+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در چهارشنبه 1389/02/01 و ساعت 17 |
ساختار نانولوله هاي کربني مانند يک صفحه گرافيت است که دو سر آن به هم متصل شده و يک استوانه ساخته اند. همانطور که ديديد، دو سر صفحه گرافيت را به سه شکل مختلف مي توان به هم متصل نمود، بنابراين سه نوع نانولوله خواهيم داشت:
1- نوع زيگزاگ
اتمهاي متصل به هم در اين نوع شکل زيگزاگ را پديد مي آورند:

2- نوع صندلي
در اين نوع، اتم ها طوري به يکديگر اتصال يافته اند که فرم صندلي را براي ما تداعي مي کنند:

3- نوع نامتقارن
رديف هاي اتمي در اين نوع نانولوله به صورت اريب قرار مي گيرند، بنابراين اگر اين نانولوله را مقابل آينه قرار دهيد، تصويري متفاوت از اصل را خواهيد ديد و به همين علت هم ، نامتقارن نام گرفته است:

براي انجام بازي «تقارن آينه اي» به آدرس زير سري بزنيد:

http://nobelprize.org/chemistry/educational/chiral/

و براي اين که عکس هاي واقعي از نانولوله هاي کربني را ببينيد به نشاني زير مراجعه کنيد:

http://www.ipt.arc.nasa.gov/gallery.html

براي ساختن نانولوله هاي گفته شده در بالا با کاغذ، صفحات زير را داونلود کنيد. اين صفحات ساختار شش ضلعي هاي منتظم اتمهاي کربن را نشان مي دهد. براي ساختن نانولوله ها، صفحات را طوري به يکديگر بچسبانيد که کلمات «زيگزاگ»، «صندلي» و «نامتقارن» کامل شوند.
• نوع صندلي
• نوع نامتقارن
• نوع زيگزاگ

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در چهارشنبه 1389/02/01 و ساعت 17 |

 

اصلاح نانو لوله های کربنی

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در دوشنبه 1389/01/16 و ساعت 3 |

 

مهندسین بایو امیدوار هستند که برخی از مسائل مرتبط با معالجه مفاصل جراحی شده به زودی حل شود. افراد بسیاری که تخریب غضروف استخوان را تحمل می کنند، هیچ گاه کاملاً بهبود نمی یابند زیرا عموماً غضروف استخوان توانایی التیام و بازساخت خود را همانند دیگر بافت ها ندارد. اما Thomas Webster مهندس نانوفناوری دانشگاه Brown راهی را برای ساخت دوباره غضروف به صورت طبیعی با بهره گیری از نانولوله های کربنی و پالس های الکتریکی ابداع کرد
تا کنون معمول ترین روش برای آرام کردن درد از بین رفتن غضروف، تزریق مسکن به همراه یک ژل مصنوعی بود که قابلیت های غضروف را به عنوان جاذب ضربه دارد. اما این، راه حلی موقتی است، که نیاز به تزریقات متوالی و پی در پی دارد.
پژوهش های علمی Webster راه حل بهتری را پیشنهاد دادند. نتایج منتشر شده اخیر از پژوهش او، نشان می داد که غضروف استخوان می تواند به طور طبیعی از طریق ساخت یک سطح سنتزی که سلول های شکل دهنده غضروف را جذب کند، ساخته شود.
این سلول ها می توانند هم محور شده و از طریق پالس های الکتریکی تکثیر شوند. دانشگاه Brown بیان می کند که این اولین مطالعه در جهت بازساخت غضروف با استفاده از این روش است.
Webster و تیم تحقیقاتی او یافتند که سطوح زبر و ناصاف نانولوله های کربنی بسیار شبیه به طرح بافت طبیعی هستند. به همین دلیل، سلول های شکل گیری غضروف به نام نرمه استخوان، نانولوله ها را به عنوان یک محیط طبیعی برای ساکن شدن می دانند.
پژوهش پیشین شامل استفاده از سطوح میکرونی بود که در مقیاس نانو نرم کننده هستند. Webster باور دارد که سطوح نانوکربنی به دلیل زبری شان و نیز به دلیل اینکه می توانند برای تناسب کانتورهای محیط های ساخته نشده، شکل گیرند، بهتر عمل می کنند.
همچنین پژوهش او نشان داد که سلول های غضروف اگر توسط پالس های الکتریکی حذف شوند می توانند برای رشد با دانسیته بالاتر ترغیب شوند. زمانی که مشخص شد او کاملاً در مورد علت اینکه الکتریسیته این تاثیر را دارد مطمئن نیست، Webster گفت که تصور می کند علت این است که الکتریسیته به یون های کلسیم برای ورود به سلول ها کمک می کند و کلسیم نقش یک تابع اولیه را برای رشد غضروف ایفا می کند.
هم اکنون تیم تحقیقاتی Brown قصد دارد روش بازساخت غضروف را بر روی حیوانات آزمایش کند و اگر موفقیت آمیز بود، بر روی انسانن آزمایش کنند. بنیاد علوم ملی، تحت اتحادیه نانوفناوری ملی، هزینه آنها را تقبل کرده است.
تکنیک رشد استخوان شامل استفاده از بافت های نانولوله و خواص الکتریکی می باشد. ورقه های پلی کربن سخت شده با نانولوله ها، سطح بهینه بیشتری برای رشد سلول های غضروف نسبت به پلی کربن بدون پوشش می سازند. به نظر می رسد لوله ها یک داربست بهتری را جهت تحریک سلول ها برای رشد فشرده تر فراهم می آورند. به دلیل اینکه این مواد هنوز کاملاً واضح نیست، گروه Brown به این نتیجه رسید که سلول های غضروف اگر یک شارژ الکتریکی به نانولوله ها وارد شود، می توانند برای رشد سریعتر تحریک شوند. اگر فعالیت های آنها نتیجه دهد، محققان کاشتنی های غضروف و جایگزین های پیشرفته مفاصل را باور خواهند کرد.

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در دوشنبه 1389/01/16 و ساعت 3 |

تاكنون از نانولوله های كربنی به طور موفقیت آمیزی در قطعات مختلف مدارهای نانو مقیاس از جمله ترانزیستورها، مبدل ها و كلید ها استفاده شده و اكنون دانشمندان توانسته اند حافظه فراری از جنس نانولوله های كربنی بسازند كه اگر چه در مراحل مقدماتی و اولیه است اما بسیار نویدبخش است.

این محصول تا تكمیل و تبدیل شدن به كالایی قابل عرضه در بازار بسیار فاصله دارد اما در عین حال گام مهمی جهت فراهم ساختن زمینه استفاده از نانولوله های كربنی در قطعات اصلی الكترونیكی به شمار می آید
جوان دای، سرپرست این طرح تحقیقاتی از فیزیكدانان دانشگاه پلی تكنیك هنگ كنگ در این باره می گوید كه سایر ابزارهای مشابهی كه تاكنون ساخته شده در آنها از نانولوله های كربنی استفاده شده است و تنها می توانند در دماهای بسیار پایینی كه كاربرد عملی ندارند كار كنند.
این ابزار جدید، قابلیت حیرت انگیزی در نگهداری طولانی مدت اطلاعات، آن هم در دمای اتاق از خود نشان داد و این امر نشان از امكان پذیر بودن روند كلی ساخت ابزارهای حافظه فرار با استفاده از نانولوله های كربنی دارد.

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در دوشنبه 1389/01/16 و ساعت 3 |

 

تهيه نانولوله هاي كربني با استفاده از كاتاليست CaCo با پايه 3 FeCo به روش CVD

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در دوشنبه 1389/01/16 و ساعت 3 |

 

نانو لوله های کربنی چند لايه اصلاح شده جاذبی جديد و سبز برای استخراج و پيش تغليظ مقادير کم

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در دوشنبه 1389/01/16 و ساعت 3 |

 

 ضرورت استاندارد سازي نانولوله هاي كربني و چالشهاي آن

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در یکشنبه 1389/01/15 و ساعت 0 |

 

نانولوله های کربنی، روشهای توليد و کاربرد آن

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در چهارشنبه 1389/01/11 و ساعت 0 |

 

كاربردها و چالشهاي زيستي نانولوله هاي كربني

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در دوشنبه 1389/01/09 و ساعت 0 |

 

روشهاي رشد نانولوله هاي كربني

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در یکشنبه 1389/01/08 و ساعت 0 |

 

كاربرد مكانيكي نانو لوله هاي كربني

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در شنبه 1389/01/07 و ساعت 0 |

 

جداسازی ترکیبات گوگردی موجوددر بنزین توسط کاتالیست برپایه نانو لوله های کربنی

 

 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در جمعه 1389/01/06 و ساعت 18 |
شركت نانو كامپ واقع در آمریكا گزارشی از محصولات، برنامه های تحقیق و توسعه و برنامه های كاربردی خود منتشر كرد كه نمایانگر پشرفت نانولوله های كربن در كاربردهای ضد گلوله، هوافضا و قطعات و سازه های الكترومغناطیسی می باشد.

