نانومواد (مواد نانویي) به موادي گفته می شود که حداقل یکي از ابعاد آن ها در مقیاس 1 الی 100 نانومتر باشــد. یک نانو متر برابر با یک میلیاردم متر (9- 10) است. این اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان است. مواد در مقیاس نانو به دسته هاي زیر قابل تقسیم است.
انواع نانومواد
- نانولایه ها
- نانوپوشش ها
- نانوخوشه ها
- نانوسیم ها
- نانولوله ها
- نانوحفره ها
- نانو ذرات
- نانوپلیمرها
- نانوسرامیک ها
اکنون به معرفي موارد بالا مي پردازیم.
نانولايه ها
در دنیــاي کنوني تغییرات ســطحي به یک فرایند مهم و اساســي تبدیل شــده اســت. در این مورد روش هایي شامل ایجاد لایه هاي نازک یا پوشش ها بر روي ســطوح، افزایش کارایي و محافظت ســطوح را به دنبال دارد. رسوب یک لایه نــازک (نانولایه) براي پوشــش دهي در اکثر صنایع جایگاه مهمي یافته اســت. فیلم های نانویی لایه نازک، که بر روی سطح یک زیر پایه نشانده می شوند کاربردهای عمدتاً الکترونیکی دارند. همانند زیرلایه ها، خازن ها، قطعات حافظه، آشکارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی سطوح را افزایش داد.
نانوپوشش ها
پوشش ها داراي کاربردهاي متنوعي از صنایع اتومبیل گرفته تا صنایع لوازم خانگي هستند. این پوشش ها ســطوحي را که در معرض آسیب هاي محیطي مانند باران، برف، نمک ها، رسوب هاي اسیدي، اشعة ماوراءبنفش، نور آفتاب و رطوبت هستند را محافظت مي کند. فناوري نانو ایجاد نانوپوشش ها را پیشنهاد مي کند.
نانو پوشش هاي حفاظتي براي افزایش مقاومت در مقابل خوردگي، افزایش سختي سطوح و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطي هستند. علاوه بر آن، فناوري نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خرده شدن روکش ها جلوگیري مي کند. از موارد استفادة نانوپوشش ها مي توان به روکش هاي ضد انعکاس در مصارف خودرو سازي و ســازه اي، روکش هاي محافظ (ضد خش، غیرقابل رنگ آمیزي، و قابل شستشوي آسان) و روکش هاي تزئیني اشاره کرد. شکل 1 یک نمونه کفش نانو ضد آب را نشان می دهد.
شکل 1: کفش نانو ضد آب
نانو خوشه ها
در اوایل دهه 80 میلادی، دانشمندان فیزیک کشف کردند که اتم های گازی فلزی به شکل حباب هایی پایدار و با تعداد اتم های مشخصی، مجتمع می شوند. در دهه 90، آنها اثر مشابهی را در کار بر روی سطوح مشاهده کرده اند که اتم های گازی می توانند به شکل خوشه هایی با اندازه های ویژه روی سطح بچسبند. با توجه به تحقیقات و محاسبات، محققین به این نتیجه رسیدند که اتم ها، سطح را برای پیدا کردن مکانی که به کمترین مقدار انرژی برسند جست و جو می کنند.
آرایش های 1 تا 2 نانومتری از این خوشه ها برای وسایل پیشرفته ی نوری و الکترونیکی مناسب هستند؛ چون الکترون های محبوس شده در این فضاها مجبورند که فوتون هایی با طول موج سفید ایجاد کنند. اگر خوشه ها، دارای خاصیت مغناطیسی شوند، می توانند برای وسایل ذخیره اطلاعات که بسیار فشرده هستند و کاتالیست ها برای واکنش های شیمیایی، استفاده شوند. تصویر شماتیکی از یک نانو خوشه در شکل 2 مشاهده می شود.
شکل 2: تصویر شماتیکی از یک نانو خوشه
نانو سیم ها
شاید هنوز ساخت تراشه های کامپیوتری که برای ایجاد سرعت محاسباتی بالا به جای جریان الکتریسیته از نور استفاده می کنند، تشخیص انواع سرطان و سایر بیماری های پیچیده فقط با گرفتن یک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت های هوشمند و نمایشگرهای LCD، تنها یک رؤیا برایمان باشد و این مسائل را غیر واقعی جلوه دهد اما محققین آینده قادر خواهند بود تمام این رؤیاها را به واقعیت تبدیل کنند و دنیایی جدید از ارتباطات و فناوری را بواسطه معجزه نانوسیم ها به ارمغان آورند.
عموماً سیم به ساختاری گفته می شود که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی می باشند رسانایی الکتریکی می باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی شان انتقال بار الکتریکی اتفاق می افتد.
