خلاصه :
طیف تهدیدها و انواع حملاتی که سامانه‌های اطلاعاتی را هدف قرار داده‌اند در حال افزایش است. این مسئله سبب بروز نگرانی‌های‌های امنیتی در افراد و مشاغل و همچنین، تهدید امنیت ملی شده است. در چنین فضایی توجه به اقدامات جدیدی که موجب افزایش امنیت می‌شود در تمام سطوح روبه رشد است. در نتیجه استانداردهای عمومی و خصوصی مرتبط با حفاظت اطلاعات بطور فزاینده‌ای در حال تشدید شدن است. رمز نگاری کوانتومی یکی از فناوریهای امنیتی در حال ظهور است که بصورت بنیادی اقدامات حفاظتی جدیدی را پیشنهاد می‌کند. رمزنگاری «توزیع کلید کوانتوم» پیشرفته‌ترین روش رمزنگاری کوانتومی است که در پی توزیع یک کلید رمزی است. این روش را می‌توان همراه با خدمات شبکه خصوصی مجازی موجود برای مشاغلی که نیاز به خدمات ارتباطی با حفاظت و اطمینان بالا دارند، بکار برد. کاربرد فناوری توزیع کلید کوانتوم به دسترس‌پذیر بودن سیستم‌هایی که تولید، تکثیر و آشکارسازی ذرات نوری-فوتون‌های منفرد را برعهده دارند وابسته است. منابع فوتون منفرد مبتنی‌بر مواد نانو ساختار مثل نقاط کوانتومی، نانولوله‌های کربنی و نانوسیم‌های الماسی، توسعه تعداد کمی از محصولات تجاری را میسر کرده است. محدوده کاری فناوریهای موجود اخیراً به 100کیلومتر محدود شده است. جهت پیشرفت بیشتر در این زمینه توسعه قابل توجه فیبرنوری مورد نیاز است. همچنین بخاطر هزینه‌های توسعه محصولات مبتنی بر توزیع کلید کوانتوم، این فناوری کاربرد عمومی نداشته و تاکنون کاربرد آن تنها در مؤسسه‌های مالی اصلی، امنیت ملی و دیگر مراکز دولتی بوده است.
متن این مقاله به صورت pdf قابل دریافت می باشد(
)
خلاصه :
افزایش جمعیت جهان باعث افزایش فشار بر بخش تغذیه شده است. بلایای طبیعی از یک سو باعث افزایش قیمت مواد غذایی شده‌است و از سوی دیگر نیازها و تغییرات ویژهای نیز در کشورها و قاره‌ها دیده می‌شود. مشکل فزاینده چاقی و سوء‌تغذیه از جمله نگرانی‌های عمده در کشورهای اروپایی است. در این کشورها گرایش‌های فرهنگی بیشتر به سمت رژیم‌هایی با چربی و قند بالا و کمتر به سمت سبزیجات و میوه‌های تازه، حبوبات و محصولات غنی از پروتئین، ویتامین و مواد معدنی است. از آنجایی‌که مواد مذکور همیشه به سهولت در دسترس قرار نداشته و در بعضی موارد مواد مغذی کلیدی به سختی بدست می‌آیند، نیاز به مکمل‌های غدایی غیرقابل اجتناب است. در کنار نیاز به توسعه رژیم غذایی مختلط و سبک زندگی سالم‌تر، موارد مشخصی نیز وجود دارد که مکمل‌های مواد مغذی بویژه در مورد ترکیبات کم محلول مورد نیاز است. کپسوله‌کردن –محبوس‌کردن مکمل‌ها درون پوسته- روشی مطلوب را در این راستا فراهم می‌کند و پیش‌بینی تحقیقات بیانگر سهم بسزای این روش در افزایش زیست‌فراهمی مواد مغذی است. بعلاوه تکنیکهای فراوری جدید حاکی از آن است که غنی‌سازی مواد غذایی یکی از روشهای گنجاندن مکمل‌ها در رژیم غذایی شهروندان اروپایی است.
متن این مقاله به صورت pdf قابل دریافت می باشد()
خلاصه :
سلولهای بنیادی میتوانند ابزاری قوی برای درمان اختلال‌های تخریبی مانند نارسایی قلبی، بیماری‌های چشمی و التهاب مفاصل استخوانی باشند. سلولهای بنیادی ساکن در یک محل داخل یک پوشش هیدروژلی که مستقیماً در اطراف آنها قرار می‌گیرد، بصورت منفرد و یا گروهی جمع‌شده و ممکن است راهکار مهمی برای افزایش قابلیت حیات سلول بنیادی و حفاظت آن در محیط کشت فراهم آورند. چنین پوشش‌هایی میتوانند مستقیماً ژن‌ها و پروتئینهای تنظیمی برای بقای تمایز و نمو بافتی را هدف‌گیری کنند. هم‌اکنون پوششهای پلیمری بصورت مستقیم برای حفاظت سلولهای جزیره پانکراس تولید‌کننده انسولین به‌منظور درمان دیابت نوع? بکار گرفته‌می‌شوند. در این مقاله پیشرفتهای حاصل‌شده کنونی و متداول در رابطه با سلول بنیادی مزانشیمی بالغ میکرو پوشش‌دار و انواع بدون پوشش بررسی‌شده و مزیت‌های کلینیکی بالقوه و زیستی و مهندسی ساخت منحصر به‌فرد آنها بیان خواهد شد.
متن این مقاله به صورت pdf قابل دریافت می باشد()
خلاصه :
نانوجاذب‌ها ذراتی نانومتری از مواد آلی یا غیرآلی هستند که تمایل بالایی به جذب مواد دارند. نانوجاذب‌ها کاربردهایی در پاکسازی آب یا هوا دارند و میتوانند در خالص‌سازی آبهای زیرزمینی یا فرایند‌های تصفیه فاضلاب استفاده شوند. کربن فعال نمونه‌ای از بهترین جاذب‌ها‌ی معمول در کاربردهای زیست‌‌محیطی است. استفاده از این ماده قدیمی در چنین کاربردهایی از نظر هزینه به صرفه است و به همین دلیل برای تصفیه آب در صنعت آب آشامیدنی اروپا استفاده گستردهای از آن می‌شود. با این حال جاذب‌ها‌یی که به نانوساختار تبدیل شده‌اند، فرصتی را در اختیار قرار داده‌اند که بتوان حتی به سطح بالاتری از میزان جذب مواد معمول رسید، این نانوجاذب‌ها ممکن است بتوانند برای هدف قرار دادن آلایندههای خاص طراحی شوند. مواد مختلفی که از پایه‌کربنی و اکسید فلزی هستند تحت بررسی قرار گرفته‌اند تا دسته گسترده‌تری از آلاینده‌ها را تحت تأثیر قرار دهند، با این همه خیلی از نانوجاذب‌ها‌ی دارای این ظرفیت، هنوز در حالت تحقیقاتی قرار دارند. کاربردهای خیلی کمی وارد بازار شده و نیاز است که هم مراحل انتقال از مقیاس آزمایشگاهی به تولید انبوه انجام شود و هم تست‌های ایمنی مناسب انجام شود. این گزارش فناوریهای موجود را شرح می‌دهد و به تأثیر احتمالی آنها می‌پردازد و شماری از چالش‌های روبروی آنها در مسیر حرکت به سمت بازار را بیان می‌کند.
متن این مقاله به صورت pdf قابل دریافت می باشد()
خلاصه :
شرکت «نانو پوشش فلز» یکی از شرکتهای مستقر در مرکز رشد پردیس علوم دانشگاه تهران است. این شرکت موفق به ساخت برخی محصولات و مواد جدید مورد نیاز کشور شده است. «نانو پوشش فلز»، در راستای کاربردی‌کردن علم نانو، راهبرد تحقیق و ساخت مواد و ساختارهای فلزی و غیرفلزی جدید را سرلوحه فعالیت خود قرار داده و پروژه‌های متعددی را با دانشگاه‌های مختلف با موفقیت به اتمام رسانده است. ایده محوری این شرکت به تولید محصولات جدیدی همچون نانوسیال‌ها (نانوکولانت) ـ به عنوان یک رویکرد تازه در انتقال حرارت ـ، فرم‌دهی فلز در اندازه‌های نانو (نانو فرمینگ)، و محصولات متنوع دیگر منجر شده است، محصولاتی که کاربردهای مفیدی در صنعت خواهند داشت.