به گزارش سانا، پیتر آنتوانیت، نماینده و رئیس اجرایی شركت نانو كامپ اظهار می دارد: شركت نانو كامپ در حال حاضر ورق هایی از نانو لوله های كربن در ابعاد 2/1 متر در 4/2 متر می سازد كه به صورت رول هایی به طول 6/7 متر تا 5/30 متر در آیند و در محلی به مساحت 371 متر مربع به كار می روند كه تا سال 2013 این مساحت به 9،290 متر مربع افزایش می بابد. این شركت امیدوار است سالانه 4 تا 6 تن نانو لوله كربن تولید كند.
آقای آنتواینت می گوید: "نانو لوله های كربن این شركت در صفحات الكترومغناطیسی و محصولات ضد گلوله به كار می روند." شركت نانو كامپ به منظور تكمیل بدنه زره پوش و استفاده از این نانو لوله ها به صورت لایه هایی در قسمت پشت آن با مركز نظامی ناتیك آمریكا همكاری می كند. ضخامت لایه های مذكور عمدتاً 2 میلیمتر است كه به صورت 200 لایه در هر سمت محور بدنه زره پوش قرار می گیرد. آزمایشات نشان داده اند كه بدنه زره پوشی كه توسط شركت نانو كامپ تكمیل شده، می تواند یك گلوله 9 میلیمتری را متوقف كند . در كاربردهای الكترومغناطیسی، نانو لوله های شركت نانو كامپ در مقابل سیگنال های الكتریكی نقش حفاظت كننده را ایفا می كنند.
شركت نانو كامپ بر آن است تا كیفیت نانو لوله های كربن خود را در پیش آغشته ها هم بالا ببرد كه در ماتریس رزین شركت های سایتك، تنكیت و رنه گیت به این موفقیت نائل شده است. به گفته آقای آنتواینت، هدف شركت، رساندن رشد نانو لوله های خود به سطح الیاف كربن است تا قیمت آن به ازای هر كیلوگرم به 350 تا 400 دلار برسد.
آقای آنتواینت در پایان گفتند: "هیچ چیز نمی تواند مانع رسیدن ما به محصولی با كیفیت الیاف كربن شود."
منبع:http://www.polymerinfo.net
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در پنجشنبه 1389/12/12 و ساعت 0 |

تقویت خواص مكانیكی نانوكامپوزیت‌ها با نانولوله‌ی كربنی

پژوهشگران دانشگاه شهركرد، به كمك روش‌های عددی، موفق به پیش‌بینی خواص مكانیكی مواد نانوكامپوزیتی شدند.

دكتر حسین گلستانیان، عضو هیئت علمی دانشگاه شهركرد، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه‌ی توسعه‌ی فناوری نانو گفت: «كامپوزیت‌های تقویت شده با نانولوله‌های كربنی دارای خواص مكانیكی برتری نسبت به مواد كامپوزیتی متداول هستند. این نانوكامپوزیت‌ها در صنایع مختلف به‌خصوص در صنایع هوافضا كاربرد فراوانی دارند».

وی علت اصلی به‌كارگیری روش‌ها و مدل‌های عددی را موجود نبودن امكانات آزمایشگاهی برای تولید نانوكامپوزیت‌ها و اندازه‌گیری خواص مكانیكی آنها در دانشگاه شهركرد عنوان كرد.

دكتر گلستانیان در رابطه با نتایج این تحقیق گفت: «نانولوله‌های كربنی در تقویت زمینه‌های پلیمری بسیار موثر عمل می‌كنند. همچنین با در نظر گرفتن چگونگی چسبندگی در فاز مشترك بین نانولوله و ماده‌ی زمینه، مشخص گردید كه هر چقدر چسبندگی بهتر باشد، اثرات تقویتی نانولوله بیشتر خواهد بود».

وی افزود: «در مجموع به این نتیجه رسیدیم كه میزان تاثیر نسبی نانولوله‌ی كربنی بر خواص مكانیكی ماده‌ی زمینه برای موادی كه دارای مدول الاستیك پایین‌تری هستند، بیشتر است».

دكتر گلستانیان در پایان گفت: «به‌دلیل قیمت بالا و خواص منحصر به فرد این نانوكامپوزیت‌ها، در حال حاضر می‌توان از این مواد در صنایع هوافضا و در ساخت سازه‌های هوایی استفاده كرد.

این پژوهش كه در قالب پایان‌نامه‌ی كارشناسی ارشد مهندس مصطفی شجایی و با راهنمایی دكتر حسین گلستانیان در دانشكده‌ی فنی و مهندسی و مركز پژوهشی فناوری نانوی دانشگاه شهركرد انجام شده‌است- در مجله‌ی Computational Materials Science (جلد 50، صفحات 736-731، سال 2010) منتشر شده‌است.

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در چهارشنبه 1389/10/29 و ساعت 13 |
روشی برای ساختن نانولوله های كربن بدون كاتالیزور فلز

ظاهراً صنعت هوا فضا برای ساخت نانولوله های كربن دستور العمل خاص خود را دارد كه طبق آن فلز را از اجزاء محصولات خود حذف می كند. یافته جدید مربوط به محصول فرعی آزمایشگاهی است كه توسط آقای ژوزف ناث و همكارانش در مركز فضایی ناسا طراحی شده است تا این پرسش را مطرح كند كه چگونه كربن در بخشی از فضا كه ستاره ها و سیارات در آن تولید می شوند، بازیافت می شود؟

در جدید ترین مقاله مجله اختر شناسی، گروه آقای ناث موازنه ترین واكنش شیمیایی را شرح می دهند. بر خلاف روشهای رایج تولید نانولوله های كربن، در رویكرد جدید به كاتالیزور فلزی نیازی نیست. آقای ناث چنین توضیح داد كه "سابقاً نانولوله ها با افزودن پودر گرافیت به مخلوط گازهای منوكسید كربن و هیدروژن ساخته می شدند." آقای دیك زار، رییس دانشكده شیمی دانشگاه استنفورد، گفت: " مایه تعجب است كه این مقاله، هم در فیزیك نجومی و هم در علم مواد كاربرد دارد. آیا در طبیعت برای ساخت نانو لوله های كربن، ماده شیمیایی جدیدی كه ما هنوز كشف نكرده ایم وجود دارد؟

در سال 2008 اولین نشانه های این ماده شیمیایی در سازه كربنی نازك و بلندی كه به ویسكر گرافیتی معروف است و از نانولوله های كربن بزرگ تر می باشد در سه شهاب سنگ دیده شد. این یافته حاكی از آن است كه وجود غباری از ویسكرهای گرافیتی در فضا، تاریك شدن برخی ابر نواختران و در نتیجه دور شدن آنها را نشان می دهد. آقای مارك فرایز، رییس آزمایشگاه نیرو محركه جت اظهار داشت: "هنوز اطلاعات ما در مورد چگونگی تشكیل ویسكرهای گرافیتی ناچیز است، بنابراین توضیح نحوه اكتشاف آنها مشكل است." آقایان فرایز و اندرو استیل از موسسه علوم كارنگی در واشنگتن، وجود ماده شیمی مذكور در شهاب سنگ ها را گزارش دادند. آزمایشات گروه آقای ناث مراحل تشكیل چنین سازه هایی را توضیح می دهد. آقای فرایز توضیح داد: " با این توضیحات درك ماهیت ویسكرهای گرافیتی و علت دخالت آنها در تشكیل بخش بزرگتری از منظومه شمسی امكان پذیر می شود و قابل رویت بودن آنها نیز توجیه می گردد."

آقای ناث برای تولید بنزین یا ساخت دیگر سوخت های مایع از ذغال سنگ، روش متفاوتی پیشنهاد می كند كه از آن به سنتز فیشرتروش (Fischer tropsch) تعبیر می شود و محققین گمان می كنند با این روش می توان برخی از تركیبات ساده كربن كه در كهكشان اولیه وجود داشت را تولید كرد. به نظر آقای ناث نانولوله هایی كه به این روش تولید می شوند، كلید بازیافت كربنی هستند كه در انفجارات ابر نواختران هنگام آزاد شدن ذرات غنی از كربن، از بین رفته است.

دانشمندان مواد دانشگاه توهوكو نانولوله های كربن ساخته شده در این آزمایشات را زیر میكروسكوپ های الكترونی قوی قرار دادند و ساختار آنها را تعیین كردند. آنها ذراتی را دیدند كه روی آنها گرافیت نرم اولیه روی منطقه ای بدون ساختار حركت كرده و در نهایت به محلی كه پر از توده مو مانند می باشد، رفته اند. با میكروسكوپی قوی تر مشاهده شد كه این توده ها در واقع انبوهی از نانو لوله های كربن شبیه توده ای از استریوفوم بودند كه انتهای آنها قطع شده باشد.

