مقاله در موردخواص الاستیكی نانوتیوپ‌ها

توضیحات

 مقاله در موردخواص الاستیكی نانوتیوپ‌ها دارای 32 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در موردخواص الاستیكی نانوتیوپ‌ها  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در موردخواص الاستیكی نانوتیوپ‌ها،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در موردخواص الاستیكی نانوتیوپ‌ها :

خواص الاستیكی نانوتیوپ‌ها

تغییر شكل نانوتیوپ‌ها ، به خصوص در نانوتیوپ‌های كربن تك دیواره ؛ به شدت الاستیك می‌باشد ، الاستیك بودن یكی دیگر از خواص كاربردی بسیار مناسب نانوتیوپ‌ها به شمار می رود .برای مثال اگر از این مواد در ساخت یك اتومبیل استفاده شود آنگاه پس از تصادف تمامی كمانش‌ها و تاب خوردگی‌ها باز شده و ماده هیچ گونه اثری از صدمه دیدن را از خود نشان نخواهد داد . از دیگر كاربردهای این مواد می‌توان به ساختمان‌های ضد زلزله و المان‌هایی برای ساخت پل‌ها اشاره نمود . البته مشكلات و مسایل بسیاری وجود دارد كه باید تحقیقات زیادی صورت گیرد تا بر این مشكلات غلبه شود .
كاربرد در نانوتكنولوژی :
نانوتیوپ‌هایی كه دارای انتهای باز باشند می‌توانند به داخل سلول نفوذ كرده و مواد شیمیایی داخل آن را بررسی نمایند و یا میتوانند به عنوان پیپت‌هایی بسیار كوچك عمل كرده و مولكو‌ل‌ها را به داخل سلول بفرستند. مدلسازی‌های كامپیوتری نشان می‌دهند كه مولكول آب می‌تواند به سرعت وارد نانوتیوپی با قطر هشت نانومتر شده و طول آن را طی كند . بعلاوه مدلسازی‌های كامپیوتری

انجام شده برای تعداد دیگری از مولكول‌های آلی نشان دهنده این نكته است كه آنها نیز می‌توانند با سرعتی معادل با سرعت آب در طول نانوتیوپ حركت نمایند . با استفاده از این خاصیت غیر عادی نانوتیوپ‌های كربن ، می‌توان از آنها در كاربردهای پزشكی مانند تزریق دارو به صورت بسیار هدفمند ، بهره گرفت .
به علت حساسیت بالای نانوتیوپ‌ها و اندازه آنها می‌توان از این مواد به عنوان سنسور استفاده كرد . مقاومت الكتریكی نانوتیوپ‌های نیمه رسانا به شدت با تغییر محیط اطراف آنها تغییر می‌كند كه از این امر برای ساخت سنسور‌های حساس استفاده می‌شود . مشكلی كه وجود دارد و باید در كاربردها به آن توجه داشت این است كه نانوتیوپ‌ها نسبت به بسیاری از تركیبات شیمیایی مانند اكسیژن و آب حساس بوده و ممكن است قادر نباشند كه یك ماده شیمیایی و یا گاز را از دیگر مواد تشخیص دهند .
سوزن دستگاههای اسكن‌ كننده برای توسعه نانوتكنولوژی بسیار با اهمیت هستند زیرا این دستگاهها شكل سطح را مشخص می‌كنند .بنابراین باید سوزن آنها بسیار تیز باشد و پس از مصرف مكرر دچار سایش نگردد. امروزه نانوتیوپ‌های منفرد كه به تیرهای یك سر درگیر سیلی

كنی متصل هستند در میكروسكوپ‌های نیروی اتمی متداول استفاده می‌شوند . نمونه‌ای از این سوزن‌های ساخته شده از نانوتیوپ‌ كربن در شكل 5-55 نشان داده شده است .
همچنین این نانوتیوپ‌ها علاوه بر اینكه دارای میزان تیزی بالایی می‌باشند در مقابل خسارات مكانیكی نیز مقاوم‌اند و تصاویر با كیفیت بالایی را فراهم می‌آورند . به عنوان مثال یك سوزن میكروسكوپ ساخته شده از نانوتیوپ می‌تواند مسیر یك DNA را دنبال نموده و مواد شیمیایی

به كار رفته را تشخیص دهد .

