گفتیم که یکی از مهمترین عواملی که باعث شد بشر اقدام به پوشش برخی از مواد به وسیلة مواد دیگر کند، نیاز به بهبود خواص مهندسی این مواد بود. در این قسمت، ابتدا خواص مهندسی مواد را در سه دستة خواص شیمیایی، خواص مکانیکی و خواص فیزیکی توضیح می‌دهیم و سپس خواص مهندسی پوشش‌های معمولی و نانوپوشش‌ها را مقایسه می‌کنیم.
اختلاف نانوپوشش‌ها با پوشش‌های معمولی در ساختار و خواصشان است. پس با شناختن خواص و ساختار نانوپوشش‌ها می‌توان متوجه این اختلاف‌ها شد. خاصیت هر ماده مربوط به ذرات سازندة آن است. خواص پوشش، به دانه¬ و ذرات تشکیل‌دهندة آن بستگی دارد. خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکیِ نانوپوشش‌ها خواصی هستند از قبیل: مقاومت الکتریکی، نفوذپذیری، مقاومت نسبت به خوردگی، سایش، خاصیت مغناطیسی و... . این خواص تابع ساختار و اندازة ‌دانة پوشش‌ها هستند. روشن است که استفاده از این خواص کاربردهای زیادی فراهم می‌کند. یکی از تفاوت‌های عمده میان نانوپوشش‌ها و پوشش‌های معمولی، مقاومت بالای نانوپوشش‌ها نسبت به خوردگی است.

خواص خوردگی
اتم‌ها در حوزه‌هایی به صورت منظم چیده شده‌اند. به این حوزه‌های منظم «دانه» می‌گویند. (مقالة «چه چیزی خواص مواد را مشخص می کند؟» را ببینید.) اگر سه دانه با هم برخورد کنند، به آن نقطه، «نقطة سه‌گانه» می‌گویند. این به آن می‌ماند که سه دایره با هم برخورد کنند. به خاطر شکل هندسی دایره، فضای خالی‌ای در محل اتصال ایجاد می‌شود که به آن «مرز دانه» می‌گویند. شکل زیر را بینید. (شکل 9)

اتم‌هایی که در مرز قرار دارند، متعلق به هیچ دانه‌ای نیستند. در نتیجه با اتم‌های کناری خود تعداد پیوند کمتری برقرار می‌کنند. وقتی مادة خورنده در پوشش نفوذ می‌کند، با اتم‌های مرزِ دانه پیوند تشکیل می‌دهد و مواد جدیدی درست می¬کند. مثلاً وقتی آب در آهن نفوذ می‌کند، زنگ آهن درست می‌کند که از نظر ترکیب، هم با آب و هم با آهن فرق دارد. به این ترتیب، باعث خوردگی می¬شود.
با این حساب، نانوپوشش‌ها باید بیشتر در معرض خوردگی باشند. پس چرا مقاومترند؟ در نانوپوشش‌ها 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 یکنواخت‌تر است و خوردگی موضعی که ترک و شکست ایجاد می‌کند در کار نخواهد بود.

خواص مکانیکی
پوشش‌دهی و نانوپوشش‌ها خواص مناسب دیگری هم دارند که موجب استفادة فراوان از آنها شده است. تصور کنید که مادة نرمی داشته باشید و برای شما مهم است این ماده نرم باشد تا در برابر ضربه و دیگر بارها و نیروهای مکانیکی که به صورت ناگهانی اعمال می‌شوند نشکند. اما از طرفی این ماده همواره در تماس با یک مادة زبر است و بین این دو قطعه اصطکاک به ‌وجود می‌آید. خوب واضح است که روی سطح مادة نرم شما همواره خش و خط می‌افتد و قطعة شما از بین خواهد رفت. برای حل این مشکل یک لایه از یک مادة سخت را روی سطح مادة اول می‌نشانند تا در برابر نیروهایی که در سطح ماده اعمال می‌شوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود. از طرف دیگر، مغز قطعه هنوز نرم و انعطاف‌پذیر است. بنابراین، قطعه در برابر نیروهای ناگهانی مثل ضربه هم مقاوم خواهد بود. پس دیدید که چگونه خواص مکانیکی یک ماده ــ مثل سختی ــ را با پوشش‌دهی می‌توان بهبود بخشید.
حال توجه کنید که میزان سختی ــ یا همان مقاومت در برابر جسم فروروندة خارجی ــ به چند عامل بستگی دارد:

1. یکی از این عوامل، نیروهای بین اتمیِ موادند. این نیروها خاصیت ذاتی ماده‌اند. مثلاً نیروی بین اتم‌های آهن، به علت پیوند فلزی بین اتم‌های آهن خیلی بیشتر از نیروهای اتمی بین اتم‌های گاز هلیم‌اند که با پیوند واندروالسی به هم متصل می‌شوند. این امر در عمل هم قابل تصور است، چرا که اتم‌های گاز به‌راحتی، حتی با یک فوت، از هم جدا می‌شوند. این در حالی است که برای شکافت اتم‌های آهن باید نیروی بسیار بسیار زیادی صرف کرد.

2. دومین عامل بسیار مؤثر در مقاومت مواد در برابر سختی، ساختار سطح مواد است. واضح است که اگر سطح مواد متخلخل و پر از ترک باشد، مقاومت مواد در برابر یک عامل فروروندة خارجی بسیار کمتر خواهد بود. با این تصور، با استفاده از فناوری‌ نانو می‌توان ساختارهایی را تولید کرد که یا ترک‌های کمتری داشته باشند یا اندازة دانة آنها آن‌قدر کوچک باشند که وقتی عامل فروروندة خارجی به سطح ماده برخورد می‌کند، عملاً به مرزهای این دانه‌ها برخورد ‌کند و چون مرزها محل بی‌نظمی اتم‌ها هستند و انرژی پیوندها با پیوندهای داخل دانه فرق دارند (به طوری که از خود مقاومت بیشتری در برابر مادة فروروندة خارجی نشان می‌دهند)، پس مادة ریز دانة ما که دانه‌هایی در حد نانومتری دارد، مقاومت بیشتری در برابر سختی نشان می‌دهد.
البته چنین پوشش‌هایی سایر خواص مکانیکی مثل خستگی را هم بهبود می‌بخشند، که به‌اختصار به آنها می‌پردازیم.

خستگی
برای درک خستگی، یک سیم را تصور کنید. برای پاره کردن آن چه می‌کنید؟ آیا آن را می‌کشید؟ البته اگر سیم پلاستیک یا نایلونی باشد شاید بتوان به این طریق سیم را پاره کرد، اما برای پاره کردن سیم فلزی باید چند بار آن را بالا و پایین کرد. در واقع، باید جهت نیرو را عوض کرد. نیروهایی که به این صورت با تغییر جهت وارد می‌شوند، در واقع مواد را خسته می‌کنند. یکی از مهمترین ویژگی‌های مواد که مقاومت آنها را در برابر خستگی مشخص می‌کند، ویژگی‌های سطحی آنهاست که با نانوساختار کردن سطح و ریزدانه کردن و البته کم کردن نقایص سطحی، مثل ترک، می‌توان این خواص را بهبود بخشید.

خواص فیزیکی
یکی از مهمترین مزیت‌های پوشش‌دهی، بهبود خواص فیزیکی مثل هدایت الکتریکی است. همان‌طور که می‌دانید هدایت بارهای الکتریکی به وسیلة ارتعاش اتم‌ها و برخورد آنها با هم انجام می‌شود .(برای تصور درست از این قضیه بازی «دستِش دِه» را به یاد آورید.)
وقتی یک بارِ الکتریکی وارد مجموعه‌ای از اتم‌ها می‌شود، اتم‌ها سر جای خود می‌لرزند و ارتعاش می‌کنند. این ارتعاش باعث می‌شود بارهای الکتریکی در داخل یک مجموعة اتمی انتقال پیدا کنند. واضح است که اگر در این مجموعه جای یک اتم خالی باشد در آن منطقه هدایت به‌خوبی انجام نمی‌شود. بنابراین، مادة هادی خوبی نخواهد بود و هر چه ماده منظم‌تر باشد این هدایت راحت‌تر انجام می‌شود. از طرف دیگر، باید بدانید که هر چه ماده بزرگتر می‌شود، احتمال اینکه اتم‌ها سر جای خودشان قرار گرفته باشند کاهش می‌یابد و در واقع تعداد نقص‌های نقطه‌ای (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک اتم نباشد، در واقع جای خالی یا اتم اضافی)، یا نقص‌های خطی (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک ردیف اتم نباشد)، یا نقص‌های صفحه‌ای (وقتی در یک مجموعة منظم اتمی یک صفحة اتم نباشد) بیشتر می‌شود و هر چقدر تعداد این نواقص بیشتر باشد، خواص فیزیکی بیشتر افت می‌کنند. از این رو، در برخی از کاربردها مثل حسگرها (که در آنها یک انرژی به نوعی دیگر تبدیل می‌شود تا بتوان آن را آشکارسازی کرد) با نشاندن لایه‌های نازک، خواص الکتریکی ــ مثل هدایت ــ بهبود می‌یابند.

در قسمت‌های پیشین در مورد پوشش‌ها، علل استفاده از آنها، خواص پوشش‌ها و نانوپوشش‌ها صحبت کردیم. در این مقاله می‌خواهیم راجع به نحوة تولید نانوپوشش‌ها صحبت کنیم. در ابتدا باید خاطرنشان کرد که روشهای تشکیل نانوپوشش‌ها بر اساس همان سه روش تشکیل پوشش‌هاست که در بخش دوم ذکر شد. در ادامه، روش‌های مختلف پوشش‌دهی مورد بحث قرار می‌گیرد.