این مشاهده دانشمندان دانشگاه توهوكو را شگفت زده كرد زیرا نانولوله های كربن معمولاً روی بلورهای پلاتین یا فلزات دیگر رشد می كنند ولی در  دستور العمل گروه آقای ناث از فلز استفاده نمی شد. این دانشمندان به دنبال یافتن آلودگی فلزی بودند اما همراه نمونه نانولوله ها فلزی نیافتند.

اگر آزمایشات بیشتر نشان دهد كه روش جدید برای كاربردهای علم مواد مناسب است، می توان روش رایج تولید نانو لوله ها را تكمیل كرد یا آنها را با روش جدید جایگزین كرد. به نظر آقای زار برای به وجود آمدن این امكان باید مطالعه بیشتری انجام گیرد.

 

منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه موسسه كامپوزیت ایران  

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در چهارشنبه 1389/08/19 و ساعت 15 |

 

مطالعات جديد بر روي مقاومت نانولوله‌هاي کربني، نشان مي‌دهد که نانولوله‌ي کربني به ازاي هر واحد اونس، 117 بار مقاوم‌تر از فولاد و 30 بار مقاوم‌تر از kevlar (ماده‌اي که در جليقه‌هاي ضد گلوله و ساير محصولات مشابه به آن استفاده مي‌شود) است.
به گزارش مجله‌ي science daily در 16 سپتامبر 2010، نانولوله‌هاي کربني (ذرات بسيار ريزي که موجب انقلابي در صنايع الکترونيک، داروسازي و ساير زمينه‌ها مي‌شوند)، بسيار مقاوم‌تر از حد تصور است.
اين يافته‌ها که مي‌تواند کاربردهاي تجاري و صنعتي نانولوله را گسترش دهد، در مجله‌ي ماهانه «ACS nano» به چاپ رسيده‌است.
استفان کرونين و همکارانش اظهار کردند که نانولوله‌ها -که يک پنجاه‌هزارم ضخامت موي انسان هستند- به‌دليل مقاومت منحصربه‌فرد و رسانايي الکتريکي بالا و ديگر ويژگي‌هايشان بسيار تحسين‌برانگيزند. نانولوله‌ها مي‌توانند به‌صورت قابل توجهي و شبيه به شکلات‌هاي تافي، قبل از پاره شدن، کش بيايند. اين ويژگي، آنها را به مواد ايده‌آلي براي کاربردهاي جديدي تبديل مي‌کند؛ به‌طوري‌که شايد تخيل‌هاي علمي نيز به واقعيت بپيوندند، مثلاً ساخت کابل‌هاي آسانسور فضايي که اشيا را از سطح زمين به فضا مي‌برند.
دانشمندان، براي برطرف کردن ترديدها در مورد مقاومت حقيقي نانولوله‌ها، نانولوله‌هاي کربني تک‌جداره را با طول‌ها و ضخامت‌هاي متفاوت، تحت کشش بسيار شديد قرار دادند. آنها دريافتند که نانولوله‌ها مي‌توانند تا بيش از 14% طول اوليه‌شان کش بيايند يا به عبارتي طول آنها مي‌تواند به اندازه‌اي بيش از دو برابر آن ميزاني افزايش يابد که قبلاً به‌وسيله‌ي ديگران گزارش شده بود.
نتايج اين پژوهش، حد پايين جديدي براي استحکام نهايي نانولوله‌هاي کربني نشان مي‌دهد.
جزئيات اين پژوهش در مجله‌ي ACS nanoمنتشر شده‌است.

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در چهارشنبه 1389/08/05 و ساعت 23 |

موسسه نانو فنآوری های ساس وست ایالات متحده امریکا SouthWest Nano Technologies,lnc، یكی از تولید كنندگان پیشرو در ساخت نانوتیوبهای كربنی تك دیواره و چند دیواره ویژه (SMW) است كه هم اكنون نانو تیوب كربنی خاصی برای موسسه نانوریدج ساخته است. این نانو تیوب های كربنی كه قرار است در بافت زره نظامیان گنجانده شود باعث استحكام بیشتر و در نهایت محافظت بهتر از سربازان و نیروهای امنیتی می شوند.

این زره هیبریدی جدید، كه موسسه نانوریدج آن را در آینده در مقیاس وسیعی تولید خواهد نمود، توسط آژانس تحقیقات دفاعی ایالات متحده (DARPA) مورد آزمایشات و ارزیابی های مختلفی در برابر مخرب ترین سلاح های گرم قرار گرفت.

آقای دكتر كایل كیسل (Kyle Kissell)، مشاور فنی موسسه نانوریدج اشاره كرد: پس از اعمال آزمایشات گوناگون برروی این زره ها، نتیجه آن شد كه این زره ها بهتر، سبك تر و ارزان تر از قبل شده است. موسسه نانوریدج بعد از ارزیابی چندین فراوردههای متفاوت، نانوتیوب های چند دیواره موسسه نانو ساس وست را برگزید و معتقد است، خصوصیات و ارزیابی تجاری این نانوتیوبها با نیاز های مردم برای حفظ امنیت شان، ارتباط خواهد داشت.

مدیر عامل موسسه نانوریدج آقای كریس لاندبرگ(Chris Lundberg) می گوید: استفاده ازنانوتیوب های چند دیواره در بافت زره های نظامی انتخاب مناسبی است زیرا مقرون به صرفه و به زره استحكام بالایی می بخشد و براحتی در پلیمر پراكنده و همچنین كارایی كامپوزیت را ارتقاء می دهد.


منبع: جک کامپوزیت

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در پنجشنبه 1389/07/08 و ساعت 11 |

تصفيه آب با استفاده از نانولوله‌ها به همت پژوهشگران هندي امكانپذير شد.

فناوري‌نانو مي‌تواند راه‌حلي براي تأمين ايمن آب شرب در مناطقي از جهان كه دچار خشكسالي ‌هاي دوره‌اي بوده يا آلودگي آب در آنجا شايع است، پيدا كند. پژوهشگران در هند توضيح داده‌اند كه چگونه مي‌توان نانولوله‌هاي كربني را جايگزين مواد رايج در سيستم‌هاي تصفيه آب كرد.

مشكل كمبود آب و عدم دسترسي به آب شرب ايمن، به عنوان مسئله‌اي مهم در حال افزايش است. در حال حاضر يك سوم جمعيت جهان در كشورهايي زندگي مي‌كنند كه از نظر آب در مضيقه هستند و پيش‌بيني مي‌شود اين جمعيت در سال 2025 به دو سوم افزايش يابد.

پژوهشگران مركز تحقيقات اتمي بهابها (BARC) واقع در مومباي هند، تشريح كرده‌اند كه چگونه بررسي‌ها در مورد فناروي‌هاي جديد تصفيه آب به‌طور ثابت در حال انجام است، ولي اين فناوري‌ها بايد از نظر نصب، كاربرد و نگهداري، نسبتاً ساده و ارزان باشد تا بتواند در كشورهاي در حال توسعه دوام داشته باشد.

خواص شيميايي منحصر به فرد نانولوله‌هاي كربني باعث مي‌شود كه تنها مولكول‌هاي بسيار كوچك مانند مولكول ‌هاي آب بتوانند از درون آن عبور كنند در حالي كه ويروس‌ها، باكتري‌ها، يون‌هاي فلزي سمي و مولكول‌هاي آلي خطرناك اين قابليت را نداشته باشند.

اين گروه گزارش كرده ‌است كه آب به آساني از درون نانولوله‌هاي كربني عبور مي‌كند و در نتيجه فيلتري كه بر اساس اين فناوري ساخته شده است، بسيار كارآمد خواهد بود و عبور شدت جريان زيادي از آب را بدون رسوب گرفتن فيلتر امكانپذير مي‌كند. خصوصاً نيروي محركه لازم براي عبور دادن آب از درون اين فيلتر در مقايسه با فناوري غشايي رايج كمتر خواهد بود.

