گزارشی از فعالیتهای نانوتکنولوژی در تایوان
دولت تایوان در پی فراهم نمودن یارانه‌هایی برای شرکت‌های فعال در تحقیقات نانوتکنولوژی می‌باشد. بسیاری از این شرکت‌ها بر این باورند که این دانش نوین نتایج مطلوبی به دنبال خواهد داشت. این شرکت‌ها با وجود اینکه مشغول بررسی مسائل کوچکی هستند، اما اهداف بزرگی را در سر می‌پرورانند.
راهیابی نانو به خانه‌ها
در حدود شانزده ماه پیش، Hocheng Group، یکی از بزرگترین تولیدکنندگان وسایل حمام از جنس چینی در تایوان، از خط تولید توالت‌های آنتی‌باکتریال خبر داد. این اطلاعیه، توجه زیادی را به خود جلب کرد که البته به دلیل بهداشت پیشرفته و کارایی آن نبود. این محصول از آن جهت توجه عموم را برانگیخت که پوشش آنتی باکتریال بکار رفته در آن، نتیجه مستقیم تحقیقات انجام شده در زمینه نانوتکنولوژی می‌باشد. این توالت‌ها نمایانگر یکی از اولین کاربردهای عملی است که این فناوری جدید را از آزمایشگاه‌ها خارج نموده و به داخل منازل هدایت میکند.
این محصول تنها یکی از کوچکترین نمونه‌های این فناوری می‌باشد و بسیاری از کاربردهای دیگر آن تاکنون منتشر نشده است. هنوز اکثر مردم درک مبهمی از نانوتکنولوژی و توانایی آن در تاثیر بر زندگی روزمره دارند.
توجه شرکت‌ها و دولت‌ها به نانو
همانند دوران رونق "دات کام" در چند سال گذشته، بسیاری از شرکت‌ها جهت جلب توجه عمومی, از لفظ "نانو" در عنوان، محصولات و یافته‌های خود استفاده میکنند. به هر حال آنچه مسلم است این است که دولتمردان سراسر جهان اهمیت این فناوری و دامنه گسترده کاربردهای کارآمد آنرا درک کرده و تلاش برای تحقیقات بیشتر را آغاز نموده‌اند.
ارزیابی خوشبینانه دولتمردان ایالات متحده و ژاپن, ارزشی بیش از هزارمیلیارد دلار امریکا را ظرف ده سال آینده برای بازار نانوتکنولوژی تخمین می‌زند. یانگ جی چانگ، معاونت اجرایی موسسه تحقیقات فناوری صنعتی تایوان (ITRI) اعلام کرد: "به نظر می‌رسد بازار محصولاتی که نانوتکنولوژی در آن نقش مهمی بازی میکند از این مقدار نیز فراتر رود." ITRI سازمانی تحقیقاتی و غیرانتفاعی است که بیشتر کشفیات خود را به بخش صنعت تایوان ارائه میکند.
براساس یکی از ارزیابی‌های صورت گرفته، ارزش محصولات تایوانی مبتنی بر فرآیندهای نانوتکنولوژی ظرف پنج سال آینده به سه میلیارد دلار خواهد رسید.
بودجة نانوتکنولوژی کشور تایوان
پس از آنکه بسیاری از کشورهای صنعتی, بودجه مشخصی به تحقیقات نانوتکنولوژی اختصاص دادند، دولت تایوان با ارائه یک برنامه شش ساله که 680 میلیون دلار به مطالعات مشابه اختصاص می‌دهد, در جرگه هواداران این علم قرار گرفت. البته این بودجه در مقایسه با کشورهای پیشرفته مقدار کمی بنظر می‌رسد؛ ایالات متحده امریکا تنها برای تحقیقات نانوتکنولوژی در سال 2003 بودجه‌ای 710 میلیون دلاری درخواست کرد که نسبت به سال گذشته 17 درصد افزایش نشان می‌دهد. اتحادیه اروپا نیز از سال 2002 تا 2006 حدود 1.2 میلیارد دلار به این تحقیقات اختصاص داده است.
این محدودیت بودجه برای یانگ که ناظر این برنامه تحقیقاتی شش ساله می‌باشد، مشکلی به نظر نمی‌رسد. وی تاکید کرد: "باید توجه داشت که صنایع تولیدی در تایوان از جمله قوی‌ترین صنایع جهان است و قدرت صنعتی این جزیره به ترقی این فناوری پیشرفته کمک خواهد کرد."
وی کاربردهای نانوتکنولوژی را به سه دستة: "آینده"، "سنتی" و "راهبردی" تقسیم کرد.
وی گفت: "دانشگاه‌های ایالات متحده، تحقیقات خود را بر نانوتکنولوژی پیشرفته مانند توسعه محاسبات کوانتومی، اتم‌های دست‌ساز یا ماشین‌های مولکولی که من آنها را ایده‌های بزرگ می‌نامم، متمرکز ساخته‌اند. تایوان منابع محدود خود را بر مواردی دور از دسترس مانند چنین پیشرفتهای انقلابی متمرکز نخواهد کرد.
وی همچنین اظهار داشت: "در زمان کوتاه، باید به صنایع سنتی کمک کرد تا روشهای تولید خود را به نانوتکنولوژی مجهز سازند. با این همه در دهه آینده، باید صنایع راهبردی را نیز که موضع قدرت تایوان است هدف قرار داد."
دلیل اهمیت صنایع راهبردی چیست؟ این جزیره در بخش نیمه‌هادی خود سالانه بالغ بر 8 میلیارد دلار مدارهای مجتمع تولید میکند و صنعت بسته‌بندی IC آن در جهان دارای مقام نخست است. نمایشگرهای کریستال مایع و لوح‌های فشرده با قابلیت بازنویسی(CD-RWs) تولید شده در این کشور، به ترتیب 38 و 55 درصد بازار جهان را اشغال نموده‌اند. این امر بستر خوبی را برای نانوتکنولوژی فراهم می‌سازد.
حدود 60 درصد از بودجه نانوتکنولوژی ITRI، به صنایع راهبردی مانند الکترونیک، ذخیره اطلاعات، نانولوله‌های کربنی، نمایشگرهای گسیل میدانی و ساخت پیل‌های سوختی اختصاص خواهد یافت. 20 درصد آن به ارتقاء صنایع سنتی و مابقی به تحقیقات فنی تعلق می‌گیرد تا بستری مناسب برای توانایی‌های علمی آینده کشور فراهم سازد.
در واقع بیشتر فرصت‌های اقتصادی در شکوفایی ناگهانی صنایع سنتی تایوان نهفته است. همانطور که بسیاری از دانشمندان, آنرا فناوری پیشتاز خوانده‌اند، نانوتکنولوژی ناجی صنایع سنتی می‌باشد. برخی اشاره کرده‌اند که تولید مواد نانوکامپوزیت مستقیماً به سوددهی می‌انجامد و به همین دلیل برای صنایع محلی مناسب است. ترکیب نانوتکنولوژی و الکترونیک و بیوتکنولوژی می‌تواند به موسسه‌های تحقیقاتی سپرده شود.
شرکت‌های محلی با تکیه بر همکاری موسسه‌های تحقیقاتی و یا با انجام مطالعات خود، تولید انبوه محصولات ساخته شده از نانومواد را آغاز کرده‌اند. علاوه بر تولیداتی که در ابتدای مطلب اشاره شد، شرکت لامپ فلوئورسنت تایوان به عنوان پرسابقه‌ترین سازنده تجهیزات نوری این کشور، تولید فن‌های الکتریکی با خواص ضد بو و آنتی باکتریال را از اوایل امسال آغاز نمود. هر یک از فن‌ها، یک لامپ فلوئورسنت فوتوکاتالیستی درون خود دارد که بر اساس قوانین نانوتکنولوژی کار میکند.
گروه TECO نیز روش جدیدی در ترکیب نانوذرات مادون قرمز با فیبرها ارائه کرده است که قرار دادن محصول این فرآیند درون یخچال، به حفظ رطوبت و طراوت مواد غذایی کمک میکند. همچنین روش‌هایی برای تولید سایر مواد مانند نانوسرامیک‌ها جهت تولید پوشاک سبک، گرم و ضد آلودگی مشخص شده است. در این میان، ماسک ضد حریق حاوی نانوذرات طلا که می‌تواند با تبدیل سریع مونوکسید کربن به دی اکسید کربن بمدت 100 ساعت در محیط‌های پر از دود مورد استفاده قرار گیرد، بزودی وارد مرحله تولید انبوه میشود. (پایان نقل قول از خبرنامة نانوتکنولوژی شمارة 31 )
تحلیل
آنچه در خبر فوق دارای اهمیت است نحوة رویارویی دولت تایوان با نانوتکنولوژی می‌باشد. بر اساس تقسیم‌بندی ارایه شده کاربردهای نانوتکنولوژی در سه حوزه "کاربردهای آینده"، "استفاده از آن در صنایع سنتی برای افزایش بهره‌وری ایجاد ارزش افزوده" و "کاربردهای استراتژیک" تقسیم شده است. نحوة برخورد با این تکنولوژی و تعیین جهت مناسب در هر یک از شاخه‌های فوق، نحوة برنامه‌ریزی و مدیریت در این زمینه را تحت تاثیر قرار خواهد داد. فعالیتهای کشور تایوان بر روی توسعة نانوتکنولوژی در صنایع سنتی به منظور افزایش بهره وری و ارزش افزودة آنها از چند جنبه دارای اهمیت می‌باشد:
1- به نظر می رسد این روش راه نزدیکتری برای تجاری‌کردن نانوتکنولوژی باشد. چون محصول مورد نظر جایگاه خود را در بازار پیدا کرده است و تنها با استفاده از نانوتکنولوژی بر روی بهینه‌کردن خواص و قابلیت های آن کار می شود.
