ۶۶ میلیون لیتر بنزین مصرف شود. از این میزان، ۳۹ تا ۴۰ میلیون لیتر در داخل كشور تولید می­شود و ۲۳ تا ۲۶ میلیون لیتر (بیش از ۳۵درصد) از طریق واردات تامین خواهد شد. هزینه سالانه، با در نظر گرفتن میانگین قیمت عمده فروش بنزین در خلیج فارس (لیتری۲۲۰۰ ریال/ هرتن ۲۳۰-۱۸۰ دلار) بالغ بر ۵ میلیارد دلار خواهد بود. با این وجود، به دلایل داخلی و آثار تورمی افزایش قیمت سوخت، امكان فروش هر لیتر بنزین بیش از ۱۰۰۰ ریال وجود ندارد و به این ترتیب بدون لحاظ هزینه­های حمل و پخش، سالانه هزینه بدون بازگشتی بیش از ۵/۲ میلیارد دلار به بودجه دولت تحمیل می­شود. این وضعیت منجر به ۲میلیارد دلار واردات بنزین و نیز كاهش امكان صادرات نفت خام به عنوان اصلی­ترین منبع درامد ارزی دولت شده است. مصرف گازوئیل نیز وضعیت مشابهی دارد، اما هزینه كل آن در كشور ۳/۱ هزینه مصرف بنزین بوده و واردات كمتری دارد. ب) دورنمای پنج ساله:با توجه به عرضه خودرو در بازار داخلی، رشدی ۱۰ درصدی یا بیشتر برای مصرف سوخت خودرو پیش­بینی می­شود. وزارت نفت برای مقابله با این بحران، رویكردهای ذیل را دنبال می­كند:۱) راه اندازی مجتمع­های تولید بنزین درداخل كشوربه نحوی كه با تولید روزانه ۹۰ میلیون لیتر واردات بنزین در سال ۸۹ متوقف شود. ۲) جایگزینی سوخت گاز طبیعی فشرده (CNG) با سوخت مایع، به عنوان اصلی­ترین سیاست كاهش مصرف سوخت. از این طریق، هزینه سوخت مصرفی كاهش قابل توجهی می­یابد، اما نیازمند هزینه اولیه قابل توجه، همكاری و تمایل صاحبان خودرو و تكمیل شبكه توزیع گاز فشرده است. پیش­بینی می­شود ادامه روند كنونی گسترش این روش، منجر به كاهش مصرف ۱۵ میلیون لیتر بنزین در سال ۸۹ شود. ۳) افزودن محصولاتی مانند نفت سفید به سوخت كه نیاز به واردات ندارند. هنوز برای اضافه كردن نفت سفید به بنزین نیاز فعالیت پژوهشی است. البته این نوع نفت به گازوئیل اضافه می­شود. در كل، این مورد تاثیر قابل توجهی برمصرف بنزین دركوتاه مدت ندارد.

كاهش هزینه مصرف سوخت با توجه به عواملی همچون قاچاق بنزین (براورد رسمی روزانه ۳میلیون لیتر، پیش­بینی­های غیررسمی بسیاربالاتر است) الگوی ترافیكی با سرعت پایین و توقف­های زیاد در سطح شهرها، میانگین كاهش ۵ درصدی پیش­بینی می­شود. این میزان معادل سالانه ۲۵۰ میلیون دلار صرفه­جویی درهزینه سوخت است كه ۱۶۰ میلیون دلار آن به نفع دولت خواهد بود. صرفه جویی كاهش مصرف گازوئیل دراین تخمین لحاظ نشده است.

بازار جهانی در بازارجهانی، هزینه سوخت خودرو توسط استفاده كننده خودرو پرداخت می­شود و تاكنون مصرف كنندگان محصول امریكایی، صاحبان خودرو و یا شركت­های حمل و نقل بودند و بازارهدف، متشكل ازمصرف كنندگان خرد است. به­ این ترتیب، بازاری محدود از لحاظ جلب نظرمصرف كنندگان با هزینه بالا برای تبلیغ و توزیع وجود دارد. هزینه­هایی كه دولت­­ها در این زمینه صرف می­كنند، عمدتا با اهداف زیست محیطی و كاهش وابستگی به منابع فسیلی است كه در حوزه­هایی دیگرمانند پیل سوختی متمركزشده است. در مقام مقایسه، بازارایران بازاری اقتصادی­تر و سهل الوصول­تر به نظر می­رسد.

66:

نانولوله های کربنی

کاربردها و چالشهای زیستی نانولوله های کربنی
یکی از پرکاربردترین ساختارهای مورد بحث در فناوری نانو که به عرصه علوم زیستی وارد شدهاست، نانولولههای کربنی هستند. این نانوساختارها، بهجهت بهرهمندی از ویژگیهای منحصربهفرد فیزیکی و شیمیایی بالقوه، از تواناییهایی برای استفاده در حسگرهای زیستی، حمل و نقل مولکولی، جستجوی الکتروشیمیایی نمونههای بیولوژیک، داربست بافتی، فرستنده سیگنال به سلولها و روشهای تشخیصی برخوردارند.
اما پیش از بهکارگیری نانولولههای کربنی در موجودات زنده، باید از سازگاری این ساختارها در بافت زنده مطمئن شد.
به این منظور پژوهشهای زیادی صورت گرفتهاست که تا حدودی سمیت نانولولههای کربنی و عوامل مؤثر بر آن مثل دوز، ساختمان، دنبالههای شیمیایی، سطح فعال و خلوص را مشخص نمودهاست. دانشمندان تاکنون توانستهاند از نانولولههای کربنی در حسگرهای پروتئینی، ناقلهای پروتئینی، میکروسکوپها، داربست بافتی سلول استخوانی و عصبی، کانالهای مولکولی و فرستنده سیگنال به سلولهای عصبی استفاده کنند.
یکی از پرکاربردترین ساختارهای مورد بحث در فناوری نانو که به عرصه علوم زیستی وارد شدهاست، نانولولههای کربنی هستند. این نانوساختارها، بهجهت بهرهمندی از ویژگیهای منحصربهفرد فیزیکی و شیمیایی بالقوه، از تواناییهایی برای استفاده در حسگرهای زیستی، حمل و نقل مولکولی، جستجوی الکتروشیمیایی نمونههای بیولوژیک، داربست بافتی، فرستنده سیگنال به سلولها و روشهای تشخیصی برخوردارند.
اما پیش از بهکارگیری نانولولههای کربنی در موجودات زنده، باید از سازگاری این ساختارها در بافت زنده مطمئن شد. به این منظور پژوهشهای زیادی صورت گرفتهاست که تا حدودی سمیت نانولولههای کربنی و عوامل مؤثر بر آن مثل دوز، ساختمان، دنبالههای شیمیایی، سطح فعال و خلوص را مشخص نمودهاست. دانشمندان تاکنون توانستهاند از نانولولههای کربنی در حسگرهای پروتئینی، ناقلهای پروتئینی، میکروسکوپها، داربست بافتی سلول استخوانی و عصبی، کانالهای مولکولی و فرستنده سیگنال به سلولهای عصبی استفاده کنند.
معرفی نانولولههای کربنی
تاریخچه
به نظر میرسد اولین رشتههای در مقیاس نانو در سال ۱۹۷۰ میلادی توسط Marinobu Endo از دانشگاه اورلئان فرانسه تهیه شد. این رشتهها هفت نانومتر قطر داشتند و با روش رشد توسط بخار تهیه شده بودند [۱] . با این حال امروزه نام ایجیما از آزمایشگاه NEC در تسوکوبا بهعنوان اولین کسی که توسط HR-TEM در سال ۱۹۹۱ موفق به مشاهده نانولوله‌‌ها شد، در صدر محققان این رشته باقی ماندهاست [۱و۲و۳و۴] . در همین زمان و به طور مستقل در مسکو نیز دانشمندان موفق به کشف ریزلولههایی شده بودند که البته نسبت طول به قطر آن کمتر از یافتهٔ ایجیما بود.
روسها نام این ماده را Barrelense گذاردند [۱] . آنچه ایجیما موفق به مشاهده آن شده بود نانولوله چند لایه بود و وی به فاصله دو سال موفق به مشاهده نانولوله تکلایه نیز گشت. گروه رایس در ۱۹۹۶ موفق به ساخت دستههای موازی از نانولوله تکلایه شدند که راه را برای تحقیقات بیشتر روی فیزیک کوانتوم تک بعدی باز کرد [۱] .
ساختار
نانولوله بر اساس ساختمان گرافیت بنا میشوند. گرافیت از لایههای مجزایی متشکل از اتمهای کربن تشکیل شده‌‌است که بهصورت واحدهایی ششضلعی که در شش رأس آن اتم کربن قرار دارد آرایش یافتهاند. قطر نانولوله بین یک تا دو نانومتر و طول آن گاه تا چند میکرومتر نیز میرسد. انتهای هر دو سوی نانولولهها میتواند با نیمه‌‌ای از یک فولرین مسدود باشد یا نباشد [۱] . و لذا میتواند در انتهای خود علاوه بر اجزای ششضلعی دارای اجزای پنجضلعی نیز باشد[۳] . اما مهم‌‌ترین ویژگی که در تعیین خصوصیات نانولولهها نقش بازی میکند، با عنوان Chirality یا پیچش شناخته میشود [۱و۲و۴و۵] .
از دیگر ویژگیهای ساختاری نانولولهها حضور آنها به دو فرم نانولوله چند لایه با نام اختصاری MWNT و نانولولههای تکلایه با نام اختصاری SWNT است؛ هر یك از این انواع دارای کاربردهای متفاوتی هستند.
روشهای تولید
روشهای تولید نانولولههای کربنی بهاختصار شامل موارد زیر است[۲] :
ـ تبخیر یا سایش لیزری (Laser Vaporization/ablation) ؛
ـ رسوب‌‌دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت (CVD) ؛
ـ رسوبدهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD) ؛
ـ رشد فاز بخار؛
ـ الکترولیز؛
ـ سنتز شعله.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی
نانولولهها علیرغم برخورداری از قطر بسیار کم، استحکام کششی بالایی در حدود صد گیگاپاسکال دارند [۲و۵] . از دیگر خصوصیات نانولولهها وجود پیوندهای واندروالس بین اتمها(و لذا توانایی بسیار پایین آنها برای چسبیدن به یکدیگر) ، خواص الکتریکی منحصر به فرد (نانولوله فلزی و نیمه هادی) [۱و۲و۳و۵] ، رسانایی تنها در جهت طولی [۱و۲] ، رسانایی حرارتی و خاصیت نشر میدانی [۲و۶و۷] است. خاصیت نشر میدانی در ساختارهایی که دارای نسبت طول به قطر بالا (بزرگتر از هزار) ، دارای رأس اتمی تیز، ثبات بالای حرارتی و شیمیایی و هدایت بالای الکتریکی و گرمایی باشند، دیده میشود [۷و۸] .
ویژگیهای زیستی نانولولههای کربنی
با وجود خصوصیات متنوع نانولولهها، دور از ذهن نیست که کاربردهای متنوعی نیز داشته باشند. در یک تقسیمبندی ساده میتوان برهمکنشهای زیستی نانولولهها را از دو بعد درونسلولی و برونسلولی مورد بررسی قرار داد.
به طور کلی مهمترین عناوین کاربردهای نانولولهها از دید بیولوژیک عبارتند از:
۱) حسگرهای زیستی؛
۲) حمل و نقل ملکولی؛
۳) جستجوی الکتروشیمیایی نمونههای بیولوژیک؛
۴) داربست بافتی؛
۵) فرستنده سیگنال به سلولها؛
۶) روشهای تشخیصی.
اما یکی از مهمترین مباحث در راه استفاده از کاراییهای نانولوله در بافت زنده، سازگاری زیستی آن است. لذا ابتدا مطالعات صورت گرفته در این زمینه را مرور میكنیم.
سازگاری زیستی
جلب نظر دانشمندان به سازگاری زیستی نانولولهها و اثرات مضر احتمالی آنها بر سلولها، به این واقعیت برمیگردد که در سالهای اخیر با افزایش روز افزون کاربردهای نانولولهها در صنعت و حضور بیشتر آنها در محیط، ارتباط معنا‌‌داری بین آنها و بیماریهایی از جمله بیماریهای تنفسی [۹] و پوستی [۱۰] پیدا شدهاست.
این امر مراکز علمی و تحقیقاتی را بر آن داشته است تا به بررسی اساسی این تأثیرات، یعنی تأثیر نانولوله بر سلول بپردازند. علیرغم مطالعاتی که در ابتدا نشان میداد که نانولوله و همخانوادههای آن تأثیر چندانی بر مورفولوژی، رشد و تکثیر سلولی ندارند [۱۱] ، امروزه مشخص شدهاست که شاخصهایی چون ابعاد فیزیکی، مساحت، دوز، نسبت طول به قطر، زمان، خلوص و وجود عوامل شیمیایی متصل به سطح، هر یک به نوبه خود در خاصیت سیتوتوکسیتی نانولوله مؤثرند [۱۲و۱۳و۱۴و۱۵] . هر یک از مطالعات صورت گرفته روی یکی از متغیرهای مذکور تمرکز بیشتری دارند، اما به نظر میرسد که دوز، خلوص و حضور دنبالههای شیمیایی متصل به سطح از موارد مهمتر باشند.
مطالعات نشان دادهاند که آستانه اثر کشندگی نانولوله برای نانولولههای چند دیواره و تکدیواره ، حدود ۰۶/۳ میکروگرم در میلیلیتر است که این رقم در برابر C۶۰ (فولرین) که تا ۲۲۶ میکروگرم در میلیلیتر نیز اثر کشندگی برای سلول ندارد، رقمی قابل توجه است [۱۶] . آخرین و مهمترین مقاله منتشر شده در این زمینه توسط انجمن شیمی آمریکا، در مقایسهای بین سیتوکسیتی MWCNT، SWCNT، کوارتز و C۶۰، بهترتیب توان کشندگی این مواد برای سلول را به این شکل بیان میکند:
C۶۰ < کوارتز < SWCNT > MWCNT
نکته جالب آن است که اگر چه با افزایش دوز نانولوله در محیط کشت، اثر کشندگی آن نیز افزایش مییابد، اما این ارتباط، خطی و منظم نیست [۱۵] . نکته دیگر در مورد اثر دوز اینکه نانولوله در دوزهای پایین اثری عکس اثرات آن در دوزهای بالا دارد.
بررسیها نشان میدهد که نانولولهٔ خالص دارای اثرات سمی بیشتری نسبت به نوع ناخالص آن است[۱۲] . اما مهمتر از خلوص، اثر عوامل شیمیایی بر روی سطح نانولوله است که موجب کاهش اثرات سمی آن میشود [۱۳] . اضافه نمودن عوامل شیمیایی بر روی سطحِ نانولوله را فعال سازی (Functionalization) میگویند که به نوبه خود موجب تسهیل بهکارگیری نانولوله در صنایع میگردد.
برخی از مطالعات به نحوهٔ اثر نانولوله در سلول و علت مستقیم مرگ سلولی ناشی از آن اختصاص دارند. به طور کلی سلولها در مواجهه با نانولوله، پاسخ‌‌های گسترده و بعضاً متناقضی از خود نشان میدهند.
این پاسخ‌های سلولی عبارتند از: فعال‌سازی ژن‌های مؤثر در حمل و نقل سلولی، متابولیسم، تنظیم سیکل سلولی و رشد سلولی پاسخ‌های استرسی و اکسید‌اتیو، تولید و ترشح پروتئین از سلول، توقف رشد سلولی و در نهایت آپوپتوز و نکروز [۱۰و۱۴و۱۵و۱۷] .
طبق مطالعات صورت گرفته، نانولوله‌ها در دوز‌های پایین‌تر موجب افزایش رشد و متابولیسم سلولی و در دوز‌های بالاتر موجب واکنش‌های التهابی و پاسخ‌های ایمنی سلولی، مشابه وضعیتی که در برابر تهاجم یک عفونت وریدی از خود نشان می‌دهد، می‌شوند [۱۵] . در واقع مرگ سلول‌ها در مواجهه با نانولوله‌ها مشابه دیگر موارد مرگ سلولی، ناشی از تشکیل رادیکال‌های آزاد و عوارض ناشی از آن، تخلیه مواد آنتی‌اکسیدان و up-regulation برخی از ژن‌ها و down-regulation برخی از ژن‌‌های دیگر است [۱۰و۱۴و۱۷] .
اثرات نانولوله بر روی بیان ژنی که تا به حال کشف شده‌است عبارت است از: up-regulation بیان ژن‌های مؤثر در سیکل سلولی مثل P۳۸, CdC۳۷, CdC۴۲, hrk, P۵۷, bax, P۱۶ و Down-regulation بیان ژن‌های مؤثر در سیکل سلول مثل Cdk۲ و Cdk۴، Cdk۶ و Cyclin D۳ و نیز down-regulation بیان ژن‌های مرتبط با سیگنال‌های سلولی مثل pcdha۹, ttk, jak۱, mad۲ و erk. همچنین موجب القای down-regulation بیان پروتئین‌های دخیل در اتصالات سلولی مانند لامینین، فیبرونکتین، کادهرین و FAR و کلاژن نوع چهار می‌شوند[۱۴و۱۷] .
از این میان دانشمندان مهم‌ترین تأثیر نانولوله‌ها را در سیکل میتوز در مرحله G۱ می‌دانند و توقف سلول در فاز G۱ را عامل اصلی آپوپتوز قلمداد می‌کنند[۱۷] .
● نانولوله‌های کربنی: ابزار‌های قدرتمند زیستی
چنانچه عنوان شد، با در نظر گرفته خطرات احتمالی نانولوله‌ها برای سلول و بافت، این ساختار‌های نانویی بالقوه از کاربرد‌های فراوانی در موجودات زنده برخوردارند. اگرچه ترس از عدم سازگاری زیستی موجب کند شدن روند تحقیقات در این زمینه شده‌است، با این حال تاکنون دانشمندان به نتایج قابل قبولی نیز دست یافته‌اند که در ادامه به آنها اشاره می‌شود.
▪ حسگر‌های زیستی
هرگونه تغییری در ساختمان و اجزای نانولوله‌ها موجب تغییر در قدرت هدایت الکتریکی آنها خواهد شد. دانشمندان دریافته‌اند که فعال‌سازی نیز متناسب با خصوصیات مولکول پیوند شده، موجب تغییراتی در هدایت الکتریکی و تابش نور از نانولوله می‌شود که منحصر به همان مولکول است[۱۸] . تاکنون مطالعاتی روی پروتئین‌ها، کربوهیدارت‌ها و آنتی‌بادی‌های مختلف صورت گرفته‌است که همگی تأییدی بر این فرضیه بوده‌اند[۱۸و۱۹و۲۰] . لذا متصور خواهد بود که با حضور هر نوع مولکول در محیط‌ حاوی نانولوله و اتصال به آن می‌توان فرکانس الکتریکی یا طول نورانی متفاوتی را ثبت کرد و به حضور آن ماده در محیط پی برد.
▪ حمل و نقل ملکولی
تاکنون مطالعاتی روی توانایی نانولوله‌ها در جابه‌جا نمودن مولکول‌ها صورت گرفته‌است. این بررسی‌ها غالباً به دو دسته تقسیم می‌شوند: مطالعاتی که به بررسی عبور مولکول‌ها از درون نانولوله [۲۰] و جاگذاری مولکول‌ها درون آنها [۲۹] اختصاص دارند و مطالعاتی که بر پایه اتصال مولکول‌ها به سطح نانولوله و انتقال از این طریق بنا شده‌اند[۲۱] . در نوع اول دانشمندان موفق به مشاهده عبور مولکول آب، +H، برخی از یون‌ها و بعضاً پلیمر‌ها از درون نانولوله شده‌اند[۲۰] ، آنها با جایگذاری داروهای ضد سرطان (مثل سیس پلاتین) درون نانولوله‌ها موفق به انتقال آنها به اطراف سلول و آزادسازی آهستهٔ آنها از درون نانولوله شده‌اند[۲۹] .
در نوع دیگر عموماً نقل و انتقال پروتئین‌ها توسط نانولوله‌ها بررسی شده‌است. این مطالعات نشان می‌دهند که با فعال سازی نانولوله توسط بنیان اسیدی می‌توان قابلیت اتصال این مواد به پروتئین‌ها را افزایش داد و به این طریق انتقال پروتئین‌ها به درون سلول را تسهیل کرد[۲۱] . البته این توانایی نانولوله‌ها به اندازه پروتئین‌ نیز بستگی دارد و در اندازه‌های بزرگ‌تر این توانایی از نانولوله صلب می‌شود. در همین رابطه می‌توان توانایی نانولوله را برای انتقال ژن‌ها به درون سلول نیز ذکر کرد [۲۲] . که البته مطالعات در این زمینه همچنان ادامه دارد. چنانچه بتوان از نانولوله به عنوان ناقل ژنی استفاده کرد، می‌توان آینده درخشانی را برای ژن‌درمانی و روش‌های مشابه متصور بود.
▪ داربست بافتی
اخیراً توجه دانشمندان به این قابلیت نانولوله‌ها جلب شده‌است که همانند داربست‌های طبیعی بافتی محتوی کلاژن، می‌توانند به عنوان داربست (Scaffold) برای رشد سلول‌های روی آنها مورد استفاده قرار بگیرند. احتمالاً ایده‌ اولیه از آنجا منشأ می‌گیرد که نانولوله‌ها هنگام تولید به صورت رشته‌هایی درهم آرایش می‌یابند که به آن فرم ماکارونی اطلاق می‌شود. این مشابه وضعیت کلاژن‌ها در مایع خارج سلولی است.
نام دیگر این آرایش bucky paper است [۱۹] . دانشمندان دریافته‌‌اند که SWCNTهای بافته نشده (non woven) دارای خاصیت داربستی بیشتری نسبت به دیگر انواع هستند. در این حال قابلیت تکثیر و چسبندگی سلولی نیز افزایش چشمگیری دارد [۲۳] .

.
مهمترین دستاورد محققان در این زمینه، کشت استئوبلاستها روی نانولولههاست که بهتازگی در مقالهای توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا در سال ۲۰۰۶ منتشر شدهاست و توجهات زیادی را به خود جلب کردهاست. این یافته راه را برای به کارگیری نانولولهها در ترمیم آسیبهای سلولی باز میکند [۲۴] .بیش از این نیز اتصالات محکم استئوبلاستها به داربست نانولولهای توسط filopodiaهای شکلگرفته در حین کشت به اثبات رسیده بود [۲۵] . با این حال مطالعاتی نیز نشان میدهند که اتصالات بین سلول و داربست نانولوله سست بود و سلولها قادر به نفوذ به داربست نیستند[۸] .یافته دیگری که توسط دانشگاه کالیفرنیا اعلام شدهاست، احتمال بهكارگیری نانولولهها در ترمیم ضایعات نخاعی است. در این حال حضور نانولولهها در محیط موجب هدایت رشد آکسونی میشود[۲۶] .
دیگر کاربردها دیگر کاربردهایی که امروزه مطالعاتی بر روی آنها در حال انجام است عبارتند از: الف) فرستادن سیگنال به سلولهای عصبی [۲۷] که در آن همزمان با ایجاد داربست مناسب برای رشد سلولهای عصبی (توسط فعالسازی مناسب نانولولهها) میتوان سیگنالهای الکتریکی را به سلول عصبی فرستاد؛ ب) روشهای تشخیصی زیستی [۲۸] که اولین مرحله این کاربرد بر روی مالاریا و تشخیص گلبولهای قرمز آلوده به این تک یاخته Plasmodium falciparum صورت گرفتهاست و در حقیقت میکروسکوپ AFM بر این پایه عمل میکند؛ ج) جستجوی الکتروشیمیایی [۲۰] که در واقع از خاصیت قطبیتپذیری نانولولهها استفاده و آن را به ابزاری تحت عنوان «ion-nanotube terahertz osillator» تبدیل کردهاست. در این حالت یون مورد نظر (مثلاً +K) با گیرافتادن در دالان نانولوله با فرکانس بالا شروع به حرکت به دو سوی نانولوله میکند. حاصل این فرایند ایجاد جریان الکتریکی متناوب با فرکانس بالا خواهد بود که از خارج قابل اندازهگیری است.
جمع بندی نانولولههای کربنی به جهت قدرت الاستیسیتهٔ بالا و در عین حال استحکام فوق العاده، به عنوان داربست سلولی برای رشد سلولهای استخوانی و عصبی مورد استفاده قرار گرفتهاند. به علاوه در عین حال که سلولها روی شبکهای تور مانند از این مواد شروع به رشد و تکثیر میکنند، دانشمندان توانستهاند از قابلیت هدایت ویژه الکتریکی نانولولههای کربنی استفاده و از آنها به عنوان راهی برای فرستادن پیام به سلولها استفاده کنند.این یافتهها تداعیکنندهٔ نیاز مبرم علم پزشکی و مخصوصاً شاخههای جراحی پلاستیک و پیوند اعضا، به رشد و تکثیر و پرورش سلولهای مورد نظر در خارج از بدن و سپس انتقال آنها به بدن است.در این فرایند کاستن از رد شدن بافت پیوندی توسط دستگاه ایمنی بدن از جایگاه ویژهای برخوردار است که تحقیقات چند سال اخیر روی سازگاری زیستی نانولولههای کربنی آن را نشان دادهاست. با تغییراتی در ساختار و ترکیبات این مواد میتوان آنها را به ساختمانهایی سازگار با دستگاه ایمنی بدن تبدیل کرد. بهعلاوه اتصال محکم سلولها به این ساختارها مشکل دیگر پیوند اعضا، یعنی سستی سلولها پس از پیوند را مرتفع خواهد ساخت.همچنین قابلیت ذخیرهسازی مولکولها در داخل نانولولههای کربنی، درهای تازهای را به روی حمل و نقل مواد حاجب و داروها در داخل بدن گشودهاست؛ چنانچه هر دوی این کاربردها در خارج از بدن انسان به اثبات رسیدهاند. مشابه این کاربرد، توانایی نانولولههای کربنی فعالسازی شده برای اتصال به پروتئینها و انتقال آنها به داخل سلول است که به تازگی نظر دانشمندان را به خود جلب نمودهاست.از مهمترین و اولین کاربردهای نانولولههای کربنی در محیطهای زنده، توانایی آنها برای اتصال به مولکولهای آلی مختلف و امکان جستجوی آن ماده بر اساس تغییرات هدایت الکتریکی نانولوله بودهاست. این کاربرد، از برجستهترین تقابلهای علم الکترونیک و بیولوژی در بهرهبرداری از فناورینانو بودهاست.با توجه به آنچه گذشت و طبق اطلاعات موجود از امکانات حال حاضر کشورمان، به نظر میرسد که با برقراری ارتباط بیشتر بین محققان علوم زیستی و علوم مهندسی، هیچیک از این کاربردها هم اکنون دست نایافتنی نیستند.در حقیقت ذکر چنین کابردهایی از نانولولههای کربنی که تنها یک نانوذره از میان هزاران نانوذرهٔ موجود است، هدفی به جز ایجاد انگیزه بیشتر برای ورود مهندسان علوم الکترونیک، مواد و شیمی به حوزه علوم زیستی و بالعکس آشنایی بیشتر محققان علوم زیستی با بعد فنی و مهندسی فناوری نانو نخواهد داشت.
منابع:
۱. Mildred D. , Gene D. , Peter E. , Richiro S., Carbon nanotubes. Physics World ۱۹۹۸; Issue ۱۲. Nanotechnology Opportunity Report II
۳. Sigma Aldrich. Fullerenes and Carbon Nanotubes - Structure, Properties and Potential Applications.۴. Thomas A. A. Physical properties of carbon nanotubes. Science, Engineering and Technology ۲۰۰۰۵. Hongjie D. , Tom G. . AN INTRODUCTION TO CARBON NANOTUBES. Polymer Interfaces and Macromolecular Assemblies ۲۰۰۳۶. Philip G. Collins and A. Zettl, Unique characteristics of cold cathode carbon-nanotube-matrix field emitters. Phys. Rev. ۱۹۹۷; ۹۳۹۱ – ۹۳۹۹۷. Saito R. , Dresselhaus G. , Dresselhaus M. S. IEEE Electrical Insulation Magazine ۱۹۹۸; pp ۲۷۲۸. Julian H. G. , Milo M. S. , Molly M. S. Nanofibrous Materials for Tissue Engineering. Journal of Experimental Nanoscience ۲۰۰۶; ۱ (۱) p ۱۹. Saugandhika M. , Nathalia P. Low Impedance electrodes for Biological applications using carbon nanotubes. George Mason University۱۰. Shvedova A. A. , Castranova V. , Kisin E. R. , Schwegler-berry D. , Murray A. R. , Gandelsman V. Z. , Maynard A. , Baron P. Exposure to carbon nanotube material: Assessment of nanotube cytotoxicity using human keratinocyte cells. Journal of toxicology and environmental health ۲۰۰۳; ۲۰ (۶۶) : ۱۹۰۹-۱۹۲۶۱۱. Ajima K, Yudasaka M, Murakami T, Maigne A, Shiba K, Iijima S. Carbon nanohorns as anticancer drug carriers. Mol Pharm. ۲۰۰۵; ۲ (۶) : ۴۷۵-۸۰.۱۲. Furong T. , Daxiang C. , Heinz S. , Giovani G. E. , Hisatashi K. Cytotoxicity of single-wall carbon nanotubes on human fibroblasts. Toxicology in Vitro ۲۰۰۶; ۲۰: ۱۲۰۲-۱۲۱۲۱۳. Christie M. S. , Feng L. , Jared L. H. , Joe M. , Wenhua G. , Jonathan M. B. , Valerie C. M. , Condell D. D. , Jennifer L. W. , Edward B. , Kevin D. A. , Vicki L. C. Functionalization density dependence of single-walled carbon nanotubes cytotoxicity in vitro. Toxicol Lett ۲۰۰۶; ۱۶۱ (۲) : ۱۳۵۱۴۲. ۲۴۸۱۴. Ding L. , Stilwell J. , Zhang T. , Elboudwarej O. , Jiang H. , Selegue J. P. , Cooke P. A. , Gray J. W. , Chen F. F. Molecular characterization of the cytotoxic mechanism of multiwall carbon nanotubes and nano-onions on human skin fibroblast. Nano Letters ۲۰۰۵; ۵ (۱۲) : ۲۴۴۸- ۲۴۶۴۱۵. Murr L. E. , Garza K. M. , Soto K. F. , Carrasco A. , Powell T. G. , Ramirez D. A. , Guerrero P. A. , Lopez D. A. , Venzor J. Cytotoxicity Assessment of Some Carbon Nanotubes and Related Carbon Nanoparticle Aggregates and the Implications for Anthropogenic Carbon Nanotube Aggregates in the Environment. Int. J. Environ. Res. Public Health ۲۰۰۵, ۲ (۱) : ۳۱–۴۲۱۶. Guang J. , Haifang W. , Lei Y. , Xiang W. , Rongjuan P. , Tao Y. , Yuliang Z. , Xinbiao G. Cytotoxicity of Carbon Nanomaterials: Single-Wall Nanotube, Multi-Wall Nanotube, and Fullerene. Environ. Sci. Technol ۲۰۰۵; ۳۹ (۵) : ۱۳۷۸ -۱۳۸۳۱۷. Cui D. , Tian F. , Ozkan C. S. , Wang J. , Gao H. Effect of single wall carbon nanotubes on human HEK۲۹۳ cells. Toxicology Letters ۲۰۰۵; ۱۵۵: ۷۳-۸۵۱۸. Ranjani S. , Kasif T. , Balaji P. Biological Functionalization of Carbon Nanotubes. International Conference on MEMS, NANO and Smart Systems (ICMENS&#۰۳۹;۰۴) ۲۰۰۴; pp. ۴۸-۵۳ ۱۹. Sotiropoulou, S. , Chaniotakis, N. A. Nanotube Biosensors. Anals of Bioanalytical Chemistry ۲۰۰۳, ۳۷۵ ۲۰۰۳, ۱۰۳۲۰. Deyu Lu, Yan Li, Umberto Ravaioli, and Klaus Schulten. Empirical nanotube model for biological applications. Journal of Physical Chemistry۲۰۰۵; B, ۱۰۹: ۱۱۴۶۱-۱۱۴۶۷۲۱. Nadine W. S. K. , Hongjie D. Carbon nanotubes as intracellular protein transporters: generality and biological functionality J. Am. Chem. Soc. ۲۰۰۵; ۱۲۷ (۱۶) : ۶۰۲۱ -۶۰۲۶۲۲. Pu-Chun K. , Qi L. , Jessica M. , Rahul R. , Katherine F. , Apparao R. Single-Walled Carbon Nanotube Transporter for Gene Delivery. American Physical Society, APS March Meeting, March ۲۱-۲۵, ۲۰۰۵۲۳. Jie M. , Li S. , Jie M. , Hua K. , Guangjin Z. , Chaoying W. , Lianghua X. , Sishen X. , Haiyan X. Using single-walled carbon nanotubes nonwoven films as scaffolds to enhance long-term cell proliferation in vitro. Journal of Biomedical Materials Research ۲۰۰۵; ۲ (۷۹) : ۲۹۸ - ۳۰۶۲۴. Zanello L. , Zhao B. , Hu H. , Haddon C. R. Bone Cell Proliferation on Carbon Nanotubes. Nano Letters ۲۰۰۶۲۵. Aoki N. Yokoyama A. Nodasaka Y. Akasaka T. Uo M. Sato Y. Tohji K. Watari F. Cell Culture on a Carbon Nanotube Scaffold. Journal of Biomedical Nanotechnology ۲۰۰۵; ۴ (۱) : ۴۰۲-۴۰۵۲۶. Zhang X. , Prasad S. , Niyogi S. , Ozkan M. , Ozkan C. S. Guided Neurite Growth on Patterned Carbon Nanotubes. Nanotech ۲۰۰۵; ۳۰۴ - ۳۰۷۲۷. Ying Z. , Qunfen Z. , Yuguo L. , Xiaoqing C. , Wenxin L. The Interaction and Toxicity of Multi-Walled Carbon Nanotubes with Stylonychia Mytilus. J. Nanosci. Nanotechnol ۲۰۰۶; ۶: ۱۳۵۷–۱۳۶۴۲۸. Eriko N. , Hirohide N. , Seiji A. , Yoshikazu N. , James A. D. The cell biological application of carbon nanotube probes for atomic force microscopy: comparative studies of malaria-infected erythrocytes. Journal of Electron Microscopy۲۰۰۰; ۴۹ (۳) : ۴۵۳-۴۵۸۲۹. Kumiko A. , Masako Y. , Tatsuya M. , Alan M. , Kiyotaka S. , and Sumio I. Carbon Nanohorns as Anticancer Drug Carriers. Mol. Pharmaceutics ۲۰۰۵, ۲ (۶) : ۴۷۵ -۴۸

67:

مروري بر ذخيره‌سازي متان در نانولوله‌هاي کربني
يکي از مسائلي که امروزه در مبحث انرژي مطرح است، چگونگي ذخيره سازي سوخت‌هاي پاکي مانند هيدروژن، متان و... براي كاربردهاي مختلف است. در حالت عمومي ذخيره سازي گاز طبيعي فشرده در وسايط نقليه در سيلندرهاي استيل سنگين و در فشارهاي بالا (20 تا 30 مگا پاسكال)صورت مي‌پذيرد در حاليكه ذخيره سازي گاز به روش ANG(adsorbed natural gas) در محفظه‌هاي سبك و با فشارهاي نسبتا پائيني (در حدود 4 مگا پاسكال)صورت مي‌پذيرد، بنابراين ذخيره سازي گاز طبيعي به روش ANG مي‌تواند يك انتخاب بسيار موثرتر باشد زيرا در فشارهاي پايين هزينه‌هاي كمتري صرف ذخيره سازي مي‌شود. امروزه جذب گاز متان با استفاده از جاذب‌هاي متنوعي مانند كربن فعال شده(AC)، كربن اشتقاقي كربيد(CDC)، زئوليت‌ها و نانولوله‌هاي كربني تك ديواره(SWCNT)، نانولوله‌هاي كربني چند ديواره(MWCNT)و... صورت مي‌پذيرد. در اين مقاله مروري داريم بر مكانيزم ذخيره سازي گاز متان با استفاده از نانولوله‌هاي كربني و در نهايت نتايج كار محققان مختلف را در زمينه ذخيره سازي گاز‌ها با استفاده از نانو ساختارهاي كربني، مورد ارزيابي و مقايسه قرار مي‌دهيم.

مقدمه
جذب گاز طبيعي در مواد متخلخلي مانند زئوليت‌ها، كربن فعال شده (AC) غربال‌هاي مولكولي، كربن اشتقاقي كربيد، بررسي و مطالعه شده است. اخيراً نانولوله‌هاي كربني بخاطر خواص منحصر به فردشان از جمله تخلخل يكنواخت، استقامت كششي زياد، هدايت الكتريكي، بسيار مورد توجه و مطالعه قرار گرفته اند. نانولوله‌‌هاي کربني به دو صورت تک ديواره (SWCNT) و چند ديواره (MWCNT) مي‌باشند. تحقيقات زيادي به منظور جذب گاز متان كه يكي از اجزاي مهم گازطبيعي است، روي نانولوله‌هاي كربني تك ديواره صورت گرفته است. اين در حالي است كه مطالعات درباره جذب گاز متان روي نانولوله‌هاي كربني چند ديواره محدود مي‌باشد. اما در بررسي‌هاي انجام شده به نظر مي‌رسد، خواص جذب گاز روي SWCNT‌ها و MWCNTها كاملاً متفاوت مي‌باشد.

مکانيزم جذب متان توسط نانولوله‌هاي کربني
در مطالعه اي که توسطSeifer انجام شد، اثر متقابل هيدروژن با فولرين‌ها ونانولوله‌هاي كربني نشان دهنده اين مطلب بود که يون هيدروژن H+ با کربن‌هاي هيبريد شده SP2 از هر دو ماده تشکيل کمپلکس مي‌دهد.Xianren و[2 Wenchuam] ، از روش DFT (Density Functional Theory) و روش شبيه سازي GCMC(Grand Canonical Mont Carlo) براي بررسي جذب CH4 در داخل SWCNT‌ها استفاده نمودند. Bien fait از پراکندگي نوترون براي تشخيص نفوذ مولکول‌هاي CH4 در SWCNT‌ها استفاده کرد و در اين فرايند دو نوع جذب را مشاهده کرد، که يک نمونه مربوط به فاز شبه جامد براي يک مجموعه پيوند قوي‌تر در دماي 120 درجه کلوين و ديگري مربوط به کامپوننت‌هاي شبه مايع براي مجموعه پيوندهاي ضعيف‌تر در 70 تا 129 درجه کلوين است.

نانوتکنولوژی

بنابراين، مجموعه هاي جذبي متان در سطوح داخلي و خارجي نانولوله‌هاي کربني به دو صورت شبه مايع و شبه جامد مي‌باشد. همچنين گزارش شده است[1] که CNT هيدروژني با هيدروژن مرزي متناوب داخلي/خارجي (H-CNTزيگزاگي)0.55 eV پايداتر از CNT هيدروژني است که همه هيدروژن‌هاي آن خارجي باشند(H-CNT آرمچير) و در اين حالت (H-CNT زيگزاگي)، فرمر، مولكول‌هاي متان را با زاويه پيوندي تقريبا قائم در بر مي‌گيرد. به‌طوري كه متان به‌طور قوي‌تري روي سطوح خارجي H-CNT زيگزاگي ذخيره مي شود تا روي سطوح داخلي H-CNT زيگزاگي و H-CNT آرمچير. از آنجايي که متان بصورت چهارگوش است و زاويه‌هاي پيوندي H-C-H در حدود 109.5 درجه است، کشيدکي الکترون‌هاي فعال شده کربن روي چهار اتم هيدروژن پيوندي اثر مي‌گذارد به صورتي که روي اتم‌هاي هيدروژن کمبود جزئي الکترون به وجود مي‌آيد، به همين دليل، مکانيزم جذب متان روي سطوح داخلي و خارجي نانولوله‌هاي کربني به صورت شبه مايع و شبه جامد مي‌باشد.[3] در مسير مکانيزمي که توسط SunnyE.Iyuke گزارش شده است[3]، مولکول متان با ساختار چهاروجهي با زاويه پيوندي تقريبا قائم، از داخل منافذ نانولوله از توده فاز گازي تا روي جاذبي با پيوند SP2 C=C که نسبتا غني از الکترون است، عبور مي‌کند. دراين حالت چون اتم‌هاي هيدروژن مولکول‌هاي متان به خاطر کشيده شدن الکترون‌ها به سمت کربن مرکزي داراي کمبود جزئي الکترون هستند، يک کمپلکس انتقال دهنده بار (CT) از کربوکاتيوني شامل دو پروتون را تشکيل مي‌دهند. اين يون مي‌تواند بطور درون مولکولي، گروه SP2 C=C را با يک پيوند SP3 C-C پايدار کند که مشابه با فضا گزيني [1]در واکنش‌هاي شيميايي است. اينچنين فضا گزيني در جذب سطحي با سايز روزنه محدود شده، کوپل و يک نيروي انقباضي روي جذب شعاعي متان بعدي و پيوند هيدروژني بين SP3(C-C) از شبکه CNT و SP3 از مولکول متان، وارد مي‌کند. از آنجاکه هر دو داراي يک ساختار چهاروجهي هستند، اين امر منجر به تشکيل يک فاز شبه مايع در روزنه CNT مي‌شود. از طرف ديگر سطح خارجي CNT هيچ نوع محدوديتي در جذب ندارد، بنابراين مولکول‌هاي متان بيشتري روي کربوکاتيون غيرپايدارحاضرجذب مي‌شوند. اين پديده مي‌تواند باعث جذب گازهاي بيشتري در شکل فاز شبه مايع متان روي سطح داخلي شود زيرا فضاي کافي براي پيوندها يا ارتعاشات مولکولي وجود دارد و انتقال از فاز جامد به فاز سيال، يک پديده متداول است.

ذخيره سازي گاز به روش ANG
شكل 1 سيستم ذخيره سازي گاز به روش ANG را نشان مي‌دهد. به منظور كنترل دماي فرايند، سلول بارگيري(Loading Cell) و سلول جاذب (Adsorption Cell) و خطوط ارتباطي در يك حمام آب قرار دارند. قبل از شروع آزمايش بايستي ناخالصي‌هاي سلول جذب را توسط يك پمپ خلاء زدود و وزن جاذب را در خلاء كامل اندازه گيري كرد، زمانيكه دما در سلول‌هاي بارگيري و جاذب به حد مطلوب رسيد (حالت تعادل اوليه) آزمايش شروع مي‌شود. ميزان فشار و دما در سلول‌ها همانطور كه در شكل نشان داده شده است به يك ركوردر موبايل گزارش مي‌شود و به اين صورت زمان تعادل واكنش در هنگاميكه فشار و دماي فرايند ثابت باقي ماند (حالت تعادل دوم) مشخص مي‌شود سپس با موازنه جرم (معادله 1) بر مبناي دما و فشار اندازه گيري شده قبل و بعد از حالت تعادل مي‌توان ظرفيت جاذب را تعيين كرد.
كه در معادله فوق، P، فشار، T، دما، V، حجم، R، ثابت گاز، M، وزن مولكولي، Z، ضريب تراكم پذيري گاز و Nتعداد مولكول‌هاي جذب شده است. زيرنويس 1 نشان دهنده وضعيت تعادلي اوليه و زيرنويس 2 نشان دهنده وضعيت تعادلي نهايي است.[4]
مروري بر ذخيره سازي گاز متان در نانو ساختارها


نانوتکنولوژی


Elena Bekyarova توسط اشتعال ليزري گرافيت، نانوهورن‌هاي (نانوشاخ) كربني تك ديواره‌اي (SWNH) را براي ذخيره سازي گاز متان، در دماي اتاق و بدون كاتاليست، توليد كرد (شكل 2). سايز و شكل مجموعه با نوع و فشار گاز بافر در حفره، كنترل مي‌شود. اين ساختارهاي كربني در آرگون با فشار760 تور آماده مي‌شوند. بخار كربن ذرات گرافيتي را با سايز يكنواختي در حدود 80 نانومتر توليد مي‌كند كه از SWNHsبا قطر حدودا 2 تا 3 نانومتر تركيب شده‌اند. دانسيته توده كه در اين روش ذخيره سازي گاز متان استفاده شده است (SWNHs فشرده شده در فشار 50 مگا پاسكال زير خلاء)، 0.97 گرم بر سانتيمتر مكعب مي‌باشد. همانطور كه در شكل 2 مشاهده مي‌شود ايزوترم‌هاي جذب متان با دماي 303 كلوين در اين آزمايش بر اساس طبقه بندي BDDT از نوع I مي‌باشند. داده‌هاي آزمايشگاهي جاذب SWNHs با داده‌هاي SWNT‌هاي آرايه مربعي و آرايه مثلثي شبيه سازي شده، مقايسه شدند. ايزترم‌هاي نانولوله‌هاي سرباز(opened-end) آرايه مربعي و آرايه مثلثي با فاصله واندروالسي 0.34 نانومتر(فاصله بين ديواره‌ها و لوله‌هاي مجاور) با استفاده از روش GCMC شبيه سازي شده اند. در فشارهاي كم، ظرفيت جاذب SWNHها مشابه با SWNTهاي آرايه مربعي مي‌باشد اما در فشارهاي بالاتر از 4 مگا پاسكال نانولوله‌هاي تك ديواره آرايه مثلثي ظرفيت بيشتري را براي جذب گاز متان نشان مي‌دهند بنابراين آرايش لوله ‌ها در SWNTها مي‌تواند فاكتور مهمي در ذخيره سازي گاز متان باشد. ظرفيت ذخيره سازي جاذب‌هاي SWNHفشرده شده در دماي 303 كلوين و فشار 3.5 مگا پاسكال، حدود 160 cm3/cm3 و ظرفيت ذخيره سازي جاذب‌هاي SWNT با استفاده از روش مونت كارلو و DFT در دماي اتاق و فشار 4 مگا پاسكال 198گرم بر متر مكعب مي‌باشد و اين در حالي است كه ظرفيت ذخيره سازي كربن فعال شده در دماي 303 درجه كلوين و فشار 3.5 مگا پاسكال در حدود 96 cm3/cm3 است.[6] متاسفانه گزارش‌هاي آزمايشگاهي و تحقيقاتي اندكي درباره ذخيره سازي متان روي آرايه‌هاي SWNT موجود است. Murise و همكارانش تنها رفتار فازي وجذبي متان روي نانولوله‌هاي تك ديواره را در دماهاي پايين بررسي كردند.[6] Talapatra و همكارانش بطورآزمايشگاهي ميزان جذب گازهاي متان، گزنون و نئون را روي دسته‌هاي SWNTاندازه گيري كردند و بطور غيرمنتظره اي مشاهده كردند كه هيچ گازي در فواصل بين آرايه اي SWNT جذب نشده است. [7]با اين وجود اين بدان معنا نيست كه فواصل بين آرايه‌هاي SWNT ديگر نمي توانند گاز را جذب كنند. پس از مدتي، در يك مقاله ديگر از همان گروه مشاهده شد كه گاز متان مي‌تواند در دسته‌هاي SWNT سردسته (Closed-end)، جذب شود. [8]بنابر اين مشاهدات و مقايسه آنها با شبيه سازي‌هايBekyarova مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه فاصله واندروالس يك فاكتور اوليه موثر روي ميزان جذب متان در فواصل بين آرايه‌هاي SWNT است (شكل3 ). در پي اين نتيجه، Cao و همكارانش تحقيقات خود را در راستاي بهينه سازي فاصله واندروالس بين لوله‌ها در آرايه‌هاي SWNT ادامه دادند. اين گروه با استفاده از روش مونت كارلو جذب متان را روي SWNT‌هاي آرايه مثلثي در دماي اتاق بررسي كردند. در ديواره اين نانولوله‌ها اتم‌هاي كربن به صورت آرميچير قرار گرفته‌اند. از نتايج اين كار مشخص شد كه SWNT با آرايه مثلثي و فاصله واندروالسي 0.8 نانومتر بيشترين مقدار گاز متان را در دماي اتاق جذب مي‌كند. در فشار 4.1 مگا پاسكال ظرفيت حجمي و ظرفيت جرمي جذب متان روي آرايه‌هاي SWNT(15,15) با فاصله واندروالسي0.8 نانومتر216 v/v و215g CH4/Kg است.[9]


نانوتکنولوژی

همانطور كه گفته شد مطالعات و تحقيقات جذب گاز متان روي نانولوله‌هاي كربني چند لايه نسبت به نانولوله‌هاي كربني تك لايه محدودتر مي‌باشد. از جمله كساني كه در اين زمينه كار كرده است Sunny E.Iykenv از كشور مالزي است. وي توانست نانولوله‌هاي كربني چند ديواره را با تكنيك رسوبدهي بخار شيميايي كاتاليست شناور(FCCVD) توليد كند. اين تكنيك مي‌تواند در توليد انبوه نانولوله‌هاي چند ديواره با هيبريدهاي مختلف مورد استفاده قرار گيرد. نانولوله‌هاي كربني با هيبريد SP2 داراي بزرگترين سايز روزنه هستند. سايز روزنه در SP2 44.4 نانومتر و در SP1 وSP3 وSP4 به ترتيب برابر 9.1و8.9و8.7 نانومتر است. گاز متان بصورت مايع و شبه جامد روي نانولوله‌هاي توليد شده جذب مي‌شود. ايزوترم‌هاي بدست آمده از آناليزر BET در اين آزمايش در شكل 5 نشان داده شده است. همان‌طور كه مشاهده مي‌شود، ايزوترم‌هاي جذب براي كربن‌هاي SP1 و SP2از نوع III مي‌باشند در حاليكه ايزوترم‌هاي جذب متان براي كربن SP3 داراي سه نقطه اوج است كه احتمالا مربوط به تغيير فاز مي‌باشند. از اين گذشته ايزوترم دماي 15 درجه سانتيگراد داراي دو نقطه اوج مي‌باشد كه نمايشگر نقاط تغيير فاز مي‌باشند. در اين آزمايش مشاهده مي‌شود كه جذب متان توسط نانولوله‌هاي كربني چندلايه نسبتا پايين است در حاليكه با افزايش فشار بر مقدار گاز جذب شده اضافه مي‌شود.


نانوتکنولوژی


شكل4- تصاويرTEM از پنج نمونه CNT(SP2F,SP1,SP1,SP3,SP4) كه نمونه آخر داراي متان جذب شده است.

پس از آن در آزمايش‌هايي كه توسطJae-Wook Lee انجام شد، نانولوله‌هاي كربني چند ديواره با روش رسوب دهي بخار شيميايي(CVD) با طول يكنواخت و قطر مشخص ساخته شدند، شكل10 تصاوير TEMوSEM نانولوله‌هاي چندلايه كربني ساخته شده را نشان مي‌دهد. ضخامت ديواره‌ها در حدود 15 تا 20 نانومتر و طول آنها در حدود 20 تا 30 ميكرومتر و دانسيته توده در حدود 0.005 تا 0.006 گرم بر سانتي متر مكعب است. در اين آزمايش گاز متان مورد استفاده داراي خلوص 99.9 درصد است. نتايج آزمايشگاهي كه در اين روش بدست آمده است در دماهاي 301.15 و313.15 و323.15 كلوين و در فشاري تا 3 مگا پاسكال موجود مي‌باشد كه در جدول 1 نشان داده شده است. همانطور كه از اين جدول پيداست ظرفيت نانولوله‌هاي چند ديوارهكربني در فشارهاي پايين تر از 1.5 مگا پاسكال بسيار كم مي‌باشد در حاليكه در فشار‌هاي بالاتر نيز ميعان موئينگي رخ مي‌دهد. به علاوه فشار ميعان موئينگي با دما افزايش مي‌يابد. [10]در شكل 6 ايزوترم‌هاي جذب متان نشان داده شده اندكه مشاهده مي‌شود ايزوترم‌هاي جذب متان در گستره دمايي اين آزمايش، از نوعIV مي‌باشند.[4]

نانوتکنولوژی

شكل6- ايزوترم‌هاي جذب متان روي نانولوله‌هاي كربني چند ديواره


نانوتکنولوژی

شكل5- ايزوترم‌هاي جذب/دفع متان در CNTها، (a) دفع متان از SP2 در دماهاي مختلف. (b) جذب متان روي SP1,SP2 (در دماهاي مختلف) وSP3
نتيجه‌گيري

بررسي جذب گاز درنانو ساختارها نشان مي‌دهد كه پارامترهاي روزنه و دانسيته جادب مي‌تواند در ميزان جذب گاز بسيار موثر باشد به طوري كه خواص روزنه‌ها در SWNH‌هاي فشرده شده به گونه اي است كه در دماي 303 درجه كلوين و فشار 3.5 مگا پاسكال، ظرفيت ذخيره سازي گاز متان اين نوع جاذب 160 v/v مي‌باشد. در ارتباط با SWNTها مي‌توان گفت كه آرايش آنها و فاصله واندروالسي در آنها از پارامترهاي مهم در ميزان ذخيره سازي گاز طبيعي مي‌باشد. همانطور كه در نمودار شكل 2 نشان داده شده است، ميزان جذب گاز در SWNTهاي آرايه مربعي و آرايه مثلثي در فشارهاي پايين تقريبا يكسان است و اين ميزان در فشارهاي بالاتر از 4 مگا پاسكال در SWNTهاي آرايه مثلثي افزايش مي‌يابد. همچنين SWNTهاي آرايه مثلثي با فاصله واندروالسي 0.34 نانومتر در فشار 4.11 مگاپاسكال ظرفيتي در حدود 170 v/v براي ذخيره سازي گاز متان دارند در حاليكه اين ظرفيت در SWNTهاي بهينه شده با فاصله واندروالسي 0.8 نانومتردر شرايط يكسان به 216 v/v مي‌رسد كه حتي بيشتر از ظرفيت ذخيره سازي CNGدر فشارهاي 20 تا 30 مي‌باشد(200 v/v).


در بررسي MWCNTها با توجه به جدول 2 مشاهده مي‌شود كه ظرفيت اين نانوساختارها در فشارهاي پايين، بسيار كم و در حدود 14 g/Kg است و در فشارهاي بالاتر ميعان موئينگي رخ مي‌دهد. بعلاوه فشار مناسب براي ميعان موئينگي با افزايش دما، افزايش مي‌يابد.

