همه چیز درباره ی نانو در مکانیک ؟! نانو مواد،نانو ذرات و ...

[hossien]

در این بخش مقالات نانو تکنولوژی در رشته مکانیک را ارئه می دهیم.

1- نتایج حاصل از کاربرد نانو فناوری در صنعت تولید شیشه (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/267887.pdf)
2-مدل سازی یک لایه اتم کربن به روش المان محدود (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/312936926.pdf)
3- طراحی یک خازن قابل تنظیم میکرو ترمو الکترو مکانیکی بر پایه انحراف انتهای پایه تیر یک سر گیردار بی متال و کنترل دمای آن (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/232696918.pdf)
4-

[hossien]

4- طراحی و بررسی کارايی يک دستگاه موقعي تدهی ابزار نانو در ابعاد ماکرو با مفصل خمشی دايره ای (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/3901170930.pdf)
5- فرآيند اكستروژن در كانالهاي هم مقطع زاويه دار، شبيه سازي فرآيند و بررسي تاثير نوع مسير در كرنش و يكنواختي آن (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/4401320930.pdf)
6- بررسي رفتار کششي کريستال بدون نقص مس در مقياس نانو با استفاده از روش ديناميک ملکولي (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/4861458107.pdf)
7- مروري بر روشهاي ترکيب ذرات نانو کلي در نانوکامپوزيتهاي پليمري و بررسي خواص آنها (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/4711413102.pdf)
8- مدلسازی قطعات در ابعاد نانو به روش مدلسازی مولکولی (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/64192820.pdf)
9- طراحي و توسعه ميز خطي با استفاده از حرکت حلزوني پيزوالکترکها (http://uc-njavan.ir/uploder/files/y88/4-5-6/3771131929.pdf)

[hossien]

10-کاربردهای مکانیکی نانو لوله های کربنی

[babakonline5]

سلام
در مورد خواص نانو در محدوده روانكاري و ويسكوزيته روغن در ماشين آلات يه راهنمايي مي خاستم ميشه برام يه استارتي بزنيد؟؟ pls start....

[hossien]

پيشرفت هاي اخير در روانکاري موتور خودرو با بهر هگيري از نانوافزودني ها از دانش تا فناوري
http://www.saipaonline.com/media/file/mohandesi%20khodro/24-29.pdf

[hossien]

دست آورد جديد در صنعت روانكاري



http://www.magiran.com/ppic/2961/55/8.jpg

»علي اردمير«(Ali Erdemir) يكي از محققان لابراتوار ملي»Energy’s Argonne« در آمريكا توانسته است با تركيب كردن ذرات ريزي از اسيدبوريك(كه به عنوان گندزداي ملايم و ضدعفوني كننده چشم شناخته شده است) و روغنهاي موتور معمول، خواص روانكاري روغن ها را بهبود بخشد و بازده انرژي را نيز افزايش دهد. وي حدود20 سال از پژوهشهاي خود را برروي خواص روانكاري اسيد بوريك در اين مؤسسه اختصاص داده و در سال1991 موفق به اخذ جايزه »R&D 100« تكنولوژي شده است. اردمير جايزه ياده شده را به اين دليل دريافت كرد كه توانست ثابت كند ذرات ميكروسكوپي اسيد بوريك به طور قابل ملاحظه اي مي توانند اصطكاك بين اجزاي متحرك موتور را كاهش دهند. وي نشان داد فلزاتي كه با فيلم نازك اسيد بوريك پوشش داده مي شوند داراي ضريب اصطكاك كمتري نسبت به فلزاتي هستند كه سطح آنها توسط تفلون پوشيده مي شود. با توجه به پتانسيل و قابليت علم نانو تكنولوژي، وي ذرات اسيدبوريك را تا10 برابر كوچكتر كرد و به اين نتيجه رسيد كه اگر بتواند اسيد بوريك را در سايز نانو تهيه كند خواص مطلوب تري از آنها بدست مي آورد. كاهش اندازه قطر ذرات تا حدود50 نانومتر(كمتر از يك هزارم قطر موي انسان) مي تواند غير از حل مشكلات قديمي، امكانات جديدي را ايجاد كند. در آزمايشات اوليه، او ذرات بزرگ اسيدبوريك را با پلي آلفا الفين هاي خالص (جزء مهم در توليد روغن هاي موتوري سنتزي) تركيب كرد. در اين حالت، به طور قابل ملاحظه اي خواص روانكاري بهتري در روغن خالص ايجاد شد. ولي در طول چند هفته اين ذرات براثر نيروي وزن از روغن جدا شدند. در ادامه كار وي با استفاده از ذرات كوچكتر، سوسپانسيون پايدارتري از معلق ساختن ذرات اسيدبوريك در روغن بدست آورد. در تستهاي آزمايشگاهي، اين نمونه جديد (سوسپانسيون اسيدبوريك در روغن) توانست به ميزان دوسوم از اتلاف انرژي (حرارت ناشي از اصطكاك) را كاهش دهد. تصور اين امر در توجيه اقتصاد سوخت، ساده است. اردمير معتقد است كه با استفاده از يك روانكار برپايه نانو تكنولوژي، مي توان مصرف سوخت را تا5 درصد كاهش داد. با توجه به اينكه ميزان مصرف روزانه سوخت خودرو در جهان چندين ميليون بشكه است، اگر بتوان رقم يادشده را حتي تا1 درصد نيز كاهش داد




http://www.magiran.com/ppic/2961/55/9.jpg

صرفه جويي اقتصادي آن چشمگير است. اين مؤسسه هم اكنون در حال مذاكره با توليدكنندگان روانكار است تا بتواند از اسيد بوريك در توليد انبوه استفاده كند. از آنجايي كه اين ماده افزودني نياز به ارايه نتايج تستهاي متفاوت دارد ممكن است طي2 سال آينده در دسترس مصرف كنندگان قرار گيرد. در تست هاي اوليه، اردمير نشان داد كه اين تركيب نه تنها يك روانكار مؤثر است، بلكه قادر است يكي از روياهاي ديرينه تكنولوژي صنعتي را محقق كند: اين تركيب يك ماده طبيعي فراوان با هزينه توليد ارزان و بدون خطر براي سلامتي انسان و محيط زيست است.
خواص روانكاري اسيدبوريك از ساختار طبيعي آن نشأت مي گيرد. اين تركيب شامل دسته هاي زيادي از لايه هاي كريستالي است كه در آن اتمها محكم بهم چسبيده اند. نيروي بين اين لايه ها، نيروي بين مولكولي نسبتاً ضعيف و اندروالس است كه درصورت وارد شدن تنش، لايه ها به آساني برروي يكديگر مي لغزند. به اين ترتيب پيوند قوي موجود در داخل هر لايه از تماس مستقيم بين اجزاي متحرك جلوگيري كرده و اصطكاك و سايش را به حداقل مي رساند.
شكل پايين ساختار كريستالي اسيد بوريك را نشان مي دهد. كره هاي آبي نشان دهنده عنصر بور، كره هاي صورتي، اكسيژن و كره هاي زرد، هيدروژن را نشان مي دهند. نيروهاي بين ملكولي كه لايه ها را در يك شبكه كنارهم نگه مي دارد، آنها را قادر مي سازد تا با اصطكاك بسيار كم برروي هم بلغزند.
تاكنون، حجم زيادي از پژوهشهاي اردمير در زمينه خواص روانكاري اسيدبوريك در روغنهاي موتور بوده و علت آنهم وجود ذرات بزرگ از اين ماده بوده است. با پيشرفت و حركت به سوي علم نانو، او موفق شده منافع و استفاده هاي ديگري را هم از اين ماده شيميايي پيدا كند. از طريق يك واكنش ساده شيميايي، نانو اسيد بوريك ها تبديل به اسيدبوريك نسبتاً سيال
مي شوند و مي توانند خواص روانكاري را به خوبي از خود نشان دهند.
اردمير نشان داد استفاده از اين شبه سيال(اسيدبوريك جامد) به عنوان ماده افزودني سوخت نيز مي تواند مزاياي فراواني در برداشته باشد، زيرا از هردو نظر افزايش بازده سوخت و مسائل زيست محيطي مي تواند جايگزين مناسبي براي روانكارهاي كنوني سوخت باشد. بيشتر سوختهاي فسيلي، بخصوص سوخت هاي ديزلي، شامل مقداري سولفور و مواد افزودني ويژه براي ارتقاي روانكاري هستند. با احتراق سوختها، برخي از اين افزودنيها به همراه سولفور باعث نشر مواد مضر و باران اسيدي مي شوند. خروج تدريجي سولفور، سطح مبدل كاتاليست را كه كاهنده مواد سمي خروجي از خودرو است، مي پوشاند و در نهايت مبدل با سولفور مسدود شده و ديگر قادر به خارج ساختن گازها نخواهد بود. اگرچه اردمير كار خود را با رهاسازي پتانسيل اسيد بوريك آغاز كرده، ولي معتقد است تركيبات سنتزي در اندازه هاي نانو ممكن است اثرات روانكاري بهتري داشته باشند. تلاش او براي استفاده از علوم پايه در حيطه نانو تكنولوژي است تا بتواند تركيباتي را پيدا كند كه خواص بهتري از خود نشان دهند.

[hossien]

آشنايي با نانوالماس

نويسنده : مهسا منصورفر (http://www.nano.ir/auther.php?acode=946)
كليد واژه ها :
خلاصه الماس از کربن خالص تشکيل شده و سيستم تبلور آن مکعبي ساده (Cubic) است. وزن مخصوص الماس g/cm 5 ضريب شکست آن 42/2 و سختي آن در مقياس موس ، مساوي 10 است [14و15]. الماس داراي مصارف صنعتي و زينتي است. گرچه الماس بيشتر به عنوان بخش زينت شناخته مي شود، ولي بيش از 80 درصد آن به مصارف صنعتي مي‌رسد. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسيار سخت نظير فولادهاي آلياژي و کاربيد تنگستن ، ساييدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاريها و بخش عمده اي هم بعنوان افزودني به روغن هاي روان كننده و روان كاوها بکار مي‌رود.
متن مقاله

1- مقدمه
الماس از کربن خالص تشکيل شده و سيستم تبلور آن مکعبي ساده (Cubic) است. وزن مخصوص الماس 5 g/cm ضريب شکست آن 2/42 و سختي آن در مقياس موس ، مساوي 10 است .
الماس داراي مصارف صنعتي و زينتي است. گرچه الماس بيشتر به عنوان بخش زينت شناخته مي شود، ولي بيش از 80 درصد آن به مصارف صنعتي مي‌رسد. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسيار سخت نظير فولادهاي آلياژي و کاربيد تنگستن ، ساييدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاريها و بخش عمده اي هم بعنوان افزودني به روغن هاي روان كننده و روان كاوها بکار مي‌رود.