2- برای کشورهای جهان سوم که از سطح کمتری از دانش برخوردار هستند، شاید دستیابی به این تکنولوژی ها به علت ارتباط آنها با تکنولوژی‌ها و صنایع موجود در این کشورها دست‌یافتنی تر باشد.
3-ایجاد رغبت در صنایع با تکنولوژی پایین و متوسط جهت استفاده از نانوتکنولوژی برای افزایش قابلیت های آنها از مسایلی است که باید در این رویکرد مورد توجه قرار گیرد.
در کشور ما نیز با توجه به وضعیتی که در صنایع سنتی داریم، توجه به نانوتکنولوژی در این صنایع می تواند باعث ایجاد مزیت رقابتی برای این صنایع و ایجاد ارزش افزوده در آنها گردد.
تقلب در دنیای علم
همه چیز خوب پیش می‌رفت تا اینکه یکی از ویراستاران مجله Clinical Investigation متوجه شد که او تصاویر یکی از مقالاتش را که در سال 2005 به چاپ رسیده بود، دستکاری کرده است.
نوارهای تاریکی که در این عکس دیده میشود، وضعیت پروتئین‌ها را نشان می‌دهد. ویراستار مجله Clinical Investigation که در بعضی قسمت‌های این عکس، قسمتی از نوارها با ویراشگرهای تصویری دستکاری شده‌اند.
با بررسی دقیق‌تر مسلم شد که خانم روورز برای تطبیق داده‌ها با نتایج تحقیقش، عکس‌ها را دستکاری کرده است.
برنامه‌های کامپیوتری ویرایش عکس، تقلب را آسان کرده است و به همین خاطر ویرایشگران مجلات علمی، مجبور میشوند، تبدیل به کارآگاهان خبره عکس شوند تا بتوانند صحت و درستی مقاله‌های به چاپ رسیده را تأیید یا رد کنند.
آقای هنری فارید یک استاد علوم کامپیوتر در کالج دارتموث است که با ویرایشگران مجلات علمی در زمینه شناسایی عکس‌های دستکاری شده، همکاری میکند. وی دامنه این تقلب‌ها را بسیار گسترده ارزیابی میکند.
هر سال در مجله Clinical Investigation حدودا 300 تا 350 مقاله به چاپ می‌رسد و از این تعداد، 10 تا 20 مقاله شواهدی از دستکاری عکس دارند.
در مورد خانم روورز، ویرایشگران مجله موضوع را به یک دفتر فدرال که کارش بررسی صحت تحقیقاتی است که با بودجه دولتی به انجام می‌رسد، اطلاع دادند. در نهایت خانم روورز مجبور شد، استعفا بدهد. او به مدت پنج سال از دریافت تسهیلات دولتی محروم شد.
محققان می‌گویند که بسیار از دانشمندان جوان، حتی به نادرست بودن دستکاری تصاویر علمی اعتقاد ندارند، آخر چرا وقتی میشود قرمزی چشم‌ها را در عکس‌ها تصحیح کرد، نباید با فتوشاپ عکس‌های پروتئین‌ها را اصلاح کرد؟!
منبع: chronicle.com
|
عنوان : کاربرد فناوری نانو در صنعت لاستیک کلمات کلیدی: Advanced Ceramic Material, nano vapor coatings , Nanoparticles, Silicon Carbide, Nanomaterial XRD Analysis, Nanotechnology, Nano-tire, tire |
1- پیشگفتار
تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیکها خواص ویژه ای می دهد.
بازار نانوکامپوزیت در 2005 به میزان 200 بیلیون یورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به میزان 1200 بیلیون یورو پیش بینی شده است. در سال 2002 کشوری مثل ژاپن 1500 میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است.
همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلی پروپیلن( سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می سازد.
2- مقدمه (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک):
با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اکسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس.
با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد.در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می شود که محصولات نهایی، مرغوبتر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.
3- کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک:
اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گسترده ای در صنعت لاستیک سازی دارد.کوچکی کریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که اکسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد.
از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد.
اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است.
استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن میشود از جمله میتوان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است.
براساس نتایج بدست آمده میتوان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکولهای لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد.
اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازة بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد.
4- کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک:
نانوکربنات کلسیم به طور گسترده ای در صنایع لاسیتک به کار می رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد.
استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی )افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد.
نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار میرود.
برای به دست آوردن مزایای ذکر شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیکهای طبیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه می گردد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می رود.
استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است.
نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می دهد.
به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه ها را پایین می آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می گردد.
به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به ترکیبات لاستیک جهت افزایش استحکام آنها افزوده می شود.
5- کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک:
الماس نانومتری به طور گسترده ای در کامپوزیت ها و از جمله لاستیک در مواد ضد اصطکاک، مواد لیزکننده به کار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می شوند که دارای خواص برجسته ای هستند از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1) ساختار کریستالی( بلوری)
2) سطح شیمیایی کاملا ناپایدار
3) شکل کاملا کروی
4) ساختمان شیمیایی بسیار محکم
5) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا
در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیک طبیعی ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیک هایی که در صنعت کاربرد دارند از قبیل کاربرد در تایر اتومبیل، لوله های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اضافه کردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیک ها خواص آنها به شکل قابل توجهی بهبود می یابد از جمله می توان به :
1) 4 الی 5 برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیک
2) افزیش 2 الی 5/2 برابری درجه استحکام
3) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-620
4) 3 برابر شدن قدرت بریده شدن آنها
و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می یابد.
6- کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک:
یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی بطور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
2) افزایش استحکام مکانیکی
3) افزایش مقاومت گرمایی
4) کاهش قابلیت اشتعال
5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی
7- ایده های مطرح شده:
1-7) افزایش دمای اشتعال لاستیک : تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است.
2-7) کاهش وزن لاستیک : تهیه و بهینه سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریکه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفیلر می تواند استحکام مکانیکی معادل 40 تا 45 درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.
3-7) افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز : نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها بویژه هوا می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا یکی از ویژگیهای نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می باشد. بنابراین این نانوکامپوزیت ها می تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوکامپوزیت ها از جمله الاستومرهایی است که می تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیکها کاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد.
4-7) قطعات لاستیکی خودرو : نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می تواند به عنوان یک ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بکار رود. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم، مقاومت شعله می باشد. لذا نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایهEPDM و PP می توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید.
5-7) افزایش مقاومت سایشی لاستیک : استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسیدروی در ترکیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیک می شود. بطوریکه با افزودن این مواد به لاستیک علاوه بر خواصی ویژه ای که این مواد به لاستیک می دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی این لاستیکها وجود دارد.
6-7) نسبت وزن تایر به عمر آن : با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها می توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیک کافی است با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک عمر آن را افزایش داد.
- شرکتهایی که در زمینه مواد نانومتری و صنعت لاستیک کار می کنند:
|
شرکت |
Shanxi Four Nano Technology Co.ltd |
|
فعالیت |
در زمینه تولید اکسید روی نانومتری جهت کاربرد در صنعت لاستیک سازی بخصوص لاستیک کامیون فعالیت می کند. |
|
کشور |
چین |
|
آدرس اینترنتی |
http://www.fhnm.com/english/jhs.htm |
|
شرکت |
Good year |
|
فعالیت |
این شرکت یکی از بزرگترین شرکت های تولیدکنندة لاستیک در آلمان می باشد که از ذرات نانومتری دوده (Carbon black) در لاستیک استفاده می کند. |
|
کشور |
آلمان |
|
آدرس اینترنتی |
www.goodyear.com |
|
شرکت |
FCCINC |
|
فعالیت |
این شرکت یک خط ذرات نانومتری خاک رس جهت تزریق به پلیمرهای لاستیک ایجاد کرده است. |
|
کشور |
چین |
|
آدرس اینترنتی |
http://www.nanoclay.com |
» فرستنده: احسان حسن زاده
» منبع: گزارشی از طرح ایده پردازی کاربردی فناوری نانو
مجری طرح : کمیته نانوفناوری بسیج علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر
به سفارش : کمیته ترویج ستاد توسعه فناوری نانو
فناوری نانو سدی در مقابل بیماری ها
فناوری نانو طی سالهای گذشته رشد قابل توجهی مخصوصا در عرصه پزشکی داشته است. این مساله این اواخر با عرضه داروها و روش های جدید مبتنی بر فناوری نانو برای درمان انواع بیماریهای صعب العلاج، به نحو چشمگیری مورد توجه قرار گرفته است. بر این اساس گذری خواهیم داشت بر مهمترین داروها و روشهای مبتنی بر فناوری نانو و جدیدترین پیشرفت هایی که در درمان بیماریهایی چون سرطان با استفاده از این فناوری صورت گرفته است.
انتقال هدفمند داروها
رشد چشمگیر فناوری نانو طی 30 سال گذشته باعث عرضه ابداعات قابل توجهی در زمینه داروشناسی شده است که به نوبه خود تحولات گسترده ای در زمینه انتقال ترکیبات فعال زیستی بوجود آورده است. مهمترین فناوری نانو در داروشناسی، امکان انتقال دقیق داروها به هدفشان است. به طور کلی حامل های نانو ممکن است یک دارو را از تخریب محافظت کنند، جذب دارو را از طریق تسهیل توزیع آن از غشای روده افزایش دهند یا باعث تعدیل اثر بدن به دارو شده، توزیع بافتی را تغییر دهند. اصولا درمان بیماری هایی چون سرطان و بیماری های عفونی (ایدز، مالاریا و..) نیازمند استفاده از ترکیبات بسیار سمی برای بافت های سالم است و استفاده از آنها به طور کلی تحت تاثیر عوارض جانبی این مواد در اثر استفاده از فرمولاسیون های قدیمی محدود شده است. بر این اساس از فناوری نانو به عنوان یک روش جایگزین برای برطرف کردن مشکلات مربوط به تجویز پپتیدها، پروتئین ها و سایر داروهای جدیدی که کشف می شوند نیزاستفاده می شود.
