جزوه رنگی و تایپ شده نانو مواد
وجونگ کائو پیام نور نوید اصلانی پیام نور محم علمی کاربردی ضا محمدی دانشگاه پیام نور علمی کاربردی فتحالله کریم
/”” “ً ” [7]
: “٪ % ٪ ٪.” [8]
[4] [9]
[10] [11] [12] [13]
[14] [15] [16][17]
(ً ) ()، [18] [19] “” ( )، ( )،[16]
/[20] ً [21]
: [23][24] [25]
: [24]
: () [26]
()، [27] ً، [28]
نانوذرات یا نانوبلورهای ساخته شده از فلزات، نیمه رساناها یا اکسیدها به دلیل خواص مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی، نوری، شیمیایی و سایر خواص آنها از اهمیت خاصی برخوردار هستند. [30] [31] نانوذرات به عنوان نقاط کوانتومی و به عنوان کاتالیزورهای شیمیایی مانند کاتالیزورهای مبتنی بر نانومواد استفاده شدهاند . اخیراً، طیف وسیعی از نانوذرات به طور گسترده برای کاربردهای زیست پزشکی از جمله مهندسی بافت ، تحویل دارو ، حسگر زیستی مورد بررسی قرار گرفتهاند. [32] [33]
نانوذرات از آنجایی که به طور موثر پلی بین مواد حجیم و ساختارهای اتمی یا مولکولی هستند، از علاقه علمی زیادی برخوردار هستند . یک ماده حجیم بدون توجه به اندازه آن باید خواص فیزیکی ثابتی داشته باشد، اما در مقیاس نانو اغلب اینطور نیست. خواص وابسته به اندازه مانند محصور شدن کوانتومی در ذرات نیمه هادی ، تشدید پلاسمون سطحی در برخی از ذرات فلزی و سوپرپارامغناطیس در مواد مغناطیسی مشاهده شده است.
نانوذرات تعدادی خواص ویژه را نسبت به مواد حجیم از خود نشان می دهند. به عنوان مثال، خمش مس توده ای (سیم، روبان، و غیره) با حرکت اتم ها/خوشه های مس در مقیاس 50 نانومتر رخ می دهد. نانوذرات مس کوچکتر از 50 نانومتر مواد فوق سختی در نظر گرفته می شوند که چکش خواری و شکل پذیری مشابهی با مس فله ای از خود نشان نمی دهند. تغییر در خواص همیشه مطلوب نیست. مواد فروالکتریک کوچکتر از 10 نانومتر می توانند جهت قطبش ً [34] [35] [36] [35] [36]
[24] [37]
[24]
() [38] : [39] [40] (-)، ً [41] [43] ناهمسانگرد خود مونتاژ به نام TriboTEX نیز تعمیر کرد. [42]نانومواد همچنین در طیف وسیعی از صنایع و محصولات مصرفی کاربرد دارند. نانوذرات معدنی مانند اکسید تیتانیوم برای بهبود محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش در ضد آفتاب استفاده شده است. در صنعت ورزش، خفاشهای سبکتر با نانولولههای کربنی برای بهبود عملکرد تولید شدهاند. کاربرد دیگر در ارتش است که در آن از نانوذرات رنگدانه متحرک برای ایجاد استتار موثرتر استفاده شده است. نانومواد همچنین می توانند در کاربردهای کاتالیزور سه طرفه (TWC) استفاده شوند. مبدلهای TWC دارای مزیت کنترل انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) هستند که پیشساز باران اسیدی و مه دود هستند. [44] در ساختار هسته-پوسته، نانومواد به عنوان تکیه گاه کاتالیزور برای محافظت از فلزات نجیب مانند پالادیوم و رودیوم، پوسته تشکیل می دهند. [45]عملکرد اصلی این است که می توان از تکیه گاه ها برای حمل اجزای فعال کاتالیزور استفاده کرد، آنها را بسیار پراکنده کرد، استفاده از فلزات نجیب را کاهش داد، فعالیت کاتالیزورها را افزایش داد و استحکام مکانیکی را بهبود بخشید.
سنتز
هدف هر روش مصنوعی برای نانومواد، تولید مادهای است که خواصی از خود نشان دهد که نتیجه مقیاس طول مشخصه آنها در محدوده نانومتری (1 تا 100 نانومتر) است. بر این اساس، روش مصنوعی باید کنترل اندازه را در این محدوده نشان دهد تا بتوان به یک ویژگی یا خاصیت دیگر دست یافت. اغلب روش ها به دو نوع اصلی «پایین به بالا» و «بالا به پایین» تقسیم می شوند.
روش های پایین به بالا
روش های پایین به بالا شامل مونتاژ اتم ها یا مولکول ها در آرایه های نانوساختار است. در این روش ها منابع مواد خام می تواند به صورت گاز، مایع یا جامد باشد. مورد دوم قبل از ادغام در یک نانوساختار به نوعی جداسازی قطعات نیاز دارند. روش های پایین به بالا به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند: هرج و مرج و کنترل شده.
