رفتن به مطلب

ارسال های توصیه شده

چکیده

 

درك ماهيت مواد و چگونگي ساختارهاي آنها هميشه از اهميت ويژه اي برخوردار بوده است . مواد علاوه بر اينكه جزء مواهب طبيعت به شمار مي آيند ، در ساخت وسايل و تامين احتيجات انسان نقش عمده اي دارند . علم هم به تناسب پيشرفتي كه در چند سال اخير داشته ،توانسته است ديدگاه درستي از ماده و توانايي هاي آن پيدا كند به گونه ايکه اکنون با بررسي زمينه هاي اتمي و زير اتمي مواد و عناصر، امكان ساخت و بنا گذاري مدل هاي جديدتري از مولكول ها فراهم شده است .

نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزار و سيستم‌هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطح ملكولي و اتمي و استفاده از خواصي است كه در آن سطوح، ظاهر مي‌شود.

گستردگي علوم و فناوري نانو موجب تعريف كاربردهاي بسيار در عرصه‌هاي مختلف علمي و صنعتي شده است.

پديده‌هايي كه در دنياي نانومتري رخ مي‌دهند بسيار پيچيده و برخي هنوز ناشناخته‌اند، اما دگرگوني و انقلاب نانوتكنولوژي، اجتناب ناپذير است.

در جهان، تحقيقات گسترده‌اي در زمينه كاربردي كردن فناوري نانو در صنايع مختلف انجام شده و حجمي قابل ملاحظه از سرمايه‌هاي تحقيقاتي كشورها صرف اين كار مي‌شود.

لینک به دیدگاه

مقدمه

 

نانوتكنولوژي يعني توليد و كاربرد اجسام يا وسايل با مقياس فوق العاده ريز و كوچك, اينگونه اجسام يا وسايل در حد 1 تا 100 نانومتر (mm) مي باشند يك نانومتر (mm) معادل يك ميليونيم متر است (m 000000001/0) كه حدود 50000 برابر كوچكتر از قطر موي انسان مي باشد. دانشمندان براي مقياس نانو به حدود 1 تا 100 نانومتر استناد مي‌كنند و اجسام و مواردي كه در اين مقياس هستند بنام نانوكريستال يا اجسام نانو (nanomaterials) ناميده مي شوند. مقياس نانو بي مانند و كم نظير است زيرا هيچ شيئي كوچكتر از آن نمي توان ساخت و از طرفي به اين علت بي نظير است كه بسياري از مكانيزم هاي بيوتكنولوژي و فيزيكي در مقياس هاي طولي 1/0 تا 100 نانومتر كار مي كنند. در اين ابعاد اجسام خواص فيزيكي مختلفي نشان مي دهند و بدين ترتيب دانشمندان اميدوارند كه بسياري تاثيرات نوين در مقياس نانو براي پيشرفت تكنولوژيهاي مختلف كشف و مورد استفاده واقع گردند. برخي پيشرفت هاي مهم قبلاً در نانوتكنولوژي رخ داده است. اين پيشرفت ها در محصولاتي كه در سراسر دنيا توليد مي شوند مي توان يافت. بعضي از نمونه ها عبارتند از مبدل‌هاي كاتاليتيكي (Catalitic) در اتومبيل ها كه به حذف مواد آلوده كننده هوا كمك مي نمايند. كرم‌هاي ضدآفتاب و مواد آرايشي كه تشعشع مضر ناشي از آفتاب را مي گيرند بدون اينكه شفافيت و نور از بين برود و يا روكش ها و پوشش هاي ويژه جهت پوشاك ورزشي و يا لباسهائي كه كاركرد و عمل ورزشكار را بالا ميبرد. هنوز بسياري از دانشمندان, مهندسين و تكنولوژيست‌ها معتقدند كه آنها فقط سطح پتانسيل نانوتكنولوژي را خراشي داده اند. نانوتكنولوژي طفوليت خود را ميگذاراند و هيچكس با دقت نمي تواند پيش بيني كند كه نتيجه شكفتن كامل اين تكنولوژي در چند دهه آينده چه خواهد بود. معهذا بسياري از دانشمندان با اطمينان اعتقاد دارند كه نانوتكنولوژي اثرات عمده اي بر روي مراقبت هاي بهداشتي و پزشكي و كامپيوتر و سنسورها و امنيت و دفاع جهاني خواهد داشت.

لینک به دیدگاه

نانوتكنولوژي چيست؟

 

 

براي درك و فهميدن مقياس نانو, قطر يك اتم كه جزء اصلي سازنده ماده مي باشد, در نظر بگيريد. اتم هيدروژن, يكي از كوچكترين اتمهاي موجود در طبيعت فقط 1/0 نانو قطر دارد. در واقع كليه اتمها تقريباً از نانو مي باشند و بحدي ريزند كه چشم انسان قادر به ديدن آنها نيست. اتم ها بهم متصل شده و ملكولها را تشكيل ميدهند كه كوچكترين جزء تشكيل دهنده يك تركيب يا ماده شيميايي ميباشند. ملكولها به نوبه خود, سلولها را بوجود مي آورند كه واحدهاي اصلي زندگي بشمار مي روند. ملكولهائي كه شامل 30 اتم مي باشند قطرشان حدود 1 نانومتر است. اندازه سلولهاي انسان از 5000 تا 200000 نانو ميباشد يعني بزرگتر از مقياس نانو هستند معهذا مواد پروتئيني كه عمليات دروني سلول ها را انجام مي دهند فقط 3 تا 20 نانو ميباشند و در مقياس ويروسهائي كه سلولهاي انسان را مورد حمله قرار مي‌دهند. حدود 10 تا 200 نانو و ملكولهاي سازنده داروها جهت مقابله با ويروسها كمتر از 5 نانو بزرگي دارند. امكان ساخت مواد و وسايل جديدي كه در همين مقياس كارهاي اصلي طبيعت عمل نمايند دليل آنست كه چرا توجه بسياري به جهان كوچكتر از 100 نانو معطوف شده است. اما 100 نانو يك خط تقسيم اختياري نيست اين مقدار طولي است كه در آن خواص ويژه اي در مواد و اجسام مشاهده گرديده است يعني خواصي كه عميقاً با خواص موجود در مقياس نانو تفاوت بسيار دارند. انسان عملاً مدتها درباره اين خواص ويژه اطلاعاتي داشته است ولي نمي فهميد كه چرا اين خواص پيدا شده و يا رخ مي دهند. شيشه گران در قرون وسطي براي مثال مي‌دانستند كه اگر طلا را به ذرات بسيار ريز خرد كننده و اين ذرات خيلي ريز را داخل شيشه مي پاشند رنگ طلا از زرد اصلي يا به آبي يا سبز يا قرمز تبديل شود كه بستگي به اندازه ذرات طلا دارد. شيشه گران از اين ذرات براي ساختن و توليد شيشه هاي رنگي زيبا جهت پنجره ها استفاده مي كردند كه در كليساهاي سراسر اروپا يافت مي شوند, مثلاً كليساي نوتردام دوپاري در فرانسه. اين شيشه گران در آن زمان نمي‌دانستند كه طلا را در مقياس نانو خرد كرده اند يا نانوكريستال طلا تهيه نموده اند. در مقياس هاي بزرگتر از 100 نانو رنگ طلا زرد است ولي در اندازه هاي كوچكتر از 100 نانو رنگهاي ديگري خواهد داشت. نانوتكنولوژيست ها فريفته و وسوسه امكان توليد وسايل ساخت انسان در اندازه مولكولي در مقياس نانو شده اند و به همين علت است كه اين رشته را گاهي اوقات نانوتكنولوژي ملكولي مي نامند. بعضي از نانوتكنولوژيست ها قصد دارند اجسام و وسايل (خودتكثير) بسازند يعني به طور همزمان كار خود را انجام داده و تعدادشان را تكثير نمايند درست مانند عملي كه موجودات زنده انجام مي دهند. براي برخي از طرفداران اوليه اين رشته, اين موضوع از نانوتكنولوژي بيشترين اهميت را دارد. اگر واحدهاي فعال و كاري بسيار ريز را بتوان در اندازه يك مولكول بهم سوار و مونتاژ نمود بطوريكه تحت شرايط كنترل شده خود تكثير باشند كارآئي هاي عظيمي واقعيت خواهد يافت معهذا بسياري از دانشمندان در رابطه با امكان ساخت اجسام نانو كه خودتكثير باشند شك دارند.