نانو تكنولوژی ،‌انسان و محیط زیست
مزایای نانوتكنولوژی :
با توجه به مطالبی كه در فصول قبلی مورد بحث قرار گرفت ملاحظه می‌نماییم كه نانوتكنولوژی در تمام جنبه‌های مختلف زندگی انسان تاثیر گذار بوده و اغلب این اثرات به صورت محسوس و غیرمحسوب قابل مطالعه ، بررسی و تحلیل می‌باشد و بطور كلی می‌توان گفت كه زندگی اجتماعی انسان و توسعه همه جانبه آن وابستگی شدیدی به موضوع نانوتكنولوژی داشته ، و اغلب این وابستگی‌ها نتیجه اثرات مثبت و سازنده‌ای است كه نانوتكنولوژی در زمینه‌های مختلف زندگی انسان از جمله مسایل اقتصادی ، زیست محیطی ، پزشكی ، تغذیه ، صنایع ،منسوجات و بطور كلی سیستم‌ها و ابزار آلات و ملزومات روزمره از خود نشان داده است . نمونه‌هایی از این اثرات مثبت در قالب كاهش مصرف مواد اولیه و هزینه‌های تولید ،‌كاهش آلودگی محیط زیست ، طراحی و ساخت وسایل و ابزارهای دقیق در مهندسی پزشكی ، رساندن دز مناسب دارو به سلولهای بیمار ، تقویت و تعدیل مواد مناسب در تغذیه روزمره ، افزایش كارآیی و عمر قطعات صنعتی و بهبود كیفیت و تنوع كارآیی مواد و منسوجات مورد نیاز زندگی انسان و هزاران مورد دیگر را می‌توان نام برد . در این خصوص در فصول قبلی در زمینه مزایای نانوتكنولوژی مباحثی مطرح و مسایل بیشتری در كتب و مقالات منتشر شده توسط دیگر نویسندگان ] 5-1[ بیان شده است كه اهم آنها به شرح ذیل است .
ذرات نانومتری می‌توانند به راحتی وارد سلول‌ها شوند ، بر این اساس داروهای جدیدی را نیز می‌توان تولید نمود .
جالب‌ترین كاربردی كه این مواد در زمینه محیط زیست و همچنین در زمینه انرژی دارند ، پیل‌های سوختی می‌باشد كه كاربردهای صنعتی زیادی دارند . از جمله تحقیقاتی كه در حال انجام است می‌توان به تحقیقات در زمینه بكارگیری نانوتیوپ‌های كربن به عنوان ذخیره كننده هیدروژن در این پیل‌ها اشاره نمود . این پیل‌ها قادر خواهند بود تا حتی اتومبیل‌ها را نیز به حركت در آورند در حالی كه تنها ماده خروجی این گونه اتومبیل‌ها آب می باشد. شماتیكی از این پیلها در شكل 6-1 نشان داده شده است .
مهندسی سطح در ساخت پیل‌های سوختی یك امر بسیار مهم بوده ، كه در آن خواص سطح خارجی و ساختار حفره‌ها تاثیر زیادی بر روی كارایی آنها دارند . در این پیل‌ها هیدروژن به

عنوان سوخت اصلی به كار برده می‌شود و می‌توان آن را از هیدروكربن‌ها و با استفاده از بهینه سازی توسط كاتالیزر كه عموماً در داخل یك راكتور كه به صورت مستقیم به پیل سوختی متصل است ، تولید نمود . استفاده از صفحات و سطوح ساخته شده موجب خواهد شد تا فرآیندهای كاتالیزری بكار رفته بهبود یافته وبازده افزایش یابد ، بگونه‌ای كه بتوان پیل‌های سوختی با اندازه‌های كوچكتر را تولید نمود . این پیل‌ها می‌توانند به عنوان منابع انرژی الكتریكی به طور وسیعی بكار گرفته شوند.