منابع

[1] Seifert G. Hydrogen on and in carbon nanostructures. Solid State Ionics 2003
[2] Zhang X. and Wang W. Methane adsorption in single-walled carbon nanotubes arrays by molecular simulation and density functional theory. Fluid Phase Equilibria 2002; 194-197: 289-295.
[3] Iyuke S.E., Fakhrul-Razi, A., Guan T.C. and Danna A.B.M. Methane Adsorptive Storage Characteristics in and on Carbon Nanotubes. J. Institution of Engineers, Malaysia (submitted).
[4] Jae-Wook Lee, Hyun-Chul Kang, Wang –Geun Shim, Chan Kim, and Hee Moon.Methane Asorption on Multi-Walled CarbonNanotube at(303.15,313.15 and 323.15)K. American Chemical Society. 2006
[5] Elena Bekyarova, Katsuyuki Murata, Masako Yudasaka. Single-Wall Nanostructured Carbon for Methane Storage. J.Phy.Chem. 2003. 107.
[6] Muris,M.; Dufau, N; Bienfait, M.J.P. Langmuir2000,16,7019.
[7] Talapatra,S. Zambano,A.D. Phys.Rev. Lett. 2000,85, 138.
[8] Talapatra, S.; Migone, A. D.Phys. Rev. B 2002, 65, 045416 [9] Dapeng Cao, Xianren Zhang, Jianfeng Chen, Optimization of Single_Walled Carbon Nanotube Arrys for Methane Storage at Room Temperature, J. Phys.Chem B, 2003,107,13286-13292.
[10] Lee,J.W.;Shim, W. G.; Moon, H. Adsorption equilibrium and kinetics for capillary condensation of trichloroethylene on MCM-48.2004,73,109-119


68:

نانو تریبولوژی و ساخت نانو روانکارها

اگر اتومبیلی خریداری کرده اید که در طول مدت۱۰ سال نیاز به تعویض روغن و یا گریس کاری نداشته، در این اتومبیل از روغن و گریسی استفاده شده که از مواد نانو ساخته شده است. اصلی ترین وظیفه نانو روانکاران کاهش اصطکاک و خوردگی قطعات همراه با دوام و کارایی بیشتر است. ورود این مواد به بازار مصرفی تغییرات بسیار زیادی را در این صنعت بوجود خواهد آورد. واژه تریبولوژی از ریشه کلمه یونانی "تریبو" به معنی سایش و "لوژی" به معنی دانش است. کاربرد اولیه این علم در یونان باستان، شناخت عوامل حمل سنگهای بزرگ بر روی سطح زمین و بهبود آنها بوده است. امروزه این علم شامل مطالعه در مورد نیروی اصطکاک، فرسایش و استفاده از روانکارهای جدید برای کاهش این دو اثر است. در قرن گذشته تحقیقات گسترده ای برای بدست آوردن روانکارهای بادوام انجام شده که در نهایت منجر به استفاده از مواد افزودنی به روغنها به منظور ارتقای کیفیت آنها شده است. هدف نهایی تحقیقات در این زمینه به دست آوردن روانکارهایی است که هیچگاه نیاز به تعویض و یا ترمیم نداشته باشند. حاصل این تلاش شناسایی روانکارهایی متشکل از ذرات بسیار مواد آلی غیر اورگانیکی است. تحقیقات در این زمینه نشان می دهد اگر اندازه این مواد از۱۰۰ نانومتر کمتر شود، ساختار بسیار متفاوتی را پیدا خواهند کرد. محصول بدست آمده نانولوبها (Nanolubricants) نامیده می شوند. ذرات کروی یا نانوتیوبها که ساختار اصلی نانولوبها را تشکیل می دهند، در زمان فعالیت،مانند میلیونها ساچمه مینیاتوری بین سطوح متحرک لغزیده و منجر به کاهش نیروی اصطکاک، دما و ارتقای کارایی ماشین آلات می شوند. این ذرات می توانند به کوچکترین منافذ قطعات نفوذ کرده و عمل روانکاری را بهبود بخشند. کاربرد این نوع از روانکارها در سطوح ناصاف به مراتب بهتر از روانکارهای فعلی است به همین دلیل تولید کنندگان با استفاده از آنها نیاز کمتری به ماشین کاری، صرف وقت و هزینه برای ساخت قطعات ماشین آلات خواهند داشت که این عامل، منجر به صرفه جویی در مواد و هزینه می شود. نانو روانکارها که در دو گروه جامد و مایع به بازار عرضه خواهند شد باعث کاهش نیروی اصطکاک و در نتیجه نیروی مصرفی و سوخت ماشین آلات می شوند. همچنین این مواد به عنوان مواد افزودنی برای روانکارها یا بصورت ترکیب با مواد دیگر و یا به تنهایی می توانند مورد استفاده قرار گیرند. تطابق بهتر با محیط زیست در مقایسه با روانکارهای متداول امروزی یکی دیگر از مزایایی بسیار خوب نانو روانکارهاست. آزمایش های متعددی که توسط آزمایشگاههای مختلف فارماکولوژی در آمریکا و اروپا انجام شده سازگار بودن این گروه از روانکار را با محیط زیست تایید کرده است. این مواد به هیچ عنوان سمی نیستند و موجب آلودگیِ آب، خاک وهوا نخواهند شد. نانوتریبولوژی در فناوری های پیشرفته جدید مانند هموار ساختن سطوح دیسک های حافظه کامپیوتر برای افزایش کیفیت ذخیره اطلاعات و کاهش نیروی اصطکاک و انرژی مصرفی و جلوگیری از خوردگی قطعات نقش مهمی ایفا می کند. در صنایع سنتی مانند اتومبیل و هواپیما، هدف از جایگزین کردن نانو روانکارها بجای انواع مختلف روانکارهای در حال مصرف مانند روغن و یا گریس، بی نیازی به تعویض روغن، چسبندگی بهتر به قطعات به صورت فیلم های تک لایه ای، تحمل فشار مکانیکی بسیار زیاد و دمای کارکرد بیشتر است. حتی از آنها می توان در سطوح بیرونی کشتی و یا هواپیما برای کم کردن نیروی اصطکاک ایجاد شده توسط آب و یا هوا استفاده کرد. در حال حاضر شرکت های متعددی مشغول تحقیقات در مورد نسل جدید روانکارها هستند. یک گروه محقق توانسته است محصول جدیدی با ساختار چندین شبکه از لایه های فیلم بر روی هم که دارای حفره های خالی (برای انعطاف پذیری بیشتر) است را بسازد. عملکرد محصول جدیدبه صورت حرکت قطعات بر روی تعداد بیشماری از لایه های ساخته شده از نانو بلبرینگ های سخت است. این شرکت محصول جدید خود را بنام نانو لوب، Nanolub نامیده است. مدیر این سازمان معتقد است که این روانکار می تواند جایگزین انواع روانکارهای متداول امروزی با۶ تا۱۰ برابر بازدهی بهترباشد. ساختار این بلبرینگها از دی سولفید تنگستن،‌ WS۲ است. در این ساختار لایه های لغزنده بر روی یکدیگر باعث کم شدن اصطکاک و منافذ خالی باعث انعطاف پذیری بیشتر روانکار می شوند. با استفاده از این مواد، روانکار می تواند فشار و ضربات مکانیکی بسیار شدیدی را تحمل کرده و به صورت ذرات کروی سخت در سطوح ناصاف دندانه دار میان قطعات متحرک حرکت کند. علاوه بر آن، این مواد برخلاف روانکارهای معمولی می توانند در داخل خلل و فرج سطوح ناصاف نفوذ کرده و یک لایه نرم در حد یک مولکول را به وجود آورند. برخی از شرکت های تولیدی برای ساخت نانو روانکارها از ساختار نانو تیوب های کربنی استفاده کرده اند ولی مشخص شده که در طول زمان و با وجود نیروی اصطکاک، مواد بکار برد شده متلاشی و تجزیه می شوند. هم اکنون تحقیق در مورد بهینه سازی این مواد ادامه دارد. یکی از سازمان های تحقیقاتی بنام NIST در حال بررسی روش اختلاط مولکولهای مختلف به صورت یک فیلم تک لایه ای است. این تحقیق از روش ادغام مولکولها (حداکثر تا۴ عدد)، که هر یک خاصیت ویژه ای مانند مقاومت در برابر سایش و خود ترمیمی دارند، استفاده کرده است که در مجموع، یک نانو روانکار دارای قابلیت های یکایک ساختارهای ملکولها خواهد شد. برای مثال در یک ترکیب ملکولی چهارتایی، گروه اول مولکولها دارای خاصیت چسبندگی بسیارعالی به سطوح، گروه دوم بوجود آورنده یک فیلم روانکار بسیار مقاوم، گروه سوم محافظ در مقابل ضربات سخت و گروه چهارم حرکت در کلیه سطوح برای از بین بردن نیروی اصطکاک است. امروزه دستگاههای بسیاری برای اندازه گیری نیروی اصطکاک، کیفیت روانکارها و میزان سایش قطعات به صورت سنتی وجود دارد. این دستگاهها که تریبومیتر نام دارند، دارای روشهای مختلفی در عملکرد خود هستند مانند حرکت یک میله،یک کره و یا یک صفحه برروی صفحه دیگر و نظایر آن. اندازه گیری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی روانکارها در مقیاس نانو دارای پیچیدگی بسیار زیاد بوده و بسهولت انجام نمی گیرد. برای این منظور استفاده از وسایل جدیدی مانند میکروسکپهای نیروی اتمی،
(Atomic force microscope) که به اختصار AFM نام دارند، ضروریست. این وسیله می تواند در مقیاس و ابعاد نانو، عملکردهای متفاوتی شامل مشاهده سه بعدی خوردگی، ترک خوردگی یک سطح، اندازه گیری قطر ذرات جامد و یا مایع روانکارها، سنجش ضخامت فیلم روانکارها در حد تک لایه، محاسبه نیروی اصطکاک، بدست آوردن اشکال سطوح و ناهمواری آنها، اندازه گیری سختی سطوح و قابلیت ارتجاع و تغییر در ابعاد نانو را داشته باشد. مزایای دیگر این دستگاه عبارتست از: قابلیت کاربرد آن برای کلیه مواد، شامل: سرامیک ها، فلزات، پولیمرها- نیمه هادی ها و مغناطیسها، نور، موارد بصری و عناصر بیولوژیکی در اتمسفر و خلاء.شرکت "ApNano Material"، تولید کننده انواع محصولات نانو و اولین سازنده نانولوبها (یک نوع روغن سنتتیک غیرآلی) است. نانولوبهای ساخته شده کنونی که در حال حاضر در مقیاس آزمایشگاهی تولید می شوند، غیرسمی و سازگار با محیط زیست هستند که کیفیت و عملکرد بسیار خوب آنها توسط کارخانه های اتومبیل سازی جهان به تایید رسیده است. همچنین این مواد می توانند بجای ادتیوها برای بهبود کیفیت روغن های موتور، دنده و هیدرولیک استفاده شوند. مهمترین مزیت این محصولات کاهش مصرف سوخت و گازهای زیان آور موتور است. استفاده از نانولوبها در آزمایشگاههای تحقیقاتی علوم پزشکی نیز بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به تازگی شرکت اتومبیل سازی فولکس واگن برای ساخت روانکارهایی با کیفیت بالا که در صنایع هوایی و صنایع برودتی کاربرد دارند، توانسته است با شرکت ApNano Material و یک شرکت دیگرآمریکایی با نام Hatco Corporation یک قرارداد مشارکتی منعقد کند. تولید انبوه تا سه سال آینده با درآمد سالیانه بیش از۱۰۰ میلیون دلار شروع خواهد شد. درآمد حاصل از فروش ادتیوها سالانه در حدود یک میلیارد دلار برای تمامی تولیدکنندگان بوده و با استفاده از مواد نانو می توانند آن را به۳۷ میلیارد دلار افزایش دهند.با توجه به موارد اشاره شده، ساخت نانو روانکارها نیازمند هماهنگی بسیاری از صنایع تولید کننده، سازندگان مواد افزودنی و مصرف کنندگان است. شرکت هایی که بخواهند این نوع روانکار را تولید کنند با مشکل عمده ای روبرو هستند و آن صرفه اقتصادی در سرمایه گذاری اولیه است. اگر این روانکارها در ماشین آلات ریخته شوند دیگر تعویض نشده و خرید آنها فقط یکبار بیشتر نیست و پس از اشباع بازار دیگر خریداری برایش وجود نخواهد داشت. این نوع روانکارها برای مصرف کنندگان بسیار ایده ال است ولی آیا برای تولید کنندگان روانکار نیز همین گونه است؟ توقع دیدن این محصولات را به این زودی در مغازه ها نداشته باشید زیرا برای ساخت۷۵۰ گرم آن در یک واحد بزرگ تولیدی، یک روز کامل فرایند مورد نیاز است.

69:

كاربرد نانو ذرات به عنوان افزودنی به روانكارها

روانكاری یا Lubrication علم تسهیل حركت نسبی سطوح در تماس با یكدیگر تعریف شده است. عدم روانكاری صحیح ماشین آلات، علاوه بر آنكه باعث تقلیل راندمان مكانیكی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین می شود، منتج به فرسایش بیش از حد، فرسودگی و از كار افتادگی زودرس آنها نیز می شود.در گذشته برای روانكاری از روغن های پایه استفاده می شد، ولی امروزه با به وجود آمدن موتورهای سبك و تندرو، استفاده از روغن های پایه جوابگوی نیاز دستگاهها نیست.به همین منظور و برای ساخت یك روغن كه بتواند مشخصات لازم را بر حسب عملكرد مورد نظر، داشته باشد، روغن پایه و مواد افزودنی با یكدیگر مخلوط می شود تا بتوان شرایط لازم برای كار موتور و همچنین محافظت از موتور را به وجود آورد.

افزودنی ها برحسب كاركردشان انواع مختلفی دارند كه برخی از آنها عبارتند از:
ـ افزودنی ضد اصطكاك،
ـ ضد سایش،
ـ ضد اكسیدكنندگی،
ـ پاك كننده،
ـ پراكنده كننده و غیره.
در زیر به بررسی روان كنندهW۵۲ كه هم به صورت مستقیم به عنوان روان كننده استفاده می شود و هم به صورت افزودنی به سایر روان كننده ها و به منظور جلوگیری از سایش قطعات درگیر موتور و همچنین كاهش اصطكاك به كار می رود، پرداخته می شود.

مشكلات روان كننده های رایج W۵۲
روان كننده های رایج W۵۲ دارای ساختاری شبیه به گرافیت بوده و با لغزیدن لایه ها روی همدیگر، سبب كاهش اصطكاك می شوند. لبه های این لایه ها فعال بوده و سبب می شود كه این مواد به آرامی تجزیه شده یا در اثر حرارت و فشار بالا وارد واكنش شده و با سطح فلز تركیب و واكنش دهند. همچنین این لایه ها، به خاطر بزرگ بودن نمی توانند در ترك ها و منافذ موجود در روی سطح وارد شوند و بنابراین روی هم انباشته شده و به سطح می چسبند وبه این ترتیب بعد از مدتی از روان كنندگی مناسب جلوگیری می كنند.این عوامل سبب می شوند كه روان كننده ها توانایی خود را از دست داده و اصطكاك میان دو سطح فلز افزایش یابد، بنابراین نیاز به ذرات كوچكتر و مقاومتر وجود دارد.

استفاده از نانو ذرات W۵۲
امروزه برای روانكاری قطعات درگیر- به منظور كاهش بیشتر اصطكاك و ساییدگی- از نانو ذراتW۵۲ استفاده می شود.نانو ذرات W۵۲ ذرات كروی شكلی هستند كه از آنها در تولید محصولی به اسم Nanolub استفاده می شود. این محصول كه بسیار بهتر از روان كننده های معمولی عمل می كند سبب كاهش اصطكاك و سایش، به خصوص در مواقع بارگیری زیاد شده و علاوه برآن سبب افزایش طول عمر دستگاه و كاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات می شود. همچنین این روان كننده قابل استفاده در ماشین ها و دستگاههای صنعتی و هواپیما است.نانو ذرات كروی شكل موجود در Nanolub بسیار ریز هستند و می توان گفت هنگام قرار گرفتن بین دو سطح به صورت بلبرینگ های بسیار كوچك عمل می كنند. آزمایش های بسیاری نشان می دهند كه این روان كننده تا حد بسیار زیادی سبب كاهش اصطكاك، ساییدگی و دما شده و بسیار بهتر از سایر روان كننده های جامد عمل می كند به خصوص در مواقعی كه بار زیادی روی سیستم وجود دارد. همچنین این روان كننده از سوختن و بهم چسبیدن و پوسته پوسته شدن سطح فلز جلوگیری می كند.روان كننده Nanolub به صورت افزودنی به روان كننده های مایع، گریس ها، به صورت پودر جامد، پوشش نازك كامپوزیتی روی فلز و به صورت لایه پلمیری كامپوزیتی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. روان كننده دارای نانو ذرات W۵۲ ، در روی سطوح زبر به خوبی عمل می كنند. این امر به این معنی است كه سطوحی كه روی هم می لغزند دیگر لازم نیست به صورت كاملاً یكنواخت و صاف باشند در صورتی كه در روش های رایج برای كاهش اصطكاك، به جلا دادن و صاف كردن سطح تا حد بسیار زیادی نیاز وجود دارد كه این امر مستلزم هزینه زیاد و دقت بالایی است.با استفاده از روان كننده Nanolub ، سطوح در تماس با یكدیگر بعد از مدتی توسط خودشان و به صورت خودكار جلا داده می شوند، چرا كه روان كننده در منافذ بین سطوح به دام می افتد و به تدریج با ساییده شدن زبری های بزرگ سطح، آزاد شده و عمل روان كنندگی را انجام می دهند و از ایجاد اصطكاك در بین سطوح تا حد زیادی جلوگیری می كنند.در روان كننده های معمولی با افزایش بارگذاری، ضریب اصطكاك بعد از مدتی به طور ناگهانی افزایش می یابد. در حالی كه این افزایش، هنگام استفاده از نانو ذرات W۵۲ در بارگذاری های بسیار بالا دیده می شود و میزان افزایش ضریب اصطكاك نیز بسیار كم است.در حال حاضر نانو ذرات W۵۲، شامل افزودن به روغن، افزودنی به گریس، قرار گرفتن در لایه های كامپوزیتی پلیمر و پوشش های كامپوزیت های فلزی مورد استفاده قرار می گیرد.خصوصیات برجسته Nanolub ، عبارتند از قابلیت نفوذ در منافذ ریز، جلوگیری از Build up سطوح و امكان ایجاد سطوح خود روان كننده.

ویژگیها و مزیت های دیگر نانو لوب ها عبارتند از:
ـ كاهش اصطكاك و ساییدگی در بارگذاری بالا (بهتر از سایر روان كننده های رایج)
ـ طولانی بودن طول عمر روان كننده
ـ توانایی تحمل بارگذاری بسیار زیاد
ـ پایداری شیمیایی و فیزیكی بالای نانو ذرات
ـ صرفه جویی در مصرف انرژی و كاهش آلودگی
ـ سازگاری با محیط زیست
ـ حفط دقت بالای اجزای مختلف دستگاه بعد از كاركردن طولانی
ـ كاهش هزینه تهیه و ساخت اجزای ماشین ها و دستگاه ها به دلیل كاركرد مناسب روی سطوح زبر.

70:

نانوذراتِ سیلیس

مقدمه:
نانوذرات به علت کاربردهای متعدد در صنایع مختلفی مانند صنایع آرایشی ـ بهداشتی، صنایع اُپتیکی و الکترونیکی، مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاند.دانشمندان در دهه گذشته نیز با فناوری تولید نانوذرات آشنا بودند، اما از آنجا که ابزارهای آزمایشگاهی لازم هنوز اختراع نشده بود، نمیتوانستند به اقدامات عملی در این زمینه دست بزنند. در دههٔ ۱۹۹۰، محققانی که ذرات میکرومتری را تهیه کردند، در گزارش توزیع اندازهٔ ذرات آزمایششده، به وجود ذرات نانومتری نیز اشاره نمودهاند.سؤال جالب این است که دانشمندانِ یادشده، در چه شرایطی و با چه ابزاری ذرات نانومتری را سنتز کردهاند. شما در کتاب شیمی خود با مفاهیم «هیدرولیز» (هیدرولیز واکنشی است که در محیط آبی منجر به یونیزاسیون ماده شود) و «پلیمراسیون» آشنا شدهاید. این دو فرآیند وقتی با هم صورت میگیرند، فرآیند ترکیبی جدیدی را ایجاد میکنند که «روش سُل ـ ژِل» نامیده میشود.این روش مدتی طولانی برای تولید سرامیکی غیرآلی و شیشهای مورد استفاده قرار گرفت و تا اواسط دههٔ ۹۰ همچنان روشی مقرون به صرفه به نظر رسید. از آن به بعد دانشمندان مختلف توانستند این نانوذرات را از روشی گوناگون تهیه کنند. بنابراین، دیگر این روش اقتصادی به نظر رسید. از آنجا که بسیاری از دانشمندان توانستند نانوذرات سیلیس را از منابع طبیعی تهیه کنند، از آن پس دیگر نیازی به استفاده از این روش با موادّ اولیهٔ گرانقیمت نبود.
کاربرد نانوذرات سیلیس
سیلیس در ایران بهوفور یافت میشود. این ماده از دو عنصر سیلیسیوم و اکسیژن تشکیل شده و از لحاظ ساختاری شبیه ساختار مولکول آب است.ذرات سیلیس در صنایعی چون الکترونیک، کاتالیزورها، پوشش و رنگدانه کاربرد وسیعی دارند. اما استفادهٔ بسیار از این ماده خطرناک است و برای کسانی که در معرض آن قرار میگیرند مشکلات تنفسی به وجود میآورد.

ذرات سیلیس
روشی شیمیایی سنتزِ نانوذراتِ سیلیس پرهزینهاند، زیرا مواد مورد نیاز در این روشها گرانقیمتاند. بنابراین، دانشمندان تلاش میکنند تا روشها و منابع مقرون بهصرفه بیابند.در سال ۲۰۰۴ زونگ هرنگ لیو (Tzong Horng Liou)، پژوهشگر تایوانی، برای اولینبار این ذرات را از شلتوک برنج سنتز کرد که از روشهای بسیار ارزانقیمت به شمار میرود.همانطور که گفته شد، در ایران معادن متعددی وجود دارند که کلوخهی سیلیس را میتوان از آنها استخراج کرد. برای تبدیل این کلوخهها به ذرات ریز چه میتوان کرد؟ شاید تصور کنید که با آسیابی پرقدرت میشود این کلوخه را آنقدر ریز کرد تا به اندازهٔ نانومتری برسند.گرچه این روش به نظر معقول و مقبول میآید، ولی تا به حال آسیابی ساخته نشده است که بتواند پیوندهای کووالانسی بسیار قوی سیلیس را بشکند.بنابراین، برای ریز کردن کلوخهٔ سیلیس باید چارهٔ دیگری کرد. اعضای گروه شیمی دانشگاه تربیت مدرس موفق شدهاند با استفاده از پراکندهی شیمیایی به ذرات نانومتری سیلیس دست یابند. پراکندهموادی هستند که مانندِ پلی میان اتم و مولکول قرار گیرند و از ایجاد پیوندهای قوی بین آنها جلوگیری کنند.

کاربردهای نانوذرات سیلیس
اکنون سراغ کاربردهای نانوذرات سیلیس رویم. سیستم کلوئیدی پراکندهها، یعنی محلول حاوی ذرات پراکندهٔ سیلیس، در صنایع مختلف از جمله در رنگدانه و کاتالیزورها کاربرد دارد. همچنین از نانوذرات سیلیس میتوان برای سختی و استحکام پوششی صنعتی استفاده کرد.یک شرکت ژاپنی با استفاده از این نانوذرات در محصولات مرطوبکنندهٔ خود، مشاهده کرد که کرمی جدید خشکی پوستِ مشتریان را درمان میکند. بنابراین، یکی دیگر از زمینههای کاربرد این نانوذرات تواند داروها و لوازم آرایشی و بهداشتی باشد.کاربرد دیگر نانوذرات، در عایقی حرارتی و عایقی الکتریکی است. با اعمال شرایط خاص، توان از این ذرات که به صورت پودر هستند، ساختارهای متخلخل به دست آورد. ساختار متخلخل کاربردهای جالبی دارد و از جمله می توان از آنها به عنوان تصفیهکننده استفاده کرد.

سیلیس با ساختار متخلخل
امروزه توانستهاند از نانوپودر سیلیس با توزیع اندازهٔ ذرات کم، پولیشرهای مکانیکی و شیمیایی تولید کنند. در این روش، مشکلاتی که در پولیش سطوح با استفاده از اسیدها و پولیشرهای دیگر وجود داشت، رفع شده است.

ز پولیشر چیست؟
معمولاً برای اینکه سطوح، صاف و صیقلی شوند، از پولیشر استفاده میکنند که معروفترین آنها سُمباده است که فکر میکنم همه این نوع پولیشر را دیده باشند. پولیشرِ سیلیس فناوریِ بالایی دارد و در پولیش کردن صفحهٔ تلویزیون، مانیتور و لیزر به کار میرود. ذرات سیلیس بسیار سخت و محکماند و کمتر تغییر شکل میدهند. برای پولیش و زدودن لایهٔ روییِ برخی از مواد هم که سطحشان فعال است و واکنش نشان میدهند، از این پولیشر استفاده میشود. تا به حال از اسید برای زدودن این لایه استفاده میکردند که روش چندان مناسبی به شمار نمیرفت.

71:

نانو پودر ها

نانوپودر چيست؟

پودر‌ها ذرات ريزي هستند كه از خُرد كردن قطعات جامد و بزرگ، يا ته‌نشين شدن ذرات جامدِ معلق در محلول‌ها به دست مي‌آيند. بنابراين، نانوپودرها را ميتوان مجموعه‌ي از ذرات دانست كه اندازه‌ي آنها كمتر از 100 نانومتر است. (اگر يك متر را يك ميليارد قسمت كنيم، به يك نانومتر ميرسيم. طبق تعريف، ساختار نانومتري ساختاري است كه اندازه‌ي آن كمتر از 100 نانومتر باشد.)

چه پودري را ميتوان نانوپودر به شمار آورد؟

پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار ميآيند:

حالت اول: ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر، در حد نانومتر باشد.

يعني اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي يك پودر را به صورت يكي از اشكال منظم هندسي در نظر بگيريم، ميانگين اندازه‌ي اضلاع آن بين 1 تا 100 نانومتر باشد. مهمترين اشكال هندسي، كُره و مكعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر را كُره فرض كنيم، بايد قطر كُره كمتر از 100 نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مكعب فرض شود، ميانگين اضلاع مكعب بايد در محدوده‌ي 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد. به عبارت حسابيتر، ميانگين اضلاع مكعب بايد در اين رابطه صدق كند:

1 نانومتر < (a+b+c)/3 < 100 نانومتر


براي مثال، بلورهاي نمك طعام ساختاري مكعب‌شكل دارند. (شكل شماره‌ي 1)

يادآوري: اگر بيشترِ ذرات تشكيل‌دهندة پودر، ابعادي ميان 1 تا 100 نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب ميشود.

نانوتکنولوژی


شكل 1: ساختار بلور نمك طعام، مكعبي است.


حالت دوم: دانه‌هاي تشكيل‌دهندة پودر، ابعاد نانومتري داشته باشند.

در حالتي كه اندازه‌ي ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر از صد نانومتر بيشتر باشد، كافي است دانه‌هاي آن ابعاد نانومتري داشته باشند تا نانوپودر به شمار آيند. يك مثال براي فهم اين موضوع، اتم‌هايي هستند كه به صورت منظم و درون سلول‌هايي كه آنها را "دانه" ميناميم، كنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوري جامد نيز از سلول‌هاي ريزي تشكيل شده‌اند كه به آنها دانه مي‌گويند. درون هر دانه، اتم‌ها در يك جهت خاص و رديف‌هاي موازي چيده شده‌اند و تفاوت دو دانة مجاورِ هم، تفاوت در همين جهت‌گيري اتم‌هاست.

نانوتکنولوژی


شكل 2: اين ذره، حاوي سه دانه است.


نانوتکنولوژی


شكل 3: اتم‌ها با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.


نانوتکنولوژی


شكل 4: اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.


نانوتکنولوژی


شكل 5: اتم‌ها با زاويه ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.


در دانه‌ي 1 (شكل 3)، اتم‌ها در رديف‌هاي موازي و با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. در دانه‌ي 2 (شكل 4) اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه و در دانه‌ي 3 (شكل 5) اتم‌ها با زاويه‌ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. وقتي اين سه دانه در كنار يكديگر قرار بگيرند، يك ذره تشكيل مي‌شود. (شكل 6) به فضاي خالي بين دانه‌ها «مرز دانه» مي‌گويند. مرز دانه محلي است كه جهت چيده شدن اتم‌ها عوض مي‌شود.

همچنين دانه‌ها را ميتوان مانند آجرهاي يك ديوار فرض كرد. در اين صورت، مرز بين دانه‌ها ملات بين آجرهاست. اگر قطر اين دانه‌ها بين 1 تا 100 نانومتر باشد، ذرات حاصل تشكيل نانوپودر مي‌دهند.

هر چه قطر دانه‌هاي يك ذره كمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي آن بيشتر خواهد بود (واضح است كه هر چه آجرهاي تشكيل‌دهنده‌ي يك ديوار 1 متر در 1 متر كوچكتر باشند، تعداد آجرها بيشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بيشتر شود، مانند گره‌هاي يك فرش، تار و پود آن محكمتر و درهم‌تنيده‌تر است و بنابرين استحكام محصول بيشتر خواهد بود.

نانوتکنولوژی


شكل 6: سه دانه در مجاورت هم قرار گرفته‌اند تا يك ذره را تشكيل دهند.


يادآوري: اگر درصد قابل توجهي از دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي ذرات، نانومتري باشند، پودر، نانوپودر محسوب ميشود.

حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولي تركيب شوند.

در اين حالت، پودر را «نانوپودر كامپوزيتي» مينامند. كامپوزيت كه از كلمه‌ي انگليسي composition گرفته شده، به معني تركيب دو يا چند چيز است. ملموس‌ترين مثال براي كامپوزيت، كاه‌گل است. در كاه‌گل رشته‌هاي كاه در زمينه‌ي گِل پراكنده شده‌اند. در نانوپودرهاي كامپوزيتي نيز ذرات نانومتري در زمينه‌ي ذرات بزرگتر (غير نانومتري) پراكنده شده‌اند (شكل 7).

نانوتکنولوژی


شكل 7: ذرات با قطر نانومتري در زمينه پراكنده شده‌اند.


علت تركيب شدن آنها اختلاف خواص اين دو ماده است. در كامپوزيت معمولاً زمينه از يك ماده‌ي نرم و افزودني از ماده‌ي سخت انتخاب مي‌شود. در اين صورت، هنگامي‌ كه به ماده نيرو وارد مي‌شود، زمينه نيرو را به رشته يا پودر اضافه‌شده منتقل مي‌كند تا بتواند در برابر نيروي واردشده‌ مقاومت بيشتري داشته باشد. (شكل شماره‌ي 8)

نانوتکنولوژی


شكل 8 : در يك نانوكامپوزيت، ذرات نانويي در زمينه‌اي غيرنانويي پراكنده شده‌اند .

72:

نانوپودر


چه پودری را می‌توان نانوپودر به شمار آورد؟

پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار می‌آیند:

▪ حالت اول: ساختار ذرات تشكیل‌دهنده‌ی پودر، در حد نانومتر باشد.
یعنی اگر ساختار ذرات تشكیل‌دهنده‌ی یک پودر را به صورت یکی از اشكال منظم هندسی در نظر بگیریم، میانگین اندازه‌ی اضلاع آن بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد. مهمترین اشكال هندسی، كُره و مكعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشكیل‌دهنده‌ی پودر را كُره فرض كنیم، باید قطر كُره کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مكعب فرض شود، میانگین اضلاع مكعب باید در محدوده‌ی ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار گیرد. به عبارت حسابی‌تر، میانگین اضلاع مکعب باید در این رابطه صدق کند: ۱ nm<<۱۰۰ nm. برای مثال، بلورهای نمك طعام ساختاری مكعب‌شکل دارند.
▪ یادآوری: اگر بیشترِ ذرات تشکیل‌دهندهٔ پودر، ابعادی میان ۱ تا ۱۰۰ نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب می‌شود.
▪ حالت دوم: دانه‌های تشکیل‌دهندهٔ پودر، ابعاد نانومتری داشته باشند.
در حالتی که اندازه‌ی ذرات تشكیل‌دهنده‌ی پودر از صد نانومتر بیشتر باشد، کافی است دانه‌های آن ابعاد نانومتری داشته باشند تا نانوپودر به شمار آیند. یک مثال برای فهم این موضوع، اتم‌هایی هستند که به صورت منظم و درون سلول‌هایی که آنها را "دانه" می‌نامیم، کنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوری جامد نیز از سلول‌های ریزی تشكیل شده‌اند كه به آنها دانه می‌گویند. درون هر دانه، اتم‌ها در یك جهت خاص و ردیف‌های موازی چیده شده‌اند و تفاوت دو دانهٔ مجاورِ هم، تفاوت در همین جهت‌گیری اتم‌هاست.
در دانه‌ی ۱، اتم‌ها در ردیف‌های موازی و با زاویه‌ی ۴۵ درجه نسبت به افق چیده شده‌اند. در دانه‌ی ۲ اتم‌ها با زاویه‌ی ۹۰ درجه و در دانه‌ی ۳ اتم‌ها با زاویه‌ی ۱۲۰ درجه نسبت به افق چیده شده‌اند. وقتی این سه دانه در كنار یكدیگر قرار بگیرند، یك ذره تشكیل می‌شود. به فضای خالی بین دانه‌ها «مرز دانه» می‌گویند. مرز دانه محلی است كه جهت چیده شدن اتم‌ها عوض می‌شود.
همچنین دانه‌ها را می‌توان مانند آجرهای یك دیوار فرض كرد. در این صورت، مرز بین دانه‌ها ملات بین آجرهاست. اگر قطر این دانه‌ها بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد، ذرات حاصل تشكیل نانوپودر می‌دهند.
هر چه قطر دانه‌های یك ذره كمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌های تشكیل‌دهنده‌ی آن بیشتر خواهد بود (واضح است كه هر چه آجرهای تشكیل‌دهنده‌ی یك دیوار ۱ متر در ۱ متر كوچكتر باشند، تعداد آجرها بیشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بیشتر شود، مانند گره‌های یک فرش، تار و پود آن محكمتر و درهم‌تنیده‌تر است و بنابرین استحكام محصول بیشتر خواهد بود.
یادآوری: اگر درصد قابل توجهی از دانه‌های تشكیل‌دهنده‌ی ذرات، نانومتری باشند، پودر، نانوپودر محسوب می‌شود.
حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولی ترکیب شوند.
در این حالت، پودر را «نانوپودر کامپوزیتی» می‌نامند. کامپوزیت که از کلمه‌ی انگلیسی composition گرفته شده، به معنی ترکیب دو یا چند چیز است. ملموس‌ترین مثال برای كامپوزیت، كاه‌گل است. در كاه‌گل رشته‌های كاه در زمینه‌ی گِل پراكنده شده‌اند. در نانوپودرهای كامپوزیتی نیز ذرات نانومتری در زمینه‌ی ذرات بزرگتر (غیر نانومتری) پراكنده شده‌اند.
علت ترکیب شدن آنها اختلاف خواص این دو ماده است. در کامپوزیت معمولاً زمینه از یک ماده‌ی نرم و افزودنی از ماده‌ی سخت انتخاب می‌شود. در این صورت، هنگامی‌ که به ماده نیرو وارد می‌شود، زمینه نیرو را به رشته یا پودر اضافه‌شده منتقل می‌كند تا بتواند در برابر نیروی واردشده‌ مقاومت بیشتری داشته باشد.

. خُرد كردن قطعات بزرگ
یك استوانه‌ی توخالی را فرض كنید كه گوی های فلزی یک‌سوم حجم آن را پُر کرده‌اند. یك قطعه‌ی بزرگ نیز یک‌سوم حجم داخل استوانه را در بر گرفته است. در نتیجه، یک‌سومِ حجم داخل استوانه خالی خواهد بود. اگر این استوانه را بچرخانیم، گوی های فلزی به قطعه برخورد و آن را خُرد می‌كنند.
در صورتی كه اندازه‌ی اضلاع قطعه‌ی اولیه ۱ میكرومتر باشد (اگر یك میلی‌متر را هزار قسمت كنیم، طولی معادل یك میكرومتر به وجود می‌آید)، با اولین برخورد، قطعه دو قسمت و اندازه‌ی اضلاع آن nm۵۰۰ می‌شود. در مرحله‌ی دوم، با دو قسمت شدن قطعه، اضلاع آن ۲۵۰ نانومتر می‌شود و در مرحله‌ی سوم nm ۱۲۵. تا اینكه در مرحله‌ی چهارم، ذره‌ای نانومتری به اندازه‌ی nm ۵/۶۲ به‌دست می‌آید.
در روش بالا به پایین، مهم این است كه جسمِ خُردشونده باید مثل گِل خشك تُرد باشد تا پس از پذیرفتن ضربه خُرد شود، وگرنه موادّ نرم را تا این‌حد نمی‌توان خُرد كرد. به طور كلی در این روشِ تولید، باید انرژی بسیار زیادی را صرف كرد تا ذرات محكم به یك ماده‌ی تُرد ضربه وارد و آن را خُرد كنند.
۲. رسوب‌دهی از محلول‌ها
در این روش ابتدا باید محلول مورد نظر را ساخت. این محلول می‌تواند به دو حالت باشد:
الف ـ ذرات جامدِ معلق در مایع؛
در صورتی كه محلول ما مایع باشد، می‌توان ذرات جامدِ معلق در آن را با حرارت دادن، افزودن موادی خاص برای ته‌نشین كردن، یا با افزایش غلظت جامد و سیر شدن محلول در آن، رسوب داد. حین رسوب كردن، اتم‌ها دانه‌به‌دانه كنار هم جمع می‌شوند تا یك پودر نانومتری را تولید كنند.
ب ـ ذرات گازی.
روش دیگر این است كه ما به قدری سریع محلول‌های گازی را سرد كنیم تا گاز مستقیماً تبدیل به جامد شود (به این فرایند «چگالش» می گوییم). در این حالت نیز اتم‌ها در كنار هم جمع می‌شوند تا ذراتِ یك پودر نانومتری را تولید كنند.

● نانوپودرها به چه کار می‌آیند؟
۱. پوشش‌دهی
یكی از مهمترین كاربرد نانوپودرها «پوشش‌دهی» است. وقتی مقداری پودر روی یك سطح ریخته می‌شود، می‌تواند تمام سطح را بپوشاند. مثلاً اگر سطح زمین پودر گچ بپاشیم، تمام سطح پوشیده می‌شود و یک سطح یکدست سفید به وجود می‌آید. اما در این حالت هنوز فضاهای خیلی ریزی بین پودرها وجود دارد، یعنی پوشش یكپارچه نیست. اکنون مقداری آب به گچ اضافه می‌كنیم و صبر می‌كنیم تا آب توسط حرارت خشك شود. می‌بینیم كه ذرات پودر به هم چسبیده‌اند و یك پوشش یكدست بر روی سطح به وجود آمده است. اساس پوشش‌دهی توسط نانوپودرها نیز دقیقاً همین است، یعنی پودرها را ــ عمدتاً باشدت ــ به سطح می‌پاشند و بعد توسط یك عامل اضافه‌شونده ــ عمدتاً گازهای اكسیژن یا آرگون كه همان نقش آب را در مثال گچ بازی می‌كنند ــ و حرارت، این ذرات را به هم می‌چسبانند تا یك پوشش یكپارچه بر روی سطح ایجاد شود. پوشش روی داشبورد ماشین دقیقاً به این روش تولید می‌شود.

۲. ساخت قطعات
همان‌طور كه دیدیم، ذراتِ پودر میل زیادی دارند که مانند بُراده‌های آهنربا به هم بچسبند. از طرفی این میل با اِعمال فشار به پودر و درجه‌ی حرارت به‌شدت افزایش می‌یابد، و بنابراین، با اِعمال فشار و افزایش درجه‌ی حرارت می‌توان پودرها را آن‌قدر به هم فشرد تا به هم بچسبند و یك قطعه را تولید كنند. این روش عمدتاً برای تولید قطعات با شكل‌های پیچیده به كار می‌رود. (این پدیده به طور طبیعی در نمك طعام اتفاق می‌افتد. اگر مقداری نمك طعام در داخل یك نمكدان باقی بماند، بعد از مدتی ذرات نمك به هم می‌چسبند و نمكدان دیگر نمك نمی‌پاشد. بنابراین، باید به نمكدان چند ضربه وارد كنیم تا ذرات از همدیگر جدا شوند.)

۳. استفاده در كِرِم‌ها
همان‌طور كه می‌دانیم، نانوپودرها ذراتی با قطر یك تا ۱۰۰ نانومتر هستند. وقتی از این ذرات در ساخت كِرِم استفاده می‌شود، چون قطر آنها كوچك است، اشعه‌های مُضرّ نور خورشید را كه طول موج‌های بزرگتر از صد نانومتر دارند از خود عبور نمی‌دهند. این در حالی است كه اشعه‌های نور مرئی را كه موجب دیده شدن قطعات‌اند از خود عبور می‌دهند. بنابراین، به صورت شفاف دیده می‌شوند. در این حالت ما كِرِمی داریم كه شفاف است و اشعه‌های مُضرّ را از خود عبور نمی‌دهد.

۴. شناسایی آلودگی ها
ذراتی كه نانوپودرها را تشکیل می‌دهند، با استفاده از خواصّ سطحی خود، وقتی به یك محلول حاوی آلودگی (مثل باكتری، سلول سرطان زا و...) اضافه می‌شوند، روی آلودگی‌ها می‌چسبند و در اثر واكنش با آنها تغییر رنگ می‌دهند و باعث شناسایی آنها می‌شوند. البته هر ذره كوچكتر از آن است كه تغییر رنگِ حاصل از آن دیده شود، اما تغییر رنگِ مجموعه‌ی این ذرات، آلودگی‌ها را قابل تشخیص و شناسایی می‌كند.

73:

نانو پودرهای مغناطیسی


میدان مغناطیسی :میدان مغناطیسی یك میدان نیروست، مثل میدان جاذبهٔ زمین. درست همانطور كه یك جسم در محدودهٔ میدان جاذبهٔ زمین، جذب زمین میشود، یك قطعهٔ مغناطیسی نیز در میدان مغناطیسیِ یك آهنربا، جذب آهنربا میشود.
این خاصیت مغناطیسی در آهنربا به علت وجود دوقطبیهای مغناطیسی است (یعنی یك آهنربا متشكل از آهنرباهای ریز است). علت به وجود آمدن دوقطبیهای مغناطیسی، حركت الكترونهاست. برای درك بهتر انواع حركتهای الكترون، بهتر است قدری راجع به ساختمان اتم صحبت كنیم.

ساختمان اتم

همانطور كه میدانیم، اتم شامل مجموعهای از ذرات باردار مثبت (پروتونها) در هسته و مجموعهای از ذرات باردار منفی (الكترونها) در پوسته است. (نوترون در ایجاد خاصیت مغناطیسی تأثیری ندارد). الكترونها در مدارهایی حلقوی به نام اُربیتال دور هسته میچرخند. با نگاه به نمودار زیر (كه برای Fe۲۶ رسم شده است) قطعاً این مجموعه را به خاطر خواهید آورد:

Fe26: 1s2,2s2,2p6,3s3,3p6,3d4,4s2

اُربیتالها به ترتیب با نامهای K و L وM وN و... شناخته میشوند و در هر اُربیتال اتمها در لایههای s و p و d و f به دور هسته میچرخند. جهت چرخش الكترون به دور هسته را «اسپین» میگوییم. در تمام این مقاله، میخواهیم این موضوع را تفهیم کنیم كه چرخش الكترون به دور هسته بُرداری به نام «گشتاور» ایجاد میكند. حتماً قانون دست راست را به خاطر میآورید: اگر چهار انگشت در جهت چرخش الكترونها خم بشوند، انگشت شصت دست راست، جهت نیرویی را نشان میدهد که در اثر تغییر بردار حرکت الکترون تولید میشود. مجموعهٔ خطوط این بردارهای گشتاور، یك میدان مغناطیسی را به وجود میآورد. یعنی وقتی یك جسم در فاصلهای نزدیك چنین قطعهای قرار بگیرد، این مجموعه از نیروها بر آن وارد میشوند و به اصطلاح آن را یا به طرف خود جسم میكشند (جاذبه) و یا هُل میدهند (دافعه).
امّا حتماً توجه دارید که دو نیرو در یك راستا، ولی در خلاف جهت هم، همدیگر را خنثی میكنند. بنابراین، اگر در یك لایه مانند s ــ كه در آن دو الكترون در خلاف جهت هم دور هسته میچرخند ــ هر دو الكترون وجود داشته باشند، دوبردار نیرو در خلاف جهت تولید میشوند كه همدیگر را خنثی میكنند. از این رو، اگر جسمی در نزدیكی آنها قرار بگیرد، یك نیرو آن را میكشد و یك نیرو آن را هُل میدهد و در کل هیچ نیرویی بر آن وارد نمیشود. پس مادهٔ مورد نظر ما، با یك اربیتال پُر (دارای تعداد الكترونهای زوج در لایهٔ آخر كه برای Fe۲۶، اربیتال d لایهٔ آخر است) دارای خاصیت مغناطیسی نخواهد بود.
اما یك راه دیگر هم برای ایجاد خاصیت مغناطیسی در ماده وجود دارد. در این روش، خاصیت مغناطیسی ناشی از نوع دیگری از حركت الكترون در اتم است. چون الكترونها به جز حركت اُربیتالی (چرخش به دور هسته كه در بالا توضیح داده شد) میتوانند مثل كرهٔ زمین به دور خود نیز بچرخند. در این حالت نیز همان بردار گشتاور ایجاد میشود و اگر تعداد الكترونها در لایهٔ آخر زوج باشد دوباره نیروهای بهوجودآمده همدیگر را خنثی میكنند.
جامداتی كه در آنها لایهٔ d در حال پر شدن است، دارای خاصیت مغناطیسی خواهند بود، اما این خاصیت مغناطیسی فقط ناشی از چرخش الكترونهای لایهٔ آخر (: Fe۲۶) است. زیرا لایهٔ d به هسته نزدیك است و جاذبهٔ هسته به الكترونهای این لایه اجازه نمیدهد که به دور خود بچرخند. اما در جامداتی كه لایهٔ f در حال پُر شدن است، چون فاصلهٔ لایه از هسته زیاد است، الكترونها هم میتوانند به دور خودشان و هم به دور هسته بچرخند. پس دو بردار نیرو ناشی از دو نوع حركت به وجود میآید و واضح است كه خاصیت مغناطیسی بسیار بیشتر از حالت قبل خواهد شد. البته به این موضوع هم باید توجه كرد كه جهت چرخش به دور هسته (حركت اُربیتالی) و چرخش به دور خود (حركت وضعی) برای یك الكترون در خلاف هم هستند.
حوزههای مغناطیسی

یك مادهٔ مغناطیسی مجموعهای از حوزههای مغناطیسی است. حوزهٔ مغناطیسی، ناحیهای است كه درون آن همهٔ الكترونهای لایههای منفرد در یك جهت به دور هسته و به دور خود میچرخند. یعنی یك مادهٔ چندحوزهای مجموعهای از حوزههاست كه در هر حوزه الكترونها در جهتی خاص به دور هسته میچرخند و مشخص است كه هر چرخش الكترون، بردار نیرو در راستای خاص خود را به وجود میآورد و مجموعهٔ بردارهای نیروی تولیدشده، در جهات مختلف، به نوعی همدیگر را خنثی میكنند. یعنی میدان نیروی ما، مجموعهای از نیروهای پراكنده است. پس قدرت آن ضعیفتر خواهد شد.

برای درك این موضوع به مثال زیر توجه كنید.

دو اتاق كنار هم را در نظر بگیرید. در اتاق اول ۱۰ نفر وجود دارند. از این ۱۰ نفر، ۱ نفر از جنوب به شمال، ۲ نفر از غرب به شرق، ۱ نفر از شرق به غرب و ۴ نفر از شمال به جنوب در حركتاند. (این اتاق دقیقاً همان مادهٔ چندحوزهای است كه در بالا به آنها اشاره شد و فلشها جهت حركت آدمها هستند).
در اتاق دوم ۴ نفر وجود دارند كه همگی از شمال اتاق به سمت جنوب اتاق در حركتاند. مشخص است كه در اتاق اول آدمها با هم برخورد میكنند. بنابراین، برآیند حركت آنها از شمال اتاق به جنوب اتاق خیلی كمتر از حركت دو نفر از شمال اتاق به جنوب آن است. اما در اتاق دوم، چهار نفر بهراحتی حركت میكنند و هیچ برخوردی بین آنها وجود ندارد. بنابراین، برآیند حركتیِ آنها معادل حركت ۴ نفر است.

القای مغناطیسی

القای مغناطیسی یعنی اینكه بخواهیم مادهای را كه برای مغناطیسی شدن مناسب است، مغناطیس كنیم. واضح است كه برای این كار باید حوزههای مغناطیسی غیر همجهت را همجهت كنیم تا نیروهای حاصل همدیگر را خنثی نكنند. برای این كار باید قطعه را با یك آهنربا مالش دهیم، یا آن را در جهت میدان مغناطیسیِ زمین گداخته كنیم یا در این جهت چكشكاری كنیم. این كارها باعث چرخیدن فلشها در هر حوزه میشوند تا در نهایت تمام فلشها همجهت شوند، یعنی جهت چرخش الكترونها در هر حوزه عوض شود. با این كار مرز بین حوزهها حركت میكند و حوزههای كوچكتر در حوزههای بزرگ ادغام (هضم) میشوند.
سادهترین مواد مغناطیسی که میشناسیم، آهنرباها هستند. آهنرباها نقش تعیینكنندهای در زندگی بشر دارند. در این فصل نشان میدهیم كه برای استفاده از برخی خواص مغناطیس، از جمله در كارتهای اعتباری، باید از پودرهای مغناطیسی استفاده كرد. همچنین نشان میدهیم كه اندازهٔ پودرها تأثیر زیادی در خاصیت مغناطیسی آنها دارد.
سرگذشت آهنربا

بزرگترین مادهٔ مغناطیسیِ زمین، خودِ زمین است. زمین آهنربایی دوقطبی است كه میدان مغناطیسی آن در جهت شمال به جنوب قرار دارد. یعنی اگر آهنربایی را در فضا معلق نگاه داریم، در این جهت قرار میگیرد.
اولین مادهٔ مغناطیسی كه بشر شناخت، اكسیدآهن بود. این ماده دارای خاصیت آهنربایی غیردائمی است. یعنی خاصیت مغناطیسی آن از بین میرود. مواد مغناطیسی در سه دستهٔ فلزات، سرامیکها، و پلیمرها میگنجند. عمدهٔ مواد مغناطیسی جزء دستهٔ سرامیكها هستند. سرامیكها از طریق پیوند یونیِ یك فلز یا غیرفلز با كوچكترین اتمهای طبیعت، یعنی اكسیژن، نیتروژن، بور و كربن به وجود میآیند. (البته هیدروژن كه كوچكتر از همه است در این بین نیست).
خواص مغناطیسی اكسید آهن توسط «تالس» شناخته شد.
در قرن هفتم میلادی از این ماده آهنربا ساخته شد و در قطبنما به کار رفت.
آهنربا و دانش ساخت آن، پس از پانصد سال از چین به اروپا رسید. در اروپا دانشمندی فرانسوی به نام گیلبرت، كتاب «قطعات آهنرباشده و آهنربای بزرگ زمینی» را نوشت. در این كتاب قدیمیترین و سادهترین روشهای آهنربا كردن یك قطعهٔ مغناطیسی به شرح زیر بیان شدهاند:

۱. مالش دادن یك قطعهٔ آهنی (قطعهای که میخواهیم مغناطیسی شود) با یك آهنربا (دارای میدان مغناطیسی)؛

۲. گداخته كردن یك قطعهٔ آهنی (تا سرخ شود) و سپس سرد كردن آن در جهت میدان مغناطیسی زمین؛

۳. چكشكاری یا كشش یك قطعهٔ آهنی در جهت میدان مغناطیسی زمین.

نانوپودرهای مغناطیسی

میدانیم که اندازهٔ مواد و پدیدهها در مغناطیس در مقیاس بسیار ریز قرار دارد. از سوی دیگر، میدانیم كه یك ماده هر چه حوزههای کمتعدادتری داشته باشد، نیروی كمتری برای همجهت کردن حوزههای آن لازم است. اگر ماده تنها دارای یك حوزه باشد، در این صورت دیگر نیازی به همجهت كردن آن با دیگر حوزهها نیست. از آنجاكه قطر این حوزهها در محدودهٔ یک تا چند هزار نانومتر قرار دارد، اگر هر ذره فقط دارای یک حوزه باشد، میتواند نانوپودر به شمار رود. به این ترتیب، ذرات نانوپودر دارای تعداد حوزههای كمی هستند و مغناطیس كردن آنها كار سادهای است. از طرف دیگر، بر اساس قانون دوم ترمودینامیک، میدانیم که موادی که از حالت طبیعی خارج شدهاند، تمایل دارند که به حال طبیعی خود بازگردند و مغناطیس كردن یك ماده، ماده را از حالت طبیعی خود خارج میکند. اما چون نانوپوردها احتیاج به نیروی زیادی برای مغناطیس شدن ندارند و از حالت طبیعی خود خیلی فاصله نمیگیرند، پس از مغناطیس شدن، تمایل زیادی برای از دست دادن این خاصیت و بازگشت به حالت طبیعی ندارند.

قانون دوم ترمودینامیک: بی نظمی در یک سیستم منزوی، در یک فرایند خودبهخودی، افزایش مییابد.

اما به طور كلی با گرم كردن یك مادهٔ مغناطیسشده تا دمای كوری، حوزهها به جهتهای اولیه خود برمیگردند و خاصیت خود را از دست میدهند.
دمای کوری دمایی است که در آن ماده کاملاً خاصیت مغناطیسی خود را از دست میدهد.

كاربردهای نانوپودرهای مغناطیسی

۱. ساخت آهنربا

برای ساخت آهنربا میتوان به روشی که در ساخت قطعات از نانوپودرها توضیح داده شده است عمل كرد. یعنی پودرها را تحت فشار در دمای بالا قرار داد تا به هم بچسبند و یك قطعه درست شود. چنین قطعات آهنربایی در بلندگوها، هدفونها و... استفاده میشوند. جالب است بدانید خودروهای جدید ۷۰ آهنربای دائمی دارند. حركت موتورهای DC، حركت سقف، شیشههای پنجره و... با استفاده از آهنرباها كنترل میشوند.
قطارهایی هم كه روی هوا حركت میكنند، بر مبنای نیروی دافعهٔ بین آهنرباها در ریل و كف قطار، روی هوا میایستند. یكسو و غیرهمسو كردن جریان الكتریكی این آهنرباها را به وجود میآورد و موجب حرکت یا ترمز قطار میشود.

۲. قطعات آهنرباییِ کامپوزیتشده با پلیمرها

به جای روش حرارت تحت فشارِ پودرها که خاصیت مغناطیسی را کم میکند، میتوان از پلیمرها كه در دمای نه چندان بالا ذوب میشوند استفاده كرد. به این شکل که پودرهای مغناطیسیِ مذاب را در آنها بریزیم و سرد كنیم تا جامد شوند. البته پلیمرها خاصیت مغناطیسی ندارند و بنابراین خاصیت مغناطیسی آهنربای تولیدشده كم میشود، ولی میتوان از این نوع آهنربا در جایی كه آهنربا باید تحت ضربه كار كند، مثل درِ یخچال، استفاده كرد. (توجه کنید که ضربه خاصیت مغناطیسی را كم میكند).

۳. در محیطهای ذخیره اطلاعات

یکی از مهمترین كاربردهای پودر مغناطیسی، ذخیرهٔ اطلاعات در كارتهای اعتباری است. در این محیطها، پودر مغناطیسی به صورت ذرات ریزی که بهسختی آهنربا میشوند و بهسختی هم خاصیت آهنربایی خود را از دست میدهند، مورد استفاده قرار میگیرد. حفظ و ماندگاری اطلاعات در چنین محیطهایی بسیار مهم است و پایداری خاصیت مغناطیسی در پودرها باعث میشود اطلاعات حکاکیشدهای که در قالب حوزههای مغناطیسی ثبت شدهاند از بین نروند.

74:

روشهای تولید و کاربردهای نانوپودرها


نانوپودر تولید کنیم
به طور كلی نانوپودرها را نیز مانند دیگر موادّ نانومتری میتوان به دو روش پایین به بالا یا بالا به پایین تولید كرد. در روش بالا به پایین قطعه را از اندازههای بزرگ انتخاب و آن را آنقدر خُرد میكنیم تا به اندازههای نانومتری برسد. در روش پایین به بالا، اتمها را دانه به دانه كنار هم میچینیم تا یك ساختار نانومتری به وجود آید. در زیر، دو روش فوق توضیح داده میشوند.
۱. خُرد كردن قطعات بزرگ
یك استوانهی توخالی را فرض كنید كه گوی های فلزی یکسوم حجم آن را پُر کردهاند. یك قطعهی بزرگ نیز یکسوم حجم داخل استوانه را در بر گرفته است. در نتیجه، یکسومِ حجم داخل استوانه خالی خواهد بود. اگر این استوانه را بچرخانیم، گوی های فلزی به قطعه برخورد و آن را خُرد میكنند. در صورتی كه اندازهی اضلاع قطعهی اولیه ۱ میكرومتر باشد (اگر یك میلیمتر را هزار قسمت كنیم، طولی معادل یك میكرومتر به وجود میآید)، با اولین برخورد، قطعه دو قسمت و اندازهی اضلاع آن nm۵۰۰ میشود. در مرحلهی دوم، با دو قسمت شدن قطعه، اضلاع آن ۲۵۰ نانومتر میشود و در مرحلهی سوم nm ۱۲۵. تا اینكه در مرحلهی چهارم، ذرهای نانومتری به اندازهی nm ۵/۶۲ بهدست میآید. در روش بالا به پایین، مهم این است كه جسمِ خُردشونده باید مثل گِل خشك تُرد باشد تا پس از پذیرفتن ضربه خُرد شود، وگرنه موادّ نرم را تا اینحد نمیتوان خُرد كرد. به طور كلی در این روشِ تولید، باید انرژی بسیار زیادی را صرف كرد تا ذرات محكم به یك مادهی تُرد ضربه وارد و آن را خُرد كنند.
۲. رسوبدهی از محلولها
در این روش ابتدا باید محلول مورد نظر را ساخت. این محلول میتواند به دو حالت باشد:
الف ـ ذرات جامدِ معلق در مایع؛
ب ـ ذرات گازی.


الف ـ ذرات جامدِ معلق در مایع
در صورتی كه محلول ما مایع باشد، میتوان ذرات جامدِ معلق در آن را با حرارت دادن، افزودن موادی خاص برای تهنشین كردن، یا با افزایش غلظت جامد و سیر شدن محلول در آن، رسوب داد. حین رسوب كردن، اتمها دانهبهدانه كنار هم جمع میشوند تا یك پودر نانومتری را تولید كنند.
ب ـ ذرات گازی
روش دیگر این است كه ما به قدری سریع محلولهای گازی را سرد كنیم تا گاز مستقیماً تبدیل به جامد شود (به این فرایند «چگالش» می گوییم). در این حالت نیز اتمها در كنار هم جمع میشوند تا ذراتِ یك پودر نانومتری را تولید كنند.

نانوپودرها به چه کار میآیند؟
۱. پوششدهی
یكی از مهمترین كاربرد نانوپودرها «پوششدهی» است. وقتی مقداری پودر روی یك سطح ریخته میشود، میتواند تمام سطح را بپوشاند. مثلاً اگر سطح زمین پودر گچ بپاشیم، تمام سطح پوشیده میشود و یک سطح یکدست سفید به وجود میآید. اما در این حالت هنوز فضاهای خیلی ریزی بین پودرها وجود دارد، یعنی پوشش یكپارچه نیست. اکنون مقداری آب به گچ اضافه میكنیم و صبر میكنیم تا آب توسط حرارت خشك شود. میبینیم كه ذرات پودر به هم چسبیدهاند و یك پوشش یكدست بر روی سطح به وجود آمده است. اساس پوششدهی توسط نانوپودرها نیز دقیقاً همین است، یعنی پودرها را ــ عمدتاً باشدت ــ به سطح میپاشند و بعد توسط یك عامل اضافهشونده ــ عمدتاً گازهای اكسیژن یا آرگون كه همان نقش آب را در مثال گچ بازی میكنند ــ و حرارت، این ذرات را به هم میچسبانند تا یك پوشش یكپارچه بر روی سطح ایجاد شود. پوشش روی داشبورد ماشین دقیقاً به این روش تولید میشود.
۲. ساخت قطعات
همانطور كه دیدیم، ذراتِ پودر میل زیادی دارند که مانند بُرادههای آهنربا به هم بچسبند. از طرفی این میل با اِعمال فشار به پودر و درجهی حرارت بهشدت افزایش مییابد، و بنابراین، با اِعمال فشار و افزایش درجهی حرارت میتوان پودرها را آنقدر به هم فشرد تا به هم بچسبند و یك قطعه را تولید كنند. این روش عمدتاً برای تولید قطعات با شكلهای پیچیده به كار میرود. (این پدیده به طور طبیعی در نمك طعام اتفاق میافتد. اگر مقداری نمك طعام در داخل یك نمكدان باقی بماند، بعد از مدتی ذرات نمك به هم میچسبند و نمكدان دیگر نمك نمیپاشد. بنابراین، باید به نمكدان چند ضربه وارد كنیم تا ذرات از همدیگر جدا شوند).
۳. استفاده در كِرِمها
همانطور كه میدانیم، نانوپودرها ذراتی با قطر یك تا ۱۰۰ نانومتر هستند. وقتی از این ذرات در ساخت كِرِم استفاده میشود، چون قطر آنها كوچك است، اشعههای مُضرّ نور خورشید را كه طول موجهای بزرگتر از صد نانومتر دارند از خود عبور نمیدهند. این در حالی است كه اشعههای نور مرئی را كه موجب دیده شدن قطعاتاند از خود عبور میدهند. بنابراین، به صورت شفاف دیده میشوند. در این حالت ما كِرِمی داریم كه شفاف است و اشعههای مُضرّ را از خود عبور نمیدهد.
۴. شناسایی آلودگی ها
ذراتی كه نانوپودرها را تشکیل میدهند، با استفاده از خواصّ سطحی خود، وقتی به یك محلول حاوی آلودگی (مثل باكتری، سلول سرطان زا و..). اضافه میشوند، روی آلودگیها میچسبند و در اثر واكنش با آنها تغییر رنگ میدهند و باعث شناسایی آنها میشوند. البته هر ذره كوچكتر از آن است كه تغییر رنگِ حاصل از آن دیده شود، اما تغییر رنگِ مجموعهی این ذرات، آلودگیها را قابل تشخیص و شناسایی میكند. در فیلم زیر كه به عنوان مثالی از كاربرد نانوپودرها آورده شده است، ذرات نانوساختارِ سیلیكون در محلول، قطرات روغن را شناسایی میكنند و با نفوذ مقداری از مایع به داخل حفرههای آنها، تغییر رنگ میدهند و هدف را قابل تشخیص مینمایند.