لینک به دیدگاه

روش هاي رسيدن به نانوتكنولوژی

 

دانشمندان هم اكنون در حال مطالعه و تجربه در رابطه با روش ساخت و توليد وسايل و مواد با مقياس 1 تا 100 نانو مي باشند. اين روشها را بالا به پايين و پايين به بالا مي نامند.

الف ـ روش بالا به پايين Top - Down ـ در فرايند بالا ـ پايين نانوتكنولوژيست ها از يك ماده يا جسم مجسم شروع كرده و از آن اجسام كوچكتر بريده و در مي آورند. اين روشها عموماً امروزه جهت ساخت و توليد قطعات كامپيوتر و قطعات حافظه و ساير اجزائي كه مدارها را بهم پيوسته و كامپيوتر با آنها كار مي كند, مورد استفاده قرار مي‌گيرند. براي توليد قطعات كامپيوتر, فيلم هاي نازكي از مواد كه ماسك ناميده ميشوند روي ورقه هاي سيليكون رسوب داده مي شود (اندود مي شود) و قسمتهاي غير مورد نياز بيرون آورده مي شود. تقريباً كليه قطعات تجارتي كامپيوتري كه امروزه ساخته ميشوند بزرگتر از 100 نانومتر ميباشند معهذا تكنولوژي جهت ساخت و توليد قطعات كامپيوتري كوچكتر و سريع تر تا كنون به زير 100 نانومتر رسيده است. قطعات كوچكتر و سريعتر كامپيوتري موجب مي شوند كه كامپيوترها كوچكتر شده و عمليات را خيلي سريعتر انجام دهند. روش بالا پايين كه گاهي اوقات mictofabrication (ساخت و توليد قطعات خيلي ريز) و يا nanofabrication (ساخت و توليد نانو) ناميده مي شوند از روش ها پيشرفته حكاكي و يا چاپ بر روي سنگ براي ساخت و توليد قطعات كامپيوتر به اندازه هاي فعلي يا كوچكتر از آنها, استفاده مي نمايد اين شامل ليتوگرافي نوري و ليتوگرافي E - Beam (تشعشع الكتروني) مي باشند. ليتوگرافي نوري امروزه براي توليد اجسامي كوچكتر از 100 نانومتر بكار مي رود. تلاش ميشود كه با اين روش قطعات حتي كوچكتر را نيز توليد نمايند. ليتوگرافي E - Beam (تشعشع الكتروني) ميتواند قطعات كوچكتر از 20 نانومتر را توليد كند معهذا ليتوگرافي E - Beam براي توليد با مقياس زياد مناسب نيست زيرا خيلي گران تمام مي شود. توليد تجهيزات ساخت قطعات كامپيوتري با استفاده از ليتوگرافي نوري چندين ميليون دلار هزينه داشته است. بالاخره روش بالا پايين براي توليد قطعات بسيار ريز نه تنها به نظر خيلي گران مي رسد بلكه از نظر فني نيز غيرممكن مي باشد. نصب و مونتاژ قطعات كامپيوتري و ساير اجسام ديگر كه با مقياس نانومتر ساخته شده اند بدليل اساسي غيرقابل كار مي باشند براي كوچك كردن يك جسم كه با طراحي ويژه اي در نظر گرفته شده ابزار و وسايلي كه بايد براي كار با آنها و توليد آن جسم بكار برده شوند بايد ابعاد و يا دقتي كوچكتر از قطعه اي كه بايد توليد شود, داشته باشند. بنابراين ابزار ماشيني بايد لبه برنده كوچكتر و ظريفتر از ريزترين جزئي باشد كه بايد كوچك شود بهمين ترتيب ماسك ليتوگرافي يا حكاكي كه بايد براي قلم زدن يا حكاكي و كندن نقاطي از صفحه سيليكوني بكار گرفته شود بايد داراي دقتي ظريفتر از ماده اي باشد كه بايد بريده و درآورده شود. در مقياس نانو كه در آن ماده اي كه بايد برداشته شود و يا درآورده شود ميتواند به اندازه يك اتم يا يك ملكول تنها, باشد و امكان چني شرايطي وجود ندارد.

ب ـ روش پايين ـ بالا : در نتيجه, دانشمندان براي ساخت و توليد قطعات و اجسام با مقياس نانو علاقه‌مند به روش كاملاً متفاوتي شده اند كه به روش پايين ـ بالا مشهور است. روش پايين ـ بالا شامل بكار بردن اتمها و ملكولها جهت ساخت قطعات بسيار ريز يا نانومتري است. در روش پايين ـ بالا از مسئله اجبار جهت ساخت با اندازه مقياس نانو و يا كوچكتر از آن خودداري مي شود و در عوض اجسام ريز نانومتري اتم به اتم و ملكول به ملكول رويهم سوار شده و از سطح اتم بطرف بالا پيش ميرود درست همان وضعي كه در طبيعت اتفاق مي افتد معهذا ساخت قطعات در اين مقياس نيز مشكلات وسايل خود را دارد. در مدرسه, بچه ها بعضي چيزها درباره اين مسائل ياد مي گيرند, وقتي كه حركت اتفاقي Brownian در ذرات معلق در مايعات مثلاً آب, مطالعه مي كنند. ذرات خودشان حركت نمي كنند و ملكولهاي آب كه اطراف ذرات را فرا گرفته اند بطور مداوم در حال حركت مي باشند و اين حركت موجب برخورد ملكولها به ذرات بطور اتفاقي مي شوند. اتم ها نيز چنين حركت تصادفي و اتفاقي را از خود نشان ميدهند كه ناشي از انرژي سينتيك (انرژي حركتي) آنها مي باشند. درجه حرارت و نيروئي كه اتمها را بهم متصل نموده است بنوبه خود در ميزان و درجه حركت اين اتمها نقش دارند. حتي در جامدات و در درجه حرارت اطاق, مثلاً صندلي كه ممكن است روي آن نشسته باشيد اتمها در اطراف در حال حركت مي باشند كه اين پديده را انتشار و پخش مي نامند. اين توانايي اتمها جهت حركت به اطراف وقتي اجسام از جامد به مايع و سپس به گاز تبديل مي شود افزايش مييابد. اگر قرار باشد مهندسين و دانشمندان اجسام را در مقياس اتمي با موفقيت ساخت و توليد نمايند بايد وسايل و روشهايي جهت غالب آمدن بر اين رفتار اتمها را در اختيار داشته باشند.