متن کامل به صورت PDF قابل دریافت می باشد ( )
خلاصه :
در مهندسی نانو، چگونگی نشست هر لایه اتم باید کنترل شود، چون درستی ساختار هر لایه اتم شدیداً وابسته به جزئیات ترتیب اتم های سطحی است که روی آن نشسته اند، بنابراین باید بتوان ترتیب اتم ها یا ساختار سطح را دید، بدین منظور نیاز به گروه جداگانه ای از دستگاه های تشخیص دهنده داریم که بتوان به وسیله آنها ترتیب دوبعدی اتم ها را در خارجی ترین لایه اتم های ماده و حتی ساختار توده ای سه بعدی اتم ها را تشخیص داد. میکروسکوپ های کاوشگر (1SPM) از این دسته دستگاه های تشخیص دهنده می باشند. SPMها اغلب در هوا یا مایع و بدون آماده سازی نمونه یا با حداقل آماده سازی نمونه به کار می روند. میکروسکوپ نیروی اتمی (2AFM) و میکروسکوپ تونل زننده (3STM) در گروه SPM قرار می گیرند. هر SPM از یک پروب تیز برای اسکن سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده می کنند تا نقشه ای از سطح ایجاد کند. ساده ترین نقشه ای که SPM به وجود می آورد نقشه سه بعدی سطح است. در این مقاله جزئیات بیشتری در این دو مورد بیان خواهد شد.
"این مقاله در مجله فرایند خزر انجمن مهند سی شیمی (سال هفتم- بهار 1383) دانشکده فنی و مهندسی دانشکاه مازندران به چاپ رسیده است"
1 - مقدمه:
نانوتکنولوژی زمینه هیجان انگیزی از علم وتکنولوژی است که می تواند شانس بزرگ و بی سابقه ای را در افق دید ما قرار دهد؛ توانایی چیدن و دوباره سازی ساختارهای ملکولی. نانوتکنولوژی تاثیر زیادی بر هرانچه که می سازیم می گذارد.ساختن هر چیز به غیر از مرتب کردن اتم ها نیست، اگر بتوانیم اتم ها را با دقت بیشتر، هزینه کمتر وانعطاف بیشتر در کنار هم قرار دهیم آنگاه تمام محصولاتی را که در دنیای کنونی تولید می کنیم ، تغییر اساسی خواهند کرد. بعنوان مثال می توان دستگاهها و وسایل جراحی را در اندازه و دقت ملکولی تولید کرد بطوری که قادر باشند وارد سلول شوند، جایی که بیشتر بیماریها از آنجا منشاء می گیرند.
پایه این زمینه هیجان انگیز یک حقیقت بسیار ساده است: اتمها می توانند در بی نهایت حالت مختلف چیده شوند، درحال حاضر ما فقط در صد بسیار کوچکی از آنچه که احتمال دارد را می توانیم بسازیم.
اگر بتوانیم 100 اتم را در یک نانومتر مکعب قرار دهیم و هر اتم بتواند جزئی از صد قسمت باشدآنگاه در حدود 100 100 راه متفاوت برای چیدن اتم ها در یک نانومتر مکعب خواهیم داشت.یک میکرون مکعب چنین احتمالی را به 100 100000000000 گسترش می دهد.
نانوتکنولوژی راه حلهای جدیدی برای تغییر شکل سیستم های طبیعی ارائه می کند و می تواند زمینه وسیع تکنولوژیکی برای کاربرد در بعضی حوزه ها مانند فرآیندهای بیوزیستی در صنعت و پزشکی ملکولی (مثلاً برای تشخیص و معالجه بیماری ها،پیوند اعضای بدن ، جراحی نانومقیاس، ساخت دارو وانتقال دارو به هدف ) ، رسیدگی به تاثیرات محیط زیستی نانوساختارها(مانند غلبه بر آلودگیهای زیست محیطی توسط نانو فیلترها ) ، بهبود سیستم های کشاورزی وغذایی(مانند افزایش محصولات کشاورزی ، محصولات جدید غذایی ، نگهداری غذا) ، محصولات جدید شیمیایی و پتروشیمیایی (مانند ساخت کریستالهای جدید، نانو پلیمرها) را فراهم کند.
در مهندسی نانو،چگونگی نشست هر لایه اتم باید کنترل شود، چون درستی ساختار هر لایه اتم شدیداً وابسته به جزئیات ترتیب اتم های سطحی است که روی آن نشسته اند. بنابراین باید بتوان ترتیب اتم ها یا ساختار سطح را دید. بدین منظور نیاز به گروه جداگانه ای از دستگاههای تشخیص دهنده داریم که بتوان به وسیله آنها ترتیب دو بعدی اتم ها را در خارجی ترین لایه اتم های ماده وحتی ساختار توده ای سه بعدی اتم ها را تشخیص داد.میکروسکوپهای کاوشگر ( SPM 1 ) از این دسته دستگاههای تشخیص دهنده می باشند. SPM عبارتی کلی برای کلیه تکنیکهایی است که ماده را در مقیاس میکرونی تا کمتر از آنگستروم اسکن می کنند. برخلاف میکروسکوپهای الکترونی که به خلاء وآماده سازی نمونه احتیاج دارند، SPM ها اغلب در هوا یا مایع وبدون آماده سازی نمونه یا با حداقل آماده سازی نمونه به کار می روند.
میکروسکوپ نیروی اتمی( AFM 2 ) ومیکروسکوپ تونل زننده ( STM 3 ) در گروه SPM قرار می گیرند.هر SPM از یک پروب تیز برای اسکن سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده می کند تا نقشه ای از سطح ایجاد کند. ساده ترین نقشه ای که SPM به وجود می آورد نقشه سه بعدی سطح است.
2- میکروسکوپ نیروی اتمی
میکروسکوپ نیروی اتمی یکی از دهها میکروسکوپ بررسی کننده دقیق است که توسط کوات 4 و باینینگ 5 در سال 1986 ساخته شد.این نوع میکروسکوپها با اندازه گیری خواص موضعی مثل ارتفاع، جذب نور یا مغناطیسس با پروب 6 یا نوک 7 بسیار نزدیک به نمونه کار می کنند.
فاصله کم نمونه- پروب (به منظور وضوح 8 دستگاه)امکان اندازه گیری را روی کل یک سطح کوچک هموار می سازد وعکسهای حاصل روی یک صفحه نمایشگر نمایان می شوند. برخلاف میکروسکوپهای سنتی سیستم های پروب - اسکن 9 از لنز استفاده نمی کنند. AFM (شکل 1) براساس اندازه گیری میزان جذب یا دفع نیروها بین نمونه و تیپ کار می کند.
در حالت «تماس دفعی » دستگاه به آرامی تیپ موجود در انتهای فنر فلزی یا دیرک را با نمونه تماس می دهد،همچنان که دسته اسکن کننده 10 نوک را روی نمونه می کشد ، یک نوع دستگاه آشکارساز 11 انحراف عمودی دیرک را اندازه می گیرند، که به این ترتیب ارتفاع موضعی نمونه مشخص می شود. 
بنابراین در حالت تماس ، AFM نیروهای بین نمونه و نوک را اندازه می گیرد.
در حالت غیر تماسی ، AFM عکسهای موضعی را با استفاده از اندازه گیری نیروهای جذب دریافت می کند در حالیکه نوک با نمونه تماس ندارد.در این حالت عکسبرداری از نمونه در زیر آب امکان پذیر نیست.
AFM می تواند به وضوح pm 10 برسد و برخلاف میکروسکوپهای نوری هم در آب و هم در هوا قدرت عکسبرداری دارد.
به طور کلی AFM ها از اصول ضبط صوت پیروی می کنند، البته ظرافتهایی دارند که آنها را قادر می سازد قدرت تشخیصی در حد اتمی داشته باشند، که این ظرافتها عبارتند از:
• آشکار ساز حساس
• دیرک های انعطاف پذیر
• نوک های تیز
• توانایی بالای تجزیه مکان نوک –نمونه
• پس خور نیرو
شکل 1: مفهوم AFM وپایه نوری 12 . (چپ ) دیرک نمونه را لمس می کند،(راست) پایه نوری ؛ اسکنر
لوله ای قطر nm 24 را اندازه می گیرد، طول دیرک m m 100 است.
2-1 انواع نوک های AFM
با استفاده از روشهای میکرولیتوگرافی می توان نوک های ارزان و کاملاً موثر ساخت.
شکل 2: سه نوع نوک متداول( a ) نوک معمولی ( b ) نوک سوپر ( c ) اولترا لور
معمولاً نوکها با شعاع انتهایی شان توصیف می گردند.عموماً در تاثیر متقابل نمونه ونوک ، شعاع انتهایی قدرت وضوح AFM را محدود می کند. بنابراین در حال حاضر توسعه نوکهای تیزتر از اولویتهای اصلی است.