روش پاشش حرارتی
هنگامی که قصد دارید دو قطعة پلاستیکی را به هم بچسبانید، چه کار می‌کنید؟ آسان‌ترین راه (بدون استفاده از وسایل جانبی مانند چسب) ذوب کردن یک قطعه و فشردن آن روی قطعة دیگر است. (شکل 10)

شکل 10 - شماتیکی از روش پاشش حرارتی

برای تولید پوشش هم می‌توانیم همین عمل را با کمی تغییر انجام دهیم. در این حالت از پودر برای تولید پوشش استفاده می‌شود. به این صورت که پودر را با قدرت به سمت قطعة مورد نظر می‌پاشیم و در مسیر پاشش، پرتو لیزر را قرار می‌دهیم. پرتو لیزر با سرعت و قدرت زیاد محیط را گرم می‌کند و باعث می‌شود پودر در مسیر به صورت مذاب درآید. وقتی پودر با سطح تماس پیدا می‌کند، به علت اختلاف دما، پس از برخورد سریعاً سرد می‌شود و پوشش نانوساختار را شکل می‌دهد. پس دیدیم که در تولید پوشش از این طریق از سازوکارهای دوم و سوم استفاده شد.

روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار (CVD)
فرآیند CVD در فاز گازی انجام می‌شود. یعنی مواد واکنش‌زا گاز هستند و فرایندهای شیمیایی بین گازها صورت می‌گیرد. در شکل زیر گازها از یک دریچه وارد می‌شوند و بعد از رسوب بر روی یک زیرلایه، به صورت شیمیایی واکنش می‌دهند (شکل 11).

CVD شکل 11 - شماتیکی از روش

این روش لایه‌نشانی ممکن است از طریق چند نوع واکنش شیمیایی انجام شود: 1) پیرولیز که در آن از دمای زیاد برای تجزیة ماده استفاده می‌شود؛ 2) فوتولیز که در آن از نور فرابنفش یا فروسرخ برای تجزیة ترکیب‌های گازی استفاده می‌شود. به خاطر دمای بالای فرآیند، لایه به سطح ماده نفوذ می‌کند و تشکیل یک لایة نازک آلیاژی می‌دهد. به عنوان مثال، مبنای این روش را می‌توان به صورت ذیل شرح داد: مادة مورد نظر با یک گاز یا بخار مخلوط می‌شود تا ترکیب فرّاری ایجاد شود. این مادة فرّار به سطح زیرلایه منتقل و به خاطر گرمای زیاد روی زیرلایه نشانده می‌شود و پس از سرد شدن تشکیل یک لایة جامد نازک را می دهد.
این روش نیز مثل پاشش حرارتی از هر دو سازوکار شماره‌های 2 و 3 برای پوشاندن سطوح استفاده می‌کند.

لایه‌نشانی الکترولیتی کاتد
برای تولید پوشش‌های مقاوم به خوردگی، استفاده از اکسیدِ همان فلز ساده‌ترین نوع پوشش است.
اکسایش کاتد عموماً در تهیة لایه‌های اکسیدهای فلزهای معینی مثل آلومینیوم به کار می‌رود. قطعه‌ای که می‌خواهد پوشش داده شود، به قطب کاتد وصل می‌شود و در محلول الکترولیت قرار می‌گیرد. در این حالت اکسیژن‌های موجود در الکترولیت را جذب می‌کند. یون‌ها از میان لایه‌ای که اکسیده شده است به وسیلة یک میدان الکتریکی تقویت و با اتم‌های قطعة فلزی ترکیب می‌شود و مولکول‌های اکسید را روی سطح تشکیل می‌دهد. معمولاً از نمک‌های مذاب مختلف، یا در برخی موارد از اسیدها، به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود.
از نکاتی که باید مورد توجه قرار گیرد، مادة الکترولیت است. بعضی از الکترولیت‌ها فوراً اکسید تشکیل‌شده را در خود حل می‌کنند و در لایة ایجادشده تخلخل ایجاد می‌نمایند. نمونه‌ای از این روش، اکسیده شدن آلومینیوم در اسیدسولفوریک یا سیترات آمونیوم است. این محلول‌ها روی اکسید هیچ اثر حلالیتی ندارند. بنابراین، با رسیدن به یک ضخامت مشخص (با ولتاژ ثابت) اکسایش متوقف می‌شود.
در سطح فلزهایی مانند آلومینیوم، ضخامت لایة نازک حدود سه چهار نانومتر است. مشخصاً در این روش از سازوکار دوم برای پوشاندن سطوح استفاده می‌شود.

روش نیتروراسیون
می‌دانیم که اتم نیتروژن کوچک است و به همین علت به‌راحتی می‌تواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند. حال اگر اتم نیتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، یک نانوپوشش تولید کرده است.
ترکیب نیتروژن با موادی مانند فولاد، یک مادة سخت تولید می‌کند. فولادهایی که با نیتروژن پوشش می‌شوند، عموماً کربن کمتری دارند، چون کربن کم باعث نرمی می‌شود. در واقع، هر چه سختی کمتر شود، نرمی بیشتر می‌شود. در عین حال، اگر کربنِ فولاد زیاد باشد، نیتروژن با کربن ترکیب می‌شود و این ترکیب برای افزایش سختی مناسب نیست. پس دیدیم که در این روش نیز به صورت غیرمستقیم از سازوکار سوم برای نفوذ اتم‌ها و ایجاد پوشش استفاده شد.

روش رسوب‌دهی فیزیکی بخار
واضح است که در اثر گرم کردن ماده (جامد یا مایع) اتم‌ها یا مولکول‌ها از روی سطح آزاد می‌شوند. برای آنکه مولکولی بتواند سطح خود را ترک کند، باید مؤلفة عمودیِ نیرو که نتیجة حرارت است بزرگتر از نیروی جاذبة بین مولکولی باشد. پس با افزایش دما تعداد ذره‌هایی که از سطح کنده می‌شوند افزایش می‌یابد. وقتی اتم‌های کنده‌شده از سطح به مقدار معینی رسیدند، واکنش‌های شیمیایی در حالت بخار صورت می‌گیرند. بعد از آن بخار سرد می‌شود و یک لایة نازک روی سطح ایجاد می‌گردد.
در روش‌های رسوب‌نشانی، به علت وجود انواع روش‌های تبخیر، روش‌های مختلفی برای پوشش‌دهی داریم. اما برای اغلب مواد فقط یک روش تبخیر بهینه وجود دارد. تبخیر بهینه به روش تبخیر، دمای تبخیر و سرعت تبخیر مربوط می‌شود و درجة خلوص لایه نیز وابسته به سیستم تبخیر است.
روش‌های مختلف تبخیر عبارت‌اند از: گرم کردن مقاومتی مستقیم، گرم کردن به وسیلة باریکة الکترونی، روش جرقه‌ای و... .
در رسوب‌دهیِ فیزیکی بخار هم از سازوکارهای دوم و سوم استفاده شده است.

روش سل ـ ژل
در این روش در واقع از اصل محلول‌سازی و رسوب‌دهی جامدات در مایعات با استفاده از تغییر پارامترهایی مثل دما استفاده می‌کنیم و محصولاتی مثل پوشش و پودر را به دست می‌آوریم. برای این کار، ابتدا از ماده‌‌ای که می‌خواهیم پوشش دهیم یک محلول تهیه می‌کنیم و بعد با حرارت دادن این محلول آن را تبدیل به یک مادة ژلاتینی می‌نماییم. با ادامة حرارت دادن، مواد معلق در محلول را روی مادة پذیرندة پوشش رسوب می‌دهیم. حال این رسوب می‌تواند به صورت یک لایة پیوسته باشد که در آن صورت یک لایة نانومتری تشکیل می‌شود. یا اگر ضخامت این لایه از 100 نانومتر بیشتر باشد، به علت اینکه از ذرات نانومتری تشکیل شده است، یک لایة نانوساختار است. اما باید دقت کرد که دما و سرعت حرارت‌دهی و... ممکن است باعث شود که به جای یک لایة پیوسته، مجموعه‌ای از ذرات تشکیل‌دهندة لایه به صورت پودر تشکیل شوند. البته باید یادآور شد که پوشش‌هایی که از این روش تولید می‌شوند دارای تخلخل‌هایی هستند که خواص آنها را ضعیف می‌کند. کاملاً واضح است که در این روش از سازوکار سوم استفاده شده است. در شکل12 نمایی از تولید محصولات به روش سل ـ ژل را مشاهده می‌کنید.

شکل12- محصولات قابل تولید با فرایند سل ژل

فرآیند سُل ـ ژل روش جدیدی نیست. در سال 1800 «ابل‌من» به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلرید سیلیکون - که در ظرف رها شده بود- ابتدا هیدرولیز و سپس به ژل تبدیل شد. در سال 1950 باب مطالعات گسترده‌ای در سنتز سرامیکها و ساختارهای شیشه‌ای با استفاده از این روش آغاز شد. شایان ذکر است که با این روش، بسیاری از اکسیدهای غیرآلی مانند SiO₂ ZrO₂ , TiO₂ , …. سنتز شدند.
در این فرآیند با استفاده از مواد اولیه، ابتدا سُل تشکیل میشود. سُل محلولی کلوئیدی، حاوی ذرات معلّق است. بعد از این واکنش، ژل تشکیل میشود. ژل سوسپانسیونی است که شکل ظرف را به خود میگیرد و خواص کشسانی از خود نشان میدهد. از مزایای این روش میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1ـ ابزار انجام آن ساده است؛
 2 ـ سرمایه‌گذاری اولیة آن کم و در عین حال کیفیت محصول بالاست؛
 3 ـ خلوصِ محصول به‌دست‌آمده بالاست؛
 4 ـ امکان طراحی ترکیب شیمیایی و به‌دست آوردن ترکیب همگن وجود دارد؛
 5 ـ فرآیند را می‌توان در دمای کم نیز ایجاد کرد.

