Printable View
سلام....چنتا درخواست مقاله مربوط به نانو دیدم گفتم بزار تاپیک هم باشه.....
======
جهت فهرست بندی
--------------------------
ویرایش...
یه سری مقاله به زبان انگلیسی هم هست میخواستم تو تاپیک جدا بزنم..گفتم بهتره همینجا باشه.....از پست 60 به بعد شامل مقالات زبان انگلیسی میشه..
نقش نانوكاتاليست ها در تصفيه هيدروژني فرآيندهاي پالايش نفت
کد:http://www.irche.com/article/nanocatalist.pdf
خلاصه مقاله
در سال 1989 کشتي نفت کش اکسون والدز در آلاسکا به گل نشست و 38000 تن نفت خام به منطقه Prince William Pound نشت کرد. پديدۀ نشت نفت يکي از جدي ترين حوادث زيست محيطي بشمار ميرود.
کد:http://www.nano.ir/news/attach/701.pdf
خلاصه مقاله
با توجه به اهميت روزافزون ساخت وسايل حرارتي ميناتوري و يا مبدلهايي با راندمان بالاتر از مبدلها موجود دانشمندان همواره در صددتوليد سيالاتي بوده‌اند که به چنين نيازهاي پاسخ مناسب دهند. سيالات نانو به عنوان سيالاتي با قابليت بالا جايگزين مناسبي براي سيالات معمول به شمار مي‌روند. حرکات پيچده وتصادفي ذرات نانو درون اين سيالات امکان ارائه هرگونه مدلي را که بتواند رفتاردقيق اين سيالات را پيش بيني نمايد سلب مي‌کنند. ما در مقاله حاضر به مطالعات و بررسيهاي صورت گرفته بوسله محققان در اين ضمينه خواهيم پرداخت.
کد:http://www.nano.ir/papers/attach/nanofluid.pdf
شعاع نوك نانولوله هاي كربني تقريباً به اندازه بسياري از نانوزيست مواد است. اين به اين معني است كه از نانو لوله‌ها مي توان براي شناسايي ساختار زيست موادي چون پروتئين‌ها استفاده كرد. علاوه بر آن نانولوله‌هاي كربني داراي نيروي مكانيكي بسيار بالايي بوده، لذا از آنها مي توان به عنوان پروب‌هاي اندازه‌گيرنده نيروي متصل شده به تك ملكولهاي پروتئيني استفاده كرد.
به گزارش سرويس فن‌آوري خبرگزاري دانشجويان ايران(ايسنا)، اگر چه قبلاً نيز محققان به نانولوله‌هاي كربني پروتئين ها را متصل كرده‌اند با اين حال روشهاي به كار گرفته شده بسيار پيچيده بوده‌اند علاوه بر آن همواره احتمال اتصال پروتئين ها به جدار نانولوله‌ها وجود داشته است.
محققان دانشگاه «اوزاكا» اين مشكل را با ابداع روشي ساده كه در آن پروتئين‌ها با نيروي كووالانت به نوك تيز نانولوله‌هاي كربن چند ديواره (MWCNTs) متصل مي شوند، برطرف كردند. در اين روش پروتئين‌ها به جدار نانولوله ها متصل نمي شوند .
محققان كار را با تيز كردن و باز كردن نوك نانولوله هاي كربن چند ديواره از طريق اكسيداسيون آغاز كردند. سپس آنها انتهاي باز را به يك گروه كربوكسيل (COOH) متصل كردند.
حال انتهاي نانولوله فعال شده و قادر است به گروه آميني NH2 متصل شود و اين‌گونه پروتئين ها با ايجاد اتصال كووالانت به نوك نانو لوله ها متصل ميشوند. از آنجا كه ساير پروتئين ها با نيروهاي واندروالس به نانولوله ها متصل ميشوند كه در مقايسه با پيوندهاي كووالانت از قدرت كمتري برخوردارند با انجام يك شست‌وشوي ساده مي توان اين پروتئين هاي اضافه را جداسازي كرد. اتصال ساختار نانولوله- پروتئين به يك ميكروسكوپ پروب پيمايشگر (SPM) امكان بكارگيري زيست ملكول ها را ممكن ساخته است. اين كار امكان اندازه گيري ديناميك ملكولهاي زيستي را فراهم ساخته است.
به گزارش ايسنا از ستاد ويژه توسعه فناوري نانو، اين گروه ژاپني ادعا مي كنند كه در حال حاضر بر روي فرايندي كار مي كنند كه نوك پروب نانو لوله نازك SPM را با ايجاد بازهاي NH2 فعال كنند. اين كار امكان به كارگيري ملكول زيستي منفرد به كمك SPM را فراهم خواهد كرد.
شيمي سبز روشي نوين براي توليد نانوذرات با استفاده از سيالات فوق بحرانيخلاصه مقاله
تمايل به تهيه و استفاده از موادي با ابعاد نانومتري با توجه به خصوصيات جالب صنعتي اين مواد روز به روز در حال افزايش است و در اين راستا روشهاي متعددي با استفاده از سيالات فوق بحراني براي توليد نانوموادپيشنهاد شده است. اين فرآيندها با استفاده از خصوصيات ويژه سيالات فوق بحراني، عموماً فرآيندهايي انعطاف پذير، ساده و فاقد مضرات ريست محيطي نسبت به ساير فرآيندها هستند و محصول آنها نيز نانوموادي با خصوصيات به مراتب بهتر است. در اين بررسي فرآيندها و روشهاي فوق بحراني که براي توليد نانوذرات به کار مي‌روند، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. که در هر مورد به خصوصيات و ويژگيهاي مربوط به هر فرآيند و نوع نانوماده توليد شده اشاره ميشود.
کد:http://www.nano.ir/papers/attach/super_critical.pdf
کاربردهاي نانوپوشش‌ها در صنايع خودرو و هوافضا
خلاصه مقاله
ايجاد پوشش بر روي سطح از ديرباز، با هدف محافظت از سطح، در صنايع مختلف انجام مي‌گرفت. پيشرفت فناوري‌نانو، صنعت پوشش را نيز تحت تأثير قرار داد و باعث ايجاد نانوپوشش‌ها شد. نانوپوشش‌ها کاربردهاي بسياري در صنايع هوايي، خودرو و ... دارند. هدف از ايجاد نانوپوشش‌ها، بهبود حفاظت از سطح در برابر خوردگي و خراش، مقاومت به سايش بالا، جلوگيري از تيره و لکه‌دار شدن سطح و ماندگاري طولاني‌مدت است، همچنين با به‌کارگيري فناوري‌نانو در صنايع پوشش‌دهي نگرش به مسائل اقتصادي و الزامات محيط زيست تغيير کرده، بهبودهاي قابل توجهي در اين حيطه‌ها صورت گرفته‌است. در اين مقاله سعي شده‌است تا به خواص و کابردهاي نانوپوشش‌ها در صنايع خودرو و هوافضا به‌طور اجمالي اشاره شود
کد:http://www.nano.ir/papers/attach/623.pdf
اخيراً يکي از مهندسان مواد دانشگاه تريست در ايتاليا، به همراه گروهش موفق به توليد يک ماده‌ي هيدروژل نانوکامپوزيتي غير سمي جديد شد، اين ماده مبتني بر پلي‌‌‌‌ساکاريدهاي طبيعي و نانوذرات نقره براي کاربردهاي ضد ميکروبي است.
به نظر ميرسد هيدروژل براي سه خط سلولي يوکايوتي مختلف، غيرسمي باشد؛ زيرا اين نانوذرات در ماتريس ژل بي‌‌‌‌حرکت مانده، ميتوانند فعاليت ضد ميکروبي خود را از طريق تماس ساده با غشاي ميکروبي انجام دهند، اين در حالي است که اين نانوذرات نمي‌‌‌‌توانند به‌وسيله‌ي سلولهاي يوکايوتي جذب و به درون آنها وارد شوند.
مشکل مهم ديگر در مورد نانوذرات نقره، گرايش آنها به چسبيدن به يکديگر و توده شدن است که اين امر موجب از دست رفتن خصوصيات استثنايي آنها (که ناشي از نانومقياس بودن آنهاست) ميگردد. تاکنون مهياسازي و پايدارسازي نانوذرات فلزي با چالش‌‌‌‌هايي همراه بوده‌است، روش جديد اين گروه ايتاليايي راهکاري را براي پايدارسازي مؤثر نانوذرات نقره و توده نشدن آنها ارائه ميدهد.
تراوان ميگويد: «نقش چيتلاک پلي‌‌‌‌ساکاريد شاخه‌‌‌‌اي (چيتوسان اصلاح‌شده با لاکتوز) در تشکيل و پايدارسازي نانوذرات نقره‌‌‌‌اي ـ که قطر ميانگين آنها حدود 35 نانومتر است و به‌خوبي پخش شدهاند ـ بسيار مهم است».
هيدروژل‌‌‌‌هاي نانوکامپوزيتي توليدي تراوان و همکارانش، ميتوانند بدون داشتن ضرري براي سلولهاي ماماليا از خود فعاليت ضد ميکروبي بروز دهند. حضور همزمان در سيستم نهايي يک پليمر فعال زيستي مبتني بر شکر، براي برانگيختگي سلول و در سيستم نهايي نانوذرات نقره براي فعاليت ضد ميکروبي، يک دستاورد مهم محسوب ميگردد؛ اين در حالي است كه اين روش ـ كه بر سر دوراهي فناوري نانو و گلايکو‌‌‌‌بيولوژي قرار دارد ـ ممکن است منجر به تسهيل استفاده از کامپوزيت نانوذره‌ي نقره ـ پليمر زيستي را در مهياسازي مواد فعال زيستي شود، همچنين اين روش ميتواند به توليد ابزارهاي جديد براي طراحي موادي چون اجزاي کربوهيدرات داراي فعاليت زيستي و نقرة نانومقياس منجر گردد.
تراوان افزود: «اين مواد نانوکامپوزيتي براي اهداف مختلفي چون فعاليت زيستي اجزاي کربوهيدراتي ويژه و بروز ويژگيهاي نقره در سطح نانومقياس به کار گرفته خواهند شد؛ مثلاً در خصوص ويژگيهاي نقره‌ي نانومقياس، انتهاي گالاکتوز زنجيره‌ي جانبي چيتلاک پليمري به شکل ويژه‌‌‌‌اي با پروتئين‌‌‌‌هاي مقيد‌‌‌‌شده به شکر ـ که گالاکتين ناميده ميشود ـ در نزديکي سطح سلول واکنش ميدهد كه باعث راه‌اندازي فرايند تکثير و سيگنال‌‌‌‌دهي سلولي کندروکيت‌‌‌‌هاي غضروف ميشود.
علاوه بر اين، راهکار شيميايي نسبتاً آساني که در اين روش استفاده ميشود، توليد ساختارهايي با ابعاد و اشکال مختلف را چون باريکه‌‌‌‌ها، لايه‌‌‌‌ها و ميکروکرات و... ممکن مي‌‌‌‌سازد، به‌ويژه براي کاربردهاي زيست‌پزشكي اين ماده‌ي جديد (جايي که يک ماده‌ي زيستي ايده‌‌‌‌آل، خصوصيات ضد ميکروبي را با سمي نبودن براي سلول همراه ميکند)، امکان دستيابي به هر دو ساختار سه‌‌‌‌بعدي که به ميزان بالايي هيدراته هستند (به عنوان مثال براي کاربردهاي مهندسي بافت) و ساير محصولات معمولي (همانند لايه‌‌‌‌ها، فيبرها يا پوششها) داراي اهميت و مطلوبيت بالايي است. تراوان در اين باره گفت:«آن دسته از مواد نانوکامپوزيتي که ما توليد کرده‌‌‌‌ايم، قادرند تا از طريق توليد يک ساختار ژلي ـ که به شکل مؤثري مانع از حرکت نانوذرات فلزي و يون‌‌‌‌ها در درون ماده ميشوند ـ مشکل سمي بودن را براي سلول حل کنند».
گام‌‌‌‌هاي بعدي در اين حوزة تحقيقاتي، درک دقيق‌‌‌‌تري از ساز و كار ضد ميکروبي مواد مبتني بر نقره و تعميم ايدۀ «مانع فيزيکي» در برابر انتشار نانوذرات نقره در سلولها براي حذف اثرات سمي آنها براي سلول است. تراوان در اين باره افزود: «از آنجا که گالاکتين در بسياري از فرايندهاي زيستي مهم همانند رشد تومر و توسعۀ ورم مفاصل ريوماتوئيد حضور دارد، کاربردهاي اميدوارکننده‌ي زيادي وجود خواهند داشت.»