يك نمونه واضح از اين نوع مشكلات در سال 1990 پيش آمد كه متخصصين شركت IBM نوعي ميكروسكوپ (Scanning prabe) براي بهم سوار كردن اتمهاي گزنون بكار بردند تا حروف IBM را روي سطح نيكلي درآورند. براي جلوگيري از حركت اتمها از جاهاي تعيين شده, سطح نيكل را تا درجه حرارت نزديك به صفر سرد كرده و به پايين ترين درجه حرارت ممكنه رساندند و حرارت را بطور كامل از بين بردند (صفر مطلق تقريباً 16/273ـ درجه سانتيگراد يا 69/459ـ درجه فارنهايت مي باشد.) در اين درجه حرارت پايين, اتمها داراي انرژي جنبشي يا سينتيك خيلي كمي شده و بصورت منجمد در مي آيند. معهذا حصول به اين درجه حرارت, براي ساخت و توليد وسايل تجارتي غيرعملي و غيراقتصادي مي باشد ولي با وجود اين, توانايي دانشمندان در جهت كاربرد اتمها يكي از نخستين علائم و نشانه هاي عملي بودن روش پايين ـ بالا بشمار مي رفت و همچنين نشان داد كه پيدايش نانوتكنولوژي يك علم تجربي مي باشد.

لینک به دیدگاه

ظهور و پيدايش نانوتكنولوژی

 

موضوع نانوتكنولوژي توسط فيزيكدان آمريكايي بنام Richard.P.Feynman مطرح گرديد. در يك گفتگو با انجمن فيزيك آمريكايي در دسامبر 1959, بعنوان «مقدار زياد جا در پايين است» و «يك دعوت براي ورود به رشته جديدي از فيزيك» آقاي Feynman نمونه ها و مثال هاي سودمندي از توليد ساختارهاي فوق العاده كوچك ارائه نمود. Feynman محاسبه نمود كه تمام جلدهاي دايره المعارف برتيانيكا را ميتوان در نوك يك سنجاق جا داد و برآورد نمود كه كليه دانش و اطلاعات چاپ شده توسط انسان را مي توان در نوك يك سنجاق جا داد و برآورد نمود كه كليه دانش و اطلاعات چاپ شده توسط انسان را ميتوان بحدي كوچك نمود كه در 35 صفحه با ابعاد معمولي جا داده شوند.

اگرچه او اصطلاح نانوتكنولوژي را ابداع نكرد ولي قدرت رويايي و خيالي او موضوعات كليدي و اصلي نانوتكنولوژي امروزه را پيش بيني نمود. مثلاً اهميت ميكروسكوپ هاي پيشرفته و يا توسعه و گسترش روشهاي جديد ساخت و توليد. او بر اهميت تركيب دانش و ابزار و روشهاي مورد استفاده فيزيكدانان, شيميست ها و بيولوژيست ها تاكيد نمود. او به دنياي طبيعي بعنوان نمونه اي اشاره نمود كه چگونه مي توان كارها و اطلاعات فراوان و عظيمي را در يك حجم كوچك جا داد. براي مثال يك سلول تنها مي تواند حركت كرده و فرآيندهاي بيوشيميايي را انجام داده و در داخل ملكول DNA خود اطلاعات كاملي از طراحي و عمل ارگانيزم پيچيده اي وجود دارد كه خود بخشي از آن است. Faynman معتقد بود كه امكان ساخت و توليد اجسام با مقياس نانو در محدوده هاي قوانين فيزيكي امكان پذير مي باشد. او مخصوصاً امكان سوار كردن اتم با اتم يعني توليد يك ساختار (يك مولكول يا يك قطعه) از تك تك اتمها كه دقيقاً توسط نيروهاي شيميايي بهم متصل باشند, متذكر گرديد. اين امكان منجر به موضوع Universal assemblet گرديد كه يك وسيله ربات در ابعاد نانو مي باشد و مي‌توانست به طور اتوماتيك اتمها را جمع كرده و ملكولهايي با تركيبات شيميايي دلخواه را به وجود آورد. براي مثال چنين وسيله اي مي توانست اتمهاي كربن را بهم سوار و جمع كرده الماسهاي بزرگ و با قيمت ارزان تهيه نمود كه يك ماده صنعتي بالقوه مهم در صنعت بشمار مي رود و اكنون فقط در مقادير محدودي مصرف مي شود زيرا هزينه استخراج يا توليد مصنوعي آن خيلي بالا است چنين الماس هاي مصنوعي ميتوانند مصرف صنعتي و معدني بسياري داشته باشند زيرا آنها سبك و ارزان و در عوض خيلي سخت و محكم و از نظر الكتريكي عايق مي باشند ولي قابليت هدايت حرارتي بالايي دارند. ايده ربات با مقياس نانو براي ساخت و توليد در حال تحقيق توسط محققين مختلف مي باشد, اگرچه مباحثه زياد بر سر اين موضوع وجود دارد كه آيا چنين وسيله و دستگاهي واقعاً در درون قوانين شيمي, فيزيك و ترموديناميك امكان‌پذير است يا خير.

نانوتكنولوژي از اواخر سالهاي دهه 1970 شروع به پيشرفت و توسعه بعنوان يكي از اجزاء اصلي و كليدي تكنولوژي آينده نموده است. اصطلاح نانوتكنولوژي براي نخستين بار در سال 1974 توسط دانشمندان ژاپني Nario Taniguchi در يك روزنامه بكار برده شد تحت عنوان «موضوع و مفهوم اصلي و پايه اي نانوتكنولوژي» سپس اين اصطلاح توسط يك مهندس آمريكائي بنام K.Eric Drexler در كتاب «ماشين هاي توليد» در سال 1986 بكار رفت كه تاثير بيشتري داشت و به سرعت بخشيدن به توسعه و پيشرفت اين رشته كمك نمود. در اين زمان پيشرفت عمده و بزرگي در صنعت حاصل شده بود از قبيل ساخت و توليد كريستال هايي با ذرات مقياس نانو از فلزات غيرفعال (غيرواكنش كننده) و در مبدل هاي كاتاليتكي مصرفي در اتومبيل ها مورد استفاده قرار گرفت. اين كاتاليست ها از نظر شيميايي اكسيدهاي نيتروژن سمي مورد احياء قرار ميدهد تا به نيتروژن تبديل كند و بطور همزمان منواكسيد كربن سمي را اكسيد نموده و به دي اكسيد كربن غيرسمي تبديل مي كند.