در نهایت نیز می‌توان هیدروژن را از مواد غیر از هیدروكربن‌شها تهیه كرد كه این امر موضوع تحقیقات روز می‌باشد .
امروزه از نانوتكنولوژی برای ساخت مكمل‌های سوختی نیز استفاده می‌شود به عنوان مثال در زمینه افزودن ذرات نانومتری اكسید سدیم به سوخت دیزل برای صرفه جویی بیشتر در سوخت با استفاده از كاهش مصرف سوخت در طی زمان ، تحقیاتی در دست انجام است .
كاربرد دیگر مواد نانومتری ، ساخت دستگاههای تولید كننده انرژی الكتریكی بوسیله انرژی نوری است . هدف نهایی در این زمینه تولید سلول‌های خورشیدی با كارایی بالا ، ارزان و در صورت امكان انعطاف پذیر ، از پلاستیك‌ها می‌باشد . پیش بینی می‌شود كه این تكنولوژی در سال 2020 جایگاه مطلوبی را بدست آورد . در این زمینه یكی از راهكارهای ارائه شده مشابه سازی و تقلید از سیستم‌ های زیستی می‌باشد این امر می‌تواند موجب افزایش نیروگاه‌های خورشیدی و به تبع آن كاهش نیروگاه‌های با سوخت فسیلی گردد كه این امر خود تاثیر فراوانی در كاهش آلودگی محیط زیست خواهد داشت . نمونه‌ای از صفحات سلول خورشیدی در شكل 6-2 نشان داده شده است .
از دیگر كاربردهای نانوتكنولوژی می‌توان به موارد زیر اشاره كرد :
استفاده از نانوكامپوزیت‌ها به عنوان یك ماده پوشش دهنده در اتومبیل‌ها كه می‌توانند به عنوان جایگزین مناسبی برای پوشش‌های پایه كروم فعلی به كار برده شود .
تولید سنسورهای تشخیص دهنده آلودگی با دقت بالا و سرعتی تا 100 برابر سنسورهای موجود كه قادرند وجود مواد شیمیایی را تاحد نانولیتر در پس آب‌ها تشخیص دهند .
استفاده از نانوكامپوزیت‌های پایه خاك رس بجای بكار بردن فلز و آلومینیوم در پانل‌های اتومبیل می‌تواند باعث كاهش مصرف سوخت شده و در نتیجه آلاینده‌ها را كاهش خواهد داد .
نانوتكنولوژی موجب افزایش تولیدات كشاورزی شده و امكان فیلتر كردن آب و جداسازی نمك از آن را به صورت اقتصادی‌تر فراهم خواهد آورد ، نیاز به مواد كمیاب و در نتیجه آلودگی ناشی از فرایند تولید این مواد را كاهش می‌دهد .
پیش بینی می‌شود كه در 10 تا 15 سال آینده پیشرفت‌های ناشی از نانوتكنولوژی در زمینه لوازم تولید نور می‌تواند مصرف انرژی در جهان را تا 10% كاهش دهد كه این امر به معنی كاهش 100 میلیارد دلاری در هزینه‌های تولید انرژی و نیز كاهش تولید كربن تا 200 میلیون تن در سال می‌باشد

.
مطابق گزارش‌های ارائه شده تخمین زده می‌شود كه حدود 20% انرژی مصرفی صرف روشنایی می‌گردد. نقاط كوانتومی فسفر كه با استفاده از نانوتكنولوژی تولید می‌شوند امكان تولید دیودهای نوری با روشنایی بیشتر را به صورت اقتصادی تر فراهم می‌سازند . دیودهای نوری تولید شده با این روش تا سال 2025 می‌توانند انرژی لازم برای روشنایی را تا بیش از 50%‌ كاهش دهند . این مقدار دو برابر بهینه‌تر از استفاده از دیودهای نوری فلورسان متداول می باشد .

