نانولوله های کربنی

[m-farhadpour]

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(شکل زیر)

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.

 

[m-farhadpour]

پاسخ : نانولوله های کربنی

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.

[TABLE="width: 100%, align: center"]
[TR]
[TD="colspan: 2"]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.

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]


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، m≠n 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.

 

[m-farhadpour]

پاسخ : نانولوله های کربنی

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.

 

[khash]

پاسخ : نانولوله های کربنی

خلاصه نانو لوله کربنی

پ ن سایت خوب بره آپلود چیه این یکی خیلی کنده

 

[shahin.16]

پاسخ : نانولوله های کربنی


[h=2]نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری ؛ روش های تولید[/h]



نیاز اقتصادی و رو به افزایش سوخت در عرصه های مختلف، تقاضا برای استفاده از مواد جدید سبک وزن مانند پلیمرها را افزایش داده است. اما از طرفی با توجه به پایین تر بودن میزان استحکام پلیمرها در مقایسه با فلزات، تقویت آن ها ضروری به نظر می رسد. تقویت پلیمرها با مواد رایج سبب لطمه خوردن به دو ویژگی اصلی پلیمرها یعنی سبکی و سهولت فرآیند پذیری می شود. از این رو در تحقیقات اخیر از مقادیر کمی (کمتر از 10% وزنی) نانوذرات به عنوان تقویت کننده در پلیمرها استفاده می شود.
نایلون 6 اولین پلیمری بود که توسط شرکت تویوتا در سال 1990 برای تهیه نانوکامپوزیت ها به کار گرفته شد، اما امروزه از پلیمرهای ترموست نظیر اپوکسی ، پلی ایمید و پلیمرهای ترموپلاست نظیر پلی پروپیلن ، پلی استایرن عنوان ماده ی زمینه این کامپوزیت ها استفاده می گردد.
فاز تقویت کننده که در نانوکامپوزیت ها استفاده می شود شامل نانوذرات، نانوصفحات ، نانوالیاف و همچنین نانولوله ها می باشد. نانوذرات بیشترین کاربرد را به عنوان ماده تقویت کننده در نانوکامپوزیت ها دارند. نانوذره ای که در تهیه اغلب نانوکامپوزیت ها استفاده می شود خاک رس (Nanoclay) است. اما اخیرا ً نانوذرات دیگری همچون سیلیکا، نانوذرات فلزی و ذرات آلی و غیرآلی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
در توسعه مواد چند جزئی چه در مقیاس نانو و یا میکرو سه موضوع مستقل باید مورد توجه قرار گیرد: انتخاب اجزاء، تولید، فرآوری و کارآیی. در مورد نانوکامپوزیت های پلیمری هنوز در اول راه می باشیم و با توجه به کاربرد نهایی آن ها زمینه های بسیاری برای توسعه وجود خواهد داشت.