2- تقسيم بندي الماسها بر اساس مصارف صنعتي
• الماسها بر اساس مصارف صنعتي آنها به چهار گونه تقسيم مي‌شوند.
• الماس صنعتي که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زينتي ندارد.
• الماس بورت که قطعه‌هاي کوچک و شکل نامناسب دارد.
• الماس کاربونادو که مخلوطي از الماس ، گرافيت و کربن بي‌شکل (آمورف) است.
• الماس بالاس
12/5 درصد الماس توليدي جهان به مصرف ساخت مته‌هاي حفاري و چاله زني مي‌رسد.2/5 درصد ديگر هم از الماس توليدي در ساختن ماشينهاي برش و پوليش و 75 درصد ديگر به صورت پودر و يا مواد ساينده به مصرف مي‌رسد. مصارف صنعتي الماس به اختصار شامل ، مته‌هاي الماسي ، مواد ساينده‌ها ، اره‌هاي الماسي ، لوازم دندانپزشکي و جراحي و دستگاههاي برشي و پوليش مي‌گردد.
پر مصرف‌ترين و معروف‌ترين روغن هاي روانكار، روغن‌هاي موتور هستند كه علاوه بر كاهش اصطكاك بين قطعات و جلوگيري از سائيدگي قطعات موتور، وظايف ديگري چون خنك کردن موتور، گرفتن ضربه، انتقال ذرات ريز فلزات و گرد و خاك از داخل موتور به فيلتر روغن و جلوگيري از رسوب دوده در رينگ‌ها، ، سوپاپ‌ها و غيره و تميز نگاه داشتن قطعات موتور را نيز به عهده دارند. به منظور حصول به روانكار با خصوصيات مطلوب و مناسب براي هر كاربرد مشخص، امروزه انواع افزودني‌ها با عملكردهاي مختلف، به روغن پايه افزوده مي‌شوند.اين افزودني‌ها مي‌توانند هر يك از وظايف بهبود روانكاري، خواص ضد خوردگي و ضد اكسيداسيون، گرانروي، پاك كنندگي و غيره را در تركيب، به عهده داشته باشند.
با توجه به ورود نانوتكنولوژي در سال‌هاي اخير، گروهي از انواع نانوافزودني‌هاي روغن نيز پا به عرصه ظهور گذاشته و در اين ميان نانوالماس نيز به عنوان يكي از جديدترين و موثرترين اين مواد مطرح بوده است. ويژگي‌هاي منحصر به فرد ذرات نانوالماس، موجب شده انواع و گريدهاي مختلف اين ماده، كاربردهاي متنوعي را در بخش‌هاي مختلف صنعت به خود اختصاص دهند.
امروزه کليه روانکارها با پايه معدني و يا با پايه سنتزي، براي داشتن کارآيي مناسب و مطلوب، نيازمند مواد شيميايي ديگر يا در واقع افزودني‌هايي هستند که بتواند خواص مورد‌نظر را در آنها ايجاد نمايد. اين مواد شيميايي سنتزي، ضمن اين که خواص جديدي به روانکار مي‌دهند مي‌توانند برخي ويژگي‌هاي موجود در روانکار را تقويت و از بروز برخي پديده‌هاي نامطلوب در سيستم روانکاري جلوگيري کنند.
نانو تكنولوژي يا آرايش اتم‌ها در مقياس نانومتري، همان كنار هم قرار گرفتن صدها اتم در ابعاد چند نانومتر است كه خصوصيات جديد و ممتازي را نتيجه مي‌دهد. اين تكنولوژي در زمينه‌هاي مختلف علم وارد شده و در صنايع مختلف نيز، محصولاتي بر اين پايه ايجاد شده است. در اين ميان، افزودني‌هاي روغن موتور و سوخت نيز تحت تاثير نانوتكنولوژي قرار گرفته و محصولات مربوطه وارد بازار شده است. نانوافزودني‌هاي روغن به طور اساسي بر صرفه‌جويي سوخت و بازدهي موتور تاثير دارند. به طور كلي، خواصي كه براي اين افزودني‌ها ذكر شده است عبارتند از: كاهش ضريب اصطكاك، كاهش ساييدگي، ترميم سطوح درگير و بهبود خواص سطحي، افزايش بازده موتور در اثر افزايش عمر موتور، كاهش هزينه تعمير و نگهداري، كاهش صداي موتور و گازهاي آلاينده، جلوگيري از اكسيداسيون روغن، تميز كردن سيستم سوخت‌رساني و غيره.
برخي از نانوافزودني‌هاي روغن موتور موجود در بازار به شرح زير مي باشند:
• افزودني حاوي نانوالماس
• افزودني حاوي نانو فلوئور
• افزودني حاوي نانو ذرات طلا
پودر نانومتري الماس نوع جديدي از پودرهاي سنتزي نانومتري بسيار سخت(SuperHard) محسوب مي‌شود. از بررسي‌هاي ميكروسكوپي انجام شده بر روي پودر نانومتري الماس مشخص شده است كه ذرات پودر نانومتري الماس به صورت يك مجموعه (Cluster) بوده و شكل ذرات نانو الماس كروي است (شكل 1). در واقع، يك ذره الماس از يك هسته فشرده بلورين از جنس الماس و يك لايه‌ سست خارجي حاوي انواع پيوندهاي كربن - كربن و Heterobonds تشكيل شده است.

http://www.nano.ir/images/news/5904_1.jpg
(شكل 1) ذرات كروي نانو الماس30 درصد نانو اتم‌هاي الماس روي سطح آن قرار گرفته‌اند و همين مسئله خواص ويژه‌اي به آن داده است. حداكثر اندازه تك دانه‌هاي نانو‌الماس 10 نانومتر و متوسط اندازه ذرات بين 4 تا 6 نانومتر است. همچنين بررسي‌هاي انجام شده با استفاده از اشعه‌ X (XRD) بر روي پودر نانومتري الماس نشان مي‌دهد كه ذرات موجود در اين پودر از جنس الماس با ساختار مكعبي مي‌باشند. مطالعات مربوط به شناسايي كيفيت سطح پودر نشان مي‌دهند كه سطح ذرات با گروه‌هاي عامل پوشيده شده است كه نوع و مقدار اين گروه‌ها در محصولات مختلف متفاوتند. اين گروه‌ها اغلب از نوع گروه‌هاي اكسيژن‌داري هستند كه بر روي سطوح ذرات، بار منفي ايجاد مي‌كنند.
پودر نانومتري الماس در هوا تا دماي 500ºC و در خلاء يا محيط الكلي تا دماي 1000ºC الي 1100ºC مقاوم است. دماي1100ºC دماي شروع تبديل‌شدن الماس به گرافيت است.ين پودر نانومتري الماس از نظر شيميايي در برابر محيط‌هاي اسيدي، قليايي، مواد اكسيدكننده و حلال‌هاي آلي در شرايط محيطي و دماي بالا مقاوم است. نتايج بررسي وضعيت ناخالصي‌هاي احتمالي موجود در پودر نانومتري الماس نشان مي‌دهد كه ميزان ناخالصي موجود در هر پودر نانومتري الماس به نوع آن پودر بستگي دارد و بر اساس شرايط فني توليد بين 1 الي 3 درصد وزني متغير است. ناخالصي‌هاي غيركربني كه معمولاً شامل آهن، مس، كلسيم، سيليكون، كروم، تيتانيم و همچنين مقادير جزئي از ساير فلزاتي است كه به نحوي در فرآيند توليد و تخليص نانوالماس حضور دارند، معمولاً بر اساس خاكستر باقي‌مانده پس از سوزاندن تعيين مي‌شوند. مواد كربني غير از الماس، ناخالصي محسوب نشده و تركيبات مفيدي براي كاربردهاي نانوالماس محسوب مي‌شوند. در جدول1، برخي از خصوصيات پودر نانومتري الماس ارائه شده است.

3-نحوه عملكرد نانو افزودني الماس در كاربرد بهبود روانكاري
نحوه‌ مصرف و عملكرد نانوالماس( شکل 2 )در اين كاربرد به اين صورت است كه پودر نانو الماس، به روغن موتور افزوده مي‌شود و سوسپانسيون پايداري ايجاد مي‌كند. نانوالماس موجود در روغن بر روي سطوح در تماس با روغن، لايه‌اي تشكيل مي‌دهد و دانه‌هاي فوق‌العاده ريز آن در خلل و فرج سطح جاي مي‌گيرند و سطح كاملاً صافي را تشكيل مي‌دهند.

http://www.nano.ir/images/news/5904_2.jpg
( شکل 2 ) نحوه‌ عملكرد نانوالماس
نتيجه گيري
در اين مقاله، خواص منحصر به فرد نانو الماس و اثرات استفاده از افزودني‌ حاوي نانو الماس بر بهبود عملكرد روانكار ها اجمالا مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به تاثير چشمگير مصرف اين افزودني در بهبود عملكرد روانكار، کاهش اصطکاک، خوردگي و غيره، اهميت اين محصول در رابطه با مقوله هاي بحث برانگيزي چون كاهش مصرف سوخت و انرژي، بهبود راندمان و كاهش هزينه هاي توليد و همچنين مباحث كاهش آلودگي هاي زيست محيطي، امري كاملا مشخص و انكار ناپذير مي باشد. بررسي هاي انجام شده نشان مي دهد با مصرف افزودني حاوي نانو الماس در روغن موتور مي توان عليرغم صرف هزينه بسيار كم اوليه، در هزينه هاي جاري مربوط به سوخت و روغن، تعميرات و نگهداري و تعويض قطعات موتور خودرو صرفه جويي نمود.

جدول 1- ويژگي‌هاي نانوالماساندازه دانه4-10 نانومتر براي كريستال‌هاي اوليه 30-20 نانومتر براي توده ذراتسطح مخصوص300 - 400 m2/gدرصد الماس% 100- 80درصد كربن آمورفحداكثر 20 درصددانسيته بالك0/1-0/3 g/cm3دانسيته پيكنومتري2/5-2/6 g/cm34-

منابع :
1- Mansoori, G.A., 2005, “Principles of Nanotechnology”, World Scientific Pub Co, New York, NY
2-Mansoori G.A.; “Diamondoids: Their Role in Petroleum and Natural Gas Production Fouling and the Emerging Fields of Biotechnology and Nanotechnology”,
3- Dahl J.E., Carlson R.M., Shenggao L., 2003, “Isolation and Structure of Higher Diamondoids, Nanometer-sized Diamond Molecules”, Science Journal, Vol.299, 23-25.
6-Rawls R., 2002, “Diamond-like hydrocarbons”, Material science, Vol.80, 13.
7-Priyanto S., Mansoori G.A., Aryadi S., 2001, “Measurement of Property Relationship of Nano-Structure Micelles and Coacervates of Asphaltene in a Pure Solvent", Chemical Engineering Science, Vol.56, 33–39.
12- سايت ستادتوسعه فناوري نانو: www.nano.ir (http://www.nano.ir)
13-Franco lodato. 2000. Bionics : Lessons from Nature to Improve our future.
14-V. Yu Dolmatov, Detonation Synthesis Ultradispersed Diamonds: Properties and Applications, Russian Chemical Reviews 70 ,7,p 607-626-2001
15-G.Cholakov, Stability of Ultradisperse Diamond Powders in Oil Suspension, J. University of Chemical Technology and Metallurgy, 40,7,p299-306,2005
16- مجموعه مقالات شناخت و کاربرد روغن‌هاي روانساز صنعتي، شرکت نفت بهران، چاپ دوم، 1373
17- گزارش "كاربرد نانو افزودني‌هاي روغن و سوخت موتور و نقش آن در صرفه‌جويي انرژي"، مركز مطالعات تكنولوژي دانشگاه صنعتي شريف، سال 1384
18- www.Nanodiamond.com (http://www.Nanodiamond.com)منابع : Mansoori, G.A., 2005, “Principles of Nanotechnology”, World Scientific Pub Co, New York, NYMansoori G.A.; “Diamondoids: Their Role in Petroleum and Natural Gas Production Fouling and the Emerging Fields of Biotechnology and Nanotechnology”, سايت ستادتوسعه فناوري نانو: www.nano.ir (http://www.nano.ir)

[hossien]