75:

فشرده كردن نانوپودرها در دمای پائین


امروزه علاقه بسیاری به ساخت مواد سرامیکی با استفاده از نانوپودرهای با ابعاد ۱ تا ۱۰۰ نانومتر بوجود آمده است. تئوری
ها نشان میدهد که نرخ چگالشدن بهشدت به اندازه ذرات بستگی دارد. بنابراین، با توجه به این موضوع با کاهش اندازه ذرات از میکرومتر به سمت نانومتر، زمان زینترکردن در یک دمای مشخص کاهش خواهد یافت. در حقیقت بسیاری از آزمایشات این تئوری را حمایت میکنند. به عنوان مثال آقای رودز (Rhodes) قطعات فشردهشده از نانوپودرهای زیرکونیا را تولید کرد که چگالی آنها در حدود چگالی تئوری بود اما دمای زینترکردن، بسیار کمتر از دمای زینترکردن پودرهای درشت بود. اخیراً آقای کاندان (Skandan) و همکارانش، نانوپودرهای تیتانیا را در دمای ۸۰۰ درجه سلسیوس زینتر کردند. این دما بسیار کمتر از دمای زینترکردن پودرهای معمولی تیتانیا میباشد. نتایج فوق نشان میدهد که نانوذرات میتوانند مزیتهای قابل توجهی را در ساخت قطعات سرامیکی داشته باشند و علاوه بر این کاهش زمان و دمای زینترکردن میتواند جلوی رشد دانهها را بگیرد زیرا اندازه دانهها یکی از پارامترهای بسیار مهم در خواص قطعه میباشد. اثبات شده است که با کاهش اندازه دانه، استحکام تسلیم مواد بالا میرود. با کاهش اندازه دانهها به سمت ابعاد نانومتری، مرز دانهها در قطعات افزایش خواهد یافت. بنابراین تعداد اتمهای موجود در فصل مشترک دانهها نسبت به اتمهای موجود در شبکه کریستالی قابل توجه خواهد بود. بنابراین خواص کلی ماده از اتمهای موجود در مرز دانهها تأثیر خواهد پذیرفت. بنابراین خواص فیزیکی بهبودیافتهای را از قطعات سرامیکی ساختهشده از نانوپودرها انتظار خواهیم داشت. یکی از مسائل بسیار مهم در ساخت مواد نانوساختاری رسیدن به ماکزیمم چگالش پودرها و در عین حال حفظشدن ساختار دانهها در ابعاد نانومتری میباشد. در حال حاضر چگالی در حدود ۹۵% چگالی واقعی با نانوذرات در حدود ۱۰ تا ۲۰ نانومتر قابل حصول است. اما چگالیهای بالاتر با افزایش اندازه دانه بالاتر از ۵۰ نانومتر قابل حصول میباشد. برای کاهش رشد دانه در حین زینترشدن، باید چگالی خام قطعه فشردهشده بالا باشد و اندازه حفرات آن کوچک باشد. زیرا برای حذف حفرات بزرگ نیاز به رشد دانه میباشد. بنابراین قبل از فرآیند زینترکردن نانوپودرهای فشردهشده، باید به چگالی بالایی دست پیدا کنیم. یکی از روشهای رسیدن به این هدف استفاده از فشار بالا میباشد. با این حال میدانیم که رسیدن به چگالی خام بالا با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی بسیار مشکل میباشد. علت این مسئله وجود نیروهای متعددی مثل نیروهای واندروالس میباشد. بنابراین قطعات خام فشردهشده در دمای اتاق بعد از فرآیند فشردهسازی چگالی بالایی نخواهد داشت.

چگالی خام پائین قطعات فشردهشده از نانوپودرها به خاطر دو مسأله میباشد:
۱- وجود حفرات برزگ به علت مجتمع شدن نانوپودرها، زیرا شکستن آنها در تکنیکهای رایج فشردهسازی به علت پدیده پلزنی ممکن نمیباشد.
۲- فشردهشدن غیرهمگن ذرات به خاطر وجود نیروهای اصطکاکی.
برای بدستآوردن ساختار مطلوب و در ابعاد نانو در قطعه خام، آگلومرهشدن ذرات در حین ساخت باید حداقل باشد. اخیراً پودر %ZrO2 Y2O3 3mol را با چگالی کامل و در دمای پائین پخت کردهاند. این محققین تأکید کردهاند که شیب چگالی در قطعه خام، غیرهمگنی و مجتمع ذرات در قطعه قبل از پختشدن نباید وجود داشته باشد. زیرا منجر به تولید عیوبی در قطعه پختشده خواهد شد. نتایج آنها همچنین نشان میدهد که تغییر دما در حدود ?۷۰ تأثیر مهمی را در سرعت افزایش چگالی خواهد داشت. با توجه به این نتایج مشخص میشود که شرایط فرآوری نانوپودها باید به دقت رعایت شود. در تحقیقی دیگر از فشار بالا برای بدستآوردن حداکثر چگالی خام و ساختار در ابعاد نانو استفاده شده است. به عنوان مثال فشار اعمالی در حدود GPa۱ بوده است که این فشار نیاز به تجهیزات خاصی دارد. برای مثال به منظور بدستآوردن حداکثر چگالی در یک نانوپودر از پیستونهایی از جنس کاربید تنگستن و کبالت استفاده شده است. همچنین برای فشارهای بالاتر از الماس استفاده شده است. اخیراً بررسی شده است که چگالش نانوپودرها در قطعه خام با استفاده از مواد روانساز که به ذرات اجازه لغزیدن روی هم را میدهد، بهبود خواهد یافت. یک روانساز مناسب فشردهشدن پودرها را به مقدار زیادی بهبود خواهد بخشید. البته نکته مهم در انتخاب روانساز میباشد. زیرا نانوپودرها فعالیت شیمیایی بسیار بالایی دارند. از طرفی روانساز باید توانایی نفوذ به داخل حفرات بین نانوپودرها را داشته باشد. بنابراین روانساز باید مادهای با جرم مولکولی بسیار پائین باشد. محققین بررسی کردهاند که بهبود چگالش نانوپودرها توسط روانسازهایی که مایع تکمولکولی ساده هستند عملی میباشد. آنها نانو ذرات نیترید سیلیکون را در دمای نیتروژن مایع توسط روانساز LN2 فشردند.

76:

نانو کامپوزیتها

نانو کامپوزیت تحول بزرگ در مقیاس کوچک


مواد و توسعهٔ آنها از پایه‌های تمدن به شمار می‌روند. به طوری که دوره‌های تاریخی را با مواد نامگذاری کرده‌اند: عصر سنگ، عصر برنز، عصر آهن، عصر فولاد، عصر سیلیکون و عصر کربن. ما اکنون در عصر کربن به سر می‌بریم. عصر جدید با شناخت یک مادهٔ جدید به وجود نمی‌آید، بلکه با بهینه کردن و ترکیب چند ماده می‌توان پا در عصر نوین گذاشت. دنیای نانومواد، فرصتی استثنایی برای انقلاب در مواد کامپوزیتی است.
کامپوزیت ترکیبی است از چند مادهٔ متمایز، به طوری که اجزای آن به‌آسانی قابل تشخیص از یکدیگر باشند. یکی از کامپوزیت‌های آشنا بتُن است که از دو جزء سیمان و ماسه ساخته می‌شود.
برای تغییر دادن و بهینه کردن خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، آنها را کامپوز یا ترکیب می‌کنیم. به طور مثال، پُلی اتیلن{۱} که در ساخت چمن‌های مصنوعی از آن استفاده می‌شود، رنگ‌پذیر نیست و بنابراین، رنگ این چمن‌ها اغلب مات به نظر می‌رسد. برای رفع این عیب، به این پلیمر وینیل استات می‌افزایند تا خواص پلاستیکی، انعطافی‌ و رنگ‌پذیری آن اصلاح شوند. در واقع، هدف از ایجاد کامپوزیت، به دست آوردن ماده‌ای ترکیبی با خواص دلخواه است.
نانوکامپوزیت، همان کامپوزیت در مقیاس نانومتر (۹-۱۰) است. نانوکامپوزیت‌ها در دو فاز تشکیل می‌شوند. در فاز اول ساختاری بلوری در ابعاد نانو ساخته می‌شود که زمینه یا ماتریس کامپوزیت به شمار می‌رود. این زمینه ممکن است از جنس پلیمر، فلز یا سرامیک باشد. در فاز دوم ذراتی در مقیاس نانو به عنوان تقویت‌کننده{۲} برای استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی و... به فاز اول یا ماتریس افزوده می‌شود.
بسته به اینکه زمینهٔ نانوکامپوزیت از چه ماده‌ای تشکیل شده باشد، آن را به سه دستهٔ پُلیمری، فلزی و سرامیکی تقسیم می‌کنند. کامپوزیت‌های پلیمری به علت خواصی مانند استحکام، سفتی و پایداری حرارتی و ابعادی، چندین سال است که در ساخت هواپیماها به کار می‌روند. با رشد نانوتکنولوژی، کامپوزیت‌های پلیمری بیش از پیش به کار گرفته خواهند شد.
تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی یا معدنی بسیار مرسوم است. از نظر ساختاری، ذرات و الیاف معمولاً باعث ایجاد استحکام ذاتی می‌شوند و ماتریس پلیمری می‌تواند با چسبیدن به مواد معدنی، نیروهای اعمال‌شده به کامپوزیت را به نحو یکنواختی به پُرکن یا تقویت‌کننده منتقل کند. در این حالت، خصوصیاتی چون سختی، شفافیت و تخلخلِ مادهٔ درون کامپوزیت تغییر می‌کند. ماتریس پلیمری همچنین می‌تواند سطحِ پُرکن را از آسیب دور نماید و ذرات را طوری جدا از هم نگه دارد که رشد تَرَک به تأخیر افتد. گذشته از تمام این خصوصیات فیزیکی، اجزای مواد نانوکامپوزیتی می‌توانند بر اثر تعامل بین سطح ماتریس و ذرات پُرکن، ترکیبی از خواصّ هر دو جزء را داشته باشند و بهتر عمل کنند.
کامپوزیت‌هایی که بستر فلزی دارند، کم‌وزن و سبک‌اند و به علت استحکام و سختیِ بالا، کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوا ـ فضا پیدا کرده‌اند. اما این کاربردها به لحاظ ضعف در قابلیت کشیده شدن در چنین کامپوزیت‌هایی، محدود شده‌اند. تبدیل کامپوزیت به نانوکامپوزیت سبب افزایش بازده استحکامی و رفع ضعفِ بالا می‌شود.
● نانوکامپوزیت ‌های نانوذره‌ای
در این کامپوزیت‌ها از نانوذراتی همچون (خاک رس، فلزات، و...) به عنوان تقویت‌کننده استفاده می‌شود. برای مثال، در نانوکامپوزیت‌های پلیمری، از مقادیر کمّیِ (کمتر از ۱۰درصدِ وزنی) ذرات نانومتری استفاده می‌شود. این ذرات علاوه بر افزایش استحکام پلیمرها، وزن آنها را نیز کاهش می‌دهند. مهمترین کامپوزیت‌های نانوذره‌ای، سبک‌ترین آنها هستند.
● نانوکامپوزیت‌های نانو‌لوله‌ای
نانولوله‌های کربنی در دو گروه طبقه‌بندی می‌شوند: نانولوله‌های تک‌دیواره و نانولوله‌های چنددیواره. در این نوع از کامپوزیت‌ها، این دو گروه از نانولوله‌ها در بستری کامپوزیتی توزیع می‌شوند. در صورتی که قیمت نانوله‌ها پایین بیاید و موانع اختلاط آنها رفع شود، کامپوزیت‌های نانولوله‌ای موجب رسانایی و استحکام فوق‌العاده‌ای در پلیمرها می‌شوند و کاربردهای حیرت‌انگیزی همچون آسانسور فضایی برای آن قابل تصور است.
تحقیقات در زمینهٔ توزیع نانولوله‌های کربنی در پلیمرها بسیار جدید هستند. علاقه به نانولوله‌های تک‌دیواره‌ و تلاش برای جایگزین کردن آنها در صنعت، به علت خصوصیات عالیِ مکانیکی و رسانایی الکتریکی آنها است. (رسانندگی الکتریکی این نانولوله¬ها در حد فلزات است.)
اما در دسترس بودن و تجاری بودن نانولوله‌های چنددیواره، باعث شده است که پیشرفت‌ بیشتری در این زمینه صورت بگیرد. تا حدی که اکنون می‌توان از محصولاتی نام برد که در آستانهٔ تجاری شدنِ تولید هستند. برای نمونه، نانولوله‌های کربنیِ چنددیواره در پودرهای رنگ به کار رفته‌اند.
استفاده از این نانولوله‌ها باعث می‌شود که رسانایی الکتریکی در مقدار کمی از فاز تقویت‌کننده به دست آید. از نظر نظامی نیز فراهم کردن هدایت الکتریکی فرصت‌های انقلابی به وجود خواهد آورد. به عنوان مثال، از پوسته‌های الکتریکی ـ مغناطیسی گرفته تا کامپوزیت‌های رسانای گرما و لباس‌های سربازان آینده‌!

77:

نانوکامپوزیتِ خاک رُس ـ پلیمر


نانوخاک رُس ـ پلیمر
یک مثال موردی از محصولات نانوتکنولوژی است
. در این نوع ماده، از خاک رُس {۳} به عنوان پُرکننده برای بهبود خواص پلیمرها استفاده می‌شود. خاک رُس‌های نوع اسمکتیت {۴}، ساختار لایه‌لایه دارند و هر لایه تقریباً یک نانومتر ضخامت دارد. صدها یا هزاران عدد از این لایه‌ها به وسیلهٔ یک نیروی واندروالسیِ ضعیف روی هم انباشته می‌شوند تا یک جزء رُسی را تشکیل دهند. با یک پیکربندی مناسب، این امکان وجود دارد که رُس‌ها را به اَشکال و ساختارهای گوناگون، درون یک پلیمر به شکل سازمان‌یافته قرار دهیم.
معلوم شده است که بسیاری از خواص مهندسی، هنگامی که در ترکیب ما از میزان کمی ــ معمولا ً چیزی کمتر از ۵ درصد وزنی ــ پُرکننده استفاده شود، بهبود قابل توجهی می‌یابد.
امتیاز دیگر نانوکامپوزیت‌های خاک رُس ـ پلیمر این است که تأثیر قابل توجهی بر خواص اُپتیکی (نوری) پلیمر ندارند. ضخامت یک لایهٔ رُس منفرد، بسیار کمتر از طول موج نور مرئی است. بنابراین، نانوکامپوزیتی که خوب ورقه شده باشد، از نظر اُپتیکی شفاف است.
از طرفی، با توجه به اینکه امروزه حجم وسیعی از کالاهای مصرفی جامعه را پلیمرهایی تشکیل می‌دهند که به‌راحتی می‌سوزند یا گاهی در مقابل شعله فاجعه می‌آفرینند، لزوم تحقیق در خصوص مواد دیرسوز احساس می‌شود. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که میزان آتش‌گیری در این نانوکامپوزیت‌های پلیمری حدود ۷۰ درصد نسبت به پلیمر خالص کمتر است. در عین حال، اغلب خواص کاربردی پلیمر نیز تقویت می‌شوند.
اولین کاربرد تجاری نانوکامپوزیت‌های خاک رُس ـ نایلون ۶، به عنوان روکش نوار زمان‌سنج برای ماشین‌های تویوتا، در سال ۱۹۹۱ بود. در حال حاضر نیز از این نانوکامپوزیت در صنعت لاستیک استفاده می‌شود. با افزودن ذرات نانومتریِ خاک رُس به لاستیک، خواص آن به طور قابل ملاحظه‌ای بهبود پیدا می‌کند که از جمله می‌توان در آنها به موارد زیر اشاره کرد:
۱) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
۲) افزایش استحکام مکانیکی
۳) افزایش مقاومت گرمایی
۴) کاهش قابلیت اشتعال
۵) کاهش وزن لاستیک


● نانوکامپوزیت الماس ـ نانولوله
محققان توانسته‌اند سخت‌ترین مادهٔ شناخته‌شده در جهان (الماس) را با نانولوله‌های کربنی ترکیب کنند و کامپوزیتی با خصوصیات جدید به دست آورند. اگرچه الماس سختیِ زیادی دارد، ولی به طور عادی هادی جریان الکتریسیته نیست. از طرفی، نانولوله‌های کربن به شکلی باورنکردنی سخت و نیز رسانای جریان الکتریسیته‌اند. با یکپارچه کردن این دو فُرمِ کربن با یکدیگر در مقیاس نانومتر، کامپوزیتی با خصوصیات ویژه به دست خواهد آمد.
این کامپوزیت می‌تواند در نمایشگرهای مسطح کاربرد داشته باشد. الماس می‌تواند نانولوله‌های کربنی را در مقابلِ ازهم‌گسیختگی حفظ کند. در حالی که به طور طبیعی، وقتی نمایشگر را فقط از نانولوله‌های کربنی بسازند، ممکن است از هم گسیخته شوند.
این کامپوزیت همچنین در ردیابی‌های زیستی کاربرد دارد. نانولوله‌ها به مولکول‌های زیستی می‌چسبند و به عنوان حسگر عمل می‌کنند. الماس نیز به عنوان یک الکترود فوق‌العاده حساس رفتار می‌کند.
تنها چیزی که در این تحقیقات واضح نیست این است که الماس و نانولوله‌های کربنی چگونه محکم به هم می‌چسبند؟

● جدیدترین خودرو نانوکامپوزیتی
این خودرو توسط شرکت جنرال‌موتورز طراحی شده و به علت استفاده از مواد نانوکامپوزیتی در قسمت‌های مختلف آن، حدود ۸ درصد سبک‌تر از نمونه‌های مشابه قبلی است و علاوه بر سبک بودن، در برابر تغییرات دمایی هم مقاومت می‌کند.

● توپ تنیس نانوکامپوزیتی
شرکت ورزشی ویلسون، یک توپ تنیس دولایه به بازار عرضه کرده که عمر مفید آن حدود چهار هفته است ــ در حالی که توپ‌های معمولی عمر مفیدشان در حدود دو هفته است ــ ولی از نظر خاصیت ارتجاعی و وزن تفاوتی بین این دو مشاهده نمی‌شود. علت مهم و اصلی دوام توپ‌های نانوکامپوزیتی، وجود یک لایهٔ پوشش نانوکامپوزیتی به ضخامت ۲۰ میکرون به عنوان پوستهٔ داخلی است که باعث می‌شود هوای محبوس در داخل توپ ضمن ضربه خوردن خارج نگردد، درحالی‌که توپ‌های معمولی از جنس لاستیک و در برابر هوا نفوذپذیرند.

● الیاف نانو، تحولی در صنعت نساجی
امروزه ساخت کامپوزیت‌های تقویت‌شده به وسیلهٔ نانوالیاف پیشرفت چشمگیری کرده است. لیفچه‌های کربنیِ جامد و توخالی با چند میکرون طول و دو تا بیش از صد نانومتر قطر خارجی خلق شده‌اند که مصارفی در مواد کامپوزیت و روکش دارند.
یکی از دانشجویان کارشناسی ارشد دانشکدهٔ مهندسی نساجی دانشگاه امیرکبیر، دستگاه تولید نانوالیاف از محلول پلیمری را طراحی کرده و ساخته است. این دستگاه در *****اسیون مایعات، گازها و مولکول‌ها، امور پزشکی مانند مواد آزادکنندهٔ دارو در بدن، پوشش زخم، ترمیم پوست، نانوکامپوزیت‌ها ، نانوحسگرها، لباس‌های محافظ نظامی و... کاربرد دارد.
مهمترین تأثیر نانوکامپوزیت‌ها در آینده کاهش وزن محصولات خواهد بود. ابتدا کامپوزیت‌های سبک‌وزن و بعد تجهیزات الکترونیکی کوچکتر و سبکتر در ماهواره‌های فضایی.
سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در حمایت از فناوری نانو بسیار فعال است. بزرگترین تأثیر فناوری نانو در فضاپیماها، هواپیماهای تجاری و حتی فناوری موشک، کاهش وزن مواد ساختمانیِ سازه‌های بزرگ درونی و بیرونی، جدارهٔ سیستم‌های درونی، اجزای موتور راکت‌ها یا صفحات خورشیدی خواهد بود.
نظامی نیز کامپوزیت‌ها موجب ارتقا در نحوهٔ حفاظت از قطعات الکترونیکی حساس در برابر تشعشع و خصوصیات دیگر همچون ناپیدایی در رادار می‌شوند.
کامپوزیت‌های نانوذرهٔ سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده‌اند. در سال ۲۰۰۱ هم جنرال موتورز و هم تویوتا شروع به تولید محصول با این مواد را اعلام کردند. فایدهٔ آنها افزایش استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه‌جویی در سوخت را به همراه دارد.
علاوه بر این، نانوکامپوزیت‌ها به محصولاتی همچون بسته‌بندی غذاها راه یافته‌اند تا سدی بزرگتر در برابر نفوذ گازها باشند (مثلاً با حفظ نیتروژن درونِ بسته یا مقابله با اکسیژن بیرونی).
همچنین خواصّ تعویق آتش‌گیریِ کامپوزیت‌های سیلیکات نانوذره‌ای، می‌تواند در رختِ خواب‌، پرده‌ها و غیره کاربردهای بسیاری پیدا کند.

78:


to compose یعنی ترکیب کردن و بنابراین کامپوزیت (composite) یعنی مرکب. مرکب هم که می‌دانیم، یعنی چیزی که از ترکیب چند چیز مختلف به دست آمده است. موادّ کامپوزیتی به موادی گفته می‌شوند که از ترکیب چند نوع ماده به وجود آمده‌اند. وقتی می‌گوییم از ترکیب چند ماده، منظور این است که هرکدام از این موادّ ترکیب‌شده، قابلیت استفاده به صورت یک مادهٔ مستقل را دارند.
اولین کامپوزیت کِی ساخته شد؟
کسی نمی‌داند اولین کامپوزیت کِی ساخته شد. شاید اولین کامپوزیتی که بشر با آن سروکار پیدا کرد، کاه‌گِل باشد. قدیم‌ها برای ساختن خانه از گل استفاده می‌کردند، اما چون گل بعد از خشک شدن ترک می‌خورد (وقتی آبِ گل تبخیر می‌شود، حجم آن کاهش پیدا می‌کند و چون گل خشک نمی‌تواند خودش را جمع کند ترک می‌خورد)، مقداری کاه به آن افزودند تا حفره‌ها را پُر کند و مانع از ترک خوردن گل شود. شاید هم اولین کامپوزیت را مصری‌ها ساخته باشند که در قایق‌هایشان به چوب بدنه مقداری پارچه می‌آمیختند تا در اثر خیس شدن چوب باد نکند. اما در هر حال، می‌شود گفت که مواد کامپوزیتی در سال‌های اخیر است، که به عنوان یک مادهٔ مهندسی پذیرفته شده‌اند.
● چرا از کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنیم؟
قبل از این گفتیم که گل به‌تنهایی و پس از خشک شدن ترک می‌خورد. کاه با خواص ارتجاعی خود این نقص گل را برطرف می‌کند، بنابراین، مقداری از آن را به گل می‌افزایند. اصلاً علت استفاده از کامپوزیت همین خواص است. یعنی ما برای اینکه خواص بدِ یک ماده را برطرف کنیم، مادهٔ دیگری را که مکمل خواص مادهٔ اولیه است به آن می‌افزاییم.
● ترکیب کردن یعنی چه؟
انواع ترکیب‌ها عبارتند از: شیمیایی، مکانیکی، و فیزیکی.
وقتی دو ماده با هم ترکیب شیمیایی می‌دهند که بین آن دو یک پیوند شیمیایی مثل کووالانسی، یونی، واندروالسی و... برقرار شده باشد. به موادی که این‌گونه با هم ترکیب می‌شوند محلول می‌گویند. بارزترین و ملموس‌ترین مثال برای محلول‌ها آلیاژها هستند.
اما وقتی دو ماده با اعمال نیرو کنار هم قرار می‌گیرند، به صورت مکانیکی با هم ترکیب شده‌اند و واضح است با برداشتن این نیرو، این ترکیب از بین می‌رود.
اما ترکیب در کامپوزیت‌ها جزء هیچ‌کدام از این دو حالت نیست، بلکه ترکیبی از نوع فیزیکی است. مثال مناسب برای این نوع ترکیب، ساندویچ است. وقتی یک یا چند ماده با مادهٔ دیگری محاصره شود، به طوری که نتواند از محاصرهٔ آن فرار کند، یک ترکیب فیزیکی به وجود می‌آید. برای درک بهتر این نوع ترکیب، کسی را تصور کنید که در یک باتلاق گیر افتاده است.
● اجزای یک کامپوزیت
گفتیم که کامپوزیت عبارت است از ترکیب فیزیکی دو ماده با خواص متفاوت. بنابراین، کامپوزیت‌ها از دو قسمت تشکیل شده‌اند: قسمت زمینه (مادهٔ اول که در یک سری از خواص نقص دارد) و قسمت تقویت‌کننده (مادهٔ دومی که به مادهٔ اول اضافه می‌شود تا دسته‌ای از خواص آن را بهبود بخشد).
● زمینه چیست؟
زمینهٔ یک مادهٔ مرکب، ماده‌ای است پیوسته که مادهٔ دوم را در برگرفته است. این ماده در کاه‌گِل، گِل و در مثال باتلاق و آدم، محیط باتلاق است که پیوسته است و آدم را در برگرفته است. دومین ملاک برای تعیین زمینه این است که مقدار ماده‌ای که به عنوان زمینه استفاده می‌شود بیشتر از قسمت تقویت‌کننده است.
● وظیفهٔ زمینه چیست؟
اولین وظیفهٔ زمینه احاطهٔ مادهٔ‌ تقویت‌کننده است، به طوری که نگذارد مادهٔ تقویت‌کننده پراکنده شود؛ وظیفهٔ دوم، محافظت از مادهٔ تقویت‌کننده در برابر عوامل شیمیایی است؛ و وظیفهٔ سوم این است که چون مواد زمینه را نرم انتخاب می‌کنند، وقتی نیرو به مادهٔ مرکب (کامپوزیت) وارد می‌شود، توسط زمینه به مادهٔ تقویت‌کننده انتقال داده شود تا مادهٔ تقویت‌کننده نیرو را تحمل کند.
● تقویت‌کننده چیست؟
تقویت‌کننده‌ها موادی هستند که به صورت تکه‌تکه، در یک زمینهٔ پیوسته وارد می‌شوند تا خواص مادهٔ زمینه را بهتر کنند.
● تقویت‌کننده‌ها چه شکلی هستند؟
تقویت‌کننده‌ها می‌توانند به صورت یک صفحه، یک رشته ( نخ)، یا یک ذره (پودر) وارد حجم زمینه شوند و خواص آن را بهبود بخشند.
● کامپوزیت‌ها چه کاربردهایی دارند؟
امروزه می‌توانیم ترکیبات کامپوزیتی را در زندگی روزانه و در اطراف خود ببینیم. چند مثال از این وسایل که در آنها ترکیبات کامپوزیتی به کار رفته است، اینها هستند: بدنهٔ هلی‌کوپتر، زه راکت تنیس، بدنهٔ هواپیما، کاه‌گِل، توپ‌های ورزشی و...

باشگاه دانش‌آموزی نانو

79:

روش های تولید ماشینی کامپوزیت ها


روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :

1- روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاششی که شامل روش های تولید با قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .

2- روش های تولید خاص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .

3- روش تولید قطعات صنعتی SMC ، BMC ، RTM ، GMT ، LFT و ... که روش های LFT و GMT مربوط به گرما نرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما سخت ها هستند .

بازار تولید قطعات صنعتی در اروپا در سال 1999 معادل 352 هزارتن بوده که سهم هریک از این روش ها به صورت زیر است :

SMC : 190 هزارتن معادل 54 درصد
BMC : 90 هزارتن معادل 6/25 درصد
LFT و GMT : 42 هزارتن معادل 9/11 درصد
RTM : 30 هزارتن معادل 5/8 درصد

1- روش تولید SMC

Sheet Moulding Compoundیا SMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه بین 60- 20 درصد است که معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر تشکیل شده است :

- رزین پلی استر غیر اشباع ویژه SMC که دارای یک پیک گرمازا بین 290-220 درجه سانتی گراد است .

- افزودنی LS , LP

- الیاف شیشه معمولا ً از نوع رووینگ

- پر کننده کربنات کلسیم ، کائولن و هیدروکسید آلومینیوم

فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :

تهیه ورق یا لایه SMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه ورق SMC به این شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن و با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن که خمیر حاصله به گرانروی مناسب رسید ، غلیظ کننده Thickener به آن اضافه می شود . خمیر حاصل به وسیله پمپ ، به دستگاه تولید ورق SMC منتقل و بر روی دو لایه فیلم پلی اتیلنی ، به عنوان فیلم حامل Carrier ، ریخته می شود . میزان خمیر به وسیله دو تیغه قابل تنظیم است . سپس الیاف شیشه به طول 25 میلی متر 50-12 میلی متر بریده شده و به صورت منظم بر روی خمیر ریخته می شود . لایه حاصل همراه با فیلم دیگر که فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشکیل یک لایه را می دهند . پس از عبور از یک سری غلتک ، الیاف به صورت کامل با خمیر آغشته می شود ، سپس ورق بسته بندی می شود . پس از حدود سه الی پنج روز محصول آماده عملیات قالب گیری است . لایه های SMC برش خورده ، درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته شده و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت قطعه درون قالب محصول تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed دردو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله الکتریسیته یا روغن .

مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مکانیکی یکنواخت با تلرانس 6 درصد بوده و معایب آن ، نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها است . روش SMC به طور گسترده ای در صنایع الکتریکی به کار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن تابلوهای برق ، قطعات الکتریکی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع الکتریکی ، نارسانایی الکتریکی ، پایداری در حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ، مقاومت مکانیکی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت و آزادی عمل در طراحی است .

این روش در صنعت حمل و نقل نیز کاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحکام زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات کامیون و اتوبوس بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع حمل و نقل وزن کم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه کم سرمایه گذاری نسبت به تولید قطعه فلزی ، سرعت عمل در مونتاژ ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی و تولید قطعه با ضخامت های متغیر است .

روش SMC در صنعت ساختمان نیز به کار گرفته شده است . به طوری که میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 41 هزارتن شامل ساخت پانل های ساختمانی ، حمام آماده ، صندلی ، میز و سایر موارد بوده است .



2- روش تولید BMC

Bulk Moulding Compound یا BMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه است که طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان الیاف در خمیر بین ده تا حداکثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMC شامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن با دور بالا مخلوط و پس از این که خمیر به دست آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط کن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z پمپ می شود . سپس به آن غلیظ کننده Thickener و الیاف شیشه به طول 6-4 میلی متر اضافه و مخلوط می شوند . خمیر حاصل درون فیلم پلی اتیلنی بسته بندی می شود و پس از حدود سه الی پنج روز ، محصول آماده عملیات قالب گیری است . تکه های BMC آماده درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت درون قالب ، قطعه تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن بوسیله الکتریسیته یا روغن .

مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول و بهای کم محصول تمام شده و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد در عملیات پیچیده بازیافت نسبت به گرمانرم ها است .

3- روش تولید GMT

Glass Mat reinforced Thermoplastic یا GMT ترکیبی از خانواده گرمانرم های معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند که در آن الیاف شیشه به صورت مت یا تک جهته استفاده می شود . فرآیند تولید قطعه GMT شامل چهار مرحله است : تهیه الیاف مت مخصوص GMT ، تهیه ورق GMT ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . در این روش یک blank GMT گرمانرم PP درون کوره قرار داده شده و جهت آماده سازی عملیات قالب گیری گرم می شود . سپس با قرار دادن آن درون قالب و بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله ، قطعه تولید می شود .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دوم mm/s 20-10 و قابلیت اعمال فشار دریک مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت و کوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .

مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

4- روش تولید LFT

روش های مختلفی وجود دارد که اساس همگی آنها ترکیب زمینه پلی پروپیلن یا انواع دیگر گرمانرم ها با الیاف شیشه بلند درون اکسترو در طی دو مرحله و سپس آماده سازی آن و قرار دادن ورق آماده درون پرس ، بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله است .

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اکسترودر ، پرس هیدرولیک و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .

مزایای روش LFT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت کم محصول ، امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

5- روش تولید RTM

تزریق رزین به داخل یک قالب بسته معمولا ً قالب کامپوزیتی که الیاف شیشه ویژه این روش قبلا ً درون آن قرار گرفته است .

تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته معمولا ً از جنس کامپوزیت ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و یا شکل دهی الیاف .

از مزایای روش RTM می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ ، نیاز به سرمایه گذاری اولیه کم قالب و تجهیزات ، قابلیت تولید قطعه با کیفیت سطحی A و مشخصات مکانیکی مناسب و از معایب آن به عدم قابلیت تولید قطعات پیچیده ، قیمت تمام شده متوسط جهت محصول ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها اشاره کرد .

80:

یكي از دغدغه هاي شركتهاي صنايع غذايي جهان، بهبود كيفيت، نگهداري و بسته بندي "مواد غذايي" براي دور تگه داشتن آنها از آسيب باكتريها و آنزيمهاي تخميركننده است. مثلا اينکه چگونه ميتوان طول عمر و ماندگاري شير را افزايش داد؟ يا اينكه چگونه ميتوان از آلوده شدن محيط زيست توسط مواد زائد يا پسابهاي كارخانه هاي صنايع غذايي جلوگيري كرد؟ زيرا در آنها آنزيم ها و پروتئين هاي فراواني وجود دارد كه با ايجاد محيط مناسب براي رشد باكتريها و انگلها، محيط زيست را آلوده ميسازند.
فساد مواد غذايي، اغلب به دو روش صورت ميگيرد: 1- توسط يك عامل ميكروبي خارجي. 2- توسط آنزيمهايي كه واكنشهاي تخميري را سرعت ميبخشند.
اگر بتوان به روشي آنزيمها يا باكتريها را از محيط عمل دور كرد، فرآيند فساد مواد غذايي به تأخير
با روكشكردن آنزيم ها، آن ها را از محيط فعاليت دور کرده و مانع از فعاليت آنها ميشوند. به اين ترتيب، فساد مواد غذايي به تأخير ميافتد و طول عمر آن ها افزايش مييابد.
آنزيمها تنها در محيط هاي زنده رشد و فعاليت ميكنند و در خارج اين محيط ها به سرعت تخريب ميشوند. يكي از پروژههاي مهم كه در مراجع علمي مورد توجه قرار گرفته است، روكش كردن آنزيم توسط يك ساختار پليمری ميباشد. با اين روش آنزيمها تا 5 ماه فعال مي مانند. به گفته محققين تبديل آنزيمهاي آزاد به اين نانوذراتِ حاوي آنزيم، باعث ثبات خاصيت كاتاليزوري آنها ميشود. در اين روش يك شبكه كامپوزيتي را با فرآيند پليمريزاسيون در اطراف هر مولكول آنزيم ايجاد ميکنند تا از تخريب آن جلوگيري شود. اين نانوذراتِ حاوي آنزيم قطري حدود 8 نانومتر دارند و در دماي 4 درجهسانتيگراد تا 5 ماه عمر ميكنند.
روكشكردن آنزيمها، يكي از فرآيندهاي مهم در صنايع غذايي براي حفظ، افزايش كيفيت و بهبود بسته بندي مواد غذايي است، كه با پيدايش نانوفناوري، اجراي آنها آسانتر شده است.
نانو روکش چیست؟
پوششی با ضخامت نانو متری یا پوششی که از مواد نانومتری در آن استفاده شود .نانو روکش به مادهای گفته میشود که در مقیاس نانو ساخته شده و به عنوان روکش، پوشاننده یا محافظ برای دیگر مواد به کار می رود.
زمینه هایی که از نانو روکش ها استفاده میشود: الکترونیک ، مواد غذایی ، وسایل نقلیه و غیره.

نانو روکشها:
نانو روکشهای تک مولکولی، یکی دیگر از زمینه های پژوهشی در حوزه نانو مواد است. لایه ای نازک از این مواد را می توان روی سطوح فلزی یا پلاستیکی نشاند و مقاومت سایشی و ضربه ای آنها را به شدت افزایش داد. از موارد جالب کاربردهای نظامی در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت و طراحی لباسهای مقاوم در برابر گلوله و مقاوم در برابر ضربه و آتش: استفاده از نانو روکش ها در الیاف لباس های سربازان و نیروهای امنیتی باعث سبک و قابل حمل شدن و استحکام آنها می گردد.
- به کار بردن روکش هایی از جنس نانو اکسیدهای فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا زنگ زده.
- ساخت کلاه های جنگی با مقاومت حرارتی بالا با استفاده از نانو روکش ها

چرا ازپوشش استفاده می کنیم؟
تمام مواد و محصولات مورد استفاده ما نیاز به پوشش دارند. چون نباید در طی مراحل تولید، بسته بندی، ورود به بازار و مهمتر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگیهای خود را از
.دست بدهند

روکش چیست؟
به طور کلی «پوشش» لایه ای است با ضخامت کمتر از ماده پایه. با تغییر این ضخامت و نحوه نشاندن پوشش روی ماده پایه، انواع پوششهای مورد نیاز برای کاربردهای خاص را به وجود می آوریم.

چرا باید ماده ای را با ماده دیگر بپوشانیم؟
با پوشش مناسبی که سختی لازم را داشته باشد، میتوان سختی را زیاد کرد و در عین حال بر وزن آن نیافزود.


اختلاف نانوپوشش ها با پوشش های معمولی در چیست؟
1-مقاومت بالای نانوپوشش ها نسبت به خوردگی است
2-در نانو پوشش ها مساحت مرزِ دانه زیاد است و این موجب خوردگی بیش از اندازه میشود. ولی این خوردگی در مرز اتفاق میافتد نه درون دانه. اما چون این نقاط پراکندگی یکنواختی دارند، بنابراین خوردگی یکنواخت تر است و خوردگی موضعی که ترک و شکست ایجاد میکند در کار نخواهد بود.
3-بهبود خاصیت مکانیکی.
4-یک لایه از یک ماده سخت را روی سطح ماده نرم مینشانند تا در برابر نیروهایی که در سطح ماده اعمال میشوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود.
5-مغز قطعه هنوز نرم و انعطافپذیر است. بنابراین، قطعه در برابر نیروهای ناگهانی مثل ضربه هم مقاوم خواهد.


چگونه نانوروکش تولید کنیم؟
1-روش پاشش حرارتی
2-روش رسوبدهی شیمیایی بخار (CVD)
3-روش نیتروراسیون
4- لایه نشانی الکترولیتی کاتد
5-روش رسوبدهی فیزیکی بخار
6-روش سل ـ ژل
7-پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد


لایه نشانی الکترولیتی کاتد:
برای تولید پوششهای مقاوم به خوردگی، استفاده از اکسیدِ همان فلز ساده ترین نوع پوشش است.معمولاً از نمکهای مذاب مختلف، یا در برخی موارد از اسیدها، به عنوان الکترولیت استفاده می شود.آلومینیوم بهترین مثال برای این روش است.

روش نیتروراسیون:
اتم نیتروژن کوچک است و به همین علت به راحتی میتواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند.اگر اتم نیتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، یک نانوروکش تولید کرده است. فولاد بهترین مثال برای این روش است.

روش رسوبدهی فیزیکی بخار:
با گرم کردن ماده (جامد یا مایع) اتم ها یا مولکول ها از روی سطح آزاد میشوند.با افزایش دما تعداد ذره هایی که از سطح کنده میشوند افزایش می یابد.وقتی اتم های کنده شده از سطح به مقدار معینی رسیدند، واکنشهای شیمیایی در حالت بخار صورت میگیرند. بعد از آن بخار سرد میشود و یک لایه نازک روی سطح ایجاد میگردد.

پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد:
براي ايمپلنتهاي مورد استفادهدر بدن انسان شرکت (InformatCorporation) IMCO با استفاده از تکنيکالکتروفورتيک در دماي محيط نانوساختار هيدروکسي آپاتيد را بر روي انواع ايمپلنتهاپوشش مي‌دهد. اين ايمپلنتها از جنس Ti6Al4V است که کاربردهاي مختلفدر دندانپزشکي و اورتوپدي دارد. پوشش هيدروکسيآپاتيد به روشهاي قديميپاشش حرارتي و رسوبدهي شيميايي روي سطح اعمال مي‌شد.


فواید پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد:

افزايش استحکام باند: در روشهاي قبلي اعمال هيدروکسي آپاتيد، استحکام چسبندگي پوشش بسيار پايين است. در روش پاشش حرارتي MPa30 و در رسوبدهي شيميايي MPa 14 است. اما اين روش باعث ميشود که استحکام چسبندگي به حدود MPa60 برسد.
بهبود مقاومت خوردگي: اين پوششهاي نانويي 100% فشرده و 100% کريستالي است، که باعث ميشود مشکل انحلال آمورفي اين پوشش حل شود و البته فشرده بودن باعث ميشود که مايعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگيرند. جريان پلاريزاسيون خوردگي در اين حالت 300 بار کمتر از حالتي است که به دو روش قديمي پاشش حرارتي و رسوبدهي شيميايي پوشش داده شده است.


انواع نانو روکش:
1-نانوذرات چسبانده شده روی یک زمینه :
2-روکشهای بلوری با ساختار نانومتری
3-لایه های نازک


نانوذرات چسبانده شده روی یک زمینه:
یکی از مشکلات خوردن پفک، چسبیدن ذرات پفک به دست است که باعث میشود انگشتانی نارنجی داشته باشیم.چگونگی چسبیدن ذرات پفک مثل تولید پوشش با استفاده از ذرات ریز است. با استفاده از نانوذرات و رطوبت، نانوروکش تهیه می شود.ذرات پفک به خاطر رطوبت به دست میچسبند (عامل چسباننده) و پوششی از ذرات پفک را ایجاد میکنند


روکشهای بلوری با ساختار نانومتری:
چیدمان اتم های مواد راه دیگری برای تولید نانوپوششهاست.اتم های تشکیل دهنده آنها به صورت منظم در جهت هایی خاص درون حوزه هایی مثل سلول های روی پوست دست قرار گرفته اند.باید اندازه دانه های این پوششها را به حد 1 تا 100 نانومتر درآورد.


کاربرد نانو روکش ها:
1-ساخت و ساز:کاشی ها و شیرهای خود پاک کن و ضد خش- لوله آلات ضدخوردگی
2-ساخت قطعات درگیر با دمای بالا :هوا و فضا
3-شیشه های ضد انعکاس و طیف گزین- شیشه های فتوکرومیک و الکتروکرومیک-آینه ها و شیشه های ضدمه و باران-ساخت قطعات موتور مقاوم در برابر حرارت:خودرو
4- تولید انرژی:صرفه جویی انرژی با استفاده از روکش های طیف گزی-روکشهای ضد انعکاس در پیل های خورشیدی جهت افزایش راندمان
5-صنایع:ساخت تأسیسات ضدخوردگی و مقاوم حرارتی
6-نساجی:تولید چادرهای مسافرتی ضدآب و لک-تولید البسه و پارچه های بیمارستانی ضد میکروب-تولیدپارچه های ضدآب،لک و میکروب


هزینه های خوردگی در صنایع مختلف:

هزينه خوردگي در آمريكا در سال ۱۹۹۸ ۳.۲ درصد (GNP) برآورد شد كه در همين سال هزينه مستقيم خوردگي براي ژاپن حدود ۰.۷۷ درصد (GNP) بدست آمد. متاسفانه آمار رسمي راجع به هزينه‌هاي خوردگي در ايران هنوز توليد نشده است. با توجه به شرايط اقليمي و تنوع آب و هوايي ايران، مناطق خورنده زيادي در كشور وجود دارد. خليج فارس و درياي عمان يكي از خورنده‌ترين آب‌هاي دنيا مي‌باشند؛ در مركز ايران محيط كويري و صنعتي و در شمال اتمسفر باراني، شرايط مناسبي براي خوردگي تجهيزات فراهم آورده اند.

مطالعات نشان داده‌اند كه خوردگي سازه‌هاي فلزي تاثير قابل ملاحظه‌اي بر اقتصاد كشورها دارد. اين هزينه‌ها در حوزه‌هايي مانند سازه‌هاي زيربنايي، حمل و نقل، صنايع همگاني، توليدات و صنايع نظامي نمايان مي‌شود.
اولين مطالعه در زمينه هزينه خوردگي در سال 1949 بوسيله پرفسور اوليگ (استاد دانشگاه MIT) ارائه شد كه كل هزينة خوردگي را با كمك جمع هزينة مواد، عمليات‌هاي مربوط و هزينه‌هاي مربوط به كنترل خوردگي تخمين زد. گزارش پرفسور اوليگ (Uhlig) اولين گزارشي بود كه باعث توجه به اهميت خوردگي در اقتصاد شد.
در سال 1960 اولين مطالعات (بعد از تخمين‌هاي پروفسور اوليگ) براي بررسي هزينة خوردگي در آمريكا انجام شد. در اين سال مشخص شد كه هزينة خوردگي در حدود 4% توليد ناخالص ملي است. براساس تحقيق ديگري در همان سال، هزينه‌هاي خوردگي در انگلستان نيز تقريباً مقداري مشابه بدست آمد.
اين گزارش باعث شد تا سال 1980 چندين گزارش در كشورهاي مختلف مثل آمريكا، انگليس و ژاپن در ارتباط با اقتصاد خوردگي ارائه شود. در سال 1975 هزينة خوردگي آمريكا 70 ميليارد دلار در سال محاسبه شد كه 2،4 درصد درآمد ناخالص ملي (GNP) بود گزارش ملي ژاپن كه در سال 1977 ارائه شد حدود 1 تا 2 درصد درآمد ناخالص ملي براي هزينه‌هاي خوردگي در آن كشور را نشان مي‌داد. براساس گزارش سال 1998 در آمريكا هزينه خوردگي 3.2 درصد (GNP) برآورد شد كه در همين سال هزينه مستقيم خوردگي براي ژاپن حدود 0.77 درصد (GNP) بدست آمد.
با توجه به شرايط اقليمي و تنوع آب وهوايي ايران، مناطق خورنده زيادي در كشور وجود دارد. خليج فارس و درياي عمان يكي از خورنده‌ترين آب‌هاي دنيا مي‌باشند. تجهيزاتي كه در اين آب‌ها كار مي‌كنند (اعم از تجهيزات ثابت مانند اسلكه‌هاي نفتي و سكوها و تجهيزات متحرك مثل نفت‌كش‌ها، ناوها و ناوچه‌هاي جنگي) تحت شديدترين خوردگي‌ها قرار دارند. در مركز ايران محيط كويري و صنعتي و در شمال اتمسفر باراني، شرايط مناسبي براي خوردگي تجهيزات فراهم آورده اند.
متاسفانه در ايران برروي آمار خوردگي فعاليت زيادي انجام نشده و آماري رسمي در اين زمينه وجود ندارد. اما بر اساس شواهد مي‌توان اذعان نمود كه هزينه‌هاي خوردگي در ايران اعدادي نجومي خواهد بود، چراكه اولا در اكثر صنايع مقوله خوردگي كاملا ناشناخته بوده و از روش‌هاي پيشگيري استفاده نمي‌شود. ثانيا اگر خوردگي در صنعتي شناخته شده باشد از روش‌هاي پيشگري قديمي و هزينه‌بر براي مقابله با آن استفاده مي‌شود. بنابراين تخمين‌ها براي هزينه خوردگي مي‌تواند بيش از 5 درصد درآمد ناخالص ملي در كشور باشد.

همانطور كه گفته شد خوردگي پديده‌اي است كه در اكثر محيط‌ها اتفاق مي‌افتد، از اين‌رو هيچ صنعتي نمي‌تواند از هزينه‌هاي خوردگي در امان باشد. نفت، گاز و پتروشيمي، كارخانجات و صنايع سنگين توليدي (ذوب آهن، فولادسازي و غيره)، حمل و نقل و آب و فاضلاب، از جمله صنايعي هستند كه به‌شدت با اين پديده دست به گريبانند.
نتیجه گیری:
با آمار و ارقامي كه در بالا به آن اشاره شد پي مي‌بريم كه هزينه‌هاي خوردگي در كشورها حجم بسيار بالايي از سرمايه‌هاي ملي را در برمي‌گيرد.
با نيم نگاهي كوتاه به تجربه ديگر كشورها، ملاحظه مي‌شود كه بسياري از كشورها در حال حاضر تمهيدات مناسبي را جهت مقابله با آسيب‌هاي ناشي از خردگي انديشيده و به‌كار مي‌گيرند.
به‌عنوان مثال ارتش آمريكا در سال 2001 با تبليغات وسيع اعلام كرد كه هزينه‌هاي خوردگي در ارتش از 10 ميليارد دلار در سال 2000 به 8 ميليارد دلار در سال 2001 كاهش پيدا كرده است.
يك نياز اساسي كه متخصصين خوردگي در آمريكا احساس كردند، انجام مطالعات سيستماتيك براي تخمين هزينه خوردگي فلزي بر اقتصاد آمريكا و تدوين يك استراتژي براي كاهش هزينه‌هاي خوردگي بوده است. در همين راستا براساس گفتگوهاي انجام گرفته بين جامعه مهندسان خوردگي آمريكا (NACE) و اعضاي كنگره و وزارت حمل و نقل
(US DOT) طرح اصلاحي براي هزينه خوردگي در حمل و نقل در قرن 21 ارائه شد كه در 1998 مورد پذيرش كنگره قرار گرفت.
در سال 2001 پروژه هزينه‌هاي خوردگي Corrosion Cost)) در آمريكا ارائه شد كه در اين گزارش هزينه مستقيم خوردگي با تحليل 26 بخش از صنعت كه اطلاعات كاملي از خوردگي داشتند انجام گرفت و اطلاعات استخراجي با برون‌يابي نتايج براي كل بخش‌هاي كشور تعميم داده شد. در نهايت كل هزينه مستقيم خوردگي تخمين زده شده 276 ميليارد دلار در سال كه معادل 1،3 درصد كل GNP آمريكا بود. همچنين هزينه‌هاي غيرمستقيم خوردگي نيز به‌صورت محافظه‌كارانه معادل هزينه‌هاي مستقيم لحاظ شد. از اين‌رو مي‌توان گفت هزينه كلي وارد بر آمريكا از بابت خوردگي بيش از 6 درصد GNP خواهد بود.
اكثر متخصصين كشور معتقدند كه ما ابتدا نياز به يك حركت اساسي در زمينه تهيه آمار كاملا رسمي در زمينه خوردگي داريم، تا ابعاد خوردگي در تمام صنايع به‌طور كامل مشخص شود. در مرحله بعد مي‌توان با تدوين استراتژي پيشگيري از خوردگي با كمك مجلس، صنايع را ملزم كرد تا يك‌سري حداقل‌ها را در زمينه خوردگي در مديريت خود لحاظ نمايند.
استراتژي‌هاي پيشگيري مي‌تواند شامل موارد زير باشد:
1- افزايش آگاهي از هزينه‌هاي بالاي خوردگي و پتانسيل‌هاي كاهش هزينه.
2- تغيير اين نگرش غلط ‌كه كاري در مورد كاهش هزينه‌هاي خوردگي نمي‌توان انجام داد.
‌- تغيير سياست‌ها، قوانين، استانداردها و تمرين مديريت تا جايي‌كه هزينه‌هاي خوردگي را از طريق مديريت اثربخش خوردگي كاهش دهيم.
4- افزايش آموزش و مهارت كارمندان به‌منظور شناخت و شناسايي روش‌هاي كنترل خوردگي.
5- بازنگري در فرآيند طراحي محصولات در راستاي جلوگيري از افزايش هزينه‌هاي خوردگي.
6- طراحي و تدوين متدهاي پيش‌بيني پيشرفته در عمر محصول و تشخيص در حين فرآيند.
7- ايجاد فناوري‌هاي پيشرفته كنترل خوردگي كه از تحقيقات به‌وجود مي‌آيد.

استفاده از نانو روکش ها پیشرفت ان باعث کاهش بسیاری از هزینه ها به خصوص خوردگی می شود.

81:

تهيه نانوذرات به روش آلياژسازي مکانيکي


روش آلياژسازي مکانيکي اولين بار توسط بنيامين(Benjamin) و همکاران‌اش در اواخر دهه شصت ِ قرن بيستم ميلادي معرفي شد. آن‌ها اين روش را به منظور توليد سوپرآلياژهاي پايه نيکلي استحکام يافته با ذرات اکسيدي به کار بردند.

طي اين فرايند، ذرات پودري خام در اندازه چند ميکرون تحت يک تغيير شکل پلاستيکي شديد قرار مي‌گيرند و پيوسته متحمل جوش سرد و شکست مي‌شوند. چنانچه پودر مورد استفاده از نظر ترکيب شيميايي کاملاً همگن باشد (براي مثال پودر يک عنصر يا پودر يک آلياژ) فرايند، آسياب کردن مکانيکي (( Mechanical Milling (MM)ناميده مي‌شود. در اين حالت، هيچ‌گونه تغييري در ترکيب شيميايي پودر اوليه صورت نمي‌گيرد و آلياژسازي مکانيکي تنها منجر به تغيير در ساختار داخلي و اندازه ذرات پودر مي‌گردد. سابقه تاريخي روش آسياب کردن مکانيکي به سال 1987 برمي‌گردد. مزيت آن نسبت به ديگر روش‌ها، اجراي آسان و کم‌هزينه در مقياس صنعتي است.

فرايند توليد پودر و پارامترهاي اصلي فرايند

ابتدا مواد خام را به همراه گلوله و مواد کنترل فرايند(PCA يا Process Control Agent) ، در داخل محفظه آسياب مي‌ريزند. در اثر چرخش محفظه‌ي آسياب، گلوله‌ها به مواد خام برخورد کرده، منجر به آسياب شدن و خردتر شدن مي‌شوند. در اين بين نيز مواد خام به دليل گيرافتادن بين گلوله‌ها بر اثر جوش سرد، پرس و به هم متصل مي‌شوند و ذرات بزرگتري به وجود مي‌آورند. شکل 1 به زيبايي نحوه پروسه را توضيح مي‌دهد.

در اولين مراحل آلياژسازي مکانيکي به دليل نرم بودن ذرات پودر، مکانيزم غالب، جوش سرد مي‌باشد و در نتيجه اندازه ذرات پودر افزايش مي‌يابد که اين افزايش تا چند برابر اندازه اوليه ذرات پودر گزارش شده است. با ادامه تغيير شکل و کار سخت شدن ذرات پودر، تمايل به شکست در ذرات پودر افزايش مي‌يابد. در نتيجه در مرحله دوم آلياژسازي مکانيکي، اندازه ذرات پودر کاهش مي‌يابد. در مرحله سوم و پس از گذشت زمان معيني حالت پايا بين سرعت جوش سرد و شکست به وجود مي‌آيد. در اين شرايط اندازه ذرات ثابت مي‌ماند و تغيير نمي‌کند.



آسياب‌هاي ستاره‌اي (متداول‌ترين نوع و محصول کارخانه Fritsh آلمان است)، شافتي(Attrition milling)، ارتعاشي( Shaker ball mill)، غلتشي( Tumbler mill )و مغناطيسي از متداول‌ترين آسياب‌ها هستند( شکل 2).

آسياب‌هاي سياره‌اي يکي از انواع آسياب‌هاي متداول در آلياژسازي مکانيکي هستند که تا چند صد گرم پودر را در هر بار آسياب مي‌کنند. اين نوع آسياب شامل دو تا چهار محفظه است که روي يک ديسک نصب شده‌اند. محفظه‌ها حول محور عمودي خود دوران مي‌کنند و به طور همزمان ديسک نگهدارنده محفظه‌ها نيز در جهت مخالف با چرخش محفظه‌ها دوران دارد. به اين ترتيب، مطابق شکل (2-الف) محفظه دو نوع حرکت چرخشي خواهد داشت که در نتيجه گلوله‌هاي داخل محفظه آسياب تا مسافتي به جداره داخلي آن چسبيده و در نقطه‌اي معين از جداره جدا شده و به سمت مقابل برخورد مي‌کنند.

در آسياب ارتعاشي چند گلوله داخل محفظه‌اي کوچک جاي مي‌گيرند و محفظه آسياب که بر روي يک بازو محکم شده است با فرکانس بالا ارتعاش مي‌کند (شکل 2-ب). در اين آسياب حرکات ارتعاشي در سه بعد صورت مي‌گيرد به طوري‌که دامنه حرکت در يک بعد بيشتر از دو بعد ديگر است. اگرچه سرعت خطي گلوله‌ها در آسياب گلوله‌اي سياره‌اي بيشتر از آسياب ارتعاشي است اما به دليل فرکانس بالاي ضربات در آسياب ارتعاشي، اين آسياب نسبت به آسياب ستاره‌اي، پرانرژي‌تر محسوب مي‌شود.

آسياب‌هاي غلتشي از يک محفظه استوانه‌اي بزرگ حاوي تعداد زيادي گلوله و يا ميله تشکيل شده و ظرفيت بالايي در حدود 100-0.5 کيلوگرم دارا مي‌باشند. محفظه به صورت افقي به وسيله دو غلتک چرخان مي‌غلتد (شکل 2-ج). در اين نوع آسياب، گلوله‌ها بر اثر نيروي گريز از مرکز تا مسافتي به ديواره محفظه چسبيده و بالا مي‌روند. سپس با غلبه نيروي جاذبه در ارتفاع مشخصي به پايين سقوط مي‌کنند. با تغيير سرعت چرخش غلتک‌ها، سرعت آسياب کرد نيز افزايش مي‌يابد. اما بيش از يک سرعت بحراني، نيروي گريز از مرکز بر جاذبه غلبه کرده و گلوله‌ها به جداره استوانه مي‌چسبند.