واکسنها
امروزه از فناوری نانو به عنوان روشی که می تواند برخی از مشکلات فراروی طراحی واکسن های جدید را برطرف کند، یاد شده است. کما اینکه اهمیت انتقال آنتی ژن در مقیاس نانو بعد از تجویز خوراکی یا داخل بینی آشکار شده است. در مجموع، فناوری نانو ابزارهای جدید و جالبی برای مقابله با انواع بیماریهای عفونی ارائه کرده است و قابلیت های بالایی برای توسعه روشهای داروسازی و تهیه واکسن دارد.
سرطان
در صورتی که مولکول های جدیدی جهت درمان سرطان کشف شوند، کارایی بالینی این داروها تحت تاثیر عواملی چون مقاومت دارویی تومور به خاطر موانع فیزیولوژیک، مقاومت دارویی در سطح سلولی و توزیع متابولیسم و دفع داروی ضد سرطان در بدن، کاهش می یابد. به همین منظور توسعه فناوری های نانو برای انتقال مواد دارویی در سطح سلولی یا بافتی لازم است تا عوارض جانبی دارو کاهش یابد. بعد از جذب ذرات و ورود آنها به خون، این ذرات به سرعت از سوی ساز و کارهای کبدی جذب می شوند، لذا کبد در اینگونه موارد همچون مخزنی برای نانوذرات و لیپوزوم ها عمل می کند. از این روش می توان برای شیمی درمانی تومورهای متمرکز با منشا گوارشی، تناسلی و تنفسی استفاده کرد. از سوی دیگر تاکنون کوشش های زیادی جهت انتقال فعال و هدفمند داروها به سلول های سرطانی صورت گرفته که بیشترشان بر قرار دادن مولکولهای فعال مانند آنتی بادی ها جهت اتصال به سلول های سرطانی متمرکز بوده است که بر همین اساس نانوذره شکل جدیدی از یک اسید فولیک چند ظرفیتی ارائه کرده است که قادر است به گیرنده های سلول های سرطانی محکم تر متصل شود. در حوزه تصویر برداری MRI نیز نسل سوم ذرات مغناطیسی اکسید آهن با ساخت نانوذرات بسیار ریزی که قابلیت اتصال به مولکولهای هدف را دارند، معرفی شده اند که در این روش، افزایش کیفیت تصویر برداری از تومورهای حیوانات گزارش شده است.
درمان بیماریهای عفونی
از آنجایی که موضوع اصلی در درمان این بیماریها، هدف قرار دادن سلولهای بیگانه خوار برای درمان عفونت هاست، روشهای رایج در فناوری نانو بدون نیاز به تغییرات آنچنانی دارو، آنرا به سلول های بیگانه خوار منتقل می کنند.
واقعیت آنست که فرمولاسیون های دارویی که قادرند مدت زیادی در جریان عمومی خون بمانند مانند نانوذرات و لیپوزوم های روکش شده با پلی اتیلن گلیکول، در مقایسه با داروهای رایج اثرات به مراتب بهتری را در درمان بیماری های عفونی نشان داده اند.
"بینی الکترونی" چشم اندازی نوین در صنایع امنیتی
یکی از زمینه های قابل پیشرفت، کاربرد فرآورده های فناوری نانو در سیستم های امنیتی ساخت ابزارهای فنی گونه ی "بینی الکترونی" است که برای کشف توده های بسیار کوچک موادی که انتشار آنها ممنوع است در نظر گرفته شده است.
در طول توسعه جوامع، تلاش هایی از سوی انسان برای پی بردن به ماهیت بوها صورت گرفته است. ولی اقدام انقلابی در زمینه گیرنده هایی بویایی و سیستم های مربوط به بوها فقط در سالهای اخیر صورت گرفته است.
ریچارد اکسل و لیندا بک در سال 2004 به خاطر نتایج برجسته تحقیقات خود جایزه نوبل در رشته پزشکی را دریافت کردند. آنها حدوداً 900 ژن را کشف کردند که با همین تعداد گیرنده های بویایی که در قسمت بالایی حفره بینی قرار گرفته اند و شامل حدود 50 میلیون سلول ابتدایی گیرنده هستند، در ارتباط می باشند. سلول های فعال شده سیگنال ها را به گلومولرها و سپس به سلول های میترال پیاز بویایی منتقل می کنند. در ادامه سیگنال ها وارد قشر مغز می شوند، جایی که اطلاعات از گیرنده های مختلف در تصویر نهایی متناسب با بوهای مشخص جمع می شوند.
بینی الکترونیک مولتی حسگر شناسایی اجزاء یا عناصر مخلوط های گازی نامیده می شود. دستگاه های مرتبط با آن بر اساس اصول فیزیکی گوناگون کار می کنند، که اغلب آنالیزورهای دستی تحرک یون ها، کروماتوگراف های گازی دستی می باشند.
برخلاف سیستم های حس گر قدیمی که مستلزم عناصر حساس با انتخاب بالا هستند، "بینی الکترونی" از مجموعه حس گرهای انتخاب پایین استفاده می کند. امکان تحقق سیستم های گونه "بینی الکترونی" متکی به ابزارهای معاصر پیشرفته حسابگر و روش های پرداخت اطلاعات چند پارامتری است.
نانوفناوری امکان گسترش مجموعه مواد استفاده شده برای ساخت حس گرها و بدست آوردن مشخصه های رکورددار را می دهد. از جمله آنها مواد نانو کمپوزیت محتوی نانو ذرات فلزات، اکسید فلزات، پلمیرها هستند. مواد نانو کامپوزیت اساس انواع جدید حسگرهای شیمیایی با حساسیت و انتخاب بالا، واکنش دهی آدسورپسیون (جذب سطحی) برگشت پذیر سریع و قابل استفاده (کار) در دمای اتاق، هستند.
مجموعه مواد نانو کمپوزیت با ترکیب های شیمیایی متفاوت، یکی از سیستم های قابل پیشرفت در زمینه است "بینی الکترونی" می باشند.
سیستم شبه نورون (سلول عصبی) نانو حسگر "بینی الکترونی" در برگیرنده دو جزء زیر می باشد:
1. ماتریس حس گرهای نیمه رسانای بسیار حساس
2.آنالیزورهای ترکیبات گازی
حسگرها در ماتریس باید از لحاظ پارامترهای اساسی خود (حساسیت، انتخاب) متفاوت باشند، تعداد آنها می تواند از یک تا چند ده تا وابسته به وظیفه و امکانات فنی پرداخت سیگنال ها (متغیر باشد). گمان می رود از نانو کامپوزیت های پلیمری و مواد نانو ساختاری که تحت تأثیر مواد مختلف رسانایی متغیر از خود نشان می دهند، بعنوان عناصر حساس سیستم های مولتی حسگر استفاده شود.
3.سیستم نمونه گیر برای انتقال نمونه گازی از آنالیز کننده حجم هوا به ماتریس حس گر که در آن سیستم احیاء کننده ایی بمنظور احیاء قابلیت کار ماتریس حس گر طراحی شده، بکار می رود.
4.آداپتور قیاسی برای حفظ رژیم کار حس گرها در ماتریس و تبدیل سیگنال خروجی حس گرها به کد عددی
5.تنظیم کننده عددی برای پرداخت مقدماتی سیگنال حس گرها و رابط استاندارد برای اتصال به کامپیوتر
6.کامپیوتر با برنامه تأمین کننده برای شناسایی نمونه ها
قاعده کار دستگاه عبارت است از اندازه گیری رسانایی الکتریکی حس گرها هنگام تأثیر متقابل آنها با بخار مواد فرار. در نتیجه آدسورپیسون (جذب سطحی) مولکل های ماده مورد تحقیق، رسانایی مواد حساس حس گرها افزایش می یابد. هر حس گر دقیقاً برای یک گاز خاص انتخاب نشده است ولی میزان واکنش هر حس گر از مجموعه به گازهای متفاوت باید منحصر به آن گاز باشد. پرداخت ریاضی داده های بلوک حس گر امکان تشکیل نمونه منحصر بفرد شیمیایی ماده مورد آنالیز را می دهد. بلوک حس گر معمولاً شامل 8 تا 30 عنصر می باشد. نمونه منحصر بفرد بوی مواد بوسیله استفاده از عناصر حساس متفاوت از یکدیگر حس گرهای ساخته شده با بکار گیری نانوفناوری شکل می گیرد.
شناسایی مواد پس از «آموزش» دستگاه صورت می گیرد. آموزش دستگاه در نتیجه یادداشت واکنش بلوک حس گر هنگام پمپاژ گاز محتوی بخار ماده ایی خاص (منحصر بفرد) عملی می شود. هنگام پمپاژ متوالی (پی در پی) بخار گازهای مختلف از طریق دستگاه کتابخانه واکنش ها تشکیل می شود که در حافظه حسابگر واقع در ترکیب دستگاه حفظ می شود. شناسایی از طریق مقایسه واکنش گاز مورد آنالیز با واکنش های ثبت شده مواد منحصر بفرد در کتابخانه واکنش ها محقق می شود. در صورت یافتن واکنش مشابه یا ترکیب واکنش ها دستگاه سیگنالی مبنی بر وجود بخار ماده ایی یا مجموعه مواد در گاز مورد آنالیز تولید می کند.
ویژگی اصلی طرح داده شده استفاده از نسل جدید حس گرهای شیمیایی ساخته شده براساس کامپوزیت های ناهمگن نانویی، لایه نازک می باشد. این مواد در خود مجموع خواصی را دارا هستند که ویژه نانو ذرات با مشخصات حس گرهای اکسیدی می باشند، حس گرهایی که بر اساس فناوری Planar ساخته شده اند. چنین روشی با روش های معاصر در طرح ریزی مواد SMART مطابقت دارد، موادی که هنگام کمترین تأثیر خارجی، مشخصات آنها تغییرات شدید، سریع و برگشت پذیر از خود نشان می دهند.