ساخت سیم هایی در ابعاد نانومتری، هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه می باشد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز می دهند. نسبت طول به قطر نانوسیم ها بسیار بالا می باشد. ( L>>D )
مثال هایی از کاربرد نانوسیم ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می گیرد.
نانولوله ها
در سال 1991 نانو لوله هاي کربني توسط سومیو ایجیمو کشف شدند. الوتروپ هاي متداول کربن، گرافیت و الماس هستند. نوع سوم کربن خالص باکي بال است. این اتم کربن است. این نوع گردترین و متقارن ترین مولکول شامل 60 اتم کربن است.
نانولوله هاي کربني یکي از مواد نانوساختار، متشکل از اتم هاي کربن به شکل استوانه توخالي است. این نانولوله ها 50000 بار نازک تر از موي انسان است.
نانولوله هاي کربني داراي اســتحکام کششــي و مدول الاســتیک بســیار زیادي اســت، در مقایســه با فولاد که داراي اســتحکام کششي،400 مگاپاسکال است، استحکام کششــي نانولوله هاي کربني 150000 مگاپاســکال است. نانولوله ها با خواص مکانیکي، الکتریکي و اپتیکي برجســته، در مصارف الکترونیکي، نوري، پلیمري، هوافضا و پزشــکي با بیشترین توجه روبه رو شده اند. در (شکل 3) نانولوله هاي کربني تک دیواره و چنددیواره را مشاهده مي کنید.
شکل3: انولوله هاي کربني تک دیواره و چنددیواره
نانو حفره ها
نانوحفره ها، مواد متخلخلی هستند که قطر حفره های آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر است. مواد نانوحفرهای طبیعی موسوم به زئولیت ها، سال هاست که در صنایع مختلف و به ویژه صنایع نفت به عنوان کاتالیست استفاده می شوند. سطح ویژه ی نانوحفره ها بالا است و در نتیجه جذب سطحی آنها قابل توجه است. جذب سطحی زیاد، آنها را به فیلترهای غشایی بسیار خوبی برای سیستم های تصفیه هوا و نیز آب تبدیل نموده است. شرکت های سازنده ی وسایل سرمایشی بوگیر و تصفیه آب از این نوع فیلترها استفاده می کنند. وجود سطح ویژه بالا در این مواد آنها را به عنوان کاتالیزرهایی بسیار کارا در واکنش های شیمیایی مختلف نیز معرفی می کند.
مواد نانوحفره ای را می توان بر اساس جنس، از قبیل آلى با معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلیمری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آنها متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل، اندازه، توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانوحفرهای است.
دیگر کاربردهای نانو حفره ها
از دیگر کاربردهای قابل توجه نانومواد، مواد با حفرات دارای اندازه مشخص، توانایی آنها در عبور دادن برخی مواد مورد نظر و ممانعت از عبور دیگر مواد است. این نوع جداسازی در فرآیندهای جداسازی دارو، آنزیم ها و غیره اهمیت و کاربرد بسیار زیادی دارد
نانوحفره ها در ساخت پیل های سوختی و برای ذخیره هیدروژن نیز کاربرد دارند.
ایروژل ها نیز مواد نانوحفرهای هستند که با فرایند سل – ژل به دست می آیند. امروزه دانشمندان روش های متنوعی برای سنتز و پایش اندازه ی حفرات مواد نانوحفرهای ابداع نموده اند. برای مثال به تازگی دانشمندان از حرارت دادن دسته ای از مواد انعطاف پذیر شامل مواد پلیمری و سرامیکی، مواد نانوحفرهای با اندازه حفرات بین ۱۰ تا ۲۰ نانومتر را سنتز نموده اند. همچنین به نوعی از آیروژل ها که دارای حفراتی به اندازه ی ۵ نانومتر هستند، دست یافته اند.
با اینکه آیروژل ها استحکام کمی دارند و شکننده اند، اما در جداسازی و کاتالیز گری کاربرد دارند. آیروژل ها عایق حرارتی اند و می توان از آنها در تولید شیشه های دوجداره بهره جست. آنها خواص نوری جالبی نیز دارند؛ به عنوان مثال نوع خاصی از آنها قادر به انجام فعالیت های نوری مشابه لیزرها است.
همچنین با توجه به ویژگی های سطحی نانوحفره ها، از آنها برای حذف فلزات سنگین مانند جیوه و آرسنیک استفاده شده است، تا کنون از این ساختارها به منظور رهایش پایش شده مواد نیز بهره گرفته شده است.
نانو ذرات
نانو ذرات در نانومواد، ذره‌ای است که ابعاد آن در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد. نانوذرات علاوه بر نوع فلزی، عایق ها و نیمه هادی‌ها، نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته‌لایه را نیز در بر می‌گیرند. همچنین نانوکره‌ها، نانومیله‌ها، و نانوفنجان‌ها تنها اشکالی از نانو ذرات در نظر گرفته می‌شوند. نانوذرات در اندازه‌های پایین نانوخوشه به حساب می‌آیند. نانوبلورها و نقاط‌کوانتومی نیمه‌هادی نیز زیرمجموعه نانوذرات هستند.