سه نوع نوک متداول وجود دارد:
• نوک معمولی (شکل a 2) با m m 3 بلندی و شعاع انتهایی nm 30.
• نوک اشعه الکترونی ته نشین شده 13 یا سوپر تیپ ( شکل b 2 ) اصلاح شده نوک های معمولی است که با ته نشست القا شده پرتو الکترونی 14 مواد حاوی کربن توسط فرو بردن مستقیم نوک معمولی به درون اشعه الکترونی میکروسکوپ پیمایشگر الکترونی حاصل می شود. به خصوص اگر ابندا دیرک ها با روغن فنری پوشیده شود، این نوع نوک حاصل خواهد شد.اگر طیف مثبت اشعه الکترونی بر روی زاویه راس به مدت چند دقیقه متوقف شود، نسبت جانبی 15 بالاتری دارد.
نوک سوپر بلند وباریک است و برای بررسی حفره ها و شکافها مناسب است.در بعضی موارد شعاع انتهایی آن بیشتر از یک نوک معمولی است.
• اولترا لور 16 ( c 2 ) است که توسط فرآیند اصلاح شده میکرولیتوگرافی ساخته می شود، این نوع نوک نسبت جانبی نسبتاً بالایی دارد وشعاع انتهایی آن به هنگام لزوم حدوداً nm 10 است.
a |
b |
c |
|
|
|
|
2-2 پس خور نیرو در AFM
حضور حلقه پس خور یکی از ظریفترین تفاوتهای بین AFM ودستگاههای اندازه گیری سوزنی قدیمی تر مثل ضبط صوت است. AFM نه تنها نیروی وارد بر نمونه را اندازه می گیرد، بلکه آنرا تنظیم می کند. بنابراین می توان با صرف نیروهای بسیار کم تصاویر را به دست آورد.
شکل 3: حلقه پس خور 17 AFM . یک شبکه جبرانی انحراف دیرک را نشان می دهدو آنرا با میزان کردن نمونه (یا دیرک) ثابت نگه می دارد.
حلقه پس خور (شکل 3) شامل یک اسکنر لوله ای است که ارتفاع کامل نمونه را کنترل می کند و یک دیرک و پایه نوری که ارتفاع موضعی نمونه را اندازه می گیرند. حلقه پس خور با تنظیم ولتاژ به کار گرفته شده در اسکنر تلاش می کند انحراف دیرک را ثابت نگه دارد. حلقه پس خور با فرکانس 10 kHz به یک دقیقه زمان برای تصویر براداری نیاز دارد. یک نکته جالب توجه این است که حلقه پس خور می تواند انحراف دیرک را سریعتر اصلاح کند، به این ترتیب AFM سریعتر می تواند تصویر برداری کند. بنابراین یک حلقه پس خور که درست بنا شده باشد، برای عملکرد میکروسکوپ ضروری است.
2-3 روش های تصویر برداری در AFM
تقریباً تمام AFM ها وضعیت هر نمونه را به دو روش استاندارد اندازه می گیرند: با اندازه گیری ثابت پس خور خروجی (" Z ") یا انحراف دیرک (" خطا " ) ( شکل 3 ). مجموع این دو سیگنال همواره توپوگرافی 
واقعی را نشان می دهد، اما با استفاده از حلقه پس خور کاملاً تنظیم شده ، از سیگنال خطا می توان چشم پوشی کرد.البته AFM روش دیگری غیر از این دو روش برای تصویر برداری دارد.
پایه نوری AFM می تواند اصطکاک بین نوک ونمونه را اندازه گیری کند. اگر اسکنر نمونه را عمود بر محور دیرک حرکت دهد ( شکل 4) اصطکاک بین نوک ونمونه با عث می شود که دیرک پیچ بخورد.
یک حسگر نوری که در دو بعد حساس مکانی است می تواند حرکت چپ – راست منتج شده از اشعه لیزر انعکاس یافته از حرکت بالا –پایین ایجاد شده توسط تغییرات توپوگرافیکی را تشخیص دهد.
شکل 4: عکسبرداری توپوگرافیک از انحراف بالابه پایین دیرک استفاده می کند، در حالیکه عکسبرداری اصطکاکی از انحراف پیچشی 18 استفاده می کند .
بنابراین AFM می تواند اصطکاک نوک- نمونه را هنگام عکسبرداری از توپوگرافی نمونه اندازه گیری کند.در کنار اندازه گیری خواص نمونه ، اصطکاک ( نیروی افقی یا انحراف افقی ) می تواند اطلاعات مفیدی در مورد تاثیر متقابل نوک- نمونه بدهد.
شکل 5 عکسی از اتمهای گرافیت است که در آن اصطکاک وتوپوگرافی با هم نشان داده شده اند.هر 
برآمدگی یک اتم کربن را نشان می دهد.همچنان که نوک از راست به چپ حرکت می کند، با برخورد به هر اتم به پشت آن می چسبد.اسکنر به حرکت ادامه می دهد ونیروهای افقی 19 ساخته می شوند تا زمانی که نوک از اتم عبور کند و به پشت اتم بعدی بچسبد.این رفتار « چسبیدن – عبور کردن» چین خوردگی موجی شکل را در تصویر اصطکاک ایجاد می کند.( شکل 8 )
شکل 5: تصویر nm 5/2 * 5/2 همزمان توپوگرافی و اصطکاک highly oriental pyrolytic graphite(HOPG) . برآمدگی ها چین خوردگی توپوگرافی اتمی وانعکاس های رنگی نیروی افقی روی نوک را نشان می دهد. جهت تصویر برداری از راست به چپ است.
شکل 6: نمودار تقاطعی داده های اصطکاکی از شکل 5
2-4 اندازه گیری الاستیسیته
AFM می تواند نرمی یک نمونه را با فشار دادن پایه بر هر نقطه نمونه در هنگام تصویربرداری اندازه گیری کند.اسکنر با تغییر نوسان (معمولاً از 1 تا nm 10) بوسیله یک مقدار از پیش تعیین شده نمونه را بالا می برد یا دیرک را پایین می آورد.میزان انحراف دیرک بستگی به نرمی نمونه دارد،نمونه سخت تر باعث انحراف بیشتر دیرک می شود (شکل 7).
شکل 7: AFM می تواند الاستیسیته نمونه را با فروبردن نوک درون نمونه واندازه گیری انحراف دیرک تصویر کند
شکل 8 عکسی از Bovin serum albumin(BSA) که یک پروتئین می باشد را روی سیلیکون نشان می دهد. به جرات می توان گفت که هر کدام از برآمدگی ها که در تصویر توپوگرافی ظاهر شده ، مربوط به یک ملکول BSA است. تصویر الاستیسیته نشان می دهد که هر برآمدگی نسبت به سوبسترای سیلیکون نرمتر است و همان چیزی است که از ملکولهای پروتئین انتظار می رود.
|
|
|
شکل 8: عکس شبیه سازی شده ازتوپوگرافی (چپ )و الاستیسیته (راست ) از BSA روی سیلیکون
2-5 AFM در مهندسی شیمی وبیوتکنولوژی :
توانایی AFM برای تصویربرداری در وضوح اتمی به همراه توانایی آن برای عکسبرداری از انواع متفاوت نمونه ها در شرایط گوناگون ، باعث علاقه مندی زیادی برای استفاده از آن برای مطالعه ساختارهای شیمیایی و بیولوژیکی شده است .اندازه گیری مکانیک بین ملکولی یک ملکول پروتئین،ساپروملکولهای شیمیایی، ملکول های پلیمری یا نانوذرات نرم با AFM انجام شده است. تصاویر زیادی نیز از DNA وسلولهای زنده گرفته شده است. همچنین از AFM برای بدست آوردن استحکام پیوند بین ملکولی یک جفت ملکول در محلولهای فیزیولوژیکی استفاده شده است.
متاسفانه AFM نمی تواند از تمام نمونه ها در مقیاس اتمی عکسبرداری کند.شعاع انتهایی نوک های دردسترس وضوح اتمی را به نمونه های تخت 20 ومتناوب مثل گرافیت نسبتا محدود می کنند. به علاوه به دلیل نرمی ساختارهای بیولوژیکی ، تاثیر متقابل نوک –نمونه ،تمایل به از شکل اندختن یا تخریب آنها در بعضی از موارد دارد.
برای مثال شکل (9) نشان می دهد که چگونه نیروهای به کار گرفته شده روی فیبر کلاژن تمایل به جداسازی آنها از روی سوبسترا در یک دوره زمانی دارد، که این باعث از شکل افتادن بیشتر نمونه می شود.