لینک به دیدگاه

ابزار نانوتكنولوژی

 

1 ـ ميكروسكوپ الكتروني انتقالي (TEM)

 

اين ميكروسكوپ يك اشعه الكتروني با انرژي زياد بكار برده تا نمونه گيري از اجسام با ضخامت كمتر از 100 نانومتر انجام دهد. اشعه الكتروني روي شيئي كه بايد بزرگنمايي شود مستقيماًُ تنظيم و متمركز ميگردد. بعضي از الكترونها جذب ماده شده برخي از آنها دفع و دور شده و تعدادي نيز از جسم عبور كرده و تصوير بزرگ شده از ماده يا جسم را تشكيل مي دهند. يك صفحه فتوگرافيك و يك صفحه فلوئورسنت يا دوربين ديجيتالي كه در پشت جسم (ماده) قرار داده شده تصوير بزرگ شده را قبول و مثبت مي كند. يك TEM ميتواند شيئي را تا 30 ميليون برابر بزرگ نمايد در حاليكه برعكس يك ميكروسكوپ نوري معمولي فقط مي تواند تا 1000 برابر بزرگ كند. TEM براي عكس گرفتن از اشياء با ابعاد كوچكتر از 100 نانومتر مناسب ميباشند و اطلاعاتي را درباره اندازه و ابعاد ساختار نانو يعني جسم با مقياس نانومتر و تركيب آن و ساختمان كريستالي آن ارائه ميدهند. TEM يك دستگاه قدرتمند و متداول در جامعه علم نانو به شمار ميرود. اكثر تصاويري كه در نشريات علمي چاپ و منتشر مي شوند و در مقياس نانو هستند و در نيمه رساناها يا نيمه هادي ها يافت ميشوند با اين دستگاه (TEM) ضبط شده اند. TEM مي تواند به آساني تك تك اتمها را داخل كريستالهاي نيمه رساناها مشاهده نموده و تصوير بردارد.

 

2 ـ (AFM) ـ ميكروسكوپ نيروي اتمي

 

اين ميكروسكوپ يك قطعه بسيار كوچك سيليكون را بكار ميبرد كه معمولاً قطر آن كمتر از 100 نانو مي باشد و بعنوان نمونه‌گير براي گرفتن تصوير از يك نمونه جسم عمل مينمايد. بتدريج كه نمونه گير سيليكون در طول سطح نمونه حركت مي كند. الكترونهاي موجود در نمونه گير را دفع مي نمايند. ميكروسكوپ AFM ارتفاع نمونه گير را طوري تنظيم مي كند كه نيروي نمونه ثابت بماند. يك مكانيزم تشخيص دهنده (سنسور) حركات بالا و پايين نمونه گير را ثبت كرده و اطلاعات را به كامپيوتر مي دهد كه تصوير سه بعدي از سطح نمونه بر ميدارد و بدين ترتيب توپوگرافي دقيق سطح نمونه را ميتوان با اطلاعات دقيق ارتفاع ثبت و ضبط نمود و تك تك اتمهاي موجود در سطح را ميتوان عكسبرداري نمود ولي قدرت تفكيك resolution در اين روش گاهي ضعيف است.

 

 

3 ـ (STM) ـ ميكروسكوپ اسكنينگ توتلينگ

 

ميكروسكوپ STM يك پروب يا نمونه‌گير بسيار كوچك كه نوك آن باندازه اتم مي باشد براي اسكن كردن شيئي مورد استفاده قرار مي دهد. اين ميكروسكوپ از خواص موجي شكل الكترونها كه اصطلاحاً توتلينگ ناميده ميشود استفاده مي نمايد. توتلينگ به الكترونهايي كه از پروپ (نمونه‌گير) ميكروسكوپ خارج مي شوند امكان مي دهد كه بداخل سطح شيئي مورد آزمايش نفوذ نموده و اصطلاحاً «تونل» بزنند. سرعتي كه در آن الكترونها از پروب بداخل سطح شيئي مورد آزمابيش نفوذ مي كنند يا باصطلاح «تونل» ميزنند بستگي بفاصله بين پروپ و سطح شيئي دارد. اين الكترون هاي در حال حركت توليد جريان ضعيفي الكتريسيته مي كنند كه STM آنرا اندازه گيري مي نمايد. STM بطور ثابت و پيوسته ارتفاع پروب را تنظيم مي كند تا جريان را ثابت نگه دارد. با رديابي و دنبال كردن چگونگي تغيير ارتفاع پروب بتدريج كه روي سطح شيء حركت مي كند, دانشمندان مي توانند يك نقشه جامع و مفصل از سطح را بدست آورند و اين نقشه طوري مفصل و با جزئيات است كه تك تك اتمهاي روي سطح قابل رويت ميباشند.

لینک به دیدگاه

دسته بندی نانو مواد

 

از آنجایی كه علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیك، بیولوژی، پزشكی، مهندسی و الكترونیك را در بر می گیرد،‌گروه بندی آن بسیار پیچیده است. دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقیاسها (گروه دوم)، تكنولوژی الكترونیك، اپتوالكترونیك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بیولوژی و پزشكی (گروه چهارم) طبقه بندی كرده اند. این طبقه بندی باعث سهولت در بررسی این علوم شده است.البته تداخل برخی از بخش ها در یكدیگر طبیعی است. برنامه های توسعه این تكنولوژی به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، میان مدت( بین۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بیش از۲۰ سال) تقسیم بندی شده است. مواد نانو (nanomaterials) قابلیت كنترل ساختار تشكیل دهنده مواد پیشرفته (از فولادهای ساخته شده در اوایل قرن۱۹ تا انواع بسیار پیشرفته امروزی) در ابعاد كوچك و كوچكتر،‌ در اندازه های میكرو و نانو بوده است. هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و كنترل شده ای تولید كنیم خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملكردهای بسیار عالی به دست آوریم. تاكنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است اما در یك تعریف جامع می توان گفت موادی در این گروه قرار می گیرند كه یكی از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. یكی از این گروهها »لایه ها« است. لایه ها یك بعدی هستند كه در دو بُعد دیگر توسعه می یابند مانند فیلم های نازك و پوششها. برخی از قطعات كامپیوتر جزو این گروه هستند. گروه بعدی شامل موادی است كه دارای دو بعد هستند و در یك بعد دیگر گسترش می یابند و شامل لوله ها و سیمها می شوند. گروه مواد سه بعدی در نانو شامل ذرات، نقطه های كوانتمی (ذرات كوچك مواد نیمه هادیها) و نظایر آنها می شوند. دو ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروهها متمایز می سازد كه عبارتند از افزایش سطح مواد و تاثیرات كوانتمی. این عوامل می توانند باعث ایجاد تغییرات و یا به وجود آمدن خواص ویژه ای مانند تاثیر در واكنشها، مقاومت مكانیكی و مشخصه های ویژه الكتریكی در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه این مواد كاهش می یابد، تعداد بیشتری از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. برای مثال، اتم های موادی به اندازه۳۰ نانومتر به میزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به میزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به میزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتیجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واكنش با آنها می شود. این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مكانیكی و الكترونیكی این مواد خواهد شد. برای مثال سطوح بین ذرات كریستالها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مكانیكی بر آن می شود. اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین كریستالها، مقاومت مكانیكی آن به شدت افزایش می یابد. برای مثال فلز نیكل در مقیاس نانو مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثیرات ازدیاد سطح، اثرات كوانتمی با كاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می شود (تغییر در خواص بصری، الكتریكی و جاذبه). موادی كه تحت تاثیر این تغییرات قرار می گیرند ذرات كوانتمی، لیزرهای كوانتمی برای الكترونیك بصری هستند. همانگونه كه بیش از این گفته شد مواد نانو، به سه گروه یك، دو و سه بُعدی طبقه بندی شده اند.