آسياب‌هاي شافتي همانند آسياب‌هاي غلتشي داراي يک محفظه استوانه‌اي و تعداد زيادي گلوله بوده و ظرفيت توليد بالايي نيز دارند. در اين نوع آسياب‌ها، محفظه استوانه‌اي ثابت است و حرکت گلوله‌ها توسط تعدادي پروانه که بر روي يک شافت عمودي نصب شده‌اند، صورت مي‌گيرد (شکل 2-د). بنابراين، کنترل درجه حرارت به وسيله عبور يک سيال در فاصله بين دو جداره محفظه به سهولت فراهم مي‌گردد. اما آب‌بندي اين گونه آسياب‌ها براي انجام عمليات آلياژسازي مکانيکي تحت شرايط خلأ يا اتمسفر خنثي مشکل است.

آسياب مغناطيسي، عملکردي مشابه با آسياب غلتشي دارد با اين تفاوت که در اين نوع آسياب يک ميدان مغناطيسي جايگزين نيروي جاذبه شده است (شکل 2-ه). اين نوع آسياب براي کاربردهاي آزمايشگاهي مفيد بوده و تا 100 گرم پودر را در هر مرحله آسياب مي‌کند.

آسياب‌هاي غلتشي و شافتي نسبت به ساير آسياب‌ها از انرژي کمتري برخوردار هستند اما به دليل طرفيت بالاي توليد، در مقياس صنعتي قابل استفاده مي‌باشند.

نانوتکنولوژی

مواد کنترلي (PCA)<\/h2>
از آسياب بدون PCA با توجه به جوش سرد نمي‌توان انتظارنانوپودر داشت. که شدت جوش سرد مواد داکتيل زياد است، به طوري که در يک آسياب گلوله‌اي معمولي، کمتر از 1% کاهش قطر پودر داريم و در آسياب‌هاي گلوله‌اي ويژه، اين مقدار به يک درصد نمي‌رسد. براي حل اين مشکل از PCA استفاده مي‌کنيم. پس اين مواد، مهم‌ترين عامل در رسيدن به نانوپودر هستند. اغلب آنها موادي آلي‌اند که جذب سطح شده، از آگلومره شدن (کلوخه‌اي شدن) آن‌ها جلوگيري مي‌نمايد.

محدوده‌ي ترکيبي اين مواد وسيع است (مي‌توان از مواد مختلفي استفاده کرد). از مهم‌ترين آن‌ها مي‌توان هگزان، اسيد استريک (نوعي اسيد آلي)، متانول و اتانول را نام برد. تحقيقات نشان داده است که ميزان حضور PCAها منجر به کاهش نمايي اندازه‌ي ذرات مي‌شوند. به عنوان مثال وقتي 1% وزني اسيد استريک به آلومينا اصافه کنيم، بعد از 5 ساعت اندازه ذرات 500 ميکرومتر ولي اگر 3% اضافه کنيم در همين مدت به ذراتي با اندازه‌ي 10 ميکرومتر خواهيم رسيد.

هم‌چنين اين مواد بر روي فاز نهايي، ميزان حلاليت جامد و تغييرات ميزان و نوع ناخالصي مؤثرند. البته بعضي مواقع محصولات جانبي واکنش‌هاي آسياب خود به عنوان PCA عمل مي‌کنند؛ اين حالت از نظر کنترل فرايند و آلوده نکردن محصول، بهترين حالت است. به عنوان مثال، در توليد زيرکونيا، کلريد زيرکونيوم را با منيزيا وارد آسياب کرده، که در نتيجه داريم:

ZrCl4 + 2MgO = ZrO2 + 2MgCl2

محصول جانبي واکنش (کلريد منيزيم) به عنوان يک PCA عمل مي‌کند و از به هم چسبيدن ذرات منفرد و نانوکريستال زيرکونيا ممانعت به عمل مي‌آورد، و در پايان به راحتي با يک شستشو از محصول جدا مي‌شود

82:

نانوحسگرها

نانوحسگرها
حسگر چیست؟
حسگر یک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند، ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند. شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت .
ساختار کلی یک حسگر:
درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند. آنزیمها ، گیرنده ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.
خصوصیات حسگرها:
یک حسگرایده آل باید خصوصیات زیررا داشته باشد :
1. سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه ی هدف باشد.
2. بسیار اختصاصی نسبت به گونه مورد نظر عمل کند.
3. قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد.
4. تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد.
5. سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد. ( درحد میلی ثانیه )
6. عدم پاسخ دهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما ، قدرت یونی محیط و …

نانوحسگرها
با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.
انواع نانو حسگرها:
نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ی نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند:
1.استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها:
نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.
2. استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها:
نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.
به طورکلی کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف ) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی:
این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده ازنانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.
ب) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی:
هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد. یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی وسیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازی های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله ها ی کربنی را نشان می دهد. تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.
3.استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها:
با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانه ی کشاورزی وغذایی ممکن است. تحقیقات درزمینه ی نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.
نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا:
یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه ی کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند. محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.
مبارزه با انتشار گازهای سمی:
انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده‌های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این‌گونه گازهای نشتی می‌شوند. نانوحس‌گرها که از نانوتیوب‌های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‌اند و می‌توانند مولکول‌های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم‌چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول‌های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی‌اند که این حس‌گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده‌های هوا و حتی مولکول‌های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
جذابیت‌های نانوحسگرها
به طور صریح این قبیل مزایای نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتی وسوسه‌انگیز برای بازار تلقی شوند. نانوحسگرها به طور ذاتی کوچک‌تر و حساس‌تر از سایر حسگرها می‌باشند. همچنین این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شدة آنها کمتر از قیمت تمام‌شده حسگرهای موجود در بازار باشد.
برای مثال اگر قیمت حسگرهای صنعتی متداول امروزی، چند 10 هزار دلار باشند برای نانوحسگرهایی که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظری چند 10 دلار برآورد می‌شود. نانوحسگرها همچنین هزینه جاری را نیز کاهش می‌دهند؛ زیرا به طور ذاتی برق کمتری مصرف می‌کنند.
درنهایت از آنجایی که نانوحسگرها هزینه‌های خرید و اجرا را کاهش می‌دهند؛ ممکن است به‌کارگیری آنها به صورت آرایه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنین بتوانند به شکل فراگیر و حتی اضافی در قطعات کاربرد پیدا کنند؛ به طوری‌که اگر یک نانوحسگر از کار بیفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضریب امنیت در حد مطلوبی باقی بماند، زیرا تعداد زیادی نانوحسگر دیگر در سیستم می‌توانند کار آن را به عهده بگیرند.
در بخش نظامی و امنیت ملی نیز احتیاج به حسگرهای بسیار حساسی است که بتوانند به صورت گسترده توزیع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بیوسم‌های زیستی را مورد بررسی قرار داد. در زمینه پزشکی نیاز به حسگرهای بسیار حساسی به صورت آزمایشگاه‌هایی بر روی تراشه است كه بتوانند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسایی کنند. در صنایع هوافضا احتیاج به نانوحسگرهایی است که در بدنة هواپیماها به عنوان سیستم هشداردهنده ثابت قرار بگیرند و مشخص کنند که چه زمانی هواپیما احتیاج به تعمیرات دارد.
در صنایع اتومبیل می‌توان از نانوحسگرها برای مصرف بهینه سوخت استفاده کرد. همچنین در اتومبیل‌های گران‌قیمت می‌توان برای بهبود وضعیت صندلی و وضعیت کنترل‌های موجود به تناسب حالت‌های مختلف بدن، این نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد.

83:

كاربردهاي فناوري نانو در مبارزه با خوردگي



در اين پوشش‌هاي نانوكامپوزيتي لايه لايه، يون‌هاي بازدارنده خوردگي قرار داده مي‌شود تا بتواند با نفوذ به سطح فلز پايه، آن‌ها را در برابر خوردگي محافظت كند و لايه انتهايي يك لايه سدكننده سيليكاتي است. اين پوشش‌ها نيز حفاظت خوردگي خوبي در مقايسه با پوشش‌هاي كروم نشان مي‌دهد.

نانوتکنولوژی
1- مقدمه
خوردگي يكي از معدود موارد طبيعي است كه اثر خود را هم در مراحل ساخت، توليد و بهره‌برداري نمايان مي‌سازد و هم منابع عظيمي را نيز در مرحله حفاظت و نگهداري به خود اختصاص مي‌دهد؛ به اين معني كه براي جلوگيري از خسارت‌هاي اقتصادي و زيست‌محيطي ناشي از خوردگي بايد انرژي و هزينه مصرف شود. براي خوردگي تعاريف فراواني ذكر شده است. در استاندارد 8804ISO، خوردگي به‌شكل واكنش فيزيكي – شيميايي متقابل بين فلز و محيط اطرافش تعريف شده است كه ماهيت الكتروشيميايي داشته و نتيجة آن تغيير در خواص فلزي است. اين تغييرات ممكن است منجر به از دست رفتن توانايي عملكرد فلز، محيط يا سيستم شامل آن‌ها شود.
خوردگي يك فرآيند كاملاً طبيعي است و منجر به كاهش سطح انرژي آزاد يك سيستم مي‌شود.
خوردگي از 3 طريق به بشر زيان مي‌رساند:
1- اتلاف ماده و انرژي
2- زيان‌هاي اقتصادي (خسارت مستقيم و غيرمستقيم از قبيل تعطيل كار،‌ آلودگي توليدات و ...)
3- زيان‌هاي زيست‌محيطي و ايمني

2- لزوم توجه به خوردگي
اهميت خوردگي به اين دليل است كه در اكثر محيط‌ها اتفاق مي‌افتد، محيط‌هاي آبي، غيرآبي و حتي بدن انسان موارد قابل ذكري است كه خوردگي در آن‌ها روي مي‌دهد.
يكي از موارد حساس كاربردهاي فلزات در بدن انسان است؛ به‌عنوان نمونه مي‌توان از فولادهاي ضدزنگ به‌عنوان چاقوهاي جراحي و استفاده از پلاتين در بدن انسان در موارد شكستگي استخوان نام برد. اگر اين چنانچه اين فولادهاي ضدزنگ بدون داشتن استانداردهاي پزشكي مورد استفاده قرار گيرند، مي‌تواند عوارض خطرناكي مثل فوت و يا قطع عضو را به‌همراه داشته باشد كه اين مقوله متاسفانه در كشور ما بسيار اتفاق مي‌افتد.
مثال‌هاي مذكور در حيطه هزينه‌هاي غيرمستقيم قرار مي‌گيرند. كه اين دست هزينه‌ها اغلب جايي ثبت نمي‌شود. آماري كه كشورهاي پيشرفته ارائه مي‌دهند، مربوط به هزينه‌هاي مستقيم خوردگي است. بنابر مطالعه انجام شده توسط پروفسور اوهليگ، در كشورهاي پيشرفته حدود سه تا 5 درصد درآمد ناخالص ملي (GNP) صرف هزينه‌هاي مستقيم خوردگي مي‌شود كه آمار استخراج شده در سالهاي 1970، 1985 و 1998 در آمريكا مويد اين مساله بوده است. متاسفانه در كشور ما به‌علت ناآشنايي مديران صنايع با مقوله خوردگي، اغلب آماري ارائه نمي‌شود. بر اساس تخمين انجمن خوردگي ايران اين رقم در ايران حدود 5 درصد درآمد ناخالص ملي است. بر اساس گزارش اين انجمن در سال 1379 هزينه‌هاي خوردگي در ايران معادل 27000 ميليارد ريال برآورد شد كه اين رقم، رقمي نجومي براي اقتصاد ايران به‌حساب مي‌آيد. علاوه‌بر آن، مقادير زيادي ارز كشور نيز براي خريد تجهيزات و مواد نگهدارنده (در جهت كاهش خوردگي) هزينه مي‌شود.
بر اساس گزارش انجمن خوردگي ايران، هزينه‌هاي خوردگي در اقتصاد ايران را به 4 قسمت اصلي تقسيم مي‌شوند:
1- گروه كشاورزي 2- گروه نفت 3- گروه صنايع و معادن 4- گروه خدمات
بيشترين هزينه‌هاي خوردگي مربوط به گروه خدمات و كم‌ترين آن مربوط به گروه كشاورزي است.
بر اين اساس كل مبلغ هزينه‌ها در بخش خدمات 2/1320 ميليارد تومان، در بخش نفت 7/511 ميليارد تومان،‌ بخش صنايع و معادن 6/523 ميليارد تومان و بخش كشاورزي 373 ميليارد تومان بوده است.
نانوتکنولوژی
3-كاربردهاي نانوفناوري در كنترل خوردگي
به‌طور كلي 6 روش براي كنترل خوردگي مطرح شده است:
«طراحي، انتخاب مواد، پوشش، استفاده از بازدارنده، حفاظت كاتدي و آندي»
در دنيا بر روي نانوپوشش‌ها بسيار كار شده است و نانوپوشش‌هاي بسياري گسترش پيدا كرده است. اما نفوذ نانوفناوري در روش‌هاي ديگر كنترل خوردگي بسيار ضعيف بوده است.

- نانوپوشش‌ها
1- پوشش‌هاي نانوهيدروكسي‌آپاتيد براي ايمپلنت‌هاي مورد استفاده در بدن انسان
شركت IMCO با استفاده از تكنيك الكتروفورتيك در دماي محيط نانوساختار هيدروكسي آپاتيد را بر روي انواع ايمپلنت‌ها پوشش مي‌دهد. اين ايمپلنت‌ها كاربردهاي مختلف در دندانپزشكي و اورتوپدي دارند. روش‌هاي قديمي شامل پاشش حرارتي و رسوب‌دهي شيميايي مي‌شدند كه ورود نانون به اين عرصه، دو فايده اساسي را به‌دنبال داشت:
فايده اول افزايش استحكام باند مي‌باشد. در روش‌هاي قديمي اعمال پوشش هيدروكسي آپاتيد، استحكام چسبندگي پوشش بسيار پايين است. به‌طوري‌كه به اصطلاح عملي، در روش پاشش حرارتي، MPa30 و در رسوب‌دهي شيميايي MPa 14 است. اما اين روش باعث مي‌شود كه استحكام چسبندگي به حدود MPa60 برسد.
فايده دوم، بهبود مقاومت خوردگي است. اين پوشش‌هاي نانويي 100% فشرده و 100% كريستالي است، كه باعث مي‌شود مشكل انحلال آمورفي اين پوشش حل شود و البته فشرده بودن باعث مي‌شود كه مايعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگيرند. جريان پلاريزاسيون خوردگي در اين حالت 300 بار كمتر از حالتي است كه به 2 روش قديمي پاشش حرارتي و رسوب‌دهي شيميايي پوشش داده شده است.

2- پوشش‌هاي چند لايه‌اي نانويي براي مصارف نظامي و غيرنظامي
اخيراً پوشش‌هايي گسترش پيدا كردند كه داراي چندين لايه هستند كه هر لايه در اين پوشش، هدف خاصي را دنبال مي‌كنند. اين پوشش‌ها با توجه به گزارش‌هايي كه شده است داراي مصارف نظامي و غيرنظامي است. اين پوشش‌ها هدف‌هاي چندي را دنبال مي‌كند كه عبارتند از:
«1- كاهش هزينه چرخه عمر 2- كاهش هزينه نگهداري تجهيزات 3- كاهش آلودگي‌هاي محيطي»
اين پوشش‌ها در چرخنده‌ها، موتورها، سوئيچ‌هاي الكترونيكي و سنسورها كاربرد فراوان دارد.
يكي از خصوصيات منحصر به فرد اين پوشش اين است كه زماني كه پوشش‌ها آسيب ديده و بايد عوض شوند، به‌راحتي از روي سطح برداشته مي‌شود. همچنين در بين لايه‌هاي اين پوشش از لايه‌هاي حس‌گر استفاده مي‌شود كه قادر است آسيب‌ديدگي مكانيكي و خوردگي را تشخيص دهد.
شركت NANOMAG، پوشش‌هايي از جنس نانو كامپوزيت كه مقاوم در برابر خوردگي مي‌باشد، توليد مي‌كند كه اين پوشش‌ها جايگزين پوشش‌هاي پايه كروم خطرناك مي‌شود كه براي آلياژهاي منيزيم مخصوصاً براي احتياجات صنايع خودروسازي، هوا – فضا و هوانوردي مناسب مي‌باشد.
منيزيم كه يك سوم از آلومينيوم و 80 درصد از فولاد سبك‌تر است به‌طور فزاينده‌اي از زمان اولين حضورش در ماشين‌هاي مسابقه در طول سال‌هاي 1920، براي اين هدف استفاده شده است. كاربردهاي آلياژهاي پايه منيزيم هم‌اكنون تا پوشش‌هاي دنده، لوله‌هاي چندشاخه ورودي، و پوشش‌هاي سرسيلندرها نيز امتداد پيدا كرده و حتي چرخ‌ها، بخش‌هاي بدنه و قسمت‌هاي اصلي فرمان را نيز در بر گرفته است.
نانوتکنولوژی
خواصي مانند قدرت بالا نسبت به وزن (در مقايسه با ضريب وزن) و ارتعاش‌گيري خوب (جذب ارتعاش) صدا و لرزش، با استفاده از تكنيك‌هاي ريخته‌گري تحت فشار، توليد آسان قطعات را به‌همراه دارد و استفاده متداول و رايجي در بخش‌هايي مانند هوا – فضا و دستگاه‌هاي الكترونيكي قابل حمل دارد. اما منيزيم به‌دليل واكنش‌پذيري بالا، مقاومت پاييني در برابر خوردگي دارد، از اين‌رو نياز استفاده از پوشش‌هاي مناسب برروي سطوح منيزيمي بسيار احساس مي‌شود.
از هدفهاي رشد و توسعه پروژه NaNoMAG فراهم آوردن امكاني مي‌باشد كه از طريق آن روكش‌هاي نانوكامپوزيتي (مركب) كه تميز و سازگار با طبيعت هستند شكل گيرد كه اقتصادي‌تر و مقرون به صرفه‌تر نيز خواهد بود. همچنين اين پوشش‌ها مقاومت‌هاي بهتري هم براي خوردگي و ساييدگي خواهند داشت.
براي ايجاد اين پوشش‌ها از روش‌هاي پلاسمايي رسوب شيميايي بخار (PECVD)، پلاسمايي رسوب فيزيكي بخار (PEPVD) و همچنين فناوري Sol-gel استفاده مي‌شود.

3- پوشش‌هاي نانو با يون‌هاي بازدارنده خوردگي
شركت ناماديكس (Namadics) بر روي نوعي از پوشش‌هاي كامپوزيت فعاليت مي‌كند كه اثر حفاظتي بسيار خوبي از خود نشان مي‌دهد. اين پوشش‌ها با استفاده از تكنيك Layer-by-Layer assembly و يا electrostatic self assembly ساخته مي‌شود. در اين پوشش‌هاي نانوكامپوزيتي لايه لايه، يون‌هاي بازدارنده خوردگي قرار داده مي‌شود تا بتواند با نفوذ به سطح فلز پايه، آن‌ها را در برابر خوردگي محافظت كند و لايه انتهايي يك لايه سدكننده سيليكاتي است. اين پوشش‌ها نيز حفاظت خوردگي خوبي در مقايسه با پوشش‌هاي كروم نشان مي‌دهد و مي‌تواند جايگزين مناسبي براي آن‌ها باشد (با توجه به اين‌كه پوشش-هاي كروم به علت آلودگي‌هاي زيست محيطي در حال انقراض است).

4- پوشش‌هاي استثنايي آلياژي با ساختار نانو مقاوم در برابر خوردگي
تحقيقات انستيتوي شيمي با همكاري انستيتوي Semi conductors (نيمه رساناها) باعث خلق و ابداع تعداد زيادي پوشش‌هاي جديد از آلياژهاي فلزي با ساختار نانو شده‌اند كه براي مقاومت در برابر خوردگي فوق‌العاده بالايشان، مورد توجه قرار گرفته‌اند. اين پوشش‌ها از طريق پاشش مغناطيسي فلز شكل گرفته‌اند. ساختار نانوكريستال‌هاي اين پوشش‌ها لايه‌هاي اثرناپذير پايدار را به‌وجود مي‌آورند كه ويژگي‌هاي ناقص و معيوب پوشش‌هاي قديمي را ندارند. مشاهده شده است كه پوشش‌ها با ساختار نانوكريستال، نسبت به پوشش‌ها داراي ساختار بي‌شكل، مقاومت بالايي در برابر خوردگي دارند.

- فولاد ضدزنگ با مقاومت خوردگي فوق‌العاده بالا:
مشكل اصلي آلياژهاي فولادي استحكام پايين آن است كه مصرف آن را در كاربردهاي مقابله با خوردگي كاهش مي‌دهد. شركت Sandvik با استفاده از فناوري نانو و با اضافه كردن نانو ذرات در مرحله ذوب توانسته آلياژهاي فولاد ضدزنگ با مقاومت خوردگي بالا، انعطاف‌پذيري مناسب قبل از عمليات حرارتي و استحكام بالا بعد از عمليات حرارتي توليد كند. با استفاده از اين فناوري مي‌توان فولاد ضدزنگ را جايگزين آلومينيوم كرد. با اين آلياژ قادريم با هزينه كمتر، همان استحكام و وزن را بدست آوريم. كاربردهاي قابل تصور براي اين آلياژ در شاسي (بدنه ماشين) سبك وزن، ابزار ورزشي و تجهيزات پزشكي است.

نتيجه‌گيري
1- بر اساس آمار ارايه شده در متن گزارش هزينه‌هاي خوردگي تاثير بالايي بر اقتصاد كشور دارد كه بايستي توجه لازم به آن مبذول شود.
2- در دنيا بر روي نانوپوشش‌ها (نانو هيدروكسي‌آپاتيد و نانومگ و پوشش‌هاي نانوكامپوزيتي) بسيار كار شده است و نانوپوشش‌هاي بسياري گسترش پيدا كرده است. اما نفوذ نانوفناوري در روش‌هاي ديگر كنترل خوردگي بسيار ضعيف بوده است.
3- پيشرفت در حوزه هاي ديگر حفاظت از خوردگي مثل حفاظت كاتدي و آندي و ممانعت‌كننده، نيازمند ايده‌پردازي و تشكيل جلساتي با حضور متخصصين خوردگي و نانوفناوري مي‌باشد
.

84:

نانو دانش و فنون مقياس نانو
دانشمندان مي‌کوشند روش‌هايي ابداع کنند که بتوان با آنها سطوحي در مقياس 1 تا 100 نانومتر را شکل داد. چنين دستاوردي براي فناوري نانو بسيار مهم و بنيادي است، زيرا دانشمندان رشته‌هاي مختلف مانند الکترونيک، داروسازي يا تشخيص بيماري‌ها را براي ورود به دنياي نانو توانمند مي‌سازد. پس از اختراع ميکروسکوپ تونل‌زني اتمي
(STM)
و میکروسکوپ نیروی اتمی

(AFM)
متخصصان زيادي کوشيده‌اند طرح‌هايي را با مشقت فراوان توسط بازوهاي ظريف اين ميکروسکوپ‌ها اتم به اتم بچينند. نمونه‌هايي از اين طرح‌ها در شکل زير ديده‌ مي‌شوند. اين کار زمان زيادي مي‌برد و براي انجام آن بايد خلأ بسيار بالا و دماي پايين ايجاد کرد
نانوتکنولوژی

گروه ديگري از متخصصان، از
STM و AFM
براي خراشيدن يا ايجاد واکنش اکسيداسيون در سطوح نانويي استفاده کرده‌اند. اين تکنيک‌ها کاربردهاي مهمي دارند، اما متأسفانه اکسيداسيون را تنها بر سطوح خاصي از فلزات و نيمه‌هادي‌ها به وجود مي‌آورند و به علاوه نمي‌توان به‌راحتي آنها را براي ايجاد چند لايه روي هم به کار گرفت.
?نانوليتوگرافيِ قلمِ آغشته? که به طور خلاصه

DPN
ناميده مي‌شود، روش نويني براي طراحي سيستم‌ها در مقياس نانومتري است. در اين روش يک سوزن بسيار نوک‌تيز، مواد شيميايي (جوهر) را روي سطح مورد نظر مي‌نشاند. با اين روش، که شبيه استفاده از پر براي نوشتن است، نقش‌هايي به ريزي چند ده نانومتر قابل ترسيم‌اند. همچنين مي‌توان انواع گوناگوني از جوهرها، از پوشش‌هاي فلزي گرفته تا ذرات نانومتري يا مولکول‌هاي زيستي را در شرايط کنترل‌شده به کار گرفت.
نانوتکنولوژی

نانوليتوگرافيِ قلمِ آغشته چيست؟
اين روش توسط ?سي ميرکين? و همکارانش در دانشگاه ?نورث وسترن? ابداع شد. آنها توانستند مولکول‌ها را در فرآيندي قابل کنترل با استفاده از نوک سوزن يک ميکروسکوپ نيروي اتمي روي سطح بنشانند. اين روش در شکل زير نشان داده شده است

در کارهاي اوليه‌اي که به روش
DPN
انجام مي‌شد، مولکول‌ آلي ?تايول? و سطح طلا به کار مي‌رفتند (شکل 2). با استفاده از اين سيستم، عوامل مؤثر در انتقال جوهر و حد دقت آن مشخص شد. به‌ويژه معلوم گرديد که پخش جوهر بر روي سطح، براي اين سيستم، به عوامل محيطي مانند دما و رطوبت وابسته است. متخصصان با کنترل اين عوامل موفق به دستيابي به دقت بيشتر در ترسيم شدند. علاوه بر اين، محققان توانستند لايه‌اي‌ به ارتفاع فقط يک مولکول، به تفکيک 12 نانومتر، را با استفاده از
AFM
به دست آورند.
مقصود از تفکيک حداقل فاصلة قابل رعايت بين دو نقطه در طرح است، به طوري که دو نقطه از هم قابل تجزيه باشند. اين مفهوم معادل قدرت تفکيک در چاپگرهاست
نانوتکنولوژی
شکل 2: نقش جوهر بر روي طلا که با استفاده از نانوليتوگرافي قلم آغشته در سرعت‌هاي متفاوت نگاشته شده‌اند. (سرعت‌ها از چپ به راست: 0.8، 0.6، 0.4، 0.2 و 0.1 ميکرومتر بر ثانيه)
قدرت بي‌نظير
DPN
و قابليت‌هاي وسيع آن، توجه محققان زيادي را به خود جلب کرد. آنها دست به آزمايش‌هاي زيادي با اين تکنيک زدند. در نتيجة اين تحقيقات، آنها متوجه شدند فرآيند
DPN
براي تعداد زيادي از مولکول‌ها به عنوان جوهر قابل انجام است: سورفکتانت‌ها، مولکول‌هاي بزرگِ باردار مانند پروتئين‌ها و پوليمرها، مواد تشکيل‌دهندة سل‌ژل، اکسيدهاي فلزي و حتي نانوذرات (شکل زير را ببينيد). سطوح قابل استفاده شامل فلزات (مانند طلا اگر از تيول به عنوان جوهر استفاده شود)، نارساناها (مانند اکسيد آلومينيوم يا اکسيد سيليکون) و نيمه‌رساناها (مانند آرسنيد گاليم) هستند.
سورفَکتانت‌ها موادي آلي هستند، داراي يک سر قطبي (آب‌گريز) و يک سر غيرقطبي (آب‌دوست). سر قطبي در آب محلول است، اما سر غير قطبي در آب حل نمي‌شود و به همين علت اين مواد هميشه به سطح آب مي‌آيند و چون سطح آب محدود است، اين مولکول‌ها يک لاية نازکِ به‌هم‌فشرده و منظم را تشکيل مي‌دهند. به اين خاصيت ?خودساماندهي? مي‌گويند. انواع مواد شوينده از اين نوع‌اند. در مواد شوينده سر غيرقطبي به چربي‌ها و روغن‌ها مي‌چسبد و در نتيجه مي‌توانيم آنها را با آب بشوييم

نانوتکنولوژی
شکل 3 : نمونه‌هايي از مواد شيميايي که به عنوان جوهر در نانوليتوگرافيِ قلمِ آغشته به کار گرفته شده‌اند
توانايي‌هاي منحصربه‌فرد فرآيند
DPN
آن را به روشي پيشرو براي ترسيم نقوش با تفکيک بالا در ابعاد نانومتري تبديل مي‌کند. در بين روش‌هايي که براي ابعاد زير 50 نانومتر قابل استفاده‌اند، مانند ليتوگرافي پرتو الکتروني،
DPN
تنها ابزاري است که مي‌تواند مولکول‌ها را به طور مستقيم در شرايط کنترل‌شده روي سطح بنشاند. در حقيقت، از آنجا که ابزارهاي
DPN
از ميکروسکوپ‌هاي پيمايشي استفاده مي‌کنند، مي‌توانند عمليات ترسيم نقوش و تصويربرداري را همزمان انجام دهند. مسئلة مهم در اينجا توليد نقوش پيچيده در ابعاد نانومتري نيست؛ مسئلة مهم‌تر اين است که بتوان اين نقوش را ــ که ممکن است ملزم به پياده‌سازي در چند مرحلة مجزا باشند ــ به دقت نسبت به هم تثبيت کرد. محققان با استفاده از
DPN
توانسته‌اند نقوش مختلف را با استفاده از جوهرهاي مختلف با خطاي کمتر از 5 نانومتر روي هم رسم کنند
براي جمع‌بندي مي‌توانيم بگوييم که نانوليتوگرافيِ قلمِ آغشته، مزاياي زير را دارد
یک. قدرت تفکيک بالا. ترسيم نقوشي به کوچکي 12 نانومتر، با دقت 5 نانومتر و قابل تطبيق بر نقوش لايه‌هاي بعدي؛
دو. بي‌نياز از خلأ. براي انتقال جوهر به سطح با استفاده از سوزن

AFM،
کافي است شرايط محيطي محصورشده‌اي فراهم کنيم. بر خلاف برخي روش‌هاي ديگر، در اين روش ترسيم به خلأ نيازي نيست. اين خاصيت به‌ويژه در مورد مولکول‌هاي زيستي که در خلأ آسيب مي‌بينند بسيار مهم است؛
سه. قدرت ترسيم مستقيم. مواد مورد نظر مي‌توانند دقيقاً (و فقط) در جايي که مطلوب است گذارده شوند. به علاوه، نقوش ترسيم‌شده به اين روش، به عنوان فيلتر فوتورزيست براي فرآيندهاي ميکروالکترونيک استاندارد قابل استفاده اند؛
چهار. امکان به کارگيري مواد گوناگون. در نقش‌هاي ترسيمي با

DPN
مي‌توان از انواع متنوع جوهر بر روي سطوح مختلف استفاده کرد؛
پنج. قابليت هدايت خودکار. اين روش را مي‌توان به‌راحتي و با برنامه‌ريزي ماشين‌هاي موجود به طور خودکار پياده کرد.


اين برتري‌ها،
DPN
را روشي بسيار سودمند براي توسعة ليتوگرافي در ابعاد نانومتري ساخته است. در مقياس آزمايشگاهي، اين تکنيک مي‌تواند همة کارآيي‌هاي ساير روش‌هاي ليتوگرافي را داشته باشد. اما حوزه‌هاي گوناگون صنعت هم مي‌توانند با استفاده از اين روش به توليد صنعتي محصولات جديد بپردازند. در ادامه به چند کاربرد اين تکنيک که احتمال صنعتي شدن آن زياد است، اشاره مي‌کنيم.
کاربردهايي براي
DPN

پيش‌بيني در مورد مسير فناوري‌هاي نوظهورا بسيار مشکل است. با اين حال، بررسي تعداد مقالات و فعاليت‌هاي علمي نشان مي‌دهد که

DPN
احتمالاً تأثير مهمي در صنعت خواهد گذاشت. در اين بخش، به چند حوزة مهم که اين فناوري بر آنها تأثيرگذار خواهد بود تمرکز مي‌کنيم؛ گرچه هنوز حوزه‌هاي ديگري براي بررسي و پيدا کردن کاربردهاي جديد وجود دارند.



DNA
يک مولکول بسيار بزرگ است که از کنار هم قرار گرفتن عوامل ساختاري کوچک‌تري به نام ?ژن? تشکيل مي‌شود. ترکيب و ترتيب قرارگيري ژن‌ها در اين مولکول، همة خواص زيستيِ مولکول مانند کارکرد و سرعتِ تکثير آن را مشخص مي‌کند. در صورتي که ترتيب ژن‌ها به علت عوامل خارجي يا داخلي تغيير کند، اصطلاحاً ?جهش ژنتيکي? رخ مي‌دهد که عامل بسيار مهمي در ايجاد بسياري از بيماري‌ها ــ و از همه مهم‌تر سرطان ــ است. از همين رو، اگر ترکيب ژن‌هاي
DNA
را ثبت کنيم، مي‌توانيم به نارسايي‌هاي آن پي ببريم و اين گام بسيار مهمي در تشخيص و درمان بيماري است (در صورت تشخيص زودهنگام سرطان، احتمال درمان بيماري بسيار زياد است).
الف ـ آرايه‌هاي مولکول‌هاي زيستي در ابعاد ميکرو و نانو
امروزه زيست‌شناسان از روش‌هاي جديدي براي تشخيص ترکيب ژنتيکي مولکول‌هاي زيستي استفاده مي‌کنند. تقريباً همة اطلاعات لازم در مورد ساختار يک سلول و بيماري‌هاي احتمالي آن، مانند جهش ژنتيکي که عامل اصلي ايجاد سرطان و برخي نارسايي‌هاي ديگر زيستي است، در

DNA
وجود دارد.
جديدترين ابزاري که براي تشخيص ژن‌هاي
DNA
به کار گرفته مي‌شود، ?چيپ‌هاي زيستيِ آرايه‌اي? است. در اين ابزار، تعداد زيادي حس‌گر که هر کدام به نوع خاصي از ژن حساس‌اند، به‌دقت کنار هم چيده شده‌اند. ترتيبِ قرارگيري آنها طوري تنظيم شده است که هر دسته از آنها نوع مشخصي از ترتيبِ ژن‌ها را مشخص مي‌کنند. به طوري که هر
DNA
به خاطر ساختار خاص خود تنها به يک دسته از حس‌گرها مي‌چسبد. با تشخيص محل قرارگيري مولکول
DNA
ناشناخته روي چيپ زيستي و مقايسة آن با مرجع، مي‌توان ترکيب ساختاري مولکول را به‌سرعت پيدا کرد.
براي ساخت چيپ‌هاي زيستيِ آرايه‌اي که بتوانند انواع مختلف

DNA
را تشخيص دهند، بايد بتوانيم تعداد زيادي مولکول‌ حس‌گر را به‌درستي کنار هم بچينيم.
DPN
به عنوان تکنيکي براي نوشتن مستقيم مولکول‌ها روي سطوح، قابليت‌هاي زيادي به دست پژوهشگران داده است و توان ساخت چيپ‌هاي پيشرفته‌تر با سرعت و دقت تشخيص بسيار بالاتر را فراهم آورده است.

ب ـ ساخت ماسک براي حک کردن طرح‌هاي نانومتري با استفاده از خوردگي مرطوب
يکي از روش‌هاي مرسوم براي ترسيم طرح‌ها روي سطوح، ?خوردگي مرطوب? است. خوردگي مرطوب شباهت زيادي به تکنيکي دارد که براي ايجاد يک فيبر مدار چاپي براي يک مدار خاص الکترونيکي استفاده مي‌شود، اما در ابعادي بسيار کوچک‌تر. در اين روش ابتدا طرح مورد نظر با لايه‌اي از مواد مقاوم در برابر خوردگي روي سطح ترسيم مي‌شود. سپس سطح در مايعي قرار مي‌گيرد که خاصيت خوردگي دارد. در نتيجه، قسمت‌هايي که در تماس با مايع‌اند حل مي‌شوند. ميزان پيشروي در سطح با کنترل عوامل مختلف، مانند دما، ميزان غلظت حلال و زمان تماس با مايع قابل تنظيم است. اما لازمة اين روش، رسم طرح مورد نظر با مادة مقاوم روي سطح است. به طور سنتي اين کار با استفاده از تکنيک‌هاي عکاسي صورت مي‌گرفت، اما از انجا که طول موج نور بسيار بزرگ‌تر از نقش‌هايي است که مي‌خواهيم ايجاد کنيم، رسيدن به قدرت تفکيکِ کمتر از چند صد نانومتر با روش‌هاي سنتي غيرممکن است. به همين علت،

DPN
که به طور مستقيم طرح مورد نظر را با مادة مقاوم بر روي سطح رسم مي‌کند، پيشرفت بسيار مهمي در اين حوزه به شمار مي‌رود. قابليت به‌کارگيري اين تکنيک براي سطوح مختلف، ميزان اميدواري کارشناسان براي به‌کارگيري صنعتي آن را افزايش مي دهد. به‌تازگي سوزن‌هاي مخصوص چندگانه‌اي براي ترسيم موازيِ طرح‌ها با تکنيک
DPN
ساخته ‌شده‌اند که مي‌توانند تا ده هزار طرح را به طور موازي رسم کنند. تصوير زير را ببينيد
نانوتکنولوژی

شکل 4: استفاده از آراية سوزن‌ها در نانوليتوگرافيِ قلمِ آغشته براي حک طرح‌هاي يکسان به طور موازي
آخرين دستاورد: استفاده از جوهرهاي خشک
به‌تازگي با استفاده از يک تکنيک جديد در مرکز تحقيقات نيروي دريايي آمريکا و دانشگاه ?جُرجيا تِک? ــ که بر پاية

DPN
طراحي شده است ــ محققان توانسته‌اند انواع جديدي از جوهرهاي خشک را به طور کنترل‌شده روي سطح بنشانند. در اين روش، دماي سوزن ميکروسکوپِ نيروي اتمي با سازوکاري داخلي قابل تغيير و کنترل است. با افزايش دماي سوزن، مادة جامدي که به عنوان جوهر روي سوزن قرار داده شده است ذوب مي‌شود و روي سطح مي‌چسبد. با سرد کردن سوزن، ديگر جوهر به سطح نمي‌چسبد و به اين ترتيب مي‌توان طرح پياده‌شده را با دقت بيشتري کنترل کرد. مراحل اين فرآيند در تصوير زير ديده مي‌شوند. اين روش را ?نانوليتوگرافيِ قلمِ آغشتة گرمايي? ناميده‌اند
نانوتکنولوژی
يکي از مهم‌ترين مزاياي اين روش امکان به‌کارگيري آن در خلأ است. جوهرهاي مايع در خلأ قابل استفاده نيستند، زيرا به‌سرعت قبل از اينکه به سطح بچسبند بخار مي‌شوند. اين موضوع گاهي باعث کاهش دقت مسير جوهر و پخش شدن آن روي سطح مي‌شود. با استفاده از روش گرمايي امکان ترسيم نقش‌هاي ظريف‌تر فراهم شده است. محققان اميدوارند بتوانند طرح‌هايي را در ابعاد کمتر از 10 نانومتر با اين روش ترسيم کنند. استفاده از سوزن‌هاي متعدد براي ترسيم موازي، در اين روش هم امکان‌پذير شده است.
مراجع
1- ?The Evolution of Dip-Pen Nanolithography?, Chad A. Mirkin et al. Angew. Chem Int. Ed. 2004, pp. 30, 43, 45.
2- Getting Small with Dip-Pen Nanolithography, S. Cruchon-Dupeyrat, Nanoink Inc.
3- ?Nanoscale Deposition of Solid Inks via Thermal Dip Pen Nanolithography?, P.E.Sheehan et al. Applied Physics Letters, 2004, Vol. 85, No. 9, pp. 1589-1591.


دربارة مبتكر روش ليتوگرافي قلم آغشته
نانوتکنولوژی

?چاد ميرکين? ليسانس خود را از کالج ديکينسون (1986) و دکتراي خود را از دانشگاه ايالتي پنسيلوانيا (1989) گرفت. بعد از گذراندن يک دورة پَسادکتري در ام. آي. تي با حمايت بنياد ملي علوم آمريکا جزو هيئت علمي دانشگاه نورث وسترن شد. او در حال حاضر کرسي جرج راتمان در شيمي و مديريت مرکز تحقيقات نانوفناوري را در اين دانشگاه بر عهده دارد. ميرکين همچنين رهبري يک برنامة تحقيقاتي بين‌رشته‌اي متمرکز بر فيزيک و شيمي براي ارائة راه‌حل‌هاي مسائل نانوفناوري، به‌خصوص معماري سطوح در اين ابعاد را انجام مي دهد.

او جوايز بسياري گرفته است که از جمله مي‌توان به اينها اشاره کرد:
1. جايزة ACS در شيمي محض؛
2. جايزة فاينمن؛
3. جايزة ويلسون از دانشگاه هاروارد.
او جزو بنيانگذاران دو شرکت

Nanoink و Nanosphere
است. فعاليت‌هاي اين دو شرکت بر اساس يافته‌هاي علميِ گروه او شکل گرفته‌اند


85:

ساخت روکش‌های فلزی غیر سمی

مقاومت فلزات در برابر خوردگی در بسیاری از کاربردها اعم از الکترونیک، هوانوردی نیروگاه‌های برق و... از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بهترین روکش‌های موجود به این منظور، دارای ترکیبات کروم (نوعی فلز سمی) است؛ لذا دانشمندان همواره به دنبال یافتن روش‌های جایگزینی بودند تا بتوان با استفاده از این ترکیب سمی به نتیجه‌ی مطلوبی دست یافت.

اخیراً محققان آزمایشگاه ملی بروکهاون وزارت انرژی آمریکا با استفاده از فناوری نانو و بدون استفاده از ترکیبات کرومی، روش جدید و بسیار مؤثری را برای روکش کردن فلزات یافته‌اند. به گفته‌ی پروفسور توشیفومی سوگامی، در این شیوه‌ی جدید طی یک فرایند دو یا سه‌مرحله‌ای فیلم‌های بسیار نازکی محتوی نانوذرات فلزی روی خود فلز ایجاد شده، روکشی به ضخامت 10 نانومتر به ‌دست می‌آید. این روکش از مقاومت بسیار بالایی برخوردار است و می‌تواند حتی در شرایط بسیار سخت و آب‌های شور، از فلز در برابر خوردگی محافظت نماید. مزیت دیگر این روکش‌های فوق‌العاده نازک، کاهش مقدار ماده‌ی مصرفی است که به کاهش هزینه‌ها می‌انجامد.

مقاومت بالای این روکش‌ها در برابر خوردگی و سمیت کم آنها موجب شده تا بتوان از آنها در مواد مختلفی از قبیل آلومینیوم، فولاد، نیکل، روی، مس، برنز و برنج استفاده نمود.

به عقیده‌ی سوگامی، در شرایطی كه پیشگیری از خوردگی ناشی از شوری اهمیت بسیاری دارد؛ مثل توری‌های آلومینیومی کندانسور نیروگاه‌هایی که با هوا خنک می‌شوند، و صنایع تولیدکننده‌ی شیرهای صنعتی، پمپ‌ها و...، از مواردی است که این روکش‌ها می‌تواند کاربرد عمده‌ای در آن داشته باشند.

استفاده از این روکش به روش‌های مختلفی امکان‌پذیر است؛ به‌عنوان مثال در یکی از این روش‌ها می‌توان آن را به‌صورت یک محلول مایع روی فلز اسپری نمود و یا اینکه فلز مورد نظر را در این مایع غوطه‌ور کرد؛ روکشی که به این شکل روی فلز قرار گرفته پس از طی یک یا دو مرحله به روش‌های حرارتی و یا ایجاد واکنش‌های اتصال عرضی پرداخت شده و همزمان با آن، نانوذرات اکسید فلزی بی‌خطر برای محیط زیست از قبیل اکسیدهای با پایه‌ی سریوم داخل آن، شکل می‌گیرند.

آب‌گریزی شدید، رسوب داده شدن نانوذرات اکسید فلزی روی سطح فلز و چسبندگی بسیار خوب این روکش به فلز از عوامل کلیدی در کاهش حداکثری خوردگی است. میزان کاهش خوردگی در این روکش‌ها مشابه و بلکه بسیار بهتر از روکش‌هایی است كه دارای ترکیبات کرومی هستند. در واقع این روکش‌های جدید حتی نسبت به روکش‌های مشابه پوشش بهتری را هم برای سطوح فلزی ایجاد می‌کنند که به‌ویژه در ساختارهای فلزی ظریف مزیت بسیار قابل توجهی به شمار می‌آید. این روش خصوصاً با توجه به نازک بودن فوق‌العاده‌ی روکش مورد استفاده از کارامدی و صرفه‌‌ی اقتصادی بسیار بالایی هم برخوردار است.

گفتنی است این اختراع هم‌اکنون با شماره‌ی 7507480 به ثبت رسیده، آماده‌ی واگذاری امتیاز است.

86:

روكش‌های ضدخوردگی خود ترميم‌شونده

Helmut Mohwald, Dmitry Shchukin از مؤسسه ماكس‌پلانك و همكارانشان در دپارتمان مهندسي سراميك و شيشه‌ دانشگاه Aveiro پرتقال فرآيندي تشريح كرده‌اند كه طي آن يك فلز با لايه نازك ژل مانندي روكش‌دهي شده است. به دليل وجود نوعي افزودني در ژل به كار رفته، هنگام آسيب ديدن، بلافاصله ترميم آغاز شده و شكاف يا حفره ايجاد شده روي فلز خود به خود ترميم مي‌گردد.
از روش‌هاي متداول و عمومي براي محافظت از خوردگي مي‌توان به گالوانيزاسيون و پوشش‌هاي پليمري اشاره كرد، البته راه ساده‌تري نيز وجود دارد و آن افزودن يك لايه ضد آب روي آهن، فولاد، آلياژهاي آلومينيوم و ديگر فلزات مستعد خوردگي است. پوشش‌هاي كرم يكي از روش‌هاي معمول و مؤثر در اين راستا است اما خطرات كرم براي سلامتي در طي فرآيند ساخت، از جمله مشكلات پيش‌رو در اين زمينه است به طوري كه استفاده از پوشش‌هاي كرم از سال 2007 به بعد در اروپا ممنوع خواهد شد.
بنابراين هر يك از اين روش‌ها معايب خاص خود را دارند و در نهايت اگر پوشش آسيب ببيند و آب، هوا يا عامل خورنده به فلز پايه برسد اين آسيب‌رساني تشديد مي‌گردد. بنابر اين بهترين راه‌حل ساخت يك پوشش خود ترميم شونده است كه خود را در حين آسيب ديدگي يا ايجاد ترك ترميم كند. تهيه يك فلز خود ترميم‌كننده ايده‌اي دست نيافتني نيست.
اين روش شامل پركردن لايه به لايه روكش‌هاي خود ترميم شونده با حامل‌هاي مولكولي حاوي مواد ضدخوردگي است كه به شكل نانومخازن مرتب شده‌اند. اين لايه‌ها به تعداد زياد روي هم قرار دارند. نانوذرات دي‌اكسيدسيليكون يا سيليكا توسط لايه‌اي از پليمرهاي باردار مانند پلي‌اتيلن آمين و سولفانات پلي‌استايرن پوشش داده مي‌شوند، سپس لايه‌اي از ماده ضدخوردگي مانند بنزوتري‌آزول، روي اين نانوذرات قرار داده مي‌شود، در نهايت اين نانوذرات به همراه ژل سيليكا كه داراي اكسيدزيركونيوم است روي فلز رسوب داده شده و پوشش محافظي روي آن ايجاد مي‌گردد.
محققان اين روش را روي فلز آلومينيوم با موفقيت‌ آزمايش كردند. ذرات سيليكا يك بستر براي مواد ضدخوردگي و پليمرهاي باردار فراهم مي‌كند و اكسيدزيركونيوم باعث افزايش قدرت چسبندگي لايه محافظ روي فلز پايه مي‌گردد.
اين پوشش همانند ديگر پوشش‌ها عمل مي‌كند و تنها تفاوت آن هوشمند بودن در برابر آسيب‌ديدگي است. زماني كه پوشش دچار آسيب‌ديدگي شود، مواد ضدخوردگي از پليمرها در قسمت آسيب‌ديده آزاد شده و به درون لايه ژلي نفوذ مي‌كنند و به سرعت باعث ترميم شكاف ايجاد شده مي‌شوند، تمام اين مراحل قبل از رسيدن هر گونه عامل خورنده به فلز پايه صورت مي‌گيرد.
به عقيده Shchukin، اين پوشش قادر است آلومينيم را در محلول نمكي براي مدت زمان طولاني محافظت كند. زماني كه پوشش آسيب مي‌بيند، نقطه آسيب ديده كه طولي كمتر از چند ده ميكرومتر دارد در كمتر از 24 ساعت ترميم مي‌شود. وي در ادامه افزود اين پوشش هم اكنون براي محافظت از آلياژهاي آلومينيوم در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
در حال حاضر اين مواد مي‌توانند شكاف‌هايي تا طول 100 ميكرومتر را در محلول آبي يا نمكي ترميم كنند. قدم بعدي توسعه اين پوشش‌ها جهت محافظت از ديگر فلزات مانند فولاد است. در پايان اين گروه تصميم دارند تا با سرعت بخشيدن به فرآيند آزاد شدن نانو مخازن حاوي مواد ضدخوردگي و ترميم كننده سرعت ترميم را افزايش دهند.

87:

مشخصه یابی مواد نانو؛ ضرورت و دسته بندی


پس از فرآیند ساخت و تولید، ما به ابزارها و تکنیک‌هایی نیاز داریم تا ثابت و تبیین کنیم که مواد، ابزار و یا سیستم‌هایی را در مقیاس نانو ساخته‌ایم. از طرفی ابزارها و دستگاه‌های ِ ساده مانند میکروسکوپ‌هایی که هم اکنون در آزمایشگاه‌ها از آن استفاده می‌کنیم، برای مشاهده دنیای نانو کارآمد نیست. اندازه‌گیری خواص و مشخصه‌یابی نانوساختارها نیازمند روش و ابزارهای توسعه یافته است.

مشخصه‌یابی مواد نانو در واقع، تعیین مشخصات متنوع ِ نانوساختارها اعم از اندازه ذرات (بین 1تا 100 نانومتر)، شکل ذرات (کروی، سوزنی، لوله‌ای، بی‌شکل و ...)، خواص نوری، خواص مکانیکی، خواص سطحی (زبری، یکنواختی و ..)، خواص مغناطیسی و .. می‌باشد. برای تعیین هر یک از خصوصیات ذکر شده از ابزار و تکنیک‌هایی استفاده می‌شود که اطلاعات دقیق و مفیدی را از ابعاد نانو به ما بدهد. از آنجا که خواص منحصر به فرد نانومواد به شدت وابسته به اندازه ذره، ساختار سطحی و برهمکنش‌های بین ذرات تشکیل دهنده‌ی ِ آن هاست، بنابراین، مشخصه‌یابی نانومواد در توسعه و کاربردی کردن نانومواد بسیار مهم هستند.
روشهایی که جهت مشخصه‌یابی و آنالیز خواص نانومواد استفاده می‌شود عبارتند از:
1. روش‌های پرتو ایکس
2. میکروسکوپ الکترونی
3. میکروسکوپ پروپی روبشی ( Scanning Probe Microscopy (SPM
4. روش‌های اندازه‌گیری خواص مغناطیسی
1. روش‌های پرتو ایکس
این روش‌ها شامل:
الف: پراش پرتو ایکس (X-Ray Diffraction (XRD
ب: طیف سنجی فتوالکترونی پرتو ایکس ( X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS
می‌باشد. روش اول از طریق پردازش و آنالیز پرتو ایکس ِ بازگشتی از سطح نمونه، به بررسی اندازه‌ی دانه‌ها در نانوذرات می‌پردازد، و روش دوم برای مطالعه‌ی ترکیب شیمیایی سطح نمونه استفاده می‌شود.
2. میکروسکوپ الکترونی
میکروسکوپ‌های الکترونی شامل دو نوع زیر است:
الف: میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscopy (TEM
ب: میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning Electron Microscopy (SEM
میکروسکوپ‌های الکترونی از بهترین ابزار برای بررسی اندازه و شکل نانومواد می‌باشند. این نوع از میکروسکوپ‌ها نیز همانند میکروسکوپ‌های ِ نوری، تصویری از سطح ماده را به ما می‌دهند. با این تفاوت که، دقت میکروسکوپ‌های الکترونی بسیار بیشتر از میکروسکوپ‌های نوری می‌باشد و همچنین، در میکروسکوپ‌های الکترونی به جای نور از الکترون‌هایی استفاده می‌کنند که انرژی زیادی در حد چند هزار الکترون ولت دارند. این انرژی هزاران بار بیشتر از انرژی یک فوتون (2 تا 3 الکترون ولت) می‌باشد.
3. میکروسکوپ پروبی روبشی
این نوع میکروسکوپ نیز خود شامل دو نوع می باشد:
الف: میکروسکوپ تونلی روبشی (Scanning Tunneling Microscopy (STM
ب: میکروسکوپ نیروی اتمی (Atomic Force Microscopy (AFM
این نوع میکروسکوپ برای به دست آوردن تصاویر سه بعدی از نانومواد بسیار مناسب می‌باشند. این روش علاوه بر پستی و بلندی سطح، می تواند امکان تعیین ساختار سطحی، ساختار الکترونیکی، ساختار مغناطیسی و یا هر خاصیت موضعی دیگر را فراهم آورد.
نوع الف این میکروسکوپ‌ها بیشتر برای آنالیز شیمیایی سطوح رسانا در شرایط خلأ استفاده می‌شود. اما نوع ب بستگی به رسانا بودن سطح نمونه ندارد و یکی از کاربردهای بسیار مهم آن اندازه‌گیری خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی است.
4. روش‌های اندازه گیری خواص مغناطیسی
هدف از مغناطیس‌سنجی، اندازه‌گیری میزان مغناطش نانومواد است که با روش‌های گوناگون و با استفاده از پدیده‌های مغناطیسی مختلف می‌تواند انجام شود. دو روشی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از:
الف: مغناطیس سنج با نمونه ارتعاشی ( Vibration Sample Magnetometer (VSM
ب: منحنی‌های مغناطش بر حسب دما (منحنی ZFC و منحنی FC)
در روش اول نمونه پس از مراحل آماده‌سازی در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گرفته و منحنی مغناطش آن بر حسب میدان اعمالی (منحنی پسماند ) رسم می‌شود. با بررسی و تفسیر منحنی پسماند می‌توان میزان مغناطش و بسیاری از مفاهیم دیگر مغناطیسی در نانومواد را به دست آورد.
نانو الکترونیک یکی از پرکاربردترین شاخه های فناوری نانو می باشد که در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته و به کمک شاخه های دیگر علم آمده است.
کامپوزیت ترکیبی است که از لحاظ ماکروسکوپی از چند ماده متمایز ساخته شده باشد، به طوری که این اجزاء به آسانی از یکدیگر قابل تشخیص باشند.





