ghasem motamedi
12th January 2010, 01:27 AM
مقدمه:
برای‌آشنایی‌با‌گوشه‌ای ?از‌کاربردهای‌نانو‌در‌م ?اد‌بسته‌بندی‌و‌خواص‌و ?نتایج‌آنها‌در‌بسته‌بند ?های‌مختلف،مطلب‌زیر‌ر ا‌که‌برگرفته‌از‌گزارشی ?است‌با‌عنوان<کاربرد‌نا نوروکش‌ها‌در‌صنعت‌بسته ?بندی>می‌خوانید.
بیشتر پوشش‌هایی‌که‌امروزه مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرند،اصطلاحا <خاموش>هستند،یعنی‌تنه ا قابلیت‌اعمال‌خاصیت اولیه خود را دارند،بدون‌این که توانایی سازگاری ب ا‌محیط و‌اصلاح خواص در‌اثر‌تغییر‌شرایط محیط را‌داشته و‌یا بتوانند‌عیب‌ها و‌نقایص‌بالقوه مانند مشکلات‌خوردگی را‌به کاربر‌اطلاع دهند.پوشش‌هایی مبتنی‌بر‌فن‌آوری‌نانو ?امکان‌دسترسی‌به قابلیت‌های چند منظوره را فراهم می‌نمایند؛بدین معنی که می‌توانند‌حداقل دو‌ویژگی‌همزمان‌مانند مقاومت بالا در‌برابر‌خوردگی و‌آب‌گریزی یا ابرآب‌گریزی(در‌زوایای ?ماس۱۰۰تا۱۷۰)را‌داش ?ه باشند.
یكي از دغدغه هاي شركتهاي صنايع غذايي جهان، بهبود كيفيت، نگهداري و بسته بندي "مواد غذايي" براي دور تگه داشتن آنها از آسيب باكتريها و آنزيمهاي تخميركننده است. مثلا اينکه چگونه ميتوان طول عمر و ماندگاري شير را افزايش داد؟ يا اينكه چگونه ميتوان از آلوده شدن محيط زيست توسط مواد زائد يا پسابهاي كارخانه هاي صنايع غذايي جلوگيري كرد؟ زيرا در آنها آنزيم ها و پروتئين هاي فراواني وجود دارد كه با ايجاد محيط مناسب براي رشد باكتريها و انگلها، محيط زيست را آلوده ميسازند.
فساد مواد غذايي، اغلب به دو روش صورت ميگيرد: 1- توسط يك عامل ميكروبي خارجي. 2- توسط آنزيمهايي كه واكنشهاي تخميري را سرعت ميبخشند.
اگر بتوان به روشي آنزيمها يا باكتريها را از محيط عمل دور كرد، فرآيند فساد مواد غذايي به تأخير
با روكشكردن آنزيم ها، آن ها را از محيط فعاليت دور کرده و مانع از فعاليت آنها ميشوند. به اين ترتيب، فساد مواد غذايي به تأخير ميافتد و طول عمر آن ها افزايش مييابد.
آنزيمها تنها در محيط هاي زنده رشد و فعاليت ميكنند و در خارج اين محيط ها به سرعت تخريب ميشوند. يكي از پروژههاي مهم كه در مراجع علمي مورد توجه قرار گرفته است، روكش كردن آنزيم توسط يك ساختار پليمری ميباشد. با اين روش آنزيمها تا 5 ماه فعال مي مانند. به گفته محققين تبديل آنزيمهاي آزاد به اين نانوذراتِ حاوي آنزيم، باعث ثبات خاصيت كاتاليزوري آنها ميشود. در اين روش يك شبكه كامپوزيتي را با فرآيند پليمريزاسيون در اطراف هر مولكول آنزيم ايجاد ميکنند تا از تخريب آن جلوگيري شود. اين نانوذراتِ حاوي آنزيم قطري حدود 8 نانومتر دارند و در دماي 4 درجهسانتيگراد تا 5 ماه عمر ميكنند.
روكشكردن آنزيمها، يكي از فرآيندهاي مهم در صنايع غذايي براي حفظ، افزايش كيفيت و بهبود بسته بندي مواد غذايي است، كه با پيدايش نانوفناوري، اجراي آنها آسانتر شده است.
نانو روکش چیست؟
پوششی با ضخامت نانو متری یا پوششی که از مواد نانومتری در آن استفاده شود .نانو روکش به مادهای گفته میشود که در مقیاس نانو ساخته شده و به عنوان روکش، پوشاننده یا محافظ برای دیگر مواد به کار می رود.
زمینه هایی که از نانو روکش ها استفاده میشود: الکترونیک ، مواد غذایی ، وسایل نقلیه و غیره.
نانو روکشها:
نانو روکشهای تک مولکولی، یکی دیگر از زمینه های پژوهشی در حوزه نانو مواد است. لایه ای نازک از این مواد را می توان روی سطوح فلزی یا پلاستیکی نشاند و مقاومت سایشی و ضربه ای آنها را به شدت افزایش داد. از موارد جالب کاربردهای نظامی در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت و طراحی لباسهای مقاوم در برابر گلوله و مقاوم در برابر ضربه و آتش: استفاده از نانو روکش ها در الیاف لباس های سربازان و نیروهای امنیتی باعث سبک و قابل حمل شدن و استحکام آنها می گردد.