لینک به دیدگاه

1. مواد نانوی یك بعدی

 

این مواد شامل فیلم های بسیار نازك و سطوح مهندسی است و در ساخت ابزار الكتریكی و شیمیایی و مدارهای الكترونیكی ساده و مركب كاربرد وسیعی دارند. امروزه كنترل ضخامت لایه ها تا اندازه یك اتم صورت می پذیرد و ساختار این لایه ها حتی در مواد پیچیده ای مانند روانكارها شناخته شده است. لایه های مونو كه قطر آنها به اندازه یك ملكول و یا یك اتم است، در علوم شیمی كاربرد وسیعی دارند. یكی از كاربردهای این لایه ها ساخت سطوحی است كه خود را بازسازی كنند.

 

2.مواد نانوی دوبعدی

 

به تازگی كاربرد مواد نانوی دو بعدی در تولید سیم و لوله ها افزایش یافته و توجه دانشمندان را به دلیل وجود خواص ویژه مكانیكی و الكترونیكی به خود جلب كرده است. در زیر به چند نمونه ساخته شده در این گروه اشاره می شود.

 

نانو لوله های كربنیCNTs

از رول كردن ورقهای گرافیتی یك یا چند لایه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند میكرومتر است.ساختار مكانیكی این مواد مانند الماس بسیار سخت است اما در محورهای خود نرم و تاشو هستند.همچنین این مواد هادی الكتریكی بسیار عالی هستند. نوع غیر عالی نانو لوله های كربنی مانند مولیبید یوم دی سولفاید پس از CNTs ساخته شده است. این مواد دارای ویژگی های منحصر به فردی همچون روانكاری، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهای كاتالیزی و ظرفیت بالا در ذخیره هیدروژن و لیتیم هستند. لوله های مواد پایه اكسیدی مانند اكسید تیتانیم، برای كاربردهای كاتالیزی، كاتالیزرهای نوری و ذخیره انرژی به صورت تجاری به بازار عرضه شده اند.

نانو سیمها

این سیمها از قرار گرفتن ذرات بسیار ریز از مواد مختلف به صورت خطی ساخته می شوند. نانوسیمهای نیمه هادی از سیلیكون، نیترات گالیم و فسفات ایندیوم ساخته شده و دارای قابلیتهای بسیار خوب نوری، الكتریكی و مغناطیسی است و نوع سیلیكونی این سیمها می تواند بخوبی در یك شعاع بسیار كوچك بدون آسیب رسانی به ساختار سیم خم شود. این سیمها برای ثبت مغناطیسی اطلاعات در حافظه كامپیوترها، وسایل نانوالكترونیكی و نوری و اتصال مكانیكی ذرات كوانتمی به كار می روند.

بیوپلیمرها

انواع گوناگون بیوپلیمرها، مانند ملكولهای DNA ، در خودسازی نانوسیمها در تولید مواد بسیار پیچیده به كار می روند. همچنین این مواد دارای قابلیت اتصال نانو و بیوتكنولوژی برای ساخت سنسور و موتورهای كوچك هستند.

 

3.مواد نانوی سه بعدی

 

این مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطری كمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوی سه بعدی در اندازه های بزرگتر ساختار متفاوتی داشته و طیف وسیعی از مواد را در جهان تشكیل می دهند و صدها سال است كه به صورت طبیعی در زمین یافت می شوند. مواد تولید شده از عوامل فتوشیمیایی، فعالیت های آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشین ها و مواد آلاینده تولید شده در صنایع جزو این گروه از مواد هستند. این مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش های شیمیایی و بصری بسیار مورد توجه قرار دارند. برای مثال اكسید تیتانیوم و روی كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماورای بنفش در صفحات خورشیدی به كار می روند در ابعاد نانو هستند. این مواد كاربردهای بسیار ویژه ای در ساخت رنگها و داروها (به ویژه داروهایی كه تجویز آنها فقط برای یك عضو مشخص بدن و بدون تاثیر بر سایر اعضاست) دارند. مواد نانوی سه بُعدی شامل مواد بسیاری می شود كه به چند نمونه از آنها اشاره می كنیم.

لینک به دیدگاه

كربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes)

در اوایل سال۱۹۸۰ گروه جدیدی از تركیبات كربنی بنام كربن۶۰، ساخته شد. كربن۶۰ ، كروی شكل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولی آن با گنبدهای كروی ساخته شده توسط مهندس معماری بنام بوخ مینستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاری شد. در سال۱۹۹۰ ، روش های ساخت كوانتم های كربن۶۰ با مقاومت حرارتی میله های گرافیتی در محیط هلیم بدست آمد. این ماده در ساخت بلبرینگ های مینیاتوری و مدارهای الكترونیكی كاربرد وسیعی دارند.

 

دِن دریمرز (Dendrimers)

دن دریمرز از یك ملكول پلیمر كروی تشكیل شده و با یك روش سلسله مراتبی خود سازی تولید می شوند. انواع گوناگونی از این مواد به اندازه های چند نانومتر وجود دارند. دن دریمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراوانی دارند. همچنین در تصفیه خانه ها به منظور بدام انداختن یونهای فلزات كه می توان به وسیله *****های مخصوص از آب جدا شوند از این مواد استفاده می شود.

 

ذرات كوانتمی

 

مطالعات در مورد ذرات كوانتمی در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ این گروه از مواد نانوی نیمه هادی ساخته شدند. اگر ذرات این نیمه هادی ها به اندازه كافی كوچك شوند، تاثیرات كوانتمی ظاهر شده و می توانند میزان انرژی الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجایی كه انرژی با طول موج ارتباط مستقیم دارد در نتیجه خواص نوری مواد بصورت بسیار حساس قابل تنظیم خواهد شد و می توان با كنترل ذرات، جذب یا دفع طول موج خاص در یك ماده را امكان پذیر ساخت. به تازگی با ردگیری مولكولهای بیولوژی با كنترل سطح انرژی این ماده، كاربردهای جدیدی از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزایش است و به علت خواص بسیار ویژه آنها، تحقیقات در یافتن مواد جدید همچون گذشته ادامه دارد.