مقایسه بین دیودهای ساخته شده بوسیله نانوتكنولوژی و دیودهای معمولی را می‌توان در شكل 6-3 انجام داد .
میزان انرژی كه بدین وسیله صرفه جویی می‌شود تقریباً برابر انرژی است كه پنجاه راكتور اتمی در طی یك سال تولید می‌كنند .
شاید بتوان جالب‌ترین بخش از نانوتكنولوژی را خودآرایی دانست كه در آن مولكولها در كنار یكدیگر قرار گرفته و به صورت خودكار شروع به ساخت قطعه مورد نظر می‌كنند . در صورتی كه از این روش برای ساخت قطعات استفاده شود دیگر نیازی به احداث كارخانه‌های بزرگ كه انرژی زیادی را مصرف می‌كنند و همچنین آلودگی زیادی نیز دارند نخواهند بود . در این زمینه مهمترین تهدید، این است كه نتوان فرآیند تولید را كنترل نمود كه در این صورت ذرات به شكل گسترده‌ای به خود آرایی ادامه می‌دهند و حالتی بسیار نامطلوب پیش می آید كه به آن “لجن خاكستری ” گفته می‌شود .
یكی از مواردی كه نانوتكنولوژی بسیار مورد توجه قرار گرفته است ، تكنولوژی سبز می‌باشد كه آلودگی‌ها و انتشار مواد مضر تولیدی را به حداقل می‌رساند . در حالت اید‌ه آل ،‌ نانوتكنولوژی حفاظت از طبیعت را به میزان زیادی با ایجاد روشی برای كاهش مواد سمی شیمیایی به صورت اقتصادی ،‌ افزایش می‌دهد . از جمله این مواد می‌توان به سموم تجمع كننده زیستی پایدار ، آلوده‌كننده‌های خطرناك هوا و تركیبات آلی فعال اشاره كرد .
مواد نانو در ساخت سنسورها هم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد .
محافظت از سلامت انسان و اكوسیستم ،‌نیاز به در اختیار داشتن سنسورهای دقیقی می‌باشد كه بتوانند آلودگی را در حد مولكولی تشخیص دهند . در صورت در اختیار داشتن سنسورهایی با دقت بالاتر و و نیز قیمت كمتر و حساس‌تر می‌توان بهبود بالایی در كنترل پروسه ، مونیتور كردن اكوسیستم و تصمیم گیری در زمینه‌های محیط ‌زیست بدست آورد . امروزه دستگاههای تشخیصی كه بتوانند اطلاعات را به صورت همزمان ارایه كنند و یا قادر باشند تا آلودگی در حد مولكولی را نیز تشخیص دهند به طور عمده مورد توجه می‌باشند .
در خصوص نمونه‌هایی از كاربرد نانوتكنولوژی در محیط زیست می‌توان به مواردی از قبیل نانوسنسورها اشاره كرد كه قادرند تا آلودگی‌ها و نیز عوامل بیماری زای‌ خاص در محیط را تشخیص دهند. این سنسورها قادرند تا اندازه‌گیری‌هایی را به صورت پیوسته در منطقه وسیعی انجام دهند و نیز به تراشه‌های نانو متصل شوند و به صورت پیوسته و همزمان به عمل نمایش دادن بپردازند .
از دیگر زمینه‌های مهم ، ساخت سنسورهایی است كه بتوان از آنها در نمایش دادن و مانیتور كردن و یا كنترل فرآیند برای ردیابی آلودگی و یا كمینه كردن میزان آلودگی و تاثیر آن بر محیط استفاده كرد .
ازجمله سنسورهایی كه امروزه بر روی آنها كار شده و تحقیقات بر روی آنها همچنان ادامه دارد می‌توان به سنسورهای تشخیص آلودگی ناشی از مواد آلی در هوا و آب ، دیوكسین ،‌ PAH و مواد بیماری‌زای زیستی اشاره كرد . از دیگر كاربردها می‌توان به مونیتور كردن كیفیت آب و بررسی نحوه اندركنش آلودگی‌های موجود در محیط مانند آیروسول‌ها و ذرات كوچك یا سطوح ذرات اشاره كرد .
به عنوان مثال دانشمندان در پردو اولین تراشه زیستی پروتیین را ساخته‌اند كه دارای گروه‌های عملگر پروتیینی بسیار خاصی می‌باشند و قادرند تا كوچكترین میزان تجمع ماده هدف را نیز تشخیص دهند . نمونه‌ای از میكروتراشه‌های ساخته شده توسط نانوتكنولوژی در شكل 6-4 نشان داده شده است .
بعلاوه از ذرات نانو در ساخت كاتالیزرها جهت كاهش دمای مورد نیاز واكنش نیز می‌توان استفا