- به کار بردن روکش هایی از جنس نانو اکسیدهای فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا زنگ زده.
- ساخت کلاه های جنگی با مقاومت حرارتی بالا با استفاده از نانو روکش ها
چرا ازپوشش استفاده می کنیم؟
تمام مواد و محصولات مورد استفاده ما نیاز به پوشش دارند. چون نباید در طی مراحل تولید، بسته بندی، ورود به بازار و مهمتر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگیهای خود را از
.دست بدهند
روکش چیست؟
به طور کلی «پوشش» لایه ای است با ضخامت کمتر از ماده پایه. با تغییر این ضخامت و نحوه نشاندن پوشش روی ماده پایه، انواع پوششهای مورد نیاز برای کاربردهای خاص را به وجود می آوریم.
چرا باید ماده ای را با ماده دیگر بپوشانیم؟
با پوشش مناسبی که سختی لازم را داشته باشد، میتوان سختی را زیاد کرد و در عین حال بر وزن آن نیافزود.
اختلاف نانوپوشش ها با پوشش های معمولی در چیست؟
1-مقاومت بالای نانوپوشش ها نسبت به خوردگی است
2-در نانو پوشش ها مساحت مرزِ دانه زیاد است و این موجب خوردگی بیش از اندازه میشود. ولی این خوردگی در مرز اتفاق میافتد نه درون دانه. اما چون این نقاط پراکندگی یکنواختی دارند، بنابراین خوردگی یکنواخت تر است و خوردگی موضعی که ترک و شکست ایجاد میکند در کار نخواهد بود.
3-بهبود خاصیت مکانیکی.
4-یک لایه از یک ماده سخت را روی سطح ماده نرم مینشانند تا در برابر نیروهایی که در سطح ماده اعمال میشوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود.
5-مغز قطعه هنوز نرم و انعطافپذیر است. بنابراین، قطعه در برابر نیروهای ناگهانی مثل ضربه هم مقاوم خواهد.
چگونه نانوروکش تولید کنیم؟
1-روش پاشش حرارتی
2-روش رسوبدهی شیمیایی بخار (CVD)
3-روش نیتروراسیون
4- لایه نشانی الکترولیتی کاتد
5-روش رسوبدهی فیزیکی بخار
6-روش سل ـ ژل
7-پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد
لایه نشانی الکترولیتی کاتد:
برای تولید پوششهای مقاوم به خوردگی، استفاده از اکسیدِ همان فلز ساده ترین نوع پوشش است.معمولاً از نمکهای مذاب مختلف، یا در برخی موارد از اسیدها، به عنوان الکترولیت استفاده می شود.آلومینیوم بهترین مثال برای این روش است.
روش نیتروراسیون:
اتم نیتروژن کوچک است و به همین علت به راحتی میتواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند.اگر اتم نیتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، یک نانوروکش تولید کرده است. فولاد بهترین مثال برای این روش است.
روش رسوبدهی فیزیکی بخار:
با گرم کردن ماده (جامد یا مایع) اتم ها یا مولکول ها از روی سطح آزاد میشوند.با افزایش دما تعداد ذره هایی که از سطح کنده میشوند افزایش می یابد.وقتی اتم های کنده شده از سطح به مقدار معینی رسیدند، واکنشهای شیمیایی در حالت بخار صورت میگیرند. بعد از آن بخار سرد میشود و یک لایه نازک روی سطح ایجاد میگردد.
پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد:
براي ايمپلنتهاي مورد استفادهدر بدن انسان شرکت (InformatCorporation) IMCO با استفاده از تکنيکالکتروفورتيک در دماي محيط نانوساختار هيدروکسي آپاتيد را بر روي انواع ايمپلنتهاپوشش مي‌دهد. اين ايمپلنتها از جنس Ti6Al4V است که کاربردهاي مختلفدر دندانپزشکي و اورتوپدي دارد. پوشش هيدروکسيآپاتيد به روشهاي قديميپاشش حرارتي و رسوبدهي شيميايي روي سطح اعمال مي‌شد.
فواید پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد:
افزايش استحکام باند: در روشهاي قبلي اعمال هيدروکسي آپاتيد، استحکام چسبندگي پوشش بسيار پايين است. در روش پاشش حرارتي MPa30 و در رسوبدهي شيميايي MPa 14 است. اما اين روش باعث ميشود که استحکام چسبندگي به حدود MPa60 برسد.
بهبود مقاومت خوردگي: اين پوششهاي نانويي 100% فشرده و 100% کريستالي است، که باعث ميشود مشکل انحلال آمورفي اين پوشش حل شود و البته فشرده بودن باعث ميشود که مايعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگيرند. جريان پلاريزاسيون خوردگي در اين حالت 300 بار کمتر از حالتي است که به دو روش قديمي پاشش حرارتي و رسوبدهي شيميايي پوشش داده شده است.