منبع: daily.sec.ru
گردآوری و ترجمه: طیبه نادری
| دستهبندیهای کاربردی و اولویتهای تحقیقاتی نانوتکنولوژی |
| دکتر محسن جهانشاهی مواد جدید همواره یکی از پیشران‌های توان‌زای کلیدی برای ساخت سیستم‌ها و کاربردهایی با اثرات چشمگیر بوده‌اند. این مواد می‌توانند موانع فرآیندهای قبلی را بشکنند و نهایتاً کاربردهایی با منافع بالقوه جهانی را تولید کنند. مواد در مقیاس نانو، یعنی موادی که ویژگی‌هایشان در سطح کمتر از میکرو (کوچکتر از 10 -6 m ) یا نانو ( 10 - 9 m ) قابل کنترل است. خواص مواد در چنین ابعد و اندازه‌هایی با مواد متعارف اساساً متفاوت است و به همین لحاظ تحقیقات در حوزة نانومواد روز به روز فعال‌تر میشود نانوبیوذرات ، ذرات کلوئیدی و جامدی هستند که شامل اجزاء ماکرومولکولی با اندازه 10-1000nmc با شیمی سطح پیچیده هستند. بسته به روش تولید، نانوذرات به شکل نانوکپسول یا نانوکره هستند نانوکره‌ها سیستم‌های ماتریسی می‌باشند در حالی که نانوکپسول‌ها سیستم‌های وزیکولاراند. درخت‌سان‌ها ( Denderimers ) ماکرومولکول‌هایی با ساختار منتظم و پرشاخه سه‌بعدی، که به خاطر دانسیته بالای گروههای فعال کاربردهای زیادی دارند. درخت‌سان‌ها به دلیل رقابت طراحی و ساخته‌شدن با دقت کاملاً اتمی بیشترین توانمندی را در مقایسه با نانوحفرات، نانوکپسول‌ها و نانوذرات از خود نشان می‌دهند. کاکلیت‌ها ( Cochleates ) رسوبات دوظرفیتی فسفولیپیدی پایدار از مواد طبیعی هستند. این مواد ساختارهای چندلایه‌ای هستند که از ورقه‌های دولایه‌ای بزرگ و پیوسته چربی که به شکل مارپیچ درآمده‌اند، تشکیل شده‌اند. آنها محتویاتشان را از طریق لایه سیال خارجی به غشاء سلولهای هدف انتقال می‌دهند. کاکلیت‌ها دربرابر عوامل محیطی مقاوم هستند و ساختار لایه‌ای محکم‌شان آنها را دربرابر تجزیه توسط مولکولهای شکننده Cochleates محافظت میکند، حتی اگر در شرایط سخت محیطی یا دربرابر آنزیم قرار گیرند. ویروس ظریف‌ترین نانوبیوذره موجود در طبیعت است و به خاطر تنوع‌اش یک موضوع محبوب برای تحقیقات است. براساس دانش موجود در مورد نانوساختاری و قابلیت ساخت آن، استفاده از خودآرایی برای ساخت نانوترکیبات قابل استفاده در صنعت بسته به بخش‌های تشکیل‌دهنده ترکیب دارد. ویروسها می‌توانند کلون شوند، این ذرات فعال و قابل تشخیص هستند، همچنین می‌توانند تغییرات محیط‌شان را حس کنند. برای ساخت ویروسها باید قادر به ساخت اسید نوکلئوئیک، پروتئین و لیپیدهای قطبی باشیم. ذرات ویروس‌مانند ( Virus Like Particles ) ( VLps )، بیان نوترکیب ساختمان اصلی پروتئین‌های بسیاری از ویروسها، LP V را تولید میکند. چنین ذراتی مورفولوژی شبیه به کپسیدهای خالی از ویروس دارند که از آن منشاء گرفته‌اند، بنابراین ساختارشان شبیه به ویروس اصلی است در عین حال غیرفعالند. پروتئین نانوذرات، اندازه پروتئین‌ها به طور طبیعی کمتر از مقیاس نانو است. با استفاده از روشهای سنتز ذرات در نانوتکنولوژی میتوان پروتئین‌هایی تولید کرد که در مقیاس نانو باشند. این ذرات نانوپروتئینی در سیستم‌های انتقال دارو (به عنوان حامل دارو)، ژن‌درمانی، تولید کرم‌های ضدآفتاب و مواد آرایشی و همچنین در تولید علف‌کش‌های نانویی کاربرد دارند. بطور خلاصه نانوبیوموادها به خاطر اندازه کوچکشان بسیار مورد توجه‌اند و کاربردهای بسیاری دارند از جمله: • دارورسانی، نانوبیومواد به خاطر اندازه کوچکشان می‌توانند به داخل سلول نفوذ کنند که باعث تجمع مؤثر دارو میشود و دوم اینکه استفاده از مواد زیست‌تخریب‌پذیر برای آماده‌سازی نانوبیوذرات باعث پایداری دارو تا رسیدن به هدف حتی بعد از چند روز یا چند هفته میشود. • به‌کارگیری نانوبیومواد در پاکسازی محیط زیست. • استفاده از نانوبیومواد در محصولات آرایشی و بهداشتی مانند کرم‌های ضدآفتاب و رنگدانه‌ها، برخی داروها • انتقال ژن و ژن‌درمانی • تولید واکسن • استفاده در علف‌کش‌ها و سموم نباتی • افزودن طعم و رنگ دلخواه به غذا • آشکارسازی تهدیدهای بیولوژیکی مثل سیاه‌زخم، آبله و سل و محدوده وسیعی از بیماریهای ژنتیکی • افزودن میکرونوترینت‌های حساس به حرارت و pH مثل بتاکاروتن، اسید چرب 1 مگا3 • درخت‌سان‌ها به دلیل دانسیته بالای گروههای فعال برای زمینه وسیعی از کاربردها مثل سنسورها کاتالیست‌ها یا موادی برای رهایش کنترل‌شده و انتقال به مکان‌های خاص مناسب‌اند. • Cochleate ها می‌توانند برای کپسوله‌کردن و انتقال بسیاری از مواد فعال زیستی مثل ترکیباتی که به سختی در آب حل میشوند،داروهای پروتئینی و پپتیدی. مواد مغذی حساس به حرارت و pH و شرایط نامساعد محیطی استفاده شوند. • حفظ سلامت غذا، نانوذرات با چسبندگی خاص قادرند به صورت برگشت‌ناپذیر به بعضی از انواع باکتری متصل شوند و مانع آلوده‌کردن میزبان توسط آنها شوند. نکته‌ای که باید به آن توجه شود این است که برای اینکه سیستم‌های انتقال (دارو، غذا و ژن) مؤثر باشند، ترکیبات فعال کپسوله‌کننده باید به مکان‌های مشخص برسند، غلظت‌شان باید در یک سطح مناسب برای مدت‌زمان طولانی ثابت باشد و از تجزیه نابهنگام آنها جلوگیری شود. نانوذرات توانایی بیشتری در کپسوله‌کردن و آزادسازی نسبت به سیستم‌های قدیمی‌تر دارند و به‌خصوص به خاطر اندازه کوچکشان می‌توانند مستقیماً به سیستم گردش خون وارد شوند. 2- نانولوله‌ها و نانوکامپوزیت‌ها: نانولوله‌های کربنی اولین نسل محصولات نانو هستند که در سال 1991 کشف و به جهان عرضه شدند. نانولوله‌ها از پیچیده‌شدن ورقه‌های گرانیت با ساختاری شبیه شانه عسل بدست می‌آیند. این لوله‌ها بسیار بلند و نازک هستند و ساختارهایی پایدار، مقاوم و انعطاف‌پذیر دارند. نانولوله‌ها قوی‌ترین فیبرهای شناخته‌شده‌اند، 100-1 برابر قوی‌تر از واحد وزنی استیل هستند و می‌توانند جایگزین سرامیک‌های معمولی، آلومینوم و حتی فلزات در ساخت هواپیما، چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها، اجزاء ماشین، دستگاه‌های پزشکی، وسایل ورزشی و دستگاه‌های صنعتی تولید غذا شوند. مطالعات اخیر پیشنهاد میکند که از نانولوله‌های کربنی برای اهداف بیولوژیکی مثل کریستالیزاسیون پروتئین‌ها و ساخت بیوراکتورها و بیوسنسورها استفاده شود. نانولوله‌های کربنی در محیط‌های آبی نامحلول‌اند. بنابراین برای کاربردهیا بیولوژیکی باید بر این مسأله غلبه کرد. پیوند گروههای Functional به نانولوله‌های کربنی برای کاربردهای پزشکی بسیار مفیدند به عنوان مثال اتصال نانولوله‌ها به یک توالی خاص DNA می‌تواند باعث اتصال به یک پروتئین در سلول سرطانی شود و اتصال هم‌سلولی به یک بخش دیگر از همان نانولوله می‌تواند یک «پیکان راهنما» برای حمله به سلول سرطانی و نابودکردن آن باشد. نانولوله‌های کربنی به خصوص نانولوله‌های چندلایه با ساختار کاملاً تعریف‌شده نانویی، می‌توانند برای ساختن بیوسنسورها استفاده شوند. ساخت غشاه با استفاده از نانولوله‌ها پتانسیل استفاده در سیستم‌های غذایی را دارد. غشاهای بسیار باریک انشعاب‌پذیر نانولوله‌ای می‌توانند برای اهداف آنالیزی به عنوان بخشی از یک سنسور برای تشخیص مولکولی آنریم‌ها، آنتی‌بادی‌ها،پروتئین‌های مختلف و DNA باشند، همچنین از این غشاءها برای جداسازی مولکولهای زیستی مثل پروتئین‌ها میتوان استفاده کرد. در حال حاضر انتخاب‌پذیری و بازده غشاها در صنایع غذایی و دارویی مطلوب نیست، بیشتر به خاطر کنترل محدودشده ساختار آنها و میل ترکیبی شیمیایی‌شان با کاربردی‌کردن نانولوله‌ها با یک روش دلخواه، غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند مولکولها را براساس اندازه، شکل و میل ترکیبی‌شان از هم جدا کند. به عنوان مثال غشاهایی که شامل نانولوله‌ای Monodisperse طلا با قطر داخلی کمتر از 1nm ، میشوند می‌توانند هم برای جداسازی مولکولها و هم برای انتقال یون‌ها از محلولی که در یک سمت غشاء قرار گرفته