به هر حال براي اينكه اين سيستم براي تصفيه آب آلوده مناسب باشد، بايد كارهاي مهندسي براي مرتب‌سازي اين ساختارهاي نانومتري به صورتي كاملاً تعريف شده انجام پذيرد تا آلودگي‌زدايي از آب به طور مؤثري امكانپذير شود. اين گروه در حال حاضر در حال بررسي قابليت تشكيل سيستم تصفيه آبي بر مبناي نانولوله‌هاي كربني است كه توانايي جداسازي آرسنيك، فلورايد، فلزات سنگين و مواد شيميايي آلي خطرناك را داشته باشد. اين پژوهشگران مي‌گويند نانولوله‌هاي كربني داراي اعتبار مؤثري براي تصفيه آب هستند
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در شنبه 1389/07/03 و ساعت 0 |



     
 

جهت دانلود کليک کنيد - 4shared

 


در صورت نياز پسورد
     
 

www.morteza9595.blogfa.com

 
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در جمعه 1389/04/18 و ساعت 2 |


Toxicity of carbon nanotubes

مسموميت نانو لوله هاي كربني





+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در سه شنبه 1389/03/18 و ساعت 2 |

 

سنتز نانو لوله های کربنی (CNT) به روش کاتالیستی بخار متان (CVD)

 



یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در شنبه 1389/03/08 و ساعت 13 |


Toxicity issues in the application of carbon nanotubes to biological
systems

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در شنبه 1389/03/08 و ساعت 13 |

Peter J. F. Harris, "Carbon Nanotube Science: Synthesis, Properties and Applications"
Cambridge University Press | 2009 | ISBN: 0521828953 | 314 pages | PDF | 7,5 MB

Carbon nanotubes represent one of the most exciting research areas in modern science. These molecular-scale carbon tubes are the stiffest and strongest fibres known, with remarkable electronic properties, and potential applications in a wide range of fields. Carbon Nanotube Science is the most concise, accessible book for the field, presenting the basic knowledge that graduates and researchers need to know. Based on the successful Carbon Nanotubes and Related Structures, this new book focuses solely on carbon nanotubes, covering the major advances made in recent years in this rapidly developing field. Chapters focus on electronic properties, chemical and bimolecular functionalisation, nanotube composites and nanotube-based probes and sensors. The book begins with a comprehensive discussion of synthesis, purification and processing methods. With its full coverage of the state-of-the-art in this active research field, this book will appeal to researchers in a broad range of disciplines, including nanotechnology, engineering, materials science and physics.

Summary: Zig-zag ride on the buckytube
Rating: 5

The new book by Peter Harris reviews the properties of carbon nanotubes and clarifies their promise as revolutionary new materials for the XXI century. Harris has written a most readable and useful book, which contains a wealth of up-to-date information for specialists and non-specialists. The book highlights the main challenges that have to be overcome if carbon-based nanotube technology is to fulfil the exciting, indeed revolutionary, promise that the already-known properties forecast........Times Higher Educational Supplement






+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در پنجشنبه 1389/02/09 و ساعت 2 |

 

ارزيابي ذخيره سازي هيدروژن در نانوساختارهاي كربني 

 

 

یا

 


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در سه شنبه 1389/02/07 و ساعت 22 |

 

رفتار خوردگي پوششهاي کامپوزيتي فلز- نانولوله هاي کربني

 

 

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در یکشنبه 1389/02/05 و ساعت 14 |

شيشه ماده‌ شفافی است که من و شما به خوبی آن‌را می‌شناسيم و هرجا و در هر شرايطی که زندگی کنيم، برای تامين نور طبيعی ساختمان‌‌ها از آن استفاده می‌کنيم. انواع و اقسام آن‌را ديده‌ايم و می‌دانيم که يک جسم شيشه‌ای بسته به رنگ و صخامتی که دارد، در برابر نور رفتار متفاوتی نشان می‌دهد. شيشه‌های معمولی بيش‌ترِ نور تابيده شده را عبور می‌دهند، بخشی از آن‌را هم منعکس می‌کنند (مانند زمانی که آينه گونه عمل می‌کنند و شما تصوير آدم‌ها يا محيط اطراف را بر روی آن می‌بينيد) و مقدار کمی را هم جذب می‌نمايند. اما معمولا عايق‌های حرارتی خوبی نيستند. در زمستان گرما داخل خانه را هدر می‌دهند و در تابستان خنکی مطبوع آن‌را. آلودگی را هم به سرعت به خود جذب می‌کنند، با بارش چند قطره باران و يا حتی با کوچکترين تماس دستی آلوده می‌شوند. اين مسئله شايد برای شيشه‌های پنجره يک خانه مسکونی چند طبقه اهميت چندانی نداشته باشد، اما برای ساختمان‌های بلند مسئله قابل توجهی می‌شود.

کاربری فراوان شيشه در زندگی روزمره و مشکلات آن از نگاه دقيق و موشکاف فناوری نانو دور نمانده است. اين فناوری، با پوشش‌ها و لايه‌های نازک نانومتری خود آماده است تا شيشه‌های جديدی با قابليت‌های جديد ايجاد نمايد (اگر نمی‌دانید نانو پوشش و لايه نازک چيست مقاله‌های پيش‌نياز را از کنار صفحه بخوانيد). ويژگی‌های ظاهری و توانمندی عبور دهی نور در شيشه‌هايي که با لايه‌های نازک نانومتری پوشانده می‌شوند، حفظ می‌گردد اما در کنار آن قابليت‌های جديدی پيدا می‌کنند که بر زندگی روزمره ما تاثير دارد. بررسی دقيق‌تر اين موضوع، هم می‌تواند ما را با دنيای اين شيشه‌های جديد (ويژگی‌ها، عملکرد و ...) آشنا کند و هم می‌تواند قابليت‌های فناوری نانو را در تغيير خواص سطوح مختلف نشان دهد. به بيانی ديگر بررسی اين موضوع، شايد بتواند به ما کمک کند تا درک خوبی از پتانسيل‌های فناوری نانو و تاثير آن بر محيط اطرافمان بدست بياوريم.

الف- شيشه‌های خودتميزشونده
نام اين شيشه‌ها شايد تا حدودی عملکرد آنها را نشان دهد. شيشه‌هايي که آلودگی چندانی را به خود نمی‌گيرند و با بارش باران و يا تابش آفتاب کاملا تميز می‌شوند. شيشه‌های خودتميزشونده به دو روش سطح خود را از آلودگی پاک می‌کنند. ما در اينجا برای اينکه بهتر بتوانيم اين دو دسته را از هم تشخيص دهيم، آنها را به دو دسته آب‌دوست و آب‌گريز تقسيم‌بندی می‌کنيم. اما پيش از آنکه به نحوه عملکرد هر يک بپردازيم لازم است اطلاعاتمان را در مورد آب‌دوستی و آب‌گريزی با هم مرور کنيم.
فرض کنيد که کنار يک شیر آب ايستاده‌ايد و شاهد چکيدن آرام آرام قطرات آب بر روی يک صفحه شيشه‌ای هستيد. قطره آب پس از جدا شدن از شير تا رسيدن به صفحه شيشه‌ای به‌صورت قطره باقی می‌ماند. اما با برخورد به سطح شيشه حالت قطره‌ای خود را از دست داده و بر روی سطح پهن می‌شود. در کتاب فيزيک خوانده‌ايم که آنچه باعث قطره‌ای ماندن آب در هوا می‌شود، نوعی نيروي ربايش بين مولکول‌های آب است که نيروی چسبندگی ناميده می‌شود و آنچه سبب پخش شدن آب بر روی شيشه می‌شود، نوعی نيروی ربايش بين مولکول‌های آب و شيشه است که به آن نيروی چسبندگی سطحی گفته می‌شود. در اين مثال نيروی ربايش بين مولکول‌های آب-آب کمتر از آب-شيشه است و اين باعث پخش شدن آب بر روی شيشه می‌شود. حالا اگر روی همين شيشه مقداری روغن بماليد (اين کار شما شکل ساده‌ای از لايه‌ نشانی است که البته نانومتری نيست)، قطرات آب به شکل‌ کروی‌تری بر روی شيشه قرار می‌گيرند و مانند قبل پخش نمی‌شوند. شما با ماليدن روغن بر روی شيشه نيروی ربايش بين مولکول‌های آب-شيشه را کم کرده‌ايد و ناخود آگاه باعث شده‌ايد که نسبت نيروی بين مولکول‌های آب-آب به مولکول‌های آب-شيشه بيشتر شود. این امر سبب شده که آب به صورت قطره‌ای بر روی سطح قرار گيرد. در اين حالت می‌گوییم سطح شیشه اول، آب‌دوست و سطح شيشه روغنی دوم آب‌گريز است. برای تشخيص آب‌دوستی يا آب‌گريزی يک سطح، می‌توانيم زاويه برخورد قطره آب با آن سطح را محاسبه کنيم. اگر زاويه تماس کمتر از 30 درجه باشد، سطح آب‌دوست و اگر زاويه تماس مساوی و بيش‌تر از 90 درجه باشد، سطح آب‌گريز است. البته اگر زاويه تماس بيشتر از 150 درجه باشد، می‌گوییم سطح ابر آب‌گريز (بسيار آب‌گريز) است (شکل 1). حالا به نظر شما اين حرف‌ها چه ارتباطی با خودتميزشوندگی دارد؟ جواب اين سوال بستگی به نوع شيشه دارد. اگر موافق باشيد ابتدا شيشه‌های خودتميزشونده آب‌گريز را بررسی می‌کنيم.
 