انواع نانو روکش:
1-نانوذرات چسبانده شده روی یک زمینه :
2-روکشهای بلوری با ساختار نانومتری
3-لایه های نازک
نانوذرات چسبانده شده روی یک زمینه:
یکی از مشکلات خوردن پفک، چسبیدن ذرات پفک به دست است که باعث میشود انگشتانی نارنجی داشته باشیم.چگونگی چسبیدن ذرات پفک مثل تولید پوشش با استفاده از ذرات ریز است. با استفاده از نانوذرات و رطوبت، نانوروکش تهیه می شود.ذرات پفک به خاطر رطوبت به دست میچسبند (عامل چسباننده) و پوششی از ذرات پفک را ایجاد میکنند
روکشهای بلوری با ساختار نانومتری:
چیدمان اتم های مواد راه دیگری برای تولید نانوپوششهاست.اتم های تشکیل دهنده آنها به صورت منظم در جهت هایی خاص درون حوزه هایی مثل سلول های روی پوست دست قرار گرفته اند.باید اندازه دانه های این پوششها را به حد 1 تا 100 نانومتر درآورد.
کاربرد نانو روکش ها:
1-ساخت و ساز:کاشی ها و شیرهای خود پاک کن و ضد خش- لوله آلات ضدخوردگی
2-ساخت قطعات درگیر با دمای بالا :هوا و فضا
3-شیشه های ضد انعکاس و طیف گزین- شیشه های فتوکرومیک و الکتروکرومیک-آینه ها و شیشه های ضدمه و باران-ساخت قطعات موتور مقاوم در برابر حرارت:خودرو
4- تولید انرژی:صرفه جویی انرژی با استفاده از روکش های طیف گزی-روکشهای ضد انعکاس در پیل های خورشیدی جهت افزایش راندمان
5-صنایع:ساخت تأسیسات ضدخوردگی و مقاوم حرارتی
6-نساجی:تولید چادرهای مسافرتی ضدآب و لک-تولید البسه و پارچه های بیمارستانی ضد میکروب-تولیدپارچه های ضدآب،لک و میکروب
هزینه های خوردگی در صنایع مختلف:
هزينه خوردگي در آمريكا در سال ۱۹۹۸ ۳.۲ درصد (GNP) برآورد شد كه در همين سال هزينه مستقيم خوردگي براي ژاپن حدود ۰.۷۷ درصد (GNP) بدست آمد. متاسفانه آمار رسمي راجع به هزينه‌هاي خوردگي در ايران هنوز توليد نشده است. با توجه به شرايط اقليمي و تنوع آب و هوايي ايران، مناطق خورنده زيادي در كشور وجود دارد. خليج فارس و درياي عمان يكي از خورنده‌ترين آب‌هاي دنيا مي‌باشند؛ در مركز ايران محيط كويري و صنعتي و در شمال اتمسفر باراني، شرايط مناسبي براي خوردگي تجهيزات فراهم آورده اند.
مطالعات نشان داده‌اند كه خوردگي سازه‌هاي فلزي تاثير قابل ملاحظه‌اي بر اقتصاد كشورها دارد. اين هزينه‌ها در حوزه‌هايي مانند سازه‌هاي زيربنايي، حمل و نقل، صنايع همگاني، توليدات و صنايع نظامي نمايان ميشود.
اولين مطالعه در زمينه هزينه خوردگي در سال 1949 بوسيله پرفسور اوليگ (استاد دانشگاه MIT) ارائه شد كه كل هزينة خوردگي را با كمك جمع هزينة مواد، عمليات‌هاي مربوط و هزينه‌هاي مربوط به كنترل خوردگي تخمين زد. گزارش پرفسور اوليگ (Uhlig) اولين گزارشي بود كه باعث توجه به اهميت خوردگي در اقتصاد شد.
در سال 1960 اولين مطالعات (بعد از تخمين‌هاي پروفسور اوليگ) براي بررسي هزينة خوردگي در آمريكا انجام شد. در اين سال مشخص شد كه هزينة خوردگي در حدود 4% توليد ناخالص ملي است. براساس تحقيق ديگري در همان سال، هزينه‌هاي خوردگي در انگلستان نيز تقريباً مقداري مشابه بدست آمد.
اين گزارش باعث شد تا سال 1980 چندين گزارش در كشورهاي مختلف مثل آمريكا، انگليس و ژاپن در ارتباط با اقتصاد خوردگي ارائه شود. در سال 1975 هزينة خوردگي آمريكا 70 ميليارد دلار در سال محاسبه شد كه 2،4 درصد درآمد ناخالص ملي (GNP) بود گزارش ملي ژاپن كه در سال 1977 ارائه شد حدود 1 تا 2 درصد درآمد ناخالص ملي براي هزينه‌هاي خوردگي در آن كشور را نشان مي‌داد. براساس گزارش سال 1998 در آمريكا هزينه خوردگي 3.2 درصد (GNP) برآورد شد كه در همين سال هزينه مستقيم خوردگي براي ژاپن حدود 0.77 درصد (GNP) بدست آمد.
با توجه به شرايط اقليمي و تنوع آب وهوايي ايران، مناطق خورنده زيادي در كشور وجود دارد. خليج فارس و درياي عمان يكي از خورنده‌ترين آب‌هاي دنيا مي‌باشند. تجهيزاتي كه در اين آب‌ها كار ميكنند (اعم از تجهيزات ثابت مانند اسلكه‌هاي نفتي و سكوها و تجهيزات متحرك مثل نفت‌كش‌ها، ناوها و ناوچه‌هاي جنگي) تحت شديدترين خوردگي‌ها قرار دارند. در مركز ايران محيط كويري و صنعتي و در شمال اتمسفر باراني، شرايط مناسبي براي خوردگي تجهيزات فراهم آورده اند.