شکل 9: عکسهای 50،1و 100 برابر شده از فیبرهای کلاژن کوچک. تصویربرداری تکراری از یک ناحیه نشان می دهد فیبرها از سوبسترای شیشه ای جدا شده اند، که باعث تغییر شکل در جهت تصویربرداری می شود، از چپ به راست و از بالا به پایین
3- میکروسکوپ تونل زنده
میکروسکوپ تونل زن (STM) از ترتیب اتمهای سطح با استفاده از امواج حس شده در دانسیته الکترونی سطح که از مکان اتمهای سطح ناشی می شود، عکس می گیرد(شکل 10). با استفاده از این تکنیک میکروسکوپی می توان سطوح رسانای الکتریکی را تا مقیاس اتمی مورد بررسی قرارداد. STM امکان جدیدی برای تشخیص اینکه چگونه شرایط فرآیند آماده سازی می تواند روی جزئیات اتمی سطح ماثر باشد، فراهم می کند. 
شکل 10: دیاگرام شماتیکی از میکروسکوپ تونل زن
در STM نمونه به وسیله یک نوک فلزی بسیار نازک اسکن می شود.نوک به شکل مکانیکی به اسکنر متصل است،اسکنر یک دستگاه تعیین کننده موضع XYZ است که توسط مواد پیزوالکتریک کار می کند.
نمونه اندکی بار مثبت یا منفی دارد، بنابراین اگر نوک با نمونه تماس یابد، یک جریان کوچک،« جریان تونل زن » جاری می شود. با کمک جریان تونل زن،الکترونیک پس خور فاصله نوک ونمونه ثابت نگه داشته می شود.اگر جریان تونل زن از میزان فعلی اش بیشتر شود، فاصله بین نوک ونمونه افزایش می یابد واگر از این مقدار کمتر شود، پس خور فاصله را کم می کند.نوک خط به خط سطح نمونه را پیروی از توپوگرافی نمونه اسکن می کند.
3-1 جریان تونل زن
دلیل توانایی بسیار زیا د STM در مقیاس اتمی ، خواص فیزیکی جریان تونل زن است.
|
|
|
شکل 11: تماس تونلی نوک –نمونه و شکل توانی مربوت به آن
وقتی جریان تونل زن جاری می شود، از فاصله اندکی که نوک را از نمونه جدا می کند، عبور می نماید.این مورد در فیزیک کلاسیک امکان پذیر نیست اما با به کارگیری روشهای بهتر مکانیک کوانتوم قابل توجیه می باشد.جریان تونل زن به شکل توانی با افزایش فاصله ( d ) کاهش می یابد (شکل 11).
K,k ثابت اند I= K×U×e -(k×d) ;
تغییر بسیار کم در فاصله نوک –نمونه باعث تغییرات زیادی در جریان تونل زن می شود، بنابراین فاصله نوک-نمونه باید بسیار دقیق اندازه گیری شود.
جریان تونل زن، توسط خارجی ترین اتم واقع در قسمت بیرونی نوک ایجاد می شود،اتمهای نزدیکتر به این اتم مقدارکمی جریان ایجاد می کنند،بنابراین سطح تنها به وسیله یک اتم اسکن می شود.جریان تونل زن با کنده کاری یا کشیدن یک سیم نازک فلزی به راحتی به دست می آید. برای درک بهتر این موضوع مثال زیر را در نظر بگیرید:
یک تپه مخروطی از ماسه را روی زمین تصور کنید، اگر به دقت آنرا بررسی کنید،آنگاه خواهید دید که یک دانه ماسه خارجی ترین قسمت قله را تشکیل می دهد، اکنون جای تپه را با نوک عوض کنید با توجه به این نکته که جریان تونل زن با فاصله به شکل توانی کاهش می یابد ،جریان تونل زن جاری می شودو سطح نمونه با خارجی ترین اتم اسکن می شود.
4- نتیجه گیری:
تاثیرنانوتکنولوژی بر زندگی بشر بسیار فراتر از آن چیزی است که در نگاه اول به نظر می رسد. با یک بررسی اجمالی در می یابیم که فناوری های نوین همگرا هستند ودر نهایت همگی آنها از آنچه که در طبیعت برای میلیونها سال انجام شده سرمشق می گیرند. نانوتکنولوژی می تواند تغییرات اساسی در زمینه تولید مواد، ذخیره انرژی ،ذخایر غذایی و... ایجاد کند.همچنین می تواند سیستم های دارویی- پزشکی ، کشاورزی، شیمیایی و پتروشیمیایی را به خوبی تغییر دهد. اما هر علم وتکنولوژی جدیدی به ابزار وتجهیزاتی برای رسیدن به اهداف خاص آن شاخه از علم نیاز دارد. بی تردید تکنیکهای تصویر برداری از ابزار اولیه و بسیار مهم نانوتکنولوژی می باشند که در این مقاله بطور اجمالی بخشهای از آن مورد بررسی قرار گرفته است. پیش بینی می شود که از نانوتکنولوژی نیزهمانند سایر فناوری ها استفاده نامطلوب گردد. به منظور جلوگیری از توسعه نانوتکنولوژی در جهت اهداف نظامی عاقلانه به نظر می رسد که بر ارزش آن درمهندسی، پزشکی ، محیط زیست وکشاورزی تا کید شود.
1 دانشگاه مازندران- دانشکده فنی و مهندسی- بخش مهندسی شیمی- آزمایشگاه تحقیقاتی نانوذرات
دانشگاه تربیت مدرس تهران- دانشکده فنی و مهندسی- بخش مهندسی شیمی- گروه بیوتکنولوژی 2
آدرس تماس: *
دکتر محسن جهانشاهی- دانشگاه مازندران- دانشکده فنی و مهندسی- بخش مهندسی شیمی- آزمایشگاه تحقیقاتی نانوذرات-
بابل- صندوق پستی: 484
تلفن تماس: 01113234204/ 09113111076
فاکس: 01113234201
پست الکترونیکی:
|
طبیعت کار به شدت مشارکتی است. جیمز تور، یک شیمی‌دان آلی از دانشگاه رایس و یکی از اعضای مرکز، بعنوان یکی از قطعات این پازل، مولکولهایی را می‌سازد که میتوانند خواص نیمه‌رسانایی مفیدی داشته‌باشند –به گفتة ویس: "این مولکولها فنیلین اتینیلین‌‌ها هستند؛ حلقه‌های آروماتیک یک‌‌درمیان با پیوندهای سه‌گانة کربنی- او آنها را به ویس و دیوید آلارا، استاد شیمی n State می‌دهد. ویس می‌گـوید: "مـا آنـها را به هم قلاب می‌کنیم و طـی فرآیندی عملکرد آنها را می‌سنجیم." ولی "قلاب‌کردن" در یک ساختار پیچیده و به هم پیوسته همچنان هدفی طفره‌آمیز است. قلاب‌کردن یعنی ایجاد موازنة اندازه بین یک سیم رسانای بسیار کوچک و یک مولکول بسیار بزرگ. خط‌کش مولکولی این موازنه را بیشتر می‌کند، ولی نه آنقدر که لازم است. ویس می‌گوید: "ما الآن می‌توانیم یک سیم 10 نانومتری بسازیم و تور می‌تواند یک مولکول 10 نانومتری بسازد؛ ولی این همة کاری را که ما می‌خواهیم صورت نمی‌دهد. اگر ما سیم‌هایمان را دو یا سه برابر کوچک کنیم، می‌توانیم به سمت مولکولهای کوچک کاراتر برویم. آن وقت است که ما مباحث تجاری را شروع خواهیم‌کرد." در آن سوی خیابانی که NanoFab در انکوباتور صنایع کوچک واقع در پارک علمی n State قرار دارد، ادارات شلوغ شرکت Molecular Electronic Corporation () دیده می‌شود. ، یک شرکت تازه‌تأسیس فناوری پیشرفته (high-tech) است. در آن چیزهای زیادی به چشم می‌خورد: کامپیوترهای بزرگ و کوچکی که بر سه ردیف میز چفت‌درچفت حکومت می‌کنند، دستگاههای تکثیر و یک ظرف قهوه که در میزی در انتهای اتاق با یکدیگر شریکند، و وایت‌بردی پر از خطوط خرچنگ‌قورباغه و مرموز که بر پهنة دیوار خودنمایی می‌کند. کارمندان جوان که لباسهای غیریکسانی پوشیده‌اند، مثل افراد سرگردان وارد و خارج میشوند. یکی از احتمالا" یکصد شرکتی است که از سال گذشته از NanoFab استفاده می‌کرده‌اند واحتمالا" معروفترین آنهاست.داستان شرکت و بنیانگذارانش درScientific American، Wired ، نیویورک‌تایمز و اکونومیست درج شده‌است: هدفی بسیار متهورانه برای شرکتی که فقط اخیرا" حقوق‌بگیران خود را به 11 نفر افزایش داده‌است. براد کلونجر، دانشمند ارشد می‌گوید: "علت آن، این بود که ما اولین شرکت تأسیس‌شده بودیم که می‌گفتیم می‌خواهیم الکترونیک مولکولی را تجاری کنیم."