به طور کلی سه روش برای تولید نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری وجود دارد. این روش ها شامل مخلوط سازی مستقیم ، فرآوری محلول و پلیمریزاسیون درجا می باشد. در ادامه این روش ها شرح داده خواهد شد.
[h=2]الف- مخلوط سازی مستقیم
[/h]در این روش ابتدا نانوذرات تهیه شده به صورت سوسپانسیون در یک حلال حل شده و سپس به محلول پلیمری اضافه می شود و مخلوط حاصله توسط یک پرس هیدرولیک در یک قالب اکسترود می شود و در نهایت صفحات نازک به دست می آیند. در این روش انتخاب بستر پلیمری، انتخاب نوع ذارت و سازگاری این دو گونه با یکدیگر و نحوه ی توزیع ذرات از نکات حائز اهمیتی است که بایستی بر آن فائق آییم.
معمولا ً برای تولید نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری حاوی نانوالیاف کربنی از این روش استفاده می شود. محدودیت این روش میزان فاز تقویت کننده یا همان مواد پرکننده است. به عنوان مثال برای تولید نانوکامپوزیت سیلیکا/پلی پروپیلن حداکثر میزان نانوذرات سیلیکا 20 درصد وزنی می تواند باشد. البته به نظر می رسد آگلومره شدن (به هم چسبیدن) ذرات نیز از دیگر محدودیت های این روش باشد.
[h=2]ب- فرآوری محلول
[/h]با استفاده از این روش می توان بر بعضی از محدودیت های روش مخلوط سازی مستقیم غلبه کرد، ضمن آنکه می توان میزان آگلومراسیون و کلوخه ای شدن نانوذرات در ماده پلیمری را کاهش داد. در این روش به دو صورت می توان نانوکامپوزیت های پلیمری را تولید کرد. اگر مادهء زمینه پلیمری و نانوذرات تقویت کنندهء آن در یکدیگر قابل حل شدن باشند، محلول حاصل را می توان در یک قالب؛ ریخته گری کرده و نانوکامپوزیت تولید نمود. در غیر این صورت مخلوط مواد نانوکامپوزیت در یک حلال حل شده و در نهایت با تبخیر حلال، نانوکامپوزیت مورد نظر به دست می آید.
[h=2]ج- پلیمریزاسیون درجا
[/h]در این روش پلیمریزاسیون بستر پلیمری در حضور نانوذرات انجام می شود و منومر در حین رشد، ذرات پر کننده را در بر می گیرد. نکتهء کلیدی در این روش نحوهء توزیع ذرات نانو در منومر است. با کنترل پیوند بین ذرات نانو و ماده زمینه، می توان توزیع مورد نظر را به دست آورد. بسیاری از نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری را می توان با این روش تولید کرد.
به طور مثال نانوکامپوزیت های حاوی نانولایه های گرافیت که دارای هدایت الکتریکی بالا و نفوذ پذیری کمی هستند، از این روش تولید می شوند. برای تولید این نانوکامپوزیت ها ابتدا با امواج مافوق صوت لایه های گرافیت در منومر به صورت یکنواخت توزیع می شوند و در نهایت با پلیمریزاسیون درجا نانوکامپوزیت به دست می آید.
نکته ای که در روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری اهمیت دارد و آن را از یکدیگر متمایز می کند، توزیع مناسب مادهء پر کننده است. با اصلاح سطحی می توان این توزیع را به شکل یکنواخت به گونه ای انجام داد که از آگلومراسیون اجزای نانومتری مادهء پرکننده جلوگیری شود و توزیع مناسب فاز تقویت کننده فراهم گردد. در واقع نکته مهم در تمام این فرآیندها، اصلاح فصل مشترک بین پلیمر و نانوذره می باشد. استفاده از فرایندهای سطحی سبب توزیع یکنواخت فاز تقویت کننده در بستر پلیمری شده، افزایش مدول و استحکام نانوکامپوزیت را به دنبال خواهد داشت.

 

[shahin.16]