به محلولی که در سمت دیگر غشاء است، استفاده شوند. با هیدروفوب‌کردن داخل نانولوله‌ها، غشاءهای نانولوله‌ای ترجیحاً مولکولهای خنثی هیدروفوب را استخراج کرده و عبور می‌دهند. در حال حاضر این تکنولوژی برای کاربردهای صنعتی (غذایی و دارویی) بسیار گران است اما می‌تواند در آینده برای جداسازی مولکولهای زیستی ارزشمند (مثل پروتئین‌ها، پپتیدها، ویتامین‌ها یا مواد معدنی) استفاده شوند. این مواد در زمینه تهیه غذاهای تقویتی یا مکمل‌های رژیمی یا داروها می‌توانند استفاده شوند. یک زمینه دیگر کاربرد نانولوله‌های کربنی توسعه غشاءهای رسانای الکتریکی است. به خاطر نسبت بالای طول به قطر، نانولوله‌های کربنی می‌توانند پلیمرهای سنتزی را که نارسانای الکتریکی هستند، به پلیمرهای رسانا تبدیل کنند، اگر این پلیمرها برای توسعه غشاءهای جدید استفاده شوند میزان جداسازی طعم‌ها و مواد مغذی افزایش خواهد یافت. نانولوله‌های پپتیدی: از ورقه‌های B پروتئین با تعداد مساوی آمینواسیدها L و D تشکیل شده‌اند. این ورقه‌ها با خودسامانی از طریق پیوندهای هیدروژنی، تشکیل نانولوله را می‌دهند. در این نانولوله‌ها تمام زنجیره‌های جانبی بر روی سطح خارجی قرار دارد. خواص سطحی نانولوله و سوراخ داخلی با ترتیب آمینواسیدها تغییر می‌کن و طول آن بستگی به تعداد Residue ها دارد. برخی از کاربردهای نانولوله‌های پپتیدی در اینجا آورده شده است: • باوجود توسعه آنتی‌بیوتیک‌ها، همچنان مقاومت بشر در برابر باکتری‌ها کم است، چون باکتری‌ها به راحتی می‌توانند نسبت به آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم گردند، نانولوله‌های پپتیدی می‌توانند یک نوع آنتی‌باکتری باشند. این نانولوله‌ها به خاطر اندازه کوچکشان به راحتی وارد دیواره سلولی باکتری شده و در آنجا با تشکیل پیوند با دیواره سلولی، باز میشوند و این باعث ایجاد روزنه در دیواره سلولی باکتری و درنهایت مرگ آن می‌گردد. • می‌توانند حامل‌های مناسبی برای انتقال دارو باشند. • موادی مثل پروتئین‌ها و لیپید یا آنزیم با اتصال به دیواره خارجی آن، از نانولوله پپتیدی یک بیوسنسور می‌سازند. • نانولوله‌های پپتیدی را میتوان به عنوان پایه‌ای برای ساخت بیوسرامیک‌ها مورد استفاده قرار داد. بیوسرامیک‌ها در ساخت استخوان یا دندان مصنوعی کاربرد بسیار دارند. • نانولوله‌های پپتیدی می‌توانند پایه‌ای برای ته‌نشست مواد معدنی مثل کربنات کلسیم، اکسید آهن، دی‌اکسید سیلیکون و هیدروکسی آپتیات باشند. کامپوزیت‌های ساخته‌شده در مقیاس نانو با مورفولوژی و خواص سطحی خاص یک گروه جدید از موا با خواص منحصر به فرد هستند. در ساخت اولین نانوکامپوزیت‌ها از زیست کانی‌سازی الگوبرداری کرده‌اند. زیست کانی‌سازی فرآیندی است که یک ماده الی (پروتئین، پپتید یا لیپید) با یک ماده غیرآلی (مثل کربنات کلسیم) واکنش می‌دهد و ماده با استقامت افزوده می‌سازند. نانوکامپوزیت‌ها جایگزین خوبی برای بطری‌های پلاستیکی نوشیدنی‌ها هستند، استفاده از پلاستیک برای ساخت بطری باعث فساد و تغییر طعم نوشیدنی میشوند. نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند به عنوان مواد بسته‌بندی جدید استفاده شوند. یک مثال نانوکامپوزیت‌های تشکیل‌شده از نشاسته سیب‌زمینی و کلسیم کربنات است. این فوم مقاومت خوبی به حرارت دارد و سبک و زیست‌تخریب‌پذیر است و میتوان برای بسته‌بندی مواد غذایی به کار رود. نانوساختارها همچنین می‌توانند از مواد طبیعی، خاک‌های کریستالی طبیعی به خصوص Montomorillouite مواد آتشفشانی و دسکی شکل نازک در مقیاس نانو، منابع محبوبی برای تولید نانوخاک هستند. این ماده به عنوان یک ماده افزودنی در تولید نانوکامپوزیت استفاده میشود. افزودنی فقط 3-5% از این ماده پلاستیک را سبکتر، قوی‌تر و مقاومتر به حرارت میکند و خواص ممانعت‌کنندگی بهتر دربرابر اکسیژن، دی‌اکسید کربن، رطوبت و مواد فرار دارد. این خواص برای بسته‌بندی مواد غذایی بسیار مفیدند و استفاده از آنها می‌تواند زمان نگهداری مواد غذایی مثل گوشت‌های فرآیندی، پنیر، آرد قنادی، غلات و غذاهای کنسروشده را افزایش دهد. 3- نانوفیلترها، نانوسنسورها و مواد هوشمند: فیلترها براساس اندازه منافذشان دسته‌بندی میشوند و بر این اساس به میکروفیلترها آلترافیلترها و نانوفیلترها دسته‌بندی میشوند. نانوفیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پایین‌تر از اسمز معکوس است، بنابراین قیمت تمام‌شده نانوفیلترها و انرژی مصرفی کمتر است. نانوفیلترها علاوه بر بازیابی عناصری مثل نمک و کلسیم از آب، قادر به بازیابی ویروسها و باکتری‌ها نیز می‌باشند بنابراین می‌توانند در رفع، آلودگی‌های آب‌های ذخیره نوشیدنی انسانها و آب‌های کشاورزی استفاده شوند. نانوفیلترها می‌توانند به فیلتراسیون سریع خون کمک فراوانی کنند. در حال حاضر مسمومیت خونی یکی از مشکلات جدی در جهان است و خطر عفونت در واحدهایی که نیاز به مراتب شدیدتری دارند بیشتر است، چون مریض‌ها آسیب‌پذیرترند. اگر مسمومیت خونی اتفاق بیافتد باید خون هرچه سریع‌تر از عامل مسمومیت پاک شود. برای تشخیص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin باید از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسایی شود. با استفاده از نانوفیلترها میتوان در یک مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا کرده و عامل مسمومیت را شناسایی کرد و علاوه بر این خون را تمیز کرد. علاوه بر این نانوفیلترها می‌توانند در جداسازی‌های بیولوژیکی باکتری، ویروس، اسیدنوکلوئیک تصفیه DNA ، جذب پروتئین‌ها و اسیدنوکلوئیک‌ها، سوبسترا برای کشت Batch ، آلترافیلتراسیون محصولات آشامیدنی و غذایی و استریلیزه کردن سرم‌های پزشکی و سیالات بیولوژیکی استفاده شوند. نانوتکنولوژی با ساخت سنسورها در ابعاد کوچک ما را قادر خواهند ساخت که بتوانیم بسیاری از پارامترها را با دقت بیشتری ارزیابی کنیم. با استفاده از مولکولهای بیولوژیکی قادر خواهیم بود که نانوسنسور بسازیم. نانوسنسورها کاربردهای بسیاری در سه حوزه مهم نانوبیوتکنولوژی (پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی) دارند که شامل: • آشکارسازی عوامل و کمیت‌های شیمیایی و بیولوژیکی • توالی‌سنجی DNA • در تشخیص بیماریها و تولید داروها • در آزمایش‌های مؤثر و سریع بر روی داروهای جدید • سیستم‌های کنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات کشاورزی و غذایی در انبارها و حمل و نقل و انتقال • سیستم‌های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه‌گیری، گزارش‌دهی و کنترل هوشمند گیاهان یا دام‌ها • بیوسنسورهای دقیق‌تر برای شناسایی پروتئین‌ها • آشکارسازی سریع عوامل بیماری‌زا مواد هوشمند، مواد واکنشی ( Reactive Material ) که در ترکیب با حسگرها و تحریک‌کننده‌ها و شاید هم کامپ& • در آزمایش‌های مؤثر و سریع بر روی داروهای جدید • سیستم‌های کنترلی قابل حمل و نقل برای حفظ سلامت محصولات کشاورزی و غذایی در انبارها و حمل و نقل و انتقال • سیستم‌های مجتمع نانوسنسوری برای اندازه‌گیری، گزارش‌دهی و کنترل هوشمند گیاهان یا دام‌ها • بیوسنسورهای دقیق‌تر برای شناسایی پروتئین‌ها • آشکارسازی سریع عوامل بیماری‌زا مواد هوشمند، مواد واکنشی ( Reactive Ma t erial ) که در ترکیب با حسگرها و تحریک‌کننده‌ها و شاید هم کامپیوترها به شرایط و تغییرات محیطی پاسخ مناسب می‌دهند، پلیمرهای هوشمند نمونه‌هایی از این دسته مواد هستند. از این پلیمرها میتوان در ساخت مواد بسته‌بندی جدید برای محصولات غذایی استفاده کرد، این مواد می‌توانند به مصرف‌کننده هشدار بدهند که غذا یا محصولات کشاورزی فاسد شده است. لوازم آرایشی جز صنایع چندمیلیون دلاری است که از این سری مواد هوشمند سود خواهند برد. 4- ماشین‌های نانوتکنولوژی :بعضی از کارشناسان مفهوم ساخت و تولید