متاسفانه در ايران برروي آمار خوردگي فعاليت زيادي انجام نشده و آماري رسمي در اين زمينه وجود ندارد. اما بر اساس شواهد ميتوان اذعان نمود كه هزينه‌هاي خوردگي در ايران اعدادي نجومي خواهد بود، چراكه اولا در اكثر صنايع مقوله خوردگي كاملا ناشناخته بوده و از روشهاي پيشگيري استفاده نمي‌شود. ثانيا اگر خوردگي در صنعتي شناخته شده باشد از روشهاي پيشگري قديمي و هزينه‌بر براي مقابله با آن استفاده ميشود. بنابراين تخمين‌ها براي هزينه خوردگي مي‌تواند بيش از 5 درصد درآمد ناخالص ملي در كشور باشد.
همانطور كه گفته شد خوردگي پديده‌اي است كه در اكثر محيط‌ها اتفاق ميافتد، از اين‌رو هيچ صنعتي نمي‌تواند از هزينه‌هاي خوردگي در امان باشد. نفت، گاز و پتروشيمي، كارخانجات و صنايع سنگين توليدي (ذوب آهن، فولادسازي و غيره)، حمل و نقل و آب و فاضلاب، از جمله صنايعي هستند كه به‌شدت با اين پديده دست به گريبانند.
نتیجه گیری:
با آمار و ارقامي كه در بالا به آن اشاره شد پي مي‌بريم كه هزينه‌هاي خوردگي در كشورها حجم بسيار بالايي از سرمايه‌هاي ملي را در برمي‌گيرد.
با نيم نگاهي كوتاه به تجربه ديگر كشورها، ملاحظه ميشود كه بسياري از كشورها در حال حاضر تمهيدات مناسبي را جهت مقابله با آسيب‌هاي ناشي از خردگي انديشيده و به‌كار مي‌گيرند.
به‌عنوان مثال ارتش آمريكا در سال 2001 با تبليغات وسيع اعلام كرد كه هزينه‌هاي خوردگي در ارتش از 10 ميليارد دلار در سال 2000 به 8 ميليارد دلار در سال 2001 كاهش پيدا كرده است.
يك نياز اساسي كه متخصصين خوردگي در آمريكا احساس كردند، انجام مطالعات سيستماتيك براي تخمين هزينه خوردگي فلزي بر اقتصاد آمريكا و تدوين يك استراتژي براي كاهش هزينه‌هاي خوردگي بوده است. در همين راستا براساس گفتگوهاي انجام گرفته بين جامعه مهندسان خوردگي آمريكا (NACE) و اعضاي كنگره و وزارت حمل و نقل
(US DOT) طرح اصلاحي براي هزينه خوردگي در حمل و نقل در قرن 21 ارائه شد كه در 1998 مورد پذيرش كنگره قرار گرفت.
در سال 2001 پروژه هزينه‌هاي خوردگي Corrosion Cost)) در آمريكا ارائه شد كه در اين گزارش هزينه مستقيم خوردگي با تحليل 26 بخش از صنعت كه اطلاعات كاملي از خوردگي داشتند انجام گرفت و اطلاعات استخراجي با برون‌يابي نتايج براي كل بخش‌هاي كشور تعميم داده شد. در نهايت كل هزينه مستقيم خوردگي تخمين زده شده 276 ميليارد دلار در سال كه معادل 1،3 درصد كل GNP آمريكا بود. همچنين هزينه‌هاي غيرمستقيم خوردگي نيز به‌صورت محافظه‌كارانه معادل هزينه‌هاي مستقيم لحاظ شد. از اين‌رو ميتوان گفت هزينه كلي وارد بر آمريكا از بابت خوردگي بيش از 6 درصد GNP خواهد بود.
اكثر متخصصين كشور معتقدند كه ما ابتدا نياز به يك حركت اساسي در زمينه تهيه آمار كاملا رسمي در زمينه خوردگي داريم، تا ابعاد خوردگي در تمام صنايع به‌طور كامل مشخص شود. در مرحله بعد ميتوان با تدوين استراتژي پيشگيري از خوردگي با كمك مجلس، صنايع را ملزم كرد تا يك‌سري حداقل‌ها را در زمينه خوردگي در مديريت خود لحاظ نمايند.
استراتژي‌هاي پيشگيري مي‌تواند شامل موارد زير باشد:
1- افزايش آگاهي از هزينه‌هاي بالاي خوردگي و پتانسيل‌هاي كاهش هزينه.
2- تغيير اين نگرش غلط كه كاري در مورد كاهش هزينه‌هاي خوردگي نمي‌توان انجام داد.
- تغيير سياست‌ها، قوانين، استانداردها و تمرين مديريت تا جايي‌كه هزينه‌هاي خوردگي را از طريق مديريت اثربخش خوردگي كاهش دهيم.
4- افزايش آموزش و مهارت كارمندان به‌منظور شناخت و شناسايي روشهاي كنترل خوردگي.
5- بازنگري در فرآيند طراحي محصولات در راستاي جلوگيري از افزايش هزينه‌هاي خوردگي.
6- طراحي و تدوين متدهاي پيش‌بيني پيشرفته در عمر محصول و تشخيص در حين فرآيند.
7- ايجاد فناوري‌هاي پيشرفته كنترل خوردگي كه از تحقيقات به‌وجود مي‌آيد.
استفاده از نانو روکش ها پیشرفت ان باعث کاهش بسیاری از هزینه ها به خصوص خوردگی می شود.