مقدمه: در مقاله‌های قبلی نانولوله‌های کربنی، با ساختار اين مواد و شکل فیزیکی آنها آشنا شديم. در اين مقاله برای درک بهتر ساختار نانولوله‌های کربنی، از نگاه محاسباتی به آنها می‌نگريم. این مقاله را با کمی حوصله مطالعه کنيد. روابط و فرمولهای گفته شده را دوباره برای خودتان بنويسيد. در حد امکان تمرین‏ها را حل کنيد و فرمول‏ها را اثبات کنيد.
محققین همواره برای یافتن پاسخ سوالات خود به بررسی پدیده‌ها می‌پردازند. البته اين کار را با روش‌‌های مختلفی انجام می‌دهند. یک روش برای یافتن پاسخ سوالات، مشاهده‌ی پديده‌های طبيعی و برقراری ارتباط بین دانسته‌های قبلی با مشاهدات جدید است. به اين روش، روش تجربی می‌گويند. به عنوان مثال، کارهای آزمایشگاهی که برای بررسی تاثیر یک محلول بر روی یک فلز انجام می‌شود، نمونه‌ای از يک روش تجربی است. روش دیگری که در کنار روش تجربی مورد استفاده قرار می‌گیرد، روش محاسباتی است. دانشمندان در اين روش سعی می‌کنند بین پدیده‌ها و ویژگی‌هايي که مشاهده کرده‌اند، روابط منطقی ايجاد کنند و سپس اين روابط منطقی را به شکل فرمول‌ها و معادله‌های قابل فهم بيان می‌کنند. مثلا در مشاهده‌ی پدیده‌ی اصطکاک، مي‌توان رفتار جسم متحرك را روي سطح با استفاده از چند رابطه رياضی بيان كرد. این همان معادلاتی است که شما در کتاب‌های فیزیک و شیمی مدرسه با آن مواجه شده‌ايد. در بيان مزايای روش‌های محاسباتی به این گفته اکتفا می‌کنیم که روش‌های محاسباتی یکی از روش‌های مناسب و بسيار کم هزینه‏ (که بيشتر به تعدادی از سلول‌های خاکستری مغز نیاز دارند!) برای بررسی و مطالعه‌ی پدیده‌ها و پیش‌بینی رفتار و خواص مواد و سیستم‌ها هستند.
در این مقاله به بررسی محاسبات ساده پیرامون ساختار نانولوله‌های کربنی تک دیواره و چند دیواره می‌پردازیم. پیش نیاز انجام این محاسبات، شناخت مقدماتی از شکل ظاهری نانولوله‌های کربنی است.
1- داده‌های مورد نياز برای انجام محاسبات
تاکنون مطالعات تجربی زیادی در مورد نانولوله‌های کربنی چند دیواره انجام شده است. برای این کار از میکروسکوپ‌های الکترونی کمک بسياری گرفته‌اند. دانشمندان معتقدند که فاصله‌ی بین دیواره‌های متعدد این نوع از نانولوله‌ها ثابت نيست و مقادير مختلفی دارد. اين مقدار می‌تواند کمی بیشتر از فاصله‌ی بین لایه‌های توده گرافیت، 3.354 آنگستروم، تا حدود 3.6 آنگستروم ‏باشد. فاصله‌ی بین اتم‌های کربن در حالت صفحه‌ای (فاصله پیوند C-C) نيز تقریبا برابر با 1.42 آنگستروم است.با توجه به زوایای پیوندهای کوالانس C-C در صفحه‌ی گرافن، می‌توان بقیه‌ی فواصل مورد نیاز برای محاسبات را به دست آورد.
2- شعاع نانولوله‌های کربنی
شعاع نانولوله‌های کربنی، همانطور که از نام آنها بر می‌آید، در محدوده نانومتر قرار دارد. با توجه به شکل ظاهری نانولوله‌ها می‌توان بر حسب مولفه‌های کایرال، روابطی را برای محاسبه شعاع آنها به دست آورد. همانطور که در مقاله‌های قبلی ديديد، بردار کایرال دقیقا بر محیط نانولوله منطبق است، بنابراین طول بردار کایرال برابر با محیط نانولوله است. البته باید به اين نکته‏ توجه کنیم که محیط یک نانولوله دقیقا به شکل دایره نیست، بلکه یک چند ضلعی منتظم است (زیرا نمی‌توان برای پیوندهای کوالانس انحناء قائل شد). ما در اینجا فرض می‌کنيم که محیط نانولوله دایره‌ای شکل است تا محاسبات را راحت‌تر انجام دهیم.
در هندسه‌ی مسطحه می‌توانيم طول یک ضلع از مثلث را بر حسب دو ضلع دیگر و با دانستن زاویه‌ی بین آنها محاسبه کنيم (رابطه 1). برای تحقیق درستی رابطه (1)، کافیست رابطه‌ی فیثاغورث را برای مثلث ABD بنویسید. به عنوان تمرین هندسه، این موضوع را با توجه به شکل 1 اثبات نمایید.
رابطه (1)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e1.jpg


http://nanoclub.ir/contents/CNT03/picture3.jpg
شکل 1- روابط ميان اضلاع يک مثلث
اکنون به شکل 2 توجه نمایید. همانطور که می‌بينيد با استفاده از رابطه‌ی 1، می‌توانيم اندازه‌ی بردار کایرال را محاسبه کنيم (رابطه (2)). در اين رابطه A نشان‌دهنده طول محیط نانولوله و a0 برابر با طول پیوند کوالانس C-C (معادل با مقدار 1.42 انگستروم) است.

. http://nanoclub.ir/contents/CNT03/picture2.jpg
شکل 2- ارتباط طول بردار کايرال با طول بردارهای m و n
رابطه (2)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e2.jpg
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e3.jpg


حالا با توجه به ‏رابطه‌ی ميان محیط و شعاع دایره (A=2πr)، می‌توانيم شعاع نانولوله را محاسبه کنيم:
رابطه (3)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e4.jpg

رابطه (3) را می‌توان برای حالت‌های خاص ساده کرد. برای نانولوله‌ی آرمچیر که m=n است، رابطه‌ی (4) و برای نانولوله‌ی زیگزاگ که n=0 است، رابطه‌ی (5) به‌دست می‌آيد. واحد اندازه‌گيری شعاع در اين روابط، آنگستروم است.


رابطه (4)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e5.jpg
رابطه (5)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e6.jpg

3- زاویه‌ی کایرال در نانولوله‌های کربنی
در مطالعه نانولوله‌های کربنی، زاویه‌ی کایرال از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا مشخص کننده‌ی مولفه‌های کایرال نانولوله است. در ابتدا یادآوری می‌کنیم که در اینجا برای اجتناب از اشتباه و با توجه به مقاله‌ی قبلی، شرط m≥n را در نظر می‌گیریم. برای به دست آوردن زاویه‌ی بین بردار کایرال و محور افقی (θ)، اين ضلع را روی محورهای افقی و عمودی تصویر می‌کنيم. در شکل (3) اين محورها با نقطه چین مشخص شده‌اند.

http://nanoclub.ir/contents/CNT03/picture2.jpg
شکل 3- تصوير بردار کايرال روی محورهای افقی و عمودی
با تصویر کردن بردار کايرال، بر خط‌ چین عمودی خواهیم داشت:
رابطه (6)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e7.jpg

با در نظر گرفتن رابطه‌ی 2 و این نکته که d=2 πr است، خواهیم داشت:
رابطه (7)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e8.jpg

با کمک رابطه (7) می‌توانیم مقدار θ را به دست بياوریم. علاوه بر اين، با تصویر کردن بردار کايرال بر خط چین افقی ‏می‌توان نوشت:
رابطه (8)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e9.jpg

با تقسیم رابطه‌ی 6 بر رابطه‌ی 8 خواهیم داشت:
رابطه (9)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e10.jpg

در صورتیکه شرط m≥n را رعایت نکنيم به جای مقدار tan θ، مقدار tan θ-60 به دست می‌آید. می‌توانید این موضوع را با توجه به صفحه‌ی مختصات گرافنی تحقیق کنید. اگر دقت کنيد، زاویه‌ی کایرال تمام نانولوله‌های زیگزاگ با هم برابر است. این موضوع در مورد نانولوله‌های آرمچیر هم صادق است. در واقع زاویه‌ی کایرال همانطور که از نامش پیداست، بدون در نظر گرفتن قطر نانولوله، تنها میزان چرخش ردیف اتم‌های کربن در راستای محور نانولوله را نشان می‌دهد.
4- ارتباط بین مولفه‌های کایرال لوله‌ی داخلی و خارجی نانولوله‌های کربنی دو دیواره
همانطور که در مقالات قبلی اشاره شد، نانولوله‌های کربنی دودیواره در واقع دو نانولوله‌ی تک دیواره‌اند که درون یکدیگر قرار گرفته‌اند. این نانولوله‌ها می‌توانند زاویه‌ی کایرال یکسان یا متفاوتی داشته باشند. در صورتی‌که فرض کنیم زاویه‌ی کایرال نانولوله‌های داخل یک‏دیگر با هم برابر باشد، می‌توانیم ارتباط بین مولفه‌های کایرال آنها را به راحتی مشخص‌ نماییم. در اینجا این ارتباط را برای نانولوله‌های کربنی زیگزاگ و آرمچیر توضیح می‌دهیم. کلید طلایی حل این مساله، توجه به این نکته است که فاصله‌ی بین دو دیواره‌ی یک نانولوله که در مجاورت یکدیگر قرار گرفته‌ا‌ند، مقداری بین 3.354 تا 3.6 آنگستروم است. این فاصله برابر با اختلاف بین شعاع دو لوله است. با دانستن این نکته، قادر به یافتن ارتباط بین مولفه‌های کایرال دو لوله خواهیم بود. برای اين کار از روابط 3 و 4 استفاده می‌کنیم.
برای نانولوله‌ی آرمچیر رابطه‌ی 3 برقرار است. بنابراين اختلاف شعاع دو نانولوله‌ی آرمچیر را می‌توان بر حسب رابطه (10) محاسبه کرد.
رابطه (10)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e11.jpg
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e12.jpg

در اینجا n1 عدد مربوط به مولفه‌ی کایرال نانولوله‌ی خارجی و n2 عدد مربوط به مولفه‌ی کایرال بردار داخلی است، بنابراین n1>n2 است. از طرف دیگر می‏دانیم که فاصله‌ی بین دو دیواره‌ی یک نانولوله، مقداری بین 3.354 تا 3.6 آنگستروم است.

http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e13.jpg
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e14.jpg


و از آنجایی‏که می‌دانیم :

http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e15.jpg


بنابراین نتیجه می‌گیریم که:
رابطه (11)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e16.jpg

از این دسته نانولوله‌ها می‌توان به مدل‌های (10و10)@(5و5)، (11و11)@(6و6) و همچنین (12و12)@(7و7) اشاره کرد.
برای نانولوله‌ی زيگزاگ رابطه‌ی 4 برقرار است. بنابراين اختلاف شعاع دو نانولوله‌ی زيگزاگ را می‌توان بر حسب رابطه (12) محاسبه کرد.
رابطه (12)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e17.jpg
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e18.jpg

در اینجا n1 عدد مربوط به مولفه‌ی کایرال نانولوله‌ی خارجی و n2 عدد مربوط به مولفه‌ی کایرال بردار داخلی است. بنابراین n1>n2 است و چون می‏دانیم که فاصله‌ی بین دو دیواره‌ی یک نانولوله، مقداری بین 3.354 تا 3.6 آنگستروم دارد، می‌توانيم بگوييم:

http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e19.jpg
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e20.jpg


و از آنجایی‏که می‌دانیم :

http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e15.jpg


بنابراین نتیجه می‌گیریم که:
رابطه (13)
http://nanoclub.ir/contents/CNT03/e22.jpg

از این دسته نانولوله‌ها می‌توان به مدل‌های (0و17)@(0و8)، (0و18)@(0و9) و همچنین (0و19)@(0و10) اشاره نمود.
این محاسبات ساده نشان می‌دهند که مولفه‌های کایرال دیواره‌های داخلی و خارجی یک نانولوله‌ی کربنی دو دیواره از الگوی مشخصی پیروی کرده و ارتباط مشخصی با یکدیگر دارند. در اینجا تنها دو گروه "کایرال در کایرال" و "زیگزاگ در زیگزاگ" را بررسی کردیم. می‌توان حالت‌های دیگر را نیز بررسی نمود، اما محاسبات دشوارتری مورد نیاز خواهد بود. از نانولوله‌های کربنی دودیواره‌ی "آرمچیر در زیگزاگ" می‌توان به (0و19)@(6و6)، (0و21)@(7و7) و همچنین (0و23)@(8و8) و از نانولوله‌های کربنی دودیواره‌ی "زیگزاگ در آرمچیر" می‌توان به (11و11)@(0و10) و همچنین (12و12)@(0و12) اشاره کرد. به عنوان تمرین، درست بودن این نانولوله‌ها را تحقیق کنید.