کد:http://araku.ac.ir/%7Ed_chemical_enginnring/_notes/nanocatalist.pdf
فن آوري نانو و برخي كاربردهاي آن در صنعت آب
کد:http://araku.ac.ir/%7Ed_chemical_enginnring/_notes/Nano_water_application.pdf
کد:http://araku.ac.ir/%7Ed_chemical_enginnring/_notes/powder_synthesis_original.pdf
خلاصه مقاله
ديابت يک بيماري فراگير در جهان و ايران است و مردم زيادي به آن مبتلا هستد. آنان مجبورند ميزان قند خون خود را روزانه کنترل نمايند. از روشهاي سريع و ارزان براي اندازه‌گيري قند خون، به‌صورتي‌كه بيمار نيز قادر به انجام آن باشد، استفاده از زيست‌حسگرهاي گلوکز است. طراحي و ساخت اين زيست‌حسگرها در سال‌هاي اخير توسعه فراواني يافته و هم‌اکنون قابل خريداري از داروخانه‌هاست. مقاله حاضر، پس از مروري کوتاه بر روشهاي نوين در طراحي زيست‌حسگرهاي گلوکز، نحوة بهره‌گيري از فناوري‌نانو در ساخت آنها را معرفي مي‌نمايد. اين مقاله علاوه بر بررسي پنج روش زير در طراحي زيست‌حسگرهاي گلوكز، بهبود فعاليت الکتروکاتاليتيکي آنزيم اصلاح‌شده را مورد ارزيابي قرار داده‌است. 1. اصلاح الکتريکي مرکز ردوکس آنزيم گلوکز اکسيداز به‌وسيله فروسن؛ 2. استفاده از سيم‌هاي پلي‌اتيلن داراي DNA در بهبود انتقال الکترون آنزيم؛ 3. اصلاح آنزيم با فولرين؛ 4. استفاده از نانوفيبرهاي تهيه‌شده با الکتروريسي؛ 5. بهره‌گيري همزمان از نانوذرات طلا و نانولوله‌هاي کربني به‌عنوان حامل.
متن کامل مقاله:
کد:http://www.nano.ir/papers/attach/547.pdf
تصفیه آب با استفاده از فناوری نانوکد:http://www.nioc.ir/fpublications/ekteshaf/47/pdf/47-08.pdf
کد:http://www.nano.ir/papers/attach/735.pdf
فناوری نانو میتواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از كاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:
مقدمههنگامی كه ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالك مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس كشف نمود، انتظار اندكی داشت كه تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریكا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة موادی با نام‌های باكی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باكی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes ) استوانه‌های كربنی كه دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های كربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم تر از آن بوده، دارای رسانش الكتریكی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانو*****ها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی كمك كنند و كاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های كربنی می‌توان به كاربرد آنها در تكنولوژی اطلاعات ( IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الكترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مركب جدید و تجهیزات الكترونیكی با كارآیی زیاد اشاره نمود.
علم نانو یك تحول بزرگ در مقیاس بسیار كوچك بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند كه علم نانو میتواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تكنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.
علم نانو میتواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نماید. این كار با درك بهتر فرآیندها در سطوح مولكولی امكانپذیر می‌باشد.
با توجه به اینكه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتكنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولكولها و اتمها در این مقیاس می‌باشد.
خوشبختانه كاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه ویژه‌ای دارند. نانوتكنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم كرده است. این تكنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب كمك می‌كند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تكنیك‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای كوچك، اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.
مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبكتر، مقاومتر و محكمتر از محصولات امروزی تولید نمود. شركت نانوتكنولوژی gp در هنگ‌كنگ یكی از پیشگامان توسعة كربید سیلیكون، یك پودر سرامیكی در ابعاد نانو می‌باشد.
با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مركب می‌باشد و معتقد است كه می‌توان با نانوكریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحكم‌تری تولید كرد. همچنین متخصصان این شركت یك سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند كه به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.
سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت
براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریكا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الكتریكی و الكترونیكی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شركت‌های استخراج كنندة نفت در تهیة اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشكلات مواجه می‌باشند.
در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیك دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یك‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آ***تیك در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة كوچك ،ایمنی در قبال تداخل الكترومغناطیسی ، قابلیت كارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهمتر اینكه امكان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.
انتظار می‌رود كه تكنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و كاهش ریسك‌های همراه با اكتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی كاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی كه بكاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشكل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.
لودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یك مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاكی از آن است كه نانوتكنولوژی میتواند تا حد مطلوبی به كاهش آلودگی كمك كند. در حال حاضر *****ها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند كه می‌توانند تركیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینكه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به كنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین كاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوكسیدكربن، و دی‌اكسید كربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بكار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد كه بتوانند هیدروكربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.
سنسورهای هیدروژن خود تمیز كننده
خواص فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌كه آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینكه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاكی از آن است كه نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یك مقاومت الكتریكی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌كه اگر هزار قطعه از آنها در مقابل یك میلیون اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الكتریكی آن در حدود یكصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.
سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باكتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی كه سنسورهای هیدروژن از كاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و كثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند كه توسط یك لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شدهاند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریك ( یك نوع اسید چرب )، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام این آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود كه دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یك میلیون اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الكتریكی آن به میزان ۱۷۵۰۰۰ درصد تغییر می‌كند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلی حساسیت آنها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به مدت ۱۰ ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده و پس از گذشت ۱۰ ساعت تقریباً بطور كامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.
علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌كننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن wq -۴۰ به علت دارابودن مقداری نمك خاصیت فوتوكاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.
با افزودن مقدار اندكی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یك گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یك محیط غیرقابل كنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخارهای آلی فرار، دودة كربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاك‌كنندگی این سنسورها طول عمر آنها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را كاهش می‌دهد.
فناوري‌نانو با دستکاري مولکولهاي زيستي به منظور ايجاد عملکردي متفاوت از ماهيت طبيعي آنها، در حال پيدا کردن کاربردهاي بالقوه در صنايع غذايي و گشودن حوزه جديدي از تحقيقات در اين زمينه است. بدين ترتيب به نظر ميرسد محدوديتي براي فناوري‌هاي تهيه مواد غذايي وجود نخواهد داشت و فناوري نانو تمامي ابزارهاي جديد براي اين صنعت را فراهم خواهد کرد.
مواد غذايي هنگامي با عنوان نانوغذا خوانده مي‌شوندکه از نانوذرات يا فنون و ابزارهاي فناوري نانو در يکي از مراحل کاشت، برداشت، فرآوري يا بسته‌بندي مواد غذايي استفاده شود. البته اين بدان معني نيست که مستقيماً يا بطور خودکار توسط نانوماشينها توليد يا اصلاح شده باشند. ولي تحقيقات اخير با بکار گرفتن مفاهيم جديد و راهکارهاي مهندسي در جهت استفاده از ترکيبات زيست فعال و ريزمغذي‌ها، پتانسيل کاربردي بالاي فناوري نانو را براي مواد غذايي اساسي نشان ميدهد.
نانومواد در مقايسه با عوامل کپسوله‌کننده قديمي از راندمان کپسوله‌کردن و رهاسازي بهتري براي عناصر غذايي فعال برخوردارند و توسعه نانوامولسيون، ليپوزومها و کمپلکسهاي زيست پليمري منجر به اصلاح خواصي نظير محافظت از ترکيبات زيست فعال، سيستم رهاسازي کنترل شده و تغيير طعم نامطلوب غذا ميشوند. فناوري نانو همچنين قادر است فرآيندهاي غذايي را که در آنها از آنزيم براي تزريق مواد مغذي استفاده ميشود اصلاح کند. به عناون مثال، آنزيمها معمولاً براي هيدروليز ترکيبات با ارزش غذايي به مواد غذايي افزوده ميشوند و از اين‌رو دسترسي به مواد مغذي ضروري نظير مواد معدني و ويتيامينها را افزايش مي‌دهند. از نانومواد با فعاليت بالا و طول عمر زياد و مقرون به صرفه جهت فراهم کردن سيستمهاي آنزيم- پايه که بواسطه نسبت بالاي سطح به حجم در مقايسه با نمونه‌هاي معمولي برتري دارند استفاده ميشود.
اختراع جديد فناوري نانو در زمينه استفاده از ويتامين e براي تهيه محصولات آرايشي
ويتامين e مدتهاي مديدي بعنوان ماده‌اي جوان کننده در ترکيب محصولات پوستي با خاصيت ضدپيري بکار رفته است. اين ويتامين براي خنثي سازي راديکالهاي آزاد، جلوگيري از اثرات مخرب اشعه uv و کنترل التهابها و حتي ترميم زخمها در ترکيب بسياري از محصولات پوستي بکار ميرود. ويتامين e از جمله ترکيباتي است که تاکنون امکان استفاده راحت از آن در ترکيب محصولات آرايشي ممکن نبوده است. اما مسئله مهم در استفاده از اين ترکيب عدم حلاليت آن در آب است لذا بايستي اين ماده را در فرمولاسيونهاي چرب بکار برد که هم استعمال پوستي آنها مشکل است و هم بخاطر محدوديت استفاده از اين ويتامين در فرمولاسيونهاي چرب، کارايي آن کم ميشود. اخيرا گروهي از محققان دانشگاه سلطنتي فاشيون ادعا کرده‌اند که با کمک فناوري نانو امکان تهيه فرمولاسيونهاي ضدپيري حاوي ويتامين e با کارايي بيشتر فراهم شده است. کوچک سازي اندازه ذرات در اين روش باعث شده است تا نفوذ آنها به مناطق عمقي‌تر پوست فراهم شود. بزودي به کمک فناوري نانوامکان تهيه فرمولاسيونهاي پوستي بسيار موثرتر از ويتامين e و حتي ساير ترکيبات مفيد فراهم خواهد شد.
محققان دانشگاه North Western آمريکا، نوعي تست مبتني بر نانوذرات ابداع کرده‌اند که مي‌توان با آن قدرت اتصال، اتصال دهنده‌هاي سه جزئي DNA را تشخيص داد. اين تکنيک ميتواند به روشهايي کارآمد براي توسعه داروهاي بيمارهاي ژنتيکي منجر شود.
Chad Mirkin از دانشگاه North Western ميگويد: شرکت‌هاي داروسازي مختلف توجه خود را براي درمان بيماري‌هاي ژنتيکي به DNA معطوف کرده‌اند و سعي مي‌کنند تا DNA مولکولهاي کوچکي را که به طور انتخابي به DNA متصل ميشوند و ژن مربوط به يک بيماري خاص را فعال يا غير فعال مي‌کنند، شناسايي کنند.
DNA معمولاً داراي يک ساختار دوتايي است که در آن يک جفت رشته DNA به يکديگر متصل شده و يک مارپيچ دوتايي را تشکيل مي‌دهند. ولي گاهي اوقات 3 رشته به يکديگر متصل ميشوند. اين DNA سه جزئي که با عنوان DNA ي مارپيچ سه‌تايي هم شناخته ميشود، فقط در حضور يک مولکول کوچک اتصال دهنده تشکيل ميشود.
براي آزمايش اينکه آيا يک مولکول مشخص ميتواند به عنوان اتصال دهنده سه جزئي عمل کند يا خير، آنرا به محلول حاوي دو نوع رشته DNA با عامل هاي نانوذرات طلا به قطر 13 نانومتر، همچنين رشته‌هاي آزاد DNA که مکمل يکي از دونوع ديگر هستند مي‌افزايند. اگر مولکول مورد آزمايش به عنوان يک اتصال دهنده سه جزئي عمل نکند، رشته‌هاي DNA مکمل با يکي از رشته‌هاي عامل‌دار DNA تشکيل يک مارپيچ دو تايي داده و رشته ديگر به طور آزاد باقي مي‌ماند. اما اگر يک مولکول اتصال دهنده سه جزئي به محلول اضافه شود، سه نوع DNA ي مختلف، يک ساختار سه جزئي پايدار تشکيل مي‌دهند. در نتيجه نانوذرات طلا به يکديگر متصل شده و تشديد پلاسمون آنها به سمت قرمز جابجا ميشود اين امر سبب تغير رنگ قرمز به آبي ميشود که به آساني قابل تشخيص است.