شکل (1)- زوایای تماس قطره آب با سطوح مختلف

 

الف- 1- شيشه‌های خودتميزشونده آب‌گريز
ايده طراحی اين نوع شيشه‌ها از برگ نيلوفر آبی گرفته شده است. نيلوفر آبی (يا لوتوس) نوعی گياه آبزی است که در آب گل‌آلود می‌رويد. اگر به تالاب انزلی سفر کرده باشيد، برگ‌های اين گياه را بر فراز آب گل‌آلود تالاب ديده‌ايد. برگ‌های نيلوفر آبی معمولا عاری از هرگونه آلودگی هستند و اگر هم آلودگی بر روی سطح اين برگ‌ها بنشيند، با بارش باران سريع تميز شده و از پاکيزگی می‌درخشند. ازاين‌رو گفته می‌شود که برگ‌های نيلوفر آبی خودتميزشونده هستند.
 


شکل (2)- برگ‌های نيلوفر آبی بر فراز تالاب انزلی

دانشمندان مدت‌های طولانی بررسی کردند تا توانستند راز پاکيزگی برگ‌های اين گياه را پيدا کنند. آزمايش‌های آنها نشان می‌داد که سطح برگ نيلوفر آبی، يک سطح بسيار آب‌گريز است. اين مسئله باعث می‌شود که نيروی چسبندگی سطحی بين آب و آلودگی بيشتر از نيروی چسبندگی سطحی ميان آلودگی و سطح باشد. از اين‌رو هنگامی‌که يک قطره آب بر روی سطح برگ می‌غلتد، آلودگی را همراه خود حمل کرده و از سطح دور ‌می‌کند (شکل 3). شايد اکنون اين سوال برايتان به‌وجود آمده باشد که چرا سطح برگ نيلوفر آبی تا اين حد آب‌گريز است و اين مسئله چه ارتباطی به فناوری نانو دارد؟


شکل (3)- نيلوفر آبی چگونه کار می‌کند؟

برای يافتن پاسخ اين سوال بايد نگاه دقيقی به سطح برگ نيلوفر داشته باشيم. راستش لازم است که بتوانيم تا اندازه چند نانومتر سطح برگ را به خوبی ببینیم. دانشمندان موفق شده‌اند با کمک ميکروسکوپ‌های الکترونی اين کار را انجام دهند و نتيجه مشاهدات خود را در شکل (4-الف) به ما نشان داده‌اند. آنها دريافته‌اند که سطح برگ نيلوفر پوشيده از برآمدگی‌های ميکرومتری است. اين برآمدگی‌ها سطح تماس قطره آب با برگ را کاهش می‌دهند و در نتيجه قطره نمی‌تواند به راحتی بر روی سطح پخش شود. برای اينکه اين موضوع را بهتر متوجه شويم، فرض کنيم که سطح برگ مانند يک صفحه چوبی بزرگ است و من و شما مانند قطراتی هستيم که روی برگ قرار دارند. در حالت عادی ما می‌توانيم به آسانی روی اين صفحه چوبی دراز بکشيم، اما اگر سطح صفحه را با تعداد زيادی ميخ بپوشانند، آیا باز هم می‌توانيم به همان راحتی روی آن بخوابيم يا ترجيح می‌دهیم به سرعت از روی آن عبور کنيم !؟ در کدام حالت سطح تماس بدن ما با صفحه چوبی بيشتر است ؟ وجود برآمدگی‌ها ميکرومتری سطح تماس و نيروی چسبندگی سطحی ميان قطره آب و برگ نيلوفر را کاهش می‌دهد.


شکل (4)- الف: تصوير ميکروسکوپی برگ نيلوفر آبی ب: برآمدگی‌های ميکرومتری و نانومتری سطح برگ

وجود برآمدگی‌های ميکرومتری سطح برگ را آب‌گريز می‌کند، اما در عمل، برگ نيلوفر از خود خاصيت ابرآب‌گريزی نشان می‌دهد. يعنی زاويه تماس بين قطره آب و سطح برگ بيش از 150 درجه است. علت اين مسئله برآمدگی‌های نانومتری است که بر برآمدگی‌های ميکرومتری قرار گرفته‌اند (شکل 4). با وجود اين برآمدگی‌ها، سطح تماس آب و برگ کاهش بيشتری می‌يابد. اين دو نوع برآمدگی در مجموع سطح بسيار زبر و ناصافی را برای برگ نيلوفر بوجود آورده‌اند و در نتيجه سبب آب‌گريزی شديد آن شده‌اند. به اين رفتار خودتميزشوندگی نيلوفر آبی که ناشی از ساختار ميکرومتری-نانومتری آن است، "اثر لوتوس" گفته می‌شود.
دسته‌ی اول شيشه‌های خود تميزشونده با الگوبرداری از "اثر لوتوس" ساخته شده‌اند. در اين نوع شيشه‌ها پوشش نازکی بر سطح شيشه قرار می‌گيرد که ناصافی‌های ميکرومتری و نانومتری آن، موجب کاهش نيروی چسبندگی سطحی ميان قطرات آب و سطح شيشه می‌شود. به عبارت ديگر در اين نوع شيشه‌ها قابليت خودتميزشوندگی، با افزايش خاصيت آب‌گريزی ايجاد می‌شود. با افزايش ساخت و توليد اين نوع شيشه‌ها، می‌توان منتظر حذف برف پاک‌کن از بدنه اتومبيل‌ها بود.


الف-2- شيشه‌های خودتميزشونده آب‌دوست
شيشه‌ها دسته دوم رفتار و عملکرد متفاوتی از شيشه‌های دسته اول دارند. برای فهم چگونگی کارکرد اين شيشه‌ها لازم است که با نوع خاصی از مواد شيميايي به نام "مواد فوتوکاتاليست" آشنا شويم. فوتوکاتاليست‌ها موادی هستند که در حضور نور (فوتو) از خود خاصيت کاتاليستی نشان می‌دهند. يعنی اگر اين مواد در معرض تابش نور قرار گيرند، می‌توانند سرعت انجام يک واکنش خاص را بدون دخالت در آن افزايش دهند. يکی از اين مواد دی‌اکسيد تيتانيوم است. هنگامی‌که دی‌اکسيد تيتانيوم در معرض تابش اشعه ماورای بنفش، که در نور خورشيد وجود دارد، قرار می‌گيرد تغييراتی در ساختار آن به وجود می‌آيد که آنرا به ماده‌ای بسيار فعال و بسيار آب‌دوست تبديل می‌کند. اگر اندازه ذرات دی‌اکسيد تيتانيوم تا حد چند نانومتر کوچک باشد، اين ماده آن‌قدر فعال می‌شود که می‌تواند به طور کامل با آلودگی‌ها، لکه‌های چربی و مواد آلی (که در دیواره سلولی باکتری‌ها هم وجود دارند) روی شيشه واکنش داده و آنها را به آب و دی اکسيد کربن (CO2) تبديل کند. اين واکنش، چسبندگی ذرات آلودگی را به سطح کاهش می‌دهد. از سوی ديگر بر روی يک سطح بسيار آب‌دوست، آب به طور کامل و به صورت يک لايه پخش می‌شود. اين لايه يکنواخت آبی می‌تواند ذرات و آلودگی‌هايي را که به‌طور ضعيفی به سطح متصل شده‌اند، از جا کنده و با خود پايين آورد (شکل (5)).
 


شکل (5)- چگونگی رفتار آب و ذرات آلودگی بر شيشه‌های خودتميزشونده آب‌دوست

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در پنجشنبه 1389/02/02 و ساعت 4 |

در این مقاله‏ بحث بر روی صفحه‌ی مختصات گرافنی را ادامه می‌دهيم و به نحوه ایجاد نانولوله‌های کربنی از این صفحات می‌پردازیم.
برای اينکه دانسته‌هايمان را درمورد صفحه‌ی مختصات گرافنی کامل کنيم، بايد دو نکته ديگر را درباره‌ی ترسیم بردارهای کایرال به‌ خاطر بسپاریم.
نکته اول: هر برداری که در این دستگاه رسم می‌کنیم، زاویه‌ی 60° بین دو بردار یکه‌ی i و j را به دو قسمت تقسیم می‌کند (شکل 1). اين بردار نمی‌تواند خارج از این ناحیه قرار گیرد، مگر اینکه m یا n یا هر دو را منفی انتخاب کنیم. البته فرض ما این است که m و n را همواره مثبت در نظر می‌گیریم. این موضوع به دلیل تقارن موجود در صفحه‌ی مختصات گرافنی، لطمه‌ای به کلیت ماجرا وارد نمی‌کند.