88:

نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر
نویسنده : مجتبي برزگر - حسن علم خواه





مقدمه :

نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر بهبود فوق‌العاده‌اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پرکننده استفاده مي‌شود، ايجاد مي‌کند. اين تکنولوژي که امروزه مي‌تواند کاربرد تجاري نيز پيدا کند، توجه زيادي را طي سالهاي اخير به خود جلب کرده است. عمدة پيشرفت‌هايي که در اين زمينه بوقوع پيوسته، طي پانزده سال اخير بوده و در اين مقاله به اين پيشرفتها و همچنين مزيتها، محدوديتها و برخي مسايل و مشکلات آن خواهيم پرداخت.
هر چند اخيراً پيشرفتهاي عمده‌اي در توسعة روشهاي سنتزي و کاربرد آنها در پليمرهاي مهندسي صورت گرفته و تحقيقاتي نيز در مورد خيلي از خواص مهندسي آنها صورت گرفته، ولي با اينحال، براي فهميدن مکانيزم‌هايي که باعث افزايش کارايي در نانوکامپوزيتهاي مرسوم به الياف تقويت مي‌شوند، مزيتها و امتيازاتي دارد، ولي هنوز نتوانسته تاثيري در بازار کامپوزيتهايي که در آنها جزء اليافي درصد بالايي دارد، ايجاد کند.
موضوع فناوري نانو طي سالهاي اخير بطور فزاينده‌اي مطرح شده است. عرصة نانو، محدوده‌اي بين ابعاد ميکرو و ابعاد مولکولي است و اين محدوده‌اي است که دانشمندان مواد و شيميدان‌ها در آن به مطالعاتي پرداخته‌اند و اتفاقاً مورد توجه آنها نيز قرار گرفته است، مانند مطالعه در ساختار بلورها. ولي تکنولوژي که توسط علوم مواد و شيمي توسعه يافته و به نانومقياس معروف است، نبايد به عنوان نانوتکنولوژي تلقي شود. هدف اصلي در نانوتکنولوژي ايجاد کاربردهاي انقلابي و خواص فوق‌العاده مواد، با سازماندهي و جنبش آنها و همچنين طراحي ابزار در مقياس نانو مي‌باشد.
تعريف

نانوکامپوزيت‌هاي خاک رس - پليمر يک مثال موردي از نانوتکنولوژي هستند. در اين نوع مواد، از خاک رس‌هاي نوع اسمکتيت ( Smectite-type ) از قبيل هکتوريت، مونت موريلونيت و ميکاي سنتزي، به عنوان پرکننده براي بهبود خواص پليمرها استفاده مي‌شود. خاک رس‌هاي نوع اسمکتيت، ساختاري لايه‌اي دارند و هر لايه، از اتمهاي سيليسيم کوئورانيه شده بصورت چهار وجهي که به يک صفحه هشت وجهي با لبه‌هاي مشترک از Al(OH) 3 يا Mg(OH) 2 متصل شده، تشکيل شده است. با توجه به طبيعت پيوند بين اين اتمها، انتظار مي‌رود اين مواد خواص مکانيکي فوق‌العاده‌اي را در جهت موازي اين لايه‌ها نشان دهند ولي خواص مکانيکي دقيق اين لايه‌ها هنوز شناخته نشده‌اند. اخيراً با استفاده از روشهاي مدل‌سازي تخمين زده شده که ضريب يانگ در راستاي لايه‌ها، پنجاه تا چهارصد برابر بيشتر از يک پليمر عادي است. لايه‌ها نسبت صفحه‌اي ( aspect ratio ) بالايي دارند و هر لايه تقريباً يک نانومتر ضخامت دارد، در حاليکه شعاع آن از سي نانومتر تا چند ميکرون، متفاوت مي‌باشد. صدها يا هزاران عدد از اين لايه‌ها بوسيله يک نيروي واندروالسي ضعيف، روي هم انباشته مي‌شوند تا يک جزء رسي را تشکيل دهند. با يک پيکربندي مناسب اين امکان وجود دراد که رس‌ها را به اشکال و ساختارهاي گوناگوني، درون يک پليمر، به شکل سازمان‌يافته قرار دهيم.
در گذشته، عمدتاً به اين شکل از دانه‌هاي رسي براي افزايش کارايي پليمر استفاده مي‌شود که آنها را در حد ميکروني خرد مي‌کردند تا از آنها در توليد پليمرهاي تقويت شده بوسيله پرکننده‌هاي در اندازه ميکرون، استفاده کنند. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده.
مي‌توان تصور کرد که خواص مکانيکي فوق‌العاده لايه‌هاي منفرد در اجزاي خاک رس نتوانند در يک سيستم به طرز موثري عمل کنند و پيوندهاي ضعيف بين دو لايه منشاء ايراد در اين کار مي‌باشد. معمول است که از ميزان بالايي از خاک رس استفاده شود تا به بهبود کافي هر ضرايب دست يابيم، در حاليکه اين کار باعث کاهش استحکام و سختي پليمر مي‌شود.
نانوتکنولوژی
شکل 1: اصول کاربردي متفاوت در ساخت ميکرو و نانوکامپوزيت‌هاي رايج
اصلي که در نانوکامپوزيت‌هاي خاک رس - پليمر رعايت مي‌شود، اين است که نه تنها دانه‌هاي رسي را از هم جدا مي‌کنند، بلکه لايه‌هاي هر دانه را نيز از هم جدا مي‌کنند (همانطور که در شکل 1 بصورت شماتيک نشان داده شده است) با انجام اين عمل، خواص مکانيکي فوق‌العاده هر لايه نيز بطور موثر بکار مي‌آيد و اين در حالي است که در اجزاي تقويت شده نيز بطور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند، زيرا هر جزء رسي خود از صدها تا هزارات لايه تشکيل شده است.
ويژگي ها نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر

يکي از دستاوردهاي تحقيقات اين است که مشخص شده که بسياري از خواص مهندسي هنگاميکه از ميزان کمي معمولاً چيزي کمتر از 5% وزني، پرکننده استفاده شود، بهبود قابل توجهي مي‌يابد. در پليمرهايي چون نايلون ( nylon-6) 6 هرگاه از چنين ميزان کمي پرکننده استفاده شود، يک افزايش 103 درصدي در ضريب يانگ، 49 درصدي در قدرت کشساني و 146 درصدي در مقاومت در برابر تغيير شکل بر اثر گرما، از خود نشان مي‌دهد. ساير خواص فيزيکي بهبود يافته عبارتند از: مقاومت در برابر آتش، مقاومت بارير ( barrier resistance ) و هدايت يوني.
امتياز ديگر نانوکامپوزيتهاي خاک رس - پليمر اين است که تاثير قابل توجهي بر خواص اپتيکي پليمر ندارند. ضخامت يک لايه رس منفرد، بسيار کمتر از طول موج نور مرئي است، بنابراين نانوکامپوزيت‌هاي خاک رس - پليمر که خوب ورقه شده باشد، از نظر اپتيکي شفاف مي‌باشد. ميکرو نانوکامپوزيت‌هايي که تصويرشان در شکل 1 نشان داده شده، از ترکيب خاک رس و پلي پروپيلن و با استفاده از روش سرد کردن سريع جهت به حداقل رساندن اثر کريستاليزاسيون، ساخته شده‌اند. ميکروکامپوزيت‌هاي مرسوم، قهوه‌اي و مات به نظر مي‌رسند، در حاليکه نانوکامپوزيت‌ها تقريباً شفاف و بيرنگند. با اين دلايل، نتيجه مي‌گيريم که نانوکامپوزيتهاي خاك رس/ پليمر نمايش خوبي از نانوتکنولوژي مي‌باشد. با سازماندهي و چينش ساختار کلي در پليمرها در مقياس نانومتر، مواد جديد با خواص نو يافت شده‌اند. نکته ديگر در توسعه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر اين است که اين تکنولوژي، فوراً مي‌تواند کاربرد تجاري پيدا کند، در حاليکه بيشتر نانوتکنولوژي‌هاي ديگر، هنوز در مرحله مفاهيم و اثبات هستند.
كاربردهاي نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر
اولين کاربرد تجاري اين مواد با استفاده از نانوکامپوزيت خاك رس / نايلون 6 بعنوان روکش نوار زمان‌سنج براي ماشينهاي تويوتا در همکاري با ube در سال 1991 بود. به فاصله کمي بعد از آن Unikita نانوکامپوزيت نايلون6 را بعنوان محافظ روي موتورهاي GDI شرکت ميتسوبيشي معرفي کرد. در آگوست 2001، ژنرال موتورز و باسل، کاربرد نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر را بعنوان جزء مکمل COMC ساخاري و شورلت اکستروژن‌ها به همگان اعلام کرد. اين امر با کاربرد اين نانوکامپوزيت‌ها در درب‌هاي شورلت ايمپالاز ( Impalas ) صورت گرفت.
اخيراً شرکت نوبل پليمرز ( Noble/Polymers ) نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس / پلي‌پروپيلن را براي استفاده در صندلي‌هاي هندا آکورد ساخته است و اين در حالي است که Ube دارد نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس / نايلون12 ( clay/nylon-12 ) را براي استفاده در اجزاي سيستم سوخت‌رساني، توليد مي‌کند.
علاوه بر کاربرد در صنعت خودرو، نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر، به صنايع نوشيدني‌ها نيز راه يافته‌اند. Alcos CSZ نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر چندلايه را در کاربردهاي جديد خود (بعنوان مواد خطي – سدي) ( barrier liner materials ) بکار مي‌برد. شرکت Honey well محصولات نانوکامپوزيت خاك رس - پليمري Aegis TM NC resin را در بسته‌بندي نوشيدني‌ها بکار مي‌برد و اخيراً شرکت‌هاي Mitsubishi Gas Chemical و Nano car ، نانوکامپوزيتهاي Nylon-MXD6 را براي ساخت بطري‌هاي چند لايه ( polyethylene terephtalate) PET ساخته است.
تاريخچه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر

اگرچه تحقيقات در مورد ترکيب خاك رس/ پليمر به قبل از 1980 برمي‌گردد، ولي کارهايي که در آن زمان صورت گرفت را نبايد در تاريخچه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر به حساب آورد، چرا که هيچگاه به نتيجه چشمگيري براي بهبود خواص فيزيکي و مهندس آنها ختم نشد. در حقيقت مي‌توان منشاء نانوتکنولوژي خاك رس - پليمر را کارهاي شرکت تويوتا که تلاش براي لايه‌لايه کردن دانه‌هاي رسي در نايلون6 شروع شد، دانست. آنها فاش ساختند که توانسته‌اند بهبود قابل توجهي در خواص پليمرها، با تقويتشان بوسيله خاک رس در مقياس نانومتر، ايجاد کنند. از آن موقع به بعد تحقيقات وسيعي در اين زمينه در سطح جهان انجام شده است. در حال حاضر اين بهبودها به ساير پليمرهاي مهندسي از جمله پلي پروپيلن ( PP ) ، پلي اتيلن، پلي استايرن، پلي وينيل کلريد، آکريلونيتريل، پليمرهاي بوتا اي ان اسنايرن ( ABS ) ، پلي متيل متاکريلات، PET ، کوپليمرهاي اتيلن سوينيل استات، پلي اکريلونيتريل، پلي کربنات، پلي اتيلن اکسيد ( PEO ) ، اپوکسي رزين، پلي اميد، پلي لاکتيد، پلي کاپرولاکتون، فنوليک رزين، پلي-پي فنيلن وينيلن، پلي پيرول، لاستيک، استارک (آهار)، پلي اوراتان، پلي وينيل پيريدين، سرايت کرده.
تکنولوژي ساخت نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر

مرحله نهايي در ساخت نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر، جدا جدا کردن لايه‌هاي رسي و پخش آن در پليمر مي‌باشد. استراتژي کار بستگي دارد به سازگاري و همگون بودن رس و پليمري که استفاده مي‌شود. اين تعيين مي‌کند که آيا نياز به عمليات مقدماتي روي خاك رس يا پليمر قبل از مخلوط کردن هست يا نه. اگر سطح لايه‌هاي سيليکاتي با پليمر، سازگار و همگون باشد، اختلاط مستقيم بين اين دو مي‌تواند اتفاق بيفتد، بدون اينکه نياز به عمليات مقدماتي باشد. چنين مواردي بيشتر وقتي اتفاق مي‌افتد که پليمر قابل حل در آب، مانند PEO يا PVP استفاده کنيم، چرا که اين پليمرها و سطح لايه‌هاي سيليکات، هر دو آبدوست هستند و نيروهاي دوقطبي يا وان‌دروالسي بين لايه‌هاي سيليکات، باعث سهولت جذب مولکولهاي آبدوست و ايجاد فشارهاي عمودي روي لايه مي‌شود که در نتيجه باعث جداکردن تک‌تک لايه‌هاي رسي در اين پليمرها مي‌گردد.
اما به هر حال، بيشتر پليمرها آب گريز و در نتيجه با دانه‌هاي رسي آبدوست، ناسازگار هستند. در اين موارد نياز به يکسري عمليات مقدماتي روي خاک رس يا پليمر داريم. پرکاربردترين روش‌هاي براي اصلاح دانه‌هاي رسي، استفاده از آمينواسيدها، نمکهاي آمونيم آلي و يا فسفونيم تترا ارگانيک‌هاست تا سطح آبدوست رس‌ها را به آب گريز تبديل کنيم. دانه‌هاي رسي که به اين روش اصلاح مي‌شوند، ارگانوکلي ناميده مي‌شوند. در مورد پليمرهايي که فاقد هرگونه گروه عاملي مي‌باشند، مانند پلي پروپيلن ( PP ) ، معمولاً از تکنيک هاي افزودن گروه عاملي قطبي روي زنجيره پليمري استفاده مي‌شود و يا اينکه در طي فرآيند ساخت، پليمرهاي پيوند خورده را بصورت مستقيم وارد مي‌کنند. مثلاً در نانوکامپوزيت هاي رسي / پلي پروپيلن ( clay PP ) از مالئيک اسيد پيوند خورده به پلي پروپيلن، بصورت مستقيم استفاده شده است. در طي پيشرفتهاي اخير، از مخلوطي که پلي پروپيلن، پروپيلن پيوند خورده با مالئيک ايندريد و ارگانوکلي استفاده شده است.
روشهاي زيادي در توليد نانوکامپوزيتها استفاده شده، ولي سه روشي که از ابتداي کار توسعه بيشتري يافته‌اند عباراند از: پليمريزاسيون in situ ، ترکيب محلول القاشدن و فرآيند ذوبي .
روش اينسيتو عبارت است از وارد نمودن يک پيش ماده پليمري بين لايه‌هاي رسي و آنگاه پهن کردن و سپس پاشيدن لايه‌هاي رسي درون ماده زمينه ( matrix ) با پليمريزاسيون. ابتکار اين روش بوسيله گروه تحقيقاتي شرکت تويوتا بود و زماني رخ داد که مي‌خواستند نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر6 را بسازند. اين روش قابليت و توانايي توليد نانوکامپوزيتهايي با لايه لايه شدگي خوب را دارد و در محدوده وسيعي از سيستم هاي پليمري، کاربرد دارد. اين روش براي کارخانه‌هاي پليمر خام مناسب است تا در فرآيندهاي سنتزي پليمر، نانوکامپوزيت‌هاي رسي - پليمر بسازند و مخصوصاً براي پليمرهاي ترموستينگ (پليمرهايي که در برابر گرما مستحکم‌تر مي‌شوند) بسيار مفيد است.
روش ترکيب محلول القا شده ( solution induced interceletion ) از يک حلال براي بارگيري و پخش رس‌ها در محلول پليمري استفاده مي‌شود. اين روش هنوز مشکلات و موانع زيادي را در راه توليد تجاري نانوکامپوزيت‌ها پيش رو دارد. قيمت بالاي حلالهاي مورد نياز و همچنين مشکل جداسازي فاز حلال از فاز محلول توليد شده، از جمله اين موانع هستند. همينطور در اين روش، نگرانيهايي از نظر امنيت و سلامتي وجود دارد . با اين وجود اين روش در مورد پليمرهاي محلول در آب قابل بعنوان حلال استفاده مي‌شود و همچنين امنيت بيشتر و خطر اجرا و مقرون به صرفه است، بخاطر قيمت پايين آب که کمتر آن براي سلامتي.
در روش فرآيند ذوبي، ترکيب خاك رس و پليمر در حين ذوب شدن انجام مي‌شود. بازده و کارآيي اين روش به اندازه روش اينسيتو نيست و کامپوزيتهاي توليد شده، ورقه‌ورقه شدگي کمي دارند. به هر حال اين روش مي‌تواند در صنايع توليد پليمر قديمي که در آنها از روشهاي قديمي مانند قالبگيري و تزريق ( Extrution and injection molding ) استفاده مي‌شود، بکار رود و اتفاقاً نقش مهمي در افزايش سرعت پيشرفت توليد تجاري نانوکامپوزيت‌هاي رس - پليمر ايفا کرده است.
علاوه بر اين سه روش با روش‌هاي ديگر نيز در حال توسعه هستند که عبارتند از: ترکيب جامد، کوولکانيزاسيون و روش سل-ژل. اين روشها بعضاً در مراحل ابتدايي توسعه هستند و هنوز کاربرد وسيع پيدا نکرده‌اند.
رقابت نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر با کامپوزيتهاي اليافي

با پيدا شدن سروکله تکنولوژي نانوکامپوزيت، جهشي در زمينه تقويت پليمرها بوجود آمده، و معقول به نظر مي‌رسد که فکر کنيم نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر، بتوانند جاي کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف مرسوم را بگيرند.
از نظر تئوري، تقويت پليمرها در مقياس نانويي، امتيازات برتري نسبت به کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف دارند. ضعف کامپوزيت-هاي تقويت شده با الياف، در واقع يک شکست در راه استفاده مفيد از خواص ذاتي و طبيعي مواد است. مثلاً سعي مي‌کنيم که با بکارگيري پيوندهاي قوي کووالانسي و استفاده از صفحه‌هاي آروماتيک ساختار گرافيتي، مواد کربني را مستحکم‌تر کنيم. در حاليکه الياف کربني که امروزه استفاده مي‌شود، تنها 3 تا 4 درصد استحکام نظري صفحات آروماتيک را به دست مي‌دهند. عدم اتصال داخلي بين صفحات آروماتيک در ساختار الياف کربني، مانع دستيابي به استحکام مطلوب مواد مي‌شود، در حاليکه اين مشکل در مورد نانوکامپوزيتهاي تقويت شده با پرکننده‌هاي لايه‌اي وجود ندارد. هنگاميکه از پرکننده‌هاي لايه‌اي و ورقه‌اي در زمينه پليمري استفاده مي‌شود، اتصالات و پيوندهاي داخلي بوجود آيد و بنابراين حداکثر استفاده از خواص ذاتي و طبيعي لايه‌هاي منفرد مي‌شود.
در حقيقت خواص مکانيکي بدست آمده، در بهترين نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر بسيار کمتر از کامپوزيتهايي است که از درصد بالايي الياف، براي تقويت استفاده مي‌کنند. در حال حاضر بيشترين پيشرفتها و بهبودها در خواص مکانيکي نانوکامپوزيتهاي خاك رس / نايلون6 بدست آمده که در آنها 4 درصد وزني از خاك رس بارگذاري شده است. شکل 2 ضريب و قدرت کشساني اين نانوکامپوزيت را با نايلون 60 و نايلون 60 تقويت شده با 48 درصد وزني، الياف خرده شيشه‌اي نشان مي‌دهد. مشاهده مي‌شود که بهترين نانوکامپوزيت خاك رس - پليمري، هنگاميکه حجم بالايي از جز را تقويت‌کننده اليافي مطرح باشد، نمي‌تواند با کامپوزيتهاي اليافي همساني و رقابت کند. به منظور دستيابي به خواص مکانيکي بهتر عناصر تقويت‌کننده بيشتري در نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر مورد نياز است، در حاليکه چنين کاري غيرممکن است. زيرا هنگاميکه عمل لايه لايه شدن اتفاق مي‌افتد، سطح تماس لايه‌هاي رسي صدها و بلکه هزاران برابر مي‌شود و اين باعث مي‌شود که مولکولهاي پليمر کاني، براي خيس کردن تمام سطح تقويت‌کننده‌هاي رسي نداشته باشيم.
نانوتکنولوژی
شکل 2
در هر حال، هنگاميکه بحث استفاده از درصد پايين پرکننده مطرح باشد، در اين حالت نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر را با کامپوزيتهاي تقويت شده بوسيله الياف، مقايسه کنيم، مي‌بينيم که نانوکامپوزيتها تقويت بهتري را نسبت به کامپوزيتهاي اليافي مرسوم، نشان مي‌دهند. اطلاعات بدست آمده بوسيله تحقيقات Fornes و Panl در مورد ضريب يانگ نانوکامپوزيتهاي خاك رس / نايلون6 و کامپوزيت هاي نايلون6 تقويت شده با الياف شيشه‌اي در محدوده استفاده از 10 درصد وزني پرکننده، در شکل 3 رسم شده است. مي‌توان مشاهده نمود که نانوکامپوزيتها کارآيي بيشتري را در بهبود ضريب يانگ نسبت به کامپوزيتهاي اليافي نشان مي‌دهند.
نانوتکنولوژی
] شکل 3
از مقايسه بالا مشهود مي‌گردد نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر در محدوده بارگذاري درصد پايين از الياف، امتيازاتي نسبت به کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف دارند و مطمئناً بازار کامپوزيتهاي اليافي مرسوم با حجم پايين از جزء اليافي، با پيشرفت نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمري تحت تاثير قرار خواهد گرفت، ولي فعلاً تابحال، پيشرفت در نانوکامپوزيت ها تاثير کمي روي بازار کامپوزيتهاي تقويت شده با الياف گذاشته است.
مشكلات توسعه نانوکامپوزيت هاي خاک رس - پليمر

علاوه بر پرکننده‌ها، عمده مشکلات پيش روي پيشرفت نانوتکنولوژي خاك رس - پليمر عبارتنداز: عدم شناخت مکانيزمهاي موثر در افزايش کارايي، به کاربردي پليمرهاي ترموستينگ و عدم پايداري ارگانوکلي‌ها در برابر حرارت.
اگرچه مدل‌سازي‌هاي زيادي در جهت پيشبرد درک از مکانيزم افزايش کارايي عمده خواص فيزيکي و مهندسي در استفاده از نانوکامپوزيت‌هاي خاك رس - پليمر انجام شده، ولي هنوز مسافت زيادي را پيش رو داريم. به عنوان مثال، هنوز خواص فيزيکي مهندسي لايه‌هاي منفرد سيليکات، دقيقا شناخته نشده‌اند. از اين رو مشکل است که يک مکانيزم تقويت‌کننده ايجاد کنيم، و از طرفي، ساختار ذغال باقيمانده ناشي از احتراق نانوکامپوزيت خاك رس - پليمر هنوز روشن نيست. بدون آن ممکن نيست مکانيزمي براي ايجاد مقاومت در برابر آتش، براي آن طراحي کنيم. مدل‌سازيها و تحقيقات تجربي اساسي، بايد در جهتي هدايت شود که در آينده اين موانع برطرف شوند.
به کاربردن پليمرهاي ترموستينگ، مشکل عمده ديگري در توسعه نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر مي‌باشد. ترکيب خاک رس با يک پيش ماده پليمر ترموستينگ مي‌تواند عامليت يک پليمر را تغيير دهد. تغيير در عامليت بر ميزان اتصالات عرضي تاثير مي‌گذارد و بخوبي مشخص است که عمده خواص مهندسي پليمر‌هاي ترموستينگ، تابعي از ميزان تعداد اتصالات عرضي است. با اين وجود گزارش‌هايي هم وجود داشته مبني بر بهبود خواص مکانيکي سيستمهاي پليمري تروستينگي که ميزان اتصالات عرضي آن پايين بوده است، از جمله اپوکسي رزين با T g پايين و پلي اوراتان‌ها. آخرين مسئله مستقيماً بر مي‌گردد به نگراني در مورد تجاري‌سازي نانوتکنولوژي خاك رس - پليمر، کمبود ارگانوکلي‌هاي پايدار در برابر گرما و نيز از نظر تجاري در دسترس، از موانع ثبت شده در اين مسير هستند. بيشتر ارگانوکلي‌هاي در دسترس، از جايگزيني کاتيون فلزي درون ساختار رس، با نمکهاي آمونياک آلي تهيه مي‌شوند. اين نمکهاي آمونيم در مقابل گرما ناپايدارند و حتي در دماهاي کمتر از 170 درجه سانتيگراد از بين مي‌روند. مسلماً چنين مواد فعال سطعي (سورفکتنت) براي بيشتر پلاستيکهاي مهندسي هنگاميکه از تکنولوژي فرآيند ذوب شدن براي ساختن نانوکامپوزيت‌ها استفاده شود، صاحب نيستند و ساخت نانوکامپوزيتهايي که در آن از ارگانوکلي‌هاي اصلاح شده بوسيله نمکهاي آمونيم بکار رفته، با استفاده از تکنيک‌هاي ديگر، به يک معضل تبديل شده است. اگرچه تعداد زيادي سورفکتنت پايدار در برابر گرما، مثل فسفونيم شناخته شده‌اند، ولي اين سورفکتنت‌ها براي کاربرد تجاري، مقرون به صرفه نيستند. نوآوري‌هايي در جهت اصلاح رس‌هاي آبدوست با استفاده از پليمرها و اليکومرهاي چند عاملي انجام شده تا ارگانوکلي‌هاي پايدار در برابر گرما براي توليد نانوکامپوزيتهاي رس - پليمر بسازند.
خلاصه و نتيجه‌گيري:

پيشرفت‌هاي عمده در توسعه نانوکامپوزيت هاي خاك رس - پليمر به پانزده ساله اخير بر مي‌گردد و مزيتها و محدوديتهاي اين تکنولوژي روشن شده است. با اين حال، تا شناخت مکانيزم‌هاي افزايش کارايي و بهبود خواص مهندسي آنها و اينکه بتوانيم ريزساختارهاي آنها را سازماندهي و چينش کنيم تا به خواص مهندسي ويژه دست پيداي کنيم، راه طولاني در پيش رو داريم. در مواقعي که از درصد پايين پرکننده استفاده شود، نانوکامپوزيتهاي خاك رس - پليمر اين پتانسيل را دارند تا جايگزين کامپوزيتهاي مرسوم تقويت شده با الياف شوند.

89:

مواد نانوساختار بالک (Bulk Nanostructured Materials)

در اين مقاله خواص مواد نانوساختار مورد بحث قرار مي گيرد .مواد نانوساختار بالک (توده اي) جامداتي هستند که داراي ميکرو ساختار نانو سايز هستند .واحدهاي اساسي تشکيل دهنده ي اين جامدات، نانوپارتيکل (نانوذرات) هستند. نانو پارتيکل هاي اين مواد مي توانند به صورت غير منظم نسبت به همديگر قرار گيرند.
در اين مواد محورهاي تقارن به صورت رندوم جهت گيري کرده اند و موقعيت هاي فضاييشان تقارني را نشان نمي دهد. اين پارتيکل ها همچنين مي توانند آرايش شبکه اي داشته باشند و داراي تقارن باشند.

نانوتکنولوژی
شکل 1- آ ساختار دو بعدي فرضي از نانو پارتيکل هاي 12AL را نشان مي دهد. اين نانو پارتيکل ها داراي شبکه هاي منظم مي باشند.
نانوتکنولوژی
شکل 1- ب نيز نشان دهنده ي توده ي دو بعدي از نانو ساختار نامنظم اين نانو پارتيکل هاست.
1- نانوساختارهاي نامنظم جامد(Solid Disorderd Nanostructure)

1-1- روش هاي توليد(Methods of synthesis)

در اين بخش ما در مورد تعدادي از روش هاي توليد نانو ساختار نامنظم جامد صحبت مي کنيم. يکي از اين روش ها، روش فشرده سازي و جامد کردن( Compactionand Consolidation) است. به عنوان مثالي از اين پروسه بگذاريد بر روي نحوه ي بوجود آمدن آلياژهاي نانو ساختار آهن - مس متمرکز شويم. مخلوطي از پودرهاي آهن و مس با ترکيب شميايي fe85 cu15 به مدت 15 ساعت در دماي اتاق آسياب مي شوند. (نوع آسياب از نوع بال ميل است) . ماده ي حاصله سپس بوسيله ي يک قالب ازجنس کاربيد تنگستن فشرده مي شود(فشار مورد نياز براي قالب گيري يک گيگا پاسکال( Gfa) و زمان قالب گيري 24 ساعت است) .اين توده ي بهم فشرده سپس به مرحله ي فشرده سازي گرم (پرس گرم)، مي رود .در آنجا توده در دماي 400 درجه سانتيگراد به مدت 30 دقيقه پرس مي گردد. فشار مورد نياز براي پرس بايد بيش از 870 مگا پاسکال باشد. دانسيته نهايي توده ي متراکم 9902 درصد حداکثر دانستيه ي ممکن است.
نانوتکنولوژی
شکل2- توزيع اندازه توده متراکم را نشان مي دهد. که نشان دهنده ي اين مطلب است که نانوپارتيکل هاي موجود در اين گستره ي اندازه اي 20-70 نانومتر هستند .که بيشترين تعداد اين ذرات داراي اندازه ي 40 نانومترند.
نانوتکنولوژی
شکل3- يک منحني تنش - کرنش براي اين نمونه است. مدول يانگ اين نمونه که شيب منحني تنش -کرنش در ناحيه ي خطي است. شبيه به آهن معمولي است. وجود ناحيه ي غير خطي در اين منحني نشان دهنده ي وجود ناحيه ي انعطاف پذير پيش از اتفاق افتادن شکست در نمونه است. اين مسأله مي گويد که در اين ناحيه قطعه داراي ازدياد طول مي شود. داده هاي بدست آمده نشان دهنده ي اين مساله است که شکست در تنش 208 گيگا پاسکال رخ مي دهد. که اين رقم 5 برابر تنش شکست آهن داراي اندازه ي دانه ي بزرگتر است.( اين آهن داراي اندازه ي دانه اي در گسترده 150تا 50 ميکرومتر است).
اصلاح عالي خواص مکانيکي مواد نانوساختار غير منظم يکي از خواص مهم اين مواد است. نانو سايز کردن اندازه ي دانه هاي مواد باعث افزايش قابل لمس تنش تسليم(yield stress) مي گردد. که اين مسأله داراي کاربردهاي زيادي است مثلا از اين روش براي توليد مواد محکم تر براي بدنه ي اتومبيل ها استفاده مي کنند. دلايل تغيير در خواص مکانيک اين مواد نانوساختار در زير مورد بحث قرار گرفته است. مواد نانوساختار را مي توان بوسيله ي انجماد سريع تهيه کرد.
نانوتکنولوژی
يک روش در شکل 4 نمايش داده شده است که به آن blockmelt spinning ohill مي گويند در اين روش پيچه هاي گرم کننده RF(Radiofrequency) براي ذوب کردن يک فلز استفاده شود. پس از ذوب فلز، مذاب از داخل يک نازل خارج مي گردد .مذاب پس از خروج از نازل به صورت يک رشته ي مذاب درمي آيد. اين رشته به طور مداوم بر روي سطح يک غلطت اسپري مي گردد.(شرايط تحت يک اتمسفر خنثي انجام مي شود). در اين پروسه نوارهايي با ضخامت بين 10 تا 100 ميکرومتر توليد مي شود. پارامترهايي که نانوساختار اين رشته ها را کنترل مي کند عبارتند از : اندازه اي که نازل، فاصله ي نازل با غلطک، فشار تزريق مذاب و سرعت چرخش غلطک فلزي.
نياز به مواد سبک و با استحکام بالا باعث شده است که آلياژهاي آلومينيومي توسعه يابند.که در آنها 85-94 درصد آلومينيوم با عناصري ديگر مانند نيکل و ايتريم وجود دارد. اين آلياژها با روش قبل توليد شدند. يک آلياژ از آلومينيوم - ايتريم- نيکل و آهن توليد شده است.که در آن پارتيکل هاي آلومينيوم با گستره ي اندازه اي بين 10تا 30 نانومتر در يک زمينه ي آمورف قرارگرفته اند.اين آلياژ مي تواند مقاومت کششي بيش از 102 مگاپاسکال از خود نشان دهد.البته مقادير بالاي اين آلياژ داراي عيب مي باشد. اين عيب شامل نبودن نانوپارتيکل ها در بخش هايي از اين آلياژ است. در روش ديگر براي توليد مواد نانو ساختار که اتوميزاسيون گازي( gas atamization) ناميده مي شود، يک باريکه ي گاز خنثي با سرعت زياد به يک مذاب فلزي برخورد مي کند. شما تيک دستگاه اتوميزاسيون گازي در شکل 5 نشان داده شده است.
نانوتکنولوژی
هنگامي که گاز با فلز برخورد مي کند، قطرات فلزي با پراکندگي بالايي تشکيل مي شود. گاز باعث مي شود انرژي کنتيکي به مذاب انتقال يابد. اين روش را مي توان براي توليد مقادير زياد از پودرهاي نانو ساختار استفاده کرد. که از اين پودرهاي نانو ساختار نيز مي توان براي توليد قطعات بالک با روش پرس گرم استفاده کرد.
مواد نانو ساختار را همچنين مي توان به روش الکتروديپوزيشن( elect rodeposition) نيز تهيه کرد. براي مثال براي توليد يک صفحه ي نانو ساختار از مس مي توان از اين روش استفاده کرد. در واقع اين صفحه با قرار دادن دو الکترود در محلول الکتروليت مس سولفات و برقراري جريان الکتريکي بين دو الکترود توليد مي شود. با برقراري جريان بين دو الکترود يک لايه ي نانو ساختار از مس بر روي الکترود تيتانيم که قطب منفي است، تشکيل مي شود. در اين روش يک صفحه مسي با ضخامت 2 ميلي متر تشکيل مي شود.اين لايه داراي اندازه ي دانه ي ميانگين 27 نانومتر است که استحکام تسليم(yield Strengh ) آن 119 مگاپاسکال است.
1.2. مکانيزم هاي شکست در مواد با اندازه ي دانه ي متعارف

براي اينکه بدانيم دانه هاي نانوسايز چگونه بر روي ساختار بالک مواد تأثير مي گذارد، بايد در مورد شکست مکانيکي مواد با اندازه ي دانه ي متعارف بحث کنيم. يک ماده ي ترد قبل از اينکه متحمل ازدياد طول غير قابل برگشت شود، مي شکند. شکست بدليل وجود ترک در مواد رخ مي دهد.
نانوتکنولوژی
شکل 6 مثالي از ترک در يک شبکه ي دو بعدي را نشان مي دهد.ترک اصولاً ناحيه اي از يک ماده است که درآن بين اتم هاي مجاور شبکه پيوندي وجود ندارد. اگر يک ماده ي داراي ترک تحت کشش قرارگيرد، ترک بوسيله ي جريان تنش رشد مي کند. تنش در محل پيوسته ي انتهايي ترک تمرکز پيدا مي کند. اين تمرکز تنش به حدي مي رسد که ممکن است تنش اعمالي در اين ناحيه از حد استحکام پيوند بيشتر مي شود و اين مسأله باعث شکستن پيوند در انتهاي ترک و پيشرفت آن مي گردد. سپس ترک تا حدي ادامه مي يابد که بوسيله ي تنش هاي اعمالي بر نمونه اتفاق مي افتد. اين پروسه ي پيشرفت ترک تا حدي ادامه مي يابد که ماده از نقطه ي ترک از هم جدا گردد. يک ترک مکانيزمي را پديد مي آورد که بوسيله آن يک نيروي ضعيف خارجي مي تواند پيوندهاي قوي تر را يک به يک بشکند. اين مسأله توضيحي است که مي گويد چرا تنش هاي ايجاد کننده ي شکست عملاً از پيوندهاي نگهدارنده ي اتم هاي ماده درکنار هم، ضعيف ترند.
نوع ديگر از شکست هاي مکانيکي، گذارتردي به نرمي(brittle -to- ductile transition)است. اين پديده در محلي که منحني تنش - کرنش از حالت خطي درمي آيد اتفاق مي افتد( همانگونه که در شکل 3 ديده مي شود). در اين ناحيه و تا قبل از شکست، مواد به طور بازگشت ناپذير ازدياد طول پيدا مي کند. پس از گذار تردي به نرمي، ماده حتي پس از برداشتن تنش نيز به طول اوليّه ي خود باز نمي گردد. گذار به نرمي نتيجه اي از نوع ديگري از عيوب شبکه اي است که نابجايي نام دارد. شکل7 يک نابجايي لبه اي را در يک شبکه ي دو بعدي نشان مي دهد.
نانوتکنولوژی
البته علاوه بر اين نوع نابجايي نوع ديگري از نابجايي وجود دارد که به آن نابجايي پيچي گويند. نابجايي ها نواحي ذاتي شبکه هاي کريستالي است که اين عيوب موجب انحراف از ساختار منظم اتمي است که باعث بوجود آمدن تعداد زيادي فضاي خالي شبکه اي مي شود.برخلاف ترک، اتم هاي موجود در نواحي نابجايي به همديگر پيوند خورده اند ولي اين پيوندها از پيوندهاي نواحي معمولي ضعيف ترند. در نواحي نرم، يک سمت شبکه نسبت به سمت ديگر آن حرکت کند. اين چرخش در مقطع رخ مي دهد در واقع در نواحي وجود نابجايي در مقطع قطعه چرخش رخ مي دهد که در واقع پيوندهاي موجود در طول نابجايي ضعيف ترند. يک روش افزايش تنش که در گذار تردي به نرمي رخ مي دهد اين است که در محل هاي وجود ذرات ريز، تنش حاصل مي گردد.
اين فرآيند در توليد فولاد سخت شده استفاده مي شود. در اين نوع فولاد ذرات کاربيد آهن در فولاد رسوب داده مي شود. ذرات کاربيد باعث جلوگيري از حرکت نابجايي ها مي شود. در واقع ايجاد رسوب در آلياژهايي امکان پذير است که عناصر موجود در آلياژ داراي حد حلاليت در حالت جامد باشند.
منبع انگلیسی : Introduction to nanotechnology/charles p.poole Jr- Frank.J owns/WILEY

90:

مواد نانوساختار بالک (Bulk Nanostructured Materials)

1.3.خواص مکانیکی

مدول یانگ که به آن مدول الاستیک نیز می گویند ضریبی است که نشاندهنده ی خاصیت برجهندگی ماده است. این مدول با بسیاری از خواص مکانیکی ماده در ارتباط است. این ضریب به صورت زیر تعریف می شود :

نانوتکنولوژی
مدول الاستیک ذاتی مواد نانوساختاری اصولا با مدول مواد بالک دارای دانه های میکروسایز یکسان است.تا اینکه اندازه ی دانه ها بسیار کوچک گردد واین اندازه به زیر 5 نانومتر برسد. مدول الاستیسته (مدول یانگ) فاکتور ارتباط دهنده ی تنش- کرنش است. این مدول شیب منحنی تنش- کرنش درناحیه ی خطی است. مدول یانگ بزرگتر نشان دهنده ی خاصیت الاستیک کمتر است.

نانوتکنولوژی
شکل 1 نموداری از رابطه ی اندازه ی دانه ها با مدول الاستیک آهن نانو ساختار است.(E= مدول یانگ آهن نانو ساختار E06= مدول یانگ آهن با دانه های متعارف است)
استحکام تسلیم( σy) ماده ی با اندازه دانه ی متعارف با رابطه ی زیر به اندازه ی دانه ها مربوط می شود:

نانوتکنولوژی
این رابطه به رابطه ی هال - پچ (Hall- petch equation) معروف است.
دراین معادله ( σ) ̥و k ثابت هایی است که برای مواد مختلف متفاوت است. و d قطر میانگین دانه هاست. رابطه ی میان سختی و اندازه ی دانه را نیز می توان با یک معادله ی مشابه تعریف کرد.

نانوتکنولوژی
شکل 2
رابطه ی تنش تسلیم (σy) آلیاژهای آهن- کبالت ( fe – Co alloys) با جذر معکوس میانگین قطر دانه ها (d^(-1/2)) نشان داده شده است. این نمودار دارای رفتار خطی است که بوسیله ی معادله ی هال – پچ نیز قابل نیز قابل پیش بینی است.اگر فرض کنیم که این معادله برای دانه های نانو سایز نیز صدق می کرد، یک ماده ی بالک با اندازه ی دانه ی 50 نانومتر استحکلام تسلیم برابر با 4014 گیگا پاسکال خواهد داشت.دلیل افزایش استحکام تسلیم با ریز شدن دانه ها این است که هرچه تعداد دانه ها بیشتر شود، مرز دانه ها بیشتر می شود. مرزهای دانه عاملی است برای جلوگیری از حرکت نابجایی ها.
این گمان وجود دارد که احتمال تغییر شکل برپایه ی نابجایی ها در مواد نانوساختار بالک با اندازه ی زیر 30 نانومتر وجود ندارد. که علت آن احتمال کم تحرک نابجایی هاست .آزمایشات انجام شده برروی مواد نانو ساختاری با میکرو سکوپ الکترونی عبوری(TEM) نشان داد که در طی فرآیند دفورمگی این نانو ساختار ها هیچ حرکت نابجایی دیده نشده است.
اکثر مواد نانو ساختار بالک کاملاً ترد هستند.و در تحت کشش از خود نرمی نشان نمی دهند مخصوصاً اگر اندازه دانه هایشان زیر 30 نانومتر باشد دارای ازدیاد طول بسیار کوچکی هستند. برای مثال مس پلی کریستال آنیل شده که دارای دانه های درشت است، بسیار نرم است و ازدیاد طول آن بیش از 60% است .در حالی که وقتی اندازه ی ذرات آن به کمتر از 30نانومتر برسد، ازدیاد طول تسلیم (yield elongation) آن از5 درصد بیشتر نمی شود.
نتایج بدست آمده از آزمایش بر روی نمونه های نانو ساختاری حاصل گشته که ابتدا به صورت پودر بوده اند و سپس پرس شده اند و به صورت نمونه ی بالک با ساختار نانویی درآمده اند. این نمونه ها تنش پس ماند (residual stress) بزرگی دارند و دارای ترک های زیادی هستند. که موجب محدود شدن حرکت نابجایی می گردد. به هرحال ، مس نانوساختاری که به روش الکترو دیپوزیشن تولید می شود. دارای تنش پس ماند نیست و دارای ازدیاد طولی بیش از 30درصد است. (همانگونه که درشکل 3 مشاهده می شود.)

نانوتکنولوژی
این مسائل نشان دهنده ی اهمیت انتخاب نوع فرآیند تولید است. عموماً نتایج اندازه گیری های بدست آمده بر روی مواد نانوساختار بالک مخلوطی از نتایج دو حالت بالا بوده زیرا این نتایج به طور زیادی به تخلخل و عیوب وابسته اند و تخلخل و عیوب پارمترهایی هستند که به فرآیند تولید وابستگی دارند.

1.4. فیلم های چند لایه ی نانوساختار (Nanostructured Multilayers)

نوع دیگری از نانوساختارهای بالک عبارتند از لایه های نانومتری متناوب از مواد مختلف مانند لایه های متناوب TiN و NbN است. این مواد لایه ای بوسیله ی روش های متنوع فاز بخار(Vapor- phase) مانند رسوب دهی اسپاتر(Sputter deposition) و رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (deposition chemical vapor- phase) تولید می شوند. این لایه ها را همچنین می توان به روش الکترودیپوزیشن نیز تولید کرد( که در بخش 1.1 توضیح داده شد). این مواد دارای دانستیه ی سطح تماس(densities interface area) بسیار بالایی هستند. این مساله بدین معناست که دانستیه ی اتمی بر روی مرز صفحه ای بین دو لایه بسیار بالاست. برای مثال یک سانتیمتر مربع از یک فیلم چند لایه ای به ضخامت یک میکرون که دارای لایه هایی به ضخامت 2 نانومتر است .دارای سطح تماسی (interface area ) برابر 1000 سانتیمتر مربع است.از آنجایی که این ماده دارای دانستیه ای درحدود 6.5 گرم بر سانتیمتر مکعب است، دانستیه ی سطح تماس آن برابر 154 متر مربع برگرم است.این عدد قابل مقایسه با کاتالیزورهای ناهمگن است .ناحیه ی تماس تأثیر بسیاری برروی خواص این مواد دارد. این مواد لایه ای سختی بالایی دارند.(البته این سختی به ضخامت لایه ها بستگی دارد). و دارای مقاومت به سایش خوبی نیز هستند. سختی بوسیله ی سختی سنج ایندنتور دار اندازه گیری می شود. این دستگاه به صورت تجاری وجود دارد ونانو ایند نتور (nanoindentor) نامیده می شود. اساس کار این دستگاه شبیه به سختی سنج های معمولی ولی دقت آن بسیار بالاتر است .در اندازه گیری سختی با این روش از یک ایند نتور هرمی از جنس الماس استفاده می شود. ایند نتور برروی سطح ماده و بار (h) L بر روی آن اعمال می شود. و تغییر ارتفاع ایندنتور اندازه گیری می شود. سختی به صورت زیر تعرف می گردد.

نانوتکنولوژی
A(h) = مساحت ایندنتور است.
به طور نمونه وار، اندازه گیری های سختی در این روش با استفاده از سرعت اعمال نیروی ثابت مثلا 20 میلی نیوتن بر ثانیه انجام می شود.

نانوتکنولوژی
شکل 4- نشان دهنده ی نموداری از سختی یک ساختار چند لایه ای نانویی است. این نمودار سختی را بر حسب ضخامت لایه ها نشان داده است.این نمودار سختی را برحسب ضخامت لایه ها کم تر شود و به سمت گستره ی نانومتر برود. سختی نیز افزایش می یابد. تا به ضخامت 30 نانومتر برسد. در ضخامت 30 نانومتر سختی ثابت می شود.این مساله فهمیده شده است که عدم مطابقت ساختارهای کریستالی لایه ها باعث می شود که سختی واقعا بالا رود. ترکیب های TiNو NbN هر دو دارای ساختار کریستالی شبیه به نمک طعام با ثابت های شبکه ی o.4235n برای TiNو o.5151nm برای NbN است. بنابراین عدم تطابق بین این دو ساختار دیده می شود که این مساله باعث می گردد. سختی چند لایه های نانوساختار تولیدی با این دو ترکیب شیمیایی بالا باشد.مواد سخت تر را می توان با انتخاب مواد با عدم تطابق بیشتر (مثلا تفاوت زیاد در مدول برشی) ، تولید کرد. چند لایه هایی که با لایه های متناوب با ساختاری های کریستالی متفاوت ساخته شده باشند دارای سختی بالاتری هستند.در این حالت نابجایی ها با سختی بیشتری از میان لایه ها عبور می کنند پس این مسأله باعث می شود که نرمی لایه ها کمتر شود و بنابراین سختی بالا می رود.

1.5. خواص الکتریکی(electrical properties)

برای اینکه یک مجموعه از نانو پارتیکل ها ایجاد فضایی رسا کننده پارتیکل ها باید در تماس الکتریکی باشند. یک شکل از مواد نانو ساختار بالک که دارای خاصیت رسانایی هستند، موادی هستند که دارای نانو پارتیکل های طلاست. این نانو پارتیکل ها بوسیله ی ملکول های طویل به همدیگر متصل اند.
در واقع این مواد حالت شبکه ای دارند که شبکه ی آن ها ، نانو پارتیکل های طلا را بوسیله ی روش اسپری کردن ایروسول (aerosol spray) در خود جای می دهد.
سپس در یک غبار رقیق از تیول(thiol) مانند دودکان تیول ( c12H25=R(RSH) قرار داده می شود این الکیل تیول ها دارای گروه پایانی SH- در گروهشان هستند. که این گروه می تواند به یک متیل (CH3-) و یک حلقه ی 8-12 واحدی متیلن بچسبد که این قرارگیری فضایی موجب ایجاد دافعه بین حلقه ها می شود پارتیکل های طلایی که به صورت کپسول درآمده اند در حلالهای غیر قطبی مانند هگزان پایدار هستند. به هر حال ، افزودن مقادیر کم از دی تیول( dithiol) به محلول باعث ایجاد شبکه ای سه بعدی می شود که ساختاری خوشه ای دارد. و موجب ته نشست محلول می شود. خوشه های تشکیل شده از پارتیکل ها همچنین می توانند به صورت آنی بر روی صفحات صاف رسوب کنند.
فرآیند تونلینگ ( Tunneling process) یک پدیده ی کوانتو- مکانیکی است که در آن یک الکترون می تواند از میان یک سد انرژی بزرگتر از انرژی جنبشی خود عبور کند. بنابراین ، اگر یک ساندویج ساخته شود که در آن دو بخش فلزی با یک ماده ی عایق از هم جدا شوند(همانگونه که در شکل 5- آ دیده می شود.) پس با ایجاد یک شرایط خاص می توان یک الکترون از یکی از قطعات فلزی به قطعه ی دیگر انتقال داد.

نانوتکنولوژی
برای اینکه یک الکترون از یک سمت قطعه به سمت دیگر انتقال یابد، باید حالت های الکترونی اشغال نشده بر روی قطعه ی دیگر مهیا گشته باشند. برای دو قطعه ی دیگر مهیا گشته باشند. برای دو قطعه ی فلزی یکسان در دمای صفر کلوین، انرژی فرمی( Fermi energies) در حالت یکسانی است و حالتی مناسب وجود ندارد (همانگونه که در شکل 5-ب نشان داده شده است )

نانوتکنولوژی
و بنابراین تونلینگ اتفاق نمی افتد. اعمال یک ولتاژ در دو سر این وسیله باعث افزایش انرژی الکتریکی یکی از قطعات فلزی با توجه به قطعه ی دیگر می شود. که این عمل با شیفت دادن حالت فرمی یک بخش نسبت به بخش دیگر اتفاق می افتد.

1.6. خواص دیگر(other properties)

در بحث قبلی ما در مورد تاثیر نانوساختار شدن بر روی خواص الکتریکی و مکانیکی به طور خلاصه صحبت کردیم ولی باید بدانیم که علاوه بر این دو خاصیت، خواص دیگری از ماده نیز وجود دارند که با نانو ساختار شدن ماده تغییر می کنند. برای مثال ،رفتار مغناطیسی مواد فرومغناطیس بالکی که از دانه های نانو سایز تشکیل شده اند از رفتار مغناطیسی همان مواد با دانه های با سایز متعارف کاملا متفاوت است که می توان با بررسی تاثیرات ریز دانه شدن بر روی خاصیت مغناطیسی نسبت به بهبود آن اقدام کرد.
همانگونه که می دانیم واکنش پذیری شیمیایی ذاتی پارتیکل ها به تعداد اتم های موجود در خوشه های اتمی آنها بستگی دارد. این مسئله ممکن است مورد انتظار باشد که چنین رفتاری در مواد بالک تولید شده با دانه های نانوساختار بروز پیداکند. و بتواند امکانی را فراهم کند تا این مواد پوشش های ضد خورندگی و اکسایش بوجود آورند. (مانند تشکیل پوشش سیاه رنگ اکسید نقره برروی فلز نقره) در این زمینه نیز پیشرفت هایی پدید آمده است. این مساله فهمیده شده است که آلیاژ نانوساختار fe_73 b_13 si_9 در دمای بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد دارای مقاومت بالایی نسبت به اکسید اسیون است. این ماده شامل خلوطی از پارتیکل های با اندازه های 30 نانومتر از fe( si) وb fe_2 است.
مقاومت بهبود یافته در این ماده به خاطر پیوندهای بین سطحی زیادی است که در این نوع ماده پدید می آید. و همچنین وجود این حقیقت که نفوذ اتمی در مواد نانوساختار سریع تر اتفاق می افتد. در این ماده اتم های سیلسیوم موجود در فاز feSi در مرز دانه های سطح مشترک ها تفکیک می شوند. این اتم ها در مکان هایی تفکیک می شوند که سپس از آنجا می توانند به سطح نمونه نفوذ کنند. سیلسیوم نفوذ کرده در سطح نمونه سپس با اکسیژن هوا واکنش می دهد و ایجاد لایه ای از سیلیس (sio_2) می کند. تشکیل لایه ی سیلیس بر روی نمونه موجب به تاخیر افتادن اکسیداسیون می گردد.
دمای ذوب مواد نانوساختار نیز از اندازه دانه ها تاثیر گرفته است .این مساله دیده شده است که پوشش های ایندیومی دارای نانوپارتیکل های 4 نانومتری دارای نقطه ذوبی است که 110 کلوین پایین تر از مقدار واقعی است.
در فاز ابر رسانایی ، جریان ماکزیممی وجود دارد که یک ماده می تواند آن را عبور دهد و این جریان ، جریان بحرانی نامیده می شود. و با IC نشان داده می شود. هنگامی که جریان عبوری از یک ابر رسانا به مقدار جریان بحرانی برسد، حالت ابر رسانایی از بین می رود. و ماده به حالت اولیه ی خود تبدیل گشته و مقاومت آن به حالت نرمال باز می گردد. این مساله کشف شده است که در ابر رساناهای بالک با ترکیب شیمایی Nb_3 sn کاهش اندازه ی دانه های نمونه می تواند باعث افزایش جریان بحرانی گردد.
خواص جذب نوری مواد نیز یکی دیگر از خواصی است که به اندازه ی دانه ی بستگی دارد. در واقع جذب نور توسط مواد به انتقالهای الکترونی اتفاق افتاده در ماده بستگی دارد که این انتقالات به اندازه ی دانه ها و ریز ساختار بستگی دارد. بر اساس یک قانون ما باید بتوانیم خواص نوری مواد نانوساختار بالک را تعیین کنیم. در ادامه این مقاله به بیان مثال هایی در مورد نحوه ی تاثیر نانو ساختار بر روی خواص نوری مواد بحث می کنیم.

1.7. شیشه های مرکب فلز- نانو کلا ستر

یکی از قدیمی ترین کاربردهای نانو تکنولوژی پنجره های دارای شیشه کاری منقوش رنگی است. این پنجره ها در کلیسای جامع کاتولیک ها ( Medieval cathedrals) قرار دارد. این پنجره ها نتیجه ی قرارگیری ذرات فلزی در زمینه ای شیشه ای ایجاد شده اند. شیشه های حاوی غلظت های پایین از نانو کلاسترها، خواص نوری غیر عادی متنوعی ایجاد می کنند و پتانسیل کاربردی فراوانی دارند(نانو کلاسترهای موجود در این شیشه ها باید پراکندگی مناسبی داشته باشند). اگر از این شیشه ها آزمون xrd بگیریم، نمودار جذب بر حسب طول موج دارای یک پیک بزرگ و منحنی شکل است.
این پیک که تنها پیک مشخص این نمودار است بر روی رنگ حاصل از نانوذرات تاثیر می گذارد. البته محل این پیک نیز به اندازه ی نانو ذرات بستگی دارد. هنگامی که اندازه ی نانو ذرات کوچکتر شوند پیک نمودار جذب به سمت طول موج های کوچکتر حرکت می کند. رنگ بوجود آمده در این شیشه ها به دلیل جذب پلاسما در نانو ذرات فلزی است .در فرکانس های خیلی بالا ، الکترون های رسانش در فلز مانند یک پلاسما رفتار می کنند. که این پدیده شبیه یک گاز یونیزه شده طبیعی است که به صورت الکتریکی یونیزه شده باشد. (در این گازها بارهای منفی، الکترون های متحرک هستند و بارهای مثبت در اتم ها مستقر هستند.)
روش ابتدایی برای تولید شیشه های مرکب فلز- نانو کلاستر بدین گونه بود که مخلوطی از ذرات فلزی بداخل شیشه ی مذاب فرستاده می شد. به هر حال، کنترل خواص در این روش مشکل بود. مثلاً ممکن بود که ذرات فلزی وارد شده به صورت توده درآیند .روش های با قابلیت کنترل بیشتر مانند روش القای یونی (Ion Implantation) نیز توسعه یافته اند. اساساً شیشه ها در این روش در معرض یک شعاع یونی قرار می گیرند. این شعاع یونی دارای یون های فلزی است که در داخل شیشه القا می شوند. روش تبادل یونی نیز برای ایجاد ذرات فلزی در شیشه استفاده می شود. در روش تبادل یونی، یون های تک ظرفیتی مانند سدیم که در سطح شیشه وجود دارند، با یون های دیگر مانند نقره جایگزین می شوند. نمونه های شیشه ای در داخل حمام مذاب نمک قرار می گیرند.این حمام مجهز به دو الکترود مثبت و منفی است. که از سمت الکترود مثبت یون های فلزی مورد نظر وارد بدنه و از سمت الکترود منفی یون های سدیم خارج می گردند.

1.8.سیلیکون متخلخل( porous silicon)

هنگامی که یک ویفر سیلیکونی تحت اچ شیمیایی قرار می گیرد، متخلخل می شود شکل 6 تصویر یک سطح سیلیکونی متخلخل است که بوسیله ی میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) گرفته شده است.

نانوتکنولوژی
نقاط تیره رنگ نشان دهنده ی تخلخل های میکرومتری است . این سیلیکون ، سیلیکون متخلخل (Posi)نامیده می شود با کنترل شرایط شکل گیری ، می توان ابعاد تخلخل ها را در حد گستره ی نانومتر ایجاد کرد علاقه به تحقیقات بر روی سیلیکون متخلخل در سال 1990 با کشف خاصیت فلئورسنت آن افزایش یافت. پدیده ی نورافشانی به جذب انرژی بوسیله ی ماده و نشر در محدوده ی نور مرئی و یا نزدیک به آن مربوط می شود. اگر نشر در مدت 〖 10〗^(-8) ثانیه تحریک اتفاق افتد. این فرآیند فلئورسانس( Flurescence) گویند.
سیلیکون نانو متخلخل فلئورسانس ضعیفی در ناحیه ی گاف نواری بین 0.96 تا 102 الکترون ولت دارد .از سیلیکون متخلخل برای تولید وسایل نمایشگر و اجزای مزدوج اپتو الکترونیک (elements optoelectronic coupled) کاربرد دارند.