برای‌آشنایی‌با‌گوشه‌ای ?از‌کاربردهای‌نانو‌در‌م ?اد‌بسته‌بندی‌و‌خواص‌و ?نتایج‌آنها‌در‌بسته‌بند ?های‌مختلف،مطلب‌زیر‌ر ا‌که‌برگرفته‌از‌گزارشی ?است‌با‌عنوان<کاربرد‌نا نوروکش‌ها‌در‌صنعت‌بسته ?بندی>می‌خوانید.
بیشتر پوشش‌هایی‌که‌امروزه مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرند،اصطلاحا <خاموش>هستند،یعنی‌تنه ا قابلیت‌اعمال‌خاصیت اولیه خود را دارند،بدون‌این که توانایی سازگاری ب ا‌محیط و‌اصلاح خواص در‌اثر‌تغییر‌شرایط محیط را‌داشته و‌یا بتوانند‌عیب‌ها و‌نقایص‌بالقوه مانند مشکلات‌خوردگی را‌به کاربر‌اطلاع دهند.پوشش‌هایی مبتنی‌بر‌فن‌آوری‌نانو ?امکان‌دسترسی‌به قابلیت‌های چند منظوره را فراهم می‌نمایند؛بدین معنی که می‌توانند‌حداقل دو‌ویژگی‌همزمان‌مانند مقاومت بالا در‌برابر‌خوردگی و‌آب‌گریزی یا ابرآب‌گریزی(در‌زوایای ?ماس۱۰۰تا۱۷۰)را‌داش ?ه باشند.
یكي از دغدغه هاي شركتهاي صنايع غذايي جهان، بهبود كيفيت، نگهداري و بسته بندي "مواد غذايي" براي دور تگه داشتن آنها از آسيب باكتريها و آنزيمهاي تخميركننده است. مثلا اينکه چگونه ميتوان طول عمر و ماندگاري شير را افزايش داد؟ يا اينكه چگونه ميتوان از آلوده شدن محيط زيست توسط مواد زائد يا پسابهاي كارخانه هاي صنايع غذايي جلوگيري كرد؟ زيرا در آنها آنزيم ها و پروتئين هاي فراواني وجود دارد كه با ايجاد محيط مناسب براي رشد باكتريها و انگلها، محيط زيست را آلوده ميسازند.
فساد مواد غذايي، اغلب به دو روش صورت ميگيرد: 1- توسط يك عامل ميكروبي خارجي. 2- توسط آنزيمهايي كه واكنشهاي تخميري را سرعت ميبخشند.
اگر بتوان به روشي آنزيمها يا باكتريها را از محيط عمل دور كرد، فرآيند فساد مواد غذايي به تأخير
با روكشكردن آنزيم ها، آن ها را از محيط فعاليت دور کرده و مانع از فعاليت آنها ميشوند. به اين ترتيب، فساد مواد غذايي به تأخير ميافتد و طول عمر آن ها افزايش مييابد.
آنزيمها تنها در محيط هاي زنده رشد و فعاليت ميكنند و در خارج اين محيط ها به سرعت تخريب ميشوند. يكي از پروژههاي مهم كه در مراجع علمي مورد توجه قرار گرفته است، روكش كردن آنزيم توسط يك ساختار پليمری ميباشد. با اين روش آنزيمها تا 5 ماه فعال مي مانند. به گفته محققين تبديل آنزيمهاي آزاد به اين نانوذراتِ حاوي آنزيم، باعث ثبات خاصيت كاتاليزوري آنها ميشود. در اين روش يك شبكه كامپوزيتي را با فرآيند پليمريزاسيون در اطراف هر مولكول آنزيم ايجاد ميکنند تا از تخريب آن جلوگيري شود. اين نانوذراتِ حاوي آنزيم قطري حدود 8 نانومتر دارند و در دماي 4 درجهسانتيگراد تا 5 ماه عمر ميكنند.
روكشكردن آنزيمها، يكي از فرآيندهاي مهم در صنايع غذايي براي حفظ، افزايش كيفيت و بهبود بسته بندي مواد غذايي است، كه با پيدايش نانوفناوري، اجراي آنها آسانتر شده است.
نانو روکش چیست؟
پوششی با ضخامت نانو متری یا پوششی که از مواد نانومتری در آن استفاده شود .نانو روکش به مادهای گفته میشود که در مقیاس نانو ساخته شده و به عنوان روکش، پوشاننده یا محافظ برای دیگر مواد به کار می رود.
زمینه هایی که از نانو روکش ها استفاده میشود: الکترونیک ، مواد غذایی ، وسایل نقلیه و غیره.
نانو روکشها:
نانو روکشهای تک مولکولی، یکی دیگر از زمینه های پژوهشی در حوزه نانو مواد است. لایه ای نازک از این مواد را می توان روی سطوح فلزی یا پلاستیکی نشاند و مقاومت سایشی و ضربه ای آنها را به شدت افزایش داد. از موارد جالب کاربردهای نظامی در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ساخت و طراحی لباسهای مقاوم در برابر گلوله و مقاوم در برابر ضربه و آتش: استفاده از نانو روکش ها در الیاف لباس های سربازان و نیروهای امنیتی باعث سبک و قابل حمل شدن و استحکام آنها می گردد.
- به کار بردن روکش هایی از جنس نانو اکسیدهای فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا زنگ زده.