در دسامبر 1999 توسط جیمز تور و مارک رید، یک استاد مهندسی برق دانشگاه ییل و آلارا از n State و تام مالوک، استاد شیمی تأسیس شد. ترزا مایر و تام جکسون، هردو از اساتید مهندسی برق n State نیز به صورت مشاور عمل می‌کنند.
اگرچه عملیات شرکت به صورت پراکنده در سطح کشور شروع شد –کلونجر می‌گوید: "ما افرادی در شیکاگو، تگزاس و دانشگاه ییل داشتیم."- ، ولی اکنون تنها قسمت صنعت که در پارک دانشگاه صورت نمی‌گیرد، سنتز شیمیایی است که تور در دانشگاه رایس انجام می‌دهد. کلونجر توضیح می‌دهد: "این بخش خاص از فناوری پیشرفته، مناسب شرکتهای تازه‌تأسیس نیسـت. این مثـل شـروع‌کـردن یـک ".com" با 10 هزاردلار سرمایــه نیسـت. در صنعـت نیمـه‌هـادی، 10 هزاردلار هزینة یک جعبه برچسب هم نمی‌شود. دسترسی به NanoFab –و فضایی اداری به قیمت یک دلار بر هر فوت مربع!- تنها راهی است که موجب می‌شود ما روی پای خود بایستیم." این رشته اگر تحرک نداشته‌باشد، هیچ است. کلونجر می‌گوید: "مدارات حافظه، منطقی و ذخیرة اطلاعات و هرچه که افراد در دهه‌های 60 و 70 در مورد سیلیکون سعی به ساختنش داشتند، هم‌اکنون در مورد الکترونیک مولکولی در جریان است. همه منتظرند تا کسی ترانزیستور –مولکولی که موجب ظهور یک‌سری از اثرات ثانویه خواهدشد- را بسازد." هدف به گفتة او، جایگزین‌نمودن تمام صنعت سیلیکون نیست: این یک لقمة خیلی بزرگ برای این شرکت کوچک است. در عوض، سعی می‌شود بعنوان گام نخست یک‌سری از فناوریهای مخلوط خلق شود. "از هم‌اکنون ما متوجه کاربردهای مختلفی برای سکوهای سیلیکونی مرسوم و نحوة جفت‌کردن الکترونیک مولکولی با آنها شده‌ایم." وی می‌گوید: "بعضی از بزرگترین مشکلاتمان که به چشم هم ممکن است نیاید، حاصل تلفیق این فناوری‌هاست." یک ماده در این دو مقیاس، ویژگیهای کاملا" متفاوتی دارد. و این واقعیت هم مدتها شناخته شده‌است، که مولکولهای آلی –که همانطور که ذکر شد به اقدامات سخت‌گیرانة اتاق تمیز برای مقابله با آلودگی سلولهای انسان یا گردوغبار نیازمندند- شدیدا" با سیلیکون ناسازگارند. کلونجر می‌گوید: "با ایجاد یک واحد سادة ساختمانی آلی و قراردادن آن روی یک برچسب، شما مجبور خواهیدشد که بعضی از قسمتها را دوباره اختراع کنید تا اجزای آلی تحت فرآیندهای ساخت مرسوم، نابود نشوند." بعنوان گام نخست، شرکت درحال حاضر آماده می‌شود تا آزمایش مولکولی را در دست بگیرد. کلونجر توضیح می‌دهد: "ما تلاش می‌کنیم بعضی فرآیندهای ساده را به شکل on-line درآوریم، تا قادر به توصیف مولکولهـا و فهم بهتر نقش آنها باشیم." پس از اینکه آنها به شرایط مناسب دست یابند، "ما امیدواریم بعضی از کاربردها را تعیین کنیم، یک سکوی سیلیکونی استاندارد را برداریم و آن را درون دستگاه خود قرار دهیم تا کار تمام شود." سپس نشان دهیم که این دستگاه کوچکتر، سریعتر و ارزان‌تر از راه‌کارهای گذشته است. "هنوز روشن نیست که این مسأله ممکن باشد یا نه. آیا اجزای مولکولی ما واقعا" برتر است؟ و آیا معایب آن، مزایایش را تحت‌الشعاع قرار خواهدداد؟ راهی برای یافتن جواب وجود ندارد." ویل هانکوک، یک استادیار مهندسی زیســتـی n State با یک کـلـیـک، ویدئو کلیپی را روی صحنة کامپیوتر رومیزی‌ا‌ش به نمایش می‌گذارد. در یک نمای یکنواخت سیاه‌وسفید، قطارهای کوچکی در خطوط کوتاه راه‌آهن در جهات مختلف می‌خزند؛ محوطه‌ا‌ی شلوغ پر از نانولوکوموتیوها. هانکوک می‌گوید: "آنچه ما دیدیم، در واقع اکسوپلاسم اعصاب اسکوئید بود. خطوط به نوعی اریب بودند، چون سلول مذکور برای قرارگرفتن در زیر میکروسکوپ فشرده شده‌بود. ولی شما می‌توانید میکرولوله (microtubule) ومحمولة درحال حرکت درآن را ببینید." او توضیح می‌دهد میکرولوله‌ها، لوله‌های توخالی ساخته‌شده از پلیمرهای پروتئینی هستند. "آنها سفت هستند و به شکل‌دادن ساختار کمک می‌کنند. آنها همچنین مسیرهایی هستند که "پروتئینهای موتوری" روی آنها حرکت خواهندکرد." هانکوک یک کارشناس پروتئینهای موتوری- آنزیمهایی که درون سلولها کار مکانیکی انجام می‌دهند- است. موتورهای ویژهای که او بررسی کرده‌است، متعلق به خانوادة موسوم به کاینزین‌ها(Kinesins)هستند، که وظیفة نقل‌وانتقالات درون سلول را بر عهده دارند. سلولهای عصبی درازشونده، یکی از نیازهای اساسی این نـوع پروتئین‌ها هستنـد.وی می‌گوید: "بدنـة سلول در یک سمت و سیناپس در سمت دیگر است و اکسون –که دراز و نازک است و با رشته‌های میکرولوله پوشیده شده‌است- آنها را به هم متصل می‌کند. برای سالم‌ماندن برای بقای سیناپس، لازم است مواد تولیدشده درون بدنة سلول از طریق آن به بیرون منتقل شوند. بنابراین سلول این مواد را بسته‌بندی کرده و از این طریق به بیرون منتقل می‌کند. در این مسیر، کانیزین‌ها وظیفة انتقال‌دادن را بر عهده دارند. آنها در طول میکرولوله گام برمی‌دارند تا به مقصدشان برسند." به گفتة هانکوک در زمینه نحوة دقیق کارکردن آنها هنوز تحقیقات ادامه دارد، ولی دانش فعلی برای ساخت کانیزین‌ها –مثل دیگر موتورهای زیستی که مورد علاقة وافر نانوتکنولوژیست‌هاست- کافی است. اندازة این موتورها – قطر میکرولوله‌ها به حدود 25 نانومتر می‌رسد- آنها را برای استفاده در ابزارهای نانومتری ایده‌آل کرده‌است. هانکوک، که یک عضو مرکز نانوساختن و ابزارهای مولکولی است، به گفتة خودش "به تازگی درحال واردشدن به تحقیقات کاربردی" است. با این وجود، او و مدیر مرکز پل ویس تاکنون تنها درحال بررسی بعضی احتمالات بوده‌اند. هانکوک می‌گوید: "یک ایده، به افسارکشیدن این موتورها برای به حرکت‌درآوردن یک شیر یا یک پمپ کوچک است." هردوی این دستگاهها در میکروسیالات –یک شاخة تازه به دوران رسیده و نابالغ از نانوبیوتکنولوژی، که دربرگیرندة کنترل سیالات در سیستمهای کوچک می‌شود- مفید واقع میشوند. یکی از رؤیاهای بسیار معروف میکروسیالات چیزی موسوم به "آزمایشگاه روی یک تراشه" است، که برای آنالیز یک تک‌سلول، اندازه مناسب و کاملا" کوچکی دارد. ایدة دیگری که دورتر از اینست، نانودستگاهی است که قابل بلع یا تزریق است و می‌تواند به نقاط مشکل‌دار بدن سفر کند –یک نوع مسافرت خیالی- و بیماریها را شناسایی و حتی درمان کند. مطابق پیش‌بینی هانکوک: "شما ممکن است یک لولة پلاستیکی یا سیلیکونی با یک پیستون کوچک در آن، در اختیار داشته‌باشید. شما می‌توانید پروتئینهای موتوری را در دوطرف پیستون کار بگذارید، و میکرولوله‌هایی داشته‌باشید که در راستای دیوارة لوله قرار گرفته‌اند. بنابراین موتورها قادر خواهندبود پیستون را بالا و پایین ببرند." توان مصرفی موتورها از مخازن کوچک آدنوزین تری‌فسفات، یا به عبارتی ATP –سوخت مصرفی سلولها برای تولید انرژی- تأمین خواهدشد. "یا