منبع (http://nanoclub.ir)

[hossien]

مقدمه: در مقاله‌ی قبل با برخی ویژگی‌های اتم‌های کربن و گرافیت و همچنین با صفحه‌ی مختصات گرافنی آشنا شدیم. در این مقاله‏ بحث بر روی صفحه‌ی مختصات گرافنی را ادامه می‌دهيم و به نحوه ایجاد نانولوله‌های کربنی از این صفحات می‌پردازیم.
برای اينکه دانسته‌هايمان را درمورد صفحه‌ی مختصات گرافنی کامل کنيم، بايد دو نکته ديگر را درباره‌ی ترسیم بردارهای کایرال به‌ خاطر بسپاریم.
نکته اول: هر برداری که در این دستگاه رسم می‌کنیم، زاویه‌ی 60° بین دو بردار یکه‌ی i و j را به دو قسمت تقسیم می‌کند (شکل 1). اين بردار نمی‌تواند خارج از این ناحیه قرار گیرد، مگر اینکه m یا n یا هر دو را منفی انتخاب کنیم. البته فرض ما این است که m و n را همواره مثبت در نظر می‌گیریم. این موضوع به دلیل تقارن موجود در صفحه‌ی مختصات گرافنی، لطمه‌ای به کلیت ماجرا وارد نمی‌کند.

http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture1.jpg
شکل 1- زاویه‌ی بین بردارهای یکه‌ی i و j در صفحه‌ی مختصات گرافنی برابر با 60 درجه است.
نکته‌ی دوم: در صورتی‌که جای m و n انتخاب شده (مولفه‌های زوج مرتب (nوm)) را با هم عوض کنیم، شکل به دست آمده به دلیل تقارن گفته شده، بر شکل قبلی منطبق خواهد بود. بنابراین می‌توانیم دو نانولوله‌ی (kوh) و (hوk) را معادل در نظر بگیریم. برای مثال بردار C1=1i+3j در شکل 2 با بردار C2=3i+1j معادل است. برای جلوگيری از اين مسئله، مختصات بردارها را همواره به گونه‌ای می‌نويسيم که m≥n باشد. با این فرض ناحیه‌ی انتخابی روی صفحه‌ی مختصات گرافنی بازهم محدود می‌شود. این ناحیه در شکل 3 با هاشور نشان داده شده است.

. http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture2.jpg
شکل 2- دو بردار C1 و C2 با یکدیگر هم ارز هستند.
http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture3.jpg
شکل 3- در ناحیه هاشور خورده از صفحه‌ی مختصات گرافنی، شرط m≥n برقرار است.
اگر یک بردار کایرال با شرط m ≥ n ≥ 0 را در نظر بگیریم، بردار انتخاب شده از راستای بردار یکه‌ی i (راستای افق) می‌تواند از صفر تا °30 فاصله بگیرد. يعنی چنانچه n=0 باشد، زاویه برابر با صفر درجه و اگر n=m باشد، زاویه برابر با °30 خواهد بود.
نانولوله‌های کربنی تک دیواره از لوله کردن صفحات گرافنی به دست می‌آیند. البته این گفته تنها برای درک ساختار نانولوله‌هاست و در عمل، ساخت نانولوله‌ها با روش‌های پيچيده شيميايی انجام می‌شود. در اين روش‌ها، نانولوله با قرار گرفتن تک به تک اتم‌های کربن در کنار هم ساخته می‌شود و نه از طریق لوله کردن یک صفحه‌ی گرافن واقعی! البته برعکس این موضوع وجود دارد. يعنی دانشمندان به تازگی توانسته‌اند با استفاده از واکنش‌های شیمیایی، نانولوله‌های کربنی چند دیواره را برش دهند و صفحات کوچک گرافنی را تولید کنند. البته تولید صفحات گرافن از نظر فنی کار بسیار دشواری است و اين دستآورد جديد دانشمندان، می‌تواند در زمینه‌ی نانوالکترونیک و نانوکامپوزیت تغییرات بسيار مهمی را ايجاد کند. این مواد با دارا بودن خواص ویژه مکانیکی و الکترونیکی، کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف دارند. انتهای نانولوله‌های کربنی ممکن است باز یا بسته باشند. انتهای بسته در واقع قسمتی از یک فولرن کربنی است. از این رو برخی دانشمندان، از نانولوله‌های کربنی به عنوان فولرن‌های کشیده شده یاد می‌کنند. در اینجا از صفحات گرافن برای توضیح نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کنیم، بنابراین انتهای بسته‌ی آن‌ها را در نظر نمی‌گیریم.
برای تبدیل یک صفحه‌ی گرافن (غیر واقعی) به یک نانولوله، ابتدا باید جهت لوله کردن صفحه را مشخص کنیم. برای این کار بردار کایرال مورد نظر (nوm) را انتخاب کنیم. سپس این بردار را رسم می‌کنیم. اکنون صفحه‌ی گرافنی را به شکلی لوله می‌کنیم که نقاط (0و0) و (nوm) که نقاط ابتدا و انتهای بردار C هستند، روی یکدیگر قرار بگیرند و بردار کایرال در نقش محیط لوله‌ی به وجود آمده قرار بگیرد. به این ترتیب یک نانولوله‌ی کربنی (اما با ابعادی بسيار بسيار بزرگتر از نانومتر!) با اندیس کایرال (nوm) به دست می‌آید.
بردارهای کایرال در دسته‌های مختلف قرار می‌گیرند و بر همین اساس نانولوله‌ها نیز دسته‏بندی می‌شوند. یک صفحه‌ی گرافنی را در نظر بگیرید. برای حرکت از روی مبداء مختصات یا نقطه‌ی (0و0) تا نقطه‌ی مقصد، باید از روی خطوطی که بیانگر پیوندهای C-C هستند، عبور کنیم. اکنون چند بردار کایرال رسم نموده و کوتاه‌ترین مسیر حرکت از مبداء تا انتهای آن را رسم کنید.
*
*
*
*
*
نمونه‌ای از این فعالیت در شکل 4 رسم شده است. در این شکل کوتاهترین مسیر ممکن برای طی مسیر مربوط به هر بردار با رنگی شبیه به همان بردار کشیده شده است. این مسیرها از واحدهای تکرار شونده‌ای تشکیل شده‌اند که در پایین شکل 4 دیده می‌شوند.

http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture4.jpg
(الف) کوتاهترین مسیرهای مربوط به بردارهای کایرال
http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture7.jpg
(ب) واحد تکرار شونده برای بردار کایرال (4و4)
(آرمچیر)


http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture6.jpg
(پ) واحد تکرار شونده برای بردار کایرال (0و8)
(زیگزاگ )http://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture5.jpg
(ت) واحد تکرار شونده برای بردار کایرال (3و6)
(نا متقارن)
شکل 4- کوتاهترین مسیرهای مربوط به بردارهای کایرال و واحدهای تکرار شونده‌ی آن‌ها
دقت کنید که هر بردار کایرالی که دو مولفه‌ی آن با هم برابر باشند، از واحدهای تکرار شونده‌ای مانند شکل 4-ب تشکیل می‌شود. این بردارها در دسته‌ی بردارهای آرمچیر یا صندلی قرار می‌گیرند. این نام گذاری به خاطر شکل واحد تکرار شونده است. نام انگلیسی این بردارها، armchair است. هر بردار کایرالی که یکی از مولفه‌های آن برابر با صفر باشد، مانند بردار (0و8) از واحدهای تکرار شونده‌ای مانند شکل 4-پ تشکیل می‌شوند. این بردارها در دسته‌ی بردارهای زیگزاگ قرار می‌گیرند. این نام‌گذاری به دلیل شکل ظاهری این واحدها است. نام انگلیسی این بردارها،zigzag است. هر برداری که در دو دسته‌ی گفته شده قرار نگیرد را در دسته‌ی بردارهای نامتقارن دسته‏بندی می‌کنیم. دلیل این نام‌گذاری، عدم وجود تقارن در نانولوله‌های متناظر با این بردار است. نام انگلیسی این بردارها، chiral یا helical است. در واقع "کایرال" نامی عام برای تمام بردارهاست که به طور خاص برای بردارهای نامتقارن نیز به کار می‌رود.
اکنون می‌توانیم انواع بردارهای کایرال را بکشیم و نانولوله‌های متناظر با آنها را بسازیم. شکل ظاهری این نانولوله‌ها با هم متفاوت خواهد بود. در جدول 1، سه نوع نانولوله‌ی کربنی را مشاهده می‌کنید. در صورتی که به طرز قرار گرفتن ردیف‌‌های اتم‌های کربن در راستای محوری و راستای شعاعی این نانولوله‌ها دقت کنید، متوجه اختلاف بین آن‌ها می‌شوید. ببه ياد داشته باشيد که بر اساس آنچه گفتيم، بردار کایرال شکل ظاهری نانولوله‌های کربنی را تعیین می‌کند.

نوع نانولولهآرمچیر زیگزاگ کایرال (نا متقارن)تصویر از درونhttp://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture10.jpghttp://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture%209.jpghttp://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture8.jpgتصویر از بیرونhttp://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture13.jpghttp://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture12.jpghttp://nanoclub.ir/contents/CNT02/Picture11.jpgمولفه‌های کایرالm=n≠0 m≠0, n=0m≠nزاویه‌ی کایرال
°30
0 °30 > θ > 0


جدول 1- ‏دسته‌بندی نانولوله‌ها بر اساس جهت لوله شدن صفحه‌ی گرافن
از آنجاییکه خواص نانولوله‌های کربنی تابع شکل ساختاری آنهاست، بردارهای کایرال نه تنها در تعیین شکل ساختاری نانولوله‌ها، بلکه در تعیین خواص مربوط به آنها نيز اهمیت فراوانی دارد. برای مثال، خواص الکترونیکی و مکانیکی نانولوله‌های کربنی متاثر از بردار کایرال آنهاست. علاوه بر این، تعداد دیواره‌ها و چگونگی وجود نقص‌ها در ساختار این مواد، در تعیین خواص آنها نقش دارند.

[hossien]

مقدمه

همانطور که می‏دانید، اتم‏های کربن در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاری شرکت دارند و پایه و اساس فناوری‏های مختلفی هستند. این اتم‏ها علاوه بر ترکیب شدن با عناصر دیگر، می‏توانند با اتم‏های کربن نیز پیوند دهند. اتم‏های کربن از نظر ترتيب پر شدن اوربیتال‌ها، دارای ساختار الکترونی 1s22s22p2 هستند. بنابراین چهار الکترون آزاد دارند که امکان تشکیل چهار پیوند را برای این اتم‏ها مهیا می‏سازد. پیوندهایی که این اتم‏ها تشکیل می‏دهند، در ترکیبات گوناگون به شکل های متفاوتی دیده می‏شود و بنابراین خواص متفاوتی نیز ایجاد می‏کند. این اتم‏ها در ساختار الماس چهار پیوند یگانه‏ی کوالانس ایجاد می‏کنند. یعنی هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند می‏دهد. بنابراین از تمام 4 ظرفیت خود برای تشکیل پیوند استفاده کرده است. در ساختار گرافیت، نانولوله و فولرن نیز پیوندهای یگانه‏ای بین اتم‏های کربن وجود دارد. با این تفاوت که هر اتم تنها با 3 اتم دیگر پیوند می‏دهد و در نتیجه سه پیوند یگانه کوالانسی دارد. در این ساختارها اتم کربن یکی از ظرفیت‏های خود را مصرف نمی‌کند. اين ظرفيت خالی که در واقع يک الکترون اضافی است، به شکل یک پیوند آزاد در خارج از صفحه‏ای که دیگر اتم‏ها در آن قرار دارند، قرار می‏گیرد. این پیوند آزاد یا معلق می‏تواند در شرایطی با گروه‏های عاملی یا دیگر اتم‏های رادیکالی موجود در محیط پیوند دهد.

در ابعاد نانومتر، چند پارامتر مهم وجود دارد که تاثير بسياری بر خواص مواد می‌گذارد. اندازه و شکل فیزیکی نانومواد و چگونگی پیوندهای بین اتمی آنها از قبیل این پارامترها هستند. در مورد نانولوله‏های کربنی، پارامترهایی مانند طول، قطر، نحوه‏ی چینش اتم‏ها در ساختار نانولوله، تعداد دیواره‏ها، نقص‏های ساختاری و گروه‏های عاملی موجود بر روی نانولوله‏ از جمله خواص فيزيکی و شيميايي هستند که در تعیین خواص‏ نقش دارند. در این مقاله و مقاله‏ی بعدی به نحوه‏ی چینش اتم‏ها در نانولوله‏های کربنی می‏پردازیم. برای این منظور نانولوله‏های کربنی را بر اساس ظاهر فیزیکی دسته‏بندی می‏کنیم. این قبیل دسته‏بندی‏ها، موجب سهولت بررسی این مواد می‏گردد.