مولکولی را که در آن اشیاء اتم به اتم (یا مولکول به مولکول) ساخته میشوند، را ابداع کرده‌اند. با استفاده از این روش و بلوک‌های سازنده میتوان ماشین مولکولی را تولید کرد. ماشین‌های مولکولی که از آنها با عنوان نانوروبات یاد میشود می‌توانند کاربردهای زیادی داشته باشند. نانوروبات‌ها قادرند اطلاعات بسیاری را برای ما فراهم کنند به عنوان مثال در علوم پزشکی با استفاده از نانوروبات‌ها، قادر به انجام جراحی‌هایی خواهیم بود که اکنون بدون اثرات نامطلوب مانند بیهوشی طولانی و اثرات جراحی بر روی بدن بیمار امکان‌پذیر نیستند. این نانوروبات‌ها همچنین قادر خواهند بود که جریان‌های نامطلوب را از رگ‌های بدن پاک کنند و به این ترتیب از سکته‌های قلبی که بر اثر بسته‌شدن رگ‌ها ایجاد میشوند، جلوگیری میشود. نانوربات‌ها می‌توانند بدون ایجاد عوارض جانبی در بدن حضور داشته باشند و با مونیتورسازی دائم وضعیت سلامت انسان علاوه بر درمان بیماریها به پیشگیری نیز کمک کنند. نانوربات‌ها می‌توانند برای ثبت برخی پارامترهای مهم فیزیکی یا بیولوژیکی برای محافظت مواد غذایی یا محصولات کشاورزی نیز استفاده شوند. همچنین با استفاده از نانوربات‌ها میتوان سلامت محصول یا دام را به طور مرتب بررسی کرد. • مسیرهای بیوتکنولوژیکی نانوتکنولوژی (نانوبیوتکنولوژی) زمینه‌های تحقیقاتی وسیعی را هموار می‌سازد و می‌توانند به لحاظ هزینه کمتر تحقیقات انتخاب مناسبی برای سرمایه‌گذاری کشورهای در حال توسعه باشد. در حال حاضر فرصت‌های تجاری صنعتی و تولیدی کوتاه‌مدت مورد علاقه سرمایه‌گذاران می‌تواند مربوط به تولید نانوبیوذرات باشد، چون علاوه بر کاربردهای وسیعی که به بخش‌هایی از آن در این گزارش اشاره شد، تکنولوژی تولید ساده‌تری دارند، همچنین ارزان‌ترند و در حال حاضر در بسیاری از کشورها به مرحله تولید انبوه رسیده‌اند. فرصت‌های میان‌مدت می‌تواند شامل تولید نانوبیوسنسورها، نانوفیلترها و نانومواد هوشمند باشد اما فرصت‌های تجاری بلندمدت یا سرمایه‌گذاری‌های طولانی‌مدت را باید به نانوماشین‌ها و نانوربات‌ها اختصاص داد. البته در کنار سرمایه‌گذاری در بخش صنعت باید به سرمایه‌گذاری در زمینه تحقیقات نیز توجه کرد چون اولویت‌هایی که توسط بخش R&D معین می‌گردد می‌تواند راهگشای بخش صنعت باشد. بنابراین در سرمایه‌گذاری‌های بلندمدت و میان‌مدت حتماً باید بر روی تحقیقات نانوبیوتکنولوژی نیز تأکید شود. با گسترش آزمایشگاه‌های اختصاصی نانوتکنولوژی و مراکز تحقیقاتی درنهایت میتوان به راهکارهای مناسب توسعه این فناوری نوین دست یافت. منابع :1) http://www.csa.com/hottopics/nano/overview.html 2) http://www.hkc22.com/nanofood.html 3) http://nanotechwire.com/news.asp?nid=805&ntid= 1 24&pg= 1 4) http://www.foresight.org/Nanomedicine/NanoMedArticles.html 5) http://www.naknow.com/nicfaq.html 6) http://www.def-logic.com/articles/nanomachines.html 7) http://www.nanomachines.com/ |
نانوتکنولوژی _ انتقال گرما به وسیله نانوسیالات
مقدمه
نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سالهای اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولوله‌های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد میکند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیون‌های معمولی، به غلظت‌های بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیون‌ها در غلظت‌های بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت میشود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیش‌بینی تئوری‌ها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است [6 و7].
این تغییرات در خواص حرارتی نانوسیالات فقط مورد توجه دانشگاهیان نبوده در صورت تهیه موفقیت‌آمیز و تأیید پایداری آنها، می‌تواند آینده‌ای امیدوارکننده در مدیریت حرارتی صنعت را رقم بزند. البته از سوسپانسیون نانوذرات فلزی، در دیگر زمینه‌ها از جمله صنایع دارویی و درمان سرطان نیز استفاده شده است [8]. به هر حال تحقیق در زمینه نانوذرات، دارای آینده‌ای بسیار گسترده است [9].
یکی از روشهای متداول تهیه نانوسیال، روش دو مرحله‌ای است [10]. در این روش ابتدا نانوذره یا نانولوله معمولاً به وسیله روش رسوب بخار شیمیایی (CVD) در فضای گاز بی‌اثر به صورت پودرهای خشک تهیه میشود [11] [ شکل 1. وسط]، در مرحله بعد نانوذره یا نانولوله در داخل سیال پراکنده میشود. برای این کار از روش‌هایی مانند لرزاننده‌های مافوق صوت و یا از سورفکتانتها استفاده میشود تا توده‌های نانوذره‌ای به حداقل رسیده و باعث بهبود رفتار پراکندگی شود. روش دو مرحله‌ای برای بعضی موارد مانند اکسید فلزات در آب، دیونیزه شده بسیار مناسب است [10] و برای نانوسیالات شامل نانوذرات فلزی سنگینی، کمتر موفق بوده است [12].
روش دو مرحله‌ای دارای مزایای اقتصادی بالقوه‌ای است؛ زیرا شرکت‌های زیادی توانایی تهیه نانوپودرها در مقیاس صنعتی را دارند [13].
روش یک مرحله‌ای نیز به موازات روش دو مرحله‌ای پیشرفت کرده است؛ به طور مثال نانوسیالاتی شامل نانوذرات فلزی با استفاده از روش تبخیر مستقیم تهیه شده‌اند [2] و [12]. در این روش، منبع فلزی تحت شرایط خلاء تبخیر میشود [14] [شکل 1. چپ].
در این روش، تراکم توده نانوذرات به حداقل خود می‌رسد، اما فشار بخار پایین سیال یکی از معایب این فرایند محسوب میشود؛ ولی با این حال روشهای شیمیایی تک مرحله‌ای مختلفی برای تهیه نانوسیال به وجود آمده است که از آن جمله میتوان به روش احیای نمک فلزات و تهیه سوسپانسیون آن در حلالهای مختلف برای تهیه نانوسیال فلزات اشاره کرد [16] [شکل 1. راست]. مزیت اصلی روش یک مرحله‌ای، کنترل بسیار مناسب روی اندازه و توزیع اندازه ذرات است.
-
شکل 2. ارتباط هدایت الکتریکی با جزء حجمی نانو ذرات، بر اساس تئوری میانگین متوسط برای نانو ذرات بسیار هادی (خط چین پایین) و مدل کلوخه های متراکم
انتقال حرارت در سیالات ساکن
بیشترین تحقیقات روی هدایت حرارتی نانوسیالات، در زمینه سیالات حاوی نانوذرات اکسید فلزی انجام شده است [18].
ماسودا افزایش 30 درصدی هدایت حرارتی را با اضافه کردن 3/4 درصد حجمی آلومینا به آب گزارش کرده است. لی [15] افزایش 15 درصدی را برای همین نوع نانوسیال با همین درصد حجمی گزارش کرده است که تفاوت این نتایج را ناشی از تفاوت در اندازه نانوذرات به‌کار رفته در این دو تحقیق می‌داند. قطر متوسط ذرات آلومینای بکاررفته در آزمایش اول 13نانومتر و در آزمایش دوم 33 نانومتر بوده است. زای و همکاران [20] [19] افزایش 20 درصدی را برای 50 درصد حجمی از همین نانوذرات گزارش کرده‌اند. گروه مشابهی [21] برای نانوذرات کاربید سیلیکون نیز به نتایج مشابهی رسیدند. لی بهبود نسبتاً کمتری را در هدایت حرارتی نانوسیالات حاوی نانوذرات اکسید مس، نسبت به نانوذرات آلومنیا مشاهده کرد؛ در حالی که ونگ [24] 17 درصد افزایش هدایت حرارتی را برای فقط 4/0 درصد حجمی از نانوذرات اکسید مس در آب گزارش کرده است. برای نانوسیال با پایه اتیلن گلیکول، افزایش بالای 40 درصد برای 3/0 درصد حجمی مس با متوسط قطر ده نانومتر گزارش شده است. پتل [5] افزایش بالای 21 درصد برای سوسپانسیون 11 درصد حجمی از نانوذرات طلا و نقره که به ترتیب در آب و تولوئن پراکنده شده بودند را مشاهده کرد. در مواردی هم هیچ افزایش قابل توجهی در هدایت مشاهده نشده است
[23].
اخیراً تحقیقات دیگری روی وابستگی هدایت به دما برای غلظت‌های بالای نانوذرات اکسید فلزات و غلظت‌های پایین نانوذرات فلزی در حال انجام است که در هر دو مورد در محدوده دمای 20 تا 50 درجه سانتیگراد افزایش دو تا چهار برابری در هدایت مشاهده شده است و در صورت تأیید این خواص برای دماهای بالاتر میتوان نانوسیال را در سیستم‌های گرمایشی نیز استفاده کرد.