 

 

نانو کامپوزیتها

فناوري نانو و توليد مواد در ابعاد نانومتري موضوع جذابي براي تحقيقات است كه در دهه اخير توجه بسياري را به خود معطوف داشته است. نانوكامپوزيتها نيز به عنوان يكي از شاخه هاي اين فناوري جديد، اهميت بسياري يافته است و يكي از زمينه هايي است كه كاربردهاي صنعتي پيدا كرده است. تلاش هاي اوليه موفقيت آميز در تهيه نانوكامپوزيتها به دهه هاي شصت و هفتاد قرن بيستم ميلادي باز مي گردد. اما در ۱۹۸۰ با تهيه نانوكامپوزيتهاي بر پايه نايلون۶- خاك رس به صورت تجاري به وسيله شركت تويوتاي ژاپن، تحقيقات براي ساخت اين مواد شدت و سرعت بيشتري پيدا كرد و شركت هاي يوبي، يوني كيتا، هاني ول و باير نيز نانوكامپوزيتهايي را بر پايه نايلون ۶ ارائه نمودند كه عمده كاربرد آنها در خودروسازي و صنايع بسته بندي بود. از آن به بعد تعداد ديگري از شركتها، نانوكامپوزيتها را به منظور تجاري مورد مطالعه قرار دادند و در اواخر سال ۲۰۰۱ ميلادي شركتهاي جنرال موتورز و باسل اولين كاربرد نانوكامپوزيتها بر پايه اولين گرمانرم را در قطعات خارجي اتومبيل ارائه نمودند.

لینک به دیدگاه

تعريف نانوكامپوزيتها

نانوكامپوزيتها شامل تركيب ذرات در حوزه مولوكولي يا نانو در زمينه پليمري، فلزي يا سراميكي مي باشد. در همه موارد مشاهده مي شود كه مقدار نانو ذرات در اين زمينه ها مي تواند به طور كامل خواص اين مواد را تغيير دهد اين ذرات به عنوان تقويت كننده زمينه و همچنين تغيير دهنده رفتار الكتريكي مواد پايه به كار مي روند.

بايد توجه كرد كه تنها با اضافه كردن نانو ذرات به يك زمينه به خواص فوق العاده نمي رسيم بلكه در اين تركيب بايد شرايطي را رعايت كرد. مثلا فرض كنيد يكسري ورق هاي پركننده اي را به كامپــوزيتها اضافه كرده باشيم، اگر ورق هاي كوچك معدني به صورت متــراكم به هم چسبيده باشند رفتارشان خيلي متفاوت از مواد كامپوزتي معمولي نمي باشد.

اما به عنوان يك تعريف، نانو كامپوزيت، مواد مركبي هستند كه لااقل يكي از اجزاء تشكيل دهنده آنها داراي ابعادي در محدوده نانومتري، در محدوده nm ۱۰۰- ۱/۰ باشد؛ اما يكسري پودرهاي نانوكامپوزيت نيز داريم كه اين پودرها شامل ذرات با ابعادي مختلف در محدوده نانومتري هستند.

در مواد نانو كامپوزيت ، به جزء پخش شونده كه به صورت الياف، صفحات، مسطح ريز، ذرات و يا حتي حفره ها، تركها و غيره در ابعاد نانومتري و يا بالاتر باشد فاز زمينه مي گويند.

دسته بندي نانو كامپوزيتها

 

در دسته اي از مواد نانو كامپوزيت، فاز دوم، موادي با دماي ذوب بالا مانند سراميك ها و يا فلزات بوده، فاز زمينه ماده اي با دماي ذوب پايين مانند پليمر و سراميك و فلز با دماي ذوب پايين است. اما در دسته ديگر، فاز زمينه ماده اي سراميكي يا فلزي با دماي ذوب بالا و فاز دوم ماده اي پليمري يا سراميكي و يا فلزي با دماي ذوب پايين تر است. به همين ترتيب، مواد نانو كامپوزيت، از نظر نوع مواد تشكيل دهنده، حداقل داراي سه گروه زير هستند:

الف) مواد نانو كامپوزيت سراميك- فلز: اين نوع مواد نانو كامپوزيت، عمدتا داراي جريي سراميكي با دماي ذوب بالا و جزيي فلزي با دماي ذوب نسبتا پايين هستند و در ساخت قطعات عملياتي كاربرد دارند.

ب) مواد نانو كامپوزيت پليمر- سراميك(يا فلز): اين نوع مواد نانو كامپوزيت كه داراي فاز زمينه آلي(پليمري) و فاز دوم نانومتري غير آلي(سراميكي يا فلزي) هستند بيشتر تحت عنوان مواد نانو كامپوزيت هيبريدي آلي- غير آلي شناخته مي شوند.

ج) مواد نانوكامپوزيت سراميك- سراميــك: مـــواد نانوكامپـــوزيت ســراميك- سراميك كه دماي ذوب يك جزء بالاتر از جزء ديگر است، عمدتا داراي چگالي بالا و ميزان تخلخل پايين هستند. (شكل روبرو نانوكامپوزيتهاي AIN/SIC را نشان مي دهد.)

از ديگر دسته هاي نانوكامپوزيت مي توان به موارد زير اشاره كرد:

مواد نانوكامپوزيت سراميكي

نانوكامپوزيت هاي سراميك – فلز

نانو كامپوزيت هاي زمينه فلزي

نانو كامپوزيت هاي فيلم نازك

نانو كامپوزيت هاي بر پايه نانو لوله كربني

بهبود خواص در نانو كامپوزيتها

 

خواصي كه بر اثر وجود نانو مواد دركامپوزيتها بهبود مي يابند عبارتند از:

خواص فيزيكي مثل دماي واپيچش گرمايي، پايداري حرارتي، شفافيت، و خواص مكانيكي مثل خواص كششي، خواص خمشي و غيره.

كاربرد نانو كامپوزيت ها

كاربرد نانو كامپوزيتها در تهيه بخش هاي خارجي خودرو بر پايه اولفين هاي گرمانرم نظير پروپلين، در فيلم هاي بسته بندي نايلوني،در بطري هاي نگهداري مواد نوشيدني، در لوله هاي پليمري و در پوشش هاي كابل و سيم و غيره در حال گسترش است.

اخيـــرا جنــــرال موتـورز تهيه اوليــــن قطعات نانوكامپــوزيت پلي اولفيني (PO- خاك رس) را كه حاوي تنها ۵/۲ درصد پر كننده معدني است، گزارش كرده است. اين محصول از لحاظ سفتي معادل اولفين گرمانرم حاوي ده برابر پر كننده تالك است و موجب ۲۰درصد صرفه جويي در وزن مي شود. اين قطعات در صفحات خارجي استيشن هاي مدل ۲۰۰۲ استفاده شده است. برآورد شده كه استفاده گسترده نانوكامپوزيتها در خودروها تنها در آمريكا مي تواند ۵/۱ ميليارد ليتر در سوخت ساليانه صرفه جويي كند و باعث كاهش توليد دي اكسيدكربن به ميزان ۵ ميليارد كيلوگرم شود.

شركت آرگون، خواص عبوردهي نانو كامپوزيت هاي استفاده شده در بسته بندي را تا حدود ۲۵۰۰ درصد اصلاح مي كند. يك نوع جديد از اين مواد موم هاي از جنس نانوكامپوزيت است كه مي تواند به خوبي كاغذ، جهت روكش تجهيزات استفاده گردد.

از ديگر زمينه هاي كاربرد نانوكامپوزيت ها مي توان زير اشاره كرد:

ضد حريق كردن پلاستيكها، تهيه الياف و فيلمها، كاربردهاي الكتريكي ، سامانه هاي انتقال دارو، مهندسي بافت، ساختمان سازي، لوازم خانگي و غيره.