یک نانولوله، همانطور که از نامش برمی‏آید، یک استوانه‏ی تو خالی با قطری در حد نانومتر است.‏ طول هر نانولوله می‏تواند از چند نانومتر تا چند میکرومتر باشد. اگر یک نانولوله‏ی تک دیواره را در نظر بگیریم، با برش دادن دیواره‏ی آن در راستای طول نانولوله، یک صفحه از اتم‏های کربن به نام گرافن به دست می‏آید. در این مقاله برای بررسی شکل ظاهری نانولوله‏ها، بحث را روی صفحات گرافن متمرکز می‏کنیم.

گرافن

صفحات گرافن با کنار هم قرار گرفتن اتم‏های کربن تشکیل می‏شوند. در يک صفحه گرافن، هر اتم کربن با 3 اتم کربن دیگر پیوند داده است. این سه پیوند در یک صفحه قرار دارند و زوایای بین آن‏ها با یکدیگر مساوی و برابر با 120° است. در این حالت، اتم‏های کربن در وضعیتی قرار می‏گیرند که شبکه‏‌ای از شش ضلعی‏های منتظم را ایجاد می‏کنند (شکل 1). البته این ایده‏آل‏ترین حالت یک صفحه‏ی گرافن است. در برخی مواقع، شکل این صفحه به گونه‏ای تغییر می‏کند که در آن پنج‌ضلعی‏ها و هفت‌ضلعی‏هایی نيز ایجاد می‏شود.



شکل 1- ساختار اتمی صفحه گرافن: در این شکل اتم‏های کربن با نقاط سیاه و پیوندها با نقطه چین نمایش داده شده‏اند.

http://nanoclub.ir/contents/CNT01/1.JPG




در يک صفحه گرافن، هر اتم کربن یک پیوند آزاد در خارج از صفحه دارد. این پیوند مکان مناسبی برای قرارگیری برخی گروه‏های عاملی و هم چنین اتم‏های هیدروژن است. پیوند بین اتم‏های کربن در اینجا کوالانسی بوده و بسیار محکم است. بنابراین گرافن استحکام بسیار زیادی دارد و انتظار می‏رود که نانولوله‏های کربنی نیز استحکام زیادی داشته باشند. گرافیت نیز که یک ماده‏ی کربنی پر مصرف و شناخته شده است، از روی هم قرار گرفتن لایه‏های گرافن و تشکیل یک ساختار منظم تشکیل می‏شود. اما همانطور که می‏دانیم، گرافیت بسیار نرم است. به نظر شما دلیل این امر چیست؟

*

*

*

*

آنچه لایه‏های گرافن را روی یکدیگر نگه می‏دارد، پیوندهای واندروالس بین آن‏هاست. این پیوند بسیار ضعیف است‏. بنابراین لایه‏های گرافن به راحتی می‏توانند روی هم بلغزند و به همين دلیل گرافیت (نوک مداد سیاه) نرم است.

گرافن، به عنوان يک لایه‏ی تک اتمی، رسانای جریان الکتریسیته است. همانطور که خواهیم دید، برخی نانولوله‏های کربنی نیز رساناهای بسیار خوبی هستند. البته این خاصیت نانولوله‏های کربنی مستقیما به شکل ظاهری آن‏ها بستگی دارد که در آينده به آن اشاره خواهيم كرد.

صفحه‏ی مختصات گرافنی:

صفحه‏ی مختصات کارتزین یا دکارتی معروف را می‏شناسید. این صفحه، شبکه‏ای است که از مربع‏هایی با طول و عرض واحد تشکیل شده ‏است. در این صفحه دو بردار یکه‏ی i و j هریک به طول یک واحد وجود دارد که توسط آن‏ها می‏توان از نقطه‏ی مبدا به هر نقطه‏ی دیگری مثل (nوm) رفت (شکل 2). این کار با تعریف یک بردار به شکل k=mi+nj امکان پذیر می‏گردد.



شکل 2- صفحه‏ی مختصات دکارتی؛ بردارهای یکه‏ی i و j هم اندازه و بر یکدیگر عمود هستند.

http://nanoclub.ir/contents/CNT01/2.JPG




دستگاه مختصات کارتزین، يك دستگاه دو بعدي است كه در آن دو بردار یکه‏ی یاد شده، هم اندازه بوده و بر یکدیگر عمود هستند. اما باید توجه داشت که تمام دستگاه‏های مختصات به این شکل نیستند. بلکه می‏توان دستگاه هایی را تعریف کرد که در آن اندازه‏ی بردارهای یکه نابرابر و زاویه‏ی بین آن دو مقدار دیگری باشد مانند صفحه‏ی مختصات گرافنی. برای توصیف نانولوله‏های کربنی ما به يك صفحه‏ي دو بعدي متشکل از شش‌ضلعی‏های منتظم احتياج داريم (صفحه‏ی مختصات گرافنی). این صفحه یادآور شکل منظم کندوی زنبورهای عسل است. این صفحه متناظر با یک صفحه از اتم‏های کربن (به ضخامت یک اتم) یا همان صفحه گرافن است.

در این صفحه‏یِ مختصاتِ دو بعدی، دو بردار یکه‏ی هم اندازه‏ی i و j را به طوری که در شکل 3 نشان داده شده است، تعریف می‏کنیم. زاویه‏ی بین این دو بردار برابر با 60° است. برای حرکت روی این صفحه می‏توانیم بردار C=mi+nj را تعریف نماییم. این بردار را بردار کایرال می‏نامیم (بعدها می‌گوييم که چگونه می‏توانیم با استفاده از این بردار یک نانولوله درست کنیم). به عنوان تمرین ما چند بردار دلخواه را با شروع از یک نقطه، به عنوان مبدا، در شکل 4 رسم کرده‌ايم.



شکل 3- بردارهای یکه‏ی i و j در صفحه‏ی مختصات گرافنی

http://nanoclub.ir/contents/CNT01/3.JPG





شکل 4- بردارهاي كايرال c=4i+2j و c=i+3j در صفحه‏ي مختصات گرافني

http://nanoclub.ir/contents/CNT01/4.JPG




همچنين مي‏توانيم زاويه‏ي بين بردار كايرال و محور متناظر با بردار يكه‏ي i را به عنوان زاويه كايرال كه مشخصه‏ي راستاي بردار كايرال است‏ در نظر بگيريم. اين زاويه در شكل 5 نشان داده شده است. همانطور كه در آينده خواهيم ديد، اين زاويه يكي از مشخصه‏هاي نانولوله‏هاي كربني مي‏باشد.



شکل 5- زاويه‏ي كايرال بين بردار c=4i+3j و محور مربوط به بردار يكه‏ي i‏

http://nanoclub.ir/contents/CNT01/5.JPG

[hossien]

سيستم‌هاي خنک کننده، يکي از مهم‌ترين دغدغه‌هاي کارخانه‌ها و صنايع و هر جايي است که به نوعي با انتقال گرما روبه‌رو می‌‌‌‌‌‌‌باشد. در اين شرايط استفاده از سيستم‌هاي خنک‌کننده پيشرفته و بهينه، کاري اجتناب‌ناپذير است. بهينه‌سازي سيستم‌هاي انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسيله افزايش سطح آنها صورت مي‌گيرد که همواره باعث افزايش حجم و اندازه اين دستگاه‌ها مي‌شود؛ لذا براي غلبه‌ بر اين مشکل، به خنک کننده‌هاي جديد و مؤثر نياز است و نانو سيالات به عنوان راهکاري جديد در اين زمينه مطرح شده‌اند.
نانوسيالات به علت افزايش قابل توجه خواص حرارتي، توجه بسياري از دانشمندان را در سال‌هاي اخير به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات مس يا نانولوله‌هاي کربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش 40 و 150 درصدي در هدايت حرارتي اين سيالات ايجاد مي‌کند؛ در حالي که براي رسيدن به چنين افزايشي در سوسپانسيون‌هاي معمولي، به غلظت‌هاي بالاتر از ده درصد از ذرات احتياج است.
البته از سوسپانسيون نانوذرات فلزي، در ديگر زمينه‌ها از جمله صنايع دارويي و درمان سرطان نيز استفاده شده است.

http://nanoclub.ir/contents/news/sayalhaa.jpg
تصاوير ميکروسکوپی از نانو سيال مس (چپ)،
نانو ذرات اکسيد مس (وسط)
ذرات کلوئيدي طلاسرب (راست)
انتقال حرارت در سيالات ساکن
خواص استثنايي نانوسيالات شامل هدايت حرارتي بيشتر نسبت به سوسپانسيون‌هاي معمولي، رابطه غيرخطي بين هدايت وغلظت مواد جامد و بستگي شديد هدايت به دما است. اين خواص استثنايي، به همراه پايداري، روش تهيه نسبتاً آسان و ويسکوزيته یا گرانروی قابل قبول باعث شده تا اين سيالات به عنوان يکي از مناسب‌ترين و قوي‌ترين انتخاب‌ها در زمينه سيالات خنک کننده مطرح شوند. بيشترين تحقيقات روي هدايت حرارتي نانوسيالات، در زمينه سيالات حاوي نانوذرات اکسيد فلزي انجام شده است یکی از اين پژوهش ها افزايش 30 درصدي هدايت حرارتي را با اضافه کردن 3/4 درصد حجمي آلومينا به آب نشان می‌‌‌‌‌‌‌دهد. البته در يک پژوهش مشابه ديگر، محققان به افزايش 15 درصدي هدايت گرمایی را براي همين نوع نانوسيال با همين درصد حجمي دست یافتند که مشخص شد تفاوت اين نتايج ناشي از تفاوت در اندازه نانوذرات به‌کار رفته در اين دو تحقيق بوده است. قطر متوسط ذرات آلوميناي بکاررفته در آزمايش اول 13نانومتر و در آزمايش دوم 33 نانومتر بوده است.
خلاصه
خواص استثنايي نانوسيالات شامل هدايت حرارتي بيشتر نسبت به سوسپانسيون‌هاي معمولي، رابطة غيرخطي بين هدايت و غلظت مواد جامد و بستگي شديد هدايت به دما است.
خواص استثنايي، به همراه پايداري، روش تهية نسبتاً آسان و ويسکوزيتة قابل قبول باعث شده تا نانوسيالات به عنوان يکي از مناسب‌ترين و قوي‌ترين انتخاب‌ها در زمينة سيالات خنک کننده مطرح شوند.
مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات مس يا نانولوله‌هاي کربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش 40 و 150 درصدي در هدايت حرارتي اين سيالات ايجاد مي‌کند.
اصل اين مقاله در ماهنامه شماره 109 فناوری نانو به چاپ رسيده است

[hossien]

1- In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/1.pdf)

2- HIGH SENSITIVITY TUMOR CELL TRACKING IN VIVO USING QUANTUM DOTS (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/4.pdf)

3- Gold compounds inhibit adhesion of human cancer cells to vascularendothelial cells (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/11.pdf)

4- Folate-receptor-targeted delivery of doxorubicin nano-aggregates stabilized by doxorubicin–PEG–folate conjugate (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/103.pdf)

5- Estimating nanoparticle size from diffraction measurements (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/111.pdf)

6- Folate-conjugated liposomes preferentially target macrophages associated with ovarian carcinoma (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/123.pdf)

7- Dendrimers: properties and applications (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/199-208.pdf)

8- Gold nanoparticles: a new X-ray contrast agent (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/248.pdf)

9- Method of laser activated nano-thermolysis for elimination of tumor cells (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/1111.pdf)

10- Inorganic phosphate nanorods are a novel fluorescent label in cell biology (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/1477-3155-4-11.pdf)

11- Preparation and characterization of folate-targeted pEG-coated pDMAEMA-based polyplexes (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/2003_25.pdf)

12- Determination of nanoparticle structure type, size and strain distribution from X-ray data for monatomic f.c.c.-derived non-crystallographic nanoclusters (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/2222.pdf)

13- Carbon Nanotubes as Intracellular Transporters for Proteins and DNA: An Investigation of the Uptake Mechanism and Pathway (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/AngewChemIntEdEngl[1].45.4.577-581.2006.pdf)