شکل 1- زاویه‌ی بین بردارهای یکه‌ی i و j در صفحه‌ی مختصات گرافنی برابر با 60 درجه است.

نکته‌ی دوم: در صورتی‌که جای m و n انتخاب شده (مولفه‌های زوج مرتب (nوm)) را با هم عوض کنیم، شکل به دست آمده به دلیل تقارن گفته شده، بر شکل قبلی منطبق خواهد بود. بنابراین می‌توانیم دو نانولوله‌ی (kوh) و (hوk) را معادل در نظر بگیریم. برای مثال بردار C1=1i+3j در شکل 2 با بردار C2=3i+1j معادل است. برای جلوگيری از اين مسئله، مختصات بردارها را همواره به گونه‌ای می‌نويسيم که m≥n باشد. با این فرض ناحیه‌ی انتخابی روی صفحه‌ی مختصات گرافنی بازهم محدود می‌شود. این ناحیه در شکل 3 با هاشور نشان داده شده است. 

.
شکل 2- دو بردار C1 و C2 با یکدیگر هم ارز هستند.


شکل 3- در ناحیه هاشور خورده از صفحه‌ی مختصات گرافنی، شرط m≥n برقرار است.

اگر یک بردار کایرال با شرط m ≥ n ≥ 0 را در نظر بگیریم، بردار انتخاب شده از راستای بردار یکه‌ی i (راستای افق) می‌تواند از صفر تا °30 فاصله بگیرد. يعنی چنانچه n=0 باشد، زاویه برابر با صفر درجه و اگر n=m باشد، زاویه برابر با °30 خواهد بود. 
نانولوله‌های کربنی تک دیواره از لوله کردن صفحات گرافنی به دست می‌آیند. البته این گفته تنها برای درک ساختار نانولوله‌هاست و در عمل، ساخت نانولوله‌ها با روش‌های پيچيده شيميايی انجام می‌شود. در اين روش‌ها، نانولوله با قرار گرفتن تک به تک اتم‌های کربن در کنار هم ساخته می‌شود و نه از طریق لوله کردن یک صفحه‌ی گرافن واقعی! البته برعکس این موضوع وجود دارد. يعنی دانشمندان به تازگی توانسته‌اند با استفاده از واکنش‌های شیمیایی، نانولوله‌های کربنی چند دیواره را برش دهند و صفحات کوچک گرافنی را تولید کنند. البته تولید صفحات گرافن از نظر فنی کار بسیار دشواری است و اين دستآورد جديد دانشمندان، می‌تواند در زمینه‌ی نانوالکترونیک و نانوکامپوزیت تغییرات بسيار مهمی را ايجاد کند. این مواد با دارا بودن خواص ویژه مکانیکی و الکترونیکی، کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف دارند. انتهای نانولوله‌های کربنی ممکن است باز یا بسته باشند. انتهای بسته در واقع قسمتی از یک فولرن کربنی است. از این رو برخی دانشمندان، از نانولوله‌های کربنی به عنوان فولرن‌های کشیده شده یاد می‌کنند. در اینجا از صفحات گرافن برای توضیح نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کنیم، بنابراین انتهای بسته‌ی آن‌ها را در نظر نمی‌گیریم.
برای تبدیل یک صفحه‌ی گرافن (غیر واقعی) به یک نانولوله، ابتدا باید جهت لوله کردن صفحه را مشخص کنیم. برای این کار بردار کایرال مورد نظر (nوm) را انتخاب کنیم. سپس این بردار را رسم می‌کنیم. اکنون صفحه‌ی گرافنی را به شکلی لوله می‌کنیم که نقاط (0و0) و (nوm) که نقاط ابتدا و انتهای بردار C هستند، روی یکدیگر قرار بگیرند و بردار کایرال در نقش محیط لوله‌ی به وجود آمده قرار بگیرد. به این ترتیب یک نانولوله‌ی کربنی (اما با ابعادی بسيار بسيار بزرگتر از نانومتر!) با اندیس کایرال (nوm) به دست می‌آید.
بردارهای کایرال در دسته‌های مختلف قرار می‌گیرند و بر همین اساس نانولوله‌ها نیز دسته‏بندی می‌شوند. یک صفحه‌ی گرافنی را در نظر بگیرید. برای حرکت از روی مبداء مختصات یا نقطه‌ی (0و0) تا نقطه‌ی مقصد، باید از روی خطوطی که بیانگر پیوندهای C-C هستند، عبور کنیم. اکنون چند بردار کایرال رسم نموده و کوتاه‌ترین مسیر حرکت از مبداء تا انتهای آن را رسم کنید.
*
*
*
*
*
نمونه‌ای از این فعالیت در شکل 4 رسم شده است. در این شکل کوتاهترین مسیر ممکن برای طی مسیر مربوط به هر بردار با رنگی شبیه به همان بردار کشیده شده است. این مسیرها از واحدهای تکرار شونده‌ای تشکیل شده‌اند که در پایین شکل 4 دیده می‌شوند.


(الف) کوتاهترین مسیرهای مربوط به بردارهای کایرال


(ب) واحد تکرار شونده برای بردار کایرال (4و4)
(آرمچیر)



(پ) واحد تکرار شونده برای بردار کایرال (0و8)
(زیگزاگ )

(ت) واحد تکرار شونده برای بردار کایرال (3و6)
(نا متقارن)

شکل 4- کوتاهترین مسیرهای مربوط به بردارهای کایرال و واحدهای تکرار شونده‌ی آن‌ها

دقت کنید که هر بردار کایرالی که دو مولفه‌ی آن با هم برابر باشند، از واحدهای تکرار شونده‌ای مانند شکل 4-ب تشکیل می‌شود. این بردارها در دسته‌ی بردارهای آرمچیر یا صندلی قرار می‌گیرند. این نام گذاری به خاطر شکل واحد تکرار شونده است. نام انگلیسی این بردارها، armchair است. هر بردار کایرالی که یکی از مولفه‌های آن برابر با صفر باشد، مانند بردار (0و8) از واحدهای تکرار شونده‌ای مانند شکل 4-پ تشکیل می‌شوند. این بردارها در دسته‌ی بردارهای زیگزاگ قرار می‌گیرند. این نام‌گذاری به دلیل شکل ظاهری این واحدها است. نام انگلیسی این بردارها،zigzag است. هر برداری که در دو دسته‌ی گفته شده قرار نگیرد را در دسته‌ی بردارهای نامتقارن دسته‏بندی می‌کنیم. دلیل این نام‌گذاری، عدم وجود تقارن در نانولوله‌های متناظر با این بردار است. نام انگلیسی این بردارها، chiral یا helical است. در واقع "کایرال" نامی عام برای تمام بردارهاست که به طور خاص برای بردارهای نامتقارن نیز به کار می‌رود.
اکنون می‌توانیم انواع بردارهای کایرال را بکشیم و نانولوله‌های متناظر با آنها را بسازیم. شکل ظاهری این نانولوله‌ها با هم متفاوت خواهد بود. در جدول 1، سه نوع نانولوله‌ی کربنی را مشاهده می‌کنید. در صورتی که به طرز قرار گرفتن ردیف‌‌های اتم‌های کربن در راستای محوری و راستای شعاعی این نانولوله‌ها دقت کنید، متوجه اختلاف بین آن‌ها می‌شوید. ببه ياد داشته باشيد که بر اساس آنچه گفتيم، بردار کایرال شکل ظاهری نانولوله‌های کربنی را تعیین می‌کند.

نوع نانولوله صندلی (آرمچیر) زیگزاگ نامتقارن (کایرال)
تصویر از درون
تصویر از بیرون
مولفه‌های کایرال m=n≠0  m≠0, n=0 m≠n

زاویه‌ی کایرال

 °30

 0

 °30 > θ > 0

جدول 1- ‏دسته‌بندی نانولوله‌ها بر اساس جهت لوله شدن صفحه‌ی گرافن

از آنجاییکه خواص نانولوله‌های کربنی تابع شکل ساختاری آنهاست، بردارهای کایرال نه تنها در تعیین شکل ساختاری نانولوله‌ها، بلکه در تعیین خواص مربوط به آنها نيز اهمیت فراوانی دارد. برای مثال، خواص الکترونیکی و مکانیکی نانولوله‌های کربنی متاثر از بردار کایرال آنهاست. علاوه بر این، تعداد دیواره‌ها و چگونگی وجود نقص‌ها در ساختار این مواد، در تعیین خواص آنها نقش دارند. در مقالات آینده به این مباحث می‌پردازيم. 

