|
خواص نانو مواد
مقدمه
علم نانو و تکنولوژي نانو شامل
حوزههايي از سنتز، تعيين خصوصيات اکتشاف و کاربرد مواد داراي ساختار
نانو و اندازه نانو ميباشد. کاربرد نانو مواد از نظر تاريخي ميتواند
حتي پيش از توليد علم و تکنولوژي مدرن رد يابي قرار گيرد. مردم عهد
باستان از نانو مواد به عنوان مواد رنگي در سراميکها استفاده
ميکردند(1). طلاي کلوييدي از اوايل قرن 19 در درمان دارويي براي
معالجه الکليسم، ورم مفاصل و غيره به کار گرفته ميشد. آزمايشهاي
سيستمي انجام شده بر روي نانو مواد از آزمايشهاي معروف فارادي(2) در
سال 1957 آغاز شد. در سال 1959 ريچارد فينمان مقاله خود را تحت عنوان
«تعداد زيادي اتاق در پايين وجود دارد» در يك كنفرانس ارائه داد که
امکان دستکاري و كار با چيزهايي در سطح اتمي را مطرح ميکرد (3). اين
مطلب عموما به عنوان يك دور انديشي يا پيشبيني در زمينه نانوتکنولوژي
در نظر گرفته ميشود. با اين وجود، انفجار واقعي نانو تکنولوژي تا
اوايل دهه 1990 رخ نداد. در دهههاي گذشته، محققين به دستگاههاي
پيپچيده براي تعيين و پيش بيني، نظير ميکروسکوپي پويش الکترون،
ميکروسکوپي انتقال الکترون و ميکروسکوپي پويش ردياب (کاوشگر) مجهز شدند
تا به دنياي نانو نزديک شوند. کوچک سازي دستگاه در صنعت نيمههاديها
نيز عامل مهميدر توسعه نانو تکنولوژي است. قانون مور همانگونه که در
شکل 6-1 نشان داده شده بيان ميکند که عملکرد و چگالي ترانزيستور هر
24 ماه دو برابر ميشود...
نانوتکنولوژي در حوزههاي جالب
ديگر نيز تا حد زيادي گسترش يافته است. به عنوان مثال، نانوسيمها
ميتوانند به صورت بالقوه در نانوفوتونيک، ليزر، نانوالکترونيک،
سلولهاي خورشيدي، تشديد کنندهها و حسگرهاي داراي حساسيت بالا به کار
برده شوند. نانوذرات ميتوانند به صورت بالقوه در کاتاليزورها، روکشهاي
کاربردي، نانوالکترونيک، ذخيره انرژي، انتقال دارو و داروهاي زيستي
مورد استفاده قرار بگيرند. فيلمهاي نازک نانوساختاري ميتوانند در
دستگاههاي نشر نور، نمايشگرها و قدرت زايي نور (فوتوولتائيک) با بازده
بالا استفاده شوند. اينها فقط بخش محدودي از توسعه سريع نانوتکنولوژي
ميباشند...
اصطلاح نانومواد انواع مختلف مواد
داراي ساختار نانو که حداقل يک بعد آن در محدوده نانو ميباشد را در بر
ميگيرد. جدول 1-1 انواع نانومواد را خلاصه ميکند که شامل
نانوساختارهاي داراي بعد صفر نظير نانوذرات فلزي، نيمه رسانايي و
سراميکي، نانو ساختارهاي يک بعدي نظير نانوسيمها، نانولولهها، و
نانوميلهها، نانوساختارهاي دو بعدي نظير فيلمها يا لايههاي نازک
ميباشد. علاوه بر اين نانوساختارهاي منحصر به فرد، مجموعههايي از
اين نانوساختارها آرايهها، مجموعهها و ابرشبکههاي داراي ابعاد
بالا را تشکيل ميدهند...
خواص مکانيکي عالي نانومواد
ميتواند به کاربردهايي در تمام مقياسهاي نانو، ميکرو و ماکرو منجر
شود. تشديد کنندههاي الکترو مکانيکي با فرکانس بالا از نانولولههاي
کربني نانوسيمها ساخته شده اند...