نانوتکنولوژی
شکل 7 شماتیک یک روش اچ کردن سیلیکون نشان داده شده است .سیلیکون بر روی یک فلز مانند آلومینیوم رسوب می کند. جنس اجزای این وسیله از پلی اتیلن یا تفلون است که با اسید فلئوریک ( محلول اچ) واکنش ندهند.
بین ویفر سیلیکونی و الکترود پلاتینی دستگاه یک ولتاژ برقرار می شود که در این صورت ویفر سیلیکونی قطب مثبت پیل تشکیلی است. پارامترهای تاثیر گذار بر روی حالت تخلخل ها عبارتند از: غلظت اسید فلئوریک( HF) در محول اچ، بزرگی جریان عبوری از میان الکترولیت، بودن و یا نبودن سورفا کتانت (surfactant) در محیط محلول اچ و قطب مثبت بودن یا منفی بودن سیلیکون .
اتم های سیلیسیم در کریستال سیلیسم دارای 4 الکترون والانس هستند و با 4 اتم سیلیسم نزدیک به خود پیوند دارند. اگر یکی از اتم های سیلیسیم موجود در شبکه با یک اتم فسفر جایگزین که دارای 5 الکترون والانس است ، جایگزین شود، در ساختار یک الکترون اضافی ایجاد می شود این الکترون اضافی می تواند حامل جریان باشد و بدین وسیله در فرآیند رسانش همکاری کند. این الکترون اضافی در یک سطح انرژی دقیقا در زیر نوار رسانش قرار می گیرد. سیلیکونی که بوسیله ی اتم با الکترون اضافی پالایش یابد، به نیمه رسانای نوع n معروف است .اگر به جای افزودن فسفر از آلومینیوم استفاده کنیم، کمبود الکترون در شبکه ی سیلیسم ایجاد می شود .این کمبود به صورت یک جای خالی در نوارهای پایین تر از رسانش نمود می یابد. این جای خالی بوجود آمده همچنین می تواند موجب افزایش رسانش گردد. سیلیسم پالایش یافته با چنین اتم هایی به نمیه رسانای نوع Pمعروف است.
این مساله روشن شده است که اندازه ی تخلخل های ایجاد شده در ویفر سیلیکونی به نوع سیلیسم (n یا p بودن) بستگی دارد.
زمانی که سیلیسیم از نوع p باشد و در محلول اچ قرار گیرد شبکه ی ظریفی از تخلخل ها با ابعاد کمتر از 10 نانومتر بوجود می آید.
منبع انگلیسی :ntroductionto nanotechnology/ charled p. Poole. Jr- frank.j. owns IWILEY
منبع : راسخون

91:

مروری بر مواد هوشمند






مواد هوشمند به آن دسته از مواد گویند که می توانند محیط و شرایط اطراف خود را درک نمایند و به آن واکنش نشان دهند. هم اکنون فلزات و کامپوزیت های هوشمند در موارد بسیاری کاربرد و جایگاه خود را در صنعت پیدا کرده اند. برای مثال امروزه از فلزی به نام نیتینول (ترکیبی از نیکل و تیتانیوم) در ساخت فریم عینک ها استفاده می شود که بعد از خم شدن مجدد به شکل اولیه بر می گردد و سبب می شود که شکل فریم عینک همیشه مانند روز اولی باشد که خریداری شده است. این تنها یک مثال از این دسته مواد است که حاصل تحقیقات ناسا می باشد. در حال حاضر کامپوزیت های حافظه دار به دو دسته فلزی (آلیاژی) و پلیمری تقسیم می شوند. در اینجا به نحوه عملکرد نیتینول به عنوان یک آلیاژ حافظه دار و نیز کاربرد آن در زندگی روزمره اشاره می کنیم.
قبل از هر مطلب لازم است که متذکر شویم که آلیاژهای حافظه دار دو ویژگی دارند: یکی اینکه آنها تا حدودی الاستیک هستند و دیگر آنکه حافظه دار هستند یعنی قابلیت ذخیره سازی انرژی مکانیک و نیز آزاد سازی آن را دارا هستند. درست مانند آب که در دماهای مختلف از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود این دسته از فلزات نیز به علت اینکه مولکول ها در آنها قابلیت چیده مان مجدد دارد (البته آنچه که باعث می شود تا مولکول ها در کنار هم باقی بمانند و حالت جامد را حفظ کنند متفاوت است) قابلیت بازگشت به شکل اولیه را دارند. حال ببینیم این فلزات حافظه دار چگونه عمل می کنند: عاملی که سبب تغییر شکل فلز و یا بازگشت به شکل اولیه خود می شود، اختلاف ساختار مولکولی در هر فاز است. در شکل پایین سمت چپ، فلز حافظه دار را در حالتی که شکل اولیه خود را در دمای اتاق دارد را نشان می دهد. زمانی که بار اعمال می شود فلز تغییر شکل می دهد. سپس به محض برداشته شدن باز و کمی گرما مولکول ها به شکل یک ساختار سخت در می آیند به گونه ای که به یک ساختار با شبکه ای متفاوت مبدل می شوند. اما هنوز وضعیت قرارگیری مولکولی معمولی است و همان ساختار فیزیکی در مقیاس ماکرو وجود دارد.
نانوتکنولوژی
با توجه به اینکه این دسته از فلزات زیست سازگار (سیستم ایمنی به آنها عکس العمل نشان نمی دهد) هستند و از ویژگیهای مکانیکی قابل قبولی (مقاوم در برابر خوردگی) برخوردار هستند در ساخت ایمپلنت ها و پلیت های (کاشتنی‌ها) ارتوپدی در موارد شکستگی ها قابل استفاده هستند. شاید بدانید که در شکستگی های استخوان های صورت از پلیت های ویژه ای استفاده می شود تا استخوانهای صورت را طی دوره شکستگی در کنار هم نگه دارد. در گذشته از پلیت هایی از جنس استیل برای این کار استفاده می شده است . در ابتدا ممکن است که استخوان درست لب به لب هم و در کنار هم قرار گیرند اما به مرور این وضعیت از دست می رود که در نهایت سبب به تاخیر افتادن جوش خوردن شکستگی می شود. با ظهور آلیاژ های حافظه دار و کاربرد آنها در ساخت پلیت ها این مشکل رفع شده است. امروزه جراحان از فلزهای حافظه‌دار به جای استیل استفاده می کنند به این طریق که ابتدا فلز را کمی سرد می کنند و سپس در محل نصب می کنند. در اثر دمای بدن مقداری فلز گرم می شود و به این طریق پلیت فشار لازم جهت در کنار هم نگهداشتن قطعات شکستگی را حفظ می کند و سبب می شود تا استخوان در حداقل زمان ترمیم شود.
نانوتکنولوژی
مشکلی که در طراحی این نوع پلیت ها وجود داشت مربوط به تنظیم فشار مناسب و مطلوب است. برای مثال اینکه چه مقدار فلز باید تغییر شکل داده شود تا کشش لازم را ایجاد کند خود جای بررسی دارد. در اینجاست که فناوری نانو وارد عرصه شده تا به تغییر نحوه قرار گیری اتم ها در ترکیبات کمک کند. هم اکنون گروه های تحقیقاتی در حال انجام مطالعه بر روی این تنظیم این مکانیزم با کمک فناوری نانو می باشند.
منبع:nanoclub.ir

92:

كاربرد هاي نانو تكنولوژي




يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقياس ها (گروه دوم)، تكنولوژي الكترونيك، اپتوالكترونيك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بيولوژي و پزشكي (گروه چهارم) طبقه بندي كرده اند. اين طبقه بندي باعث سهولت در بررسي اين علوم شده است البته تداخل برخي از بخش ها در يكديگر طبيعي است. برنامه هاي توسعه اين تكنولوژي به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، ميان مدت( بين ۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بيش از ۲۰ سال) تقسيم بندي شده است. مواد نانو ( nanomaterials ) قابليت كنترل ساختار تشكيل دهنده مواد پيشرفته (از فولادهاي ساخته شده در اوايل قرن ۱۹ تا انواع بسيار پيشرفته امروزي) در ابعاد كوچك و كوچكتر،‌ در اندازه هاي ميكرو و نانو بوده است.
هر قدر بتوانيم اين مواد را در ابعاد ريزتر و كنترل شده اي توليد كنيم خواهيم توانست مواد جديدي را با قابليت و عملكردهاي بسيار عالي به دست آوريم. تاكنون تعاريف متعددي از مواد نانو ارائه شده است اما در يك تعريف جامع مي توان گفت موادي در اين گروه قرار مي گيرند كه يكي از ابعاد اضلاع آنها از ۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. يكي از اين گروهها »لايه ها« است. لايه ها يك بعدي هستند كه در دو بُعد ديگر توسعه مي يابند مانند فيلم هاي نازك و پوششها. برخي از قطعات كامپيوتر جزو اين گروه هستند. گروه بعدي شامل موادي است كه داراي دو بعد هستند و در يك بعد ديگر گسترش مي يابند و شامل لوله ها و سيمها مي شوند. گروه مواد سه بعدي در نانو شامل ذرات، نقطه هاي كوانتمي (ذرات كوچك مواد نيمه هاديها) و نظاير آنها مي شوند. دو ويژگي مهم، مواد نانو را از ديگر گروهها متمايز مي سازد كه عبارتند از افزايش سطح مواد و تاثيرات كوانتمي.
اين عوامل مي توانند باعث ايجاد تغييرات و يا به وجود آمدن خواص ويژه اي مانند تاثير در واكنشها، مقاومت مكانيكي و مشخصه هاي ويژه الكتريكي در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه اين مواد كاهش مي يابد، تعداد بيشتري از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. براي مثال، اتم هاي موادي به اندازه ۳۰ نانومتر به ميزان ۵ درصد، ۱۰ نانومتر به ميزان ۲۰ درصد و ۳ نانومتر به ميزان ۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتيجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقايسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر داراي سطح بيشتري در واحد جرم هستند. با توجه به ازدياد سطح در اين مواد، تماس ماده با ساير عناصر بيشتر شده و موجب افزايش واكنش با آنها مي شود. اين عمل منجر به تغييرات عمده در شرايط مكانيكي و الكترونيكي اين مواد خواهد شد. براي مثال سطوح بين ذرات كريستالها در بيشتر فلزات باعث تحمل فشارهاي مكانيكي بر آن مي شود. اگر اين فلزات در مقياس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدياد سطح بين كريستالها، مقاومت مكانيكي آن به شدت افزايش مي يابد.
براي مثال فلز نيكل در مقياس نانو مقاومتي بيشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثيرات ازدياد سطح، اثرات كوانتمي با كاهش اندازه مواد (به مقياس نانو) موجب تغيير در خواص اين مواد مي شود (تغيير در خواص بصري، الكتريكي و جاذبه). موادي كه تحت تاثير اين تغييرات قرار مي گيرند ذرات كوانتمي، ليزرهاي كوانتمي براي الكترونيك بصري هستند. همانگونه كه بيش از اين گفته شد مواد نانو، به سه گروه يك، دو و سه بُعدي طبقه بندي شده اند.
مواد نانوي يك بعدي:

اين مواد شامل فيلم هاي بسيار نازك و سطوح مهندسي است و در ساخت ابزار الكتريكي و شيميايي و مدارهاي الكترونيكي ساده و مركب كاربرد وسيعي دارند. امروزه كنترل ضخامت لايه ها تا اندازه يك اتم صورت مي پذيرد و ساختار اين لايه ها حتي در مواد پيچيده اي مانند روانكارها شناخته شده است. لايه هاي مونو كه قطر آنها به اندازه يك ملكول و يا يك اتم است، در علوم شيمي كاربرد وسيعي دارند. يكي از كاربردهاي اين لايه ها ساخت سطوحي است كه خود را بازسازي كنند. مواد نانوي دوبعدي: به تازگي كاربرد مواد نانوي دو بعدي در توليد سيم و لوله ها افزايش يافته و توجه دانشمندان را به دليل وجود خواص ويژه مكانيكي و الكترونيكي به خود جلب كرده است. در زير به چند نمونه ساخته شده در اين گروه اشاره مي شود.
نانو لوله هاي كربني، CNTs :

از رول كردن ورقهاي گرافيتي يك يا چند لايه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند ميكرومتر است.ساختار مكانيكي اين مواد مانند الماس بسيار سخت است اما در محورهاي خود نرم و تاشو هستند.همچنين اين مواد هادي الكتريكي بسيار عالي هستند. نوع غير عالي نانو لوله هاي كربني مانند موليبيد يوم دي سولفايد پس از CNTs ساخته شده است.
اين مواد داراي ويژگي هاي منحصر به فردي همچون روانكاري، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهاي كاتاليزي و ظرفيت بالا در ذخيره هيدروژن و ليتيم هستند. لوله هاي مواد پايه اكسيدي مانند اكسيد تيتانيم، براي كاربردهاي كاتاليزي، كاتاليزرهاي نوري و ذخيره انرژي به صورت تجاري به بازار عرضه شده اند. نانو سيمها: اين سيمها از قرار گرفتن ذرات بسيار ريز از مواد مختلف به صورت خطي ساخته مي شوند.
نانوسيمهاي نيمه هادي از سيليكون، نيترات گاليم و فسفات اينديوم ساخته شده و داراي قابليتهاي بسيار خوب نوري، الكتريكي و مغناطيسي است و نوع سيليكوني اين سيمها مي تواند بخوبي در يك شعاع بسيار كوچك بدون آسيب رساني به ساختار سيم خم شود. اين سيمها براي ثبت مغناطيسي اطلاعات در حافظه كامپيوترها، وسايل نانوالكترونيكي و نوري و اتصال مكانيكي ذرات كوانتمي به كار مي روند.
بيوپليمرها:

انواع گوناگون بيوپليمرها، مانند ملكولهاي DNA ، در خودسازي نانوسيمها در توليد مواد بسيار پيچيده به كار مي روند. همچنين اين مواد داراي قابليت اتصال نانو و بيوتكنولوژي براي ساخت سنسور و موتورهاي كوچك هستند.
مواد نانوي سه بعدي:

اين مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطري كمتر از ۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوي سه بعدي در اندازه هاي بزرگتر ساختار متفاوتي داشته و طيف وسيعي از مواد را در جهان تشكيل مي دهند و صدها سال است كه به صورت طبيعي در زمين يافت مي شوند. مواد توليد شده از عوامل فتوشيميايي، فعاليت هاي آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشين ها و مواد آلاينده توليد شده در صنايع جزو اين گروه از مواد هستند. اين مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش هاي شيميايي و بصري بسيار مورد توجه قرار دارند.
براي مثال اكسيد تيتانيوم و روي كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماوراي بنفش در صفحات خورشيدي به كار مي روند در ابعاد نانو هستند. اين مواد كاربردهاي بسيار ويژه اي در ساخت رنگها و داروها (به ويژه داروهايي كه تجويز آنها فقط براي يك عضو مشخص بدن و بدون تاثير بر ساير اعضاست) دارند. مواد نانوي سه بُعدي شامل مواد بسياري مي شود كه به چند نمونه از آنها اشاره مي كنيم.
كربن ۶۰ ( فوله رنس Fullerenes ) :

در اوايل سال ۱۹۸۰ گروه جديدي از تركيبات كربني بنام كربن ۶۰ ، ساخته شد. كربن ۶۰ ، كروي شكل، به قطر ۱ نانومتر و شامل ۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولي آن با گنبدهاي كروي ساخته شده توسط مهندس معماري بنام بوخ مينستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاري شد.
در سال ۱۹۹۰ ، روش هاي ساخت كوانتم هاي كربن ۶۰ با مقاومت حرارتي ميله هاي گرافيتي در محيط هليم بدست آمد. اين ماده در ساخت بلبرينگ هاي مينياتوري و مدارهاي الكترونيكي كاربرد وسيعي دارند.
دِن دريمرز ( Dendrimers ) :

دن دريمرز از يك ملكول پليمر كروي تشكيل شده و با يك روش سلسله مراتبي خود سازي توليد مي شوند. انواع گوناگوني از اين مواد به اندازه هاي چند نانومتر وجود دارند. دن دريمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراواني دارند.
همچنين در تصفيه خانه ها به منظور بدام انداختن يونهاي فلزات كه مي توان به وسيله فيلترهاي مخصوص از آب جدا شوند از اين مواد استفاده مي شود.
ذرات كوانتمي:

مطالعات در مورد ذرات كوانتمي در سال ۱۹۷۰ شروع شد و در سال ۱۹۸۰ اين گروه از مواد نانوي نيمه هادي ساخته شدند. اگر ذرات اين نيمه هادي ها به اندازه كافي كوچك شوند، تاثيرات كوانتمي ظاهر شده و مي توانند ميزان انرژي الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجايي كه انرژي با طول موج ارتباط مستقيم دارد در نتيجه خواص نوري مواد بصورت بسيار حساس قابل تنظيم خواهد شد و مي توان با كنترل ذرات، جذب يا دفع طول موج خاص در يك ماده را امكان پذير ساخت.
به تازگي با ردگيري مولكولهاي بيولوژي با كنترل سطح انرژي اين ماده، كاربردهاي جديدي از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزايش است و به علت خواص بسيار ويژه آنها، تحقيقات در يافتن مواد جديد همچون گذشته ادامه دار

93:

تولید سلول‌های خورشیدی از کربن
محققان موفق شده‌اند با استفاده از فناوری نانو و کنار هم چیدن 6 ضلعی‌های کربنی تک‌لایه در ساختاری سه‌بعدی، سلول‌های ارزان‌قیمتی تولید کنند که انرژی خورشیدی را در طیف وسیعی جذب می‌کنند.
نانوتکنولوژی

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از خبرآنلاین محدودیت منابع، افزایش جمعیت جهان و روند رو به رشد تولید گازهای گلخانه‌ای اهمیت استفاده از انرژی پاک را روز به‌روز بیشتر و بیشتر کرده است. یکی از این انرژی‌های پاک که در بسیاری از مناطق جهان در دسترس است، انرژی خورشیدی می‌باشد. اگر بتوان سلول‌های خورشیدی ارزان‌تری تولید کرد، سریع‌تر می‌توان استفاده از این انرژی را در صنعت و بخش خانگی و در سطحی گسترده آغاز کرد.
به گزارش فیوچریتی در حال حاضر برای تولید سلول‌های خورشیدی از سیلیسیوم و روتنیوم استفاده می‌شود که هر یک معایبی دارند. سیلیسیوم گران‌قیمت است و با اینکه می‌شود از روتنیوم سلول‌های خورشیدی ارزان‌تری تولید کرد، اما این ماده به اندازه پلاتین روی زمین کمیاب است.
ماده دیگری که می‌شود از آن برای تولید سلول‌های خورشیدی استفاده کرد، کربن است. ماده‌ای ارزان که در طبیعت به وفور یافت می‌شود و نسبت به دو ماده پیشین، خطر مسمومیت کمتری دارد. البته این کربن به شکل گرافین - فرم تک‌لایه کربن است- که ضخامتی به اندازه یک اتم دارد، نه گرافیتی که برای نوشتن از آن استفاده می‌کنیم. تنها اشکال اینجاست که ما به سلول‌های خورشیدی با سطحی وسیع نیاز داریم و گرافین در این حالت می‌تواند با تشکیل پیوندهای تازه به گرافیت تبدیل شود و هم‌زمان خاصیت جذب انرژی خورشیدی را از دست بدهد.
نانوتکنولوژی





94:

محققان يک ماشين ساده DNA طراحي کرده و ساخته‌اند که مي‌تواند به صورت پيوسته بچرخد.


نانوماشين‌هاي DNA يکي از عرصه‌هاي نويدبخش تحقيقات مربوط به نانوموتورها هستند.

اينها آرايش‌هاي سنتزي از DNA مي‌باشند که توسط يک محرک خارجي بين دو شکل مولکولي مختلف سوئيچ مي‌کنند. مي‌توان اين ماشين‌ها را با استفاده از عوامل مختلفي همچون تغييرات pH و اضافه کردن قطعات مولکولي ديگري مثل پروتئين‌ها و رشته‌هاي DNA کنترل کرد.

محققان يک ماشين ساده DNA طراحي کرده و ساخته‌اند که مي‌تواند به صورت پيوسته بچرخد. سرعت و جهت چرخش اين ماشين قابل کنترل بوده و از اين عملکرد به عنوان مثال مي‌توان در نقل و انتقالات مولکولي استفاده کرد. دانيل لوبريچ از محققان مرکز NanoCore در دانشگاه ملي سنگاپور مي‌گويد: «ماشين ما توسط يک ميدان الکتريکي خارجي به حرکت درمي‌آيد.

زماني که اين ميدان ميان چهار جهت نوسان مي‌کند، يک DNA چرخنده را که به يک محور DNA وصل شده است، به طور مکرر جهت‌دهي مي‌کند. محور DNA ميان يک سطح شيشه‌اي و يک دانه مغناطيسي ثابت نگهداشته مي‌شود.

بخش‌هاي تک‌رشته‌اي روي DNA محور همانند بلبرينگ عمل کرده و امکان چرخش آزاد در اطراف پيوندهاي مولکولي ميان بازهاي نوکئوتيدي را فراهم مي‌کند. بدين ترتيب امکان چرخش آزاد و پيوسته DNA چرخنده در اطراف محور، همزمان با تغيير جهت‌گيري آن با ميدان الکتريکي نوسان‌کننده ايجاد مي‌شود.

اين گروه تحقيقاتي براي ساخت نانوموتور خود از يک اليگونوکلئوتيد DNA به طول 30 نانومتر که هر دو سر آن تغيير داده شده بود، به عنوان محور موتور استفاده كردند. انتهاي 5' با digoxigenin NHS ester يا DIG و انتهاي 3' با بيوتين تغيير داده شده بود. اين کار امکان اتصال رشته DNA به سطح شيشه تغيير يافته با آنتي DIG و دانه مغناطيسي تغيير يافته با steptavidin را فراهم مي‌کند. بنابر گفته لوبريچ اين کار موجب مي‌شود نيروي ميان دانه‌هاي مغناطيسي و آهن‌رباها محور را کشيده و آن را محکم در جاي خود نگهدارد.

به گزارش ستاد ويژه توسعه فن‌اوري نانو، از آنجايي که اين چرخنده ميان دو بخش تک‌رشته‌اي کوتاه روي DNA محور به آن متصل شده است، اين تغيير جهت‌گيري موجب چرخش آن حول DNA محور خواهد شد.

سرعت و جهت چرخش اين DNA چرخنده را مي‌توان با تنظيم فرکانس نوسان ميدان و جهت آن کنترل کرد. جزئيات اين کار به صورت آنلاين در مجله Small منتشر شده است.

95:

استفاده از روش آلياژسازي مکانيکي براي توليد مواد نانوساختار


روش آلياژسازي مكانيكي به دليل سادگي، تجهيزات به نسبت ارزان و قابليت حجم توليد بالا مورد توجه خاص است. تامپسون و پاليتس
اولين كساني بودند كه با روش آلياژسازي مكانيكي مواد نانوساختار توليد كردند.اندازه دانه با ابعاد نانو تقريباً در همه‌ي فلزات، فازهاي مياني و آلياژهاي كه با روش آلياژسازي مكانيكي توليد شده‌اند، مشاهده شده است. اما با وجود اين بررسي‌هاي كمي درباره‌ي علل و چگونگي تشكيل مواد نانوساختار انجام شده است. مكانيزم تشكيل مواد نانوساختار به روش آسياكاري كه توسطفچت ارائه شده است،‌ شامل سه مرحله است؛
مرحله‌ي اول: پودر آسيا شده با مكانيزم‌هاي لغزش و دوقلويي دچار تغيير شكل پلاستيك مي‌شود و باندهاي برشي با دانسيته بالايي از نابه‌جايي‌ها به وجود مي‌آيند. ناپايداري موضعي برشي شبكه‌ي كريستالي با ناهمگني ماده ادامه مي‌يابد و ناپايداري افزايش مي‌يابد. در اين مرحله كرنش اتمي به دليل افزايش دانسيته نابه‌جايي‌ها افزايش مي‌يابد.
مرحله‌ي دوم: با افزايش مداوم دانسيته نابه‌جايي‌ها، دانه‌هاي فرعي به وجود مي‌آيند، كه در ابتدا با مرزدانه با زاويه كم از هم جدا شده‌اند. تشكيل دانه‌هاي فرعي منجر به كاهش كرنش اتمي مي‌شود.
مرحله‌ي سوم: با ادامه‌ي آسياكاري تغيير شكل بيشتري در باندهاي برشي مناطق كرنش نيافته به وجود مي‌آيد و اندازه دانه‌هاي فرعي كاهش مي‌يابد. آرايش نهايي دانه‌ها رندوم است، يعني جهت لغزش از يك دانه به دانه‌ي بعدي تغيير مي‌كند.
لي و همكارانش مدلي براي اندازه دانه در طول آسياكاري ارائه داده­اند. بر اساس اين مدل در مراحل اوليه آسياكاري اندازه دانه از رابطه زير قابل محاسبه است:
d=kt-2/3
در رابطه بالا d اندازه دانه، t زمان و k مقدار ثابتي مي‌باشد.
كوچك­ترين اندازه دانه­اي كه در آسياكاري حاصل مي‌شود با توجه به رابطه­یبين تغيير شكل پلاستيك با حركت نابه‌جايي‌ها و بازيابي و تبلور مجدد تعيين مي‌شود. مشاهده شده است كه كوچكترين اندازه دانه بدست آمده با آسياكاري مكانيكي با نقطه‌ي ذوب فلزات Al، Ag و Cu (با شبكه‌يfcc ) رابطه‌ي معكوس و با انرژي نقص چيدن رابطه‌ي مستقيم دارد. اما هنگامي كه داده‌هاي مربوط به فلزات hcp و bcc و چند تركيب بين فلزي بررسي شد، مشاهده شد فقط در فلزات با شبكه‌ي fcc و نقطه‌ي ذوب به نسبت پايين رابطه‌ي معكوس بين اندازه دانه و نقطه‌ي ذوب وجود دارد. اندازه دانه تقريباً مستقل از نقطه ذوب فلزات با شبكه‌ي hcp ، bcc و fcc (با نقطه‌ي ذوب بالا) است. پارامترهاي فرايند مانند روش تعيين اندازه دانه، شدت آسياكاري،‌ دماي آسياكاري و آلودگي روي كوچكترين اندزه دانه محاسبه شده تأثير دارد.
با استفاده از آلياژسازي مكانيكي مي­توان به نانوكامپوزيت دست پيدا كرد. مثلاً هنگامي كه فاز آمورف توليد شده به روش آلياژسازي مكانيكي در دماهاي پايين متبلور مي‌شود،‌ ساختار نانوكامپوزيتي خواهد بود. يكي از ويژگي‌هاي مهم مواد نانو كامپوزيت حداقل رشد دانه تا دماهاي بالا است. در نانوكامپوزيت‌هاي Cu و Mg تقويت شده با Al2O3 تا نزديك نقطه‌ي ذوب فلزات از رشد دانه جلوگيري مي‌شود.

96:

روش ساخت نانو


روشهای ساخت پايين به بالا

دو روش جهت رسيدن به مقياس نانو وجود دارد؛ كاهش ابعاد از بالا به پايين، يا افزايش ابعاد از پايين به بالا. اين دو روش، در­اساس متفاوت ميباشند، هم در روش ايجاد ساختارها و هم در اساس علمی كه آنها را محتمل ميسازد.

روش بالا به پايين (Top-down) مستلزم كاهش اندازه تا كوچكترين حد يعنی تا مقياس نانو ميباشد. اين روش در اساس مستلزم تراشيدن چيزهای بزرگتر و رسيدن به ساختارهای نانو ميباشد. نانوتكنولوژی "بالا به پايين" اولين موردی ميباشد كه از دامنه نانوالكترونيك و نانومهندسی فراتر رفته­است. به­عنوان يكی از كاربردهای اوليه اين روش ميتوان به توسعه نانوفوتونيك، ارتباط الكترونيك و فوتونيك در مقياس نانو اشاره كرد .

اين تكنولوژی، روشهايی مانند ليتوگرافی پرتوالكترونی، برگرفته از ميكروالكترونيك، برای ايجاد سيستمهای ميكروالكترو­مكانيكی (MEMS) ارائه ميدهد. البته محدوديتهای فيزيكی برای اين روش (Top-down) وجود دارد . . .



مثلاً هرگاه ابعاد مواد به مقياس اتمی ميرسد و فرآيندهای توليد، ناچار از دستكاری مولكولها منفرد مواد ميشوند، نيروها و عكس­العملهای بين مولكولهای منفرد آشكار ميشود و مباحث جديدی بايد درنظر گرفته­شود.

روشهای "پايين به بالا" مستلزم دستكاری اتمها و مولكولهای منفرد ميباشد. نانوتكنولوژی "پايين به بالا" معمولاً خودسامانی كنترل شده اتمها و مولكولها و تبديل آنها به نانو ساختارها ميباشد. در اين روش، جايی كه اتمها و مولكولها برای ايجاد ساختارهايی مانند كريستالها يا سلولهای زنده تركيب ميشوند به فرآيندهای زيستی و شيميايی شباهت بسيار نزديكی دارند. اساساً ايجاد يك سلول زنده يا يك دانه برف نمونه­های از نانوتكنولوژی طبيعی ميباشد.

روش "بالا به پايين" كه از ميكروالكترونيك اقتباس شده است و برای نانوتكنولوژی ارتقاء داده شده است. روشهای "بالا به پايين" در ميكروسازی خيلی كاملتر از روشهای "بالا به پايين" در نانوسازی ميباشد.
شنبه : یارب العالمین 1شنبه : یا ذاالجلال والاکرامروش ساخت نانو


روشهای ساخت پايين به بالا

دو روش جهت رسيدن به مقياس نانو وجود دارد؛ كاهش ابعاد از بالا به پايين، يا افزايش ابعاد از پايين به بالا. اين دو روش، در­اساس متفاوت ميباشند، هم در روش ايجاد ساختارها و هم در اساس علمی كه آنها را محتمل ميسازد.

روش بالا به پايين (Top-down) مستلزم كاهش اندازه تا كوچكترين حد يعنی تا مقياس نانو ميباشد. اين روش در اساس مستلزم تراشيدن چيزهای بزرگتر و رسيدن به ساختارهای نانو ميباشد. نانوتكنولوژی "بالا به پايين" اولين موردی ميباشد كه از دامنه نانوالكترونيك و نانومهندسی فراتر رفته­است. به­عنوان يكی از كاربردهای اوليه اين روش ميتوان به توسعه نانوفوتونيك، ارتباط الكترونيك و فوتونيك در مقياس نانو اشاره كرد .

اين تكنولوژی، روشهايی مانند ليتوگرافی پرتوالكترونی، برگرفته از ميكروالكترونيك، برای ايجاد سيستمهای ميكروالكترو­مكانيكی (MEMS) ارائه ميدهد. البته محدوديتهای فيزيكی برای اين روش (Top-down) وجود دارد . . .



مثلاً هرگاه ابعاد مواد به مقياس اتمی ميرسد و فرآيندهای توليد، ناچار از دستكاری مولكولها منفرد مواد ميشوند، نيروها و عكس­العملهای بين مولكولهای منفرد آشكار ميشود و مباحث جديدی بايد درنظر گرفته­شود.

روشهای "پايين به بالا" مستلزم دستكاری اتمها و مولكولهای منفرد ميباشد. نانوتكنولوژی "پايين به بالا" معمولاً خودسامانی كنترل شده اتمها و مولكولها و تبديل آنها به نانو ساختارها ميباشد. در اين روش، جايی كه اتمها و مولكولها برای ايجاد ساختارهايی مانند كريستالها يا سلولهای زنده تركيب ميشوند به فرآيندهای زيستی و شيميايی شباهت بسيار نزديكی دارند. اساساً ايجاد يك سلول زنده يا يك دانه برف نمونه­های از نانوتكنولوژی طبيعی ميباشد.

روش "بالا به پايين" كه از ميكروالكترونيك اقتباس شده است و برای نانوتكنولوژی ارتقاء داده شده است. روشهای "بالا به پايين" در ميكروسازی خيلی كاملتر از روشهای "بالا به پايين" در نانوسازی ميباشد.




97:

روش‌های تهیه‌ی نانوذرات؛

ذوب در محیط فوق سرد


بیگت و همکارانش روشی مناسب‌تر از روش پاشش حرارتی با بازدهی بیشتر را برای تولید نانوذرات توسعه دادند. این روش ذوب در محیط فوق سرد نامیده می‌شود و بیش‌تر برای تولید نانوذرات فلزی به کار می‌رود. مزیت اصلی این روش، ارائه سرعت بالای تولید (حدود 60 گرم در ساعت) و راندمان بالاتر (حدود 75%) می‌باشد.
ذرات و پودرها در این روش، توسط چگالش خودبخودی گازهای فلزی در یک واسطه برودتی تولید می‌شوند. بنابراین، در این روش هم، نیاز به تبخیر ماده منبع داریم. در این روش از فرکانس‌های رادیویی برای ذوب و تبخیر ماده هدف استفاده می‌شود.
نانوتکنولوژی
در این روش مطابق شکل 1 ماده هدف (فلز) درون یک میدان مغناطیسی با فرکانس بالا قرار می‌گیرد. بنابراین فلز به صورت قطره‌ای ذوب می‌شود. کلید این روش آن است که بایستی فرکانس دستگاه طوری انتخاب شود که توانایی معلق کردن قطره مذاب تولیدی در فضا را داشته باشد. بنابراین، قطره مذابی که از فلز موردنظر تولید شده و در میان کویل مغناطیسی دستگاه معلق باقی می‌ماند. بعد از مدت بسیار کوتاهی در اطراف این قطره مذاب، یک لایه از بخار فلز تولید می‌شود. در این مرحله، از پایین دستگاه، یک مایع برودتی (معمولاً نیتروژن یا آرگون مایع) با سرعت به طرف قطره مذاب حرکت می‌کند. در اثر برخورد مایع برودتی به قطره مذاب و لایه بخار اطراف آن، بخارها سریع چگال شده و تبدیل به نانوذرات موردنظر می‌شوند. نانوذرات تولیدی به واسطه حرکت مایع برودتی به بالا، به طرف یک فیلتر مخصوص حرکت کرده و جداسازی می‌شوند. قابل ذکر است که نوع مایع برودتی مورد استفاده در این روش بستگی به فلز موردنظر دارد. به عنوان مثال؛ در مورد آلومینیوم، استفاده از نیتروژن مایع احتمالاً باعث تشکیل ذرات نیترید آلومینیوم می‌شود. در این مورد باید از آرگون مایع استفاده نمود (شکل 2).
نانوتکنولوژی
دمای جوش نیتروژن مایع حدود 196- درجه سانتی‌گراد می‌باشد. بنابراین، دمای مذاب و بخار فلز مورد نظر از حدود 1700 درجه سانتی‌گراد (بسته به نوع فلز) با یک شیب بسیار زیاد به 196- درجه سانتی‌گراد می‌رسد. این بهترین شرایط برای تولید نانوذرات فلزی است، چرا که بخاطر سرد شدن سریع، اجازه رشد به نانوذرات داده نخواهد شد.
منبع:سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان

98:

توليد ماده کامپوزيتي با دماي خوداشتعالي پايين و چگالي انرژي بالا
محققان آزمايشگاه آناليز و معماري سيستم‌ها (CNRS) در تولوس فرانسه به‌همراه پژوهشگراني از مرکز ميان‌دانشگاهي تحقيقات و مهندسي مواد (دانشگاه تولوس) يک ماده کامپوزيتي ساخته‌اند که چگالي انرژي آن به‌عنوان يک ماده انفجاري جامد معادل چگالي انرژي نيتروگليسيرين است. در توليد اين ماده از يک فرايند توليد خلاقانه استفاده شده است که در آن، نانوذرات در تماس با رشته‌هاي DNA قرار داده مي‌شوند. سپس اين رشته‌هاي DNA انواع مختلف نانوذرات استفاده شده را آرايش مي‌دهند. انرژي آزاد شده و دماي احتراق اين ماده انفجاري جديد جزء بهترين نتايجي است که تاکنون در نوشته‌هاي علمي منتشر شده است. از اين ماده مي‌توان براي تأمين انرژي سيستم‌هاي مختلف در کاربردهاي فضايي و زيست‌محيطي بهره برد.

دو جزء اصلي اين ماده کامپوزيتي نانوذرات آلومينيوم و اکسيد مس هستند. با وجودي که ايده استفاده از ترکيب آلومينيوم و اکسيد مس براي توليد انرژي جديد نيست (از اين ترکيب زماني براي جوش دادن ريل‌هاي راه اهن استفاده مي‌شد)، اما اين براي اولين بار است که از رشته‌هاي DNA براي آرايش دادن اين ذرات بهره برده مي‌شود.

اما چرا در اين کار از DNA استفاده شده است؟ دو رشته مکمل DNA زماني که کنار يکديگر قرار بگيرند، با يکديگر پيوند يافته و يک زنجيره دورشته‌هاي محکم را ايجاد مي‌کنند (همانند رشته‌هاي DNA درون سلول‌هاي بدن). محققان از اين ويژگي پيونديابي استفاده کرده‌اند. آنها رشته‌هاي مکمل DNA را به‌صورت جداگانه روي ذرات نانومقياس آلومينيوم و اکسيد مس پيوند دادند؛ سپس اين دو نانوذره مختلف را که با رشته‌هاي DNA روکش‌دهي شده‌ بودند، با يکديگر مخلوط نمودند. در نتيجه رشته‌هاي مکمل هم روي هر نوع نانوذره با يکديگر پيوند يافته و پودر اوليه آلومينيوم و اکسيد مس را به يک ماده جامد فشرده تبديل مي‌سازند که در دماي 410 درجه سانتي‌گراد به‌صورت خودبه‌خودي شعله‌ور مي‌شود. اين يکي از پايين‌ترين دماهاي احتراق خودبه‌خودي است که تاکنون گزارش شده است.
نانوتکنولوژی
علاوه بر دماي اشتعال پايين، مزيت ديگر اين کارمپوزيت دارا بودن چگالي انرژي بالا، در حد چگالي انرژي نيتروگليسيرين است. احتراق مقدار مشخصي از اين ماده کامپوزيتي در مقايسه با ترکيب مجزاي آلومينيوم و اکسيد مس، انرژي بيشتري آزاد مي‌کند. اين محققان با بهره‌گيري از مساحت سطحي بالاي نانوذرات توانسته‌اند به بيشترين مقدار انرژي آزاد شده‌ي ممکن از نظر تئوري براي اين واکنش گرمازا دست يابند.

جزئيات اين کار در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.


99:

ساخت ماده‌اي شفاف از جنس پوسته خرچنگ
محققان ژاپني پوسته‌اي بر اساس پوست خرچنگ توليد کردند. با استفاده از اطلاعات به‌دست آمده در فرآيند توليد اين پوسته، آنها ورقه نانوکامپوزيتي شفافي ساختند. براي ساخت اين ورقه، اين گروه تحقيقاتي از چيتين استخراج شده از پوست خرچنگ استفاده نمودند. از اين نانوکامپوزيت مي‌توان در ادواتي که نياز به شفافيت بالا است نظير نمايشگرهاي صاف، استفاده کرد.

پيش از اين محققان از سلولز و چيتين براي تقويت مواد استفاده کرده‌ بودند که در نهايت محصول به‌وجود آمده يک نانوکامپوزيت الهام گرفته از طبيعت به‌شمار مي‌آمد. حال اگر نانوالياف طبيعي به مقدار کافي درون ماتريکس پليمري شفاف وارد شود، مي‌توان پليمر را تقويت کرد و همچنين نانوکامپوزيتي داشت که شفافيت خود را نيز حفظ کرده است.

نانوتکنولوژی
کار روي پليمرهاي شفاف حاوي نانوالياف سلولزي نشان مي‌دهد که اين ماده ضريب انبساط گرمايي محوري بسيار پاييني دارد، بدين معنا که اندازه آنها در اثر تغيير حرارت، تغييرنمي‌کند. اين ويژگي موجب مي‌شود اين نانوکامپوزيت‌ها به موادي ايده‌آل براي استفاده در پنل‌هاي نمايشگر و پيل‌هاي خورشيدي تبديل شود.

محمد افتخار شمس و همکارانش از دانشگاه کيوتو يک خرچنگ را به‌طور کامل به‌ترتيب درون اسيد کلريدريک، هيدروکسيد سديم و اتانول قرار دادند تا با اين کار مواد معدني، پروتئين‌ها، چربي‌ها و پيگمنت‌هاي آن خارج شود. پس از اين فرآيندها تنها پوسته حاوي چيتين باقي مي‌ماند که آنها آن را درون يک مونومر رزين آکريليک غوطه‌ور کردند. به‌دنبال پليمريزاسيون، اين گروه تحقيقاتي پوسته‌اي کاملا شفاف از پوست خرچنگ به‌دست آوردند. نکته جالب آن است که اين پوسته شکل اوليه خود را با جزئيات کامل حفظ کرده به‌طوري که چشمان خرچنگ نيز قابل تشخيص است.

شمس مي‌گويد با ساخت اين پوسته شفاف، ما درصدد برآمديم تا کامپوزيت‌هاي شفاف مبتني بر اجزاء چيتين موجود در پوست خرچنگ توليد کنيم که به‌صورت پودر باشد. براي اين کار، شمس و همکارانش از پودر پوسته خرچنگ استفاده کرده و اين بار نيز تمام مراحل غوطه‌ورسازي در محلول‌هاي مختلف را طي کردند. سپس پودرهاي چند ميليمتري را به‌صورت ورقه‌هايي در آورده و مجددا با مونومر آکريليک برهمکنش دادند. محصول نهايي نانوکامپوزيتي شفاف بود.

آنها به بررسي مقدار عبور نور در طول موج‌ها و دماهاي مختلف پرداختند. ميزان عبور نور کامپوزيت‌هاي رايج نظير اپوکسي فيبرهاي شيشه‌اي با افزايش دما به 100 درجه سانتيگراد، به 65 درصد تقليل مي‌يابد. نتايج نشان داد اين کامپوزيت جديد تا دماي 80 درجه سانتيگراد هيچ کاهشي در ميزان عبور نور از خود نشان مي‌دهد.

100:

مرسی دوست عزیز و شما hammihan..انجمن عالیه

101:

آیا نانو تکنولوژیست های طبیعی وجود دارند؟


زمینه نانو تکنولوژی با جهان بسیار کوچک سر و کار دارد که نمی توانیم آن را از طریق میکروسکوپ نوری ببینیم. در این مقیاس ما با بلوک های ساختمانی پایه ای مانند مولکول ها یا سلول های ارگانیک سر و کار داریم. تجربه بشری در این حوزه محدود است در حالی که ماهیت ساختمانی در سطح مولکولی برای میلیاردها سال است که ساخته شده است. اما آیا ما در واقع می توانیم بگوییم که نانو تکنولوژیست طبیعی داریم؟ در دقیق ترین تعریف، این فناوری به کاربرد عملی این دانش یا فرآیندهای فنی سر و کار دارند. در این معنا، پرسشی درباره نانوتکنولوژی طبیعی وجود دارد که فلسفی تر نسبت به قابلیت عملی آن است. با توجه به رویکرد موکدا علمی می گوییم که چنین چیزی به عنوان نانوتکنولوژی طبیعی آیا وجود دارد.طبیعت هنوز نقش بسیار مهمی در بسیاری از پروژه های نانوتکنولوژی بازی می کند. بعضی نانوتکنولوژی دانان ، زیست شناسی سلولی را مطالعه می کنند گرچه بیشتر سلول ها نسبت به مقیاس نانو بسیار بزرگتر هستند. برای نمونه آنکلوژیست ها دنبال نانوتکنولوژی هستند چون راهی بالقوه برای درمان بیماران سرطانی هستند. ایده پایه ای این است که رگ های کوچکی ایجاد کنند که احتمالا فقط ۱۰۰ نانومتر پهنا دارند تا میزان غلظت دقیقی از داروی ضدسرطانی را حمل کنند.نانوتکنولوژیبعضی نانوتکنولوژیست ها ویروس ها و زیست شناسی سلولی را مطالعه می کنند


اخیرا بیشتر داروهای ضدسرطان می توانند بر بافت سالم و سرطانی اثر بگذارند. این دلیلی است بر اینکه چرا اثرات جانبی شیمی درمانی می توانند بسیار دراماتیک باشند و تحمل آن دشوار شود. اما اگر دکترها می توانستند وسیله ای را ایجاد کنند که بتوانند سلول های سرطانی ویژه ای را هدف گیری کنند می توانند به روش دقیقی برای پزشکی استفاده شوند که تنها بر سرطان اثر بگذارند. به خاطر این نتیجه، بیماران اثرات جانبی کمتری داشته باشند.در حالی که ممکن است مجبور شویم تا دهه ها صرف کنیم تا به اندازه کافی درباره وسیله ای یاد بگیریم که بتواند سلول های ویژه ای را شناسایی و هدف گیری کنند. بسیاری از ویروس ها به دنبال انواع ویژه ای از سلول ها هستند. با مطالعه ویروس ها، آنکولوژیست ها امیدوارند تا وسیله تحویل کامل به سلول سرطانی را ایجاد کنند. بعضی حتی برنامه ای دارند تا از پوسته های ویروسی استفاده کنند که به عنوان وسیله تحویلی عمل کنند. نانوتکنولوژیست ها ویروس را با پروتیین هایی پوشش داده اند تا به سلول های سرطانی بچسبند در حالی که هر چیز دیگری را نادیده می گیرند. درون پوسته ظرفیت ترابری کوچک پزشکی هستند. ویروس سلول سرطانی را پیدا کرده و به آن چسبیده و ماده ای سمی را به طور تکنیکی به طور مستقیم به سلول سرطانی تزریق می کنند.این چگونگی آن است که ویروس ها برای میلیون ها سال دارند کار می کنند و فقط مثالی است مبنی بر اینکه چگونه نانوتکنولوژیست ها به دنبال طبیعتی برای این بینش هستند که چگونه در سطح مولکولی کار کنند. ترکیب زیست شناسی سلولی و نانوتکنولوژی ممکن است در آینده منجر به این شود که بیماری به طور کلی ریشه کن شود. پس حتی اگر نمی توانیم بگوییم که نانوتکنولوژی چیزی طبیعی است طبیعت همیشه نقشی غالب در درک ما از این جهان کوچک دارد.

102:

ابداع نانو قرص‌های ارزان برای تصفیه آب آشامیدنی



به گزارش عرش نیوز،این قرص شامل یک صفحه سرامیکی پرشده با نانوذرات نقره یا مس است ‏که درون مخزن آب قرار داده شده و به‌ طور متناوب آب را ضدعفونی می‌کند. ‏ تنها مقادیر بسیار اندکی از نانوذرات از قرص به آب آزاد می‌شود که در آن سطح برای ‏انسان مضر نبوده، اما برای نابودی میکروارگانیسم‌ها کافی است.‏ جیمز اسمیت، استاد محیط زیست و منابع آب در دانشگاه ویرجینیا می‌گوید: استفاده از ‏این قرص بسیار ساده است، به نحوی که شب هنگام با قراردادن آن در مخزن، آب آشامیدنی ‏در روز بعد مهیا خواهد شد. این قرص ظرفیت تصفیه 20 لیتر آب در روز را داراست.‏ ‏ این قرص در حال حاضر نیازمند مطالعات بیشتر برای تخمین عمر کارکرد آن است. ‏بر اساس آزمایشات کوتاه مدت و برون‌یابی نتایج عمر این قرص حدود 6 ماه تخمین زده ‏می‌شود.‏ انتظار می‌رود این دستاورد برای بهبود منابع آب در آفریقای جنوبی مورد استفاده قرار ‏گرفته و استانداردهای لازم برای آب شرب را تأمین کند. این قرص‌ها را می‌توان در مثلا ‏استان لیمپوپو ‏‎(Limpopo)‎‏ در آفریقای جنوبی که در آن آب شرب کمی در دسترس است، ‏بکار برد. ‏ آنتونی ترتون، متخصص آب و محیط‌زیست ‏می‌گوید که این فرآیند از نظر تکنیکی پایدار است. با این حال او بر این باور است که بقای این ‏فناوری به عوامل زیادی از جمله هزینه و پذیرش عموم بستگی دارد.‏ نانوتکنولوژی




103:

حرف شنوی رگ های خونی از نانوذرات!



نانوتکنولوژی
گروهی از پژوهشگران توانسته‌اند با نانوذره‌های طلای پوشانده‌شده از سه نوع پپتید بر رگ‌سازی تاثیر بگذارند. از آن جا که رگ‌سازی عاملی مهم در درمان بسیاری از بیماری‌هاست و جلوگیری از آن گامی مهم در درمان تومورهای سرطانی‌ است، این آزمایش‌ها می‌توانند گامی بزرگ در بهداشت و درمان باشند. می‌توان نانوذره‌های پپتید-پوشیده‌ی طلا را در رویاندن رگ‌های خونی یا جلوگیری از آن به کار بست. این یافته‌ای تازه از گروهی فیزیک‌دان و زیست‌شناس از دانشگاه Southampton در بریتانیا است. پژوهشگران می‌گویند آزمایش‌هایشان می‌توانند گامی بزرگ به سوی درمان‌های بهتر سرطان با نانو‌ذره‌های پوششی باشد.
رگ‌زایی فرآیندی‌ است که با آن رگ‌های خونی درون بدن شکل می‌گیرند. این روند در رشد و نمو حیاتی‌ است و در فرآیند‌هایی چون ترمیم جراحت‌ها، بیماری‌های رماتیسمی و بارداری نقشی بزرگ دارد و البته در رشد و گسترش تومورها نیز درگیر است؛ از این رو اداره‌ی رگ‌سازی می‌تواند به درمان‌های تازه‌ای برای سرطان راه ببرد.
رگ‌سازی زمانی آغاز می‌شود که ملکول‌های ویژه‌ای، یاخته‌های پوششی را که مانند آستر رگ می‌باشند، برمی‌انگیزانند؛ این ملکول‌ها به گیرنده‌های عامل رشد رگ که در یاخته‌های پوششی درون رگ هستند، می‌پیوندند.
این برانگیزش به چندشاخه‌ شدن یاخته‌های پوششی – به شکلی زنجیروار- و از آن جا شکل دادن ساختار رگی تازه‌ای می‌انجامد. این فرآیند با پیام‌هایی که رشد رگ‌ها را با عامل‌های پیش‌رگ‌سازی یا جلوگیری از رشد‌شان با عامل‌های ضد‌رگ‌سازیتنظیم می‌کنند، برانگیخته می‌شود.
جلوگیری از بروز اثرات جانبی
داروهای رگ‌سازی می‌توانند با کاهش یا افزایش رشد مویرگی در درمان برخی بیماری‌ها به کار روند، اما این تنها برای مدت کوتاهی اثربخش خواهدبود. اغلب اوقات باید مقدار مصرفی را بیش‌تر کرد و این می‌تواند به اثرات جانبی و حتی مسمومیت بی‌انجامد.
آنتونیوس کاناراس ِ فیزیک‌دان، تیموثی میلر ِ زیست‌شناس و همکاران، باور دارند که نانوذره‌ها می‌توانند بسیاری از مشکلات ویژه‌ی دارو‌های رگ‌سازی را حل کنند. نانوذره‌ها، حامل‌های موثر و توزیع‌کننده‌های مناسب دارویی‌اند، چراکه می‌توانند مقدار زیادی از ملکلو‌های درمانی را در خود بگیرند و آن‌چه حتی بهترشان می‌کند این است که سطح‌شان با ملکول‌های گیرنده (بیش‌تر با پادتن‌ها) پوشانده می‌شود. بدین‌ ترتیب می‌توان مطمئن بود که داروها به بخش‌های ویژه‌ای از بدن مثلا توموری که مورد نظر است، می‌رسند.
این گروه، چگونگی کارکرد نانوذره‌های ِ طلای ِ پوشانده‌شده با سه نوع پپتید در رویاندن رگ‌های خونی یا جلو‌گیری از آن در جانداران را سنجیده‌است. نخستین پپتید ( که پژوهشگران p1 می‌خوانندش) به گیرنده‌های «عامل‌های رشد پوشش رگی» پیوسته و ژن‌های برانگیزاننده‌ی پیام‌های زنجیروار را پخش می‌کند؛ سومین پپتید (P3) به گیرنده‌های عصب‌دوست-۱ پیوسته، و از درست شدن موی‌رگ‌ها جلوگیری می‌کند؛ دومین پپتید (P2) یک عامل سنجه‌ای‌ است، چراکه با هیچ‌یک از این گیرنده‌ها برهم‌کنش ندارد، اما به سادگی به درون یاخته می‌رود.
ترمیم جراحت‌ها
کاناراس می‌گوید: «دریافتیم که نانوذره‌های برانگیزاننده، رشد را دوبرابر می‌کنند و نمونه‌های جلوگیری‌کننده به شکل معنی‌داری رگ‌سازی را خاموش می‌کنند.»
او می‌گوید: برانگیختن رگ‌سازی می‌تواند در موقعیت‌هایی که در آن‌ها خواهان رشد رگ هستیم مانند ترمیم جراحت‌ها و یا شرایطی که جلوگیری از رگ‌سازی لازم است مثلا در کند کردن رشد تومور یا توقف آن، مفید باشند.
به نوشته تارنمای انجمن فیزیک، کاناراس باور دارد که چنین مطالعه‌هایی برای درک چگونگی تاثیر نانوذره‌ها بر رشد رگ‌ها مهم بوده و برخورد با رگ‌سازی با نانوذره‌های طلا، راه‌هایی تازه در مسیر پیشرفت داروها می‌گشاید.
او می‌گوید: «به یقین گام بعدی در مطالعه‌هایم دست‌کاری رگ‌سازی تومور است.» «به خوبی می‌دانیم که یاخته‌های سرطانی برای آن که بتوانند رشد کنند به رگ‌سازی نیاز دارند. آیا ممکن خواهد بود که با به‌کارگیری نانوذره‌ها، رگ‌سازی را در نزدیکی یک تومور متوقف کنیم و چنین ترفندی تا چه اندازه بازده خواهد داشت؟ این‌ها پرسش‌هایی هستند که گروه پژوهشی ما از خود می‌پرسد.»
منبع: ایسنا

104:

ترميم قلب آسيب ديده با استفاده ازنانوفيبر طلا



محققان مركز علوم و فناوري نانوي آمريكا، با استفاده از فناوري نانو ( نانوفيبرهاي طلا )موفق به ترميم قلب آسيب ديده شدند. در پي يك حمله قلبي به بافت قلب آسيب جبران ناپذيري وارد مي شود. در اين حالت سلول هاي قلب قابليت تكثير و ترميم را از دست مي دهند و مقدار سلول هاي بنيادي قلب كاهش پيدا مي كند. محققان مركز علوم و فناوري آمريكا با استفاده از نانوفيبر طلا موفق به حل اين مشكل شده اند. در اين فرآيند با استفاد از رشته هاي نامريي طلا، بافت مصنوعي قلب مهندسي مي شود و مانند وصله در قسمت آسيب ديده قرار مي گيرد. مزيت اين روش نسبت به ساير روش هاي پيشرفته ديگر، قابليت هماهنگي آن با ساير بخش هاي قلب از نظر مدارهاي الكتريكي است.
اين بافت مصنوعي به راحتي مي تواند سيگنال هاي الكتريكي بين ساير سلول ها را بهينه كند. در اين حالت ضربان و ريتم قلب بدون هيچ مشكلي مانند حالت طبيعي انجام مي شود. سلول هاي قلب داراي پروتئيني روي سطح خود هستند كه وظيفه آن انتقال سيگنال هاي الكتريكي است. زماني كه سلول هاي قلبي آسيب مي بينند، اين پروتئين ها از بين مي روند. درست است كه سلول هاي قلب و ساير اندام هاي بدن قادر به ترميم خود هستند ولي اين فرآيند با سرعت بسيار پاييني انجام مي شود و در اكثر مواد بيمار اين فرصت را ندارد و ازبين مي رود. وظيفه نانوفيبر طلا، انتقال سيگنال ها عصبي تا بهبود كامل سلول هاي قلب و توليد پروتئين هاي مسئول انتقال سيگنال هاست. سلول هاي مورد نياز براي ساخت اين وصله، از بدن خود بيمار گرفته مي شوند و روي يك داربست سازگار با بدن قرار مي گيرند. نتايج كامل اين بررسي در شماره اخير نشريه Materials Chemistry B به چاپ رسيده است.



منبع: ایرنا

105:

جواب دکتر حسن روحانی به نامه انجمن بیوتکنولوژی ایران



نانوتکنولوژی
انجمن بیوتکنولوژی ایران نامه را با طرح سه سوال به همه کاندیداهای ریاست جمهوری ارائه داده که تا امروز 24خرداد فقط دکتر حسن روحانی به آن جواب داده اند!!!

روحانی در پاسخ به این درخواست طی نامه ای خطاب به انجمن بیوتکنولوژی با تشکر از اقدام انجمن در جلب توجه نامزدهای انتخابات یازدهمین دوره ریاست جمهوری به مساله مهم بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک و تاثیر شگرف آن بر توسعه کشور به سوالات مطرح شده از سوی انجمن پاسخ داده و آورده است:« این پاسخ‌ها به عنوان میثاقی بین اینجانب و جامعه علمی کشور تلقی شود تا چنانچه به فضل الهی توفیق کسب اعتماد ملت و رضای الهی نصیب اینجانب شود و بتوانم در سنگر ریاست جمهوری در خدمت میهن عزیز و ملت سرافراز ایران باشم با مساعدت و همکاری شما عزیزان دانشمند و بزرگواران اندیشمند در تحقق آن کوشا باشم.»
در بخشی از این نامه آمده است: «بیوتکنولوژی که مهندسی ژنتیک هم یکی از بارزترین تجلی‌های آن محسوب می‌شود از اهمیت بسزایی در حوزه سلامت، دارو، بهداشت، درمان، تشخیص پزشکی، غذا و کشاورزی، محیط زیست و صنعت برخوردار است. این فناوری در کشورهای صنعتی و پیشرفته هم به عنوان یک انتخاب برای تولید محصولاتی برتر مورد توجه و عنایت قرار گرفته و سهم مهمی از صادرات را به خود اختصاص داده است.

با توجه به جدید بودن این رشته در مقایسه با سایر فناوری‌ها در دهه دوم پس از پیروزی انقلاب در دوره ریاست جمهوری رهبر معظم انقلاب و پس از آن در دوران سازندگی و اصلاحات همت زیادی برای توسعه این فناوری در کشور صرف شد که بارزترین آنها تاسیس پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، شورای عالی بیوتکنولوژی و پژوهشگاه رویان و راه اندازی دوره‌های تحصیلات تکمیلی در این رشته در دانشگاه‌های سراسر کشور بود.
کشور ما در این زمینه تا جایی پیش رفت که اگرچه با برخی کشورهای صنعتی پیشرفته فاصله داشت اما یکی از کشورهای صاحب نام در منطقه و در بین کشورهای درحال توسعه و اسلامی و حتی اروپایی محسوب می‌شد. از سال 1384 و در دوره فعلی مانند بسیاری از رشته‌های دیگر در این حوزه هم ما با پسرفت مواجه بودیم.این پس رفت به هیچ عنوان به دلیل کم کاری یا عدم شایستگی پژوهشگران و بدنه بیوتکنولوژی و علمی کشور نبود بلکه به دلیل سوء مدیریت در این رشته بود. البته در جاهایی هم درخشش‌هایی داشتیم که می‌تواند و باید تقویت شود. برای مثال دستاوردهای بیوتکنولوژی در زمینه سلول‌های بنیادی و پروتئومیکس و تولید بزهای تراریخته در پژوهشگاه رویان و تولید داروهای نوترکیب در بخش خصوصی با حمایت وزارت بهداشت قابل ذکر هستند اما در بخش کشاورزی و محیط زیست و تولید واکسن‌های دامی و انسانی، کشور قطعا با پس رفت مواجه بوده که به دلیل ناشایسته‌سالاری و به ویژه برخوردهای حذفی با پیش‌کسوتانی بود که از قضای حادثه هرکدام به نوعی بنیانگذاران این رشته در کشور محسوب می‌شوند.

نتیجه این شد که با وجود مقابله با تولید ملی محصولات حاصل از بیوتکنولوژی که شما تحت عنوان تراریخته از آن یاد می‌کنید واردات این نوع محصولات در دوره اخیر آغاز و در سال گذشته (سال تولید ملی) به حدود پنج میلیارد دلار رسید.»
روحانی در پاسخ به سوال اول انجمن از کاندیداهای انتخابات ریاست جمهوری در خصوص برنامه آنها برای توسعه استفاده از بیوتکنولوژی مانند کودهای زیستی، داروهای نوترکیب و محصولات حاصل از مهندسی ژنتیک (تراریخته) پرسیده، آورده است: «مهمترین برنامه‌های عملی اینجانب، اجرای قانون و شایسته‌سالاری است. برای مثال اگر مسوولیت بیوتکنولوژی کشور به دست فردی که هم دانشمند این رشته است و هم مقبولیت در بین متخصصان دارد و هم با مشکلات بخش های مختلف کشور آشنایی دارد سپرده شود دیگر به جای هراس افکنی و بازکردن درهای واردات حمایت از تولید و مصرف این نوع محصولات بیولوژیک را وجهه همت خود قرار می‌دهد.کودهای زیستی با طبیعت سازگارترند و و من مایلم سموم زیستی را هم به آن اضافه کنم. داروهای نوترکیب با وجود نیاز به سرمایه‌گذاری کمتر موثرتر عمل می‌کنند و مسیر صادراتی آن نیز بالاتر است و از ارزش افزوده بالاتری برخوردار است. محصولات تراریخته هم سالمترند و باقیمانده سموم در آنها صفر است و هم برای کشاورزان و هم برای مصرف کنندگان و هم برای اقتصاد و محیط زیست کشور مطلوب است.

به اعتقاد من ما در کشور قوانین خوبی هم در این زمینه داریم که متاسفانه اجرای آن‌ها معطل مانده است. ما در مرکز تحقیقات استراتژیک گروهی را با عنوان فناوری‌های نو ایجاد کرده‌ایم که رصد اجرای این نوع قوانین یکی از وظایف آن است. متاسفانه گزارش‌ها نشان می‌دهند که بسیاری از قوانین مانند قانون ایمنی زیستی و یا قوانین برنامه چهارم و پنجم توسعه کشور که بندهای خوبی را در مورد بیوتکنولوژی و استفاده از فناوری‌های نو دارند به طور کل معطل و بلااجرا مانده‌اند که اینجانب تمام آنها را به اجرا در خواهم آورد.»

این نامزد انتخابات ریاست جمهوری در پاسخ به سوال دیگر انجمن بیوتکنولوژی در خصوص دیدگاه وی در قبال قوانین حوزه بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک که برخی از آنها مانند قانون ایمنی زیستی به اجرا در نیامده و حتی آیین‌نامه اجرایی آن نیز بعد از چهار سال ابلاغ نشده است، آورده است: « متاسفانه برخی از مدیران در حوزه بیوتکنولوژی به جای آنکه خود طالب اجرای قانون باشند با جلوگیری از اجرای این نوع قوانین بیشتر راه واردات را باز کرده‌اند. البته ممکن است گاهی قوانین و مقررات ضعف ها یا کاستی‌هایی هم داشته باشد که باید در مشورت با اهل فن و انجمن‌های علمی نسبت به بهبود آنها از طرق قانونی و تقدیم لوایح نسبت به رفع این کاستی ها اقدام شود.