لینک به دیدگاه

مزايا و معايب نانوكامپوزيتها

 

ظهور مواد نانوكامپوزيت ها، تحولي اساسي در خواص مكانيكي و حرارتي ايجاد كرده است. خواص منحصر بفرد مواد نانوكامپوزيت را مي توان به صورت زير بيان كرد:

- پودرهاي نانوكامپوزيت نسبت سطح به حجم بالايي دارد. اين نسبت در حالت بي شكل نسبت به حالت بلوري، بيشتر است.

- كسر زيادي از اتمها در سطح ذرات پودرهاي نانوكامپوزيت و يا در مرز دانه هاي ريز ساختار نانوكامپوزيتها قرار دارند.

به دليل دو خاصيت اخير، پودر هاي نانوكامپوزيت، قابليت تفت جوشي(زينتر) بالايي دارند. در ساخت نانو كامپوزيتها از پودرهاي نانوكامپوزيت يا پودرهاي نانومتري، به دليل كنترل فرآيند در مقياس نانومتري، ريز ساختاري كاملا يكنواخت به دست مي آيد. نانو كامپوزيت ها خواص فيزيكي و مكانيكي از قبيل استحكام، سختي، چقرمگي و مقاومت حرارتي بالايي در محدوده وسيعي از دما دارند. افزودن ۵ تا ۱۰ درصد حجمي فاز دوم به فاز زمينه، باعث افزايش چشمگيري در خواص فيزيكي و مكانيكي نانوكامپوزيت ها مي شود. لذا جديدترين فناوري ها، مربوط به طراحي ريز ساختاري نانوكامپوزيتها براي بهبود خواص فيزيكي و مكانيكي آن مي باشد.

در مقابل خواص منحصر بفرد مواد نانوكامپوزيت،در ساخت نانو كامپوزيتها مشكلات فرآيندي قابل توجهي وجود دارد كه نقش تعيين كننده اي دارند. از اساسي ترين اين مشكلات مي توان به موارد زير اشاره كرد:

- عدم توزيع يكنواخت فاز دوم در فاز زمينه در نانو كامپوزيت ها،خواص مكانيكي نانوكامپوزيتها را كاهش مي دهد.تجمع ذرات پودر بسيار ريز در نانوكامپوزيتها موجب افزايش انرژي سطحي آنها شده، كاهش خواص مكانيكي كاهش خواص مكانيكي نانوكامپوزيت ها را به دنبال دارد.

- همچنين استفاده از مواد شيميايي گران قيمت براي توزيع يكنواخت فاز دوم در داخل فاز زمينه و جلوگيري از به هم چسبيدن ذرات پودر نانوكامپوزيتي وساخت نانوكامپوزيتهايي با ريز ساختاري همگن و خواص مكانيكي بالا، باعث غير اقتصادي شدن و همچنين پيچيده تر شدن فرآيند مي گردد.

ايده هاي مطرح شده در هم انديشي

در تعريف، نانوكامپوزيت عبارت است از يك ماده اي دو فازي يا مواد مركبي كه حداقل يكي از اجزاء تشكيل دهند آن داراي ابعادي در محدوده nm 100- 1 (محدوده نانو متري) باشد. با توجه به تعريف ارائه شده، در ذيل برخي ايده هاي مرتبط با موضوع تقويت پليمرها و كامپوزيتها كه در جلسه هم انديشي ارائه گرديد، آورده شده است:

1. افزايش استحكام كامپوزيت با افزودن نانو ذرات خاك رس به آن

 

مهمترين نوع نانوكامپوزيت هاي پليمري، از اختلاط يك پليمر با پركننده نانو ذرات خاك رس بدست مي آيد. علت آن اين است كه خاك رس ساختار لايه اي دارد و اين پر كننده استعداد زيادي براي پذيرش زنجيره هاي پليمري بين لايه هاي ورقه اي خود( به صورت ورقه هاي كاغذ) دارد. نانو ذرات خاك رس داراي لايه هايي است كه ابعاد نانومتري دارد و با ورود زنجيره پليمري بين آن، برهمكنش قوي بين خاك رس و زنجيره پليمري تشكيل مي شود. بنابراين افزودن۳ تا۵ درصد نانوذرات خاك رس، سبب افزايش استحكام مكانيكي و افزايش مدول الاستيك معادل ۴۵ درصد كربن جامد خواهد شد. علت استقبال صنعت خودرو از نانوكامپوزيت، توانايي ايجاد موادي با وزن كمتـــر و استحكام بالاتر و فراينــــدپذيري بيشتر است كه با افزودن مقدار كم از پركننــده ها محقق مي شود.

2.استفاده از فناوري نانو در بهبود صنعت بسته بندي

افزودن ذرات پركننده نانومتري به كامپوزيت و پليمر، علاوه بر افزايش استحكام مكانيكي سبب بالا رفتن مقاومت در برابر نفوذپذيري گاز مي شود كه در صنعت بسته بندي و ذخيره سازي گاز بطري نوشابه مفيد است. همچنين از ديگر ويژگيهاي اين مواد حفظ شفافيت اين بطري ها و ضد باكتري و ضد ويروس شدن آنها خواهد بود.

3.دير سوز نمودن پليمرها با استفاده از فناوري نانو

 

افزودن درصد خاصي از نانو ذرات خاك رس به پليمرها و كامپوزيتها، سبب بالا رفتن مقاومت حرارتي و به تبع آن، مقاومت در برابر آتشگيري قطعات مي شود كه كاربردهاي متنوعي در صنايع خودرو، صنايع هوافضا، صنايع دفاعي، صنايع كابل و صنايع الكتريكي خواهد داشت. كامپوزيتها در قطعات موتور خودروها بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد.

4.استفاده از نانوكامپوزيت هيدروژل در ازدياد برداشت نفت

 

نانوكامپوزيتهاي هيدروژل، مواد پليمري هستند كه استعداد بالايي در جذب آب دارند؛ اين ميزان در حدود ۲۰۰۰ برابر وزن خود اين كامپوزيتها است. نانوكامپوزيتهاي هيدروژل در كشاورزي كاربردي زيادي دارند. از جمله كاربردهاي مهم آنها نيز در افزايش ميزان برداشت نفت از چاهها خواهد بود. در اين كاربرد با حفظ استحكام مكانيكي، دانسيته اتصالات شبكه را پايين نگه مي داريم تا هيدروژل بتواند مقاومت بالايي در مقابل فشار نفت داخل چاه داشته باشد. در مواقعي كه برداشت نفت از چاه هاي نفت به دليل زياد بودن مقدار آب غير اقتصادي مي شود، افزودن نانوهيدروژل به داخل چاه سبب مسدود شدن مسيرهاي عبور آب شده و اين خود موجب مي شود كه بتوان از چاه مرده چندين سال ديگر نفت استخراج نمود.

5.امكان بازيافت بطري هاي آب و نوشابه با استفاده از فناوري نانو

 

متاسفانه در كشور بطري هاي آب و نوشابه بعد از مصرف دور ريخته شده و بازيافت نميگردند. با استفاده از فناوري نانوكامپوزيت، امكان بازيافت مجدد بطري آب و نوشابه، و تبديل آن به بطريهاي جديد وجود دارد. در قراردادي كه با سازمان گسترش و شركت زمزم مي باشد، قرار است در اين زمينه فعاليتهايي شروع شود. حال اگر بتوان ۵۰ درصد اين بطريها را به مصرف مجدد برگرداند، سبب صرفه جوئي ميليونها دلار خواهد شد.