افزايش خواص مکانيکي مواد پليمري
به وسيله نانوپرکنندهها نيز کاربردهاي بسيار فعال نانومواد ميباشند.
پرکنندههاي با اندازه ميکرومتر در چندسازههاي پليمري سنتي استفاده
شدند و اصلاحاتي در خواص مکانيکي آنها نظير مدول استحکام تسليم و دماي
گذار شيشه اي مشاهده شد...
وينيل استات آکريليک استر لاستيک
سنتزي و ساير لاستيکهاي خام پليمري به عنوان پوشش و چسب مورد استفاده
قرار گرفته اند. به منظور اصلاح چسبندگي دوام و مقاومت در برابر
ساييدگي سيليسيوم کلوييدي به همراه اين امولسيونهاي پليمري به کار برده
ميشود...
خواص گرمايي نانومواد
پيشرفتهاي اخير نانوتکنولوژي در
دهههاي گذشته به انبوهي از سنتزها، تکنولوژيهاي پردازش و تعيين
خصوصيات اطمينان بخشي منجر شد که توليد متداول انواع نانومواد با
ساختارهاي بسيار کنترل شده و خواص مربوط را امکان پذير ميسازد. به
وسيله کنترل ساختارهاي نانومواد در مقياس نانو خواص نانوساختارها
ميتوانند به يک روش بسيار قابل پيش بيني که نيازهاي انواع کاربردها را
برآورده ميسازند کنترل و رديابي شوند...
مثالهايي از نانوساختارهاي مهندسي
شامل نانوذرات فلزي و غير فلزي، نانولولهها، نقاط کوانتومي و
ابرشبکهها، فيلمهاي نازک، نانوچندسازهها و ابزارهاي
نانوالکترونيکي و الکترونيک نوري که از خواص عالي نانو مواد براي تکميل
کاربردها استفاده ميکنند ميباشند...
بعضي از خواص مواد با
مقياس نانو که شامل خواص الکتريکي نوري مغناطيسي و مکانيکي ميباشند به
خوبي مورد مطالعه قرار گرفته اند. با اين وجود در خواص گرمايي نانومواد
پيشرفتهاي آهسته تري ديده ميشوند. اين امر به علت مشکلات اندازه گيري
و کنترل تجربي انتقال گرما در مقياس نانو ميباشد. ميکروسکوپي نيروي
اتمي(AFM) براي اندازه گيري انتقال گرماي نانوساختارها با قدرت تفکيک
فضايي بالا در مقياس نانومتر معرفي شده است و روش اطمينان بخشي را براي
اندازه گيري خواص گرمايي نانوساختارها فراهم ميکند...
چند اثر در ساختارهاي چند لايه
و ابرشبکه وجود دارند که بر خواص انتقال فونون مواد تاثير ميگذارند.
هنگاميکه لايههاي متناوب مواد با هم انباشته ميشوند علاوه بر
شيوههاي فونون هر لايه منفرد چند شيوه تجمعي انتقال فونون ظاهر
ميشود. هنگاميکه مقياسهاي طولي همدوسي(چسبيدگي) فونون خيلي بزرگتر از
يک لايه منفرد ميباشند اين اثر انباشتگي آشکارتر خواهند بود...
نانوسيالات به علت خواص گرمايي
زيادتر آنها نسبت به سيالات پايه هم از نظر تحقيق و هم از نظر
کاربردهاي عملي مورد توجه روزافزوني قرار گرفته اند. تعدادي از انواع
نانومواد که ميتوانند در نانوسيالات به کار برده شوند شامل نانوذرات
اکسيدي نيتريدي فلزي کاربيد فلزي و نانواليافي نظير نانولولههاي
کربني تک ديواره و چند ديواره ميباشند که بسته به کاريردهاي امکان
پذير آنها ميتوانند در انواع مايعات پايه(اصلي) نظير آب اتيلن گليکول
و روغنها پخش شوند(75). مهمترين خصوصيت نانوسيالات افزايش قابل توجه
رسانايي گرمايي آنها در مقايسه با مايعات بدون نانومواد ميباشد که به
وسيله تعدادي از تحقيقات تجربي اثبات شده است...
|