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در پنجشنبه 1389/02/02 و ساعت 4 |
نانوصفحات ساختارهايي به شکل صفحه از اتم‌ها هستند. مانند شبکه‌ي شش‌ضلعي اتم‌هاي کربن در گرافيت. مي‌توان فرض کرد که نانولوله از لوله کردن يک نانوصفحه ساخته مي‌شود؛ شبيه به کاري که در فعاليت نانولوله‌هاي کاغذي انجام داديد. البته نکته‌ي بسيار مهم اين است که نانولوله‌ها در عمل هرگز به اين روش توليد نمي‌شوند.
اما در مورد نانومخروطها: شبيه به نانولوله‌ها که ساختاري از اتم‌ها (معمولاً کربن) به شکل يک لوله به قطر چند نانومتر هستند، نانومخروط‌ها نيز ساختاري از اتم‌ها به شکل يک مخروط با قطر قاعده و ارتفاع چند نانومتر هستند. اما فعلاً براي نانومخروط‌ها کاربردهاي بسيار کمتري نسبت به نانولوله‌ها يافت شده است. براي همين نانومخروط‌ها به اندازه‌ي نانولوله‌ها مشهور نيستند.

راهنماي اپلتِ نانوساختارها:
در منوي سمت چپِ اپلت، عناوين مختلفي وجود دارند. موضوع و طرز استفاده از هريک از عناوين، به ترتيب از بالا به پايين، به صورت زير است:

• عبارت generate a به معني «توليد کن يک...» است. مي‌خواهيد چه چيزي بسازيد؟ از جعبه ي انتخاب کنار عبارتِ generate a، يکي از گزينه‌هاي nano-tube يعني نانولوله، nano-sheet يعني نانوصفحه و nano-cone يعني نانومخروط، را انتخاب کنيد. (شکل 1)


شکل 1


• عبارت position 1 به معني «موقعيت 1» است. مي‌خواهيد از چه اتمي ‌براي ساختن استفاده کنيد؟ از جعبه ي انتخاب از ميان C-Carbon يعني کربن، N-Nitrogen يعني نيتروژن و B-Boron يعني بور، اتم سازنده را انتخاب کنيد.
• عبارت position 2 به معني «موقعيت 2» است. مي‌توانيد نانوساختاري بسازيد که از دو نوع اتم ساخته شده باشد. نوع دومِ اتم‌ها هم مي‌تواند کربن، نيتروژن يا بور باشد. در عمل، تنها نانوساختارهاي ساخته‌شده از اين سه نوع اتم، ساختارهاي پايدار و قابل استفاده‌اي بوده‌اند.
• عبارت bond length [A] به معني «طول پيوند بر حسب آنگستروم» است. آنگستروم واحد طول به اندازه‌ي متر است، يعني 0.1 نانومتر. مقدار پيش‌فرض براي طول پيوند، 1.42 آنگستروم يعني طول پيوند يگانه‌ي کربن ـ کربن است. طول پيوند براي حالت‌هاي ديگر، مانند نيتروژن ـ نيتروژن يا بور ـ کربن و... را مي‌توانيد در کتاب‌هاي شيمي ‌پيدا کنيد.
بعد از چهار موضوع بالا، به موضوع‌هاي ويژه‌ي نانولوله و نانومخروط مي‌رسيم. ابتدا در مورد لوله‌ها:
• عبارت Ch={n1,n2} به معني مختصاتِ بُردار عدم تقارن، يا بردار «کايرال» است. در مقاله‌ي
نانولوله‌هاي کربني ديديد که مشخصه‌ي مهمّ نانولوله‌ها که باعث تشکيل انواع «صندلي»، «زيگزاگ» و «نامتقارن» مي‌شود، اين است که هنگام لوله شدنِ فرضي يک نانوصفحه، کدام‌يک از کربن‌ها، براي مثال کربن شماره‌ي (n1,n2)، روي کربن مبدأ با مختصات (0,0) مي‌افتد. به بردار (n1,n2)، بردار عدم تقارن يا بردار «کايرال» نانولوله مي‌گوييم. اين بردار ساختار نانولوله را به‌خوبي مشخص مي‌کند. بايد يادآوري کرد که برخي خواصّ نانولوله‌ها، خصوصاً خواصّ الکتريکي آنها، به بردار عدم تقارن وابسته است. مختصات بردار عدم تقارن، به عبارت ديگر، مختصات کربني که بايد روي کربن مبدأ بيفتد را وارد کنيد.
• عبارت tube length [A] به معني «طول نانولوله بر حسب آنگستروم» است. طول نانولوله را در اينجا وارد کنيد.

در مورد نانومخروط‌ها:
• عبارت disclinationبه معني «زاويه‌ي رأس» مخروط است. زاويه‌ي رأس را در اينجا وارد کنيد.
• عبارت cone height [A] به معني «ارتفاع نانومخروط بر حسب آنگستروم» است. ارتفاع نانومخروط را در اينجا وارد کنيد.
• عبارت ncone, dZ به ترتيب به معني «تعداد نانومخروط‌ها» و «فاصله‌ي بين رئوس» آنهاست. در حالت پيش ‌فرض تنها يک نانومخروط ساخته مي‌شود. اگر مقادير اين بخش را تغيير دهيد، مي‌توانيد چند مخروط را ببينيد که داخل هم فرو رفته‌اند.
حالا به دو دکمه مي‌رسيم:
• با فشار دادن دکمه‌ي creat، نانوساختار ساخته مي‌شود و مي‌توانيد آن را در صفحه‌ي سمت راست ببينيد. مي‌توانيد تصوير نانوساختار را با استفاده از ماوس بچرخانيد.
• با فشار دادن دکمه‌ي list xyz، فهرست اتم‌هاي موجود در ساختار و مکان آنها در يک فايل جديد نوشته مي‌شود. مثلاً به اين شکل:

 


سه عدد سمت چپ به ترتيب مختصات طول، عرض و ارتفاع اتم‌ها هستند. عدد چهارم، نوع اتم را مشخص مي‌کند، به اين ترتيب که عدد 0 به معني کربن، عدد 1 به معني بور و عدد 2 به معني نيتروژن است. اين فهرست براي شبيه سازي رايانه اي رفتار نانوساختار مورد استفاده قرار مي گيرد.
سه موضوع ديگر هم زير دکمه‌ها ديده مي‌شوند:
• عبارت‌هاي xy distortion و z distortion به ترتيب به معني «له‌شدگي صفحه‌اي» و «له‌شدگي در عمق» هستند. در حالت پيش‌فرض، مقادير اين دو موضوع 1 است. اگر اين مقادير را تغيير دهيد، يک نانولوله يا نانومخروط مي‌بينيد که انگار تحت فشار قرار گرفته و قدري له شده است. به عبارت ديگر، سطح مقطع لوله يا مخروط به جاي آنکه دايره باشد، بيضي خواهد بود.
• عبارت screw [deg/A] به معني «تاب‌خوردگي برحسب زاويه در واحد طول آنگستروم» است. در حالت پيش‌فرض، مقدار اين موضوع 0 است. يعني نانولوله اصلاً تاب نمي‌خورَد. اگر مقدار اين موضوع را زياد کنيد، يک نانولوله‌ي تاب‌خورده و کج و مَعوج خواهيد داشت.
در آخرين سطر، دو انتخاب وجود دارد:
• اگر عبارت atom را تيک بزنيد، تصوير صفحه‌ي سمت راست به صورت مدل اتمي‌ِ فضاپُرکن خواهد بود. اگر اين موضوع تيک نخورده باشد، تصوير صفحه‌ي سمت راست به صورت مدل سيمي‌ديده مي‌شود.
• اگر عبارت stereo تيک نخورده باشد، تنها يک نانوساختار خواهيد ديد، اما اگر اين موضوع را تيک بزنيد، از نانوساختار ساخته‌شده دو نمونه ديده مي‌شود. اگر عينک مخصوص براي سه‌بُعدي ديدن را در اختيار داشته باشيد، مي‌توانيد در اين حالت، نانوساختار را سه‌بُعدي ببينيد. نگران نشويد، من هم از اين عينک ها ندارم، ولي مي‌توانيد از اين عينک‌ها بسازيد!!!