- ساخت کلاه های جنگی با مقاومت حرارتی بالا با استفاده از نانو روکش ها
چرا ازپوشش استفاده می کنیم؟
تمام مواد و محصولات مورد استفاده ما نیاز به پوشش دارند. چون نباید در طی مراحل تولید، بسته بندی، ورود به بازار و مهمتر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگیهای خود را از
.دست بدهند
روکش چیست؟
به طور کلی «پوشش» لایه ای است با ضخامت کمتر از ماده پایه. با تغییر این ضخامت و نحوه نشاندن پوشش روی ماده پایه، انواع پوششهای مورد نیاز برای کاربردهای خاص را به وجود می آوریم.
چرا باید ماده ای را با ماده دیگر بپوشانیم؟
با پوشش مناسبی که سختی لازم را داشته باشد، میتوان سختی را زیاد کرد و در عین حال بر وزن آن نیافزود.
اختلاف نانوپوشش ها با پوشش های معمولی در چیست؟
1-مقاومت بالای نانوپوشش ها نسبت به خوردگی است
2-در نانو پوشش ها مساحت مرزِ دانه زیاد است و این موجب خوردگی بیش از اندازه میشود. ولی این خوردگی در مرز اتفاق میافتد نه درون دانه. اما چون این نقاط پراکندگی یکنواختی دارند، بنابراین خوردگی یکنواخت تر است و خوردگی موضعی که ترک و شکست ایجاد میکند در کار نخواهد بود.
3-بهبود خاصیت مکانیکی.
4-یک لایه از یک ماده سخت را روی سطح ماده نرم مینشانند تا در برابر نیروهایی که در سطح ماده اعمال میشوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود.
5-مغز قطعه هنوز نرم و انعطافپذیر است. بنابراین، قطعه در برابر نیروهای ناگهانی مثل ضربه هم مقاوم خواهد.
چگونه نانوروکش تولید کنیم؟
1-روش پاشش حرارتی
2-روش رسوبدهی شیمیایی بخار (CVD)
3-روش نیتروراسیون
4- لایه نشانی الکترولیتی کاتد
5-روش رسوبدهی فیزیکی بخار
6-روش سل ـ ژل
7-پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد
لایه نشانی الکترولیتی کاتد:
برای تولید پوششهای مقاوم به خوردگی، استفاده از اکسیدِ همان فلز ساده ترین نوع پوشش است.معمولاً از نمکهای مذاب مختلف، یا در برخی موارد از اسیدها، به عنوان الکترولیت استفاده می شود.آلومینیوم بهترین مثال برای این روش است.
روش نیتروراسیون:
اتم نیتروژن کوچک است و به همین علت به راحتی میتواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند.اگر اتم نیتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، یک نانوروکش تولید کرده است. فولاد بهترین مثال برای این روش است.
روش رسوبدهی فیزیکی بخار:
با گرم کردن ماده (جامد یا مایع) اتم ها یا مولکول ها از روی سطح آزاد میشوند.با افزایش دما تعداد ذره هایی که از سطح کنده میشوند افزایش می یابد.وقتی اتم های کنده شده از سطح به مقدار معینی رسیدند، واکنشهای شیمیایی در حالت بخار صورت میگیرند. بعد از آن بخار سرد میشود و یک لایه نازک روی سطح ایجاد میگردد.
پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد:
براي ايمپلنتهاي مورد استفادهدر بدن انسان شرکت (InformatCorporation) IMCO با استفاده از تکنيکالکتروفورتيک در دماي محيط نانوساختار هيدروکسي آپاتيد را بر روي انواع ايمپلنتهاپوشش مي‌دهد. اين ايمپلنتها از جنس Ti6Al4V است که کاربردهاي مختلفدر دندانپزشکي و اورتوپدي دارد. پوشش هيدروکسيآپاتيد به روشهاي قديميپاشش حرارتي و رسوبدهي شيميايي روي سطح اعمال مي‌شد.
فواید پوششهاي نانوهيدروکسي آپاتيد:
افزايش استحکام باند: در روشهاي قبلي اعمال هيدروکسي آپاتيد، استحکام چسبندگي پوشش بسيار پايين است. در روش پاشش حرارتي MPa30 و در رسوبدهي شيميايي MPa 14 است. اما اين روش باعث ميشود که استحکام چسبندگي به حدود MPa60 برسد.
بهبود مقاومت خوردگي: اين پوششهاي نانويي 100% فشرده و 100% کريستالي است، که باعث ميشود مشکل انحلال آمورفي اين پوشش حل شود و البته فشرده بودن باعث ميشود که مايعات بدن تحت تماس با فلز قرار نگيرند. جريان پلاريزاسيون خوردگي در اين حالت 300 بار کمتر از حالتي است که به دو روش قديمي پاشش حرارتي و رسوبدهي شيميايي پوشش داده شده است.