از طرف دیگر، با توجه به شکل زیر، میتوان مشاهده کرد که با تغییر شرایط، ساختارهای متنوعی با استفاده از این روش به دست آیند.

مادة اولیه‌ای که در این روش مورد استفاده قرار میگیرد، الکوکسی سیلان نام دارد. این ماده از تأثیر شبه فلزات بر الکل تهیه میشود. تهیة این ماده بسیار مشکل است و در دنیا دو کمپانی صنایع شیمیایی قادر به تهیة آن هستند. الکوکسی سیلان ماده‌ای گران‌قیمت به شمار می‌رود، در عوض، با استفاده از این مادة اولیه میتوان به محصولاتی با خلوص بالا در مدت زمان کوتاه دست یافت. از سیلیسیلت سدیم نیز میتوان برای تهیة ذرات نانومتری سیلیس استفاده کرد. مشکل این‌ است که خلوص محصولاتِ حاصل از این مادة اولیه بالا نیست و نیاز به شست‌وشوی طولانی‌مدت دارد تا ناخالصیها از محصول نهایی خارج شود.
برای سنتز نانوذرات سیلیس، به الکوکسی سیلان، آب و الکل نیاز است. از آن‌جا که الکوکسی سیلان در آب حل نمیشود، بنابراین، باید از ماده‌ای استفاده کرد که هم الکوکسی سیلان در آن حل شود و هم خود این ماده محلول در آب باشد. به این منظور، از الکل استفاده میکنیم. از طرف دیگر، واکنش دو مادة آب و الکوکسی سیلان بسیار کُند است و با افزودن الکل، سیستم رقیق‌تر هم میشود. در نتیجه سرعت واکنش باز هم کاهش می‌یابد. برای افزایش سرعت واکنش، میتوان از کاتالیزور استفاده کرد. کاتالیزوری را که برای انجام سریع این واکنش مورد استفاده قرار میدهیم باید به گونه‌ای باشد که بعد از انجام واکنش بتوان آن را به‌راحتی از سیستم خارج کرد. در گزارش محققان، هم از اسیدها و هم از بازها به عنوان کاتالیزور در سنتز ذرات سیلیس استفاده شده است که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
در محیطی با خاصیت بازی، ذرات تا اندازة 100 تا 200 نانومتر به‌سرعت رشد میکنند و نیروی دافعة جرمی باعث میشود که ذرات جدا از هم باقی بمانند. در محیط اسیدی ذرات در اندازة 2 تا 4 نانومتر متوقف میشوند، ولی در ادامة فرآیند به‌سرعت به هم میپیوندند و ذرات بزرگتر را تشکیل می‌دهند.
برای سنتز نانوذرات سیلیس، از کاتالیزور آمونیاک استفاده میشود. از مزایای آمونیاک این است که نقطة جوش پایین دارد و به‌سرعت از سیستم بیرون می‌رود. ولی از اسیدهایی چون اسید کلریدریک، نیتریک و استیک نیز می‌توان استفاده کرد که نقطة جوش بالایی دارند. بنابراین، خارج کردن آنها از سیستم کار راحتی نیست. از معایب دیگرِ این کاتالیزورها این است که باعث ایجاد لیگاندهایی با محصولات میشوند که دیگر نمیتوان محصول را با همان پیوندهای شیمیایی مورد نظر تهیه کرد.

روش آزمایش
مقداری آب را با الکل و آمونیاک و بقیة الکل را با الکوکسی سیلان مخلوط می‌کنیم. این دو محلولِ جداگانه را به هم میافزاییم و با هم زدن، سیستم را کاملاً همگن میکنیم. بسته به نسبت مولی مورد استفاده در سنتز این ذرات، زمان هیدرولیز و چگالش متفاوت است. بعد از تهیة این محلول، ابتدا الکوکسی سیلان در محیط آبی هیدرولیز میشود. در این فرآیند گروه هیدروکسیل جایگزین گروه کربوکسیل میشود. این واکنش همان‌طور که گفته شد در محیط آبی طبق معادلة زیر انجام میشود.

بعد از هیدرولیزِ محصولات، چگالش طبق معادلة زیر آغاز میشود.

2 HOSi(OR)₃   ==>  (OR)₃ SiOSi (OR)₃ + H₂O
                      یا (OR)₃ SiOSi (OR)₂ (OH) + ROH

(R جزء گروه الکیل است.)
در مرحلة پلیمریزاسیون گروه سیلانول Si-OH با آزاد کردن آب یا الکل به صورت سیلوکسان Si –O– Si درمیآید. سازوکار هیدرولیز به این صورت است که اکسیژن آب به اتمهای سیلیکون حمله میکنند. آب ابتدا به شکل یونهای ⁺H  و ¯OH در می‌آید و گروه الکوکسی نیز به صورت ^-(OR) و Si(OR)₃⁺  تفکیک میشود. سپس ^-(OH) ناشی از هیدرولیز آب جایگزین OR^- ناشی از هیدرولیز الکوکسی میشود.
باید خاطرنشان کرد که سرعت این واکنش با افزودن کاتالیزور تغییر میکند. اگر از کاتالیزور اسیدی استفاده کنیم، سازوکار واکنش اندکی متفاوت خواهد بود. در این حالت به علت وجود ⁺H در محیط، گروه الکوکسی به‌سرعت پروتونهای ⁺H را جذب میکند و چگالی ابرالکترونی سیلیکن کاهش خواهد یافت. بنابراین، برای مورد حمله قرار گرفتن توسط مولکولهای آب مستعد خواهند شد.
در محیط با خاصیت بازی آب، ابتدا یونهای هیدروکسیل ¯OH  تولید خواهند شد. سپس یونهای هیدروکسیل جایگزین گروه OR میشوند.
بعد از فرآیند هیدرولیز، مونومرها و دی‌مرهای تشکیل می‌شوند و به هم میپیوندند. در این هنگام است که پلیمریزاسیون آغاز می‌شود. این مرحله ممکن است به این صورت رخ دهد:
1ـ سازوکاری که منجر به تشکیل آب میشود:

2 Ho Si (OR)₃    ==>  (OR)₃ + H₂O

2 ـ سازوکاری که منجر به تشکیل الکل میشود:

2 Ho Si (OR)₃     ==>  (OR)₂ OH SiOSi (OR)₃ + HOR

با افزایش پیوندهای سیلوکسان، مولکولهای منفرد به یکدیگر میپیوندند و تشکیل سُل می‌دهند. سپس دانههای تشکیل‌شده به یکدیگر میپیوندند و تشکیل یک شبکة سه‌بُعدی را که همان ژِل است، میدهند.
با خشک کردن این محلول، میتوان ذرات نانومتریِ پراکنده‌شدة سیلیس را تهیه کرد. اگرچه این فرآیند به‌سادگیِ دو معادلة ذکرشده در بالا نیست (و دارای مراحل میانی زیادی است) ولی هدف از ذکر این آزمایش چند نکته به شرح زیر است:

1ـ تهیة ذرات نانومتری با استفاده از روشهای معمول میتواند انجام شود. فقط کافی است تدبیری اندیشید تا این ذرات ریزتر باشند و به هم نچسبند. این فن‌آوری ظرافتهای خاص خود را دارد، ولی دور از دسترس نیست؛

2ـ با استفاده از روشهای آزمایشگاهی ساده، بسیاری از مواد مورد نیاز کشور را می‌توان تهیه کرد. زیرا به علت تحریم اقتصادی کشور، قادر به واردات بسیاری از این مواد نانومتری نیستیم؛

3 ـ با طراحی یک دستگاه دقیق میتوان این فرآیند را ادامه‌ داد و در شبانه‌روز به مقدار قابل توجهی از آن در آزمایشگاه تولید کرد.

مقدمه
نانوذرات همانند یک شمشیر دولبه دارای اثرات مفید و مضر می باشند در مقالات قبلی سایت مطالبی درباب برخی کاربردهای این دسته از مواد نوشته شد و این نوشتار قصد دارد به برخی از اثرات مضر و خطرناک نانو ذرات اشاره کند. بی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شک اگر به روشهای صحیح کار با نانوذرات توجه شود از خطرات آن کاسته خواهد شد.

اثرات مضر بر سلامتی
نانوذرات به دولیل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانند برای سلامتی مضر باشند؛ اول اینکه میتوانند خیلی سریع از طریق پوست و سلولهای مخاطی جذب بدن شوند و دوم اینکه به دلیل جدید این مواد مسمومیتهای جدید و ناشناخته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای را به وجود بیاورند.