14- NIR-Sensitive Au-Au 2S Nanoparticles for Drug Delivery (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/Au.pdf)

15- Biointerface analysis on a molecular level New tools for biosensor research (http://www.mums.ac.ir/shares/nanomed/drhashemian/Biointerface_2002.pdf)

[ریپورتر]

نانو مواد و دسته بندی آن ها

مقدمه l نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی، و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر (10-9 متر) می باشد. این اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. به طور میانگین 3 تا 6 اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به طور کلی، فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود 1-100 نانومتر می باشد.l فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می رود، را نانو مواد می گویند. ماده ی نانو ساختار، به هر ماده ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر 100 نانومتر) باشد اطلاق می شودl خواص نانو مواد l با گذر از مقیاس میکرو به نانو، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی و شیمیایی روبه رو می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی. l افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ی ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانو مواد را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده ی نمونه بسیار زیاد است، به گونه ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره(agglomeration) یا کلوخه ای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می شوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانومواد، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند. l البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این مواد، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تأثیر گذار است.

l به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.

l علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانو مواد برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشند. l مواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سرامیک نرم تر می شود دسته بندی نانو مواد مواد در مقیاس نانو به دسته های زیر قابل تقسیم می باشد: l 1. نانو خوشه هاl 2. نانو پوشش ها l 3. نانو لایه ها l 4. نانو سیم ها l 5. نانو لوله ها l 6. نانو حفره ها l 7. نانو ذرات نانو خوشه ها:

l در اوایل دهه 80 میلادی، دانشمندان فیزیک کشف کردند که اتم های گازی فلزی به شکل حباب هایی پایدار و با تعداد اتم های مشخصی، مجتمع می شوند. در دهه 90، آنها اثر مشابهی را در کار بر روی سطوح مشاهده کرده اند که اتم های گازی می توانند به شکل خوشه هایی با اندازه های ویژه روی سطح بچسبند. با توجه به تحقیقات و محاسبات، محققین به این نتیجه رسیدند که اتم ها، سطح را برای پیدا کردن مکانی که به کمترین مقدار انرژی برسند جست و جو می کنند. آرایش های 1 تا 2 نانومتری از این خوشه ها برای وسایل پیشرفته ی نوری و الکترونیکی مناسب هستند؛ چون الکترون های محبوس شده در این فضاها مجبورند که فوتون هایی با طول موج سفید ایجاد کنند. اگر خوشه ها، دارای خاصیت مغناطیسی شوند، می توانند برای وسایل ذخیره اطلاعات که بسیار فشرده هستند و کاتالیست ها برای واکنش های شیمیایی، استفاده شوند. تصویر شماتیکی از یک نانو خوشه در شکل 1 مشاهده می شود.

نانو پوشش ها: l پوشش ها دارای کاربردهای متنوعی از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوزام خانگی هستند. این پوشش ها سطوحی را که در معرض آسیب های محیطی مانند باران، برف، نمک ها، رسوب های اسیدی، اشعه ماوراء بنفش، نور آفتاب و رطوبت می باشند را محافظت می نماید. ضمناً پوشش ها قابلیت خش برداشتن، تکه تکه شدن و یا آسیب دیدگی در زمان استفاده، ساخت و حمل و نقل را دارند. با یافتن راه هایی می توان از آسیب دیدن روکش ها جلوگیری کرد. فناوری نانو ایجاد نانو پوشش ها را پیشنهاد می کند. l نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در مقابل خوردگی، افزایش سختی سطوح و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی می باشند. علاوه بر آن، فناوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خورده شدن روکش ها جلوگیری می کند. از موارد استفاده نانو پوشش ها می توان به روکش های ضد انعکاس در مصارف خودرو سازی و سازه ای، روکش های محافظ ( ضد خش، غیر قابل رنگ آمیزی، و قابل شستشوی آسان ) و روکش های تزئینی اشاره کرد نانو سیم ها l شاید هنوز ساخت تراشه های کامپیوتری که برای ایجاد سرعت محاسباتی بالا به جای جریان الکتریسیته از نور استفاده می کنند، تشخیص انواع سرطان و سایر بیماریهای پیچیده فقط با گرفتن یک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت های هوشمند و نمایشگرهای LCD؛ تنها یک رؤیا برایمان باشد و این مسائل را غیر واقعی جلوه دهد اما محققین آینده قادر خواهند بود تمام این رؤیاها را به واقعیت تبدیل کنند و دنیایی جدید از ارتباطات و فناوری را بواسطه معجزه نانوسیم ها به ارمغان آورند.l عموماً سیم به ساختاری گفته می شود که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی می باشند رسانایی الکتریکی می باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی شان انتقال بار الکتریکی اتفاق می افتد.l ساخت سیمهایی در ابعاد نانومتری، هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه می باشد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز می دهند. نسبت طول به قطر نانوسیم ها بسیار بالا می باشد. ( L>>D )

مثال هایی از کاربرد نانوسیم ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می گیرد

. نانولایه ها: l در دنیای کنونی تغییرات سطحی به یک فرایند مهم و اساسی تبدیل شده است. در این مورد روش هایی شامل ایجاد لایه های نازک یا پوشش ها بر روی سطوح، افزایش کارآیی و محافظت سطوح را به دنبال دارد. رسوب یک لایه نازک (نانولایه) برای پوشش دهی در اکثر صنایع جایگاه مهمی یافته است. نانولایه ها دارای یک ساختار نانو ذره ای می باشند که این ساختار یا از توزیع نانوذرات در لایه ایجاد می شود و یا به وسیله یک فرایند کنترل شده، یک نانو ساختار در حین رسوب ایجاد می شود. فیلم های نانویی لایه نازک، که بر روی سطح یک زیر پایه نشانده می شوند کاربردهای عمدتاً الکترونیکی دارند. همانند زیرلایه ها، خازن ها، قطعات حافظه، آشکارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربردl 1. آلوتروپ های کربن l تا سال 1980، سه آلوتروپ کربن(کربن غیر بلوری) به نام های الماس، گرافیت و کربن بی شکل شناخته شده بودند، اما امروزه می دانیم که خانواده کاملی از سایر اشکال کربن نیز وجود دارند (شکل 1). l شکل1 آلوتروپهای مختلف کربنl اولین آلوتروپ کربن که در سال 1985 کشف شد، باک مینستر فولرن نام داشت که به نام های دیگر باکی بال و فولرن نیز نامگذاری شده است. فولرن ها مولکول های کروی کربن هستند که به سبب شکل زیبا و خواص شگفت انگیز، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده اند. l آلوتروپ بعدی کربن که در سال 1991 کشف شد، نانولوله(Nano Tube) نام دارد که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد ساختار نانولوله های کربنیl در سال 1991 دانشمندی به نام سومیو ایجیما به طور کاملاً اتفاقی، ساختار دیگری از کربن را کشف و تولید کرد که خواص منحصر به فردی دارد. وی در ابتدا این ساختار را نوعی فولرن تصور نمود که در یک جهت کشیده شده است. اما بعدها متوجه شد که این ساختار، خواص متفاوتی از فولرن ها دارد و به همین دلیل آن را، نانولوله ی کربنی نامید. l در یک نانولوله ی کربنی، اتم های کربن در ساختاری استوانه ای آرایش یافته اند. یعنی یک لوله ی توخالی که جنس دیواره اش از اتم های کربن است. آرایش اتم های کربن در دیواره ی این ساختار استوانه ای، دقیقاً مشابه آرایش کربن در صفحات گرافیت است. در گرافیت، شش ضلعی های منظم کربنی در کنار یکدیگر صفحات گرافیت را می سازند. این صفحات کربنی بر روی یکدیگر انباشته می شوند و هر لایه از طریق پیوندهای ضعیف واندوالس به لایه زیرین متصل می شود.

هنگامی که صفحات گرافیت در هم پیچیده می شوند، نانولوله های کربنی را تشکیل می دهند. در واقع، نانولوله ی کربنی، گرافیتی است که به شکل لوله در آمده باشد

خواص و کاربردهای نانولوله های کربنی

l به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها

نانولوله ها یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد نانولوله های کربنی را به عنوان ماده ی پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های با پایه نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالا هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت. l استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی یکی از مشکلات دستگاه های نشر میدان امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. بیش از 700 مقاله تحقیقاتی در رابطه با کاربردهای نشر میدان نانولوله های کربنی منتشر شده است. این آمار بیانگر اهمیت موضوع است. برای مثال، مزایای استفاده از نمایشگرهای تولید شده با نانولوله ی کربنی نسبت به نمایشگرهای کریستال مایع، سرعت واکنش بالاتر نسبت به محرک های الکتریکی، مصرف انرژی کمتر، درخشندگی مناسب تر، میدان مغناطیسی پایین در هنگام روشن کردن دستگاه و دمای کاری بالاتر است. بر پایه همین مزیت ها، شرکت هایی مانند سامسونگ و NEC نمایشگرهای رنگی با استفاده از نانولوله کربنی را تولید کرده است. تلویزیون های ساخته شده با این تکنولوژی در اوایل سال 2006 روانه بازار شد. l استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک نانولوله ها به میزان قابل توجهی سخت و قوی بوده و هادی جریان الکتریسیته و گرما می باشند. این خواص سبب استفاده از این مواد در صنعت الکترونیک شده است.

l نانولوله های کربنی سیم های مولکولی بزرگی هستند که الکترون می تواند آزادانه در آن حرکت کند و رفتار آنها پیچیده است. در این راستا رفتار نانولوله های چند دیواره بسیار پیچیده تر از تک دیواره است زیرا لایه های کناری روی یکدیگر تأثیر می گذارند. مدل سازی چنین اثراتی از موضاعات تحقیقاتی در حال حاضر می باشد. محققان امیدوارند که ابعاد سیم ها یا قطعات را از طریق جایگزینی با نانولوله به حدود نانومتر یا کمتر برسانند. این قطعات در کنار مدارات الکترونیکی می توانند خیلی سریع تر و با توان کمتر از مدارات کنونی کار کنند.

لامپ های تولید شده با نانولوله های کربنی هزینه تولید کمتری دارند. به علاوه عمر طولانی تر و ثبات رنگ بیشتر نسبت به لامپ های معمولی، از مزایای دیگر این لامپ هاست

ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی l نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد.l به طور مثال، با قرار دادن فلزات درون نانولوله ها می توان خواص الکتریکی این مواد را بهبود بخشید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله های باز، مثل یک نی توخالی عمل می کنند. این نی های مولکولی می توانند به وسیله عمل موئینگی و تحت شرایط خاص، برخی عناصر را به درون خود بکشند. l همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود 3 تا 5 درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی l نانولوله های کربنی همچین برای استفاده در ساخت نانوماشین ها پیشنهاد شده اند. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده اند که می توانند به عنوان محورها در نانو ماشین ها عمل کنند. ممکن است، نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند. این امر از طریق ساختن دنده های چرخدنده (استخلاف ها) بر روی نانولوله ها می تواند انجام شودنانو حفره ها: l مواد با اندازه های حفره ای در محدوده نانومتری، کاربردهای صنعتی جالبی را نشان می دهند. به علت ویژگی برجسته آنها با توجه به عایق حرارتی بودن، رهایش مواد کنترل شده و کاربردشان، آنها به عنوان پرکننده هایی برای کاتالیزورها در علم شیمی، مورد توجه زیادی می باشد. یک مثال از مواد نانو متخلخل، آثروسل ها می باشند که از روش شیمیایی سل – ژل تولید می شوند. l این گروه از مواد، پتانسیل بالایی در کاتالیست ها، عایق های حرارتی، مواد الکترودی، فیلترهای محیطی و غشاها، به عنوان محل های رهایش داروی کنترل شده دارا می باشند نانو ذرات:

l نانوذرات از ده ها یا صدها اتم یا مولکول و با اندازه ها و مورفولوژی های مختلف (آمورف، کریستالی، کروی شکل، سوزنی شکل و غیره) ساخته شده است. اغلب نانوذرات که به طور تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، به شکل پودر خشک و یا به صورت بخش مایع می باشند. البته نانوذرات ترکیب شده (آمیخته شده) در یک محلول آلی یا آبی که به شکل سوسپانسیون یا خمیری شکل است نیز مورد توجه می باشد. این ذرات در شکل ها و مورفولوژی های گوناگونی یافت می شوند، ساختارهایی از کروی گرفته تا فلسی، ورقه ای، شاخه ای، لوله ای و میله ای

منابع

4.قسمتی از نوشته های مریم ملک داراز کتاب

P. A. Montano, G. K. Shenoy, E. E. Alp, W. Schulze, J. Urban, Phys. Rev. Lett. 56, 1986, Page 2076

[well spoken]

نانو ذرات می توانند به dna آسیب برسانند

در عین حال این مطالعات دیدگاهی جدید را درباره چگونگی تاثیرگذاری این ذرات بر روی بدن در راستار ارائه شیوه های جدید انتقال دارو به وجود آورده است.