ده كرد . از جمله دیگر مزایای نانوتكنولوژی ، می‌توان به كاهش نیاز به فلزات نجیب ، در استفاده به عنوان كاتالیزر جهت كاهش آلودگی هوا اشاره نمود .
در شكل 6-5 یك شماتیك از هیدروژنیزه كردن پروپن بر روی اكسید منگنز تقویت شده با Ir4 نشان داده شده است . ابتدا پروپن به خوشه‌‌ها پیوند می‌خورد و سپس هیدروژنیزه شده و 1- پروپی

ل و یا 2- پروپیل را تولید خواهد كرد كه پس از هیدروژنیزه شدن و پروپان تولید می‌كنند .
در شكل 6-6 نیز نموداری نشان داده شده است كه در آن چگونگی از بین رفتن تمام كربن‌های آلی با استفاده از ذرات نانومتری نشان داده شده و با روش سونالیز مقایسه شده است .
از دیگر موادی كه توسط نانوتكنولوژی تولید می‌شوند ، نانوكامپوزیت‌ها هستند نانوكامپوزیت‌ها نیز موادی هستند كه اثرات قابل ملاحظه‌ای در محیط زیست از خود نشان می‌دهند . برخی از كاربردهای موثر در صنایع و محیط این گونه مواد به شرح ذیل است :
همانگونه كه قبلاً نیز بیان شد میزان واكنش پذیری ذرات نانومتری بسیار بیشتر از ذرات معمولی است ،لذا در صورتی كه این ذرات سمی باشند میزان سمیت آنها بسیار بالاتر از میزانی است كه مواد معمولی از خود نشان می دهند .
باید توجه داشت كه به دلیل خواص ویژه ذرات نانومتری و نیز محدودیت‌هایی كه از لحاظ اندازه‌گیری وجود دارد ، تعیین سمیت این مواد با پیچیدگی‌هایی همراه است . از جمله مشكلاتی كه در زمینه تعیین میزان سمیت ذرات نانومتری وجود دارد می‌توان به موارد زیر اشاره كرد :
1- پوشش سطح ذرات
2- مواردی كه موجب اختلاف در پاسخ ریه به این ذرات می‌شوند .
3- پتانسیل تجمع و یا پراكنده شدن ذرات نانومتری .
4- ذرات نانومتری به صورت بخار در مقایسه با ذراتی كه نشست پیدا كرده‌اند .
5- بار سطحی .
راه‌های ورود ذرات نانومتری به بدن :
مواد نانومتری می‌توانند به روشهای زیر وارد جریان خون شده و در بدن پخش شوند :
• به روش تماسی و از طریق پوست .
• به روش استنشاق و از راه بینی .
• ورود و جذب از طریق چشم .
• ورود و جذب از طریق شش‌ها.
• ورود به دستگاه گوارش .
نمونه‌هایی از اثرات سوء‌ ذرات نانومتری بر سلامتی انسان را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود:
• جلوگیری از تولید آنزیم در بدن .
• تولید رادیكال‌های آزاد .
• واكنش‌های شیمیایی .
• فشار به مغز .
• مسمومیت .
نانوتكنولوژی قادر است تا ضایعات راكاهش دهد . این كار با استفاده از ساخت كاتالیس‌های جدید و بهینه شده در محدوده اتمی برای مصارف صنعتی ،ساخت مولكولهای جدید ، خود آرایی و;. انجام می‌گیرد .