منابع نانو ذرات
نانو ذرات به لحاظ منشا می توانند به سه دسته تقسیم بندی شوند.
الف) نانوذرات طبیعی ب) نانوذرات انسانی ج) نانو ذرات مصنوعی ( ساخته دست بشر)
دسته اول ( نانو ذرات طبیعی) از طرق مختلف مانند آتش سوزی جنگلها و یا فوران آتشفشانها ساخته می شوند.
دسته دوم (نانوذرات انسانی) اغلب به عنوان محصول جانبی فعالیتهای انسانی در صنعت تولید می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند مانند نانو ذراتی که درحین جوشکاری بوجود می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آید و یا از اگزوز ماشین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود
دسته سوم ( نانو ذرات مصنوعی یا ساخته دست بشر) شامل نانوذرات مهندسی شده می باشد. این نانوذرات عمدتاً به علت ویژگیهای مطلوبشان مانند خواص جدید فیزیکی و شیمیایی ، واکنش پذیری بالاترو... تهیه می شوند. این ویژگیهای جدید مواد معمولی که فقط در مقیاس نانو مشاهده می شود دارای کاربردهای تجاری می باشد. مثلأ نانو ذرات می توانند در کرمهای ضد آفتاب ، یا خمیر دندانها و یا پوششهای بهداشتی استفاده شوند.

چرا نانو ذرات می توانند خطرناک باشند؟
وقتی مواد در مقیاس نانو تبدیل شوند در خواص شیمیایی ، بیولوژیکی و فعالیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کاتالیتکی آنها تغییراتی ایجاد می شود . بنابراین موادی که در حالت بالک (توده ای) بی خطر هستند وقتی به حالت نانو تبدیل شوند می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانند سمی و خطرناک باشند. به علاوه اندازه کوچک نانوذرات باعث می شود تا این مواد بتوانند بر سد های دفاعی بدن فائق آیند. (برای یادآوری تفاوت خواص در حالت توده ای و نانو روی این لینک کلیک کنید)

مهمترین خواص بحث بر انگیز نانو ذرات:
الف) فضای سطحی بزرگ ( باعث افزایش فعالیت های شیمیایی و بیولوژیکی می شود.)
ب) ویژگیهای جدید مانند انحلال پذیری و فعالیت بیشتر، شیمی شکل و سطح
ج) تحرک بسیار زیاد در بدن انسان
د) توانایی نفوذ به غشا سلولی

در چه شرایطی نانو ذرات خطرناک هستند؟
بعضی بر این باورند که انسانها آنقدر در معرض نانو ذرات نمی باشند که برای آنها ایجاد خطراتی از جنبه سلامتی کند. برای مثال گزارش شده است که بلعیدن TiO2 توسط انسان بی ضرر است. اما اگردر معرض نانو ذرات بودن بیشتر از حد معمولی گردد احتمال ایجاد خطر بر سلامتی وجود دارد.
عامل دیگری که باعث نگرانی در مورد نانو ذرات می باشد این است که که نانوذرات می توانند به دیگر آلاینده های خطرناک در آب یا هوا متصل شوند یا با آنها واکنش دهند و در نتیجه ورود آنها را در بدن آسانتر سازند.
در ارزیابی خطرات نانو ذرات نکاتی مانند { الف) اندازه و توزیع اندازه ب) شکل ج) خواص د) بار سطحی ه) جرم ، غلظت و تعداد } قابل توجه می باشند
اندازه ذرات در توزیع آنها در بدن موثر است . ذرات بزرگتر از nm100 به مغز استخوان نمی رسند و ذرات بزرگتر از nm 300 در خون وجود ندارند. بار سطحی ذرات در توزیع آنها در بدن نقش دارد.

مراحل اثر گذاری نانوذرات بر سلامتی:
مفاهیم کلی فرایندها از مرحله در معرض نانو ذرات قرار گرفتن تا ایجاد بیماری در شکل زیرنشان داده شده است.

همانطور که در شکل نشان داده شده است اولین مرحله در ایجاد خطر بر سلامتی در معرض نانو ذرات قرار گرفتن می باشد. نکته قابل ذکراین است که نانوذرات باید توانایی ورود به بدن و سپس پخش شدن در بافتهای هدف را داشته باشند. سپس نانوذرات وارد شده به بدن باعث اخلال در عملکرد دستگاههای بدن می شوند. این اثرات ابتدا کم وجزئی هستند ولی چنانچه ورود نانو ذرات به بدن ادامه یابد به اثرات غیر قابل برگشت تبدیل می شوند.

برخی راههای کنترل اثرات مضر نانوذرات:
الف) از تماس پوست با نانوذرات و یا محلولهای حاوی نانوذرات جلوگیری شود. ( دستکش ، عینک ایمنی و لباس آزمایشگاه استفاده گردد)
ب) شستشوی دستها ورعایت بهداشت فردی در محیط کار با نانوذرات انجام گیرد.
ج) دفع و انتقال زباله های نانو ذرات طبق اصول زباله های شیمیایی خطرناک صورت پذیرد.
د) وسایل مورد استفاده در کار کردن با نانو ذرات باید قبل از استفاده مجدد ، تعمیر یا مصرف از نظر آلودگی بررسی شوند.

هواپیماهای هوشمند، خانه‌های باهوش، بافتهای حافظه‌دار شکلی، میکرو ماشینها، سازه‌های خودآرا و رنگهای نانویی متغیر کلماتی هستند که از سال 1992 و با تجاری شدن اولین مواد هوشمند وارد لغتنامه‌های مواد شده‌اند و از آنها انتظار می‌رود که بسیاری از نیازهای تکنولوژیک قرن 21 را برآورده سازند.

شکل 1: تصور ناسا از یک هواپیماهای هوشمند که می‌تواند
با تغییر شکل در شرایط مختلف به صورت بهینه عمل کند

ناسا بر روی رهبری اولین تغییرات در زمینه پرواز ماوراء صوت توسط مواد هوشمند حساب ویژه‌ای باز کرده است. وزارت دفاع آمریکا مواد هوشمند را در سناریویی به نام "سربازهای آینده" تاثیر به سزایی داده است و از ابزارهای هوشمند تا لباسهایی شبیه به مارمولک یاد کرده است. در سوی دیگر طیف کاربردهای این مواد نیز می‌توان به اسباب‌بازیها، ابزارهای روزمره و ... نام برد.
شاید برایتان جالب باشد که بدانید سابقه مواد هوشمند به 300 سال قبل از میلاد، و دوران کیمیاگری باز می‌گردد. در آن زمان اگر چه توانایی تولید طلا وجود نداشت اما فعالیتهایی برای تغییر رنگ و خصوصیات فلزهای محتلف صورت گرفت که برخی از مواد مورد استفاده آنها را می‌توان از مواد هوشمند دانست.

تعریف مواد هوشمند
معمولا عبارت "مواد هوشمند" را بدون تعریف دقیقی از آنچه مورد نظرمان است استفاده می‌کنیم. از طرفی هم ارائه یک تعریف دقیق به طرز عجیبی دشوار است. استفاده‌ گسترده‌ای از این کلمه می‌شود اما موافقتی کلی بر روی معنای آن وجود ندارد. اما ببینیم تعریف ناسا از مواد هوشمند چیست:
"مواد هوشمند موادی هستند که موقعیت‌ها را به خاطر می‌سپارند و با
محرکهای مشخص می‌توانند به آن موقعیت باز گردند."
تعریف دایره المعارف تکنولوژیهای شیمیایی کمی جامع‌تر به نظر می‌آید:
"مواد و سازه‌های هوشمند، اشیائی هستند که شرایط محیطی را حس کرده
و با پردازش این اطلاعات حسی نسبت به محیط عمل می‌کنند."

هرچند که به نظر می‌آید این دو تعریف به یک رفتار اشاره می‌کنند اما می‌توان آنها را از دو قطب مختلف دانست. تعریف اول به مواد طوری نگاه کرده است که در ذهن ما عناصر، آلیاژها و ترکیبها را تداعی می‌کند. چیزهایی که توسط ساختار مولکولی خود قابل شناسایی و اندازه‌گیری هستند. اما در تعریف دوم به مواد به صورت مجموعه‌ای از فعالیتها اشاره شده است. در واقع در تعریف دوم با مجموعه‌ای از مواد یا سیستمها سر و کار داریم و آن حالت قابل شناسایی و اندازه‌گیری بودن به آن وضوح نیست.
اما اگر بخواهیم مواد و تکنولوژیهای هوشمند (شامل عناصر، مواد مرکب، سیستمها و ...) را با توجه به خصوصیاتشان بشناسیم، این خصوصیات را می‌توان برای آنها نام برد:
• فوریت: به این معنا که پاسخ آنها به صورت بلا درنگ (همزمان با تاثیر محرک) است.
• سازگاری: به این معنا که توانایی پاسخ به بیش از یک شرایط محیطی را دارا هستند.
• خود انگیزی: به این معنا که این هوشمندی در درون این مواد است نه در بیرون آنها.
• گزینش پذیری: به این معنا که پاسخ آنها مجزا و قابل پیش‌بینی است.
• مستقیمی: به این معنا که پاسخ داده شده با تحریک وارده در یک مکان قرار دارند.

انواع مواد هوشمند
با توجه به تعاریف موجود مواد هوشمند را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد. در ادامه به خلاصه‌ای از خصوصیات این مواد اشاره ‌می‌شود و در بخشهای بعدی به هریک به طور کاملتر می‌پردازیم:
نوع اول
این دسته از مواد در پاسخ به محرکهای محیط خارجیشان در یک یا چند خصوصیت خود – شیمیایی، الکتریکی، مکانیکی، مغناطیسی و گرمایی- تغییر ایجاد می‌کنند. البته یک سیستم کنترل خارجی موجب این تغییرات نیست و خود ماده مستقیما این تغییرات را ایجاد می‌کند. به عنوان مثالی که برای همه ما آشناست می‌توان به عینکهای فتوکرومیک اشاره کرد که تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش تغییر رنگ می‌دهند. دو دسته از این مواد در ادامه معرفی شده‌اند:

شکل 2: تغییر شفافیت عینکهای فتوکرومیک نسبت به میزان نور دریافتی

• ترموکرومیک: موادی که تحت تاثیر گرما در ساختارشان تغییراتی ایجاد می‌شود و به علت تغییر در بازتابهای آن رنگ متفاوتی از آن دیده می‌شود.
• مواد با حافظه شکلی: این مواد توانای تغییر شکل تحت تاثیر محرکهای مختلف (مانند دماهای مختلف) را دارا هستند. به عنوان مثال با افزایش دما تغییر شکل می‌دهند و با بازگشت دما به مقدار اولیه شکل اصلی خود را می‌یابند.