بیشترین افزایش هدایت در سوسپانسیون نانولوله‌های کربنی گزارش شده است که علاوه بر هدایت حرارتی بالا، نسبت طول به قطر بالایی دارند[شکل 3]. از آنجا که نانولوله‌های کربنی، تشکیل یک شبکه فیبری می‌دهند، سوسپانسیون آنها بیشتر شبیه کامپوزیت‌های پلیمری عمل میکند. بیرکاک[25] افزایش 125 درصدی هدایت را در اپوکسی پلیمر- نانولوله حاوی یک درصد نانولوله تک دیواره گزارش کرد، همچنین مشاهده کرد که با افزایش دما، هدایت حرارتی افزایش می‌یابد.
چوی[3] برای سوسپانسیون یک درصد نانولوله‌های چند دیواره در روغن [شکل 3 ب] 16 درصد افزایش هدایت حرارتی گزارش کرده است. گزارش‌ها و تحقیقات مختلفی در زمینه افزایش هدایت حرارتی سوسپانسیون نانولوله‌کربنی ارائه شده است؛ زای [26] افزایش ده تا 20 درصدی هدایت حرارتی را در سوسپانسیون یک درصد حجمی با سیال آب گزارش کرده است. ون و دینگ [27] نیز 25درصد افزایش هدایت را در سوسپانسیون 8/0 درصد حجمی در آب گزارش کرده است. اسیل [23] بیشترین افزایش را 38 درصد برای سوسپانسیون شش درصد حجمی در آب گزارش کرده است.
ون و دینگ افزایش سریع هدایت در غلظت‌های حدود 2/0 درصد حجمی را گزارش کرده و نشان داده است که این افزایش از آن به بعد تقریباً ثابت می‌ماند. در تمامی گزارش‌ها افزایش هدایت با دما مشاهده شده؛ هر چند برای دماهای بالاتر از 30 درجه سانتیگراد این افزایش تقریباً متوقف میشود.
ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد علاوه بر اینکه به هدایت حرارتی بستگی دارد، به خواص دیگری مانند گرمای ویژه، دانسیته و ویسکوزیته دینامیک نیز وابسته است که البته در این درصدهای حجمی پایین همانطور که انتظار می‌رفت و مشاهده شد، گرمای ویژه و دانسیته بسیار به سیال پایه نزدیک است [33]. ونگ [34] ویسکوزیته آلومینا- آب را اندازه گرفت و نشان داد که هر چه ذرات بهتر و بیشتر پراکنده شوند ویسکوزیته پایین‌تری را مشاهده می‌کنیم. وی افزایش 30 درصدی در ویسکوزیته را برای سوسپانسیون سه درصد حجمی گزارش کرد که در مقایسه با نتیجه پک‌رچو [35] سه برابر بیشتر به نظر می‌رسد که نشان‌دهنده وابستگی ویکسوزیته به روش تهیه نانوسیال است. ژوان‌ولی [32] ضریب اصطکاک را برای نانوسیال حاوی یک تا دو درصد ذرات مس به دست آورد و نشان دادکه این ضریب تقریباً مشابه سیال پایه آب است. ایستمن [36] نشان داد که ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری سوسپانسیون 9/0 درصد حجمی از نانوذرات اکسید مس، 15 درصد بیشتر از سیال پایه است.
-
شکل 4. پیش بینی هدایت حرارتی کامپوزیت ها ( نرمال شده بر اساس هدایت ماتریکس) به عنوان تابعی از جزء حجمی پر کننده. مربع توپر: ذرات با توزیع مناسب، دایره: خوشه های ذرات متراکم ( با 60 درصد حجمی) و مربع: خوشه های با تراکم کمتر ( با 40 درصد حجمی از نانو ذرات).
ژوان ولی [32] ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری در جریان آشفته را نیز اندازه گرفتند و نشان دادند که مقدار کمی از نانوذرات مس در آب دیونیزه شده، ضریب انتقال حرارت را به صورت قابل توجهی افزایش می‌دهد، به طور مثال افزودن دو درصد حجمی از نانوذرات مس به آب، حدود 39 درصد انتقال حرارت آن را افزایش می‌دهد. در حالی که در تناقض با نتایج بالا، پک‌وچو [35] کاهش 12درصدی ضریب انتقال حرارت را در سوسپانسیون حاوی سه درصد حجمی از آلومینا و تیتانا در همان شرایط مشاهده کردند. پوترا [28] با کار روی جابجائی آزاد، بر خلاف هدایت و جابه‌جایی اجباری، کاهش انتقال حرارت را مشاهده کرد. داس با [17] انجام آزمایش‌های جوشش روی آلومینا- آب نشان داد که با افزایش درصد حجمی نانوذرات، بازدهی جوشش نسبت به سیال پایه کم میشود. وی این کاهش را به تغییر خواص سطحی بویلر به علت ته‌نشینی نانوذرات روی سطح ناهموار آن نسبت داد، نه به تغییر خواص سیال. یو [6] با اندازه‌گیری فلاکس حرارتی بحرانی برای جوشش روی سطوح تخت و مربعی مس که در نانوسیال آب- آلومینا غوطه‌ور بودند، نشان داد که فلاکس حرارتی این سیالات سه برابر آب است و اندازه متوسط حباب، افزایش و فرکانس تولید آنها کاهش می‌یابد. این نتایج را واسالو [7] نیز تأیید کرد. وی روی نانوسیال آب - سیلیکا کار می‌کرد و افزایش فلاکس حرارت بحرانی را برای غلظت‌های کمتر از یک‌هزارم درصد حجمی گزارش کرد. هنوز مدلی برای پیش‌بینی این افزایش‌ها و فاکتورهای مؤثر بر آن وجود ندارد
اگر از تأثیرات سطح مشترک نانوذرات کروی صرف‌نظر شود، در مقادیر بسیار اندک نانوذرات [ f = جزء حجمی نانوذرات] همه مدل‌های منتج از تئوری متوسط مؤثر، حل یکسانی دارند. در مواردی که نانوذرات دارای هدایت حرارتی بالایی باشد پیش‌بینی میشود که افزایش هدایت حرارتی نانوسیال3× f خواهد شد که این پیش‌بینی، تخمین خوبی برای مواردی است که هدایت ذرات، بیشتر از 20 برابر هدایت حرارتی سیال باشد [39]. همانطور که در شکل (2) نشان داده شده بسیاری از تحقیقات تطابق خوبی با این پیش‌بینی دارد، از جمله میتوان به تحقیقات زیر اشاره کرد: نانوسیال کاربید سیلیکون با اندازه 26 نانومتر و نانوسیال آلومینا- آب و آلومینا- اتیلن گلیکول [10].
مقاومت سطح مشترک نانوذرت و سیال اطراف آن پیش‌بینی این تئوری را کاهش می‌دهد؛ البته هر چه ذرات ریزتر باشند این مقاومت کاهش پیدا میکند. در غلظت‌های بالای نانوذرات [شکل 1. وسط] اگر توده‌های نانوذره کوچک باشد، تئوری متوسط مؤثر خوب جواب می‌دهد؛ زیرا توده نانوذرات فضای بیشتری نسبت به نانوذرات منفرد اشغال میکند و بنابراین جزء حجمی توده بیشتر از نانوذرات منفرد است. [40] در توده‌های متراکم نانوذرات، دانسیته نسبی تقریباً 0 6 درصد است و در مواردی که توده‌‌ها از نظر وضعیت ساختمانی بازتر باشد، افزایش بیشتری را مشاهده می‌کنیم [ شکل 4] که نتایج آزمایشی نیز همین را نشان می‌دهد [20]؛ البته هدایت حرارتی نانوذرات توده‌ای، کوچکتر از ذرات منفرد است؛ البته عامل مهمی در مقابل هدایت حرارتی بالای نانوذرات نیست.
6. چشم‌انداز
در ده سال گذشته، خواص جالبی برای نانوسیالات گزارش شده است که در این میان، هدایت حرارتی بیشترین توجه را به خود جلب کرده است؛ ولی اخیراً خواص حرارتی دیگری نیز مورد پژوهش قرار گرفته است.
نانوسیالات را میتوان در زمینه‌های مختلفی به کاربرد، اما این کار با موانعی روبه‌رو است، از جمله اینکه درباره نانوسیال چند نکته باید بیشتر مورد توجه قرار گیرد:
• تطابق نداشتن نتایج تجربی در آزمایشگاه‌های مختلف؛
• ضعف در تعیین مشخصات سوسپانسیون نانوذرات؛
• نبود مدل‌ها و تئوری‌های مناسب برای بررسی تغییر خواص نانوسیال.
نکات برگزیدهخواص استثنایی نانوسیالات شامل هدایت حرارتی بیشتر نسبت به سوسپانسیون‌های معمولی، رابطة غیرخطی بین هدایت و غلظت مواد جامد و بستگی شدید هدایت به دما و افزایش شدید فلاکس حرارتی در منطقة جوشش است.
خواص استثنایی، به همراه پایداری، روش تهیة نسبتاً آسان و ویسکوزیتة قابل قبول باعث شده تا نانوسیالات به عنوان یکی از مناسب‌ترین و قوی‌ترین انتخاب‌ها در زمینة سیالات خنک کننده مطرح شوند.
مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولوله‌های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد میکند.
نانوتکنولوژی _ محلولهای مغناطیسی نانو
محلولهای مغناطیسی یکی از شاخه‌های فناوری نانو است که کمتر از دیگر شاخه‌های نانو به آن پرداخته شده‌است، ولی به تازگی کاربردهای جدیدی برای آن یافت شده است.