انواع نانو روکش:
1-نانوذرات چسبانده شده روی یک زمینه :
2-روکشهای بلوری با ساختار نانومتری
3-لایه های نازک
نانوذرات چسبانده شده روی یک زمینه:
یکی از مشکلات خوردن پفک، چسبیدن ذرات پفک به دست است که باعث میشود انگشتانی نارنجی داشته باشیم.چگونگی چسبیدن ذرات پفک مثل تولید پوشش با استفاده از ذرات ریز است. با استفاده از نانوذرات و رطوبت، نانوروکش تهیه می شود.ذرات پفک به خاطر رطوبت به دست میچسبند (عامل چسباننده) و پوششی از ذرات پفک را ایجاد میکنند
روکشهای بلوری با ساختار نانومتری:
چیدمان اتم های مواد راه دیگری برای تولید نانوپوششهاست.اتم های تشکیل دهنده آنها به صورت منظم در جهت هایی خاص درون حوزه هایی مثل سلول های روی پوست دست قرار گرفته اند.باید اندازه دانه های این پوششها را به حد 1 تا 100 نانومتر درآورد.
کاربرد نانو روکش ها:
1-ساخت و ساز:کاشی ها و شیرهای خود پاک کن و ضد خش- لوله آلات ضدخوردگی
2-ساخت قطعات درگیر با دمای بالا :هوا و فضا
3-شیشه های ضد انعکاس و طیف گزین- شیشه های فتوکرومیک و الکتروکرومیک-آینه ها و شیشه های ضدمه و باران-ساخت قطعات موتور مقاوم در برابر حرارت:خودرو
4- تولید انرژی:صرفه جویی انرژی با استفاده از روکش های طیف گزی-روکشهای ضد انعکاس در پیل های خورشیدی جهت افزایش راندمان
5-صنایع:ساخت تأسیسات ضدخوردگی و مقاوم حرارتی
6-نساجی:تولید چادرهای مسافرتی ضدآب و لک-تولید البسه و پارچه های بیمارستانی ضد میکروب-تولیدپارچه های ضدآب،لک و میکروب
هزینه های خوردگی در صنایع مختلف:
هزينه خوردگي در آمريكا در سال ۱۹۹۸ ۳.۲ درصد (GNP) برآورد شد كه در همين سال هزينه مستقيم خوردگي براي ژاپن حدود ۰.۷۷ درصد (GNP) بدست آمد. متاسفانه آمار رسمي راجع به هزينه‌هاي خوردگي در ايران هنوز توليد نشده است. با توجه به شرايط اقليمي و تنوع آب و هوايي ايران، مناطق خورنده زيادي در كشور وجود دارد. خليج فارس و درياي عمان يكي از خورنده‌ترين آب‌هاي دنيا مي‌باشند؛ در مركز ايران محيط كويري و صنعتي و در شمال اتمسفر باراني، شرايط مناسبي براي خوردگي تجهيزات فراهم آورده اند.
مطالعات نشان داده‌اند كه خوردگي سازه‌هاي فلزي تاثير قابل ملاحظه‌اي بر اقتصاد كشورها دارد. اين هزينه‌ها در حوزه‌هايي مانند سازه‌هاي زيربنايي، حمل و نقل، صنايع همگاني، توليدات و صنايع نظامي نمايان ميشود.
اولين مطالعه در زمينه هزينه خوردگي در سال 1949 بوسيله پرفسور اوليگ (استاد دانشگاه MIT) ارائه شد كه كل هزينة خوردگي را با كمك جمع هزينة مواد، عمليات‌هاي مربوط و هزينه‌هاي مربوط به كنترل خوردگي تخمين زد. گزارش پرفسور اوليگ (Uhlig) اولين گزارشي بود كه باعث توجه به اهميت خوردگي در اقتصاد شد.
در سال 1960 اولين مطالعات (بعد از تخمين‌هاي پروفسور اوليگ) براي بررسي هزينة خوردگي در آمريكا انجام شد. در اين سال مشخص شد كه هزينة خوردگي در حدود 4% توليد ناخالص ملي است. براساس تحقيق ديگري در همان سال، هزينه‌هاي خوردگي در انگلستان نيز تقريباً مقداري مشابه بدست آمد.
اين گزارش باعث شد تا سال 1980 چندين گزارش در كشورهاي مختلف مثل آمريكا، انگليس و ژاپن در ارتباط با اقتصاد خوردگي ارائه شود. در سال 1975 هزينة خوردگي آمريكا 70 ميليارد دلار در سال محاسبه شد كه 2،4 درصد درآمد ناخالص ملي (GNP) بود گزارش ملي ژاپن كه در سال 1977 ارائه شد حدود 1 تا 2 درصد درآمد ناخالص ملي براي هزينه‌هاي خوردگي در آن كشور را نشان مي‌داد. براساس گزارش سال 1998 در آمريكا هزينه خوردگي 3.2 درصد (GNP) برآورد شد كه در همين سال هزينه مستقيم خوردگي براي ژاپن حدود 0.77 درصد (GNP) بدست آمد.
با توجه به شرايط اقليمي و تنوع آب وهوايي ايران، مناطق خورنده زيادي در كشور وجود دارد. خليج فارس و درياي عمان يكي از خورنده‌ترين آب‌هاي دنيا مي‌باشند. تجهيزاتي كه در اين آب‌ها كار ميكنند (اعم از تجهيزات ثابت مانند اسلكه‌هاي نفتي و سكوها و تجهيزات متحرك مثل نفت‌كش‌ها، ناوها و ناوچه‌هاي جنگي) تحت شديدترين خوردگي‌ها قرار دارند. در مركز ايران محيط كويري و صنعتي و در شمال اتمسفر باراني، شرايط مناسبي براي خوردگي تجهيزات فراهم آورده اند.