فرآيند مذکور با گرم کردن محلول قابل برگشت است. گرما سبب شکستن ساختار سه جزئي ميشود و دمايي که در آن تخريب ساختار سه جزئي و تغيير رنگ به قرمز اتفاق مي‌افتد، نشان دهنده استحکام پيوند اتصال دهنده سه جزئي به DNA است. هر چه دماي مورد نياز براي تخريب اين ساختار بيشتر باشد، اتصالات فوق قوي‌تر هستند.
Mirkin و همکارانش اين فرآيند را با استفاده از عامل‌هاي اتصال دهنده بنزو [e] پيريدوايندول (BePI) وکورالين (CORA) نشان دادند. اتصال‌دهنده قوي‌تر BePI براي شکستن ساختار سه جزئي به گرماي بيشتري نسبت به اتصال ضعيف‌تر CORA نياز داشت. انجام مطالعات مطالعات کامل بر روي هر اتصال دهنده يا مولکول کوچک امکان پذير نيست ولي اين روش به محققين اجازه ميدهد که انواع مولکولهاي اتصال‌دهنده سه‌تايي را براي يک رشته مخصوص DNA شناسايي کنند. بيشتر بيماري‌ها داراي يک رمز ژنتيکي منحصر به فرد هستند که با دستکاري ژنها با اتصال‌دهنده‌هاي سه‌تايي مناسب مي‌توان راه درمان جديدي ابداع کرد.
اين محققان نتايج کار خود را در مجله Journal Of American Chemical Society به چاپ رسانده‌اند.
بررسی خواص نانو ذرات اكسيدتيتانيوم مورد استفاده در سنسورهای گازی
کد:http://www.nioc.ir/fpublications/ekteshaf/45/pdf/45-08.pdf
اكسيداسيون هيدروكربن‌ها توسط كاتاليست‌هاي نانو بلوري طلا
پژوهشگران از دانشگاه‌هاي آمريكا و انگليس براي اولين بار از نانوبلور‌هاي طلا به عنوان كاتاليست در اكسيداسيون آلكن‌ها توسط مولكول اكسيژن استفاده كردند.
اكسيداسيون هيدروكربن‌ها سبب توليد تعداد زيادي از موادي ميشوند كه پايه محصولاتي چون پلاستيك‌ها، شوينده‌ها، رنگها، مواد آرايشي، مواد شيميايي كشاورزي و داروها مي‌باشند، اما در اين فرآيند ترجيحاً از كلر يا از پراكسيدهاي آلي به عنوان يك ماده اكسيدكننده استفاده ميشود، همچنين اين فرآيند يا بسيار گران بوده و يا محصولات جانبي سمي بوجود مي‌آورد.
هم اكنون محققاني از دانشگاه Cardiff و مركز Johnson Matthey Catalysts در انگليس و دانشگاه Lehigh آمريكا، از نانوبلور‌هاي طلا به عنوان كاتاليست در اكسيداسيون آلكن‌ها توسط مولكول اكسيژن استفاده كرده‌اند. اين واكنش نيازي به حلال نداشته و در دماي 80-60 درجه سانتي‌گراد و تحت فشار اتمسفري صورت مي‌گيرد.
Graham Hutchings از دانشگاه Cardiff گفت: «ما قادريم به صورت گزينش‌پذير بعضي از آلكن‌ها را تحت شرايط ملايم بدون افزودن حلال و با استفاه از اكسيژن، به اپوكسيدها اكسيد كنيم. قبل از اين يا از اكسيژن سمي به صورت استوكيومتري استفاده مي‌شد و يا مواد گراني مانند هيدرژن به عنوان كاهنده به كار گرفته مي‌شدند. ولي اين فرآيند در توليد اپوكسيدها، كه از جمله مواد شيميايي واسطه و با ارزش مي‌باشند، روشي عاري از هر گونه آلودگي مي‌باشد.»
كاتاليست طلا كه روي پايه كربن قرار مي‌گيرد، شامل نانوبلور‌هاي طلا با اندازه 50 -5 نانومتر و ميانگين قطر حدود 25 نانومتر مي‌باشد.
كاتاليست يك درصد طلا بر پايه كربن با اكسيداسيون سيكلوهگزن توسط اكسيژن‌هاي مولكولي، قادر است محصولاتي مانند 2-سيكلوهگزان-1-اول و 2-سيكلوهگزان-1-اون را توليد كند. دانشمندان بر اين باورند كه اين واكنش با اكسيداسيون مستقيم پيوند دو گانه كربن- كربن انجام ميشود.
Hutchings گفت: «چالش اصلي اين واكنش فقط توليد دي‌اكسيدكربن نمي‌باشد بلكه مي‌بايست گزينش‌پذيري مناسب نيز به دست آيد.»
اين تيم تحقيقاتي همچنين استفاده از حلال‌هاي غيرقطبي را براي اكسيداسيون آلكن‌ها در تركيب با يك آغازگر مانند هيدرژن پراكسيد يا ترسيوبوتيل‌هيدروپراكسيد مورد بررسي قرار دادند.
گزينش‌پذيري حاصل از اين واكنشها براي محصولات C6 برابر 80-60 درصد و بازده واكنش برابر 30-10 درصد مي‌باشد.
توزيع و پراكندگي محصولات C6 به حلال بستگي دارد؛ حلال 1و2و3و5- تترامتيل بنزن باعث بالاترين گزينش‌پذيري يعني50 درصد براي اكسيد سيكلوهگزن شد. همچنين استفاده كمتر از كاتاليست طلا مقدار بازده محصول اكسيد سيكلوهگزن را كاهش ميدهد.
بر طبق اين يافته‌ها تنظيم كاتاليست‌هاي با انتخاب صحيح شرايط واكنش، امكان‌پذير مي‌باشند. اين تيم تحقيقاتي همچنين كشف كردند كه با تغيير شرايط و كاتاليست ميتوانند بدون استفاده از حلال به اكسيداسيون انتخابي سيس- سيكلواُكتن دست يابند.
اين محققان براي اكسيداسيون آلكن‌هاي استايرن و سيس- استيلبن از كاتاليست نانوبلوري طلا استفاده كردند. اين كاتاليست همچنين در اكسيداسيون آلكان‌ها بكار ميرود و سيكلوهگزان را به سيكلوهگزانون و سيكلوهگزانول تبديل ميكند.
با تغيير كاتاليست طلا توسط بيسموت، گزينش‌پذيري كاتاليست براي محصولات اكسيداسيون C6 افزايش مي‌يابد. آزمايشات اوليه نيز نشان داده‌اند كه قلع، آنتيموان و سرب ميتوانند فعاليت كاتاليستي را افزايش دهند.
Hutchings گفت: «طلا ماده كاتاليستي استثنايي در مقياس نانو بوده كه پيش‌بيني مي‌كنيم اين كاتاليست‌هاي طلا نقش ارزنده‌اي را در صنايع شيميائي در آينده‌اي نزديك ايفا خواهند كرد.
ما هم‌اكنون به شدت در حال كار بر روي اكسيداسيون گزينش‌پذير گستره وسيعي از مواد اوليه مي‌باشيم و به ويژه توجه زيادي به اكسيداسيون گزينش‌پذير هيدرژن به پراكسيدهيدرژن كرده‌ايم.»
نتايج اين تحقيقات در Nature گزارش شده است.
فناوری نانو در آسفالت خیابان ها
===================
مقدمه
در سال 1870 يک شيميدان بلژيکي با نام دسمت(desmedt) اولين سنگفرش آسفالت واقعي را، که مخلوطي از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نيويورک ايجاد نمود. طراحي دسمدت در بزرگراهي در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداري قرار گرفت. سپس دسمدت خيابان پنسيلوانيا در واشينگتن را آسفالت کرد که سطح اين پرژه 45149 متر مربع بود.يکي از نمايندگان محلي کنگره به دسمدت گفت: ”اين کار هرگز عموميت نخواهد يافت.“ با اين حال، بر اساس تقاضاي رو به‌رشد بازار، پيش‌بيني ميشود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قير معدني به 107 ميليون تن برسد. در اين ميان آسفالت معلق بيشترين رشد را دارد. همچنين به عنوان نشانه‌اي از رشد اين محصولات در آينده، چندي است كه کار بر روي آسفالتي که در موقع خرابي خودش را تعمير کند، آغاز شده است. به کارگيري فناوري نانو در ساخت زيربناهاي مربوط به حمل ونقل، تقريباً معادل با تلاش بشر براي فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است. در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد.
در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد. بنابراين صنعت آسفالت-قير به يک تحول نياز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوري نانو را ديده و مزاياي آن را درک نمايند.
دکتر ليوينگستون، فيزيکدان برنامه تحقيقات زيربنايي پيشرفته در اداره کل بزرگراه‌هاي فدرال (fhwa)، ميگويد: ”آسفالت و سيمان هر دو جزء نانومواد مي‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ايم بفهميم که در اين سطح چه اتفاقي مي‌افتد، اما اين اثرات بر عملکرد مواد تاثير مي‌گذارند.“
بنا بر گفته ليوينگستون، يک ماده پليمري ساختاري که ميتواند به طور خود به خودي ترک‌ها را اصلاح نمايد، قبلاً توليد شده است. اين پيشرفت قابل ملاحظه با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي کاتاليستي درون يک بستر اپوکسي ايجاد شده است.
يک ترک در حال ايجاد موجب گسستن ميکروکپسول‌هاي موجود شده، در نتيجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصيت مويينگي درون ترک رها ميشود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتاليزور موجود، اين عامل شروع به پليمريزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم مي‌چسباند.
اين روش ميتواند منجر به توليد آسفالتي شود که ترک‌هاي خود را اصلاح ميکند. ليوينگستون ميگويد: ”هيچ‌کس نمي‌تواند براي رشد اين فناوري زماني را پيش‌بيني کند، اما پيشرفت واقعي در حال انجام است و قابليت‌هاي موجود بسيار هيجان‌آور مي‌باشند.“
با اين حال، براي استفاده‌کنندگان فعلي آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، يا نبود تأخير به خاطر تعميرات آسفالت، بسيار دور از دسترس بوده و نگراني‌هاي جدي آنها را برطرف نمي‌سازد.
محيط زيست عامل اصلي تأثيرگذار در فرايند تصميم‌گيري براي پروژه‌هاي بزرگراه در بسياري از کشورها است. مزاياي يک آسفالت متفاوت براي جاده‌ها از ديدگاه زيست‌محيطي و مصرف انرژي، تنها يک بخش
مهم از فرآيند تصميم‌گيري است. ديدگاه‌هاي زيست‌محيطي موجب تسريع پيشرفت‌هاي فني و اجتماعي ميشوند. نيازهاي چندگانه حفاظت از محيط زيست شامل: محدود نمودن انتشار گازهاي گلخانه‌اي، مصرف کمتر انرژي، کاهش سر و صداي ترافيک و اطمينان از سلامتي و راحتي در رانندگي، اهدافي هستند که به دليل ايجاد مسئوليت مشترک، مهمتر از تمام پيشرفت‌هاي علمي مي‌باشند.
يکي از اين اهداف بستن چرخه مواد يا استفاده صد در صدي از مواد قابل بازيافت در ساخت جاده است. صنعت در اين زمينه تجربه زيادي در مورد استفاده از محصولات فرعي در آسفالت به دست آورده است.
مثال‌هايي از مواد زايدي که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شيشه‌دمي، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌هاي شهري، خاکستر موجود در مراکز توليد برق به وسيله زغال، آجر‌هاي خرد شده، پلاستيک حاصل از سيم‌هاي برق قديمي و لاستيک حاصل از تايرهاي کهنه.
با اين حال، استفاده موفقيت‌آميز از اين محصولات وابسته به تحقيقات کامل در زمينه منابع و ويژگيهاي آنها بوده و معمولاً در سطح پاييني قابل انجام است. در اين حالت امکان بررسي پيوسته عملکرد آسفالت نيز وجود دارد که خود موضوعي مورد بحث است.
با اين حال، مطابق گفته‌هاي مارك بلشه، مدير آسفالت لاستيک در پروژه آسفالت‌سازي آرام آريزونا، حمايت عمومي - نه تحقيقات علمي- کليد توسعه صنعت توليد آسفالت با استفاده از محصولات فرعي است.
پرژه آريزونا ارزشي معادل 34 ميليون دلار داشته و در همين سال به پايان خواهد رسيد. اين پروژه تقريباً 70 درصد (185 کيلومتر)آزادراه ناحيه فونيكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولاني صداي ناشي از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.