نوع دوم
این دسته از مواد هوشمند شامل آنهایی است که انرژی را از نوعی به نوع دیگر تبدیل می‌کنند. نمونه‌ای که شاید با آن آشنا باشید مواد پیزوالکتریک هستند که در پاسخ به محرک الکتریکی از خود حرکت مکانیکی نشان داد و در پاسخ به محرک مکانیکی الکتریسیته تولید می‌کنند. دو نوع از این مواد نیز در اینجا معرفی شده‌اند:
• مواد فتو ولتائیک (قدرت‌زای نوری): این مواد در پاسخ به محرک نور مرئی جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند.
• مواد ترمو الکتریک (دما برقی): این مواد نیز در مقابل تغییرات دما توانایی تولید برق را دارند.

دسته‌بندی مواد
در اینجا قصد نداریم که به تقسیم‌بندی کلی مواد بپردازیم. بلکه می‌خواهیم با ارائه یک نمودار مواد هوشمند را بهتر بشناسیم:

جدول 1: دسته‌بندی مواد و سیستمهای هوشمند

قصد داشتیم که در این مقاله به معرفی کاملی از هر دو نوع مواد هوشمند بپردازیم، اما از آنجایی که مطالب قابل توجه زیادی وجود داشت تصمیم گرفتیم که به هرکدام یک نوشتار کامل را اختصاص دهیم. در این نوشتار با دو دسته از مواد هوشمند نوع اول آشنا خواهیم شد که آشنایی با آنها دید مناسبی از نحوه عملکرد سایر مواد این گروه به ما خواهد داد:

مواد کرومیک
یکی از جالبترین دسته‌های مواد هوشمند که بسیار هم مورد توجه قرار می‌گیرد مواد با قابلیت تغییر رنگ نام دارد. این مواد را می‌توان در دسته‌های زیر تقسیم بندی کرد:

جدول 1: انواع مواد کرومیک

نکته‌ای که باید در ای زمینه دقت کنیم این است که در واقع تغییر رنگی که از آن نام می‌بریم در واقع تغییر خصوصیات نوری این مواد مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و یا شکست است. در واقع چیزی که ما از رنگ می‌دانیم به منبع نور و طبیعت چشممان مربوط است و این تغییر رنگ در اثر یک تغییر ساختار در این مواد است. در ادامه کمی بیشتر با این مواد آشنا می‌شویم:
• مواد فتوکرومیک: این مواد در برابر جذب انرژی تابشی تغییر در ساختار شیمیایی‌شان ایجاد می‌شود و از ساختاری با یک میزان جذب مشخص به ساختاری متفاوت با میزان جذب متفاوتی تبدیل می‌شوند. مولکولهای مورد استفاده در حالت غیرفعال بی‌رنگ هستند و وقتی در معرض فوتونهای با طول موج خاص قرار گیرند به صورت برانگیخته در می‌آیند و شرایط بازتاب آنها متفاوت می‌شود. با از میان رفتن منبع ماوراء بنفش مولکول به حالت اولیه بر می‌گردد. برای نمونه تغییر ساختار یک ماده فوتوکرومیک در شکل 1 نشان داده شده است. کاربرد اصلی مواد فتوکرومیک در عینکها و همچنین پنجره برخی از ساختمانهاست.

شکل1: تغییر ساختار یک ماده فتوکرومیک در برابر اشعه ماوراء بنفش

• مواد ترموکرومیک: این مواد گرما را جذب کرده و تغییرات شیمیایی و یا تغییر فاز می‌دهند. نکته مهم این است که این تغییرات بازگشت‌پذیرند و با تغییرات دما دچار این تغییرات می‌شوند. شاید به دماسنجهایی نواری برخورد کرده باشید. در اصطلاح علمی به آنها ترمومتر گفته می‌شود که با گذاشتن آن بر روی بدن تغییر رنگ داده و عدد دمای بدن را نمایش می‌دهد و با برداشتن آن از روی بدن به حالت عادی بر می‌گردد. شکل 2 نیز نمونه دیگری از این مواد است.

شکل 2: صندلیهای گرمایی از رنگهای ترموکرومیک استفاده می‌کنند که با
دمای بدن تغییر رنگ می‌دهند و پس از مدتی به حالت ابتدایی بر می‌گردند.

• مواد مکانوکرومیک و کموکرومیک: در مورد این دو نوع مواد دو مثال جالب وجود دارد. مواد مکانوکرومیک با تغییرات فشار و یا تغییر شکل خصوصیات بازتابی متفاوتی از خود نشان می‌دهند و محصولاتی از آنها تولید شده است که تحت فشار و یا کشش خاص متنی که در آنها مخفی شده نشان داده می‌شود. در مورد مواد کموکرومیک هم حتما با نام کاغذهای تورنسل آشنا هستید که در محیطهای بازی و اسیدی رنگهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند (شکل 3).

شکل 3: کاغذ تورنسل در محیطهای اسیدی و بازی

• مواد الکتروکرومیک: الکتروکرومیک به طور گسترده‌ای به موادی گفته می‌شود که در اثر قرار گرفتن در یک جریان و یا اختلاف پتانسیل الکتریکی رنگ آنها به طور بازگشت‌پذیر تغییر کند. به عنوان مثال پنجره‌های الکتروکرومیک به وسیله الکتریسیته روشن یا تار می‌شوند. این مواد از یک جزء تشکیل نشده‌اند و معمولا به صورت چند لایه از مواد هستند که با یکدیگر کار می‌کنند. در شکل 4 شماتیک نحوه عملکرد این نوع مواد نشان داده شده است که فکر می‌کنیم خود شکل تقریبا گویاست.

شکل 4: نحوه عملکرد یک شیشه الکتروکرومیک

مواد حافظه دار
یکی از معروفترون آلیاژهای حافظه دار ماده‌ای به نام نیتینول است که از آن به صورت سیمی استفاده می‌شود. در نگاه اول این سیمها همانند سیمهای معمولی به نظر می‌آیند که به راحتی تغییر شکل می‌دهند و رسانای الکتریسیته نیز هستند؛ اما در مقایسه با سیمهای معمولی فولادی و مسی بسیار گرانتر هستند. دو مشخصه در این سیمها وجود دارد که آنها را از سایر سمها متفاوت می‌کند:
1- این سیمها حافظه دارند. به عنوان مثال می‌توان آنها را به هر شکلی در آورد و سپس با گرم کردن آنها تا دمای بالای 90 درجه سانتیگراد به حالت اولیه‌شان برگرداند (شکل 5).

شکل 5: نمایی از پیدا کردن شکل اولیه سیمهای حافظه دار به وسیله گرم کردن

2- این نکته که شاید جالب‌تر هم باشد این است که می‌توان این سیمها را برنامه‌ریزی کرد تا شکل خاصی را به خاطر بسپارند! این کار به این صورت انجام می‌شود که شکل دلخواهمان را به سیم می‌دهیم و سپس سیم را به مدت تقریبی 5 دقیقه با دمای 150 درجه سانتیگراد گرما می‌دهیم یا جریان الکتریسیته را از آن عبور می‌دهیم. حالا می‌توانیم سیم را به هر شکل دیگری درآوریم و برای برگشت آن به شکل اولیه کافی است آن را در آب داغ بیندازیم (شکل 6).

شکل 6: برنامه‌ریزی سیمهای حافظه دار

دسته دیگری از مواد حافظه دار سیمهای ماهیچه‌ای هستند که از آلیاژهای نیکل و تیتانیوم ساخته شده‌اند و در دمای اتاق به راحتی می‌توان آنها را تغییر شکل داد. نکته‌ای که این مواد را جذاب می‌کند این است که با عبور جریان الکتریسیته با نیروی خوبی (که می‌توان از آن استفاده کرد) به شکل اولیه خود برمی‌گردند. اگر بخواهید دقیقتر بدانید باید بگوییم که این سیمها اگر تا 8 درصد اندازه اولیه‌شان کشیده شوند بازهم می‌توانند به حالت اولیه باز گردند اما استفاده‌هایی که از آنها می‌شود تغییر طولهای در حدود 3 تا 5 درصد طول اولیه است. در شکلهای زیر کاربردهایی از این مواد را می‌بینید.

شکل 7: ترکیب یک سیم ماهیچه‌ای، یک وزنه، یک باتری و کلیدی که جریان را قطع و وصل می‌کند

شکل 8: سیمهای هوشمند به کمک یک برد الکترونیکی می‌توانند باز و بسته شدن یک دست را نشان دهند.

شکل 9: استفاده از سیمهای ماهیچه‌ای برای باز و بسته کردن مسیرها

مبحث ماهیچه‌های مصنوعی مبحث بسیار جالبی است. پروفسور محسن شاهین‌پور از اساتید برجسته در این زمینه هستند که چندی پیش سمیناری را در دانشگاه امیرکبیر در این زمینه برگزار کردند.