اقدام عاجل انتصاب مسئولانی خواهد بود که اجرای قانون را در صدر برنامه‌های خود بدانند.»
برنامه کاندیداها برای استفاده از توان علمی انجمن‌های علمی و این که آیا برای آنها جایگاه نهادینه و ‌ویژه‌ای در برنامه‌ریزی، تعیین اولویت، اجرا و نظارت براساس قانون برنامه پنجم قائل خواهند شد یا نه، آخرین سوال انجمن بیوتکنولوژی از کاندیدهای انتخابات ریاست جمهوری بوده که دکتر روحانی در پاسخ آورده است: «همانطور که در سوال به آن اشاره شده است قانون برنامه پنجم بر حمایت از انجمن‌های علمی و استفاده از تجارب آنها سطوح مختلف تاکید کرده است.
در حال حاضر انجمن‌ها در حاشیه هستند و گاهی هرچه آنها می‌گویند دقیقا برخلاف آن عمل می‌شود. گاهی هم همه آنها را جمع می‌کنند و یک سخنرانی می کنند و لبخندی تحویل آنها می‌دهند ولی در عمل به انها بی توجهی می‌شود. برنامه اینجانب استفاده نهادینه از انجمن‌های علمی در حوزه‌های تخصصی ذیربط است. به این ترتیب نماینده انجمن‌های علمی در شوراها و مراجع تصمیم ساز حضوری تعریف شده خواهد داشت.
تضمین اجرایی برنامه‌های ارائه شده از سوی اینجانب در حوزه بیوتکنولوژی انتصاب "مشاور فناوری‌های نو ریاست جمهوری" خواهد بود تا پیگیر اجرای این میثاق و ارتباط اینجانب با انجمن‌های علمی باشد.»


106:

قوی‌ترین و سبک‌ترین نانوفیبر جهان تولید شد



مرکز تحقیقات اپتوالکترونیک در دانشگاه ساوتهامپتون برای اولین بار قویترین و سبکترین نانوفیبر جهان را تولید کرده است.

به گزارش خبرگزاری مهر، تلاشهای جهانی برای یافتن کامپوزیتهای بسیار قوی موجب شد که دانشمندان مرکز تحقیقات اپتوالکترونیک دانشگاه ساوت همپتون در رابطه با نانوسیمهایی با قدرت بالا و وزن سبک تحقیقاتی را آغاز کنند.

اکنون تحقیقات انجام شده توسط دکتر پیلبرتو برامبیلا و دیوید پین از این مرکز تحقیقاتی به تولید قوی ترین و سبک ترین نانوفیبرهای سیلیکا منتهی شده، این نانوفیبرهای سیلیکا، نانوسیمهایی هستند که 15 بار قوی تر از فولاد بوده و می توان آنها را به طول هزاران کیلومتر تولید کرد.

نتایج این تحقیقات تاکنون مورد توجه شرکتهای بسیاری در سراسر دنیا قرار گرفته تا آنها بتوانند صنایع دریایی، هوایی و امنیتی خود را تقویت کنند. درحال حاضر آزمایش روی این محصول جدید در جریان است و پتانسیل کاربردهای آینده این نانوفیبرها به جای نانوسیمها بررسی می شود.

دکتر برامبیلا گفت: با فیبرهای مصنوعی داشتن بیشترین قدرت ضروری است. معمولا اگر قدرت یک فیبر افزایش یابد باید قطر آن و در نتیجه وزن آن نیز افزایش پیدا کند اما این تحقیقات نشان داده است که همزمان با کاهش اندازه نانوفیبرهای سیلیکا، قدرت آنها افزایش پیدا می کند اما آنها همچنان سبک وزن باقی می مانند. ما تنها کسانی هستیم که قدرت این فیبرها را بهینه ساخته ایم.

وی افزود: کشف ما می تواند آینده کامپوزیتها و قدرت بالای مواد در جهان را تغییر دهد و تأثیر چشمگیری روی صنایع امنیتی، هوایی و دریایی داشته باشد. ما می خواهیم نیروی بالقوه آنها را برای استفاده در کامپوزیتها بررسی کنیم.

پین توضیح داد که نانوسیمهای سیلیکا 15 برابر قوی تر از پرقدرت تری فولاد و 10 متربه قوی تر از فایبرگلاس هستند.

نتایج این تحقیق پس از 5 سال تحقیق و بررسی حاصل شده که با بودجه انجمن رویال بریتانیا به پایان رسیده است.

خبرگزاری مهر

107:

تولید نانوحسگری برای تشخیص گاز سمی آمونیاک


پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با استفاده از لایه‌های نانوساختار حسگر نوری حساس به گاز آمونیاک برای صنایع پزشکی عرضه کردند.

به گزارش خبرنگار مهر، آمونیاک به طور گسترده در تهیه کودهای شیمیایی، صنایع داروسازی و رنگ کننده‌ها کاربرد دارد و سالانه بیش از صد میلیون تن در جهان تولید می‌شود.
در عین حال آمونیاک به عنوان یکی از محرک‌های اولیه برای بشر شناخته شده است. قرار گرفتن در معرض این گاز سمی سبب تحریکات سیستم تنفسی، ‌پوست و چشم شده و با آسیب رساندن به ریه‌ها در اثر مواجهه با غلظت زیاد این گاز می‌تواند سبب مرگ فرد شود. علاوه بر این در صورت تماس با آمونیاک مایع، سوختگی شدید در محل تماس ایجاد می‌شود.

از این رو نیاز است تا با استفاده از یک روش سریع، حساس و قابل اعتماد، وجود این گاز شناسایی شود.

این موضوع زمینه تحقیقات پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس شد. این محققان در این پژوهش از فیلم نانوساختاریِ پلی پیرول دوپه شده با رنگ به عنوان یک نانوحسگر نوری حساس به گاز آمونیاک بهره گرفتند.

انتخابگری بالا برای گاز آمونیاک به روشی ساده، ارزان، حساس و زمان پاسخ مناسب از ویژگی‌های این نانوحسگر است و این امکان را فراهم می‌سازد تا در کیت‌های تجاری-پزشکی برای آشکارسازی میزان گاز آمونیاک در نمونه‌های مختلف به کار گرفته شود.

رنگ به کار برده شده در این نانوحسگر دارای گروه‌های اسیدی است که می‌تواند با آمونیاک که دارای خاصیت بازی است، برهمکنش داده و سبب تغییر رنگ لایه نازک در طول موج جذبی رنگ شود.

نتایج این تحقیقات حاکی از آن است که حسگر تهیه شده انتخابگری و حساسیت بسیار مناسبی نسبت به گاز آمونیاک در مقابل سایر بخار‌ها از خود نشان می‌دهد.

با توجه به حد تشخیص پایین و سرعت پاسخ بالا، این حسگر می‌تواند در صنایع پزشکی و تشخیص طبی نیز به‌کار گرفته شود. همچنین با توجه به حجم و سادگی حسگر طراحی شده می‌توان از آن در اندازه‌گیری‌های پرتابل استفاده کرد.

خبرگزاری مهر


108:

فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می‌دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو ، فناوری زیستی (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند.[۴] نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.
ایران در فناوری نانو مقام هشتم را در دنیا داراست.[۱]


تاریخچه فناوری نانو

در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح ، دموکریتوس فیلسوف یونانی ، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.[۴]
تعریف استاندارد

  1. به طراحی، تعیین ویژگی ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم‌ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می گویند.[۲]
  2. به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم هایی با ویژگی‌های بنیادی و عملکردهای جدید می باشدپس علم نانو علمی است برای زندگی.[۲]
اصول بنیادی

یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲. تا ۱۵. نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌ای نزدیک به ۲ نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم.[۳]. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.[۴]
شاخه‌های اصلی در نانو

می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:
  • نانو روکش ها
  • نانو مواد
    • نانو پودرها
    • نانو لوله ها (نانو تیوب‌ها)
    • نانو کامپوزیت‌ها
  • مهندسی مولکولی
    • موتورهای مولکولی(نانو ماشین‌ها)
  • نانو الکترونیک
    • نانو سیم‌ها
    • نانو حسگرها
    • نانو ترانزیستورها
  • نانو مواد نرم
    • لیپید نانوفناوری
  • نانو مکانیک
    • نانو سیالات
    • نانو لیتوگرافی

109:

نانو روکش به ماده‌ای گفته می‌شود که در مقیاس نانو ساخته شده و به عنوان روکش ، پوشاننده یا محافظ برای دیگر مواد به کار می‌رود.
زمینه‌هایی که در آن از نانو روکش‌ها استفاده می‌شود: الکترونیک، مواد غذایی، وسایل نقلیه و غیره.

110:

نانو مواد

موادی که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ الی ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانو مواد خوانده می‌شوند. این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای می‌گیرد. نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی، و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر (9-^10 متر) می باشد. این اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. به طور میانگین 3 تا 6 اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به طور کلی، فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود 1-100 نانومتر می باشد. فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می رود، را نانو مواد می گویند. ماده ی نانو ساختار، به هر ماده ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر 100 نانومتر) باشد اطلاق می شود. این تعریف به وضوح انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می شود. منظور از یک ماده ی نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد متشکل از کریستال ها یا دانه های نانومتری هستند که هر کدام از آنها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی ها، شیشه ها، سرامیک ها و پلیمرها در ابعاد نانو می توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می تواند به صورت ذرات بی شکل(آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی و یا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیون باشد.
کاربرد نانومواد

نانوتکنولوژی این یک نوشتار خُرد پیرامون مهندسی مواد است. با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید. کوچک شدن اندازه ذرات در حد نانومتر سبب تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی آنها می‌شود. مهمترین آنها عبارتند از:افزایش نسبت سطح به حجم(surface area)و ورود اندازه ذره به قلمروآثار کوانتمی.

111:

نانولوله لوله‌ای است که در مقیاس نانو بوسیله نانوذرات ساخته می‌شود. نانولوله‌ها از خانواده ی فولرن ها محسوب می شوند . قطر یک نانو لوله در حدود چند نانومتر است. در حالی که طول آن می تواند به چندین میلی متر برسد. استحکام کششی 100 برابر فولاد ، رسانایی حرارتی نسبت به سایر ترکیبات به استثنای الماس خالص ، رسانایی الکتریکی بسیار بالا،توانایی حمل جریانی بالاتر از مس ،ممان مغناطیسی بسیار بزرگ و قابلیت گسیل و جذب نور از ویژگی های برجسته نانو لوله هااست.[4] نانولوله‌ها کاربردهای زیادی در فناوری و صنعت دارند. یکی از مهم‌ترین انواع نانولوله‌ها، نانولوله‌های کربنی هستند. نانولوله‌های کربنی در 2 گروه اصلی : تک دیواره (تک جداره )و چند دیواره (چند جداره)وجود دارند. یکی از خواص نانولوله‌های کربنی نشر میدانی است. از مزایای کلیدی نانولوله‌های کربنی توانایی آن ها در عبور از غشاهای پلاسما است. [4] نانو لوله در مواردی همچون رسانایی الکتریکی، انعطاف و استحکام، خواص قابل توجهی دارد.نانولوله‌ها به عنوان پر کننده در نانو کامپوزیت ها استفاده می شوند.

112:

موتورهای مولکولی ماشین‌های مولکولی زیستی‌ای هستند که عامل اصلی حرکت در سازواره‌های زنده می‌باشند. در حالت کلی موتور به معنی وسیله‌ای است که شکلی از انرژی را مصرف و به حرکت یا کار تبدیل می‌کند؛ برای مثال، بسیاری از موتورهای مولکولی پروتئین-محور از انرژی آزاد شیمیایی‌ای که از آبکافت ای‌تی‌پی آزاد می‌شود برای انجام کار مکانیکی استفاده می‌کنند.
مثال

  • موتورهای پروتئینی
    • میوزین: وظیفه منقبض کردن ماهیچه‌ها را بر عهده دارد.
  • پلیمرازها
    • پلیمرازهای rna: وظیفه نسخه‌برداری rna از الگوی موجود در dna را بر عهده دارند.

113:

نانو الکترونیک شاخه‌ای از فناوری نانو است که از تاثیر نانوفناوری بر دانش و صنعت الکترونیک ایجاد شده‌است. تاریخچه این دانش به حدود ۵۰ سال قبل و از زمان تلاش برای کوچک‌تر کردن هر چه بیش‌تر ترانزیستورها برمی‌گردد. نانوالکترویک از نظر ساخت وسایل الکتریکی کوچک‌تر، سریع‌تر و کم‌مصرفتر نقش بسیار مهمی در تکنولوژی جهانی دارد. افزایش میزان ذخیره اطلاعات، محاسبه‌گرهای رایانه‌ای کوچک‌تر، طراحی مدارهای منطقی، نانوسیم‌ها و... از زمینه‌های کاربرد نانو الکترونیک هستند.


نانو الکترونیک

در سال ۱۹۵۶ گوردون مور بنیان‌گذار اینتل تحلیلی ارایه کرد که بر طبق آن هر ۱۸ ماه تعداد ترانزیستورهای بکار رفته در ریزپردازهای اینتل دو برابر می شود که نصف شدن ابعاد گیت ترانزیستورها با شرط ثابت بودن اندازه تراشه سیلیکونی در آن می‌تواند نتیجه این قوانین باشد. این قاعده به قانون مور موسوم شد. این نصف شدن در واقع پیام‌آور ابعاد اقتصادی بود یعنی هر چه گیت کوچکتر می‌شد ترانزیستور می‌توانست سریعتر سوئیچ کند و درنتیجه انرژی کمتری مصرف می‌شد و تعداد بیشتری ترانزیستور در یک تراشه سیلیکون جای می‌گرفت. افزایش تعداد ترانزیستورها و بازدهی آنها، هزینه را کاهش می‌دهد بنابراین مقرون به صرفه‌ این بود که هر ترانزیستور تا حد امکان کوچکتر شود، این کوچک‌سازی بالاخره در نقطه‌ای متوقف می‌شد بنابراین برای ادامه رشد صنعت الکترونیک باید به فکر فناوریهای جایگزین بود، فناوری که مشکلات گذشته را حل کرده و توجیه اقتصادی داشته باشد و این بار نانو تکنولوژی بود که توانست به کمک الکترونیک بیاید و فناوری الکترونیک مولکولی یا همان نانو‌الکترونیک بنا نهاده شد. نانو تکنولوژی یک رشته وابسته به ابزار است ابزارهایی که به مرور در حال بهتر شدن است نانو تکنولوژی و شاخه‌های کاربردی آن مانند نانوالکترونیک درواقع تولید کارآمد دستگاهها و سیستم‌ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانو است و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های نوظهوری است که در این مقیاس توسعه یافته است. صنعت الکترونیک امروزی مبتنی بر سیلیکون است سن این صنعت به حدود ۵۰ سال می‌رسد و اکنون به مرحله‌ای رسیده است که از لحاظ تکنولوژیکی، صنعتی و تجاری به بلوغ رسیده است. در مقابل این فناوری، الکترونیک مولکولی قرار دارد که در مراحل کاملاً ابتدایی است و قرار است این فناوری به عنوان آینده و نسل بعدی صنعت الکترونیک سیلیکونی مطرح شود. الکترونیک مولکولی دانشی است که مبتنی بر فناوری نانو بوده و کاربردهای وسیعی در صنعت الکترونیک دارد. با توجه به کاربردهای وسیع الکترونیک در محصولات تجاری بازار می‌توان با سرمایه‌گذاری و تامل بیشتر در فناوری نانو الکترونیک در آینده‌ای نه چندان دور شاهد سود‌دهی کلان محصولاتی بود که جایگزین فناوری الکترونیک سیلیکونی شده‌اند. میل، اشتیاق و علاقه مصرف‌کنندگان و نیاز بازار به محصولات جدید با قابلیتهای بالا سازندگان و صنعتگران را بر آن می‌دارد که با سرمایه‌گذاری در این فناوری شاهد رشد و شکوفایی اقتصادی هر چه بیشتر باشند، ولیکن با توجه به اهمیت نانوتکنولوژی و نیز نانو الکترونیک که به عنوان یک شاخه کاربردی از نانو تکنولوژی مطرح است لزوم سرمایه‌گذاری کلان در درازمدت و ریسک‌پذیری و تشکیل مراکز R&D توسط دولتمردان پیش از پیش احساس می‌شود.
راهبردهایی برای پیشبرد فناوری نانو الکترونیک

مرحله اول:

توجیه کاربرد این محصولات و ایجاد اطمینان در مصرف‌کنندگان می‌تواند به عنوان بهترین حامی اقتصادی در این مرحله باشد.
مرحله دوم:

تولیدات اولیه الکترونیک مولکولی (نانو الکترونیک) باید مکملی برای فناوری سیلیکون باشند اینگونه نباشد که انقلابی رااز همان آغاز و ابتدا شروع کرده و این ادوات و فناوریهای جدید تافته جدا بافته باشد و هیچ ربطی به فناوری سیلیکونی نداشته باشد زیرا فناوری سیلیکونی یک صنعت جا افتاده است. پس اگر نانوالکترونیک را بتوان مکملی برای فناوری سیلیکونی بکار برد شاهد پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در این فناوری نوپا بوده و جایگزین مناسبی برای نسل آینده محصولات الکترونیکی در نظر گرفته شده است.
مرحله سوم:

مرحله سوم مبحث کاملاً جدیدی است که اصلاً در دسترس فناوری سیلیکون نبوده و نانوالکترونیک می‌تواند بعد از طی مراحل اول و دوم به آن بپردازد. میتوان گفت کابرد‌هایی وجود دارد که از دسترس فناوری سیلیکون، آن هم بخاطر جامد و کریستالی بودن ذاتی‌اش دور بوده و برای الکترونیک مولکولی قابل دستیابی است. وقتی که نانو الکترونیک جا افتاد و وارد بازار محصولات الکترونیک شد آنگاه می‌توان نسل جدیدی از محصولات را به دست آورد که شامل پردازندهایی ۱۰۰۰ مرتبه سریعتر از نوع امروزی باشند. اگر این مرحله با موفقیت طی شود حدوداً یک دهه طول خواهد کشید تا نسل جدید محصولات الکترونیکی مبتنی بر الکترونیک مولکولی یا الکترونیک در ابعاد نانومتر (نانو الکترونیک) ظهور یابد.
کاربرد نانوالکترونیک در صنعت:

با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش داد که این نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی می‌شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ مربع رسیده، و این امر موجب ذخیره‌ سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می‌شود. ساخت تراشه‌ها در اندازه‌های فوق‌العاده کوچک به‌عنوان مثال در اندازه‌های ۳۲ تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه‌های کوچک نیز از دیگر محصولات آن می‌باشد.
نمونه هایی از کاربرد فن آوری نانو در الکترونیک:
۱) نانو لوله های کربنی (carbon nanotubes)

نانوتکنولوژی نانوتکنولوژی
NANOELECTRONICs Engineering


نانو تیوب ها دارای فرم لوله ای با ساختار شش ضلعی هستند. نانو تیوب ها را می توان صفحات گرافیتی فرض کرد که لوله شده اند. بر اساس محور چرخش صفحات نانو تیوب ها می توانند رسانا یا نیمه رسانا باشند.
به علت اینکه کربن با سه پیوند همچنان دارای یک اوربیتال خالی p می باشد، حرکت موجی الکترون ها به راحتی در سطح بیرونی این لوله ها صورت می گیرد. این ساختار کربنی علاوه بر رسانایی بالا دارای استحکام مکانیکی بسیار خوبی نیز است. البته در کنار این مزایا مشکلاتی نیز وجود دارد. اغلب فرآیند های ساخت نانو تیوب ها به گو نه ای می باشند که امکان کنترل و نظارت کامل در طول فرآیند وجود ندارد به عنوان مثال تعیین قطر دقیق و یکسان برای لوله های کشت شده در یک محیط، کنترل تولید نانو لوله های تک دیواره و یا چند لایه و یا ساخت نانو لوله های مستقیم و بدون خم شدگی با طول زیاد از مسائلی است که هنوز در فرآیند بهبود کیفیت تولید نیاز به مطالعه و تحقیقات بیشتری دارد. همچنین به علت پدیده تونل زنی الکترون که یک پدیده کوانتومی است امکان افزایش نشتی جریان و در نتیجه افزایش تلفات وجود دارد که بررسی روش های کاهش احتمال تونل زنی از جمله کارهایی است که می توان انجام داد. از کربن نانو تیوب ها به دلیل رسانایی بالا و مقاومت کم در دمای محیط در ساخت کانال هدایت ترانزیستورها، نوک میکروسکوپ های عکسبرداری در ابعاد نانو استفاده می شود.
۲ ) نانو ترانزیستورها (nanotransistors)

نام فناوری رایج امروز در ساخت ترانزیستورها،MOSFET می باشد که بر پایه استفاده ازسیلیکون است. کوچکتر شدن ابعاد ترانزیستورها در MOSFET دارای مشکلاتی است که از جمله آن نشتی های جریان متفاوتی است که ایجاد می شود. یکی از روش های حل این مشکل ساخت تراتزیستورها بااستفاده ازنانوساختارها و به خصوص نانو تیوب ها می باشد.


۳ ) محاسبه گر ها در مقیاس نانو ( nanocomputers)

امروزه در زمینه های مختلف از جمله فن آوری نانو پیوند میان رشته های مختلف علوم امری انکارناپذیراست.از جمله نتایج این همکاری طراحی نانو محاسبه‌گرها می باشد. هیدرو کربن های آروماتیک از ریشه بنزن به علت وجود اوربیتال های p و ابر الکترونی در بالا و پایین آنها و همچنین پدیده رزونانس می توانند محیط انتقال خوبی برای الکترون باشند و بر عکس هیدروکربن های زنجیری مانند نارسانا عمل می کنند. از به هم پیوستن این هیدروکربن ها با هم می توان دیود، گیت های منطقی و مدارهای الکترونیکی را طراحی کرد.


۴) MRAM

فن آوری های روز حافظه(RAM، Flash Memory،…) مشکلات متعددی را برای مصرف کنندگان آنها به وجودآورده است که به عنوان نمونه می توان به سرعت پایین خواندن و نوشتن روی Flash Memories و یا محدودیت اقتصادی افزایش فضای RAM اشاره کرد. MRAM یک فن آوری حافظه پایدار است که علاوه بر سرعت بالا می تواندظرفیت حافظه بالایی را نیز فراهم کند.اساس کار MRAM بر پایه تفاوت مقاومت الکتریکی لایه های نازک مواد بر اثر قطبیده شدن ذرات آنها در راستاهای متفاوت می باشد؛ که به مقاومت مغناطیسی موسوم است.چون سلول های حافظه MRAM بر پایه ترانزیستور عمل نمی کنند پس درابعاد کوچک مشکلاتی نظیرتونل زنی رخ نمی دهد.
۵)C۶۰

از جمله نانو ساختارها که حتی نسبت به نانو لوله های کربنی دارای مزایای بیشتری نیز می باشد C۶۰ است. C۶۰ از ۱۲ پنج ضلعی و ۲۰ شش ضلعی تشکیل شده که به شکل متقارنی در کنار هم قرار گرفته اند.
مولکول های C۶۰ در محلول های بنزن یافت می شوند که با عمل تبخیر قابل استحصال می باشند. انواع ترکیبات C۶۰ با فلزات، نظیر K۳C۶۰ ، Cs۲RbC۶۰، که در آنها فلز فضای خالی درون C۶۰ را پر می کند دارای خاصیت ابر رسانایی در دماهای نسبتاً مناسب می باشند؛ البته تحقیقات برای دستیابی به ترکیباتی با خاصیت ابررسانایی در دماهای بالاتر همچنان ادامه دارد. کاربرد دیگر C۶۰ استفاده از آن به عنوان گیت های منطقی است. با لیتوگرافی طلا روی یک سطح سیلیکونی و عبور جریان از سیم های طلا یک صفحه مشبک ایجاد می شودکه فاصله بین اتصالات آن در حدود نانو متر است. محلول رقیق C۶۰ را بین اتصالات قرار می دهند به طوری که در هر فاصله یک C۶۰ قرار گیرد. با برقرار شدن جریان در سیم های طلا C۶۰ به علت یک پدیده کوانتومی شروع به نوسان می کند و به همین علت جریان در زمان های معینی بر قرار می شود از این خاصیت می توان در طراحی گیت های منطقی استفاده کرد.
کارهایی که باید در راستای پیشرفت این علم انجام شود:

نانو الکترونیک زمینه گسترده‌ای با پتانسیل ایجاد تغییرات بنیادی در علوم مختلف حتی در پزشکی است و انجام کارهای زیر برای پیشبرد آن می‌تواند مفید باشد: ۱. فهم اصول انتقال در مقیاس نانو.
۲. گسترش فهم هرچه بهتر روش‌های خودچیدمانی(self assembly) ذرات برای انجام کارها به صورت ارزان‌تر، که این خود مستلزم حل مشکلات ارتباطی و جایگزینی در ترانزیستورهاست.
۳. یافتن راه‌هایی جدید برای به کار بردن علم الکترونیک و عدم تکثیر ابزار و به جای آن تحقیق راجع به انواع جدیدتر.

114:

الکترونیک دانش مطالعهٔ عبور جریان الکتریکی از مواد مختلف - مانند نیمه‌رساناها، مقاومت‌ها، القاگرها و خازن‌ها - و آثار آن است. الکترونیک همچنین به عنوان شاخه‌ای از فیزیک نظری شناخته می‌شود. طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی، قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک را تشکیل می‌دهد.[۱] تابلوروان آماکو بهترین و قویترین سازنده تابلوروان
آماکو حامی یوزفولز
در برخی موارد مطالعه المان‌های جدید نیمه‌رسانا و فن‌آوری‌های نزدیک به آن، شاخه‌ای از فیزیک در نظر گرفته می‌شود. این مقاله بیشتر به مفاهیم مهندسی الکترونیک می‌پردازد.


ادوات و مدارهای الکترونیکی

نانوتکنولوژی نانوتکنولوژی
قطعات الکترونیکی


مدارهای الکترونیکی برای ایفا کردن وظایف مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی مدارهای الکترونیکی عبارتند از:
۱) کنترل و پردازش داده‌ها
۲) تبدیل و توزیع توان الکتریکی
۳) اجرای عملیات خاص
هر ردیف این کاربردها با ایجاد و آشکارسازی میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن ۱۹ برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده می‌شد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت. در یک نگاه ساده، یک سیستم الکترونیکی را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد:
  • ورودی: حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی (یا مبدل‌های انرژی). این تجهیزات سیگنال‌ها یا اطلاعات را از محیط خارج دریافت کرده و سپس آنها را به جریان، ولتاژ یا سیگنال‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند.
  • پردازشگر سیگنال: این مدارها در واقع وظیفه اداره کردن، تفسیر کردن و تبدیل سیگنال‌های ورودی برای استفاده آنها در کاربرد مناسب را بر عهده دارند. معمولاً در این بخش پردازش سیگنال‌های مرکب بر عهده پردازشگر سیگنال‌های دیجیتال است.
  • خروجی: فعال کننده‌ها یا دیگر تجهیزات (مانند مبدل‌های انرژی) که سیگنال‌های ولتاژ یا جریان را به صورت خروجی مناسب در خواهند آورد (برای مثال با ایفای یک وظیفه فیزیکی مانند چرخاندن یک موتور).
برای مثال یک تلویزیون دارای هر سه بخش بالا است. ورودی تلویزیون سیگنال‌های پراکنده شده را دریافت کرده (به وسیله یک آنتن یا کابل) و آنها را به ولتاژ و جریان مناسب برای کار دیگر تجهیزات تبدیل می‌کند. پردازشگر سیگنال پس از دریافت داده‌ها از ورودی اطلاعات مورد نیاز مانند میزان روشنایی، رنگ و صدا را از آن استخراج می‌کند. در نهایت قسمت خروجی این اطلاعات را دویاره به صورت فیزیکی در خواهد آورد این کار به وسیله یک لامپ اشعه کاتدیک و یک بلندگوی آهنربایی انجام خواهد شد.


115:

دروازه منطقی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

در سیگنال دیجیتال، یک دروازهٔ منطقی یا گیت منطقی (به انگلیسی : Logic gate) روی یک یا دو ورودی منطقی عملیات منطقی انجام می‌دهد و سرانجام یک خروجی منطقی را تولید می‌کند. این منطق معمولاً طبق منطق بولی است که به طور مشترک در تمام مدارهای دیجیتالی یافت می‌شود. گیت‌های منطقی عمدتاً از قطعات الکترونیکی مانند دیودها و ترانزیستورها تشکیل می‌شوند، ولی ممکن است از قطعات الکترومغناطیسی مانند رله‌ها، قطعات اپتیکال یا حتی مکانیکی ساخته شوند.
سطوح منطقی

یک ورودی یا خروجی منطقی بولین فقط یک از دو حالت منطقی را قبول می‌کند.این دو سطح در هر مطلبی نام خاص خود را دارند از جمله: خاموش / روشن - بالا (H) / پایین (L) - یک / صفر - درست (T) / غلط (F) - مثبت / منفی - مثبت / زمین - مدار باز / مدار بسته - YES / NO.
گیت‌های منطقی

یک گیت منطقی روی یک یا دو ورودی منطقی عملیات منطقی انجام می‌دهد و سرانجام یک خروجی منطقی را تولید می‌کند.به دلیل اینکه خروجی هر گیت یکی از سطوح منطقی است پس می‌توان آن خروجی را به ورودی گیت(های)دیگری متصل نمود.بدیهی است که نمی‌توان دو خروجی را با هم به یک ورودی متصل نمود چرا که در این صورت سطوح ولتاژی به وجود خواهد آمد که خارج از محدوده منطقی خواهد بود.در الکترونیک به این کار اتصال کوتاه می‌گوینکه خیلی خطرناک است.
در منطق الکترونیک، هر سطح منطقی نماینده ولتاژ معینی است (که این ولتاژ به نوع منطقی که استفاده می‌شود بستگی دارد).هر گیتی برای تولید ولتاژ مناسب به منبع تغذیه نیاز دارد.در بموک دیاگرام مدارهای منطقی منبع تغذیه نمایش داده نمی‌شود، ولی در شماتیک کامل اتصالات منبع ضروری است.

116:

فوتونیک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
نانوتکنولوژی نانوتکنولوژی
یک تکنسین در حال آزمایش لیزر، لیزرها نقش مهمی در فوتونیک دارند.


فوتونیک علمی است که گستره آن شامل ایجاد، انتشار، انتقال، مدولاسیون، سوئیچینگ، تقویت و آشکارسازی نور می شود.
با اختراع لیزر، و پس از آن، با ساخت فیبر نوری شاخهٔ اپتیک در علم فیزیک آنقدر گسترده گردید و کاربردهای آن آنقدر زیاد شد، که زمینه‌ای جدید موسوم به فوتونیک در علم متولد گردید.
این شاخهٔ جدید در سه گرایش الکترونیک، مخابرات، و فیزیک کار خود را شروع نمود.


فوتونیک- الکترونیک

پیشرفت روز افزون تکنولوژی و ساخت قطعات الکترونیکی کوچک و کوچک‌تر تا به آنجا ادامه یافته است که امروزه پیش‌بینی می‌شود که در چند سال آینده دیگر نتوان قطعاتی از این کوچک‌تر ساخت که قادر به عبور جریان الکتریسیته باشند به گونه‌ای که در آنها عبور یک الکترون برابر خواهد بود با برقراری جریان و عدم عبور آن یعنی قطع جریان الکتریکی. این مساله باعث شده تحلیل مدارات دیگر از حوزه الکترونیک کلاسیک خارج شده و بررسی چنین سیستمی بر عهدهٔ مکانیک کوانتمی نهاده شود که دارای مشکلات خود می‌باشد. این امر باعث شده است تا دانشمندان به فکر جایگزینی برای الکترون بیافتند تا مشکلات الکترون را نداشته باشد و در اولین گزینه‌ها فوتون یعنی کوانتای نور را جایگزینی مناسب یافتند. پس، از این پس باید به دنبال ساخت ادواتی بود که جای ادوات الکترونیکی را در مدارات بگیرد و در آنها فوتون نقش اساسی را بازی کند. تحقیقاتی که این هدف را دنبال می‌کنند در حوزهٔ فوتونیک شاخه الکترونیک آن بررسی می‌شود و بر عهده این بخش است.
فوتونیک- فیزیک

شاخهٔ دیگری از علم فوتونیک، فوتونیک- فیزیک است. در این شاخه نیز به مباحث بسیار زیادی از جمله روابط حاکم بر برهمکنش نور با ماده، میکروسکوپ‌های روبشی میدان نزدیک نوری و ... پرداخته می‌شود.
فوتونیک مخابرات

ساخت فیبر نوری و اختراع لیزر بشر را به این سو هدایت کرد تا مخابراتی پیشرفته بر مبنای این دو تکنولوژی بسازد. این مخابرات اکنون به ظهور رسیده است و روز به روز بر قدرت و سرعت آن افزوده می‌شود.
مشکلات فوتونیک در حوزه مخابرات

سیستم‌های مخابرات نوری یا همان مخابرات بر پایه لیزر و فیبر نوری هنوز در کار با سیگنال‌های مخابراتی از سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌کند که سرعت کار آنها را به شدت پایین می‌آورد. این مشکل با تمام نوری کردن تمامی ادوات به کار رفته در این مدارات ممکن است. به همین دلیل یکی از جبهه‌های پر رونق در علم فوتونیک امروز ساخت جایگزین‌های این اداوات الکترونیکی به صورت نوری می‌باشد.
الکترو اپتیک

اثر الکترو اپتیک (به انگلیسی: ELECTRO-OPTICS)‏ تغییریست در ضریب شکست که از اعمال یک میدان الکتریکی فرکانس پایین و پایا حاصل می‌شود. میدان الکتریکی اعمالی به یک ماده اپتیکی غیر همسانگرد، ضریب شکست آنرا تغییر می‌دهد و بنابراین بر نور قطبیده‌ای که از آن گذر می‌کند تأثیر می‌گذارد.
برخی از مواد شفاف زمانی که در معرض میدان الکتریکی قرار می‌گیرند، خواص اپتیکی‌شان را تغییر می‌دهند. این نتیجه‌ایست از نیروهایی که مکان، جهتگیری یا شکل مولکولهای سازنده ماده را تغییر می‌دهند.میدان الکتریکی پایای اعمالی به یک ماده الکترواپتیک، ضریب شکست آنرا تغییر می‌دهد. در نتیجه، اثر ماده بر نور گذرنده از آنرا تغییر می‌دهد. بنابراین میدان الکتریکی نور را کنترل می‌کند.
وابستگی ضریب شکست به میدان الکتریکی اعمالی

وابستگی ضریب شکست به میدان الکتریکی اعمالی معمولاً به صورت یکی از دو حالت زیر می‌باشد:
  • ضریب شکست متناسب با میدان الکتریکی اعمالی تغییر می‌کند و این اثر با نام اثر الکترواپتیک خطی یا اثر پاکلز (به انگلیسی: Pockels effect)‏ شناخته می‌شود.
  • ضریب شکست متناسب با توان دوم میدان الکتریکی اعمالی تغییر می‌کند و این اثر با نام اثر الکترواپتیک درجه دوم یا اثر کر (به انگلیسی: Kerr effect)‏ شناخته می‌شود.
تغییر در ضریب شکست به صورت نوعی کوچک است. با اینحال اگر طول انتشار به طور قابل توجهی از طول موج نور بیشتر شود، فاز یک موج اپتیکی در حال انتشار در یک محیط الکترواپتیکی می‌تواند تغییر کند. به عنوان مثال، اگر ضریب شکست در حضور میدان الکتریکی با ضریب نانوتکنولوژی افزایش یابد، موج اپتیکی که طول انتشارش نانوتکنولوژی برابر طول موج باشد، انتقال فازی برابر نانوتکنولوژی را تجربه خواهد کرد.
کاربرد‌ها

موادی که بوسیله یک میدان الکتریکی اعمالی، ضریب شکست آنها را می‌توان تغییر داد، برای تولید دستگاه‌های نوری که با میدان الکتریکی کنترل می‌شوند سودمند خواهند بود. به مثال‌هایی از این دستگاه‌ها در زیر اشاره می‌شود:
  • لنزی که از ماده‌ای که ضریب شکست آن می‌تواند تغییر کند ساخته شده‌است، لنزی با فاصله کانونی قابل کنترل می‌باشد.
  • منشوری که قابلیت شکست پرتو آن قابل کنترل می‌باشد، می‌تواند به عنوان یک دستگاه پویشگر نوری استفاده شود.
  • نور گذرنده از یک ورقه شفاف نازک با ضریب شکست قابل کنترل، متحمل انتقال فاز قابل کنترلی می‌شود. بنابراین ورقه می‌تواند به عنوان مدوله‌گر فاز نوری به کار برده شود.
  • یک کریستال غیر همسانگرد که ضریب شکست آن می‌تواند تغییر کند، به عنوان تأخیرانداز موج با زمان تأخیر قابل کنترل، استفاده می‌شود. از آن ممکن است برای تغییر خواص قطبشی نور بهره برد.
  • یک تأخیرانداز که بین دو قطبشگر هم محور قرار گرفته باشد، سبب می‌گردد شدت نور عبوری به تأخیر فاز بستگی داشته باشد. بنابراین گذردهی چنین دستگاهی به طور الکتریکی قابل کنترل خواهد بود و در نتیجه از آن می توان به عنوان مدوله‌گر شدت نور یا کلید نوری استفاده کرد.
اجزای قابل کنترل مانند اینها، کاربردهای چشمگیری در ارتباطات نوری و پردازش پالس نوری پیدا کرده‌اند. یک میدان الکتریکی از طریق جذب می‌تواند خواص نوری ماده را تغییر دهد. یک ماده نیمه رسانا از نظر اپتیکی برای نوری که طول موج آن از طول موج شکاف نواری بزرگتر است به صورت طبیعی شفاف می‌باشد. به هر حال یک میدان الکتریکی اعمالی می‌تواند شکاف نواری ماده را کاهش دهد و بنابراین فرآیند جذب و تبدیل ماده از شفاف به کدر را تسهیل کند. این اثر، که به عنوان جذب الکتریکی (به انگلیسی: electroabsorption)‏ شناخته شده‌است برای ساخت مدوله‌گرها و کلیدهای اپتیکی سودمند می‌باشد.
مدولاسیون خود به خودی فاز یا self phase modulation

این پدیده در اثر برهمکنش پالس تند تغییر و وابسته به زمان با ضریب شکست وابسته به شدت ماده ی اپتیکی غیر خطی روی می دهد . با این روش پهنای باند فرکانسی اضافی به پالس در حال انتشار درون محیط غیر خطی اضافه شده و با افزایش پهنای فرکانسی ، طبق اصل عدم قطعیت پهنای زمانی پالس کم می شود . اگر شدت عبوری از محیط I باشد ، در این صورت ضریب شکست وابسته به شدت محیط غیر خطی خواهد بود:
n = n(0) + n(2)I که در آن (0)n ضریب شکست عادی محیط بوده که با فرکانس تغییر می کند و (2)n هم ضریب شکست وابسته به شدت است . توجه کنید که (2)n کمیتی بی بعد مانند ضریب شکست عادی نیست ، بلکه آن با شدت پالس ضرب شده تا یک کمیت بی بعد به وجود آورد . وقتی پالس از یک چنین محیطی عبور می کند ، شدت در قسمت جلویی پالس که رو به افزایش است ، در صورتی که (2)n مثبت باشد ، ضریب شکست رو به افزایشی خواهد دید و بدین ترتیب سرعت آن رو به کاهش خواهد رفت و تعداد مولفه های فرکانسی کمتری در یک زمان معین می توانند فاصله ی معینی را طی کنند و به این ترتیب قسمت جلویی پالس دچار یک شیفت فرکانسی به فرکانس های پایین تر شده و اصطلاحا جلوی پالس قرمز می شود . مطابق با تحلیل فوق قسمت پشتی پالس که شدت آن رو به کاهش است ، ضریب شکست رو به افتی را خواهد دید و بدین ترتیب سرعت آن رو به فزونی می گذارد و تعداد مولفه های فرکانسی بیشتری در یک زمان معین فاصله ی معینی را طی می کنند و به این صورت قسمت پشتی پالس دچار یک شیفت فرکانسی به فرکانس های بیشتر شده و به اصطلاح آبی می شود . به این پدیده frequency chirping می گویند .
پاشنگی سرعت گروه یا Group Velocity Dispersion

پاشندگی سرعت گروه یا GVD هم می تواند موجب کوتاه شدن پالس شود و هم موجب پهن تر شدن آن گردد . می دانیم که سرعت گروه یک دسته موج الکترومغناطیسی به صورت Vg تعریف می شود . حال اگر در یک محیط پاشنده که در آن ضریب شکست مولفه های فرکانسی مختلف متفاوت هستند ، پوش دسته ی موج با سرعتی متفاوت از هر یک از مولفه های فرکانسی اش حرکت خواهد کرد . حال دو پالس نوری جدا از هم را در نطر بگیرید که هر یک دارای فرکانس مرکزی و پهنای فرکانسی خاص خود باشد ، بدین ترتیب پاشندگی برای دو پالس متفاوت خواهد بود . به عبارت دیگر هر یک از این دو پالس با سرعت گروه متمایزی حرکت خواهد کرد . حال اگر فرض کنیم دو پالس مذکور قسمت هایی از یک پالس تنها هستند ، بنابراین سرعت های هر یک از قسمت های پالس متفاوت خواهند بود . پس اگر یک پالس کوتاه نوری به درون محیطی با GVD مشخص فرستاده شود ، پهنای پالس به عنوان نتیجه ای از تغییر پاشندگی محیط با فرکانس ، کوتاه یا بلند خواهد شد . حال اگر ضریب شکست ماده برای فرکانس های پایین تر ، کمتر باشد ، GVD ماده برای پالس مثبت بوده و پالس پهن می شود و برای جبران آن GVD منفی باید ایجاد کرد و برعکس .
تقویت پارامتریک غیرهم خط یا nOPA

در این نوع تقویت دو پرتو با فرکانس های w1 و w2 به یک بلور غیر خطی وارد شده و پرتو سوم را با فرکانس w3 به وجود آورده و تقویت می کنند که اگر زاویه ی بین پرتوهای پمپ و سیگنال صفر نباشد ، هندسه را غیر هم خط می گویند . البته لازم به ذکر است در برخی فرآیندها فقط یک پرتو پمپ وارد محیط می شود و پرتوهای دیگر را به وجود می آورد و تقویت می کند . در هر حال دو عامل در فرآیند تقویت پارامتریک اهمیت دارد ، اولی phase matching ناشی از پایستگی تکانه ی خطی در فرآیند و دیگری frequency matching ناشی از پایستگی انرژی در فرآیند می باشد . به عنوان مثال اگر پرتو پمپ با فرکانس W1 و بردار انتشار K1 و با زاویه نسبت به محور اپتیکی کریستال وارد آن شود و پرتوهای سیگنال و idler با فرکانس های W2 و W3 و بردارهای انتشار K1 و K2 و هر یک با زاویه نسبت به محور اپتیکی وارد کریستال شوند ، خواهیم داشت :
K1 = K2 + K3 phase matching
W1 = W2 + W3 frequency matching
چرپ شدن پالس یا chirp

وقتی فاز پالس به صورت غیر خطی با زمان تغییر کند ، فرکانس لحظه ای پالس یا همان مشتق اول فاز نسبت به زمان دیگر ثابت نبوده و با زمان تغییر می کند که در این حالت گفته می شود پالس دچار chirp شده است .
تقویت پالس chirp شده یا CPA

روشی است برای تولید پالس های پر انرژی در همان طول پالس اولیه . در این روش انرژی پالس را با عبور آن از انواع مختلف تقویت کننده ها افزایش می دهند در حالی که در عین حال از توان پیک آن اجتناب می نمایند . برای این منظور ابتدا پالس را پهن کرده تا توان پیک پالس کاهش یافته و پالس بدون آسیب زدن به تقویت کننده ، تقویت شود ، سپس دوباره پس از این که انرژی پالس در اثر تقویت افزایش یافت ، با استفاده از compressor ها که به طور معمول با استفاده از توری ها و منشور ها ساخته می شوند ، پالس را به پهنای اولیه می رسانند . [۱] [۲] [۳] [۴]
پدیده ی خود خمشی یا Self Steepening

پوش یک پالس نوری در یک محیط با سرعت گروه حرکت می کند که سرعت انتقال انرژی نیز می باشد ، در صورتی که هر یک از مؤلفه های موجی پالس با سرعت فاز منتشر می شوند . در یک محیط پاشنده سرعت گروه پالس با سرعت فاز هر یک از مؤلفه هایش متفاوت است و از طریق یک ضریب به نام ضریب گروه می توان سرعت گروه را به سرعت نور در خلأ طبق رابطه ی زیر (C) مربوط کرد : Vg = C / N حال اگر یک پالس فوق کوتاه با پهنای زمانی بسیار پایین (در حد چند ده فمتوثانیه و کمتر) را در نظر بگیریم ، ضریب گروه مربوط به انتشار پوش این پالس به شدت پالس وابسته خواهد شد و ضریب گروه مؤثری را طبق رابطه ی زیر تجربه خواهد کرد : N(eff) = N + N2 I در این حالت فرض کنید N2 برای محیط انتشار مثبت باشد ، بنابراین طبق رابطه نقاطی از پالس نوری که شدت بیشتری دارند ، ضریب گروه بزرگتری را تجربه کرده و سرعت گروهشان نسبت به نقاط با شدت کمتر ، کاهش بیشتری خواهد داشت . به عبارت برای یک پالس فوق کوتاه نقاط با شدت بیشتر از نقاطی که شدتشان کمتر است عقب می افتند . در شکل زیر این پدیده برای یک پالس فوق کوتاه گاؤسی نشان داده شده است . مطابق شکل مرکز پالس که دارای شدت بالاتری است نسبت به لبه ها که شدتشان پایین تر است عقب افتاده و شکل پالس دچار دگرگونی می شود. اگر پدیده ی خود خمشی به صورت شدیدی در محیط اتفاق بیفتد ، می تواند باعث تولید Shock Wave شود.[۵] [۶]
تولید هارمونیک های مرتبه ی بالا یا High Harmonic Generation

تولید هارمونیک مرتبه ی بالا ، تبدیل تابش لیزری از یک فرکانس ثابت به هارمونیک های (ضرایب فرکانسی) بالاتر آن فرکانس را توصیف می کند . این فرآیند در یک جت (فوران گازی) اتمی یا مولکولی روی می دهد . برای این منظور به میدان قوی لیزری نیاز است ، از این رو پالس های فمتوثانیه و کوتاهتر با انرژی بالا را به روی جت گازی کانونی می کنیم . پس از عبور پالس از جت ، هارمونیک های بالاتر تولید شده و تابش های فرابنفش و X خواهیم داشت . پالس لیزری فوق کوتاه دارای یک میدان الکترومغناطیسی قوی است که در آن میدان الکتریکی بسیار بزرگتر از میدان مغناطیسی است به صورتی که می تواند از میدان الکتریکی بین الکترون و پروتون فزونی یابد . وقتی این میدان الکتریکی قوی و نوسانی پالس در حال افزایش است و از میدان الکتریکی بین الکترون و پروتون بیشتر می شود باعث دور شدن الکترون از اتم می شود تا جایی که دوباره میدان الکتریکی شروع به کاهش کرده و از میدان الکتریکی بین الکترون و پروتون کمتر می شود و به سمت اتم شتاب می گیرد تا اینکه با اتم برخورد می کند . در طی این برخورد کاهش شدید انرژی جنبشی الکترون موجب تولید فوتون می شود . این فرآیند شتاب گرفتن الکترون به سمت بیرون از هسته و برگشت آن فرآیند یونیزاسیون-بازبرخورد نام دارد و در هر نیم سیکل اپتیکی روی می دهد و طیف تولید شده در هر نیم سیکل اپتیکی به صورت همدوس به یکدیگر اضافه شده که باعث تولید هارمونیک های مرتبه ی فرد می شود . یعنی اگر فرکانس اولیه w باشد ، فرکانس های بعدی به ترتیب 5w ، 3w و ... خواهند بود.[۷] [۸]


***




  • میکرو فوتونیک
  • نانو فوتونیک
  • اپتیک غیر خطی
  • مزدوج فاز نوری
  • سولیتون‌ها
  • معادله غیر خطی شرودینگر
  • رفتارهای غیر خطی
  • امواج غیر خطی تفرق‌زا
  • اسپای
  • پویشگر نوری
  • تأخیرانداز فاز
  • مدوله گر فاز
  • مدوله گر شدت
  • کلید نوری

117:

نانوحسگر به حسگرهای در مقیاس نانو گفته می شود.این وسیله الکتریکی قابلیت شناسایی محرکهای فیزیکی بسیار خفیف در حد یک نانومتر را دارد.امروزه این وسیله کاربرد زیادی در محیط زیست یافته است.نانو حسگرهایی که از سیلیکون ساخته میشوند ساعتها در هوا معلق مانده و می توانند آلودگی هوا را بررسی کنند.

حسگر چیست؟

حسگر یک وسیلهٔ الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می‌کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند، ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند. شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت [۱]
ساختار کلی یک حسگر

درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه‌های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونهٔ مورد نظر در یک نمونهٔ پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجهٔ پیوند شدن عنصرحسگر با گونهٔ موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی‌ها تکیه دارند. آنزیمها، گیرنده‌ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند[۱].
خصوصیات حسگرها

یک حسگرایده آل باید خصوصیات زیررا داشته باشد :
1. سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونهٔ هدف باشد.
2. بسیار اختصاصی نسبت به گونه مورد نظر عمل کند.
3. قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد.
4. تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد.
5. سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد. ( درحد میلی ثانیه )
6. عدم پاسخ دهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما، قدرت یونی محیط و …
نانوحسگرها

با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دههٔ اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر، کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می‌شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجهٔ حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند[۱].
انواع نانوحسگرها

نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دستهٔ نقاط کوانتومی، نانولوله‌های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند:
1.استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها:
نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهندهٔ نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئلهٔ خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.
2. استفاده ازنانولوله‌ها درتولید نانوحسگرها:
نانو لوله‌های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.
به طورکلی کاربرد نانو لوله‌ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف ) نانولوله‌های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی:
این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله‌های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده ازنانولوله‌های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.
ب) نانولوله‌های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی:
هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله‌ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد. یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصلهٔ میان نانولوله‌های کربنی وسیستم، نانولوله‌های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازی‌های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیلهٔ پیوندهای واندروالس روی نانولولهٔ کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله‌ها ی کربنی را نشان می دهد. تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.
3.استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها:
با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانهٔ کشاورزی وغذایی ممکن است. تحقیقات درزمینهٔ نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.
نانوحسگرها و کنترل آلودگی هوا

یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینهٔ کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه‌های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله‌های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند. محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده‌های هوا کاربرد خواهند داشت.
مبارزه با انتشار گازهای سمی

انتشار و پخش گازهای مهلک و سمی یکی از خطرات روزمره زندگی صنعتی است. متأسفانه هشدار دهنده‌های موجود در صنعت اغلب بسیار دیر موفق به شناسائی این‌گونه گازهای نشتی می‌شوند. نانوحس‌گرها که از نانوتیوب‌های تک لایه به ضخامت حدود یک نانومتر ساخته شده‌اند و می‌توانند مولکول‌های گازهای سمی را جذب کنند. آنها هم‌چنین قادر به شناسائی تعداد معدودی از مولکول‌های گازهای مهلک در محیط هستند. محققان مدعی‌اند که این حس‌گرها برای شناسائی به هنگام گازهای بیوشیمیائی جنگی، آلاینده‌های هوا و حتی مولکول‌های آلی موجود در فضا کاربرد خواهند داشت.
جذابیت‌های نانوحسگرها

به طور صریح این قبیل مزایای نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتی وسوسه‌انگیز برای بازار تلقی شوند. نانوحسگرها به طور ذاتی کوچک‌تر و حساس‌تر از سایر حسگرها می‌باشند. همچنین این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شدة آنها کمتر از قیمت تمام‌شده حسگرهای موجود در بازار باشد.
برای مثال اگر قیمت حسگرهای صنعتی متداول امروزی، چند 10 هزار دلار باشند برای نانوحسگرهایی که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظری چند 10 دلار برآورد می‌شود. نانوحسگرها همچنین هزینه جاری را نیز کاهش می‌دهند؛ زیرا به طور ذاتی برق کمتری مصرف می‌کنند.
درنهایت از آنجایی که نانوحسگرها هزینه‌های خرید و اجرا را کاهش می‌دهند؛ ممکن است به‌کارگیری آنها به صورت آرایه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنین بتوانند به شکل فراگیر و حتی اضافی در قطعات کاربرد پیدا کنند؛ به طوری‌که اگر یک نانوحسگر از کار بیفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضریب امنیت در حد مطلوبی باقی بماند، زیرا تعداد زیادی نانوحسگر دیگر در سیستم می‌توانند کار آن را به عهده بگیرند.
در بخش نظامی و امنیت ملی نیز احتیاج به حسگرهای بسیار حساسی است که بتوانند به صورت گسترده توزیع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بیوسم‌های زیستی را مورد بررسی قرار داد. در زمینه پزشکی نیاز به حسگرهای بسیار حساسی به صورت آزمایشگاه‌هایی بر روی تراشه است که بتوانند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسایی کنند. در صنایع هوافضا احتیاج به نانوحسگرهایی است که در بدنة هواپیماها به عنوان سیستم هشداردهنده ثابت قرار بگیرند و مشخص کنند که چه زمانی هواپیما احتیاج به تعمیرات دارد.
در صنایع اتومبیل می‌توان از نانوحسگرها برای مصرف بهینه سوخت استفاده کرد. همچنین در اتومبیل‌های گران‌قیمت می‌توان برای بهبود وضعیت صندلی و وضعیت کنترل‌های موجود به تناسب حالت‌های مختلف بدن، این نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد.
آینده‌نگری

می توان انتظار داشت که در آینده با ترکیب محرک‌ها و نانوحسگرها بتوان مواد هوشمندی ساخت که در فرآیندهای تولید سیستم‌های پیچیده نقش‌های مهمی ایفا کرده و فناوری جدید دیگری را پایه ریزی کنند. گرچه موانعی مانند افزایش قیمت، اطمینان‌پذیری از تاثیر آن‌ها و نیز اطمینان از کاربرد آن‌ها در زمینه‌های صلح‌آمیز نیز باید از سر راه برداشته شود.

118:

می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:
  • نانو روکش ها
  • نانو مواد
    • نانو پودرها
    • نانو لوله ها (نانو تیوب‌ها)
    • نانو کامپوزیت‌ها
  • مهندسی مولکولی
    • موتورهای مولکولی(نانو ماشین‌ها)
  • نانو الکترونیک
    • نانو سیم‌ها
    • نانو حسگرها
    • نانو ترانزیستورها
  • نانو مواد نرم
    • لیپید نانوفناوری
  • نانو مکانیک
    • نانو سیالات
    • نانو لیتوگرافی

119:

آیافناوری نانو برای سلامتی مضر است؟


فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند.
اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.
همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي كار كردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شركت‌ها روز به روز در حال افزايش است.
محدوده اندازه ذراتي كه چنين علاقه‌مندي را به خود جلب كرده است، عموما كمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذكر است كه موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يك سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.
بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي كاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با كاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي، رنگ، استحكام و نقطه ذوب ماده (كه معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير كند.
در حال حاضر نانوذراتي كه به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.
تنفس نانوذرات
خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرك بالاي آنها و امكان جذب آنها از طريق ريه، كه راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌كند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌كننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن كار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و كاركردي تقسيم مي‌‌كنيم:
1- مسير‌هاي هوايي بالايي،
2- ناحيه نايژه‌ها، كه هر دوي آنها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حركات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ممكن است وارد كيسه‌هاي هوايي شوند، كه ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اكسيژن و دفع دي‌اكسيد كربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازك و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماكروفاژها مي‌باشد.
3- ماكروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند كه اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا كردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از كيسه‌هاي هوايي خارج مي‌كنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باكتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلك همانند سيليكوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.
سيليكوسيس و آزبستوسيس
با وجودي كه بيماري‌هاي سيليكوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي كه به روش تكنيكي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است كه اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليكوسيس زماني ايجاد مي‌شود كه گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني كه سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود كه اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.
سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون كارگران كارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطانزا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميكرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به كار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.
به دليل كوچك بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممكن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود كه نوعي تومور خطرناك غشايي است كه ريه را مي‌پوشاند .
آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.
آلودگي ذره‌اي هوا
آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند كه تركيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند كـه از آن جمـله ميـتـوان بـه tps (مجموع مواد معلق) و pm 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميك كمتر از 10 ميكرومتر) اشاره كرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز pm 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميك كمتر از 2.5 ميكرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر كمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.
با وجودي كه ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار pm 2.5)، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيك افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات كوچك معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت كل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيك ضروري است.
با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه كوچك‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار كمي از آنها تاكنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است كه اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات كوچك‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد كه اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي تركيب نماييم.
مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت كرده‌اند كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري كه سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.
مدارك تجربي، مكانيسم‌هاي بيولوژيكي محتملي همچون تحريك دستگاه تنفسي و فشار اكسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريك‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممكن است ايجاد شوند:
تغيير جريان خون به نحوي كه موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملكرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاكت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملكرد تغيير يافته ارادي قلب.
اين موارد ممكن است بخشي از عوامل زيستي باشند كه آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است كه نشست ذرات در كيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماكروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال كيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي كه به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسكوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال c مشاهده گرديد.
خلاصه و چشم‌انداز بحث
در مجموع مدارك بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد كه اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارك زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي كاري وجود دارد. به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني كه بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد كاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نكنيم.
در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و كاربرد نانومواد براي سلامتي كاركنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يك ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.
پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي كاري و بسته وجود دارد.
منبع: سايت نانو

120:

نانو تکنولوژی بخشی از آینده نیست؛ بلکه همه آینده است

تاریخ علم پدیده های متعدد و فراوانی را در صفحات خود جای داده است. پس از جنگ جهانی دوم اختراعاتی نظیر کامپیوتر و DNA, آنچنان خارق العاده بودند که بعنوان انقلابی ترین دوران در تاریخ علم بشری بشمار می آمده است هم اکنون نیز دستیابی به فناوری های نوینی همچون فناوری اطلاعات و بیوفناوری با جایگاه ویژه, پیشرفتهای چشمگیر علمی و تکنولوژیکی را بدست آورده است.
اما با پیشرفت دانش بشری و نزدیکی به مرزهای حقیقی در علم کوانتوم و پدید آمدن واژه ای به نام نانو که تاریخچه و شکل گیری این علم به زمانی باز می گردد که ریچارد فیمن (Richard Feynman ) (فیزیکدان آمریکایی متخصص کوانتوم نظری و برنده جایزه نوبل سال 1965میلادی) با سخرانی معروف خود با عنوان (آن پایین فضای بسیاری هست) به بررسی بعد رشد نیافته مواد پرداخت و توجه اندیشمندان را در جهان به این علم جلب و توانمندی تولید مواد, ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطح ملکولی و اتمی را عنوان نمود تا کنون که تمامی جهان را فراگرفته است.
امروزه نیز پیشرفتهای زیادی در عرصه نانو جهت دقیق کردن تعریف این دانش بوجود آمده است به بیان ساده تر فناوری نانو در جهان از چهل سال پیش تاکنون که نانوتکنولوژی و کاربردهای وسیعی که این فناوری را به عنوان یک زمینه فرارشته ای و فرابخشی مطرح نموده است که می توان به کاربردهای آن در مواد, پزشکی و بهداشت, داروسازی, الکترونیک و کامپیوتر, مهندسی, محیط زیست, بیوفناوری,دفاع, انرژی ,کشاورزی و بسیاری صنایع چون نساجی و فولاد وبرق و... اشاره نمود. که میتوان این علم و ابعاد آن را فراتر از حال دانست وعنوان کرد که نانو تکنولوژی بخشی از آینده نیست بلکه همه آینده است .نانو فناوری در عمل به سه شاخه اساسی (نانو فناوری مرطوب ,خشک ومحاسباتی )تقسیم شده که امروزه دو تغییر از نانوفناوری یکی حرکت از بزرگ به کوچک شامل مواردی همچون کوچکتر کردن هر چه بیشتر تراشه های رایانه ای و دیگری حرکت از کوچک به بزرگ به معنای ساخت مواد با کنار یکدیگر قرار دادن تک تک اتم ها یا مولکولها در دست می باشد.ویژگی ودستاوردهای بالقوه ,کاربردها ی این علم در عرصه های مختلف همچون (دوام پذیری مواد ,هواوفضا ,امنیت ملی ,صنعت ) و موارد فوق که اشاره گردید همگی بر نقش این علم در دستیابی بشر به آینده با بهره مندی از نانو در جهت آسایش را نوید می دهد .

