کاربرد نانو الماس

[JABR920]

نویسنده: محمدمحمدعظیمی


چکیده:
الماس اولین ساختارسرامیکی تک عنصری ونیز از نظر سختی در رده سوم مواد بعد ازنیتریدبورون ورتزیر ولونزدالیت قرار دارد.که از کربن خالص تشکیل شده وبه طور طبیعی تحت فشار وحرارت اعماق زمین .طی زمانی دراز بوجود می اید. ولی می توان این ماده را بصورت مصنوعی ودر زمانی کوتاه با دو روش:فرایندفشاربالا دما بالا ودما بالا بدون فشار به دست اورد. در سالهای اخیرپیشرفت های شگرفی در زمینه تولید الماس حاصل شده که نتیجه ان تولیدالماس هائی در ابعاد نانو است که به علت داشتن خصوصیات منحصر بفرد:مکانیکی/ حرارتی /انوری وعایق بودن کاربرد های زیادی را درصنایع مختلف به خود اختصاص داده است در این مقاله کاربرد های نانو الماس بطور اختصارمورد بحث قرار میگیرد.





مقدمه:
الماس یکی از سخت ترین موادی است که از کربن خالص تشکیل شده وتحت تاثیر حرارت وفشار زیاد متبلور می شود. و در طبیعت در عمق تقریبی 150 تا 200 کیلومتری از عمق زمین یافت می شودوساختار ان بصورت شبکه مکعبی وجوه مرکز پر که نیمی از حفرات چهار وجهی ان پر شده است دیده می شود.در این ساختار


کاربرد های نانو الماس:

در واقع الماس ارزانترین ساینده صنعتی برای استفاده در درازمدت می باشد. صنایع تراش و ماشین ابزار/شیشه وعینک سازی ها از اولین صنایعی هستند که از ان استفاده کردند. الماس های بزرگ در مته های الماسی کاربرد دارند ودر اکتشافات مواد معدنی واستخراج کانی ها وحفاری چاه های نفت و گاز از ان بهره می گیرند.
صنعت الکترونیک وبرق از مصرف کنندگان الماس هستند. چاپگر های نساجی از الماس برای برش الگو ونیز در پزشکی برای برش دقیق استخوان و بافت ها استفاده می کنند.
از نظر کاربرد می توان الماس را به انواع صنعتی /جواهری و بالاس تقسیم کرد.
نوع بالاس در حفاری های صنعتی به کار می رود.
استفاده از نانو الماس به عنوان نیمه هادینیاز مند شرایط ویژه ای مثل درجه خلوص فوق العاده بالا وجایگزینی فعال اتم ها به لحاظ الکتریکی برای ایجاد گذر گاه الکتریکی در وسیله مورد نظر است. الماس های طبیعی با این حال که دارای کیفیت جواهری بسیار بالا هستند ولی بخاطر نقص ها /ناخالصی ها وساختار ضعیف شان براب مصارف الکترونیکی نا مناسبند. ولی باکنترل شرایط سنتز می توان الماس های مصنوعی با شرایطی دلخواه تولید کرد که در قطعات الکترونیکی پرقدرت از سفلون ها گرفته تا کامپیوترها و خطوط ارتباطی قابل استفاده هستند.
در صنایع الکترونیکی از دو نوع الماسpوnبه عنوان نیمه هادی استفاده می شود. اما در طبیعت نوع nوجود ندارد ونوعpبه قدری نادر است که استفاده از ان مقرون به صرفه نیست. اما این مشکل را الماس های مصنوعی برطرف کرده اند. برای مثال می توان در تولید الماس مصنوعی با افزودن مقداری بور به ان الماس نوعpویا با افزودن فسفر الماس نوعnرا تولید کرد. برای استفاده از الماس به عنوان نیمه رسانا درقطعات قدرتمند الکترونیکی نیاز به ترکیبی لایه ای ازاین دو نوع الماس است.

برای مثال برخی از کاربرد های الماس در صنعت به شرح زیر است:


1)لوازم الکترونیکی ولتاژ بالا مانند ترن های سریع
2)دستگاه های فرکانس بالا مثل رادارهای پرقدرت وایستگاه های مخابراتی سیار
3)دستگاه های میکرو ونانو الکترو مکانیکی مانندساعت ها و فیلتر های تلفن همراه
4)اشکار ساز های پرتو های پر انرژی مثل:پرتو سنج های پزشکی
5)الکترود های الماسی مقاوم به خوردگی که می توانندمحیط الوده را پاک سازی کنند
6)اپتیک و لیزر های پر قدرت وصنایع فضایی و...


کاربرد ساختار های نانو الماس در صنایع لاستیک:


الماس نانو متری بطور گسترده ای در کامپوزیت ها از جمله لاستیک در مواد ضد استکاکومواد روانکاو بکار می رود. ساختار نانو الماس دارای خواص برجسته ای می باشد که از جمله این خواص می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1)ساختار کریستالی
2)شکل کاملا کروی
3)ساختمان شیمیائی بسیار محکم
4)فعالیت جذب سطحی بسیار بالا
نتایج بدست امده نشان می دهد که با افزودن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیک ها خواص انها به طور قابل ملاحظه ایبهبود می یابد که از ان جماه می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1)چهار الی پنج برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیک
2)افزایش دو الی پنج برابری میزان استحکام
3)خاصیت مقاومت دربرابر گسیختگی انها در دمای بالا ویا پائین به اندازه زیادی بهبود می یابد
4)کاهش وزن لاستیک با افزودن 3الی5درصد نانو ذره پر کننده به لاستیک استحکام مکانیکی معادل40تا45درصددوده
5)افزایش دمای اشتعال لاستیک
6)افزایش مقاومت در مقابل نفوذ پذیری گاز . این نانو کامپوزیت ها به علت ضریب عبور دهی کم نسبت به گاز ها بویژه هوا می تواننددر افزایش مقاومت در برابر نفوذ و عبور گازها مفید باشند
7)افزایش مقاومت سایشی لاستیک. با افزودن نانو الماس به لاستیک امکان افزایش مقاومت سایشی لاستیک وجود دارد


نتیجه گیری:


نانو الماس بدلیل خصوصیات منحصر بفرد خودقابلیت استفاده در صنایع مختلف را داراست
با استفاده از نانو الماس ها به عنوان نیمه هادی می توان قطعات ودستگاه هائی را تولید نمود که با استفاده از مواد مرسوم قادر به تولید انها نخواهیم بود. استفاده از نانو الماس ها در صنایع موجب می شود علاوه بر کاهش وزن خواص مورد نیاز لاستیک بطور چشمگیری افزایش یابد. با این که هزینه اولیه تولید واستفاده از نانو الماس بالاست اما کارائی انها در درازمدت باعث توجیه اقتصادی استفاده از انها شده وبا گسترش روشهای نوین سنتز هزینه های استفاده از نانو الماسها نیز کاهش یافته است.


باز نشر:کانون نخبگان ایران