تحقیقات جدید نشان می دهد قرارگیری سلولها در معرض نانوذراتی که با اهداف درمانی وارد بدن شده اند می تواند در ساختار dna سلولها اختلال ایجاد کند. حتی اگر سلول در تماس مستقیم با ذره قرار نگرفته باشد.


دانشمندان از گذشته می دانستند که در صورت تقابل مستقیم نانو ذرات با سلول احتمال بروز اختلال در دی ان ای وجود دارد اما اکنون مطالعات جدید نشان می دهد نانو ذرت در دورترین بخشهای دیواره های سلولی می توانند با ارسال سیگنالهایی دی ان ای را دچار اختلال کنند، پدیده ای که تاکنون ناشناخته بوده است.


این یافته می تواند نشانه از نتایج ناخواسته ای باشد که در صورت استفاده از نانو ذرات به وجود خواهند آمد. به بیانی دیگر استفاده از نانوذرات برای انتقال دارو در داخل بدن و یا به منظور هدف گیری سلولهای خاص مانند سلولهای سرطانی در انواع تومورها می تواند نتایج ناخواسته و پیش بینی نشده ای را در بر داشته باشد.

اما در عین حال این مطالعات دیدگاهی جدید را درباره چگونگی تاثیرگذاری این ذرات بر روی بدن در راستار ارائه شیوه های جدید انتقال دارو به وجود آورده است.


به گفته محققان نمونه مورد آزمایش آنها مشابه نسوج بدن انسان نبوده است به همین دلیل سلولهای زنده ای که نانو ذرات را دریافت می کنند و یا در معرض این ذرات قرار می گیرند ممکن است به دلیل اتصال به نسوج و رگهای خونی به شکلی متفاوت و دور از انتظار دچار اختلال شوند.


محققان هنوز درباره چگونگی اختلال دی ان ای در اثر سیگنالهای دریافت شده از نانو ذرات اطمینان حاصل نکرده اند اما با توجه به این حقیقت که تماس مستقیم و یا غیر مستقیم سلول با این ذرات می تواند سلولها را دچار اختلال کند، درجه آگاهی را نسبت به تولید نانوذرات به خصوص پس از اعلام مرگ دو زن چینی تحت تاثیر فناوری نانو افزایش خواهد داد.

[hengameh]

مهندسان دانشگاه کالیفرنیا نانوالیاف جمع‌آوری‌کننده‌ی انرژی ساخته‌اند که می‌توانند روزی به‌صورت البسه بافته‌ شوند. این نانوتولیدکننده‌های الکتریسیته، خواص پیزو‌الکتریک دارند. این خاصیت به آنها اجازه می‌دهد که انرژی تولید‌شده در سرتاسر تنش‌ها، کشش‌ها و پیچش‌های مکانیکی، را تبدیل به الکتریسیته کنند.
http://www.nano.ir/images/news/7224.JPG


نانوتولیدکننده‌ی الکتریسیته الیافی که روی یک بستر پلاستیکی ساخته شده است. نانوالیاف استفاده شده در این افزاره می‌توانند حرکات طبیعی بدن را به جریان الکتریسیته تبدیل کنند.
به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از نانو لیوی‌لین، استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه کالیفرنیا و سرپرست این گروه تحقیقاتی، گفت: این فناوری می‌تواند به تدریج تبدیل به پوشاک هوشمندی شود که میتواند با استفاده از حرکات طبیعی بدن، انرژی لازم برای افزاره‌های الکترونیکی قابل‌حمل را فراهم کنند. به دلیل اینکه این نانوالیاف از پلی‌وینیل‌ایدن فلورید، یا PVDF، ساخته می‌شوند، انعطاف‌پذیر می‌باشند و نسبتاً ارزان و آسان ساخته می‌شوند.

لین ادامه می‌دهد که به ‌دلیل اینکه این نانوالیاف بسیار کوچک می‌باشند، ما می‌توایم بدون هیچ تغییر قابل حسی در راحتی استفاده‌کننده‌ی پوشاک، آنها را در پوشاک ببافیم.

ساخت نانوتولیدکننده‌های قابل پوشیدنی که می‌توانند از حرکات مکانیکی انرژی الکتریسیته تولید کنند، کار جدیدی نیست. دیگر گروه‌های تحقیقاتی قبلاً با استفاده از مواد نیمه‌رسانای معدنی از قبیل اکسید روی و تیتانات باریم، نانوتولیدکننده‌هایی ساخته‌اند. لین گفت: نانوتولیدکننده‌های معدنی- در مقایسه با نانوتولیدکننده‌ی آلی که ما ساخته‌ایم- برای رشد در مقادیر بزرگ سخت‌تر و شکننده‌تر می‌باشند.

این نانوتولیدکنند‌های ریز قطری برابر 500 نانومتر دارند. این محققان مکرراً این نانوالیاف را کشیده و پیچاندند، که در نتیجه این حرکات مکانیکی جریان الکتریکی در محدوده‌ی 5 تا 30 میلی‌ولت و 0. 5 تا 3 نانوآمپر تولید شد. علاوه بر این، این مهندسان بعد از کشیدن و رهاکردن این نانوالیاف برای صد دقیقه در یک فرکانس 0.5 ‌هرتز (سیکل‌ بر ثانیه)، هیچ کاهش عملکرد قابل‌توجهی برای آنها گزارش نکردند.

این دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا برای ساخت و قرار دادن این نانوتولید‌کننده‌های پلیمری به فاصله‌ی 50 میکرومتر از همدیگر در یک الگوی شبکه‌ای، از روش الکتروریسندگی میدان- نزدیک استفاده کردند. این روش امکان کنترل بهتر مکان این نانوالیاف روی یک سطح را فراهم می‌کند، و به آنها اجازه می‌دهد که این نانوتولیدکننده‌های الیافی را به طور مناسب همراستا کنند به‌طوری که قطب‌های مثبت و منفی، مانند قطب‌ها در یک باطری، مقابل همدیگر قرار گیرند.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.

[nika6749]

نانوپليمرها: پليمرهايي با استفاده از مونومرهاي نانويي و کنترل نانويي و کنترل توسط پليمريزاسيون آنها.
2) نانوکامپوزيتهاي پليمري: استفاده از پليمر به عنوان پايه در کامپوزيتها و تاثير فاز دوم در ابعاد نانو بر روي پليمر به منظور تشکيل کامپوزيت.

تاثير فناوري نانو بر پليمرها بيشتر از طريق نانوکامپوزيتهاي پليمري صورت ميگيرد زيرا اين مواد به طور همزمان مقاومت بالا و شکل پذيري از خود نشان ميدهند، خواصي که معمولا در يکجا جمع نميشوند. همچنين داراي کاربرد و خواص بسياري هستند که تعدادي از آنها بيان ميشود. يکي از کاربردهاي نانوکامپوزيتهاي پليمري، جايگزيني مواد شيشه است و ميتوان شيشه آلي مقاوم در برابر شکستن و يا مواد جاذب ضربه براي صنعت اتومبيل توليد کرد.

گذشته از اين، بکار بردن اين مواد در تکنولوژي الياف، باعث ايجاد توليدات جديدي در منسوجات خواهد شد. همچنين اين مواد ميتوانند جايگزين مناسبي براي فلزات باشند.

2) تاريخچه کامپوزيت:

كامپوزيتها يا مواد مركب، از جمله مواد مهندسي و ساختماني جديدي هستند كه در توسعه و كاربرد آنها متخصصين فراواني از رشته هاي مختلف مانند متالورژي‏‏، سراميك، پليمر و غيره سهم به سزايي دارند. استفاده از اين مواد، ايده جديدي نيست، به عنوان مثال چيني ها و مصريان قديم از جمله تمدنهاي باستاني بوده اند كه براي اولين بار از مخلوط كاه وگل و شن براي بناسازي استفاده كرده اند تا اينكه استحكام گل افزايش پيدا كند. مصريان با چسباندن لايه هاي نازك چوب و پارچه به يكديگر و با استفاده از طناب، قايقهاي خود را در برابر متورم شدن در آب تقويت مي كرده اند .
استفاده از كامپوزيتهاي مدرن، در حقيقت از اوائل 1940 شروع شد كه براي اولين بار از الياف شيشه جهت تقويت پلاستيكهاي مصرفي در ساخت پوشش پلاستيكي آنتن رادار هواپيما استفاده شد. در پي آن اولين کامپوزيت فايبرگلاس- پلاستيك در سال1942 ساخته شد و طي جنگ جهاني دوم و بلافاصله پس از كاربرد پلاستيكهاي تقويت شده با الياف در هواپيماسازي، كامپوزيتها موارد استفاده بيشتري يافتند و از سال 1956 صنايع فضايي نيز استفاده وسيع از آنها را آغاز كرند.
واژه كامپوزيت composite)) از كلمه انگليسي to compose به معاني تركيب كردن، ساختن و مخلوط كردن مشتق شده است. كامپوزيت از تركيب و اختلاط چند ماده حاصل ميشود. در اينجا منظور تركيب و اختلاط فيزيكي است نه شيميايي، بهطوري كه اجزاي تشكيل دهنده، ماهيت شيميايي و طبيعي خود را كاملا حفظ ميكنند.]1[

3) كامپوزيتها و اجزاي آن:

کامپوزيتها موادي هستند که خصوصيات زير را داشته باشند:
الف- جامد (تركيبات مايع از نظر خواص مكانيكي فاقد ارزش اند.)
ب- مصنوعي (كامپوزيتهاي طبيعي مانند چوب و استخوان مدنظر نيستند.)
ج- متشكل از دو يا چند جزء (يا فاز) كه از نظر شيميايي يا فيزيكي كاملا متفاوتند و به صورت منظم يا پراكنده كنار هم قرارگرفته اند و لايه مشتركي بين آنها وجود دارد و يا خواص مكانيكي يكي از فازها نسبت به فاز يا فازهاي ديگر متفاوت است. ]1[

1-3) زمينه ها:

با توجه به اينکه کامپوزيتها ترکيب دو يا چند ماده در همديگر هستند، ميتوان گفت که يکي از اين فازها بايد در برگيرنده فازهاي ديگر باشد، به چنين فازي که درصد حجمي و وزني آن از ديگر فازها بيشتر است و بصورت پيوسته ميباشد زمينه يا ماتريس گفته ميشود. اين زمينه ها در مواد مرکب صرفنظر از اينکه توسط الياف تقويت ميشوند، خود نيز نقش چسباندن الياف به يكديگر جهت انتقال تنشهاي وارد به فاز الياف، محافظت از الياف در برابر عوامل مكانيكي و جوي همچون رطويت را نيز به عهده دارند. فلزات، سراميكها و پليمرها به ويژه پلاستيكها از جمله پرمصرفترين مصالح موجودند و به اين جهت اين مواد مورد استفاده در كامپوزيتها را تشكيل ميدهند.