صرفنظر از خصایص عمومی و ویژه این فناوری به عنوان یک علم جدید می توان به لزوم استفاده از سیستم های انعطاف پذیر و پویا جهت رشد قوانین و مقررات خاص مراکز تجاری سازی و بازاریابی و سرمایه گذاری در این عرصه نظر به سرعت رشد بالا و حجم کم و ارزش افزوده بالا وفاصله کم تحقیقات تا بازار و بین رشته ای بودن این دانش وبعضا به مواردی همچون عام بودن و کاربرد فناوری نانو در بسیاری از فناوری های دیگر و نقش آن در تحول سایر فناوری ها و مکمل و پایه بودن (نانو فناوری ,رقیب سایر فناوری ها نیست), ایجاد خلاقیت و کار آفرینی, تاثیر بسزایی بر رفاه و زندگی مردم ,امنیت و دفاع ملی و حفاظت محیط زیست ,ایجاد تحول در تمامی دستاوردهای گذشته بشر تحقق یافته اند ,اشاره نمود .همگراسازی رشته های علمی و تخصص های متمایز ,کاربردهای متعدد آن با هزینه های تولید و نگهداری کمتر ,مصرف انرژی پایین ,دوام و طول عمر بیشتر و در نهایت اینکه نانو فناوری معیارها واستانداردهایی را بوجود می آورد که کشورهایی که در تولید محصولات آن تاخیر داشته باشند نمی توانند جایگاهی مناسب در علم وآینده داشته باشند.

همکاری های تحقیقاتی میان رشته ای ,آموزش خاص وانتقال انگاره ها و ایده ها و افراد به صنعت بخشی از تاثیرات و کاربردهای نانو است که می تواند با تولید مواد ومحصولات صنعتی و تغییر بنیانی که در ساخت مواد وابزارها در آینده مانند امکان سنتز بلوک های ساختمانی نانو با اندازه وترکیب کنترل شده بوجود می آورد انقلابی را در مواد و فرایندهای تولید بوجود و بسترساز ابزارهای نوین بر پایه اصول ومعماری جدید گردد.افزایش توان درمانی داروها ورهایش دارو Delivery Drug)), تهیه مواد زیست سازگار با کارایی بالا ومقیاس نانومتر در شیمی وفیزیک وزیست وشبیه سازی رایانه ای ودوام پذیری منابع کشاورزی ,آب با بهره گیری از امکان بازیافت و استفاده مجدد از انرژی را فراهم خواهد نمود .
در صنعت الکترونیک می توان به ذخیره سازی اطلاعات و ساخت ابزارهای ابر محاسباتی ,در بعد امنیت ملی ,تسلط اطلاعاتی از طریق نانو الکترونیک بعنوان یک قابلیت مهم نظامی و تلفیق ابزارهای نانو میکرو مکانیکی جهت کنترل سیستمهای دفاع هسته ای وبسیاری موارد دیگر اشاره داشت در منظر هوا وفضا قابلیتهای علم نانو در ساخت مواد سبک وزن ,پر قدرت ومقاوم در برابر حرارت جهت هواپیماها وراکتها وایستگاهها وسکوها ی فضایی وسیاره ای یا خورشیدی همگی از توسعه نانو ساختارها و موارد کاربرد این علم حکایت دارد .اما اهمیت مطرح شدن این طرح ودانش در بسیاری از کشورها ی توسعه یافته ودر حال توسعه (حدود 40 کشور) و طیف وسیعی از شرکتهای بزرگ جهان که تحقیق وتوسعه در این زمینه را از اولویتهای ملی خود قرار داده و با تعیین بودجه های کلان جهت تحقیقات در زمینه نانوتکنولوژی که با تعیین برنامه های حمایتی در سطح ملی ,تبیین و تدوین واجرای این مهم بصورت شفاف وقطعی و تشویق وحمایتهای دولتها روبرو گردیده است .لذا ورود سایر کشورها از جمله ایران که اخیرا در این عرصه و تحقیقات نانو رتبه 36جهانی را کسب نموده است با ذکر دلایلی همچون تاثیر اساسی نانو در رشد وپیشرفت بسیاری از فناوری ها وتاثیر بر امنیت جهانی که می تواند به لحاظ کاربردهای بسیار زیاد آن که هم موجب ایجاد فرصتها وتهدیدها خواهد شد و نیز لزوم حضور در بازارهای بسیار بزرگ در آینده, حکایت از ضرورت ورود اجتناب ناپذیر کشورها را به این عرصه دارد . و بیان می دارد نانو تکنولوژی مساوی آینده است و فناوری اطلاعات وبیوتکنولوژيدو دستاورد مهم قرن بیستم بدون بهره گیری از نانو دچار اختلال خواهند شد .
چگونگی تدابیر و تمهیداتی که جهت گسترش اولویتهای مهم تکنولوژی نانو در کشور ما در سالیان اخیربه منظور بستر سازی شالوده های اقتصادی مبتنی بر دانایی در هنگام تدوین سیاستهای کلی وکلان صورت پذیرفت که می توان به قانون برنامه چهارم توسعه اشاره کرد . صرفنظر از اقدامات زیر ساختی همچون اجرای طرح تکفا جهت گسترش فناوری اطلاعات وارتباطات ,تهیه و ابلاغ سند ملی بیوفناوری که جهت توسعه علم نانو صورت پذیرفته, اهمیت حمایت از پژوهش های علوم وفناوری نانو در گستره علوم با هدف نیل به توسعه پایدار بیش از پیش مشهود می نماید .لذا امید است با بهره گیری از تحقیقات منطبق با ایده های علمی و بروز جهانی بتوانیم سهم واقعی و جایگاهی شایسته را در دانش جهانی و آینده کسب نماییم .

121:

نانو کاغذ ضد آب و ضد باکتری ساخته شد

دکتر روبرتو کینوگالاتی در مؤسسه اتالیانو دی تکنولوژیا در ایتالیا و تیم علمی اش تکنولوژی را توسعه داده اند که از طریق آن کاغذهای ضد آب، ضد باکتری، مغناطیسی، فلورسنت و بسیار مقاوم ساخته اند. طی این فرآیند نانو تکنولوژی یک ماتریس پلیمری شکل می گیرد که از طریق راه های مختلف پخش می شود. اجزای نانویی مختلف یک لایه سه بعدی نرم در اطراف فیبرهای کاغذی ایجاد می کند که ویژگی های کاغذ را در راستای کیفیت آن تغییر می دهد. باید این را بگوییم که قطعات نانو اکسید آهن به کاغذ اضافه می شود تا تا به کاغذ خاصیت مغناطیسی ببخشد و اگر نقره به آن افزوده شود کاغذ خاصیت ضد باکتری پیدا خواهد کرد.

122:

انقلابي در فناوري نانو

هدف از نگارش اين نوشتار، مرور يكي از روش هاي بكارگيري فناوري نانو است. براي مثال اين فناوري نسبتاً نو، در كامپيوتر و قطعات الكترونيكي كاربرد بسياري دارد. از مثالي كه ريچارد فايمن در سخنراني خود استفاده كرد، شروع مي كنيم. در واقع با اين مثال ميخواهيم ابعاد و اندازه هاي نانويي را با اندازه هاي خيلي كوچكي كه تكنولوژي آنها هم اكنون در دسترس است، مقايسه بكنيم. او كه جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود، در كنفرانس سال 1960 تحت عنوان «فضاي زيادي وجود دارد» به بحث در مورد توانايي ها و امكان ساخت مواد نانو مقياس پرداخت. او به گونه اي خيال پردازانه، خطوطي حكاكي شده با به كارگيري باريكۀ الكتروني و با عرضي به اندازۀ چند اتم را فرض كرد كه در واقع وجود ليتوگرافي توسط باريكۀ الكتروني را پيش بيني مي كرد. در واقع فاينمن با اين سوال شروع كرد: "چرا نمي توانيم بيست و نه پوشينۀ دايره المعارف بريتانيكا را به سر يك سوزن بنويسيم؟" و ادامه داد "قطر ته سوزن 1/16 اينچ است. اگر آن را بيست و پنج هزار بار بزرگ كنيم سطح آن با كل سطح صفحات دايره المعارف برابر مي شود. پس كافي است همه نوشته ها را بيست و پنج هزار بار كوچك كنيم." اگر چه انديشه هاي فاينمن بازتاب چنداني توسط دانشمندان آن زمان نداشت؛ هم اكنون بسياري از فرضيات او به واقعيت پيوسته اند.
ريچارد فاينمن به پاس كمك هاي شايانش به الكتروديناميك كوانتومي (موضوعي بسيار دور از فناوري نانو) جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود. همگام با او، رويا پردازان ديگري نيز مشغول به فعاليت بودند. راف لندور فيزيكداني نظري بود كه در سال 1957 براي IBM كار مي كرد. وي ايده هايي در پيرامون نانو الكترونيك داشت و به ارزش اثرات مكانيك كوانتومي در اين زمينه پي برده بود.


1. الكترونيك و فناوري اطلاعات

انقلاب اطلاعات، جهان پيرامون ما را به شيوۀ گسترده اي تحت تاثير قرار داده است و هوده هاي آن از اثرات انقلاب صنعتي نيز پيشي گرفته است. كليد توسعه و پيشرفت در فناوري اطلاعات، دستيابي به رايانه هايي با توان بيشتر، حجم كوچك تر و قيمت ارزان تر است. در ادامه به كاربردهاي بيشتري از اين فناوري در الكترونيك و كامپيوتر مي پردازيم.

2.1 ذخيره سازي و حافظه ها
با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر افزايش داد. ذخيره سازي اطلاعات مبحثي بسيار مهم و ضروري است كه مي تواند به روش هاي مختلفي انجام شود. هم اكنون ظرفيت ديسك هاي مغناطيسي رايانه ها با استفاده از قانون مور افزايش يافته است و بازاري در حدود چهل ميليارد دلار را در اختيار دارد.

2.1 ساخت ماشين هاي شبيه سازنده
نانو كامپيوتر و نانو اسمبلر، دو مفهوم جديدي هستند كه در "علم نانو" مطرح مي شوند. ساخت نانو اسمبلر در واقع يك هدف نهايي و مهم در نانو تكنولوژي است. نانو اسمبلر در واقع امكان تهيۀ ماشين يا مكانيك ساختاري شبيه خودش را به وجود مي آورد. زماني كه يك نانو اسمبلر كامل در دسترس باشد تقريباً همه چيز ممكن مي شود و اين مهمترين و بزرگترين خواسته دانشمندان نانو تكنولوژي است. كدام ساده تر است؛ تهيه كپي از ماشين، يا تهيۀ ماشيني كه خودش را كپي كند؟ در مقياس ماكرو مولكولي ساختن يك كپي خيلي ساده تر از ساختن ماشيني است كه بتواند خودش را كپي كند اما در تراز مولكولي اين مساله واژگونه است؛ يعني ساختن ماشيني كه بتواند خود را كپي كند كار را براي ما بارها ساده تر از ساختن ماشين ديگر مي كند و اين مهم ترين كاربرد نانو اسمبلر مي باشد. به اين ترتيب ساختن اتوماتيك محصولات بدون نيروي كار سنتي، همانند عمل كپي در ماشين هاي زيراكس، آسان مي شود.

3.1 نيمه هادي ها؛ اساس صنعت الكترونيك كنوني
مطابق قانون مور، نعداد ترانزيستور ها در يك مدار الكترونيكي، در هر 12 تا 24 ماه دو برابر مي شود. به اين معني كه مدارها با گذر زمان فشرده و پيچيده تر خواهند شد. اگر چه اين قانون در دهه هاي گذشته راست بود، اما فناوري ليتوگرافي با محدوديت براي كوچك تر كردن عناصر است؛ به طوري كه پيش بيني مي شود صنعت نيمه هادي در 10 سال آينده به مرز كوچك سازي برسد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري جديدي وارد عمل شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد. از دهۀ 1920 دانشمندان دريافتند كه ويژگي هاي مواد مانند استحكام و قابليت هدايت الكتريكي با ساختار اتمي و مولكولي آنها تعيين مي شود. بعد ها دانش فوق منجر به ساخت مواد نيمه هادي شد كه پايۀ صنعت الكترونيك كنوني است. در صنعت كامپيوتر، قابليت نانو ماشين ها براي كوچك كردن ترانزيستورها رو تراشه هاي سيليكوني مي تواند انقلابي در اين زمينه بوجود آورد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري نو و تازه اي بكارگرفته شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد.

4.3.1 ابر خازن هاي الكتروشيميايي
ابر خازنها داراي ظرفيت بالايي مي باشند و به صورت بالقوه قابل استفاده در قطعه هاي الكترونيكي هستند. اين ابر خازن ها داراي دو الكترود هستند كه به وسيلۀ يك مادۀ عايق كه در قطعه هاي الكترو شيميايي داراي رسانايي يوني مي باشد، از هم جدا مي شوند. ظرفيت يك ابر خازن شيميايي نسبت واژگونه با بار روي الكترود، و شمارگر بار در الكتروليت دارد. از ابر خازن هاي نانو لوله، براي ذخيرۀ انرژي استفاده مي شود. به طور كلي گفته مي شود كه توجه بيشتر در اين مورد، با ذخيرۀ بار فرق مي كند.



2. الكترونيك مولكولي

2.1 نانو تيوب هاي كربني در نانو الكترونيك
نانو تيوب هاي كربني داراي كاربردهاي بسيار در زمينۀ نانو الكترونيك و همچنين نانو كامپيوترها دارند. از كاربردهاي بي شمار نانو لوله ها مي توان به كارگيري به عنوان عايق، رسانا و نيمه رسانا و يا نيمه هادي استفاده كرد.

2.1.2 خواص رسانايي الكتريكي در نانو تيوب ها
نانو لوله ها بسته به بردار كايرالشان رسانندگي متفاوتي از خود نشان مي دهند. البته رسانايي آنها به قطر نانو لوله ها نيز بستگي دارد؛ به اين صورت كه نانو لوله هايي با قطر كوچك، رسانا يا نيمه رسانا هستند. نانو لوله هاي تك ديواره با بردارهاي كايرال متفاوت، ويژگي هاي متفاوت با يكديگر دارند. از جمله فعاليت اُپتيكي، استحكام مكانيكي و هدايت الكتريكي آن ها با هم فرق دارد. از انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي، نانو تيوب هاي زيگزاگ، آرميچر و نا متقارن هستند. همه ي ساختارهاي ممكن نانو لوله تك ديواره با بردارهاي كايرال با انتقال يافتن دو محدوده اي كه در شكل نشان داده شده است مي تواند شكل گيرد، كه n و m صحيح اند و در نانو لوله هاي زيگزاگ، θ<30 يا m≤n مي باشد. جهت محور نانو لوله عمود بر بردار كايرال است. Ch در نانو لوله هاي كربني از na1+ma2 به دست مي آيد كه a1 و a2 بردارهاي شبكه و كوچكترين قطرهاي شش ضلعي نانو لوله ها هستند و m و n اعدادي صحيح اند. بردار كايرال با بردار Ch = na1+ma2 و زاويۀ كايرال با محور زيگزاگ تعريف مي شود.

2.4.1 انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي
اگر زاويۀ 0=θ يا n,0 ، نانو لوله از نوع زيگزاگ خواهد بود. در صورتي كه (n-m)/3 شماري صحيح باشد نانو لوله از نوع فلزي است. در غير اين صورت از نوع نيمه هادي است.
در صورتي كه 30=θ يا n≤m باشد، نانو لوله از نوع آرميچر خواهد بود. نانو لوله هاي آرميچر همه از نوع فلزي هستند.
در غير از اين دو حالت فوق، نانو لوله از نوع متقارن يا كايرال است كه داراي خواص رسانايي بسيار كمي مي باشد. n≠m , n≠0

2.2 الكترونيك مولكولي با نانو لوله ها

مثال هايي از كاربرد بالقوۀ نانو لوله ها به عنوان قطعه هاي گسيلندۀ ميداني را مي توان نمايش دهنده هاي صفحات تخت، لوله هاي تخليۀ گاز در شبكه هاي مخابراتي، تفنگ هاي الكتروني براي ميكروسكوپ الكتروني، سوزن هاي ميكروسكوپ اتمي روبشي و تقويت كننده هاي ميكرو موج نام برد.

3.2سيستم هاي نانو الكترو مكانيكي (NEMS)
سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي (MEMS) عمدتاً مانند ويفرهاي سيليكوني به روش فتوليتوگرافي ساخته مي شوند. اين سيستم ها در ابزارهايي مانند سنسورها، پمپ ها و روتورها استفاده مي شوند. در حال حاضر، MEMS يك صنعت 11 ميليارد دلاري است. در اين زمينه حركت از مقياس ميكرو به سمت نانو، امكانات و قابليت هاي جديدي را براي سيستم هاي الكترومكانيكي ايجاد مي كند. با وجود اين، فقدان انگيزه هاي كافي اقتصادي براي كوچك كردن ماشين ها تا مقياس نانو، باعث شده است كه تكامل سيستم هاي نانو الكترومكانيكي از روند آرامي برخوردار باشد.
يكي از اهداف نانو فناوري پيشرفت در زمينۀ الكترونيك و علوم كامپيوتر، براي ساخت حافظه ها و تراشه ها با قابليت بيشتر، و هزينۀ كمتر است. همان طور كه در بالا توضيح داده شد، دستيابي به اهداف در اين زمينه نقص هاي بسياري در ماشين ها را برطرف خواهد كرد. به خصوص حافظه ها و اسمبلرها، كه انقلاب عظيمي در صنعت الكترونيك، در حوزۀ فناوري نانو خواهد بود

123:

حذف فلزات سنگین از آب با نانوجاذب‌های سرامیکی



پژوهشگران پژوهشگاه مواد و انرژی با استفاده از نانوبلورهای هیدروکسی آپاتیت، موفق به حذف فلز کادمیم از محلول‌های آبی شدند.

به گزارش ایسنا، دکتر ایمان مباشرپور، عضو هیات علمی پژوهشکده‌ سرامیک پژوهشگاه پژوهشگاه مواد و انرژی در این خصوص گفت: هدف از اجرای این پژوهش، بررسی امکان استفاده از نانوبلورهای هیدروکسی آپاتیت به عنوان یک ماده‌ جاذب در حذف فلزات سنگین از محلول‌های آبی بود.

وی با بیان اینکه در این تحقیق، اثر سه عامل موثر غلظت اولیه‌ یون کادمیم، جرم ماده‌ جاذب و pH محیط روی فرایند حذف فلز سنگین از آب، بررسی شده و به نتایج قابل توجهی دست یافته است، افزود: ما توانستیم رفتار جذب را با تغییر عامل‌هایی نظیر تغییر اندازه‌ بلورهای هیدروکسی آپاتیت، دما و غلظت اولیه‌ یون فلزی، جرم ماده‌ جاذب، سرعت هم‌زدن و pH محلول، مورد بررسی قرار دهیم که برای این بررسی از مدل‌های ایزوترم جذب لانگمیر و فرندلیش استفاده کردیم و ظرفیت جذب را با کمک مدل‌های کینتیکی اندازه‌گیری کردیم و در ادامه عامل‌های ترمودینامیکی مثل انرژی آزاد گیبس سیستم، آنتالپی و آنتروپی فرآیند صورت گرفته را بررسی و اندازه‌گیری کرده و در نهایت، انرژی فعال‌سازی سیستم جذب را تعیین کرده و امکان استفاده از نانوبلورهای هیدروکسی آپاتیت را به عنوان یک جاذب مناسب و صنعتی تحقیق کردیم.

این پژوهشگر خاطر نشان کرد: نتایج حاکی از آن است که نانوهیدروکسی آپاتیت، توانایی مناسبی در حذف یون کادمیم دو ظرفیتی دارد. همچنین با افزایش غلظت اولیه‌ ماده جاذب از 200 به 400 میلی‌گرم در لیتر، میزان ظرفیت جذب به ازای واحد جرم ماده‌ جاذب از 138 به 142 میلی‌گرم بر گرم افزایش یافته و با دو برابر کردن جرم ماده‌ جاذب، ظرفیت جذب به ازای واحد جرم ماده‌ی جاذب از 142 به 112 میلی‌گرم بر گرم کاهش می‌یابد. با افزایش pH هم به دلیل پدید آمدن عامل‌های فعال منفی بر سطح نانوهیدروکسی آپاتیت، میزان جذب، به‌طور چشمگیری افزایش پیدا می‌کند.

مباشرپور در پایان گفت: در صورت همکاری سازمان محیط زیست و سازمان آب و فاضلاب، می‌توان این طرح را در مقیاس صنعتی انجام داد.



نانوتکنولوژی

124:

تولید نانوکامپوزیتی زیستی برای پروتزهای ارتوپدی و دندانپزشکی در کشور

نانوتکنولوژی


پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد با بهره‌گیری از روش مکانوشیمیایی موفق به تولید نانوکامپوزیتی به عنوان پوشش‌های سطحی بر روی پروتزهای ارتوپدیک و کاشتنی‌های دندانی شدند که از پایداری شیمیایی بالاتر و سرعت انحلال کمتری در محیط‌های زیستی برخودار است.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، مهندس بهمن نصیری تبریزی، کارشناس ارشد مهندسی مواد و مدرس و پژوهشگر دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد در این باره اظهار کرد: در میان محدوده وسیعی از مواد پیشرفته، بیوسرامیک‌ها و کامپوزیت‌های بر پایه آن به دلیل ارائه خواص مطلوب زیستی و عدم بروز اثرات نامطلوب در محیط فیزیولوژیک بدن، به عنوان بهترین مواد جایگزین در کاربردهای استخوانی شناخته شده‌اند. در این میان، هیدروکسی آپاتیت به عنوان فاز اصلی معدنی استخوان در بسیاری از کاربردهای زیستی-پزشکی مورد توجه است. با این وجود نرخ انحلال بالا در محیط‌های فیزیولوژیک، مقاومت به خوردگی پایین در محیط‌های اسیدی و پایداری شیمیایی ضعیف در دماهای بالا کاربرد وسیعتر این ماده ارزشمند را با محدودیت مواجه کرده است. از این رو در سال‌های اخیر پژوهش‌های زیادی به منظور بهبود مشخصات عملکردی هیدروکسی آپاتیت صورت گرفته است. در این میان فلوئور هیدروکسی آپاتیت و فلوئور آپاتیت که در این ساختارها یون‌های فلوئور جایگزین یون‌های هیدروکسیل در ساختار آپاتیت شده‌اند، به دلیل بهبود خواص هیدروکسی آپاتیت بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در حقیقت این جایگزینی منجر به افزایش پایداری شیمیایی، کاهش سرعت انحلال در محیط‌های زیستی و افزایش تکثیر سلول‌های استخوانی می‌شود.

وی افزود: در کاربردهای زیستی- پزشکی می‌توان از این مواد به عنوان پوشش‌های سطحی بر روی پروتزهای ارتوپدیک و کاشتنی‌های دندانی استفاده کرد. از سوی دیگر بهره‌مندی از تقویت کنندهای سرامیکی نظیر آلومینا، تیتانیا و زیرکونیا نیز می‌تواند در تقویت خواص مکانیکی بیوسرامیک‌های بر پایه آپاتیت بسیار موثر باشد. در مجموع توانایی‌های بالقوه محصول در کاربردهایی نظیر ارتوپدی، دندانی، رسانش دارو، کروماتوگرافی و... باید بررسی شود.

به نوشته سایت نانو، پژوهشگر دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد با اشاره به اهداف این تحقیقات گفت: هدف اصلی در پژوهش حاضر سنتز و مشخصه‌یابی نانوپودر کامپوزیتی فلوئورآپاتیت-زیرکونیا به روش مکانوشیمیایی بود. بدین منظور با استفاده از مواد اولیه بر پایه کلسیم و فسفر و بهره‌مندی از دستگاه آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای نانو پودر کامپوزیتی فوق تولید شد. در مرحله مشخصه‌یابی نیز با استفاده از امکانات آزمایشگاهی ویژگی‌های نانوساختاری محصول بررسی شد.

وی با بیان این که مراحل اصلی در پژوهش حاضر شامل دو بخش تولید و مشخه‌یابی است، افزود: در مرحله تولید با استفاده از مواد بر پایه کلسیم و فسفر و برقراری نسبت‌های مولی مناسب مخلوط اولیه تهیه شد. پس از آن مخلوط حاصله با استفاده از دستگاه آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای در محدوده زمانی پنج تا 300 دقیقه فعال‌سازی شد. بدین منظور از محفظه‌های پلیمری و گلوله‌های زیرکونیایی استفاده شد. نتایج پژوهش‌های قبلی نشان می‌دهد که بهره‌مندی از محیط آسیاب کاری مذکور منجر به بهبود مشخصات ساختاری و ظاهری نانوساختارهای بیوسرامیکی حاصله از فرآیندهای مکانوشیمیایی می‌شود.

نصیری تبریزی ادامه داد: فرآیند مکانوشیمیایی در دمای اتاق، بدون استفاده از هرگونه عامل کنترل‌کننده واکنش (PCA) و در اتمسفر هوا انجام شد. پس از فعالسازی و تولید محصول پودری به منظور ارزیابی پایداری و بازیابی بلورینگی حرارتی، آنیلینگ در دماهای 600 و 900 درجه سانتیگراد انجام شد. در مجموع سادگی روش و قابلیت تولید مجدد از مزیت‌های برجسته فرآیند ارائه شده است که تولید انبوه این ماده کامپوزیتی نوین را امکان‌پذیر می‌کند. لازم به ذکر است که مشخصات محصول بسته به نوع مواد اولیه مصرفی و پارامترهای فرآیند نظیر زمان، نوع محفظه، اتمسفر، عوامل کنترل‌کننده واکنش می‌تواند متغیر باشد. بنابراین به منظور تولید سایر ترکیبات مشابه، بررسی و تعیین اثر متغیرها بر فرآیند سنتز بسیار حائز اهمیت است. به عنوان مثال با توجه به اینکه زمان‌های بالای فعالسازی موجب آلوده شدن محصول می‌شود، تعیین زمان مناسب برای تولید فرآورده‌ای با خلوص فازی-شیمیایی مطلوب بویژه در کاربردهای زیستی-پزشکی ضروری است.

به گفته نصیری تبریزی، با توجه به اینکه نرخ انحلال بالا در محیط‌های فیزیولوژیک بدن، مقاومت به خوردگی پایین در محیط‌های اسیدی و پایداری شیمیایی ضعیف در دماهای بالا کاربرد وسیعتر هیدروکسی آپاتیت و مواد بر پایه آن را با محدودیت مواجه کرده است، بنابراین با توجه به اصلاحات ساختاری انجام شده در این پژوهش، یعنی جایگزینی یون‌های فلوئور و بهره‌مندی از تقویت‌کننده سرامیکی، خواص هیدروکسی آپاتیت تقویت شده است. در حقیقت انتظار می‌رود که محصول حاصله از پایداری شیمیایی بالاتری برخوردار بوده و سرعت انحلال کمتری در محیط‌های زیستی داشته باشد.

نتایج این کار تحقیقاتی که توسط مهندس بهمن نصیری تبریزی و مهندس عباس فهامی کارشناس ارشد مهندسی مواد و پژوهشگر دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد صورت گرفته، در مجله Ceramics International منتشرشده است.

125:

نانوتکنولوژی

اخبار علمی - درمان حرارتی سرطان سینه با نانو ذرات طلا
پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر نوعی نانو ذرات مغناطیسی در مقیاس آزمایشگاهی تولید کردند که می‌توان از آن برای درمان حرارتی سلول‌های سرطان سینه استفاده کرد.
دکتر «مریم تاج آبادی» مجری طرح حرارت دادن به سلول های سرطانی تا محدوده 42 درجه را یکی از راه های از بین بردن سلول های سرطانی ذکر کرد و گفت: در این نوع درمان، نانوذرات مغناطیسی به شکل تزریقی وارد ورید بیمار شده و با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی به محل سلول های هدف هدایت می شود.

وی افزود: در مرحله بعد، نانو ذرات به علت داشتن اسید فولیک جذب سلول های سرطانی شده و با تاباندن طول موج معینی از پرتوی لیزر، ذرات طلا گرم شده و دمای خود را به محیط سلولی اطراف انتقال داده و این امر منجر به گرم شدن و مرگ سلول های سرطانی می شود.

مجری طرح اهمیت این پژوهش را در ساخت نانوذرات حاملی ذکر کرد که می توانند همزمان عملکرد نانو ذرات طلا، اسید فولیک و همچنین ماده مغناطیسی را با خود به همراه داشته باشد.

وی با اشاره به عملکرد این سامانه، یادآور شد: این سامانه با حمل همزمان مواد می تواند ضمن ایجاد امکان هدایت مغناطیسی، موجب الحاق آن به سلول سرطانی و در مرحله بعد گرم شدن و انهدام سلول های بدخیم شود.

تاج آبادی از آغاز مطالعات بر روی مدل های حیوانی خبر داد و افزود: عملکرد مناسب این ذرات در حمل مواد، جذب سلولی و در نهایت واکنش مناسب به پرتوی لیزر در مرحله «in-vitro» (آزمایشگاهی) به اثبات رسیده است و در حال بررسی سازگاری زیستی این ساختار در مدل های حیوانی هستیم.
اخبار علمی - جام جم

126:

نانوتکنولوژی

پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان با اصلاح سطح نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید بوسیله دی‌کربوکسیلیک اسیدهای فعال نوری و زیست‌سازگار حاوی آمینواسیدهای مختلف، خواص سطحی این نانوذرات را از حالت آبدوست به حالت آبگریز تغییر دادند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، اخیرا نانوذرات بعنوان یک پرکننده قوی در ساخت انواع مختلفی از نانوکامپوزیت‌ها پیشنهاد شده‌اند. اما تجمع نانوذرات در بستر پلیمر مهمترین چالش در تولید این نانوکامپوزیت‌هاست. نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات نیرو محرکه شدیدی برای برقراری پیوند و تشکیل تجمع ایجاد می‌کند. واضح است که این عیب موجب پخش غیر یکنواخت نانوذرات در بستر پلیمر و کاهش خواص مکانیکی می‌شود، در نتیجه گستره کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند. بنابراین جستجو برای یافتن راهی برای اصلاح سطح نانوذرات موضوع بسیاری از کارهای تحقیقاتی شده است. هدف از اصلاح سطح نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید با کربوکسیلیک اسیدها جلوگیری از تجمع شدید نانوذرات و در نهایت تهیه نانوکامپوزیت‌هایی با خواص بهتر است.

دکتر شادپور ملک پور، عضو هیات علمی دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان، در مورد نحوه انجام این تحقیقات گفت: در این کار تحقیقاتی سطح نانوذرات تیتانیوم ‌دی‌اکسید با دی‌اسیدهای N،´N-(پیروملیتوئیل)-بیس-L-والین ، N،´N-(پیروملیتوئیل)-بیس-L-متیونین، N،´N-(پیروملیتوئیل)-بیس-L-ایزولوسین و N،´N-(پیروملیتوئیل)-بیس-L-لوسین اصلاح شد. اصلاح سطح نانوذرات تیتانیوم‌ دی‌اکسید در حلال متانول در حضور دی‌اسیدها به مقدار 15 درصد وزنی نسبت به نانوذره تحت امواج فراصوت انجام شد. گروه O-H در اصلاح کننده با گروه هیدروکسیل روی سطح نانوذره واکنش می‌دهد و به این ترتیب دی اسید روی سطح نانوذره قرار می‌گیرد.

وی ادامه داد: در این تحقیق، ساختار نانوذرات اصلاح شده با استفاده از روش‌های طیف‌سنجی FT-IR، XRD، TGA، FE-SEM و TEM تایید شد. FT-IR و TGA نشان دادند که سطح نانوذرات به خوبی اصلاح شده است. نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید با اصلاح سطحشان از حالت آبدوست به آبگریز تغییر می‌کنند. دی‌اسید آلی روی سطح نانوذرات با کاهش انرژی سطح آنها و ایجاد ازدحام فضایی بین نانوذرات، تجمع آن‌ها را کم می‌کند. در نتیجه نانوذرات تیتانیم دی‌اکسید پوشیده شده با دی‌اسیدهای آلی پخش بهتری در پلیمرها خواهند داشت.

ملک پور خاطرنشان کرد: اصلاح سطح نانوذرات مختلف با معرف‌های اصلاح‌کننده دیگر مثل دی‌اسید از پیشنهادهایی است که در راستای این پروژه تحقیقاتی ارائه می‌شود و می‌تواند در دستور کار قرار گیرد. همچنین تهیه نانوکامپوزیت‌های جدید با استفاده از سایر نانوذرات اصلاح شده مانند Al2O3، ZrO2، SiO2، CuO به منظور تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری با خواص مکانیکی و حرارتی بهتر.

به نوشته سایت نانو، به دلیل حضور دی‌اسیدهای زیست سازگار نانوذرات TiO2 اصلاح شده می‌توانند دوستدار محیط زیست باشند. نانوذرات تیتانیوم دی‌اکسید اصلاح شده به صورت مستقیم در تهیه نانوکامپوزیت‌های پلیمری و زمینه غیرقطبی استفاده می‌شوند. نانوکامپوزیت‌های پلیمری بعنوان مواد پوششی، ساختمانی و بسته بندی در حوزه وسیع از کاربردهای مهندسی الکتریکی، هوایی، ساختمانی و خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نتایج این کار تحقیقاتی که توسط پروفسور شادپور ملک پور، عضو هیات علمی دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی اصفهان و رقیه عالی زاده فارغ التحصیل کارشناسی ارشد شیمی آلی از دانشگاه صنعتی اصفهان صورت گرفته، در مجله Progress in Organic Coatings منتشر شده است.

127:

تولید نانودارویی با قابلیت شناسایی و درمان سرطان



نانوتکنولوژی


یک تیم تحقیقات بین‌المللی به رهبری محققان دانشگاه سیسیناتی موفق به ارائه نانودارویی برای شناسایی و درمان سرطان شدند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، این گروه تحقیقاتی در این نانودارو از نانوساختاری استفاده کردند که امکان حمل داروهای شیمی‌درمانی مختلف را داراست. به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد این نانوساختار، می‌توان انواع مختلف ترکیبات شیمی‌درمانی را با آن حمل کرد. نکته جالب توجه در این نانوساختار آن است که هم می‌توان ترکیبات شیمی‌درمانی را روی سطح آن و هم درون ساختار متخلخل داخلی آن وارد کرد.

درون این حامل دارویی می‌توان نانوذرات ویژه‌ای وارد کرد که بعنوان برچسب به سلول‌های سرطانی متصل شده و شناسایی آنها را ساده‌تر می‌کند. بنابراین می‌توان از این سیستم برای شناسایی زودهنگام سرطان استفاده کرد. از سوی دیگر می‌توان مولکول‌های فلورسانت را به نانوساختار متصل کرد تا آنها را به سلول‌های سرطانی برساند؛ با این کار می‌توان محل دقیق تومورها را شناسایی کرد و در مورد این که بیمار باید جراحی شود یا با دارو تحت درمان قرار گیرد، تصمیم‌گیری کرد. از دیگر مزایای این سیستم دارویی آن است که می‌تواند ترکیبات شیمی‌درمانی را به محل تومور برده و سلول‌های سالم را از گزند این مواد مضر مصون دارد. بنابراین اثرات جانبی دارو به حداقل می‌رسد.

به نوشته سایت نانو، نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Dual Surface Functionalized Janus Nanocomposites of Polystyrene//Fe304@Si02 for Simultaneous Tumor Cell Targeting and pH-Triggered Drug Release در کنفرانس سالانه علوم و فناوری مواد در مونترال کانادا ارائه شده‌ است.

حامل دارویی که این گروه تحقیقاتی ساخته‌اند، دارای ابعاد بسیار کوچکی است به طوری که از یک سلول کوچک‌تر است بنابراین نمی‌توان به سادگی روی آن چند نوع ترکیب (هم داروی شیمی‌درمانی و هم برچسب فلورسانس) قرار داد، اما از آنجایی که سطح این حامل، عامل‌دار شده‌ است بنابراین می‌توان چند ترکیب را روی آن قرار داد.

پژوهشگران معتقدند در صورت تجاری‌سازی این سیستم دارویی، می‌توان با هزینه کم سرطان را شناسایی و درمان کرد. این سیستم دارویی بسیار سریع‌تر و دقیق‌تر از روش‌های رایج نظیر MRI سلول‌های سرطانی را شناسایی می‌کند. همچنین دوز مواد شیمی‌درمانی را به راحتی می‌توان کنترل کرد. حمایت مالی این پروژه توسط بنیاد ملی علم آمریکا انجام شده‌ است.

128:

موفقیت محققان ایرانی در سنتز بهینه نانوذرات نیمه‌هادی کلیدی در حسگرها



پژوهشگران ایرانی با استفاده از روش هیدروترمال موفق به سنتز نانوذرات روی سولفید با ابعاد nm 21 شدند که ترکیبی نیمه‌هادی است و قابلیت استفاده در اپتیک، فتوالکترونیک، حسگرها، کاتالیز و.... را دارد.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، دکتر مریم محمدی کیش، استادیار شیمی معدنی دانشگاه خوارزمی تهران در این باره اظهار کرد: نانوبلورهای فلزات، اکسید فلزات و نیمه‌هادی‌ها به علت خصوصیات منحصربفرد مکانیکی، الکتریکی، اپتیکی، مغناطیسی و شیمیایی بسیار مورد توجه هستند. علت این امر اثرات کوانتومی است بطوریکه در ابعاد کوچک خصوصیات الکتریکی، اپتیکی و ... بسیار وابسته به اندازه ذره است.

وی افزود: با توجه به وابستگی خصوصیات جدید و کاربردهای بالقوه ترکیبات نانو به شکل و ساختار، مطالعات زیادی جهت کنترل سنتز نانوساختارها با مورفولوژی‌های متنوع صورت گرفته است. روی سولفید در قالب یک نیمه هادی با شکاف نوار وسیع بعنوان ماده‌ای کلیدی در دیودهای ساطع کننده نور فرابنفش، لیزرهای تزریقی، نمایشگرهای صفحه تخت، ابزارهای الکترولومینسانس و پنجره‌های زیرقرمز بکار می‌رود. در سال‌های اخیر خصوصیات متفاوت نانوبلورهای روی سولفید نسبت به حالت توده‌ای سبب افزایش کاربرد این ترکیب شده است. بنابراین، مطالعه نانوساختارهای روی سولفید اهمیت بسیاری دارد و تلاش‌های فراوانی جهت سنتز و بررسی خصوصیات فیزیکی آن در حال انجام است.

محمدی کیش درباره اهداف تحقیق انجام شده در این زمینه گفت: هدف اصلی از این تحقیقات سنتز روی سولفید در مقیاس نانو و بهینه کردن روش سنتز با مقایسه دماها و زمان‌های مختلف و در نهایت تعیین شکاف نوار ترکیبات حاصل بوده است. فاکتور مهم در سنتز نیمه هادی‌ها کنترل اندازه و مهمتر از آن توزیع اندازه ذرات است که در این پژوهش نانوذرات با ابعاد nm 21 و توزیع ذرات مناسب تهیه شده است.

وی افزود: به همین منظور ابتدا به سنتز پیش ماده Zn(sal)2 با استفاده از روی نیترات و سالیسیل آلدهید پرداختیم. سپس با استفاده از پیش ماده Zn (sal)2، تیواستامید و تیوگلیکولیک اسید به‌ ترتیب بعنوان منبع+Zn2، منبع گوگرد و عامل پوشاننده به‌ وسیله‌ تکنیک هیدروترمال در زمان‌ها و دماهای مختلف نانوذرات روی سولفید را سنتز کردیم. استراتژی مورد استفاده در این تحقیق بکار بردن تیوگلیکولیک اسید بعنوان عامل پوشاننده است.

استادیار شیمی معدنی دانشگاه خوارزمی تهران تصریح کرد: در بین روش‌های گوناگون، روش هیدروترمال با توجه به هزینه پایین، کارایی بالا و امکان ساخت در مقیاس وسیع راه مناسبی جهت سنتز نانو ذرات است. از جمله مزایای روش استفاده شده در این پژوهش استفاده از پیش ماده ساده، شرایط دمایی و زمانی مناسب و امکانات آزمایشگاهی ساده است. از نتایج این تحقیقات می‌توان به استفاده از روش هیدروترمال برای سنتز نانوذرات روی سولفید با ابعاد nm 21 اشاره کرد. همچنین این ترکیب نیمه‌هادی II-IV است که شکاف نوار مستقیم ev 65/3-87/3 دارد.

به نوشته سایت نانو، نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر مریم محمدی کیش، استادیار شیمی معدنی دانشگاه خوارزمی تهران، دکتر فاطمه داور، استادیار شیمی معدنی دانشگاه صنعتی اصفهان)، محمدرضا لقمان استرکی، دانشجوی دکترای مهندسی مواد دانشگاه صنعتی اصفهان و زهره حمیدی، کارشناس ارشد شیمی آلی صورت گرفته، در مجله «Ceramics International» منتشر شده است.

129:

ساخت نانوترانزیستور تشخیص سرطان توسط محققان ایرانی



محققان دانشگاهی با استفاده از فناوری نانو موفق به تولید ترانزیستوری برای تشخیص سرطان شدند.

به گزارش گروه دریافت خبر ایسنا منطقه مازندران، محمد عبدالاحد، مجری طرح تولید نانوترانزیستور تشخیص سرطان با اعلام این خبر تصریح کرد: در این طرح تحقیقاتی ترانزیستوری بر پایه نانوسیم‌های سیلیکون با کاربرد در حوزه پزشکی تولید کردیم.

این محقق مازندرانی تصریح کرد: بیوسنسور عرضه شده مبتنی بر نانوسیم‌های سیلیکونی، در فاز اول قادر به شناسایی سلول‌های سالم از سلول‌های سرطان روده و سینه است و در حال حاضر در تلاشیم با همکاری دو بیمارستان از این بیوسنسور برای تشخیص و شناسایی سرطان خون بر روی بیماران نیز استفاده کنیم.

عبدالاحد با اشاره به تغییرات فاز سلول‌های سالم و سرطانی اظهار کرد: زمانی که سلول سالم از فاز سلامت وارد فاز سرطانی می‌شود، تغییراتی در غشای آن ایجاد خواهد شد که این تغییرات یکسری تصاویر و پس زمینه‌های بیولوژیکی را به همراه دارد.

وی با بیان اینکه این تغییرات شامل تغییرات الکتریکی است، گفت: در این تغییرات کانال‌های یونی سلولی دچار اختلال و یا خواص دی الکتریکی غشای سلولی که حاوی فسفولیپید است، مختل می‌شود.

عبدالاحد با تاکید بر اینکه از نظر متخصصان الکترونیک در این تغییرات اطلاعات مفیدی نهفته است، افزود: اگر بتوانیم ساختاری را بسازیم که بتواند غشای سلولی را از نظر الکترونیکی تحلیل کند، قادر خواهیم بود اختلالات درون سلول‌ها را شناسایی کنیم که این امر ما را به تشخیص سلول‌های سرطانی از سلول‌های سالم هدایت می‌کند.

مجری طرح تولید نانوترانزیستور تشخیص سرطان، با اشاره به مطالعات انجام شده در این زمینه یادآور شد: در این تحقیقات بیوسنسوری را تولید کرده‌ایم که از روی سنجش تغییرات رزونانس الکتریکی تک سلول‌ها قادر به شناسایی و تشخیص سلول سرطانی است.

وی تاکید کرد: این بیوسنسور بر بستر سیلیکونی و نانولوله‌های کربنی تولید شده و پس از چکاندن محلولی بر روی آن از طریق کامپیوتر سیگنال‌هایی که از طریق این بیوسنسور دریافت می‌شود، مورد تحلیل قرار می‌گیرد و پس از آن متوجه خواهیم شد که چه اتفاقی در سلول رخ داده است.

عبدالاحد ادامه داد: ما توانسته‌ایم با استفاده از نانولوله‌های کربنی عمودی که از نظر الکترونیکی ساختارهای فعالی هستند، اندوسکوپ تک سلولی را بسازیم و زمانی که در بر همکنش مستقیم با غشای سلول‌ها قرار می‌دهیم، فرکانس‌های مختلف سیگنال‌های الکترونیکی سلول‌ها دریافت شده و مورد تحلیل قرار می‌گیرند.

وی افزود: تحلیل‌ها نشان می‌دهد سلول‌های سالم در فرکانس‌های مختلف دارای پیک‌های رزونانس الکتریکی هستند، این در حالی است که در سلول‌های سرطانی رزونانس الکتریکی هم از لحاظ تعداد و هم به لحاظ شدت دچار افت می‌شوند.

وی با بیان اینکه از رزونانس‌های الکتریکی به دست آمده اسپکتروسکوپی (طیف نگاری) می‌شود؛ گفت: این روش نوین ما را در تشخیص سلول‌های سرطانی از سالم و همچنین شناسایی گرید پایین سلول سرطانی از گرید بالای سرطانی یاری خواهد کرد.

عبدالاحد با بیان اینکه سلول‌های استفاده شده در این تحقیقات سلول‌های استاندارد تهیه شده از انستیتو پاستور بوده‌اند، خاطرنشان کرد: در فاز اول مطالعات از سلول‌های سرطان سینه و روده استفاده شد که نتایج خوبی به دست آمده است.

مجری طرح تولید نانوترانزیستور تشخیص سرطان با اشاره به اجرایی کردن فاز دوم این تحقیقات یادآور شد: در فاز دوم با همکاری بیمارستان‌های مفید و طالقانی و با هماهنگی سازمان انتقال خون با استفاده از این سنسور اقدام به تحلیل سلول‌های سرطان خون کرده‌ایم.

وی افزود: در این مطالعات درصدد هستیم که آیا این روش می‌تواند به عنوان یک روش دقیق در تشخیص سیگنال‌های اولیه سرطان خون مورد استفاده قرار گیرد.

عبدالاحد یادآور شد: این تحقیقات در آزمایشگاه نانوالکترونیک دانشگاه تهران و با همکاری مرکز نانوتکنولوژی بیمارستان طالقانی اجرایی شده است.

130:

کاهش آنتی‌ژن ویروس هپاتیت ب در خون با نانودارویی جدید



یکی از شرکت‌های داروسازی اطلاعات جدیدی را درباره نانوداروی ضد ویروس هپاتیت ب ARC-520 منتشر کرده است که نشان می‌دهد این دارو به شدت از سطح آنتی‌ژن ویروس در خون می‌کاهد و موجب تحریک سیستم ایمنی بدن می‌شود.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، اطلاعات جدید شرکت «Arrowhead Research» که در زمینه تولید داروهای مبتنی بر RNAi فعالیت دارد، نشان می‌دهد دو دوز 2 و 3 میکروگرم بر کیلوگرم از نانوداروی ARC-520 در شامپانزه‌های مبتلا به هپاتیت ب موجب شده است تا مقدار HBeAg و HBsAg - از آنتی‌ژن‌های اصلی ویروس هپاتیت ب- در بدن این حیوانات کاهش یابد و تا 43 و 73 روز (به ترتیب برای دوز 2 و 3 میکروگرم بر کیلوگرم) به مقدار اولیه باز نگردد.

همچنین مشخص شد که بعد از گذشت چهار هفته از تزریق این دوز، افزایش غلظت آنزیم ترانزآمیناز آلانین سرم (ATL) در بدن دیده می‌شود. این بدان معناست که سیستم ایمنی در بدن برای مبارزه با این بیماری فعال شده‌ است.

رابرت لندفورد از موسسه تحقیقاتی بیوپزشکی تگزاس که تحقیقات این پژوهش در آنجا انجام شده است، می‌گوید: این تحقیق اهمیت زیادی دارد، زیرا در صورت اثبات ایمن و موثر بودن ARC-520 و تاثیر آن در کاهش آنتی‌ژن ویروس، گام مهمی در مسیر اثبات خواص درمانی این دارو برداشته شده‌ است. تغییر سطح آنزیم ALT بعد از تزریق دارو نشان می‌دهد که سیستم ایمنی بدن نیز در اثر وارد شدن دارو تحریک شده‌ است.

به نوشته سایت نانو، شرکت «Arrowhead Research» پیش از این نتایج تست‌های بالینی این دارو را نیز منتشر کرده بود. این اطلاعات مربوط به یک دوره تست بالینی اولیه در مدت زمان 29 روز بود. در این پژوهش جدید، این شرکت حیوانات را تا 85 روز در معرض این دارو قرار داد تا اثرات آن و عوارض جانبی دارو را ارزیابی کند. نتایج نشان داد که با دوز 3 میکروگرم بر کیلوگرم، این دارو توانسته است 32 برابر از سطح ویروس‌ها را در بدن بکاهد.

131:

محققان چینی راهبرد جدیدی برای تولید ترانزیستورهای مبتنی بر نانولوله کربنی ارائه کردند که سهولت ساخت و کارایی بالا از مزیت‌های این مدار جدید است.
به گزارش ایسنا، پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که الکترونیک مبتنی بر سیلیکون در حال رسیدن به محدودیت فیزیکی خود است و احتمالاً تا سال 2020 به این حد برسد. بنابراین، برای تداوم روند کوچک‌سازی ادوات الکترونیکی باید به دنبال فناوری‌های جدید بود. یکی از این راهبردها، ساخت مستقیم ترانزیستورهای اثر میدان روی نانولوله‌های کربنی است. چنین قطعه‌ای، ابعادی در حد نانومتر خواهد داشت، هرچند که تولید این نوع ترانزیستور هنوز با چالش‌هایی روبرو است.
اخیراً مقاله‌ای در نشریه‌ی Nano Letters به چاپ رسیده است که در آن تیان پی و همکارانش از دانشگاه پیکینگ چین، روشی برای ساخت مدارهای پیچیده روی نانولوله‌های کربنی منفرد ارائه کردند. این گروه تحقیقاتی یک سیستم باس هشت بیتی که شامل 46 ترانزیستور اثرمیدان است، روی شش نانولوله‌کربنی ایجاد کردند. این پیچیده‌ترین IC مبتنی بر نانولوله است که تاکنون ساخته شده‌ است. انتظار می‌رود که بتوان مدارهای پیچیده‌تری را با این روش تولید کرد.
از سال 1998 که اولین ترانزیستور اثرمیدان مبتنی بر نانولوله کربنی ساخته شد، پژوهش‌های زیادی روی بهبود کارایی آن‌ها انجام شده‌ است. همان‌طور که این محققان در مقاله‌ی خود توضیح دادند، نانولوله‌های کربنی نیمه‌هادی بهترین گزینه برای جایگزینی سیم‌های سیلیکونی هستند، دلیل این امر، نازک بودن آن‌ها و سرعت بالای حرکت الکترون در نانولوله‌های کربنی است.
با این حال الکترونیک مبتنی بر نانولوله کربنی با مشکلاتی روبرو است. یکی از این مشکلات، جدا کردن نانولوله‌های فلزی از نیمه‌هادی است. هر چند روش‌هایی برای این کار ارائه شده است، اما همه‌ی آن‌ها موجب آسیب دیدن نانولوله‌های نیمه‌هادی می‌شوند.
محققان برای حل این مشکل، به جای استفاده از یک نانولوله‌ی منفرد، از چند نانولوله استفاده کردند. این کار موجب پیچیده شدن ساختار ترانزیستور می‌شود. پژوهشگران با استفاده از یک راهبرد جدید و یک ماژول دارای هشت ترانزیستور روی دو نانولوله کربنی، موفق به ساخت مدار پیچیده‌ای شدند. از آنجایی که معمولاً دو نانولوله‌کربنی کاملاً شبیه هم نیستند، وجود دو نانولوله مختلف موجب افزایش مقاومت ترانزیستور در برابر تفاوت میان خواص دو نانولوله می‌شود. با این کار می‌توان از این ساختار به عنوان واحد سازنده‌ی سیستم باس هشت بیتی که حاوی 46 ترانزیستور اثرمیدان روی شش نانولوله کربنی است، استفاده کرد.
نتایج آزمایش‌های انجام شده نشان می‌دهد که ترانزیستور اثرمیدان نوع n و p به ترتیب 5 و 10 برابر سریع‌تر از ترانزیستورهای سیلیکونی است.



نانوتکنولوژی

132:

یکی از شرکت‌های پیشرو در فرآیند عامل‌دار کردن پلاسمایی نانومواد موفق شد با استفاده از فرآیند پلاسما موسوم به HDPlas™، گرافن عامل‌دار تولید کند.
به گزارش ایسنا، شرکت Haydale به تازگی موفق به عامل‌دار کردن نانوورق‌های گرافنی شده‌ است به طوری که کامپوزیت‌های به دست آمده از این گرافن بهبود قابل توجهی پیدا می‌کنند. این شرکت گرافن عامل‌دار را برای تقویت کامپوزیت‌ها مورد استفاده قرار داده و نتایج جالب توجهی به دست آورده است.
این محصول جدید می‌تواند سختی کامپوزیت‌های اپوکسی را بهبود دهد. همچنین کشش سطحی و مودول یانگ کامپوزیت اپوکسی در صورت استفاده از محصول گرافنی تقویت شده با HDPlas™ بیش از دو برابر افزایش می‌یابد. با افزایش مقادیر بیشتری از این محصول، استحکام 125 درصد و سختی 100 درصد افزایش می‌یابد.
فرآیند عامل‌دار کردن گرافن توسط این شرکت می‌تواند منجر به تولید ماده‌ای شگفت انگیز شود. گرافن برای وارد شدن به بازار دچار مشکلاتی است که در فرآیند جدید با بهبود عملکرد آن و عدم تغییر ساختار گرافن، سدهای موجود در مسیر تجاری‌سازی گرافن برداشته می‌شود.
یکی از اهداف محققان در این پروژه آن بود که بدانند آیا ویژگی‌هایی نظیر ترکیب شیمیایی ماتریکس، درجه تورق گرافن و ابعاد پرکننده ماتریکس می‌تواند موجب بهبود خواص فیزیکی کامپوزیت شود؛ بنابراین، محققان کامپوزیت نهایی را یک بار در حضور گرافن عامل‌دار شده با روش HDPlas™ و یک بار نیز در عدم حضور گرافن مورد مطالعه قرار دادند.
رای گیبس، مدیرعامل شرکت Haydale می‌گوید: نانومواد گرافنی ترکیبات بسیار جالبی برای تقویت ساختار نانوکامپوزیت‌ها هستند. نتایج کار یک گام رو به جلو در مسیر تجاری‌سازی گرافن و وارد کردن این ترکیب به بازار کامپوزیت‌ها است. ما درصدد مطالعه‌ تأثیر گرافن عامل‌دار روی مواد خام مختلف و همچنین برخی محصولات تجاری‌ هستیم.
گرافن دارای پتانسیل بالایی در صنعت کامپوزیت است اما برای این کار باید گرافن را عامل‌دار کرد و این کار معمولاً با ایجاد نقص ساختاری یا آلوده‌ کردن گرافن همراه است. گرافن عامل‌دار شده توسط شرکت Haydale دارای شرایط ساختاری مناسبی است.
پژوهشگران این شرکت نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای در Journal of Applied Polymer Science منتشر کردند.



نانوتکنولوژی

133:

نانو افشانه‌ای که همه چیز را ضد آب می‌کند



محققان افشانه جدیدی برای ضد ‌آب کردن دستگاه‌های مختلف تولید کرده‌اند که حاوی مولکول‌هایی 1000 برابر کوچکتر از موی انسان است.
به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، مولکول‌های بکار رفته در این نانو افشانه از خاصیت آب‌گریزی (hydrophobic) بالایی برخوردار هستند که سطح یا بخش‌ داخلی دستگاه‌های مختلف مانند تلفن همراه یا تبلت را پوشانده و یک لایه ضد آب ایجاد می‌کند.
با کمک این لایه نازک محافظ، امکان فرو بردن دستگاه تا عمق یک متری آب بمدت 30 دقیقه فراهم می‌شود؛ این لایه همچنین از خراش افتادن بر روی صفحه نمایش دستگاه جلوگیری می‌کند.
نانو افشانه Impervious حاوی مولکول‌هایی 1000 برابر کوچکتر از موی انسان است که با افشانه شدن روی هر سطح، خاصیت ضد آب ایجاد می‌کند.
با این نانو افشانه می‌توان براحتی گوشی تلفن همراه را مانند گوشی Galaxy S5 سامسونگ و Xperia X2 سونی ضد آب کرد.
مدل‌های مختلف این افشانه برای گوش‌های هوشمند معمولی، تبلت، اختصاصی آی‌پد و آیفون با قیمت 30 تا 40 دلار تولید و به بازار عرضه شده‌ است.



نانوتکنولوژی ایجاد لایه محافظ ضد آب با نانو افشانه Impervious