تراشه‌‌ا‌ی با دو مخزن حاوی دو مادة شیمیایی متفاوت و محل اختلاطی در یک گوشه. شما می‌توانید از این موتورها برای باز و بست این شیرها استفاده کنید، تا مشخص کنید چه‌مقدار از هرکدام از مواد شیمیایی بایستی رها شود." موتورهای مولکولی را همچنین می‌توان در یک شکل زیستی از چیدمان خودکار استفاده کرد؛ مقادیر فراوانی از آنها را می‌توان به کار انداخت تا ساختارهای بزرگتری را که از قطعات نانومتری ساده تشکیل شده‌اند، به هم وصل کنند. به گفتة هانکوک: "شما می‌توانید میکرولوله‌ها را به شکل یک آرایة تعیین‌شده و مشخص روی یک سطح قرار دهید. آنگاه می‌توانید موتورها را به نانوسیم‌ها یا نانوبلورها متصل کنید. این ذرات دارای روکش موتوری به میکرولوله‌ها می‌چسبند و تا انتهای خط می‌روند و سپس می‌ایستند. به این ترتیب، شما آرایش متراکمی از این ذرات را در یک صفحة دو بعدی خواهیدداشت." ؛ یک سطح که می‌تواند خواص مفیدی داشته‌باشد. هانکوک می‌گوید: "من اکنون در مورد قراردادن این آرایه‌ها درحال صحبت با آنات هاتزور در NanoFab هستم." او پی برده‌است که پیش‌بینی‌هایش خیلی با ثمردهی فاصله دارد. مشابه دیگر موارد نانوساختن، این وعده نیز با "ماشینکاری" واقعی فاصله دارد. او می‌گوید: "افراد هنوز درحال کارکردن برای کنترل‌کردن این موتورها می‌باشند، تا آنها را وادار به انجام آنچه ما می‌خواهیم، کنند. ولی اگر ما مهار آنها را در دست بگیریم، مشخص است که آنها بسیار قدرتمندند." 
در مورد NanoFab مذکور: استفان فوناش مدیر NanoFabمی‌گوید":هیچ تأسیسات دیگری با این استعداد در پنسیلوانیا وجود ندارد و فقط تعداد معدودی مثل آن در کشور هستند." در واقع، NanoFab عضوی از شبکه ملی کاربران نانوساختن (NUNN) است، که برای پشتیبانی تحقیق و توسعه دانشگاهی و صنعتی در تمام کشور توسط مؤسسة علوم ملی تأسیس شده است . تأسیسات دیگر NUNN در کرنل، استنفورد، دانشگاه هاوارد و دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا قرار داده شده است. سال قبل، NanoFab به 200 مشتری خدمت کرد, منجمله پژوهشگرانی از n Stateو دیگر دانشگاه‌ها و از شرکت های پنسیلوانیا و دیگر مناطق کشور. علاوه بر فعالیتهای پشتیبانی پژوهشNanoFab ,در یک کارمشترک با Commonwealth of nsylvania ، یک برنامة اعطای مدرک دوساله به محصلین دانشکده‌های انتخاب شده و یک برنامة اعطای گواهی‌نامه برای فارغ‌التحصیلان دانشکده‌های چهارساله تحت حمایت ایالتی دارد. طبق گفته معاون مدیر مارک هورن،" هیچ برنامة دیگری در کشور به یک تکنیسین دوساله اجازه آموزش روی یک چنین تجهیزات پیشرفتهای را نمی دهد. قرار است سعی کنیم تا به دوبرابر این ظرفیت برسیم. " منبع: Research/n State;Sep2001,volume 22,issue 3 |
|
خلاصه :
تهیه نانو کامپوزیت های منیزیم با دو روش آسیاب کردن مکانیکی و استفاده از امواج اولتراسونیک با شدت بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. در روش اول از پودرهای فلزی آلومینیم، منیزیم و تیتانیم استفاده شده است که با تشکیل TiH2 توسط پلی اتیلن گلیکول نانو کامپوزیتی با بازده استحکامی بالا و قابلیت کشیدگی مطلوب بدست می آید. در روش دوم تقویت کنندگی نانو ذرات SiCبرای کامپوزیت های منیزیم AZ91D و میزان پخش آن مورد بررسی قرار گرفته است. نانو کامپوزیت های حاوی SiC دارای توزیع یکنواخت ترو پخش بهتر ذرات هستند و از میزان سختی بیشتری برخوردارند. در این روش میزان جاذبه بین SiC و بست کامپوزیت و همچنین برهمکنش امواج اولتراسونیک با نانو ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است.
| کامپوزیت های با بستر فلزی کم وزن و سبک بوده و به علت قدرت استحکام و سختی بالا کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوافضا پید اکرده است. لیکن این کاربردها به لحاظ کم بودن قابلیت کشیده شدن در این کامپوزیت ها محدود شده است. تبدیل کامپوزیت به نانو کامپوزیت سبب افزایش بازده استحکامی و رفع محدودیت مذکور می شود.[1و2و3] از میان راههای متعددی که برای ساخت نانو کامپوزیت پیشنهاد شده است دو روش آسیاب کردن مکانیکی و استفاده از روش امواج اولتراسونیک در اینجا مورد بررسی قرار می گیرد. روش آسیاب کردن مکانیکی اقتصادی تر است و روش امواج اولتراسونیک خواص بهتری را تأمین می کند. نانو کامپوزیت ها از دو فاز تشکیل شده اند که فاز یک ساختار بلوری و در ابعاد نانو دارد و فاز دوم ترکیبات برید، نیترید، کاربید، اکسید و هیدرید با ذراتی در مقیاس نانو می باشد. نانو کامپوزیت های بدست آمده از روش های مذکور دارا ی خواص بهینه ای نظیر دانسیته کم، قدرت استحکام بالا، مقاومت خزشی عالی، ظرفیت میرایی بالا و پایداری ابعادی خوبی هستند.[1] همجنین با کاهش آلورگی و زیست سازگاری نسبی خود سبب کاهش مصرف سوخت و کاهش هزینه می شوند.[1و4] در این مقاله به بررسی کامپوزیت های AZ91D و Ti، Al% Mg5wt می پردازیم. کارهای عملی
مخلوط پودرها را با گاز نیتروژن یا هیدروژن به منظور تولید نیترید یا هیدرید به عنوان فاز دوم مخلوط کرده و تحت فشار بصورت سرد قرار می دهند. سپس در C° 450 به مدت 2 ساعت در یک کوره ی تخلیه قرا ر گرفته و پس از آن در C° 400 و با کمک گرافیت به عنوان روان کننده آنرا قالبگیری می کنند. نهایتأ برشهایی از نمونه را بطول و ضخامت mm25 و قطر mm5 از وسط ترکیب قالبگیری شده جدا کرده و کشش طولی(Tensile ) آنها را اندازه گیری می کنند. روش اندازه گیری مطابق با ASTM E8M-96 می باشد.[2و3] در این مطالعه به کمک طیف های XRD )پراش سنج پرتو X ( ، TEM ) میکروسکپ الکترونی انتقال( به بررسی تعیین فاز و ارزیابی اندازه ذرات می پردازیم. |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 1. شمای دستگاه |
||||||
مذاب منیزیم بدست آمده را با مخلوط گازهای CO2/SF6 حفاظت کرده و سپس نانو ذرات SiC را به بوته و از سطح مذاب در دمای کنترل شده ی C°620 اضافه می کنیم. وجود نانو ذرات SiC در مذاب ویسکوزیته آن بیشتر شده و با اعمال دمایی تا C° 700 میزان جاری شدن رضایت بخشی بدست آید. [1] سپس نمونه ها با محلول اسید نیتریک در اتانول برای 5 ثانیه در دمای اتاق سیاه قلم کرده و گاهی برای هدایت حرارتی و قابلیت هدایت بهتر آنها را با Auمخلوط می کنند. |
||||||
|
|
||||||
| در این روش نیز برای تعیین ریز ساختار کامپوزیت AZ91D/5SiC و تعیین فاز آن از XRD و برای بررسی میزان پخش نانو ذرات از SEM و جاذبه بین ذرات SiC و بستر منیزیم از XPS استفاده می کنیم. بحث و نتایج