 

+ نوشته شده توسط مرتضي مرادی(مهندسی شیمی) در پنجشنبه 1389/02/02 و ساعت 3 |

مقدمه:
كربن يكي از عناصر شگفت‌انگيز طبيعت است و كاربردهاي متعدد آن در زندگي بشر، به خوبي اين نکته را تاييد مي کند. به عنوان مثال فولاد ـ كه يكي از مهم‌ترين آلياژهاي مهندسي است ـ از انحلال حدود دو درصد کربن در آهن به حاصل مي شود؛ با تغيير درصد كربن (به‌ميزان تنها چندصدم درصد) مي توان انواع فولاد را به دست آورد. «شيمي آلي» نيز علمي است که به بررسي ترکيبات حاوي «كربن» و «هيدروژن» مي پردازد و مهندسي پليمر هم تنها براساس عنصر كربن پايه‌گذاري شده است.
كربن، به چهار صورت مختلف در طبيعت يافت مي‌شود که همه اين چهار فرم جامد هستند و در ساختار آنها اتم‌هاي كربن به صورت كاملاً منظم در كنار يکديگر قرار گرفته‌اند. اين ساختارها عبارتند از:
1- گرافيت
2- الماس
3- نانولوله‌ها
4- باكي‌بال‌ها (مانند C60 در شکل زير )

گرافيت:
گرافيت يكي از مهم‌ترين ساختارهاي كربن در طبيعت است و از ‌قرارگرفتن شش اتم كربن در کنار يکديگر به وجود آمده است. اين اتم هاي كربن به گونه اي با يکديگر ترکيب شده اند كه يك‌ شش ‌ضلعي منتظم را پديد مي آورند و از مجموع آنها، صفحه اي به دست مي آيدكه به عنوان يک « لاية گرافيت» در نظر گرفته مي‌شود.

اتم‌هاي كربن با پيوندهاي كووالانسي ـ كه پيوندي قوي و محکم است ـ به يکديگر متصل شده‌اند. لازم به ذكر است كه اتم هاي كربن به کار رفته در يک لاية گرافيت نمي‌توانند با كربني خارج از اين لايه پيوند كووالانسي بدهند. بنابراين يک لاية گرافيت از طريق پيوندهاي واندروالس ـ كه پيوندهايي ضعيف هستندـ به لاية‌ زيرين متصل مي شود. اين مساله باعث مي‌شود كه صفحه‌هاي گرافيت به‌راحتي روي يکديگر بلغزند. به همين دليل از اين ترکيب در «روغن‌كاري» و «روان‌كاري» استفاده مي‌شود. علت نرمي سطوحي که با مداد روي آنها نوشته شده است نيز همين نکته مي باشد.

نانولوله‌ها
يك لايه گرافيت را در نظر بگيريد. اتم‌هايي را كه در يك رديف قرار گرفته‌اند با ( n,m ) ـ كه نشان‌دهندة مختصات يك نقطه در صفحه است ـ مكان‌يابي مي‌كنيم. به طوري كه مختصات n، مربوط به ستون اتم‌ها و مختصات
m مربوط به رديف اتم‌ها باشد.
همان‌طور كه مي‌دانيم براي تهيه يک لوله از يک صفحه، کافي است يك نقطه از صفحه را روي نقطه ي ديگر قرار دهيم. يك نانولوله مانند صفحة گرافيتي است که به شکل لوله درآمده باشد. بسته به اينکه چگونه دو سر صفحه گرافيتي به يکديگر متصل شده باشند، انواع مختلفي از نانولوله ها را خواهيم داشت.

1. نوع زيگزاگ
براي ساختن نوع زيگزاگ نانولوله، مطابق شکل اتم‌ها را در راستاي افقي (ستون به ستون) شمرده {(0و1) ، (0و2) و ... }، اتم انتهايي(0و5) را با خم کردن صفحه، بر روي اتم ابتدايي (0و0) انطباق مي دهيم. براي اطمينان از درستي روش ساخت بايد دقت کنيم که در آخر کار، در راستاي افقي يک خط شکسته زيگزاگ به دور نانولوله ببينيم.

2. نوع صندلي
در صورتي كه اتم ابتدايي و اتمي که در وضعيت 45 درجه نسبت به آن قرار دارد، روي هم قرار بگيرند، نانولوله نوع صندلي به دست مي آيد. در اين حالت مي‌توانيم بين اين دو اتم يك خط مستقيم رسم كنيم كه معادلة آن «m=n» است. يعني شمارة ستون و رديف هر يک از آنها با يکديگر برابر است. در اين حالت با يک بار گردش به دور نانولوله تعدادي صندلي پشت سر هم خواهيم ديد.

3. نوع نامتقارن
در اين حالت نيز مشابه روش صندلي عمل مي‌کنيم، با اين تفاوت که در مختصات اتم انتهايي،
mn خواهد بود. اگر يک بار افقي به دور نانولوله بچرخيم مجموعه‌اي از صندلي‌ها را مي‌بينيم که نسبت به افق، به صورت مايل قرار گرفته‌اند.
براي ساختن مدلي از هر کدام از انواع نانولوله‌ها فقط کافي است مطابق شکل کاغذ را خم کرده و نقطه ي انتهايي را بر نقطه ي ابتدايي منطبق نماييد.

اين لوله هاا به علت آنکه داراي قطر چند نانومتري مي باشند «نانولوله» نام گرفته اند. يعني ما با اتصال دونقطه ي يك صفحة گرافيتي به هم، لوله‌اي را به دست آورده‌ايم كه قطر فضاي خالي داخلي آن چند ميلياردم يك متر است. (اگر طول يك متر را به يك ميليارد قسمت تقسيم كنيم، ضخامتي معادل يك نانومتر به دست مي‌آيد)
خواص نانولوله‌ها
هريك از سه نوع نانولوله، به خاطر آرايش اتمي خاصي خود،‌ داراي خواصي مي‌باشند كه در اينجا به چند ويژگي مشترك بين آنها اشاره مي‌كنيم:
1. خواص مكانيكي
نانولوله‌ها داراي پيوندهاي محكمي در بين اتم‌هايشان مي باشند وبه همين علت در برابر نيروهاي کششي مقاومت واستحکام زيادي از خود نشان مي دهند. به عنوان مثال نيروي لازم براي شکستن يک نانولوله ي کربني چند برابر نيرويي است که براي شکستن يک قطعه فولاد ـ با ضخامتي معادل يک نانو لوله ـ احتياج داريم.
اما جالب است که بدانيم پيوندهاي بين اتمي در نانولوله‌ها علاوه بر ايجاداستحكام بالا، شكل‌پذيري آسان و حتي پيچش را درآنها ميسر مي سازد! در حالي که فولاد تنها دربرابر نيروهاي كششي داراي مقاومت است و براي پيچش انعطاف پذيري لازم را ندارد.
در بررسي كاربرد نانولوله‌ها و به کار گيري خواص آنها ، مي توانيم به استفاده از اين ترکيبات به عنوان «رشته» در مواد مركب،اشاره كنيم؛ به چنين موادي «كامپوزيت» مي‌گويند. ملموس‌ترين مثال كامپوزيت «کاه‌گِل» است. كاه‌گِل مخلوطي از «کاه» و «گِل» است که در آن، كاه به عنوان رشته‌هايي كه استحكام و انعطاف‌پذيري بهتري نسبت به گل دارد، پراكنده شده است تا مانع از ترك‌خوردن آن شود. گل را اصطلاحا «زمينه» مي ناميم. نانولوله ها نيز چون استحكام و شكل‌پذيري خوبي دارند، ‌در مواد مركب با زمينه‌هاي فلزي، پليمري و سراميكي استفاده مي‌شوند. اما مهم‌ترين فاكتوري که كه باعث برگزيدن نانولوله به عنوان رشته در مواد مركب (كامپوزيت) شده است، وزن كم آن است ، در حالي که استحكام آن بالاست. از مهم‌ترين موارد استفادة چنين مواد مركبي مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
بدنة هواپيما و هليكوپتر، زه راكت‌هاي تنيس و ...
2. خواص فيزيكي
مهم‌ترين خاصيت فيزيكي نانولوله‌ها،«هدايت الكتريكي» آنهاست. هدايت الكتريكي نانولوله‌ها بسته به زاويه و نوع پيوندها، از دسته‌اي به دستة ديگر كاملاً متفاوت است؛ هر اتم در جايگاه خود در حال ارتعاش‌ است، وقتي كه يك الكترون (يا بار الكتريكي) وارد مجموعه اي از اتم ها مي‌شود، ارتعاش اتم‌ها بيشتر شده و در اثر برخورد با يکديگر بار الكتريكي وارد شده را انتقال مي‌دهند. هرچه نظم اتم‌ها بيشتر باشد، هدايت الكتريكي آن دسته از نانولوله‌ها بيشتر خواهد بود. تقسيم بندي ابتداي متن بر اساس نظم اتمهاي کربن در نانولوله و در نتيجه رسانايي آنها‌ انجام شده است؛ براي مثال نانولوله نوع صندلي 1000 بار از مس رساناتر است، در حالي که نوع زيگزاگ و نوع نامتقارن نيمه رسانا هستند. خاصيت نيمه رسانايي نانولوله ها بسته به نوع آنها تغيير مي کند.
* خواص فوق‌العادة نانولوله‌ها و روشهاي پيچيده توليد آنها باعث شده است که قيمت هرگرم از اين ماده حدود چندصد دلار باشد.

 


Powered By
BLOGFA.COM