محلولهای مغناطیسی (Ferro fluid) از ذرات بسیار ریز کلوییدی ( درحدود??? - ?? نانومتر ( m ?- ??) ) از جنس فلزاتی که خاصیت مغناطیسی دارند(مانند آهن و کبالت) به حالت سوسپانسیون در مایعی ، ساخته میشوند . پخش کردن ذرات در مایع را می توان به کمک یک واکنش شیمیایی انجام داد. ذرات پخش شده در مایع به علت ریز بودن به صورت کلوئیدی هستند ولی پس از گذشت مدت زمان نسبتاً کوتاهی به هم پیوسته و ذرات بزرگتری را تشکیل می‌دهند ، که در ا ین صورت حالت کلوییدی آن از بین رفته ، ذرات در محلول ته نشین شده و خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند .
هر قدر که ذرات ریزتر باشند ، محلول خاصیت مغناطیسی بهتری از خود نشان می‌دهد. به این علت است که در هنگام تولید ، موادی با نام ” سورفاکتانت ” به محلول اضافه میشود که روی دیواره‌های آن را می پوشاند و مانع از به هم پیوستن و بزرگ شدن ذرات میشود و ذرات با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند.
سورفکتانت ها :
کلمه سورفکتانت مخلوطی از “Surface active agent “ می باشد . سورفکتانتها معمولا ترکیباتی آلی هستند که دارای گروههای آبدوست که نقش دم و دنباله را دارد و گروههای آبگریز که نقش سر را دارد می باشند بنابراین معمولا به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می شوند.
وجود طبیعت دوگانه سبب ویژگیهای خاصی در این مولکول ها می شود به طوریکه می توانند در آب حل شده و در سطح مشترک آب – هوا یا بین دو سطح از دوفاز مختلف تجمع یافته و سبب کاهش کشش سطحی شوند. به طور نمونه در مورد بالاسورفکتانت ها ، از یکی از دو سرشان به کلویید متصل شده و از سر دیگر به محلول نزدیک اند، بنابراین سرهایی که در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعه بین کلوییدها می شود . در نتیجه از تجمع و به هم پیوستن آنها ممانعت نموده و محلول خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند.
سورفکتانتها نقش مهمی در بسیاری از کاربرد ها عملی و محصولات بازی میکند مثلا : شونده ها - امولسیون کننده ها - جوهر سازی - کف سازی و ….سورفکتانتها معمولا بوسیله گروههای باردار تقسیم بندی می شوند . سورفکتانتهای غیریونی در قسمت سر خود بی بار هستند. اگر بار منفی باشد سورفکتانت آنیونی و اگر مثبت بود سورفکتانت کاتیونی داریم .. گاهی قسمت سر دارای هر دو بار منفی و مثبت است که به آن آمفوتریک گوئیم .
یک Ferro fluid معمولی ، از %? جامد مغناطیسی ، %?? سورفاکتانت و % ?? مایع تشکیل شده است. در عصر حاضر نانو تکنولوژی خدمت بسیاری به بشر کرده‌است . در شیمی ، در فیزیک و . . . همچنین در زمینه‌های پزشکی که با ساخت وسایل گوناگون در زمینه‌ی درمان ، انسانها را یاری کرده است . نظریا تی وجود دارد مبنی بر اینکه به کمک این محلول می توان کپسولهایی ساخت و دا روهایی را که برای بخشی از بدن مضر و برای بخشی دیگر مفید است ، به راحتی به محل مورد نظر برسانیم . با این روش که کپسولهایی از این جنس را پراز داروی مورد نظر کنیم و به وسیله‌ی آهنربا به محل مورد نظر برسانیم و در آنجا آنرا تخلیه کنیم .
در چند ساله‌ی اخیر دانشمندان به این عقیده رسیده‌اند که به کمک وارد کردن ا ین محلول به بدن میتوان سلولهای سرطانی و یا ویروسها ( مثلا ایدز) را از بدن خارج کرد، به صورتی که ا ین ماده آنتی بادی (Anti body) موجود در خون را ( به وسیله بار مثبت آنها ) جذب کرده و آنتی بادی ها هم ویروسها را جذب میکنند که با خارج کردن Ferro fluid به وسیله آهنربا میتوان ویروسها را خارج کرد. ولی متأسفانه هنوز به مرحله‌ی عملی نرسیده‌است.
به غیر از استفاده‌های پزشکی ذکر شده در بالا استفاده‌های صنعتی هم برای این ماده ذکر شده‌است. مثلا در چیپهای مخصوص برای حرکت دا دن یک سیال مشکلاتی وجود دارد چون موتورهایی در آن اندازه‌ی ریز وجود ندارد و اگر هم وجود دارد بسیار پرهزینه است. اما با اضافه کردن مقداری از ا ین محلول به آن سیال میتوان با نیروی مغناطیسی آن سیال را به حرکت در آورد. مورد دیگر استفاده از این ماده در بلند گو های پر قدرت است .این محلول خاصیت خود را در دماهای بالا ، مثلا در °C ??? یا در دماهای پایین ، مثلا در °C ??- و یا در برابر امواج هسته ای حفظ می کند
نانوتکنولوژی
| نویسنده : مرتضی امرونی حسینی | |||
|
کامپوزیت Al/SiC دارای خواص ویژه‌ای است که افزایش خواص مکانیکی و سبکی قطعات مختلف خودرو را در پی دارد. این موارد در نهایت به کاهش مصرف سوخت و حفظ محیط زیست می‌انجامد. الف- نانوکامپوزیت‌های پلیمری
نمودار 1: کارایی رنگ الکترواستاتیک
رشته‌های فیبریل مشاهده میشوند که حدود 200 هزار بار بزرگتر شده‌اند کارایی رنگ الکترواستاتیکی، چهار برابر بیشتر از رنگ به روش اسپری است. در روش الکترواستاتیکی 80 درصد از رنگ روی قسمت مورد نظر می‌نشیند، اما در روشهای دیگر این مقدار به 20 درصد می‌رسد. |
تولید نسل جدید غشاء با فناوری نانو
محققان پژوهشگاه صنعت نفت با بیان اینکه دانش فنی تولید غشا در داخل کشور بومی شد، گفت: محققان پژوهشگاه صنعت نفت با استفاده از فناوری نانو موفق به ساخت نمونه هایی از غشاها برای جدا سازی هیدروکربنها از گاز طبیعی شده اند. مهندس محمد مهدیارفر مجری طرح غشاء پژوهشگاه صنعت نفت در گفتگو با خبرنگار مهر در این باره گفت : جداسازی مخلوطها از مهمترین فرایند در صنایع مختلف چون شیمیایی، نفت، گاز، دارویی و غذایی است. برای جداسازی، تکنولوژیهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد که در حال حاضر تکنولوژی غشایی به دلیل سهولت استفاده و کارایی بالاتر مورد توجه قرار گرفته است.
مهدیارفر با بیان اینکه غشاها با عبور برخی مولکولهای خوراک و نگهداشتن سایر مولکولها و ذرات، جدا سازی را انجام می دهد، اظهار داشت : مهمترین مواد مورد استفاده برای ساخت غشاها پلیمرها، سرامیکها و فلزات هستند.
وی افزود : در فرایندهایی چون اسموز معکوس (که درشیرین سازی آب کاربرد دارد)، نانو فیلتراسیون، اولترا فیلتراسیون، میکرو فیلتراسیون، تراوش گاز و تراوش تبخیری از غشا استفاده می شود و بسته به نوع جدا سازی، انواع غشاها مورد استفاده قرار می گیرند.
مجری طرح، عمر غشاها را در فرایند جدا سازی گازها در صورت عبور خوراک تمیز بیش از 10 سال دانست و به مهر گفت : مصرف کم انرژی برای جداسازی، سادگی فرایند و حجم و وزن کم تجهیزات از مزایای این تکنولوژی است که در مناطق دور افتاده که امکان حضور تمام وقت نیروی انسانی وجود ندارد، می توان با استفاده از این تکنولوژی بدون نیاز به حضور انسان و یا با حداقل نیروی انسانی بر عملکرد فرایند نظارت کرد.
وی با بیان اینکه غشاها بنا بر کاربردهایی که دارند ساخته می شوند، ادامه داد: از غشاهای جدا سازی گاز می توان در مواردی مانند بازیافت هیدروژن در پالایشگاهها، بازیافت مونومر در واحدهای پلی اولفین، بازیافت بخارات بنزین در انبارها و جایگاههای سوخت رسانی، خالص سازی و استفاده مجدد از گازهای تزریقی به چاه در ازدیاد برداشت از چاهای نفت و گازEOR و کاربردهای دیگر با ارزش افزوده بالا نیز استفاده کرد.
این محقق گفت: در سکوهای نفتی که وزن تاسیسات حائز اهمیت است، سبک و کم حجم بودن تجهیزات این تکنولوژی یکی از مزایای مهم آن به شمار می رود.
مهدیارفر با اشاره به اینکه بالا بودن ریسک سرمایه گذاری یکی از موانع اصلی برای صنعتی کردن و تولید انبوه غشاها در ایران بوده است، تاکید کرد: سرمایه گذاری برای این امر منوط به وجود بازارهای داخلی است. استفاده از غشاها در بعضی از فرایندهای جدا سازی مانند شیرین سازی آب که در سطح وسیعی انجام می شود ممکن است توجیه اقتصادی برای سرمایه گذاری در این حوزه داشته باشد.
مجری طرح غشا با تاکید بر اینکه این تکنولوژی در برخی از حوزه ها در دنیا هنوز در مقیاس آزمایشگاهی است و به مرحله صنعتی نرسیده است، به مهر گفت : پژوهشگاه صنعت نفت در برخی از فرایندهای غشایی تمرکز تحقیقاتی خود را بر روی ساخت غشاها قرار داده است و در برخی از کاربردها در جهت دستیابی به تکنولوژی فرایند غشایی متمرکز است.
طبق گفته وی، در این زمینه دستیابی به تکنولوژی فرایند نیز در زمینه های تصفیه پساب های صنعت نفت، شیرین سازی گازهای ترش و ارتقای کیفیت حلال ها و برشهای نفتی با استفاده از غشاها در حال انجام است.