بطور کلی در این روش از طریق واکنش های TiH2 و در دو مرحله آلیاژسازی و گرم کردن انجام می شود. در مرحله اول با تخریب بخشی از ملکول پلی اتیلن گلیکول واکنش زیر رخ می دهد: |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 2. طیف های اشعه‌ی X برایa) مخلوط پودر آسیاب شده b) مخلوط اکسترود شده پس از 20 ساعت و c) مخلوط پودری فلزی که مستقیماً اکسترود شده است. |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 3. تصاویر TEM برای تمونه های اسیاب شده و اکسترود شده a) تصویر روشن نمایشگر نانوذرات b) الگوی SAD نمایشگر پخش منیزیم |
||||||
| شکل3 تصاویر TEM را برای نمونه های آسیاب شده ی مکانیکی نشان می دهد[2] که ساختار ریز نمونه ها را پس از 20 ساعت که تحت فرایند آلیاژ شدن قرار گرفته اند را نشان می دهد. بطوریکه نانو ذرا ت بطور یکنواختی در بستر پخش شده اند. | ||||||
|
|
||||||
|
شکل 4. تصاویر TEM نمایشگرنانو ذرات در بستر منیزیم |
||||||
| شکل 4 [2] رفتارهای متفاوت دو منحنی را برای نمونه های آسیاب شده و آسیاب نشده را نشان می دهد. | ||||||
|
||||||
|
جدول 3. قدرت کششی نمونه‌های آسیاب شده و آسیاب نشده |
||||||
| در جدول 3 [2] افزایش طول نمونه ی آلیاژ شده کمتر از نمونه ی آلیاژ نشده است و قابلیت تحمل فشاربیشتری دارد. برای نمونه آسیاب شدهرفتار سختی معمولأ با جهت گیری و نظم مجدد ذرات که با محاسبه ی شیب منحنی بدست می آید مرتبط است. | ||||||
|
|
||||||
|
شکل 5. ریزساختار a) AZ91D و b) AZ91D/5Sic |
||||||
|
||||||
|
|
||||||
|
شکل 6.. پراش اشعه‌ی X از a) AZ91D و(b AZ91D/5SiC |
||||||
| با توجه به اینکه تعیین فاز کربید سیلیسیم با XRD مشکل است،و این به خاطر درصد کم و کوچک بودن اندازه ی ذرات کربید سیلیسیم در بستر است، تعیین اندازه ی ذرات با استفاده از تجزیه وتحلیل طیف های EDSانجام می شود که میزان رسوب غنی از کربید سیلیسیم در بستر AZ91D نشان می دهد.[1] شکل7[1] پخش و شکل ذرات کربید سیلیسیم را در بستر AZ91D نشان می دهد که بخوبی یکنواخت شده است. اگرچه کلوخه های کربید سیلیسیم با اندازه ی بزرگتر مشاهده می شود اما نسبت به شکل8[1] که یک روش معمولی هم زدن مکانیکی است بهتر می باشد. |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 7. پخش و توزیع نانوذرات SiC در AZ91D و AZ91D/5SiC و طیف‌های EDS برای نانوذرات |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 8. خوشه های SiC در AZ91D .a) روش اولتراسونیک و b) روش اختلاط مکانیکی معمولی |
||||||
| برای تعیین ترکیب شیمیایی نانو ذرات در بستر منیزیم طیف EDS بکار می رود. پیک های اکسیژن،کربن و سیلیسیم تنها به ترکیب نانو ذرات وابسته اند و بخشی از ذرات کربید سیلیسیم نیز قابل اکسید شدن هستند. شکل 9 [1[ میزان سختی AZ91Dو آلیاژ AZ91D/5SiC را نشان می دهد که سختی آلیاژ حاوی کربید سیلیسیم بیشتر بوده و پخش ذرات کربید سیلیسیم در بستر منیزیم سبب بیشتر شدن سختی می شود. |
||||||
نتیجه گیری
2- افزایش طول نمونه های آلیاژشده ی مکانیکی به استحکام دانه بندی آن مربوط شده و به همین علت کمتر از نمونه های عادی است.[2] 3- از روش های تولید TiH2 بطور موفقیت آمیزی می توان در ساخت نانو کامپوزیت منیزیم بهبود یافته استفاده کرد.[2و3]
2- نمونه های AZ91D/5SiC به میزان %75 نسبت به نمونه های AZ91D خالص سخت تر هستند. با افزایش میزان SiC سختی و تقویت کنندگی کامپوزیت بیشتر می شود. [1] 3- Mg2Si تنها در AZ91D/5SiC وجود دارد.[1] |
||||||
|
|
||||||
|
شکل 9. نتایج سختی.a) AZ91D و b) AZ91D/5Sic و c) مقایسه‌ی سختی این دو |
||||||
خلاصه :
نانوتکنولوژی به مواد و سیستم‌هایی مربوط می‌شود که ساختار و اجزای آن به دلیل ابعاد نانومتری، خواص، پدیده‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، رفتار جدیدی را نشان می‌دهند. مواد دارای اندازه ذره نانومقیاس در حوزه‌ای بین اثرات کوانتومی اتمها و مولکولها و خواص توده قرار می‌گیرند. با توانایی ساخت و کنترل ساختار نانوذرات می‌توان خواص حاصل را تغییر داده و خواص مطلوب را در مواد طراحی کرد. امروزه تاثیرگذاری نانوتکنولوژی بر همه صنایع همچنین صنعت نفت پوشیده نیست. مقاله ی ذیل به بررسی کاربردهای نانوتکنولوژی در مشبک کاری صنایع بالادستی نفت می پردازد.
مقدمه
به دلایلی نظیر تولید از یک عمق خاص (جلوگیری از تولید آب یا گاز اضافی) و نه از تمام لایه و همچنین پایدارسازی دهانه چاه و جلوگیری از ارتباط لایه ها با یکدیگر، مقابل لایه نفت یا گاز یک لوله جداری قرار داده می شود و سپس مشبک کاری (Perforation) جهت مرتبط ساختن چاه و لایة مربوطه و در یک عمق خاص، انجام می شود. با مشبک کاری، لولة جداری به همراه سیمان پشت آن و بخشی از لایة مربوطه سوراخ میشوند. سپس نفت یا گاز از طریق سوراخ های ایجاد شده به درون چاه راه پیدا می کند. سوراخ کردن لولة جداری معمولاً امروزه توسط Jet Perforator انجام می پذیرد که از دو فلز با جنس های متفاوت و مواد منفجره برای تولید نیروی کافی تشکیل شده است.
یک فلز، استحکام کافی برای سوراخ کردن لولة جداری و سیمان را دارد و فلز دیگر باعث ذوب شدن فلز اول می شود تا سوراخ ایجاد شده درون لایه نفت یا گاز مسدود نشود. نهایتاً با فرآیند اسیدزنی، بقایای فلزات باقی مانده نیز خارج می شوند.
X از فرایند مشبک کاری.
کاربرد نانو تکنولوژی در این بخش
1- نانومواد
جنس مواد بکار رفته در ابزار مشبک کاری اهمیت حیاتی در انجام این فرایند دارد و در این میان نانو مواد در این حیطه پتانسیل خوبی جهت بکار گرفته شدن دارد.
2-مواد نانوساختار
در این بخش امکان استفاده از یک سری مواد نانوساختار که پس از عملیات مشبک کاری پس از زمان مشخصی از بین می روند، استفاده کرد. یعنی در این فرآیند نیازی به فلز دوم برای از بین بردن فلز اول وجود ندارد.
3-نانوپوششها
پیشرفت های اخیر در زمینه مهندسی سطح با استفاده از پوشش های هوشمند و تکنولوژی های پوشش دهی کنترل بهتر اصطکاک و سایش را در تماس های سطحی ارائه می دهد. در برخی از پوشش ها به علت جذب سولفورها و فسفرها باعث کاهش ویسکوزیته شده و خواص روانروی بهتری را در سیال موجب می شوند. جدید ترین تکنولوژی های در دست انجام منجر به تولید نانوکامپوزیت ها و نانوپوشش های ابرساختار شده است که به افزایش عمر قطعه پوشش داده شده و کاربردهای دیگر تولید خواهد پرداخت. گاهی این پوشش ها طوری طراحی می شوند که با موادی که به عنوان مثال در لوله های نفت حرکت می کنند واکنش داده و یک لایه مرزی بسیار سخت و متراکم را تشکیل می دهند که هم باعث عدم خوردگی می شود و هم جلوگیری از اصطکاک می کند. گاهی پوشش هایی که خاصیت روغنکاری در حالت جامد دارند باعث بهبود خواص سطحی می شوند که باعث لغزش آسان روی سطوح پوشش داده می گردند.