با توجه به خواصي که ما از کامپوزيتها انتظار خواهيم داشت، زمينه هاي مختلفي در كامپوزيتها بکار ميروند. از جمله زمينه ها عبارتنداز: زمينه هاي فلزي (مقاومت به ضربه بالا)، زمينه هاي سراميكي (مقاومت حرارتي بالا) و زمينه هاي پليمري(مقاومت شيميايي بالا)

2-3) تقويت کننده ها:

علاوه بر زمينه ها به دسته اي از تقويت کننده ها نياز است که در ذيل انواع آن آورده شده است:
الف) تقويت¬کننده¬هاي ذره¬اي:
تقويت¬کننده¬هاي ذره¬اي يا پرکننده¬ها، ذرات جامد از نوع معدني يا آلي هستند که از نظر ساختاري و ترکيب شيميايي از يکديگر متمايز مي¬شوند. اين ذرات داراي ابعاد کوچکي در سه بعد هستند به¬همين خاطر به آنها ذره گفته مي¬شود.
تقويت، معاني مختلفي دارد از جمله ممكن است واژه تقويت به¬عنوان مثال به افزايش همزمان استحکام کششي و مدول اطلاق شود. ]1[

ب) تقويت¬کننده¬هاي ليفي يا رشته¬اي:

تقويت¬کننده¬هاي رشته¬اي ممکن است به شکل الياف و به¬صورت پيوسته يا منقطع وجود داشته باشند. اکثر مواد در شکل ليفي خود محکمتر و سفت¬تر از ديگر اشکال خود هستند و به اين دليل تقويت¬کننده¬هاي ليفي مصرف بيشتري دارند. الياف شيشه با دانسيته بسيار کم، استحکام بسيار بالا و سفتي بسيار زياد دارند. ]1[

ج) تقويت¬كننده¬هاي ورقه¬اي يا سطحي:

نوع ديگري از تقويت¬كننده¬ها وجود دارد كه بصورت ورقه¬اي است و استحكام فوق¬العاده¬اي نسبت به تقويت¬كننده¬هاي ليفي و ذره¬اي از خود نشان مي¬دهد. علت اصلي آن، قرار گرفتن اين تقويت¬كننده¬ها در دو محور اصلي است. در حالي كه در تقويت¬كننده¬هاي رشته¬اي، زمينه فقط از يك طرف تقويت مي¬شود.

4) نانوكامپوزيت:

فناوري نانو و توليد مواد در ابعاد نانومتري موضوع جذابي براي تحقيقات است كه در دهة اخير توجه بسياري را به خود معطوف داشته است. نانوكامپوزيت¬ها نيز به¬عنوان يكي از شاخه‌‌هاي اين فناوري جديد، اهميت بسياري يافته است و يكي از زمينه‌هايي است که کاربردهاي صنعتي پيدا کرده است. تلاش¬هاي اوليه موفقيت‌آميز در تهيه نانوکامپوزيتها به دهه‌هاي شصت و هفتاد قرن بيستم ميلادي باز مي‌گردد. اما در 1980 با تهيه نانوکامپوزيت¬هايبر پايه نايلون6-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 نانوكامپوزيت¬هايي را بر پايه نايلون6 ارائه نمودند كه عمده كاربرد آنها در خودروسازي و صنايع بسته‌بندي بود. از آن به بعد تعداد ديگري از شركت¬ها، نانوكامپوزيت¬ها را به¬منظور كاربردهاي تجاري مورد مطالعه قرار دادند و در اواخر سال 2001 ميلادي شركت¬هاي جنرال موتورز و باسل اولين كاربرد نانوكامپوزيت¬هاي بر پايه اولفين¬هاي گرما¬نرم را در قطعات خارجي اتومبيل ارائه نمودند. ,2]1[

1-4) تعريف نانوکامپوزيت¬ها:

نانوكامپوزيت¬ها شامل تركيب ذرات در حوزه مولكولي يا نانو در زمينه پليمري، فلزي يا سراميكي مي‌باشد. در همه موارد مشاهده مي‌شود كه مقدار نانوذرات در اين زمينه¬ها مي‌تواند به¬طور كامل خواص اين مواد را تغيير دهد اين نانوذرات به¬عنوان تقويت¬كننده زمينه و همچنين تغييردهنده رفتار الكتريكي مواد پايه به¬كار مي¬روند.

بايد توجه كرد كه تنها با اضافه كردن نانوذرات به يك زمينه به خواص فوق¬العاده‌اي نمي‌رسيم بلكه در اين تركيب بايد شرايطي را رعايت كرد. مثلا فرض كنيد يكسري ورق¬هاي پركننده‌اي را به كامپوزيت¬ها اضافه كرده باشيم، اگر ورق¬هاي كوچك معدني به¬صورت متراكم به هم چسبيده باشند رفتارشان خيلي متفاوت از مواد كامپوزتي معمولي نمي‌باشد.

اما به¬عنوان يك تعريف، نانوكامپوزيت، مواد مركبي هستند كه لااقل يكي از اجزاء تشكيل¬دهنده آنها داراي ابعادي در محدوده نانومتري، در محدودة nm100- 1، باشد؛ اما يكسري پودرهاي نانوكامپوزيت نيز داريم كه اين پودرها شامل ذرات با ابعادي مختلف در محدوده نانومتري هستند.

در مواد نانوكامپوزيت، به جزء پخش¬شونده كه به¬صورت الياف، صفحات، مسطح ريز، ذرات و يا حتي حفره‌ها، تركها و غيره در ابعاد نانومتري باشند، فاز دوم اطلاق مي‌شود و همينطور به جزء پيوسته در نانوكامپوزيت¬ها كه مي‌تواند در ابعاد نانومتري و يا بالاتر باشد فاز زمينه مي‌گويند. ,2]1[

2-4) دسته¬بندي نانوکامپوزيت¬ها:

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

الف) مواد نانوكامپوزيت سراميك- فلز: اين نوع مواد نانوكامپوزيت، عمدتا داراي جزيي سراميكي با دماي ذوب بالا و جزيي فلزي با دماي ذوب نسبتا پايين هستند و در ساخت قطعات عملياتي كاربرد دارند.
ب) مواد نانوكامپوزيت پليمر-سراميك (يا فلز): اين نوع مواد نانوكامپوزيت كه داراي فاز زمينه آلي (پليمري) و فاز دوم نانومتري غيرآلي(سراميكي يا فلزي) هستند بيشتر تحت عنوان مواد نانوكامپوزيت هيبريدي آلي-غيرآلي شناخته مي‌شوند.

ج) مواد نانوكامپوزيت سراميك-سراميك: مواد نانوكامپوزيت سراميك-سراميك كه دماي ذوب يك جزء بالاتر از جزء ديگر است، عمدتا داراي چگالي بالا و ميزان تخلخل پايين هستند. (شکل روبرو نانوکامپوزيتهاي AlN/SiCرا نشان مي¬دهد)

از ديگر دسته‌هاي نانوکامپوزيت مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
مواد نانوکامپوزيت سراميكي
نانوكامپوزيت¬هاي سراميك-فلز
نانوكامپوزيت¬هاي زمينه فلزي
نانوكامپوزيت¬هاي فيلم نازك
نانوكامپوزيت¬هاي برپايه نانولوله كربني ,6]1[

3-4) بهبود خواص در نانوکامپوزيت¬ها:

خواصي كه بر اثر وجود نانومواد در کامپوزيت¬ها بهبود مي‌يابند عبارتنداز: خواص فيزيكي مثل دماي واپيچش گرمايي، پايداري حرارتي، شفافيت، و خواص مکانيکي مثل خواص كششي، خواص خمشي و غيره[2]

4-4) كاربردهاي نانوکامپوزيت¬ها:

كاربرد نانوكامپوزيتها در تهيه بخش¬هاي خارجي خودرو بر پايه اولفين¬هاي گرمانرم نظير پروپيلن، در فيلم¬هاي بسته‌بندي نايلوني، در بطري¬هاي نگهداري مواد نوشيدني، در لوله‌هاي پليمري و در پوشش¬هاي كابل و سيم و غيره در حال گسترش است.

اخيرا جنرال موتورز تهيه اولين قطعات نانوكامپوزيت پلي¬اولفيني(PO- خاك¬رس) را كه حاوي تنها 5/2 درصد پرکننده معدني است، گزارش كرده است. اين محصول از لحاظ سفتي معادل اولفين گرمانرم حاوي ده برابر پركننده تالك است و موجب 20 درصد صرفه¬جويي در وزن مي‌شود. اين قطعات در صفحه¬هاي بدنه خارجي استيشن‌هاي مدل2002 استفاده شده است. برآورد شده كه استفاده گسترده نانوكامپوزيت¬ها در خودروها تنها در آمريكا مي‌تواند يك و نيم ميليارد ليتر در سوخت ساليانه صرفه‌جويي ايجاد كند و باعث كاهش توليد دي¬اكسيدكربن به ميزان پنج ميليارد كيلوگرم در سال شود.

شركت آرگون، خواص عبوردهي نانوكامپوزيتهاي استفاده شده در بسته‌بندي را تا حدود 2500 درصد اصلاح مي‌كند. 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 مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

ضدحريق كردن پلاستيك¬ها، تهيه الياف و فيلم¬ها، كاربردهاي الكتريكي، سامانه¬هاي انتقال دارو، مهندسي بافت، ساختمان¬سازي، لوازم خانگي و... . ,5]1[

5-4) مزايا و معايب نانوكامپوزيتها:

ظهور مواد نانوكامپوزيت، تحولي اساسي در خواص مكانيكي و حرارتي مواد ايجاد كرده است. خواص منحصر به فرد مواد نانوکامپوزيت را مي‌توان به صورت زير بيان كرد:
- پودرهاي نانوکامپوزيت نسبت سطح به حجم بالايي دارند. اين نسبت در حالت بي‌شكل نسبت به حالت بلوري، بيشتر است.
- كسر زيادي از اتمها در سطح ذرات پودرهاي نانوکامپوزيت و يا در مرز دانه‌هاي ريزساختار نانوکامپوزيت¬ها قرار دارند.
به دليل دو خاصيت اخير، پودرهاي نانوکامپوزيت، قابليت تفت‌جوشي (زينتر) بالايي دارند. در ساخت نانوكامپوزيت¬ها از پودرهاي نانوکامپوزيت يا پودرهاي نانومتري، به دليل كنترل فرآيند در مقياس نانومتري، ريزساختاري كاملا يكنواخت بدست مي‌آيد. نانوکامپوزيت¬ها خواص فيزيكي و مكانيكي از قبيل استحكام، سختي، چقرمگي و مقاومت حرارتي بالايي در محدوده وسيعي از دما دارند. افزودن پنج تا ده درصد حجمي فاز دوم به فاز زمينه، باعث افزايش چشمگيري در خواص فيزيكي و مكانيكي نانوکامپوزيت¬ها مي‌شود. لذا جديدترين فناوري¬ها، مربوط به طراحي ريزساختاري نانوکامپوزيت¬ها براي بهبود خواص فيزيكي و مكانيكي آن مي‌باشد.
در مقابل خواص منحصر به فرد مواد نانوکامپوزيت، در ساخت نانوکامپوزيت¬ها مشكلات فرآيندي قابل توجهي وجود دارد كه نقش تعيين¬كننده‌اي دارند. از اساسي‌ترين اين مشكلات مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

- عدم توزيع يكنواخت فاز دوم در فاز زمينه در نانوکامپوزيت¬ها، خواص مكانيكي نانوکامپوزيت¬ها را كاهش مي‌دهد. تجمع ذرات پودر بسيار ريز در نانوکامپوزيت¬ها موجب افزايش انرژي سطحي آنها شده، كاهش خواص مكانيكي نانوکامپوزيت¬ها را به دنبال دارد.

- همچنين استفاده از مواد شيميايي گران¬قيمت براي توزيع يكنواخت فاز دوم در داخل فاز زمينه و جلوگيري از بهم چسبيدن ذرات پودر نانوکامپوزيتي و ساخت نانوکامپوزيت¬هايي با ريزساختاري همگن و خواص مكانيكي بالا، باعث غيراقتصادي شدن و همچنين پيچيده‌تر شدن فرآيند مي‌گردد. ,3]1[

[870867759]

با سلام و تشکر
دوستان من مقاله ای درباره نانو کامپوزیت های زمینه سرامیکی حاوی نانو لوله های کربنی میخواستم
انگلیسی یا فارسی
اگه چیزی پیدا کردین لطفا به آدرس زیر بفرستین
amirka1364@yahoo.com


(carbon nano tubes reinforced ceramic composit)