همانطور که در مقالات گذشته مطالعه کردید؛ مواد هوشمند به آن دسته از مواد گویند که می توانند محیط و شرایط اطراف خود را درک نمایند و به آن واکنش نشان دهند. هم اکنون فلزات و کامپوزیت های هوشمند در موارد بسیاری کاربرد و جایگاه خود را در صنعت پیدا کرده اند. برای مثال امروزه از فلزی به نام نیتینول (ترکیبی از نیکل و تیتانیوم) در ساخت فریم عینک ها استفاده می شود که بعد از خم شدن مجدد به شکل اولیه بر می گردد و سبب می شود که شکل فریم عینک همیشه مانند روز اولی باشد که خریداری شده است. این تنها یک مثال از این دسته مواد است که حاصل تحقیقات ناسا می باشد. در حال حاضر کامپوزیت های حافظه دار به دو دسته فلزی (آلیاژی) و پلیمری تقسیم می شوند. در اینجا به نحوه عملکرد نیتینول به عنوان یک آلیاژ حافظه دار و نیز کاربرد آن در زندگی روزمره اشاره می کنیم.
قبل از هر مطلب لازم است که متذکر شویم که آلیاژهای حافظه دار دو ویژگی دارند: یکی اینکه آنها تا حدودی الاستیک هستند و دیگر آنکه حافظه دار هستند یعنی قابلیت ذخیره سازی انرژی مکانیک و نیز آزاد سازی آن را دارا هستند. درست مانند آب که در دماهای مختلف از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود این دسته از فلزات نیز به علت اینکه مولکول ها در آنها قابلیت چیده مان مجدد دارد (البته آنچه که باعث می شود تا مولکول ها در کنار هم باقی بمانند و حالت جامد را حفظ کنند متفاوت است) قابلیت بازگشت به شکل اولیه را دارند. حال ببینیم این فلزات حافظه دار چگونه عمل می کنند: عاملی که سبب تغییر شکل فلز و یا بازگشت به شکل اولیه خود می شود، اختلاف ساختار مولکولی در هر فاز است. در شکل پایین سمت چپ، فلز حافظه دار را در حالتی که شکل اولیه خود را در دمای اتاق دارد را نشان می دهد. زمانی که بار اعمال می شود فلز تغییر شکل می دهد. سپس به محض برداشته شدن باز و کمی گرما مولکول ها به شکل یک ساختار سخت در می آیند به گونه ای که به یک ساختار با شبکه ای متفاوت مبدل می شوند. اما هنوز وضعیت قرارگیری مولکولی معمولی است و همان ساختار فیزیکی در مقیاس ماکرو وجود دارد.

با توجه به اینکه این دسته از فلزات زیست سازگار (سیستم ایمنی به آنها عکس العمل نشان نمی دهد) هستند و از ویژگیهای مکانیکی قابل قبولی (مقاوم در برابر خوردگی) برخوردار هستند در ساخت ایمپلنت ها و پلیت های (کاشتنی‌ها) ارتوپدی در موارد شکستگی ها قابل استفاده هستند. شاید بدانید که در شکستگی های استخوان های صورت از پلیت های ویژه ای استفاده می شود تا استخوانهای صورت را طی دوره شکستگی در کنار هم نگه دارد. در گذشته از پلیت هایی از جنس استیل برای این کار استفاده می شده است . در ابتدا ممکن است که استخوان درست لب به لب هم و در کنار هم قرار گیرند اما به مرور این وضعیت از دست می رود که در نهایت سبب به تاخیر افتادن جوش خوردن شکستگی می شود. با ظهور آلیاژ های حافظه دار و کاربرد آنها در ساخت پلیت ها این مشکل رفع شده است. امروزه جراحان از فلزهای حافظه‌دار به جای استیل استفاده می کنند به این طریق که ابتدا فلز را کمی سرد می کنند و سپس در محل نصب می کنند. در اثر دمای بدن مقداری فلز گرم می شود و به این طریق پلیت فشار لازم جهت در کنار هم نگهداشتن قطعات شکستگی را حفظ می کند و سبب می شود تا استخوان در حداقل زمان ترمیم شود.

مشکلی که در طراحی این نوع پلیت ها وجود داشت مربوط به تنظیم فشار مناسب و مطلوب است. برای مثال اینکه چه مقدار فلز باید تغییر شکل داده شود تا کشش لازم را ایجاد کند خود جای بررسی دارد. در اینجاست که فناوری نانو وارد عرصه شده تا به تغییر نحوه قرار گیری اتم ها در ترکیبات کمک کند. هم اکنون گروه های تحقیقاتی در حال انجام مطالعه بر روی این تنظیم این مکانیزم با کمک فناوری نانو می باشند.

بخش اعظم انرژی تولید شده در جهان به هدر می رود. لامپ‌های معمولی علاوه بر نور، گرما نیز تولید می‌کنندکه جز اتلاف انرژی چیزی نیست. انجام و دوام برخی فرآیندها، بیش از اندازه‌ی لازم انرژی می‌گیرند. مثلاً برای تولید گازوییل، باید به نفت گرما داد تا واکنش‌های مربوطه اتفاق بیفتد. یافتن روش‌هایی برای صرفه‌جویی انرژی در این فرآیندها، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی دارد. استفاده از نانوفناوری در تولید مواد شیمیایی، یکی از این روش‌ها می‌باشد. استفاده از کاتالیزورها، در گذشته نیز برای انجام واکنش‌های شیمیایی رواج داشته است. با استفاده از نانو فناوری می‌توانیم کاتالیزورهای کارآمدتری تولید، و بیش از پیش در مصرف انرژی صرفه‌جویی نماییم.
کاتالیزوها موادی هستند که چنانچه به یک مخلوط واکنش افزوده شوند، سرعت واکنش را افزایش می‌دهند، بدون این‌که خود در واکنش شیمیایی شرکت نمایند. کاتالیزورها در پایان واکنش دست‌نخورده باقی‌ می‌مانند.
یک نمونه قدیمی از کاتالیزورها، پلاتین است که به طور مثال، از آن در سیستم اگزوز ماشین استفاده می‌شود. پلاتین به واکنش‌هایِ تبدیل گاز سمی مونوکسید کربن و اکسید نیتروژن به دو گاز سمی دی‌اکسید کربن و نیتروژن کمک می‌کند. هر چند کاتالیزورهای قدیمی هنوز هم کارایی دارند، ولی با پیشرفت علم نانو، کاتالیزورهای کارآمدتری در صنایع نفت و گاز ایجاد شده است.

هر چه سطح کاتالیزورها بزرگ‌تر باشد، کارایی آن‌ها نیز بیشتر است؛ چون در یک زمان با مولکول‌های بیشتری واکنش می‌دهند. تا همین چند سال اخیر، دانشمندان به ابزارهای لازم برای تولید و استفاده از نانوذرات مجهز نبودند؛ اما امروزه پژوهشگران، کاتالیزورهای متشکل از نانوذرات را با شناخت بهتری از چگونگی عملکرد آن‌ها طراحی می‌کنند.

2. کاربردهای نانوکاتالیست‌ها 
2-1- کاهش CO2 هوا
یکی از مشکلات جهان امروز، افزایش میزان دی‌اکسید کربن در هواست. اگر بتوانیم روشی مؤثر و کارآمد در کاهش و پالایش گازهای خروجی دودکش‌ها بیابیم کمک بزرگی به رفع این مشکل کرده‌ایم. در این زمینه، نانوفناوری می‌تواند روش‌های موثر و ارزان‌تری در مقایسه با روش‌های فعلی ارائه نماید.
پوهشگران در پژوهشگاه ملی اوک ریج، نانوکریستالی طراحی کرده‌اند که می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد. وقتی دی‌اکسید کربن روی نانوکریستال تهیه شده از کادمیم، سلنیم و ایندیم می‌نشیند، نانوکریستال یک الکترون به دی‌اکسید کربن می دهد، و این الکترون اضاقی سبب می‌شود، دی‌اکسید کربن با دیگر مولکول‌های موجود در دودکش واکنش دهد، و به گازی با خطر کمتر تبدیل شود.

در واقع؛ این نانوکریستال یک کاتالیزور است. اگر هزینه تولید فیلترهای حاوی این نانو کریستال‌ها کمتر شود، می‌توان آن ها را به صورت فراگیر به کار برد.

2-2- جلوگیری از انتشار بخارات سمی جیوه
از دیگر چالش‌هایی که پژوهشگران امیدوارند بتوانند با نانوکریستال‌ها از پس آن برآیند، بخار جیوه است. نیروگاه‌های برق زغال سنگی، بخار جیوه منتشر می‌کنند. یکی از روش‌های جلوگیری از انتشار آن، استفاده از نانوکریستال‌های اکسید تیتانیوم در زیر تابش پرتو فرابنفش است، که باعث تبدیل بخار جیوه به اکسید جیوه که ماده‌ای جامد است خواهد شد.
? موتورهای دیزلی که در بیشتر اتوبوس‌ها و خودروهای سنگین به کار می‌روند هم، اکسیدهای نیتروژن منتشر می‌کنند. شرکت بیوفرندلی، نانوکاتالیزوری طراحی کرده است که وقتی به سوخت موتور دیزلی افزوده شود، باعث احتراق کامل سوخت می‌شود. به این ترتیب اکسیدهای نیتروژن کمتری منتشر می‌شود.