در سال های اخیر گونه ای از پوشش های نانوساختار که از فازهای فلزی و سرامیکی تشکیل شده اند، تولید گشته اند. این پوشش ها معمولاًٌ با روش PVD یا MBE تولید می شوند. این پوشش ها به علت نانوساختار بودنشان و هموژنیته یکسان آن در طول پوشش به طور قابل توجهی چندکاره[1] می باشند.
این پوشش ها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین را دارا بوده و خواص هدایت الکتریکی یا حرارتی بالایی دارند. سختی آنها در حد 40 تا 60 گیگاپاسکال و ضریب اصطکاک آنها 4/0 – 3/0 در مقایسه با سطح فولاد می باشد. [1]
برایان بورن و کنث گراهام کوان از شرکت MCDONNELL BOEHNEN HULBERT & BERGHOFF LLP با ترکیب 90% وزنی پودر تنگستن و 10% وزنی پودر بایندر (Binder) که بصورت هرمی شکل داده شده است ، موفق به تولید گلوله هایی((Jet perforator شده اند که برای مشبک سازی لوله های جداری مناسب هستند . این مواد ساختار کریستالی دارند که اندازه دانه هایشان بین 25 نانو متر تا 1 میکرون است. [2]
خلاصه :
: نانو فناوری جنبه‌های فراوانی دارد، در کل هر نوع فرآیندی که بر روی اتمها، مولکولها، نیمه‌هادی‌ها، جامدات و مایعات در مقیاس زیر صد نانومتر صورت بگیرد، نانو فناوری نام دارد. با اینکه ابعاد مقیاس نانو به مراتب کوچکتر از میلیمتر و میکرو است، ولی به دلیل نزدیک بودن ابعاد نانو به ابعاد طبیعت کارکردن در این مقیاس نیز راحت‌تر است. با توانایی ساخت و کنترل ساختار نانوذرات می‌توان خواص حاصل را تغییر داده و خواص مطلوب را در مواد طراحی کرد. امروزه تاثیرگذاری نانوتکنولوژی بر همه صنایع همچنین صنعت نفت پوشیده نیست. آنچه روبروی شما قراردارد مقاله ای است که بخش کوچکی از کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع بالادستی نفت را شامل می¬شود. در این مجال بررسی تاثیرگذاری نانوکامپوزیتها برروی بخش حفاری و حفاری اکتشافی ارایه می شود
| مقدمه در فرآیند اکتشاف نفت پس از انجام مطالعات زمین‌شناختی سطح الارضی و نمونه‌گیری‌های در عمق کم (تا 10 متر) و انجام لرزه نگاری، به حفر چاه اکتشافی در جایی که تصور می‌شود نفت وجود دارد اقدام می‌شود. در حفاری اکتشافی ممکن است به نفت دست یافته شود و یا اینکه در تشخیص محل مخزن اشتباهی رخ دهد. با توجه به عدم شناخت کامل از منطقه، در حفاری اکتشافی خطرات بیشتری نهفته است زیرا احتمال هرزروی کامل گل حفاری و متعاقب آن گیر کردن ابزارهای حفاری درون چاه و یا احتمال برخورد با لایه های غیرعادی پرفشار که منجر به فوران چاه می شود، وجود دارد. مته که در پایین‌ترین قسمت رشته حفاری یک چاه در حال حفر قرار دارد، وظیفه خرد کردن سنگ‌ها را بر عهده دارد. |
|
|
|
|
|
انواعی از مته های حفاری. |
| بیشترین تنش وارده در عملیات حفاری، به مته‌های حفاری است. مته‌های حفاری، جزء قسمت‌هایی از رشته حفاری هستند که مرتباً در حال فرسایش می‌باشند و پس از حفر یک متراژ مشخص، کارایی خود را از دست می‌دهند و بایستی جایگزین شوند. بنابراین مواد جدیدی که مته‌ها را در برابر خوردگی فرسایش مقاوم‌تر نمایند در این بخش بسیار مفید هستند. کاربرد نانوکامپوزیتها در این بخش کاربرد اصلی نانوتکنولوژی در مته های حفاری به صورت نانوپوشش می باشد. این پوشش ها را با توجه به سختی آنها، به دوگروه مجزا تقسیم می کنند : 1) پوشش های سخت که دارای سختی کوچکتر از GPa 40 می باشند و 2) پوشش های ابر سخت که دارای سختی بیشتر از GPa 40 می باشند. تعداد پوشش های سخت در مقایسه با پوشش های ابرسخت مانند نیترید بور (دارای ساختار مکعبی (c– BN)) ، الماس واره های بی شکل (DLC)، نیتریدهای کربن بی شکل ( ?-CNx ) و الماس های پلی کریستال، بسیار زیاد است. و این پوشش های ابرسخت از لحاظ ترمودینامیکی به شدت ناپایدار هستند. این ناپایداری گاهاً باعث حل شدن یکی از عناصر ترکیب درون ماده ریز پایه خواهد شد. پوششهای سخت ابر ساختار پوشش های ابرساختار چند لایه ی نانومتری هستند که به طور معمول از دو لایه مختلف ساخته شده اند. ضخامت این لایه ها در محدوده 5 تا 10 نانومتر است. این لایه های دوتایی می توانند لایه های فلزی، نیتریدی، یا اکسیدی یا ترکیبی از فلز و دیگر ترکیبات باشند. با توجه به ترکیب شیمیایی، پوشش های سخت ابرساختار به 5 گروه تقسیم بندی می گردند: 1) ابرساختار فلزی که سختی پوشش های ابرساختار فلزی بسیار کم است. 2) ابر ساختارهای نیتریدی که سختی این پوشش ها در محدوده 45 تا 55 گیگا پاسکال می باشد. 3) ابر ساختارهای کربیدی که سختی این پوشش ها در محدوده نیز درمحدوده 45 تا 55 گیگا پاسکال می باشد. 4) ابر ساختارها اکسیدی 5) ابر ساختارهای نیتریدی – کربیدی یا ابر ساختارهای اکسید/ فلزی. منتهی این پوشش ها در مقایسه با پوشش های نانوکامپوزیتی در راستای پوشش، تغییرات سختی دارد چرا که نفوذ بین فازی اجزای لایه های مجاور باعث کاهش سختی آن در دماهای بالا خواهد شد که این مشکل از طریق تولید پوشش های نانوکامپوزیتی برطرف شده است. پوشش های نانوکامپوزیتی طبقه بندی پوشش های سخت نانوکامپوزیتی با توجه به مراجع به گونه های زیر تقسیم بندی می شوند: - نانوکامپوزیت نیترید فلز در زمینه نیتریدی با ساختار a (nc – MeN/a-Nitride) مثال: (Me = Ti , W, V ) [1و2] nc – MeN/a - Si3N4 , nc – TiN / a - Si3N4 [3] 2- نانوکامپوزیت نیترید فلز در زمینه نیتریدی با ساختار مکعبی (nc – MeN / nc – nitride) مثال: nc – TiC / nc – BN [1] 3- نانوکامپوزیت کاربید فلز در زمینه کربنی با ساختار a (nc- MeC / a - C) مثال: nc – TiC / DLC [4] 4- نانوکامپوزیت نیترید فلز در زمینه فلزی (nc – MeN / metal) مثال: nc – ZrN/Cu [5] ، nc- (Ti , A1) N / AIN [6و7] ، nc – CrN/Cu [8] 5- نانوکامپوزیت نیترید فلز یا کاربید فلز در زمینه بورایدی با ساختار a (nc – MeN یا MeC / a - boron) مثال: nc – Ti (B, O) / quasi - a - (TiB2, TiB , B2O3) [9] ، Ti – B – C [10] 6- نانوکامپوزیت کاربید تنگستن به همراه سولفید تنگستن در زمینه الماسوارهها (nc – WC + nc – WS2/DLC) [11] 7- نانوکامپوزیت کاربید فلز در زمینه نیتریدی و کربنی با ساختار a (nc – MeC / a - C + a - nitride) مثال: nc – MoS2/a - C + a - MO2N [13] [12]
|