نانوپلیمرها
خواص مکانیکي و ترموفیزیکي(خواص فیزیکي وابســته به دما نظیر: کشــش، سختي و…) مواد پلیمري به شدت وابسته به اندازه و شکل آن هاست. با توجه به این وابســتگي تهیه و کنترل مواد پلیمري در مقیاس نانومتر براي بهبود خواص، حائز اهمیت است.
از جملــه پلیمرهایي که در بحث نانومواد جایگاه ویژه اي دارند، پلیمرهاي رسانا هستند. پلیمرهاي رسانا که در طول سه دهة اخیر توجه زیادي را به خود معطوف داشــته اند، به ســبب تغییر در خواص نوري و الکتریکي شــان در ابعاد نانومتر، محتمل ترین سیســتم ها براي کاربردهاي نانوالکترونیک هستند. خانوادة پلي آنیلین نمونه اي از این پلیمرهاست.
یکي دیگر از کاربرد هاي نانوپلیمر در صنعت لاستیک ســازي است. با اضافه کردن نانومواد به ترکیبات لاســتیک، به دلیل پیوندهایي که در مقیاس اتمي بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت مي گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکي آن ها بهبود مي یابد، مي توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکي، افزایش حد شکستگي اشاره کرد. در زیبایي ظاهري لاستیک نیــز تأثیر گذاشــته و باعث لطافت همــواري، صافي و ظرافت شــکل ظاهري لاســتیک مي گردد. همة این ها به نوبة خود باعث مي شود که محصولات نهایي، مرغوب تر، با کیفیت بالا، زیباتر و در نهایت بازار پسند باشند.
نانوسرامیک ها
با پیدایش نانوفناوري و نانومواد، نانوســرامیک ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. زمــان تولید نانوســرامیک ها را مي توان دهة 90 میلادي دانســت. در این زمان نانوپودرهاي سرامیکي تولید شدند. با استفاده از نانوپودرها، دماي ذوب کاهش مي یابد و تکنیک هاي ســاخت مواد ساده تر مي شــود و درنتیجه هزینة تولید نیز کاهش خواهد یافت. محصولات نانوســرامیکي مي تواند داراي خواص مکانیکي بهتر، اســتحکام بالاتر و انعطاف پذیري بیشتر باشد و همچنین خواص الکتریکي و مغناطیسي و نوري مطلوب تري خواهند داشت که ویژگي منحصر به فردي براي سرامیک ها است.
یکي از مشــکلات سرامیک ها شکنندگي آن هاست که با تولید سرامیک هایي در مقیاس نانو قابلیت شکل پذیري آن ها بهبود مي یابد. سرامیک ها در کاربردهاي هوافضا در حفاظت حرارتي و شــیمیایي مورد استفاده قرار مي گیرد. کاربردهاي ســرامیک هاي ساخته شــده با فناوري نانــو در حســگرها، الکترونیک نوري و سازه هاي فضایي در حال گسترش است. اگر استفاده از نانو سرامیک ها را برای بدنه خودرو مثال بزنیم، می بینیم که دارای 5 مزیت اصلی استفاده از پوشش نانو سرامیک برای بدنه ماشین ها وجود دارد.
5 مزیت اصلی استفاده از پوشش نانو سرامیک برای بدنه خودروها
- بهترین راه ایجاد محافظت از رنگ خودرو
- دوام و ماندگاری بالای پوشش نانو سرامیک
- خودروی شما تمیز تر باقی می ماند (نانو سرامیک ها به دلیل ساختار مولکولی و شیمیایی خاصی که دارد، از چسبیدن مواد، اشیا و ذرات ریز و درشت ممانعت به عمل می آورد.)
- بر طرف ساختن نیاز به واکس خودرو
- مقرون به صرفه بودن (شاید در نگاه اول به دلیل پر زرق و برق بودن نام، این دیدگاه ایجاد شود که استفاده از پوشش های نانوسرامیک انتخابی است پر هزینه. درحالی که در مقایسه با واکس مقرون به صرفه تر است. چرا که استفاده از واکس در طول سال برای چندین بار می باشد و هزینه را نسبت به استفاده از سرامیک ها افزایش می دهد)
مقاله تخصصی قبلی سایت آگهی تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.
شرایط تولید محتوای تخصصی و رپورتاژ آگهی (با ارسال در 15 شبکه اجتماعی و وبلاگ سایت) در سایت آگهی تخصصم اینه را (اینجا) مشاهده نمایید.
برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه(با لینک فالو به سایت) اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