2-3- کاربرد نانوکاتالیست‌ها در تصفیه آب
از نانومواد کاتالیستی در صنایع تصفیه آب هم استفاده زیادی می‌شود. دانشگاه رایس وجورجیاتک، در طرحی مشترک روش کارآمدی برای حذف تری‌کلرواتین از آب ارائه کرده‌اند. این ماده خطرناک سبب بیماری‌های قلبی، تهوع و حساسیت چشمی می‌شود. این ماده می‌تواند بیشتر جهت چربی‌زدایی از تجهیزات مورد استفاده در فرآیند شیمیایی تبدیل این ماده به اتان که ماده‌ای بی ضرر است کاربرد داشته باشد. برای کاهش هزینه‌ها، نانوذرات طلا را با لایه‌ای از پالادیم می‌آلایند و از آن به عنوان کاتالیزور در نابودی تری‌کلرو اتیلن استفاده می‌نمایند.
یکی دیگر از روش‌های تصفیه آب که از روش پالادیم ارزان‌تر است، تزریق نانوذرات آهن به درون آب‌های آلوده است، پس از تزریق، نانوذرات آهن با اکسیژن موجود در آب تبدیل به زنگ آهن شده و آلاینده ها در تماس با این زنگ آهن خنثی می‌شوند. برای مثال، تتراکلرید کربن که ماده‌ی سمی بسیاری از شوینده‌هاست، در تماس با این زنگ آهن تبدیل به کلروفرم که ماده‌ای بی‌ضررتر است می‌شود.

نویسنده: گروه پژوهشی شرکت پویا پژوهش نانوفناور

• مقدمه:
  در مقاله‏ی قبلی به برخی کلیات مربوط به روش‏های به دست آوردن خواص نانولوله‏های کربنی پرداختیم. یکی از مهمترین خواصی که درمورد یک ماده بررسی می‌شود، خواص حرارتی آن ماده است. خواص حرارتی نانولوله‏های کربنی از اهمیت بسیاری در زمینه‏های مختلف فناوری برخوردار است، به ویژه به دلیل رسانایی حرارتی بالای الماس و گرافیت و مشابهت‏های بین آن‏ها، دانشمندان علاقه‏ی بسیاری برای بررسی این خصوصیات دارند. در صورت وجود این ویژگی در نانولوله‏های کربنی، می‏توان از آن به عنوان مکملی بر ویژگی‏های مکانیکی و الکتریکی بی‏نظیر نانولوله‏ها یاد کرد.
• هدایت حرارتی نانولوله ‏های کربنی:
  دانشمندان در بررسی‏های تجربی و آزمایش‏های خود به نتایجی در زمینه‏ی هدایت حرارتی نانولوله‏ها کربنی دست یافته‏اند. آن‏ها پیش‏بینی می‏کنند که نانولوله‏های کربنی در دمای اتاق رسانایی حرارتی بالاتری از گرافیت و الماس دارند. دانشمندان در این اندازه‏گیری‏ها، رسانایی حرارتی را برای دو دسته از نانولوله‏ها به دست آوردند. یک دسته، نانولوله‏های کربنی تک دیواره‏ای بودند که به صورت توده‏ای در کنار هم قرار گرفته بودند و مقدار رسانایی حرارتی مجموعه‏ی آنها به دست آمد. یک دسته نیز نانولوله‏های کربنی چنددیواره بودند که به صورت جدا از هم قرار گرفته بودند. رسانایی حرارتی این دسته از نانولوله‏ها به صورت جداگانه بررسی شد. این دانشمندان مقدار رسانایی حرارتی بیش از W/mK 200 را برای توده‏های نانولوله‏های کربنی تک دیواره به دست آوردند. همچنین طبق این بررسی‏ها، مقدار رسانایی حرارتی نانولوله‏های کربنی چند دیواره به صورت جداگانه بیشتر از W/mK 300 به دست آمد.

 همانگونه که در دیگر مقالات موجود در وبگاه باشگاه دانش‏آموزی نانو اشاره شد، برای تلفیق خواص مواد مختلف و بهبود ویژگی‏های محصولات، می‏توان از کامپوزیت‏ها و به شکل پیشرفته تر از نانوکامپوزیت‏ها استفاده نمود. طبق بررسی‏های انجام شده، با افزودن تنها %1 از نانولوله‏های کربنی به رزین اپوکسی، ممکن است رسانایی حرارتی کامپوزیت دو برابر زمینه شود. این موضوع بیانگر این است که کامپوزیت‏های نانولوله‏های کربنی می‏توانند در کاربردهای مدیریت حرارتی به کار برده شوند.

• هدایت حرارتی نانولوله‏های کربنی از منظر تئوری:
  وجود رسانایی حرارتی بالا برای تک نانولوله‏ها به شکل تئوری نشان داده شده است. نتایج حاصل از تجربیات آزمایشگاهی نیز بیانگر وجود این ویژگی در نمونه‏های توده‏ای از نانولوله‏های کربنی تک دیواره و همچنین برای تک نانولوله‏های چند دیواره می‏باشد.
  گروهی از دانشمندان رسانایی حرارتی تک نانولوله‏های کربنی را با روش‏های محاسباتی اندازه‏گیری کرده‏اند. شکل 1 نتایج محاسبات را به ازای دما برحسب کلوین برای نانولوله‏های تک دیواره نشان می‏دهد.

شکل 1- مقادیر رسانایی حرارتی محاسبه شده برای یک نانولوله‏ی کربنی تک دیواره در دماهای مختلف

در این شکل مقدار رسانایی با λ نشان داده شده است. از آنجایی که این کمیت در دماهای مختلف، مقادیر مختلفی دارد، آن را به صورت تابعی از دما و به شکل λ(T) نشان داده‏ایم. با شروع ازدماهای کم و افزایش تدریجی دما، مشاهده می‏شود که مقدار λ(T) در نزدیکی دمای K100 به یک مقدار بیشینه برابر با W/mK37000 می‏رسد (این بیشینه به شکل یک قله در نمودار دیده می‏شود) و سپس با افزایش دما، کاهش می‏یابد. بیشترین مقدار λ(T) که تاکنون در بررسی‏های دانشمندان مشاهده شده است، مربوط به یک نمونه‏ی الماس خاص می‏باشد که در دمای K104 اندازه‏گیری شده است. این مقدار برابر با W/mk41000 است. بنابراین مقدار λ(T) نانولوله‏ی کربنی در بیشینه‏اش با بیشترین مقدار λ(T) که تاکنون اندازه‏گیری شده است، قابل مقایسه است. با توجه به نمودار ارائه شده، حتی در دمای اتاق نیز رسانایی حرارتی نانولوله‏ی کربنی بسیار بالا و برابر با W/mK6600 می‏باشد، این مقدار بسیار بیشتر از مقدار گزارش شده برای همان نمونه‏ی خالص الماس در دمای اتاق است. البته باید این نکته را در نظر گرفت که این نتایج تنها از طریق محاسبات به دست آمده‏اند و ممکن است با نتایج حاصله در شرایط آزمایشگاهی یا واقعی متضاد بوده و یا ناهم‏خوانی باشد.
برای درک بهتر رفتار حرارتی نانولوله‏ های کربنی می‏توانیم مقایسه‏ای بین نتایج حاصل از بررسی نانولوله‏ ها و دیگر مواد کربنی دارای ساختار مشابه داشته باشیم. شکل 2 نمایش دهنده‏ی مقایسه‏ای بین رسانایی حرارتی محاسبه شده برای نانولوله (ساختار یک بعدی)، تک صفحه‏ی گرافن (ساختار دو بعدی) و گرافیت (ساختار سه بعدی) است. همانگونه که مشاهده می‏شود، رسانایی حرارتی تک لایه‏ی گرافن بیشتر از یک نانولوله، و بیشتر از گرافیت است. گرچه مقدار رسانایی حرارتی گرافن در دماهای بالاتر از K270 بسیار نزدیک به رسانایی حرارتی نانولوله می‏باشد، این اختلاف در دماهای پایین تر از K270 بسیار بیشتر می‏شود. در هر صورت گرافیت رسانایی حرارتی کمتری از دو نمونه‏ی دیگر دارد.
همانطور که می‏دانید، گرافیت از روی هم قرار گرفتن منظم و متناوب لایه‏های گرافن ساخته می‏شود. بنابراین بین لایه‏های گرافن، برهم‏کنش‏هایی برقرار است، بنابراین در گرافیت، وجود بر هم‏کنش‏های بین لایه‏ای، مقدار هدایت حرارتی را به شدت کاهش می‏دهد. به نظر می‏رسد همین اتفاق در مورد دسته‏های نانولوله‏های کربنی رخ خواهد داد و مقدار هدایت حرارتی دسته‏های نانولوله‏های کربنی از مقدار هدایت حرارتی تک نانولوله‏ها کمتر باشد.

شکل 2- مقادیر محاسبه شده برای هدایت حرارتی نانولوله (نمودار خط ممتد) در مقایسه با هدایت حرارتی صفحه ی گرافن (نمودار خط و نقطه ای) و گرافیت (نمودار خط چین)؛ قسمت ترسیم شده داخلی، نشان دهنده‏ی تغییرات میزان هدایت بر اساس دما برای گرافیت می‏باشد که با دقت بیشتری نسبت به نمودار اصلی رسم شده است. به تفاوت مقیاس اعداد روی محور عمودی نمودار داخلی و نمودار اصلی دقت نمایید.

• هدایت حرارتی از منظر نتایج آزمایشگاهی:
  گروهی از دانشمندان با استفاده از یک میدان مغناطیسی قوی، دسته‏ هایی از نانولوله ‏های تک‏دیواره را تولید کردند که به مقدار زیادی منظم در کنار هم قرار گرفته بودند. سپس رسانایی حرارتی این نمونه را اندازه‏گیری نمودند.