آسفالتِ داراي لاستيک تنها درصد بسيار کم و تقريباً بي‌اهميتي از درآمد صنعت ساختماني را به خود اختصاص ميدهد، اما بلشه ميگويد که با افزايش رغبت عمومي اين درصد افزايش خواهد يافت.
به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقيقات آسفالت لاستيک (jarrg)، که شامل مجموعه‌اي از توليد‌کنندگان تاير و شرکت‌هاي آسفالت‌سازي مي‌باشد، يک اتصال‌دهنده آسفالت بسيار ويسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تايرهاي کهنه‌اي که به صورت بسيار ريز ساييده شدهاند، توليد ميشود. اين اتصال دهنده
در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته ميشود.اين ماده ميتواند به عنوان يک ماده الاستيک مابين مواد متراکم ديگر عمل نموده و از اين طريق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام jarrg اقبال عمومي به اين محصول بسيار خوب است.
بلشه ميگويد: ”افرادي که در صنعت آسفالت لاستيک درگير بوده‌اند، همواره سعي کرده‌اند که آن را به دليل ويژگيهاي مهندسي بسيار عالي‌اش به فروش برسانند. امّا بيش از هر چيز اين محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت اين قضيه، استقبال عمومي قرار دارد.“
وزارت حمل و نقل آريزونا (adot) سه سال پيش يک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استيشن در ناحيه آريزونا به کار برد. بلشه ميگويد كه به محض اتمام آسفالت اين بزرگراه، adot و مسئولين محلي سيل عظيمي از تلفن‌ها و ايميل‌ها را دريافت نمودند که از اشتياق مردم نسبت به اين جاده کمصداتر حکايت داشت.
البته همه چيز آسفالت لاستيک کامل نيست. اين مخلوط باعث ايجاد بخار و بو در فرآيند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازيافت بودن آن بحث وجود دارد. اين آسفالت نسبت به آسفالت‌هاي معمول بسيار گران‌تر بوده و آسفالت‌کاراني که تا به حال با اين ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که بايد در يک بازه دمايي معين انجام شود، دچار مشکل باشند.
ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومي درست باشد، اما روي ديگر سکه اين است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کمصداتر و در عين حال داراي اثرات زيست‌محيطي کمتر، افزايش يافته است. اين امر باعث تمرکز بيشتر تحقيقات بر روي مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.
افزايش عمومي در ميزان حمل و نقل، بار بيشتر بر روي محور، و فشار بيشتر تاير بر روي جاده، تقاضا براي آسفالت‌هاي قوي‌تر وبادوام‌تر را افزايش ميدهد. حمل و نقل بيشتر به اين مفهوم نيز مي‌باشد که ايجاد مشکل در حمل و نقل براي تعميرات جاده‌اي مطلوب نيست و اين امر موجب ايجاد تقاضاي بيشتر براي تحقيق و توسعه مؤثر ميگردد
تاریخچه نانو از نانوتكنولوژي، بيوتكنولوژي و فناوري اطلاع رساني به عنوان سه قلمرو علمي نام مي برند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهد. از همين روست كه كشورهاي در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، مي كوشند با سرمايه گذاري در اين سه قلمرو، عقب ماندگي خود را جبران كنند. همان گونه كه در اين گزارش مي خوانيد، نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي در تمام حيطه هاي زندگي دارد و از اين رو توسعه آن مي تواند به بهبود و تسهيل زندگي كمك فراوان كند.
اتم سنگ بناي بنيادي ماده است و در نتيجه اتم ها بسيار كوچك هستند. توصيف و تصور جهان در سطح اتم و ملكول دشوار است. اين حيطه از علم به قدري عجيب است كه بخشي خاص از فيزيك به آن اختصاص يافته شده كه مكانيك كوانتم نام دارد. هدف اين علم براي توصيف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنيس را به طرف ديوار پرتاب كنيد و توپ از آن بگذرد و به سوي ديگر ديوار برود، حتماً تعجب مي كرديد. اما اين دقيقاً همان اتفاقي است كه در مقياس كوانتم رخ مي دهد. در مقياس بسيار كوچك، خواص ماده مانند رنگ، مغناطيس و توانايي انتقال برق نيز به شكل غيرمنتظره تغيير مي كند. ديدن جهان اتم به معناي عادي كلمه ميسر نيست، چون خواص آن كوچكتر از طول موج نور قابل ديدن است. اما در سال 1981 پژوهشگران شركت آي بي ام نوعي ميكروسكوپ ساختند كه نام آن stm بود. اسم اين ميكروسكوپ در واقع از يك خاصيت در مكانيك كوانتم گرفته شده بود كه در ميكروسكوپ ياد شده به كار مي رود. اين دستگاه مي توانست پستي و بلندي هاي در مقايس جهان نانو را نشان دهد. ميكروسكوپ
stm
اين امكان را به دانشمندان داد كه براي اولين بار اتم ها و ملكول ها را ببينند. تصاوير اين ميكروسكوپ به زيبايي و وضوح تصاوير طبيعت اما در مقياس تصورناپذير نانومتر بود.
يك نانومتر يك ميليارديم متر يا حدوداً به طول 10 اتم هيدروژن است. با وجودي كه دانشمندان از سال هاي دهه 1950 درباره بررسي مواد در اين مقياس تلاش كرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع ميكروسكوپ
stm
صبر كنند تا به هدف خود برسند.
عموماً در اين باره توافق وجود دارد كه نانوتكنولوژي اشياء بين يك تا 100 نانومتر را در بر مي گيرد، هر چند كه اين تعريف تا حدي قراردادي است. برخي افراد اجسامي به كوچكي يك دهم نانومتر را نيز در نظر مي گيرند كه به اندازه پيوند بين دو اتم كربن است. در ديگر سوي اين گستره در اجسام بزرگتر از 50 نانومتر قوانين فيزيك كلاسيك صدق مي كند.
مواد بسياري هستند كه داراي خواص اجسام در مقياس نانو هستند اما اسم نانوتكنولوژي به آنها اطلاق نمي شود. نانوتكنولوژي در پي آن است تا از خواص عجيب اجسام در مقياس بسيار كوچك استفاده كند.
جورج اسميت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آكسفورد گفت در مقياس نانو، خواص ?جديد، هيجان انگيز و متفاوتي? يافت مي شود. با كوچك تر شدن اجسام، نسبت بين فضاي سطح و حجم آن افزايش مي يابد. اين امر بدان علت مهم است كه اتم هاي موجود در سطح يك ماده معمولاً بيشتر از اتم هاي مركز آن واكنش نشان مي دهند. از اين رو، اگر نقره به ذرات بسيار كوچك تبديل شود، خواص ضدميكروبي پيدا مي كند كه در حجم انبوه آن وجود ندارد. يك شركت با توليد ذرات ريز از تركيب اكسيد سديم از اين خاصيت استفاده مي كند و ماده اي توليد مي كند كه خاصيت كاتاليزوري آن بيشتر است.
در اين جهان ناديدني، ذرات كوچك طلا در دماي چند صد درجه پايين تر ذوب مي شود و مس كه معمولاً رساناي خوب الكتريسيته است، ممكن است در لايه هاي نازك و در مجاورت ميدان مغناطيسي مقاوم شود.
الكترون ها (مانند همان توپ تنيس خيالي) مي توانند از نقطه اي به نقطه ديگر بجهند و ملكول ها مي توانند همديگر را از مسافت هاي متوسط جذب كنند. اين خاصيت به برخي حشرات اجازه مي دهد روي سقف راه بروند، چون موهاي ريز كف پايشان به سقف مي چسبد.
اما يافتن خواص جديد در مقياس نانو گام نخست است. گام بعدي استفاده از اين دانش است. توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي اين امكان را به دانشمندان مي دهد كه موادي با خواص بهتر يا جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريك توليد كنند.
اكنون انواع جديدي از ماده توليد مي شود. مثلاً شركت نانوسونيك در ويرجينيا لاستيك فلزي توليد كرده است. اين ماده مانند لاستيك انعطاف و انحنا مي پذيرد اما الكتريسيته را مانند فلزي محكم منتقل مي كند. مركز تحقيقاتي جنرال الكتريك در پي ساخت سراميك انعطاف پذير است. در صورت موفقيت، از اين ماده مي توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده كرد و موتورهايي ساخت كه در دماي بيشتر با كارايي بهتري كار كند. چندين شركت مشغول كار روي موادي هستند كه روزي به صورت رنگ به سلول هاي خورشيدي بدل خواهد شد.
از آنجايي كه نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي دارد، بسياري از افراد فكر مي كنند اين علم اهميتي به مانند برق يا پلاستيك پيدا كند. مطالعات نشان مي دهد نانو تكنولوژي با بهبود مواد و محصولات و توليد مواد كاملاً جديد بر تمام صنايع تأثير خواهد گذاشت. افزون براين، فعاليت در حد كوچكترين مقياس ها به پيشرفت هاي مهم در عرصه هايي مانند الكترونيك، انرژي و پزشكي زيستي خواهد انجاميد.
آغاز نانوتكنولوژي
نانو تكنولوژي از يك رشته علمي خاص مشتق نمي شود. با وجودي كه نانو تكنولوژي بيشترين وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسياري از علوم است و در نتيجه دانشمندان حوزه هاي علمي به آن جذب مي شوند. برآورد مي شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژي كار مي كنند. تحقيقات در مقياس بسيار ريز در رشته هاي الكترونيك، نوروبيوتكنولوژي به ترتيب نانوالكترونيك، نانو اپتيكس و نانو بيوتكنولوژي نيز ناميده مي شود.
پيشوند نانو از كلمه يوناني به معناي كوتوله مشتق مي شود. براساس برآورد شركت لاكس ريسرچ در نيوريورك، بودجه كل تحقيق و توسعه نانو تكنولوژي دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بيش از 6/8ميليارد دلار بود. نيمي از اين بودجه از جانب دولت ها تأمين مي شد. اما به پيش بيني لاكس ريسرچ در سال هاي آينده، شركت ها احتمالاً بودجه بيشتري از دولت ها صرف اين علم خواهند كرد.
در آمريكا، پس از طرح فرستادن انسان به كره ماه، نانو تكنولوژي بيشترين بودجه را از دولت فدرال دريافت كرده است. در سال ،2004 دولت آمريكا 6/1ميليارد دلار صرف نانو تكنولوژي كرد، يعني دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال 2005 قرار است 982ميليون دلار ديگر صرف آن شود. در مكان دوم بودجه نانو تكنولوژي ژاپن قرار دارد. بسياري از كشورهاي در حال توسعه مانند هند، چين، آفريقاي جنوبي و برزيل جزو كشورهايي هستند كه بيشترين بودجه را در اين زمينه صرف مي كنند.
در خلال شش سال پيش از ،2003 سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي توسط سازمان هاي دولتي هفت برابر شده است. اين حجم سرمايه گذاري انتظارات را به اندازه اي افزايش داده است كه شايد قابل تحقق نباشد. برخي معتقدند شركت هاي نانو تكنولوژي مانند حباب شركت هاي اينترنت در سال هاي اخير از بين خواهند رفت. اما دلايلي وجود دارد كه نشان مي دهد درباره مخاطرات آن گزافه گويي شده است. سرمايه گذاران خصوصي اكنون بسيار محتاط تر از دوره رونق شركت هاي اينترنت هستند و بيشتر پولي كه دولت ها در اين زمينه اختصاص مي دهند، صرف علوم پايه و فناوري هايي مي شود كه تا سال ها در اختيار همگان قرار نخواهد گرفت.
با اين حال كيفيت برخي محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژي بهبود يافته است و در چند سال آينده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ريز نقره، بانداژ ضد سوختگي خاصيت ضد ميكروبي پيدا كرده است. با اتصال ملكول هاي ايجاد كننده مانع به فيبر پنبه، پارچه هايي توليد شده است كه ضد لكه و بو است. راكت هاي تنيس با افزودن ذرات ريز تقويت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژي به نوآوري هاي بزرگتري خواهد انجاميد، از جمله انواع جديد حافظه كامپيوتر، فناوري پزشكي و روش هاي توليد انرژي بهتر مانند سلول هاي خورشيدي.
طرفداران اين فناوري مي گويند نانو تكنولوژي به توليد انرژي پاك و توليد بدون مواد زائد و غيره خواهد انجاميد. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر مي رسد هر دو گروه در مورد استدلال هاي خود گزافه گويي مي كنند، اما به هرحال بايد از نانو تكنولوژي استقبال كرد.
