روش های ساخت مواد نانو
روش های ساخت مواد نانو بسیار گسترده است. به طور کلی از میان روش های ساخت نانوذرات می توان به دو روش کلی بالا به پایین و پایین به بالا اشاره کرد.
در رویکرد بالا به پایین، اندازه یک ماده توده ای و حجیم به طور متناوب کاهش داده می شود تا به یک ماده با ابعاد نانومتری برسد.
در روش های پایین به بالا، از کنار هم قرار دادن اتم ها و مولکول ها (که ابعاد کوچک تر از مقیاس نانو دارند) برای ساخت یک محصول نانومتری استفاده می شود.
نانوذرات مختلف و کاربردشان
نانوذرات مختلفی در طبیعت وجود دارند که هرکدام از آنها به تنهایی در صنایع کاربردهای متفاوتی دارند. در ادامه به چند مورد از پرکاربردترین نانوذرات اشاره می شود:
نانو تیتانیوم دی اکسید
فرمول شیمیایی دی اکسیدتیتانیوم، تی آی او 2 است. زمانی که اندازه ذرات آن در مقیاس نانو کوچک می شود، به دلیل افزایش مساحت سطح موثر، فعالیت فتوکاتالیستی آن افزایش می یابد.
کاربردهای TIO2:
- خود تمیزشوندگی سطحی
- تصفیه آب و هوا
- پوشش دهی سطح
- کرم ضدآقتاب
فوتوکاتالیست:
به کاتالیزگرهایی گفته می شود که در حضور نور فعال می شوند. نانوذرات تی آی او 2 خاصیت فوتوکاتالیستی داشته که با دریافت نور فعال می شوند و عامل هیدروکسیل را آزاد می کنند. این عامل با انجام واکنش ها فوتوالکتروشیمیایی منجر به تجزیه ترکیبات آلی (کلر، میکروب و آلاینده) به سی او 2 و اچ 2 او می شود.
نانوذرات مغناطیسی
خواص مغناطیسی مواد تابع اندازه ذرات آنهاست. زمانی که اندازه ذرات در محدوده نانو قرار می گیرد خواص مغناطیسی به شدت افزایش می یابد. ذرات اکسید آهن نسبت به سایر نانوذرات مغناطیسی کاربرد زیست پزشکی گسترده ای دارند. زیست سازگار بودن با شرایط محیط بدن، پایداری و تهیه آسان موجب توسعه استفاده آنها شده است.
نانوساختارهای کربنی
کربن یکی از عناصر شگفت انگیز طبیعت است و کاربردهای متعدد آن در زندگی بشر، به خوبی این نکته را تایید می کند.
اتم های کربن با پیوندهای کووالانسی – که پیوندی قوی و محکم است – به یکدیگر متصل شده اند. ساختار کربنی در شیمی، گستره وسیعی از تنوع را به خود اختصاص داده اند که این گستردگی به دلیل شیمی خاص اتم های کربن است. نانو ساختارهای کربنی به سه گروه پرکاربرد گرافن، نانو لوله های کربنی و فولرن تقسیم می شوند.
در گرافن، اتم های کربن در ساختار لایه ای لانه زنبوری توسط نیروی کوالانسی با هم پیوند دارند. وجود نیرو�� کوالانسی باعث شده گرافن چند لایه، استحکام کششی تا 200 برابر فولاد داشته باشد. وجود یک الکترون آزاد درون ساختار گرافن باعث می شود رسانندگی بالایی داشته باشد و جایگزین مس شود. گرافن به صورت کم لایه (5-3) و ضخیم (20-30) تولید میشود به طوری که هرچه تعداد لایه ها کمتر باشد، پخش شدن لایه درون ماده اصلی بیشتر است و در نتیجه باعث بهبود خواص آن خواهد بود.
نانو لوله های کربنی از همان صفحات گرافن تشکیل شده اند که به صورت میله ای پیچیده شده اند. این نانو لوله ها قطر مشخص دارند و به صورت تک لایه و چندلایه می باشند.
کاربردهای نانو ساختارهای کربنی
- حسگرها
- مهندسی پزشکی
- نانو کامپوزیت ها
- الکترونیکی و الکترونوری
- دارورسانی
- حسگرها
کامپوزیت و نانوکامپوزیت
آیا تا به حال به این موضوع فکر کدره اید که چرا در گذشته برای ساختن خانه ها گل را با کاه مخلوط می کردند؟
کاهگل به عنوان قدیمی ترین ماده مرکبی شناخته می شود که از ترکیب دو ماه جدا به دست می آید. در نتیجه «کامپوزیت» با «ماده مرکب» به ماده ای اطلاق می شود که از ترکیب دو ماده به دست آمده و خواصی بهتر از دو ماده اولیه دارد.
مواد کامپوزیتی از دو جزء تشکیل شده اند. یک جزء جزء اصلی می باشد که «فاز ماتریس» یا «پایه» نامیده می شود و جزء دیگر به عنوان تقویت کننده استفاده می شود مثلا در ترکیب کاهگل، گل به عنوان فاز ماتریس و پایه می باشد چون اکثر ترکیب را تشکیل داده است و کاه به عنوان فاز تقویت کننده است. کامپوزیت ها براساس نوع ماده ماتریس (فاز زمینه) به سه دسته کلی فلزی، سرامیکی و پلیمری تقسیم می شوند.
سرامیک: به مواد جامدی گفته می شود که بخش عمده تشکیل دهنده آنها غیرفلزی و غیرآلی می باشد. اکسید فلزات نیز جزء دسته سرامیک ها قرار می گیرد. سرامیک ها دارای خواصی از جمله استحکام؛ مقاومت بالا در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش می باشند. حال اگر در ماده مرکب تولید شده، جزء تقویت کننده ابعاد نانومتری داشته باشد، به آن ماده مرکب «نانو کامپوزیت» می گویند. نانو کامپوزیت ها نیز به همان سه گروه (فلزی، سرامیکی و پلیمری) بر اساس فاز زمینه خود تقسیم می شوند. به دلیل خواص منحصر به فرد نانوذرات، این مواد در صنایع و خدمات کاربرد بیشتری دارند و عملکرد بهتری نسبت به کامپوزیت ها خواهند داشت.
مواد هوشمند
مواد هوشمند، موادی هستند که شرایط محیطی را حس کرده و با پردازش اطلاعات حسی، نسبت به محیط عمل می کنند و یا اینکه شرایط محیطی را به خاطر می سپارند و با محرک های مناسب به آن شرایط باز میگردند. مواد کرومیک جزء مواد هوشمند می باشند که با تغییرات محیطی رنگ متفاوتی را از خود نشان می دهند. تغییرات محیطی می تواند شیمیایی، الکتریکی، نوری، مکانیکی و دمایی باشد.
مواد هوشمند کرومیک:
- فوتو کرومیک
- کمو کرومیک
- ترموکرومیک
- مکانوکرومیک
- الکتروکرومیک
مواد حافظه دار
چنانچه بخواهید یک قطعه، در صورت تغییر شکل به راحتی به حالت قبل خود برگردد، باید از موادی استفاده شود که حالت قبل از تغییر شکل را در حافظه خود داشته باشد. یکی از مواد طبیعی که این خصوصیت را در خود دارد ماده ای به نام «نیتینول» است.
میتوانید برای دریافت اطلاعات بیشتر جهت اخذ دیپلم کامپیوتر به صفحه دیپلم کامپیوتر مراجعه کنید.