در نمونه‏هایی که قرارگیری نانولوله‏ها در کنار هم غیر منظم بود، هدایت حرارتی در دمای اتاق در حدود W/mK 35 اندازه‏گیری شد. باید دقت داشت که نانولوله‏ها در چنین نمونه‏ای به شدت در هم پیچ خورده‏اند، و مسیری که انتقال حرارت در آن رخ می‏دهد به مقدار قابل توجهی طولانی‏تر از فاصله‏ی مستقیم بین نقاط است. برای کاهش دخالت این اثر در نتایج آزمایش، می‏توان نانولوله‏ها را توسط میدان مغناطیسی قوی آرایش داد. در این دسته نمونه‏ها، هدایت حرارتی بالاتر از مقدار W/mK200 می‏باشد که با مقدار مربوط به یک فلز خوب قابل مقایسه است. گرچه در همین دسته‏های منظم از نانولوله‏ها نیز مواردی وجود دارند که بر هدایت حرارتی نمونه تاثیر منفی می‏گذارند. برای مثال ممکن است هدایت حرارتی از طریق اتصال‏هایی که در بین نانولوله‏های مجاور یکدیگر در دسته وجود دارند، دچار محدودیت باشد. بنابراین مقدار هدایت حرارتی مربوط به تک نانولوله‏ها باید بسیار بالاتر از این مقداری باشد که در اینجا برای دسته‏های نانولوله‏ها به دست آمد.

در مقاله‏ی بعدی برخی مثال‏های استفاده از این خاصیت نانولوله‏های کربنی را در نانوکامپوزیت‏ها بررسی می‏کنیم.

هدایت حرارتی نانولوله‏های کربنی-قسمت دوم

• مقدمه:
  در مقاله‏ی قبلی در مورد خواص هدایت حرارتی نانولوله‏های کربنی صحبت کردیم و برخی بررسی‏های انجام شده توسط دانشمندان را بیان نمودیم. در این مقاله با بیان چند مثال از کاربرد نانولوله‏های کربنی در بهبود خواص حرارتی نانوکامپوزیت‏ها موضوع را ادامه می‏دهیم.
• خاصیتی به نام هدایت حرارتی:
  انتقال انرژی و به طور خاص، انتقال حرارت یکی از مباحث بسیار جذاب در علوم و مهندسی است. دانشمندان نظریه‏های مختلفی را برای تشریح چگونگی انتقال حرارت در مواد مطرح می‏کنند. تحقیقات دانشمندان در زمینه‏های کاملا متفاوتی بوده و عده‏ای برای تولید موادی با هدایت حرارتی بسیار بالا و عده‏ای دیگر برای تولید مواد عایق در برابر هدایت حرارتی تلاش می‏کنند. هر یک از این مواد می‏تواند کاربردهای گسترده‏ای در صنایع مختلف داشته باشد. امروزه و با گسترش علم مربوط به مواد نوین و به خصوص پیشرفت نانوکامپوزیت‏ها، ایده‏های زیادی برای تولید موادی با خواص هدایت حرارتی جدید به وجود آمده‏اند.

 رسانایی حرارتی بالای نانولوله‏های کربنی می‏تواند برای برخی کاربردهای مدیریت حرارتی مفید باشد. مانند تخلیه‏ی حرارت پردازنده‏های سیلیکونی و افزایش رسانایی حرارتی پلاستیک‏ها برای کاربرد در موتورهای الکتریکی. امروزه برای خنک کردن پردازنده‏های رایانه‏ای بعضا از سامانه‏های مختلفی از قبیل سامانه‏های آب‏گرد استفاده می‏شود. اما ایده‏ای که مدت‏هاست مطرح شده است، استفاده از موادی نوین برای بسته‏بندی روی پردازشگرهاست که قابلیت تخلیه‏ی حرارتی بالایی داشته باشند.

•  نانولوله‏های کربنی و بهبود هدایت حرارتی کامپوزیت‏ها

1- کامپوزیت‏های زمینه‏ی پلیمری
گروه‏های زیادی از دانشمندان خواص کامپوزیت‏های اپوکسی / نانولوله‏ی کربنی را بررسی کرده‏اند. اپوکسی دسته‏ای از مواد پلیمری هستند که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارند. خواص حرارتی این مواد به تازگی مورد توجه ویژه قرار گرفته است. دانشمندی به نام بیرکوک و همکارانش توانستند نانولوله‏های کربنی را داخل زمینه‏ی اپوکسی پراکنده کنند و با موفقیت، کامپوزیت اپوکسی / نانولوله‏ی کربنی را بسازند. آن‏ها سپس رسانایی حرارتی اپوکسی تقویت شده با نانولوله را اندازه‏گیری کرده‏اند و پس از مطالعه‏ی نتایج آزمایش‏هایشان، به این نتیجه رسیدند که افزودن نانولوله‏های کربنی تا یک درصد از وزن کل ماده می‏تواند بهبود چشمگیری در هدایت حرارتی کامپوزیت حاصل ایجاد نماید. این دانشمندان هم‏چنین با ساختن کامپوزیت اپوکسی / الیاف کربنی و بررسی هدایت حرارتی آن، مقایسه‏ای را بین نانولوله‏های کربنی و الیاف کربنی انجام دادند. در شکل 1، تاثیر میزان تقویت کننده و نوع آن را بر هدایت حرارتی رزین اپوکسی مشاهده می‏کنید.

شکل 1- مقادیر رسانایی حرارتی محاسبه شده برای یک نانولوله‏ی کربنی تک دیواره در دماهای مختلف

افزودن 1% وزنی نانولوله‏ی کربنی رسانایی حرارتی اپوکسی را بیش از دو برابر می‏کند در حالی‏که همین مقدار از الیاف کربنی رسانایی حرارتی را تنها 40% افزایش می‏دهد. بنابراین نانولوله‏های کربنی قابلیت زیادی برای بهبود خواص حرارتی پلیمرها و در نتیجه توسعه‏ی کامپوزیت‏ها برای کاربردهای مدیریت حرارتی دارند.

2- کامپوزیت‏های زمینه‏ی سرامیکی
گروهی از محققین یک جریان گاز حاوی استیلن (C₂H₂) را از روی بستری از نانوذرات آلومینا (Al₂O₃) که روی سطح پخش شده بودند، عبور دادند. در نتیجه‏ی فرآیند CVD یا همان رونشانی شیمیایی از فاز بخار، نانولوله‏های کربنی بر روی این نانوذرات رشد کردند. این محققین، سپس با روشی ویژه، این پودرهای نانوکامپوزیتی را به هم فشرده کردند و نانوکامپوزیت Al₂O₃/CNT (آلومینا / نانولوله‏ی کربنی) را تولید نمودند و در نهایت خواص هدایت حرارتی نانوکامپوزیت حاصل را بررسی کردند. نتایج اندازه‏گیری‏های این محققین در شکل 2 نشان داده شده است. در این نمودار نتایج آزمایش‏های انجام گرفته بر روی آلومینای خالص نیز گزارش شده است تا بتوان مقایسه‏ی قابل درکی از دو ماده‏ی تقویت شده با نانولوله‏ کربنی و تقویت نشده انجام داد. نکته‏ای که لازم است به آن توجه داشته باشید، این است که برای داشتن مقایسه‏ای قابل قبول میان دو ماده‏ی مورد بررسی که از نظر ترکیب با یکدیگر تفاوت دارند، باید روش ساخت یکسانی را در نظر گرفت. زیرا در غیر این صورت عوامل دیگری نیز به وضوح بر خواص ماده‏ی حاصل تاثیر می‏گذارند و دیگر نمی‏توان تفاوت خواص را تنها به تفاوت ترکیب‏های دو ماده‏ی مورد آزمایش نسبت داد و بنابراین نتایج قابل استناد نخواهند بود.  

شکل 2- تغییرات میزان هدایت حرارتی بر حسب دما، برای کامپوزیت آلومینا / نانولوله‏ی کربنی و برای آلومینای خالص که هر دو به یک روش تولید شده‏اند.

در اینجا مشاهده می‏شود که هدایت حرارتی این نانوکامپوزیت‏ها بسیار بیشتر از آلومینای خالص می‏باشد. برای مثال هدایت حرارتی نانوکامپوزیت آلومینای حاوی 7/39 درصد وزنی نانولوله در دمای 100 درجه ی سانتی‏گراد معادل با W/mk 90/44 میرباشد که در مقایسه با آلومینای خالص 227% افزایش نشان داده است. این مقدار در دمای 250 درجه ی سانتی‏گراد برابر با W/mk 60/98  بوده که 169% رشد را نسبت به زمینه (آلومینا) نشان داده است و در دمای 300 درجه‏ی سانتی‏گراد، با 218% رشد نسبت به آلومینای خالص، به W/mk 63/.52 می‏رسد.

اطلاع از خواص هدایت حرارتی بی‏نظیر نانولوله‏های کربنی دانشمندان را بر آن داشت تا تاثیر این خصوصیت را در کامپوزیت بررسی کنند. همان‏گونه که مشاهده شد، افزودن نانولوله‏های کربنی به دیگر مواد می‏تواند بهبود چشمگیری در رسانایی حرارتی این مواد ایجاد کند. اما این ویژگی عالی تنها در کامپوزیت‏ها نمود پیدا نمی‏کند. در مقاله‏ی بعدی به جنبه‏ای دیگر از تاثیر حضور نانولوله‏های کربنی بر خواص هدایت حرارتی مواد خواهیم پرداخت.