تایرهای ایمن تر از نانوتکنولوژی
همیشه تولیدکنندگان تایرهای خودرو و مصرف کنندگان آن در جستجوی تکنولوژی بودند که بتواند باعث افزایش امنیت و در عین حال کاهش قیمت خرید و همچنین کاهش آلودگی تولید شده گردد. جدیدترین کاربرد فناوری نانو در صنعت خودروسازی در زمینه تایرهای خودرو می باشد که تایرهای تولید شده توسط این فناوری توانسته لقب تایرهای مادام العمر را به خود بگیرد.
علی رغم پیشرفت هایی که در صنعت تایرسازی در 20 سال اخیر شده است بعد از پیمودن مسیری تا 40000 کیلومتر در صورتی که در جاده مناسبی و تحت الگوی مناسبی حرکت کرده باشید تایرهای خودرو شما فرسوده شده و شما نیاز به تایرهای جدیدی خواهید داشت. که این موضوع نه تنها برای خریداران تایر رنج آور است بلکه خورده های ریزی که بر اثر فرسایش تایر در محیط پخش می گردد باعث افزایش آلودگی محیط زیست می شود.
در پی حل این مشکل به تازگی گروه لانگسس که بر روی فراورده های شیمیایی کار می کنند توانسته اند نوعی از افزودنی پلاستیکی با عملکرد بالا را با استفاده از فناوری نانو تولید کنند.این ماده که با تایر ترکیب می گردد به طور عمده ای باعث کاهش فرسودگی تایرهای خودرو می گردد. همچنین باعث کاهش هزینه و کاهش آلودگی محیط زیست با کاهش حدود 40000 تون از کربن دی اکسید گسیل شده توسط گازهای گل خانه ای می گردد.این افزودنی شامل ذراتی با مبنای سیلیکا و اندازه ای در حدود 50 نانومتر می باشد.که این ذرات خاصیت ضدتورمی دارندو دارای اتصالات بسیار محکمی می باشند.
بر روی تایرهای تولید شده توسط این فناوری تست های زیادی انجام گرفته که همه آنها با موفقیت همراه بوده این تایرها در هر دو فضای خشک و مرطوب بسیار بهتر از تایرهای معمولی عمل می کند. ترکیب ایجاد شده در این تایرها باعث ایجاد ماکزیمم چسبندگی به سطح جاده در دو موقعیت می گردد.همچنین شیارهای خاص ایجاد شده بر روی دیواره می تواند به طور موثری فشار بار را تقسیم کرده و فرسودگی تایر کاهش چشمگیری یابد. همچنین این تایر مجهز به چهار شیار عریض جانبی برای بالا بردن میزان پایداری تایر در سطح جاده می باشد
________________
یكی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یك میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یك نانومتر معادل یك میلیاردم متر است. با توجه به اینكه یك سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به كوچكی این مقیاس پی برد. 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.
یكی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یك میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یك نانومتر معادل یك میلیاردم متر است. با توجه به اینكه یك سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به كوچكی این مقیاس پی برد. 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. 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. 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 كربنی، CNTs : 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. 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. 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 دار
نانو تكنولوژي و پيل هاي سوختي
گوی های نیكلی در ابعاد نانو می توانند به اقتصاد هیدروژنی توان تازه ای ببخشند و خودروهای هیدروژنی را پربا زده تر سازند. كره شكل شگفت انگیزی است. كمترین مساحت سطحی را كه در میزان معینی می توان به دست آورد، به یقین یك كره خواهد بود. این خاصیت جالب هندسی هنگامی كه می خواهیم به همراه بنزین، میزانی ماده در فضایی محدود داشته باشیم، به كار ما می آید. اما همیشه با این ویژگی سروكار نداریم. گاه به افزایش میزان تماس نیازداریم. به حداكثررساندن میزان تماس برای افزایش كارآیی كاتالیست ها ضرورت دارد.
برای به دست آوردن سطحی بزرگ، تولیدكنندگان گاهی مجبور به ساختن شمایل های پیچیده و به هم تابیده از راه های دشوار تولیدی می شوند. جالب توجه است كه یك كره در بیشتر این موارد كار مورد نظر را انجام می دهد. اگر شما با مقیاس ۱۰۰۰ حجم یك كره را كاهش دهید، سطح آن كره تنها با مقیاس ۱۰۰ كاهش خواهد یافت. «كره ها را به حد كافی كوچك بسازید تا حتی فلزات خیلی معمولی و فراوان در اطراف ما كارهای عجیبی را برای شما انجام دهند». این یكی از نویدهایی است كه ذرات در مقیاس نانو به ما می دهند. ذرات بسیار ریز مواد خواصی دارند كه همان مواد در مقیاس بزرگ تر آن خواص را ندارند. ذرات در مقیاس نانو كه نخستین تحول تجاری در نانو تكنولوژی هستند، امروزه در گستره وسیعی از محصولات از رنگ تاتوپ تنیس یافت می شوند.
اما ذرات در مقیاس نانو بیشترین تاثیرشان در كاتالیست ها و واكنش گرها است. این فلزات در مقیاس نانو هم اكنون به درون سوخت خودروها و مهمات راه یافته اند و این احتمال كه بتوانند با قیمتی ارزان جانشین پلاتین در پیل های سوختی شوند، زیاد است. كاتالیست ها (كاتالیزورها) واكنش های شیمیایی را سریع تر می سازند، بدون این كه خودشان در میان واكنش مصرف شوند. برای كاربردهای بسیاری پلاتین به عنوان كاتالیست بهترین انتخاب خواهد بود. پلاتین در كانورتورهای كاتالكتیكی خودروها و در پالایش گاه های نفت به كار گرفته می شود. پلاتین آن قدر نایاب و گرانبها است كه نسبت كیلو به كیلوی آن از طلا گران تر درمی آید.
این موضوع برای به كارگیری كاتالیست ها در بسیاری پروژه ها عاملی بازدارنده به شمارمی آید. یكی ازچالش های اصلی در پایین آوردن بهای پیل های سوختی همین نیازمندی به كاتالیست های پلاتینی است. لایه نازك پلاتینی كه در پهنای غشایی این پیل ها گسترانیده شده است، پروتون های اتم هیدروژن را از الكترون ها جدا می كند.
تاكنون بهترین كاتالیست پلاتین بوده است، اما موارد دیگری نیز می توانند كاری مشابه انجام دهند. لیتیم، نیكل و مس نیز می توانند در بسیاری واكنش های مشابه به عنوان كاتالیست استفاده شوند.
یكی از راه های افزایش خاصیت كاتالكتیكی مواد، افزایش میزان تماس آنها با عناصر واكنش است. با نگاهی سریع به ارتباط میان حجم و سطح یك كره به راه حل جالب توجهی می رسیم. كاتالیست های پودری با قطرهای بسیار ریز بسازید، هرچه ریزتر بهتر و هم اكنون ما امكان ساخت این كره ها را در مقیاس نانو یافته ایم.
از دهه ۳۰ میلادی محققان كوداك ذراتی چند برابر نانومتر برای فیلم های عكاسی می ساختند. دیگر پژوهشگران در دهه ۷۰ میلادی موادی در مقیاس نانو تولید كردند. روشی كه این محققان از آن استفاده می كردند، روش چگالیدن فاز گازی بود. امروزه از فرآیندهای متفاوتی برای تولید مواد نانومتری در سراسر جهان استفاده می شود. این فرآیندها شامل ته نشست بخار شیمیایی، ته نشست فیزیكی بخار، پرتاب راكتیو مایع، تجزیه شیمیایی با لیزر، تبدیل با اسپری تفنگ پلاسما، آلیاژهای مكانیكی و فرآیندهای مرتبط، آسیاب كردن و solgel می شوند.
بسیاری از مفسران هم عقیده اند كه ساخت ذرات در مقیاس نانو، نخستین تحول عظیم در زمینه نانو تكنولوژی بوده است. شركت كوانتوم راسفر در ***تامسا كالیفرنیا پتانسیل قوی را در این بخش احساس كرد و به تحقیقات جدیدی روی آورد. بسیاری از فرآیندهایی كه شركت های دیگر برای ساخت ذرات در مقیاس نانو به كار می برند، بسیار گران قیمت ا ند یا به تجهیزات پیچیده وكاركنان ماهر و تعمیرات و نگهداری مداوم نیاز دارند. به علاوه، اندازه و شكل ذرات تولید شده با این فرآیندها در بهترین حالت ناپیوسته و ناهمگون هستند.
كوانتوم راسفیر، اكنون یكی از تولیدكنندگان پیشرو در زمینه ذرات نانومتری و پودرهای فلزی نانو متری كه شامل ذرات نانویی پودرنیكل با كیفیت بالا نیز می شود، راهی برای استفاده مناسب از روش چگالیدن فاز گازی یافته است كه خود یكی ازنخستین فناوری های تولید ذرات نانویی بوده است و با این روش فرآیندی پیوسته و تمام خودكار را برای تولید پودرهای فلزی به كار می گیرد. مفتول فلزی به درون محفظه خلأ خورانده می شود و روی كامپوزیت های بین فلزی كه با الكتریسیته تا دماهای بالایی گرم می شوند، ذوب می شود.
فلز تبخیر می شود و بخار با گاز بی اثر خنك می شود، سپس به صورت ذراتی از مایع چگالیده می شود كه با جامد شدن این ذرات، گوی های نانویی خواهیم داشت. سپس اكسیژن به جریان گازافزون می شود تا پوسته ای اكسیده شده گوی ها را در برگیرد.
ذرات نانو جمع آوری می شوند و در ظرف هایی كه از گاز بی اثر پر شده اند، ذخیره و بسته بندی می شوند. بنا به میزان افزودنی ها به فلز، فشار محفظه، دما و جریان گاز خواص ذرات تغییر می كند. برای مثال، تكنسین ها می توانند اندازه ذرات نانویی را با كنترل جریان لایه ای منطقه اطراف محدوده مغشوش بخارفلز تعیین كنند. این فرآیند پایین به بالا تكنیك ها را قادر می سازد تا پیش از فرونشاندن گاز، قطر مورد نظرشان را به دست آورند.
نتیجه توزیع یكنواخت و كنترل اندازه ذرات خواهد بود و با به كارگیری جریان لایه ای كنترل شده اطراف المنت های حرارتی درون محفظه خلأ می توان خروجی را برحسب نیاز تحویل گرفت.
این فرآیند می تواند گوی های فلزی بسازد كه بسیار ریز هستند. برای كاربردهای خاص، ذراتی ساختیم كه تنها دو نانومتر پهنا دارند و تنها از چند صد اتم تشكیل شده اند.
سال ها است كه ذرات نانو در تایرها، لوازم آرایشی و پوشش های محافظتی خاص استفاده می شوند، اما تولید انبوه گوی های فلزی هم شكل، افق های جدیدی را به روی ما می گشاید. حتی در مقیاس میكرونی بیشتر فلزات با اكسیژن واكنش نشان می دهند. هنگامی كه به قطرهای بسیار ریز می رسیم، ذرات فلز سطح كافی خواهند داشت تا به صورت استثنایی راكتیو (واكنش دهنده) باشند. ذرات نانویی تولید شده به وسیله كوانتوم اسفیر آن قدر كوچك هستند كه هر اتم موجود در ذره می تواند در واكنش ها شركت كند. نیكل نانویی و دیگر ذرات نانویی باید در ظرف های عاری از هوا نگهداری شوند و گرنه به طور طبیعی خواهند سوخت.
اگر در محیطی كنترل شده نانو آلومینیوم را آزاد كنیم، همانند دینامیت عمل خواهد كرد. در ضمن برای سوخت راكت نیز قابل استفاده خواهد بود؛ از این رو، وزارت دفاع آمریكا برای مهمات نسل آینده و ناسا برای افزودنی ها به سوخت های راكت ها روی این موضوع تحقیقات گسترده ای انجام می دهند.
نیكل كاتالیستی ارزان قیمت است و برای هیدروژنیزه كردن روغن سبزیجات به كار می رود. پژوهشگران علوم فضایی راكتورهایی برپایه نیكل را برای تبدیل دی اكسیدكربن و یخ به سوخت راكت ها پیشنهاد می كنند.