متاسفانه در ايران برروي آمار خوردگي فعاليت زيادي انجام نشده و آماري رسمي در اين زمينه وجود ندارد. اما بر اساس شواهد ميتوان اذعان نمود كه هزينه‌هاي خوردگي در ايران اعدادي نجومي خواهد بود، چراكه اولا در اكثر صنايع مقوله خوردگي كاملا ناشناخته بوده و از روشهاي پيشگيري استفاده نمي‌شود. ثانيا اگر خوردگي در صنعتي شناخته شده باشد از روشهاي پيشگري قديمي و هزينه‌بر براي مقابله با آن استفاده ميشود. بنابراين تخمين‌ها براي هزينه خوردگي مي‌تواند بيش از 5 درصد درآمد ناخالص ملي در كشور باشد.
همانطور كه گفته شد خوردگي پديده‌اي است كه در اكثر محيط‌ها اتفاق ميافتد، از اين‌رو هيچ صنعتي نمي‌تواند از هزينه‌هاي خوردگي در امان باشد. نفت، گاز و پتروشيمي، كارخانجات و صنايع سنگين توليدي (ذوب آهن، فولادسازي و غيره)، حمل و نقل و آب و فاضلاب، از جمله صنايعي هستند كه به‌شدت با اين پديده دست به گريبانند.
نتیجه گیری:
با آمار و ارقامي كه در بالا به آن اشاره شد پي مي‌بريم كه هزينه‌هاي خوردگي در كشورها حجم بسيار بالايي از سرمايه‌هاي ملي را در برمي‌گيرد.
با نيم نگاهي كوتاه به تجربه ديگر كشورها، ملاحظه ميشود كه بسياري از كشورها در حال حاضر تمهيدات مناسبي را جهت مقابله با آسيب‌هاي ناشي از خردگي انديشيده و به‌كار مي‌گيرند.
به‌عنوان مثال ارتش آمريكا در سال 2001 با تبليغات وسيع اعلام كرد كه هزينه‌هاي خوردگي در ارتش از 10 ميليارد دلار در سال 2000 به 8 ميليارد دلار در سال 2001 كاهش پيدا كرده است.
يك نياز اساسي كه متخصصين خوردگي در آمريكا احساس كردند، انجام مطالعات سيستماتيك براي تخمين هزينه خوردگي فلزي بر اقتصاد آمريكا و تدوين يك استراتژي براي كاهش هزينه‌هاي خوردگي بوده است. در همين راستا براساس گفتگوهاي انجام گرفته بين جامعه مهندسان خوردگي آمريكا (NACE) و اعضاي كنگره و وزارت حمل و نقل
(US DOT) طرح اصلاحي براي هزينه خوردگي در حمل و نقل در قرن 21 ارائه شد كه در 1998 مورد پذيرش كنگره قرار گرفت.
در سال 2001 پروژه هزينه‌هاي خوردگي Corrosion Cost)) در آمريكا ارائه شد كه در اين گزارش هزينه مستقيم خوردگي با تحليل 26 بخش از صنعت كه اطلاعات كاملي از خوردگي داشتند انجام گرفت و اطلاعات استخراجي با برون‌يابي نتايج براي كل بخش‌هاي كشور تعميم داده شد. در نهايت كل هزينه مستقيم خوردگي تخمين زده شده 276 ميليارد دلار در سال كه معادل 1،3 درصد كل GNP آمريكا بود. همچنين هزينه‌هاي غيرمستقيم خوردگي نيز به‌صورت محافظه‌كارانه معادل هزينه‌هاي مستقيم لحاظ شد. از اين‌رو ميتوان گفت هزينه كلي وارد بر آمريكا از بابت خوردگي بيش از 6 درصد GNP خواهد بود.
اكثر متخصصين كشور معتقدند كه ما ابتدا نياز به يك حركت اساسي در زمينه تهيه آمار كاملا رسمي در زمينه خوردگي داريم، تا ابعاد خوردگي در تمام صنايع به‌طور كامل مشخص شود. در مرحله بعد ميتوان با تدوين استراتژي پيشگيري از خوردگي با كمك مجلس، صنايع را ملزم كرد تا يك‌سري حداقل‌ها را در زمينه خوردگي در مديريت خود لحاظ نمايند.
استراتژي‌هاي پيشگيري مي‌تواند شامل موارد زير باشد:
1- افزايش آگاهي از هزينه‌هاي بالاي خوردگي و پتانسيل‌هاي كاهش هزينه.
2- تغيير اين نگرش غلط كه كاري در مورد كاهش هزينه‌هاي خوردگي نمي‌توان انجام داد.
- تغيير سياست‌ها، قوانين، استانداردها و تمرين مديريت تا جايي‌كه هزينه‌هاي خوردگي را از طريق مديريت اثربخش خوردگي كاهش دهيم.
4- افزايش آموزش و مهارت كارمندان به‌منظور شناخت و شناسايي روشهاي كنترل خوردگي.
5- بازنگري در فرآيند طراحي محصولات در راستاي جلوگيري از افزايش هزينه‌هاي خوردگي.
6- طراحي و تدوين متدهاي پيش‌بيني پيشرفته در عمر محصول و تشخيص در حين فرآيند.
7- ايجاد فناوري‌هاي پيشرفته كنترل خوردگي كه از تحقيقات به‌وجود مي‌آيد.
استفاده از نانو روکش ها پیشرفت ان باعث کاهش بسیاری از هزینه ها به خصوص خوردگی می شود.