6.استفاده از فناوري نانو در افزايش كارايي لاستيك

 

نانوكامپوزيت SBR ، قابل مصرف در صنعت پليمـــري بويـژه صنعت لاستيك سازي است. با افزودن چند درصد SBR، امكان ساخت لاستيــكي با مقاومت سايـــش لاستيك تا ۵ برابر را دارا مي باشد. خوشبختانه اين طرح با همكاري وزارت صنايع و مجتمع لاستيك كرمان براي لاستيكهاي سواري در حال انجام است.

7.كاهش مصرف انرژي با استفاده از فناوري نانو

 

استفاده از نانو ذرات خاك رس در كامپوزيتها و پليمرها، علاوه بر بهبود خواص آنها موجب سبك شدن قطعات مي شود. از آنجايي كه يكي از كاربردهاي اين قطعت در صنعت خودرو است موجب سبك شدن خودرو و به تبع آن كاهش ميزان سوخت مصرفي خواهد شد. همچنين از ديگر مزاياي آن كاهش آلودگي هوا و كاهش گازهاي گلخانه اي است.

 

8.ايجاد كامپوزيت فلزي مقاوم با فناوري نانو

 

ايجاد كامپوزيت فلزي با استفاده از رسوبهايي در اندازه نانومتر براي تقويت فولاد امكان پذير است. اين امر موجب كاهش وزن قطعات خودرو و افزايش شكل پذيري و استحكام فولاد مي شود. در اين زمينه شركت ساپكو براي انجام پروژه مشترك آمادگي خود را جهت همكاري اعلام مي كند.

لینک به دیدگاه

شکل دادن به فلزات در مقیاس نانو

 

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 روش‌‌‌‌‌هایی که پُربازده‌ باشند از توجه بیشتری برخوردارند.

 

 

خواص مکانیکی مواد

منظور از خواص‌ مکانیکى‌، واکنش مواد در برابر نیروها و بارهاست‌. عکس‌العمل‌ مواد در برابر نیروهاى‌ واردشونده،‌ به‌ ساختمان‌ مولکولى‌ آن‌‌‌‌‌ها بستگى‌ دارد. آن‌ قسمت‌ از علم‌ مکانیک‌ که‌ صرفاً به‌ بررسى‌ نیروها و واکنش‌ها مى‌پردازد «استاتیک‌» نامیده‌ مى‌شود و بخشی از آن که‌ واکنش ماده‌ به نیروهاى‌ اعمال‌شده‌ و تغییر شکل‌هاى‌ جزئىِ‌ ناشی این از نیروها را مورد بررسى‌ قرار گیرد، «مقاومت‌ مصالح» نام دارد.

قطعات‌ بر اثر اِعمال نیرو نباید از بین‌ 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 دهیم 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 رایج می‌پردازیم که مؤلفه‌هاى‌ مؤثر در بررسى‌ خواص‌ مکانیکى را توضیح می‌دهند‌.

 

.1تنش:(stress)

عبارت‌ است‌ از «مقدار نیروى‌ وارد‌ بر واحد سطح‌». مقدار تنش‌ از تقسیم‌ نیروى‌ وارد‌ بر جسم‌ بر مساحت‌ سطح‌ مقطع‌ جسم‌ به دست‌ مى‌آید. شاید فکر کنید این تعریف به مفهوم فشار در فیزیک دبیرستان خیلی نزدیک است، اما همان‌طور که دقت کرده‌اید، در این‌‌‌‌‌جا شرط عمود بودن مؤلفه‌‌‌‌‌ی نیروی وارد بر سطح، وجود ندارد.

 

.2خستگى(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 پیوسته 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 نیرویی هرچند ناچیز، دچار تغییر شکل‌ (تغییر ابعاد) مى‌شوند. به تغییر ابعاد یا اندازه‌های جسم، بر اثر تنش‌ «کُرنش»‌ مى‌گویند؛ مثل فنری که به‌‌‌‌‌واسطه وارد کردن نیرو بر آن کشیده یا فشرده می شود.

 

تعریف‌‌‌‌‌های 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 خراشیدن، ساییدگی، بُراده‌برداری و بُرش را «سختی» می‌نامند.

لینک به دیدگاه

فرایندهای شکل‌دهی

 

پیش 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 اولیه‌‌‌‌‌ی شکل‌دهی از این‌‌‌‌‌جا ناشی شد. البته به مرور زمان این تعریف تغییر کرده است، بطوری‌‌‌‌‌که گاهی طول فرایند شکل‌دهی به مقدار ماده کم می‌شد.

در زیر به طور خلاصه به تعدادی از مشهورترین و متداول‌ترین فرایندها در شکل‌دهی فلزات می‌پردازیم:

.1خم‌کارى‌

همة‌ عملیات‌ ورق‌کارى،‌ شامل‌ خم‌کارى‌ هم‌ مى‌شود. در اغلب موارد، خم‌کارى‌ ویژگى‌ اصلى‌ ورق‌کارى‌ به‌ شمار مى‌رود و به همین دلیل 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.

 

.2کشش‌

فرایندى‌ است‌‌ براى‌ کاهش‌ سطح‌ مقطع‌ در ورق‌، سیم‌ یا مفتول‌ و دیگر مقاطع‌ استاندارد. کشش از پایه‌اى‌ترین‌ فرایندها در شکل‌دهى‌ به شمار می‌رود. در طول فرایند کشش، ماده از یک جهت کشیده می‌شود. در نتیجه، از ابعاد دیگر آن کاسته می‌گردد.

 

. 3 نوردکاری

نوردکارى‌ از جمله‌ فرایندهاى‌ پُرکاربرد در تولید مقاطع‌ استاندارد، مثل ورق،‌ است. در نوردکارى‌ِ صفحه‌ها، ورق‌ها و تسمه‌ها، پهناى‌ قطعة‌ کار فقط‌ اندکى ‌افزایش‌ مى‌یابد. از عوامل‌ تأثیرگذار در این‌ فرایند، مى‌توان‌ به‌ ارتفاع‌ اولیه‌ و ثانویة‌ قطعه‌، پهناى‌ آن‌، سرعت‌ چرخش ‌غلتک‌، جنس‌ غلتک‌ و نیز دماى‌ کار و جنس‌ قطعة‌ کار اشاره‌ کرد. این‌ فرایند را مى‌توان‌ با چند غلتک‌ و در چند مرحله‌ تا زمانِ رسیدن‌ به‌ ارتفاع‌ و وضعیت‌ 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.

.4 فورجینگ‌ یا آهن‌کوبی

فورجینگ‌ که‌ در ادبیات‌ غیرفنى‌ به‌ آهنگرى‌ نیز ترجمه‌ شده است، به‌ فرایندى‌ گفته‌ مى‌شود که‌ در آن، فلز در فضاى‌ بین‌ قالب‌ و ضربة‌ محکم‌ِ پرس قرار می‌گیرد و پس از خارج شدن اضافه‌‌‌‌‌ها به‌ شکل‌ دلخواه درمى‌آید.

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.

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...