برتری نیكل به دلیل فراوانی هزار برابری آن و پانصد برابر ارزان تر بودن از پلاتین است. با این تغییر شگرف می توان نیكل را با پلاتین موجود در پیل های سوختی تعویض كرد؛ در نتیجه پیل های سوختی هیدروژنی به لحاظ هزینه فناوری، اقتصادی خواهند بود.
ذرات نانویی نیكل نیروی كاتالكتیكی بیشتری درقیاس به صفحات نیكلی معمولی دارند. این توان آن قدر زیاد است كه می توان از نانو ذرات نیكل در غشای الكترولیتی انواع پیل های سوختی استفاده و پلاتین را حذف كرد. براساس قیمت های موجود این كار تا ۵۰ درصد هزینه تولید پیل های سوختی را پایین خواهد آورد.
با جانشینی پلاتین و ذرات نانویی نیكل، شاهد تغییرات عمده ای روی موتورهای احتراق داخلی نیز خواهیم بود. پلاتین در مواد كاتالكتیكی موتور دیزل و در مدل های كاتالكتیكی كنترل گازهای خروجی نیز به كار برده می شود و نانو نیكل در همه این موارد كارساز است.
با گسترش استفاده از نانو، نیكل فرآیندهای كاتالكتیكی بیشتر به كار گرفته خواهند شد، زیرا قیمت فرآیند توجیه پذیر خواهد بود. این فناوری می تواند در بخش های متفاوت تولید، بهره برداری، توسعه و مصرف انرژی به كار گرفته شوند و بخشی از كسری بودجه ایالات متحده به دلیل واردات فراوان نفت را جبران كنند. به گزارش مركزملی انرژی، واردات نفت هفته ای یك میلیارد دلار از درآمد اقتصاد آمریكا را می بلعد.
تغییراتی كه در ساختار طبیعی فلزات معمولی داده می شود، گواهی است بر پتانسیل عظیم نهفته در علم نانوتكنولوژی در مقیاس نانو تقریباً همه چیز متفاوت است. یافتن راه های متفاوت برای به خدمت گرفتن این تفاوت ها، نیروی عظیم را در اختیار ما خواهد گذارد.
يكي از اكتشافات بزرگ مربوط به Nanotechnology ، كشف Nanotube است .نانو تيوبها صفحاتي از اتمهاي كربن هستند كه درون قسمتي غلطك مانند حركت مي كنند ودر ظاهر شبيه توريهاي سيمي هستند كه بر روي يك سمت آنها پوششي قرار گرفته باشد. Carbon Nanotube لوله كربني تو خالي است . نانو تيوب هاي كربني از منابع كربني مانند گرافيت يا گازهاي هيدروكربني بوسيله روشهايي مانند تخليه الكتريكي ، TCVD و Laserr ablation ساخته مي شوند . اين مواد به علت داشتن خواصي مانند سطح ويژه زياد (700-1000 m2/gr) ، استحكام زياد (حدودا 50 برابر فولاد) و خصوصيات الكتريكي و الكترونيكي استثنايي موارد كاربرد زيادي از جمله استفاده به عنوان پايه كاتاليست ، تقويت مكانيكي پليمرها و كمپوزيت ها و ساخت قطعات الكترونيكي دارند .آنها 10 برابر از فولاد محكمتر ند در حاليكه وزنشان يك ششم وزن فولاد است. اين امتياز باعث شده است كه آنها اولين انتخاب براي ساختن پلها، هواپيماها وحتي سفينه هاي فضايي باشند. تنها مشكل اين است كه بزرگترين نانو تيوبي كه در آزمايشگاه ساخته مي شود تنها چند ميلينتر است. اما اين مسئله باعث شده كه درمورد ماشينهاي كوچك ، نانو تيوب ها ي كربني ايده آل باشند. يكي از مشكلاتي كه بر كيفيت ابزار MEMSتاثير منفي مي گذارد ساييدگي قسمتهاي بسيار كوچك آنهاست كه در هر ثانيه هزاران بار اتفاق مي افتد. اما در ياتاقانهاي ساخته شده از نانو تيوبها تقريبا هيچ گونه اصطحكاكي وجود ندارد.وامتيازمهم اين است كه نانو تيوبها در هر دو حالت رسانا ونارسانا وجود دارند واين ويژگي موجب استفاده آنها در وسايل مختلف الكتريكي شده است. نانو تيوبها دو نوع هستند : نانو تيوبهاي چند ديواره اي و تك ديواره اي كه به ترتيب در سال 1991 و 1993 كشف شدند. نوع چند ديواره اي از الياف گرافيتي ساخته مي شود در حالي كه نانو تيوبهاي تك ديواره اي از الياف فولرن كشيده شده تشكيل شده اند . از زمان كشف اين مواد كاربرد هاي مختلفي پيشنهاد شده است كه از آن جمله مي توان استفاده از نوع چند ديواره اي را در نوك اي . اف . ام حامل و در مورد نوع تك ديواره به منظور استفاده در وسايل الكترونيكي يا به عنوان محيط مناسب جهت ذخيره هيدروژن اشاره نمود .
نانو تيوبهاي تك ديواره از ديواره هاي استوانه اي گرافن به قطر 1 تا 2 نانومتر تشكيل شده است . نوع چند ديواره اي ,ديواره هاي ضخيم تري دارد و از چندين استوانه هم محور گرافن كه با فاصله 34 نانومتر (در حد فاصله لايه هاي گرافيت) از هم جدا شده اند ,تشكيل گرديده است . قطر خارجي نانو تيوب چند ديواره اي 2 تا 25 نانومتر و سوراخ داخلي آن در محدوده 1 تا 8 نانومتر قرار دارد و ما بين لايه هاي منفرد گرافيت هيچگونه نظم سه بعدي وجود ندارد . طول متوسط نانو تيوب مي تواند چندين ميكرون باشد .
اولين بار نانو تيوبها در سال 1991 توسط «سوميو ايجيما» و به صورت کاملا اتفاقي در هنگام مطالعه سطوح الکترودهای کربن در هنگام تخليه قوس الکتريکی کشف شد.
دامنه کاربرد:
محاسبات اوليه نشان داده اند كه نانو تيوبها بسته به هليسيتي و قطرشان مي توانند رسانا يا نيمه رسانا باشد . دو سر تيوب حالت فلزي از خود نشان مي دهند .نانو تيوب در عين استحكام بالا بسيار انعطاف پذير است .
اكثر كاربرد ها بر اساس ساختار الكترونيكي ,استحكام مكانيكي ,انعطاف پذيري و ابعاد نانو تيوب پيشنهاد شده است . كاربرد الكترونيكي بر پايه نانو تيوب تك ديواره اي است در حالي كه در مورد ساير كاربردها تفاوتي ميان نوع چند ديواره اي و تك ديواره اي وجود ندارد . كاربرد نانو تيوب به عنوان وسايل الكترونيكي كوچك مورد توجه بيشتري قرار گرفته است . به عنوان مثال نوع تك ديواره اي كه بين دو الكترود فلزي قرار داده شده , مشابه وسايل نيمه رساناي مرسوم است و عملكرد آن در حد وسايل موجود برآورد شده است (عملكرد از لحاظ سوييچينگ). نانو تيوبها مي توانند به دليل استحكام و انعطاف پذيري در ساختمان مواد به كار روند و موادي با خواص بهتر را ايجاد كنند .
مشخصات :
ساختار تو خالي نانو تيوب سبك بودن آن را به دنبال دارد . چگالي نوع چند ديواره اي 8/1 و نوع تك ديواره اي 8/0 است . استحكام ويژه آنها حداقل 100 برابر فولاد است . نانو تيوبها مقاومت خوبي در برابر مواد شيميايي داشته و از پايداري گرمايي بالاي برخوردارند . اكسايش نانو تيوب از دو سر تيوب آغاز مي شود . اين عمل باعث باز شدن تيوب خواهد شد . انتقال الكترون در نانو تيوبها منحصر به فرد است و در جهت محور شديدا رسانا هستند. رسانايي گرمايي آنها در جهت محوري نيز بالا است . نانو تيوبها از لحاظ كاتاليزوري فعال مي باشند. نانو تيوبها خاصيت مويينگي بالايي دارند و مي توانند گازها و مايعات را در خود جاي دهند . از نانو تيوبهاي چند ديواره اي به عنوان الكترود در واكنشهاي بيوالكترو شيميايي استفاده شده است . نانو تيوبها مي توانند واكنشهاي احياي اكسيژن را كاتاليز كنند. سرعت انتقال الكترون در نانو تيوب بيشتر از الكترودهاي كربني است . ذخيره هيدروژن در داخل حفره هاي نانو تيوبهاي تك ديواره اي امكان پذير خواهد بود .
روشهاي توليد نانو تيوب كربني:
در سال 1991 توسط پژوهشگر ژاپني به نام سوميو ايجيما كه متخصص ميكروسكوپ آزمايشگاه NECبود ،آزمايشي به وقوع پيوست كه تا به حال سهم به سرتئي در توسعه نانو تكنولوژي داشته است. وي كه به دستكاري وتغيير روش هاي ارائه شده توسط محققين موسسه ي فيزيك هسته اي ماكس پلانگ جهت توليد فولرين مشغول بود، دو الكترد گرافيت را به جاي اتصال در فاصله كمي از يكديگر قرار داد وبين آنها قوس الكتريكي برقرار كرد. اين آزمايش سبب شد كه وي به طور كاملا اتفاقي نانو تيوب هاي كربني را كشف كند. اهميت روز افزون اين مواد در صنعت به دليل خواص مكانيكي والكتريكي جالب ومتنوع آنها ست .پيش بيني مي شود كه اين مواد بتوانند در بسياري از ساختار هاي نانو متري آينده به كار روند. دو نوع ساختار متفاوت نانو تيوب كربن وجود دارد،كه از بقيه اشكال آن تا حدودي متمايز است:
1- نانو لوله تك جداره Single Wall
2- نانو لوله چند جداره Multi Wall
اين دو مورد وخصوصا نوع تك جداره آن صرفا به دليل سادگي توجه پژوهشگران بيشتري را به خود جلب كرده است.نانو لوله تك جداره از يك ورقه ي گرافيت پيچيده به صورت استوانه به وجود آمده كه دو سر آن به حالت كروي مسدود است.تفاوت نوع چند جداره به وجود آمده كه درون هم قرار دارند. در ميان انواع روشهاي توليد نانو تيوب كربني تك جداره ،سه روش از اهميت وارزش بالاتري بر خوردار دارند. اين روشها عبارتند از :
1- قوس الكتريكي Arc Discharge
2- رسوب گذاري بخار شيميايي :
(Chemical Vapor Deposition or CVD)
3- تبخير ليزري (Laser Vaporization)
روش قوس الكتريكي:
روش قوس الكتريكي همان روشي است كه توسط سوميو ايجميا براي اولين بار به كار برده شد،بااين وجود مقدار محصول به وجود آمده در اين روش بسيار پايين است.ولي در روش رسوب گذاري بخار شيميايي مي توان محصول بيشتري را به دست آورد.و به همين دليل پيش بيني ميشود كه در آـينده براي توليد انبوه نانو لوله ها در مقياس صنعتي به كار رود.در روش قوس الكتريكي از دو الكترد گرافيت استفاده ميشود وآنها را درفاصله كمي از يكديگر قرار مي دهند به خاطر اينكه خلوص بدست آمده در روش ايجيميا بسيار پاييين بود Journet وهمكار انش در سال 1997 به دستكاري متد بكار رفته توسط ايجما پرداختند وبا بهينه كردن پارامتر هاي توليد توانستند نانو لوله هاي تك ديواره با خلوص وراندمان بالا بدست آورند .آنها از آند گرافيتي با قطر 16 وطول 40 ميلي متر وهمچنين الكترود ديگري با قطر 16 وطول 100 ميل متر به عنوان كاتد استفاده كردند ونيز براي بدست آوردن نانو لوله Single Wall ميان اند كاتاليست Ni,Yپرگرديد. عمود بودن يا در امتداد هم قرار داشتن كاتد وآند تاثير چنداني در سنتز ندارد.