فرآیندهای هرج و مرج شامل بالا بردن اتم ها یا مولکول های سازنده به حالت آشفته و سپس تغییر ناگهانی شرایط به طوری که آن حالت را ناپایدار می کند. از طریق دستکاری هوشمندانه هر تعدادی از پارامترها، محصولات عمدتاً در نتیجه سینتیک بیمه تشکیل می شوند. کنترل فروپاشی ناشی از وضعیت آشفته می تواند دشوار یا غیرممکن باشد و بنابراین آمار مجموعه اغلب بر توزیع اندازه حاصل و اندازه متوسط حاکم است. بر این اساس، تشکیل نانوذرات از طریق دستکاری وضعیت نهایی محصولات کنترل می شود. نمونههایی از فرآیندهای آشفته عبارتند از فرسایش لیزری، [46] سیم انفجاری، قوس، تجزیه در اثر حرارت، احتراق، [47] و تکنیکهای سنتز بارش.
فرآیندهای کنترلشده شامل جزوه نانو مواد کنترلشده اتمها یا مولکولهای تشکیلدهنده به محل(های) تشکیل نانوذرات است، به طوری که نانوذره میتواند به اندازههای تعیینشده به روشی کنترلشده رشد کند. به طور کلی وضعیت اتمها یا مولکولهای تشکیلدهنده هرگز از حالت مورد نیاز برای تشکیل نانوذرات دور نیست. بر این اساس، تشکیل نانوذرات از طریق کنترل وضعیت واکنش دهنده ها کنترل می شود. نمونههایی از فرآیندهای کنترلشده عبارتند از: محلول رشد خود محدود شونده، رسوب بخار شیمیایی خود محدود ، تکنیکهای لیزر فمتوثانیه پالس شکلدار و اپیتاکسی پرتو مولکولی .
روش های بالا به پایین
روشهای بالا به پایین مقداری «نیرو» (مانند نیروی مکانیکی، لیزر) برای شکستن مواد حجیم به نانوذرات اعمال میکنند. یک روش رایج شامل شکستن مکانیکی مواد فله به نانومواد، «فرز گلولهای» است. علاوه بر این، نانوذرات را می توان با فرسایش لیزری نیز ساخت که از لیزرهای پالس کوتاه (مثلاً لیزر فمتوثانیه) برای از بین بردن یک هدف (جامد) استفاده می کند. [46]
شخصیت پردازی
: () [48]
[49] روش میدان تاریک برای دیدن ذرات با اندازه های بسیار کمتر از طول موج نور استفاده می کند.
تکنیکهای سنتی در قرن بیستم در علوم رابط و کلوئیدی برای توصیف نانومواد توسعه یافته است. اینها به طور گسترده برای نسل اول نانومواد غیرفعال که در بخش بعدی مشخص شده اند استفاده می شوند.
این روشها شامل چندین تکنیک مختلف برای توصیف توزیع اندازه ذرات می باشد . این خصوصیات ضروری است زیرا بسیاری از موادی که انتظار می رود اندازه نانو داشته باشند در واقع در محلول ها ادغام می شوند. برخی از روش ها بر اساس پراکندگی نور هستند. برخی دیگر از اولتراسوند استفاده می کنند ، مانند طیف سنجی تضعیف اولتراسوند برای آزمایش نانو پراکندگی های غلیظ و میکروامولسیون ها. [50]
همچنین گروهی از تکنیکهای سنتی برای توصیف بار سطحی یا پتانسیل زتا نانوذرات در محلولها وجود دارد. این اطلاعات برای تثبیت مناسب سیستم، جلوگیری از تجمع یا لخته شدن آن مورد نیاز است . این روشها شامل میکروالکتروفورز ، پراکندگی نور الکتروفورتیک و جزوه نانو مواد است. روش آخر، به عنوان مثال، روش جریان ارتعاشی کلوئیدی برای توصیف سیستم های متمرکز مناسب است.
خواص مکانیکی
تحقیقات در حال انجام نشان داده است که خواص مکانیکی می تواند به طور قابل توجهی در نانومواد در مقایسه با مواد حجیم متفاوت باشد. نانومواد به دلیل حجم، سطح و اثرات کوانتومی نانوذرات دارای خواص مکانیکی قابل توجهی هستند. این امر زمانی مشاهده میشود که نانوذرات به مواد حجیم معمولی اضافه میشوند، نانومواد دانه را پالایش میکند و ساختارهای بین دانهای و درون دانهای را تشکیل میدهد که مرزهای دانه و در نتیجه خواص مکانیکی مواد را بهبود میبخشد. [51]پالایش مرز دانه با افزایش تنش لازم برای ایجاد شکستگی های بین دانه ای یا ترانس دانه ای تقویت می شود. یک مثال رایج که در آن / :
[52] () ؛ : [53]
= (- ) [54]
فهرست مطالب