پاسخ : نانولوله های کربنی

[h=2]نانو پلیمرها - معرفی و کاربرد
1. مقدمه
[/h]خواص مواد پليمري به شدت وابسته به اندازه و مورفولوژي آنهاست. تفاوت رفتار پليمرهاي آلي در مقياس نانومتر نسبت به نمونه هاي توده و مشخصه هاي طيفي اين مواد، گواه اين مدعاست. همچنين وابستگي طيف هاي UV و IR به اندزه ذرات، به دفعات مشاهده شده است. با توجه به وابستگي ذاتي خواص مکانيکي و ترموفيزيکي (خواص فيزيکي وابسته به دما نظير: کشش، سختي و...) پليمرها به ابعادشان، قابليت تهيه و کنترل مواد پليمري در مقياس نانومتر براي بهبود خواص و گسترش کاربردشان در طيف وسيعي از صنايع از رهايش دارو در پزشکي تا صنايع الکترونيکي شامل: سلولهاي فتوولتائيک، باتريهاي پلاستيکي و ديودهاي نشر نور حائز اهميت است. به همين دليل، روش هاي مختلفي پليمريزاسيون اعم از شيميايي و الکتروشيميايي همگي مترصدند تا ساختارهاي نانوذره، نانو و ميکرولوله و نانوالياف را از پليمرها تهيه نمايند.
اندازه کوچک‌ترين بعد يک نانوساختار پليمري مي‌بايست در محدوده 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد و اين در صورتي‌ است که اندازه مارپيچ يک زنجير پليمري در محلولي رقيق، در اين محدوده قرار دارد. هرچند که اين مارپيچ‌ها از نظر ساختاري چندان پايدار نبوده و با زمان محتمل تغييرات مي‌شوند.
از جمله پليمرهايي که در بحث نانومواد جايگاه ويژه‌اي دارند، پليمرهاي رسانا مي‌باشند. پليمرهاي رسانا که در طول سه دهه اخير توجه زيادي را به خود معطوف داشته‌اند، به سبب تغيير در خواص نوري و الکتريکي‌شان در ابعاد نانومتر، محتمل‌ترين سيستم‌ها براي کاربردهاي نانوالکترونيک مي‌باشند. خانواده پلي‌آنيلين نمونه‌اي از اين پليمرهاست. نظر به اين‌که پلي‌آنيلين مي‌تواند مورفولوژي‌هاي تک‌بعدي نظير نانولوله، نانوسيم، نانوذرات کلوئيدي و نانوالياف را توليد نمايد؛ تحقيقات زيادي متوجه آن است.
[h=2]2. کاربردهاي نانوپليمرها
[/h]1-2) روکش دارو
يکي از طبقه‌هاي بزرگ سيستم رهايش دارو، موادي هستند که جهت محافظت دارو به هنگام انتقال در بدن به صورت روکش، دارو را دربرمي‌گيرند. اين مواد عبارتند از: ليپوزوم و پليمرها که در ابعاد ميکرو به کار مي‌روند.
هنگامي که مواد روکش به صورت نانوذرات ساخته شوند، داراي سطحي بزرگ‌تر با همان حجم، اندازه منافذ ريزتر، حلاليت بهتر و خواص ساختاري متفاوت خواهند بود. اين عوامل سبب نفوذ و تخريب بهتر غلاف خواهد شد.
اخيراً دانشمندان در حال بررسي ساخت سيستم‌هاي رهايش دارو بر اساس نانوذارت مي‌باشند. به طور مثال آن‌ها در درمان تومورهاي مغزي؛ از نانوذرات استفاده کرده‌اند. داروي ضدتومور به ذرات يک نانوپليمر به نام بوتيل‌سيانو‌ (PBCA) مي‌چسبد و با پلي‌سوربات 80 روکش مي‌شود.
2-2) حامل‌هاي دارو
طبقه ديگري از سيستم‌هاي رهايش دارو که فناوري نانو راه‌کارهاي جالبي در آن ارائه داده است؛ نانوموادي هستند که دارو را به محل مورد نظر در بدن هدايت مي‌کنند.
يکي از نانوموادي که مورد توجه مي‌باشد؛ درخت‌سان است. درخت‌سان يک مولکول پليمري با شاخه‌هاي جانبي مي‌باشد که اولين بار توسط دون توماليا (Don tomalia) کشف شد. محققان از اين ماده جهت رسيدن به مواد ژنتيکي يا از بين بردن تومور درون سلول‌ها بدون نياز به پاسخ سريع، استفاده مي‌کنند. اين ويژگي به دليل اندازه کوچک درخت‌سان‌ها و ساختار شاخه‌اي آن‌هاست.
3-2) مواد قابل کاشت در بدن
يکي از کاربردهاي نانوپليمرها، تهيه مواد زيست‌سازگار جهت ترميم و جاي‌گذاري بافت‌هاي انساني مي‌باشد. به طور مثال؛ نانوپليمرهايي مانند پلي‌وينيل‌الکل (PVA) را مي‌توان جهت روکش دستگاهايي که در بدن کاشته مي‌شوند در تماس با خون هستند؛ مانند قلب مصنوعي و رگ‌ها به کار برد تا از تشکيل لخته جلوگيري کند يا لخته‌هاي تشکيل شده را پراکنده کند.
هم‌چنين، اکنون سلول‌هاي اپيتلياي قرنيه به صورت دانه‌هايي درون ساختار هيدروژني PVA در دست بررسي هستند. اين ماده پليمري مي‌تواند بيش از 20? وزن خود، آب جذب کند، در حالي‌ که ساختار سه‌بعدي خود را نيز حفظ کند.
4-2) ديوارهاي ضد زلزله
مؤسسه Leeds Nano Manufacturing، در حال ساخت ديوارهاي مخصوصي براي منازل است که داراي نانوذرات پليمري مي‌باشد. اين ذرات تحت فشار به مايع تبديل شده و درون ترک‌هاي ديوار جريان يافته و به ماده‌اي سخت تبديل مي‌شود.
در صورت موفقيت‌آميز بودن اين آزمايش، در مناطق زلزله‌خيز جهان خانه‌هايي مقاوم در برابر لرزش ساخته خواهد شد. اين ديوارها از جهت ديگري نيز ممتاز هستند؛ آن‌ها داراي حسگرهاي بي‌سيم و فاقد باتري و برچسب‌هاي شناسايي فرکانس راديويي هستند که اطلاعات وسيعي از قبيل هرگونه فشار و لرزش، حرارت، رطوبت و سطح گاز را در طول زمان در اختيار ما قرار مي‌دهند.

 

[bh2ao]

پاسخ : نانولوله های کربنی

برخي ويژگي هاي نانو لوله هاي كربني به اختصار:

1.اندازه ي بسيار كوچك(قطر كوچك از 4/0 نانومتر)
2.برخورداري از خاصيت منحصر به فرد ترابري پرتابه اي
3.قدرت رسانايي گرمايي خيلي بالا
5.سطح جداره ي صاف يا قدرت تفكيك بالا
6.بروز خواص الكتريكي و مكانيكي منحصر به فرد در طول آن ها
7.حالت رسانا و نيمه رسانايي آن ها برحسب شكل هندسي شان
و...(در ادامه)