براي اجراي قوس الكتريكي بايد محيط اطراف دستگاه را ابتدا خلا كرده وسپس در فشاري پايين (معمولا بين 260 تا 360 torr) از هليوم ويا آرگون كه گازهاي بي اثر هستند پر كنيم .يكي از عوامل مهم در سنتز نانو لوله ها به روش قوس الكتريكي پايداري قوس الكتريكي اعمال شده ونيز مقدار شدت جريان وولتاژ است كه مي تواند در مقدار محصول بدست آمده موثر باشد.در صورتي كه محصول مورد نظر نانو تيوب هاي Multi Wallباشد ديگر اجباري در استفاده از كاتاليزگرها نداريم با اينكه محصول به دست آمده توسط روس قوس الكتريكي به خاطر محدود بودن وسايل آزمايش بسيار كم است، اين روش توسط بسياري از پژوهشگران اجرا مي شودف زيرا مقدارمحصول براي يك كار تحقيقي روي نانو لوله اهميت خاصي ندارد بلكه آنچه مهم است خلوص محصول وكامل بودن ساختار آن است .كه روش قوس الكتريكي تا حد زيادي اين مشكل را بر طرف ميكند واما مشكل ديگردر روش قوس الكتريكي تكنيك خلا است كه در بسياري از آزمايشگاههاي سطح پايين امكان آن وجود ندارد ونيز استفاده از هليم وآرگون كه هر دو گازهاي گراني هستند، هر چند در بعضي از روشها از گاز هيدروژن استفاده شده است ولي اين مورد تالثير چنداني نداشته ومشكل بوجود آمده ديگر امكان انفجار وخطرات جانبي هيدروژن است.
پايداري قوس الكتريكي عامل مهمي در سنتز به شمار مي آيد با اين وجود استفاده از يك منبع تغذيه ي DCميتواند تاثير خوبي در سنتز داشته باشد وآزمايشات نشان داده است هر چند اندازه ي شدت جريان نسبت به اختلاف پتانسيل بيشتر باشد شرائط بهتر است ولي رسيدن به چنين جريان هائي بسيار مشكل است.
روش Magnetic Field:
يكي از موضوعات وپارامترهاي مهم براي پژوهشگراني كه مي خواهند از نانو لوله ها استفاده كنند خلوص محصول است وهمچنين اينكه در سطح مقدار بيشتري نانو لوله قرار گرفته باشد، تا بتوانند آزمايشهاي كيفي خود را با دقت بالاتري انجام دهند. در روش قوس الكتريكي هنگاه ايجاد قوس در اطراف كاتد وآند به دليل اختلاف پتانسيل وجريان، دما تا حد قابل توجهي بالا مي رود ،اين مقدار به اندازه اي است كه گرافيت (در حالت كلي كربن ) رو ي آند بخار شده وسپس روي كاتد مي نشيند.از آنجا كه در اطراف كاتد وآند گاز قرار دارد در نتيجه اين افزايش دما بر گاز نيز اثر گذاشته ودماي آنرا افزايش مي دهد . ودر نتيجه در اطراف محيطي نه به شكل گاز بلكه به شكل حالت چهارم ماده پلاسما به وجود آمده است .
دليل ليمكه پلاسما را حالت جديدي از ماده مي ناميم اين است كه از تركيب ين هاي مثبت ومنفي اتم هاي خنثي بوجود آمده است .با افزايش دما تعداد اتمهاي خنثي كاهش يافته در حقيقت ميزان بارهاي آزاد دما تعداد اتمهاي خنثي كاهش يافته در حقيقت ميزان بارهاي آزاد افزايش مي يابد .اما نكته مهم در پلاسما اثرات ميدان مغناطيسي بر آنهاست .به وسيله ميدان مغناطيسي مي توان پلاسما را در يك منطقه محصور كرد.اين جلوگيري از برخورد پلاسما با ديواره طرف كه در راكتور كه در راكتور گداخت گرمائي از آن استفاده ميشود مي تواند در سنتز نانو لوله ها بسيار موثر واقع شود. فرض كنيد اطراف الكترود هاي گرافيتي را با يك ميدان مغناطيسي حاصل از چها رآهن ربا احاطه كنيم ،در اين صورت وجود ميدان سبب مي شود پلاسما ي وجود آمده به ديوارها برخورد نكند وفقط در محدوده ي گرافيتها دما افزايش مي يابد كه اين امر باعث كمك به تبخير بهتر وسريعتر آند مي شود ودر كل سنتز حالت بهتري به خود مي گيرد.در اين مورد ديگر جنس طرف اهميت خاصي ندارد.
روش Under de-ionized Water:
برخي از محققان در جهت تلاش براي حذف تكنيك خلا وهم چنين گازهاي گران قيمت هليوم وآرگون به روشهاي جديدي دست يافته اند، از اين موارد مي توان به قرار دادن الكترودها در نيتروژن ما يع اشاره كرد، كه خود پر خطر است. آب چون يكي از موادي است كه به فور در طبيعت يافت ميشود ،مي تواند به راحتي مورد استفاده قرار گيرد. البته آبي كه در ساخت نانو لوله ها استفاده ميشود،از نوع de- ionized يا يون زدوده است كه از عبور جريان به مقدار زيادي جلوگيري مي كند .اين آب كه معمولا در صنعت ميكرو الكترونيك كاربرد زيادي دارد را مي توان به راحتي با استفاده از دستگاههاي (رزين)در آزمايشگاههاي شيمي بدست آورد ومعمولا نيروگاهها از اين آب استفاده مي كنند. خصوصيت جالب در مورد آب يون زدوده اين است كه خاصيت عبور ندادن جريان در آن براحتي از دست نمي رود . سنتز در آب مي تواند هزينه ي آزمايش را تا حد قابل توجهي كاهش دهد، ولي مقدار ودرجه خلوص نانو تيوب هاي بوجود آمده د راين آزمايش بسيار پايين است خصوصا اينكه مقداري از نانو لوله ها ممكن است در آب به صورت مخلوط وارد شود، كه البته مي توان با يك روكش گرافيتي از آن جلوگيري كرد. شكل الكترود ها وحالت قرار گرفتن آنها در سنتز قوس الكتريكي بسيار انعطاف پذير است .تا كنون با آزمايشهائي كه به وسيله اين روش صورت گرفته حتي در زمانهايي كه از كاتاليز گرها استفاده شده است ، محصول از نوع چند جداره بوده واين خاصيت آب در تشكيل نانو لوله هاي MWNTs است.
دارو رساني به وسيله نانو تيوبهاي كربني:
پژوهشگران به تازگي در يافته اند كه شكل خاصي از مولكولهاي كربن مي توانند به خوبي وارد هسته سلولها شوند ومي توان در آِينده اي نزديك از آنها درسيستم دارسازي وواكسيناسيون استفاده كردامروزه از اين مولكولهاي كربن كه (نانو تيوبهاي كربنCarbon nano tubes) ناميده مي شوند تنها جهت حمل پپتيدهاي كوچك به هسته هاي سلولهاي فيبروپلاستي استفاده مي شود ولي پژوهشگران اميدوارند كه بتوانند از آنها در درمان سرطان ،ژن درماني وواكسيناسيون نيز استفاده نمايند. آلبرتوبيانكو از موسسه CNRSدر استراسبوك فرانسه مي كويد كه پژوهشگران در مراحل اوليه تحقيقات مي باشند واز آنجا كه به نظر مي آيد نانو تيوبها مي توانند وارد هسته شوند، از اين خاصيت جهت حمل ژنها ي ساخته شده ورساندن داروها به بخش خاصي از سلول مي توان استفاده كرد. تيم تحقيقاتي بيانكو ،نانو تيوبها را چند روز در دي متيل فرماميد حرارت دادند وبه دنبال آن اتصالات كوتاهتري (اتيلن گيكول TEG) ايجاد شد وسپس پپتيدهاي كوچك به مولكولهاي TEGمتصل شدند وهنگامي كه اين نانو تيوبها با سلولهاي فيبروپلاست انساني كشف شده مخلوط شدند،به سرعت به سمت هسته حركت كردند. اصولا طيف وسيعي از مولكولها مي توانند به نانو تيوبها متصل شوند وبه راحتي به سمت سلولها حركت كنند وبه طور كلي نانو تيوبها سميت بالايي ندارند ودر دوزهاي پايين براي سلولها بي ضررند ولي در غلضتهاي بالا باعث از بين رفتن سلولها مي شوند وبايد اثرات آن در بدن مورد مطالعه قرار گيرد. روت دوتكان پژوهشگر دانشگاه كاريف انگلستان مي گويد:دلايل بسياري وجود دارد كه نشان مي دهد كه ذرات بسيار ريز مي توانند در سيستم دارو سازي مفيد باشند.اما مكانيسم وارد شدن نانو تيوبها به داخل سلولها مشخص نمي باشد.همچنين او مي گويد تحقيات نا موفقي جهت استفاده از bucky balls (نانو تيوبهاي كربني كروي) جهت رساندن داروهاي ضد سرطان ونوكلوتيدهاي پرتو زا به داخل سلول انجام شده است.
خلق نانوتيوپهاي كربني ابر رسانا
پژوهشگران نانو تيوب هاي كربني تك ديواره يك بعدي خلق كرده‌اند كه علاوه بر ويژگيهاي ابر رسانايي، پتانسيلي براي زير بناي نسل جديد الكترونيك‌هاي بسيار ريز هستند . پژوهشهاي قبلي اين احتمال را داده اند كه دسته اي از نانو تيوب ها – در اصل صفحات گرافيتي در اندازه اتمي كه درون استوانه اي به دور هم پيچيده اند - هنگامي كه روي هم انباشته ميشوند رفتار ابر رسانايي نشان مي‌دهند.
پژوهشهاي Sheng و Tang فيزيك‌دانان موسسه علم و نانو تكنولوژي دانشگاه هنگ كنگ نشان داده است كه تك نانو تيوب هاي مجزاي يك بعدي نيز ميتوانند ابر رسانا باشند. Sheng درمصاحبه با روزنامه بين المللي United Press اظهار داشته " اين تيوبها يك بعدي هستند بنابراين ما با وجود يك بعدي بودن ابر رسانايي را نشان داده ايم و اين اولين باري است كه تا به حال مشاهده شده است و از جهاتي مرز جديدي است زيرا ما داريم پديده يك بعدي بودن را مي بينيم . ما در دنياي سه بعدي زندگي مي كنيم و روي يك بعدي بودن تامل كرده ايم و اكنون پديده يك بعدي بودن يك حقيقت شده است ."
آنها نانو تيوب ها را درون حفرات يك كريستال زئوليت رشد دادند كه همانند شابلون و يا قالب عمل ميكند و براي تشكيل
تيوب ها ابتدا دما را تا C 400 و سپس تاC 500 بالا بردند.
كربن يكي از متداولترين و مهمترين عناصر مي‌باشد . الماس كربن خالص است . اعتقادي بر ابر رسانايي كربن خالص وجود ندارد اما اين كشف نشان ميدهد كه صفحات كربن اگر به تيوب هايي به حد كافي كوچك شكل داده شوند، ميتوانند خواصشان را تغيير دهند. حال سوال اينست كه آيا كربن خالص مي تواند ابر رسانا باشد؟ پاسخ حداقل در مقياس نانو بله مي باشد.
محدوديت هاي فيزيكي سيليكون تلاش هاي انجام گرفته براي كوچك كردن اندازه كامپيوترها، افزايش قدرت محاسباتي آنها و كاهش مصرف برقشان را با مشكل مواجه كرده است . اندازه بسيار كوچك نانو تيوب ها – فقط چند صد يا چند هزار اتم – و خواص الكترونيكي چند منظورشان ، آنها را كانديداي خوبي براي انتخاب در جاهايي كه سيليكون مساله ساز است ساخته است .
در حاليكه پژوهش روي نانو تيوب ها هنوز نسبتا جوان است، كشف هاي اخير خبر مي دهند كه نانو تيوب ها ميتوانند اساس قطعات الكترونيكي كوچك نظيركامپيوترهاي فرا ريز را تشكيل دهند.
ساخت تركيب نانو چند لايه اي Ti2AIN از طريق كندوپاش مغناطيسي DC
دانلودشيوه و چگونگي ساخت فاز Ti2AIN در اين مقاله مورد آزمايش و بررسي قرار گرفته است. لايه هاي نازك Ti2AIN يكي از اعضاي گروه فاز Mn+1AXn (M: فلز واسطه؛ A: عنصر گروه A؛ X: كربن و يا نيتروژن؛ (n=1, 2, 3، با خواص فوق العاده سراميكي - فلزي مي باشد، رسوب گذاري لايه هاي نازك اين نيتريد سه تايي به وسيله كند و پاش مغناطيسي dc از يك هدف تركيبي Ti-Al در فضاي مخلوط گازي Al/N2 روي زير لايه هاي Ti، Si و glass انجام شد. با استفاده از پراش اشعه X و ميكروسكوپ نيروي اتمي AFM، ساختار كريستالي Ti2AIN(004) حاصل شده و در ادامه خصوصيات سطح نمونه هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت.
کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/65313855903.pdf
اتصال آنتي بادي ضدمورفين به نانو ذره هاي طلاي تهيه شده با گلوتاميك اسيد
زمينه و هدف: نانوذره هاي طلا يكي از پركاربردترين نانو ذره هاي فلزي در زمينه هاي مختلف به ويژه نانوپزشكي و نانوزيست فناوري به شمار مي رود. هدف از اين پژوهش توليد نانوذره هاي طلا با اندازه بسيار كوچك با استفاده گلوتاميك اسيد مي باشد و پس از آن نانوذره هاي توليدي به آنتي بادي ضد مورفين متصل مي شود.کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/65013870410.pdf
روش تحقيق: در اين مطالعه تجربي نانوذره هاي طلا با روش كاهش شيميايي، با استفاده از گلوتاميك اسيد تهيه و پوشش دار شدند. تشكيل اين ذره ها و اندازه آن ها پس از توليد با طيف سنجي فرابنفش - مرئي، تفرق ديناميكي نور و ميكروسكوپ الكتروني عبوري تعيين شد. آنتي بادي ضدمورفين با تزريق 400mg/mlاكسن مورفين به 9 خرگوش به صورت زير جلدي پس از 90 روز خالص سازي شد. بررسي ايمني، مصونيت زايي و توليد آنتي بادي با روش ايمونوديفيوژن انجام شد. نانو ذره هاي كلوييدي طلا ابتدا با بافرفسفات سالين سوسپانسيوني شده و سپس با پروتئين آنتي بادي ضد مورفين به مدت 115 ساعت در انكوباتور4oC انكوبه و كونژوگه شدند؛ شناسايي نانوذره هاي متصل شده به پروتئين، توسط الكتروفورز ژلي سديم دودسيل سولفات و طيف سنجي فرابنفش- مرئي انجام شد.
يافته ها: اين ذره ها داراي بيشينه جذب در طول موج 525nmبوده و اندازه آن ها حدود20nm است. نوارهاي ايجاد شده در SDS-PAGE مربوط به نانوذره هاي كونژوگه شده در مقايسه با نوارهاي نمونه استاندارد به سمت بالا جا به جا شده است.
نتيجه گيري: گلوتاميك اسيد قادر به توليد نانوذره هاي طلا بوده و با توجه به غيرسمي بودن آمينواسيدها، ذره هاي توليدي با اين روش، مورد مناسبي براي كاربردهاي پزشكي و زيست فناوري خواهد بود؛ همچنين نانوذره هاي كونژوگه شده با آنتي بادي ضد مورفين مي تواند به عنوان ماده موثر روش هاي تشخيص سريع مورفين قرار گيرد.
اثر اصلاح سطح نانوذرات سيليکا بر خواص ويسکوالاستيک نانوکامپوزيت آن با پلي استيرن
کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/52113879808.pdf
در اين پژوهش، ابتدا نانوذرات سيليکا به وسيله وينيل تري اتوکسي سيلان اصلاح شد. سپس کشش سطحي ذرات سيليکاي اصلاح شده و اصلاح نشده و چسبندگي آنها به پلي استيرن معين شد. در ادامه دو نوع نانوکامپوزيت پلي استيرن- سيليکاي اصلاح شده و نشده با ترکيب درصدهاي مختلف پرکننده به روش پراکنش ذرات در محلول پليمر تهيه شد و به منظور مطالعه رفتار ويسکوالاستيک تحت آزمون رئومتري ديناميک قرار گرفت. مشاهده شد که در بسامدهاي کم نانوکامپوزيت اصلاح نشده نسبت به پلي استيرن خالص به شدت رفتار شبه جامد دارد. به اين معني که سرعت افزايش مدول ذخيره بيشتر از سرعت افزايش مدول اتلاف کامپوزيت است که باعث کاهش ضرايب ميرايي آن مي شود. افزايش درصد پرکننده منجر به تشکيل کلوخه هايي مي شود که عامل اصلي افزايش گرانروي، مدول و رفتار ويسکوالاستيک غيرخطي نانوکامپوزيت هستند. با اصلاح سطح ذرات سيليکا و کاهش اختلاف کشش سطحي بين سيليکا و پلي استيرن شدت کلوخه شدن آنها کاهش مي يابد. ضمن اين که با کاهش برهم کنش بين ذرات، چسبندگي پلي استيرن به سطح ذرات سيليکاي اصلاح شده کاهش مي يابد. هم چنين مشاهده شد که نمودار مدول اتلاف نانوکامپوزيت اصلاح نشده به سمت دماهاي بيشتر منتقل مي شود. به اين معني که Tg نانوکامپوزيت با افزودن ذرات پرکننده تغيير مي کند.
کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/47113880101.pdf
در تحقيق حاضر با افزودن پرکننده هاي مختلف سيليس به لاک پلي يورتاني تغييرات ايجاد شده در برخي خواص نظير تغييرات رئولوژيکي و دماي انتقال شيشه اي، بررسي هاي ميکروسکوپي و سختي نانومتري و مه گوني مورد آزمون قرار گرفت. به عنوان پرکننده انواع سيليس شامل نانوکريستوباليت، نانوسيليس اصلاح سطحي شده و نانوسليس اصلاح نشده انتخاب گرديد. دانه بندي همه نمونه ها كمتر از 100 نانومتر بود. تغييرات گرانروي بر حسب سرعت برشي در سرعت هاي پايين براي نمونه هاي حاوي افزودني هاي اصلاح نشده روان برش و براي نمونه حاوي سيليس اصلاح شده در سرعت هاي متوسط روان برش بود. نتايج آزمون مه گوني براي سيليس اصلاح شده رضايت بخش بود. نتايج اثرگذاري نانو نشان داد که عدد سختي در حضور پرکننده ها افزايش و عمق خراش کاهش يافته است.
اثر دما و نانو ذرات كربنات كلسيم بر خواص كششي پلي اتيلن با چگالي متوسط
کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/52113879405.pdf
به منظور بررسي اثر نانوذرات کربنات کلسيم در دماي بالا بر رفتار کششي پلي اتيلن با چگالي متوسط، نمونه هاي نانو کامپوزيتي با ترکيبات 0، 2، 5 و 10 درصد وزني از کربنات کلسيم به روش قالب گيري فشاري تهيه شد. فيلم هاي تهيه شده با ضخامت حداکثر 10mm با استفاده از دستگاه تجزيه گرما مکانيکي، زير بارگذاري کششي در دماهاي 30، 60 و 90oC قرار گرفتند. نتايج بررسي ها نشان داد که افزاي نانو ذارت کربنات کلسيم باعث افزايش استحکام و مدول نمونه هاي نانو کامپوزيتي در مقايسه با نمونه پي اتيلن با چگالي متوسط شده است. با افزايش دما نيز اين روند افزايشي استحکام، با افزايش نانو ذرات کليسيم وجود دارد.
اثر نانولوله هاي کربني تک جداره بر سينتيک تبلور ناهم دماي پلي پروپيلن: مقايسه روش هاي اوزاوا و کازه – چواکد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/52113889906.pdf
سينتيک تبلور ناهم دماي پلي پروپيلن حاوي 0.5 درصد وزني از نوانولوله هاي کربني تک جداره (PP/SWNT) در سرعت هاي سرمادهي مختلف به کمک روش گرماسنجي پويش تفاضلي مطالعه شد. داده هاي به دست آمده از تبلور مذاب در حالت ناهم دما بر اساس مدل هاي اوزاوا و کازه – چوا تحليل شدند. اگر چه تبلور ناهم دماي پلي پروپيلن به کمک مدل اوزاوا به خوبي توصيف شد، اما عدم توانايي آن در تشريح نانوکامپوزيت PP/SWNT مشخص شد. نتايج به دست آمده از مدل کازه – چوا حاکي از قابليت اين مدل در توصيف خوب رفتار هر دو ماده است. در ضمن، با استفاده از روشي که توسط Dobreva و Gutzow گسترش داده شده است. مقدار فعاليت هسته سازي نانو لوله هاي کربني تک جداره بر تبلور پلي پروپيلن 0.65 به دست آمد. اين مساله بر اين حقيقت دلالت دارد که ماده مزبور نقش عامل هسته ساز را براي پلي پروپيلن ايفا کرده است.
تهيه پوشش هاي لايه نازک نانوذرات آناتاز به روش سل ـ ژل در دماي پايين و بررسي اثر فوتوکاتاليستي آنها
کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/47113880207.pdf
در اين تحقيق، محلول سل حاوي نانوذرات دي اکسيد تيتانيم آناتاز در شرايط ملايم (دماي 80oC و فشار محيط) با آبکافت تيتانيم نرمال-بوتوکسيد درمحيط اسيدي و تقطير بازگشتي محلول تهيه شد. سپس محلول سل حاوي اين نانوذرات متبلور شده بر روي بسترهاي شيشه اي به روش پوشش دهي چرخشي در شرايط محيطي اعمال شد. ساختار بلوري، اندازه ذرات و ريخت شناسي سطح بسترهاي پوشش داده شده با آزمون هاي پراش اشعه ايکس، ميکروسکوپ الکتروني عبوري TEM)) و ميکروسکوپ الکتروني پويشي(SEM) بررسي شدند. نتايج نشان داد نانوذرات حاصل داراي ساختار بلوري آناتاز با متوسط اندازه ذره 40-30 نانومتر بوده و به طوريکنواخت درسطح توزيع شده اند. اثر فوتوکاتاليستي پوشش هاي تهيه شده با تجزيه متيلن بلو مورد بررسي قرار گرفت و نتايج با پوشش تهيه شده از نمونه سل تجاري و همچنين نمونه عمليات حرارتي شده در 650oC مقايسه شد.
تشكيل نانو ساختارهاي متخلخل پروسكايتي روي منوليت فولاد ضد زنگ
کد:http://www.sid.ir/fa/VEWSSID/J_pdf/526138711804.pdf
مبدل هاي كاتاليستي معمولي با استفاده از فلزات گران بهاي Pt، Pd و Rh براي رفع آلودگي ناشي از خودرو ها، بيش از 25 سال است در مسير گاز اگزوز قرار مي گيرند. اخيرا براي کاهش مصرف فلزات گران بها در اين مبدل ها استفاده از پروسکايت ها مورد توجه قرار گرفته است. در اين تحقيق براي اولين بار، پروسكايت متخلخل روي سطح ورق نازك (منوليت) فولاد ضد زنگ با روش Raney ايجاد گرديد. ابتدا سطح فلز با روش Hot Dip Aluminizing در آلومينيوم مذاب در دماي 750oCلياژ شد، سپس با استخراج آلومينيوم با محلول سود، ريز ساختارهاي نانومتري روي لايه سطحي فلز پديد آمد. با استفاده از روش هاي اعمال فشار روي منوليت فلز و يا سرد كردن ناگهاني آلياژ، ساختار هر چه ريزتر شد و سطح تماس افزايش يافت. با استفاده از اين روش ها ريز ساختار متخلخل حدود 30nmحاصل شد. نمونه بعد از تلقيح با محلول نيترات لانتانيوم در چند مرحله، طي عمليات حرارتي تا دماي 900oCكلسينه و سينتر گرديد و در نهايت به پروسكايت متخلخل روي منوليت فلز با سطح ويژه بالا تبديل شد.
کاربرد نانو کاتالیست ها در تصفیه هیدروژنی فرایندهای پالایش نفت
کد:http://araku.ac.ir/~d_chemical_enginnring/_notes/nano_naft.pdf
مروری بر روش های تهیه نانو پودر های سرامیکی
کد:http://araku.ac.ir/~d_chemical_enginnring/_notes/powder_synthesis_original.pdf
بررسی اشتراک اختراعات فناوری نانو در میان کشور های مختلف
کد:http://araku.ac.ir/~d_chemical_enginnring/_notes/nano_eshterakat.pdf
کاربردها و چالش های زيستی نانولوله های کربنی
کد:http://araku.ac.ir/~d_chemical_enginnring/_notes/nano_applications_and_problem.pdf
ساخت غشاهاي نانوفیلتـراسيوني سراميكي چندلايه اي با استفاده از فناوري نانوكامپوزيتها
کد:http://www.iran-far.com/attachment.php?attachmentid=4172&d=1265128906