از نانوتكنولوژی همچنین می‌توان برای مدیریت ضایعات و كاهش آنها استفاده كرد . برای مثال می‌توان به تكنولوژی اطلاعات در ابعاد نانومتری اشاره كرد كه با بكارگیری آن می توان محصول را تشخیص داده و آن را ردیابی كرد تا بتوان فرآیندهای بازیافت ، بازسازی و عمر مصرف را پیش بینی و كنترل نمود .

ازجمله مثالهایی كه می‌توان برای كاربرد نانوتكنولوژی دركاهش آلودگی مطرح نمود ، فرایند ساختی است كه می‌تواند در دما و فشار محدود، با استفاده از كاتالیزورهای غیر سمی با كمترین تولید آلوده‌كننده‌ها ،‌ و با استفاده از واكنش های پایه آبی ، یا حذف حلال‌ها بدست آورد .برای نمونه می‌توان به ساخت ذرات فلزی به قطر 5/1 نانومتر اشاره نمود كه در آن با استفاده از مونتاژ این ذرات كوچك فلزی بر روی صفحه پلیمری تراشه‌های الكترونیكی ساخته شده ‌اند كه این روش می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های فعلی كه در آنها از مواد شیمیایی كه به طبیعت آسیب می‌رسانند ،‌باشد بعلاوه تك لایه‌هایی كه با استفاده از خود آرایی تولید شده‌اند و در آنها یك لایه از گروه فعال با یك فلز سنگین وارد واكنش شده و بر روی یك سطح متخلخل نشست داده می‌شود . قادر است تا جیوه را از مایعات آبی و آلی جدا كند .
نانوتكنولوژی می‌تواند بوسیله راههای زیر به كاهش آلودگی در محیط زیست كمك كند :
• كاهش مصرف مواد اولیه
• كاهش ضایعات
• كاهش مواد منتشر شده
• كاهش تولید مواد سمی
• انجام فرآیند ساخت در دما و فشار عادی
• استفاده از كاتالیزرهای غیر سمی با كمترین میزان تولید مواد آلوده كننده
• بكار گیری واكنش‌های پایه آبی
• ساخت سریع مولكول‌های مفید و مورد نیاز
• بكارگیری در تشخیص نوع ماده محصول و دنبال كردن آن برای مدیریت بازیافت و تعیین زمان تعویض حلال‌ها .
جلوگیری از آلودگی خود به معنی ” كاهش استفاده از منابع اولیه ” و یا هر گونه منبع دیگری كه موجب آلودگی می‌باشد با استفاده از بالا بردن بهره‌وری در استفاده از مواد اولیه انرژی ، آب و دیگر منابع و یا محافظت از منابع با استفاده از حفظ آنها می‌باشد .
از آنجا كه كاهش آلودگی ، به معنی جایگزین كردن مواد سمی در فرایند و همچنین تولید مواد سازگار با طبیعت و محصولات قابل بازگشت می‌باشد .
كاربرد نانوتكنولوژی در كاهش آلودگی محیط زیست را می توان به دو صورت بیان نمود :
1- استفاده از نانوتكنولوژی در راستای تبدیل یك فرایند تولیدی به صورت سازگار با طبیعت .
2- نانوتكنولوژی خود می‌تواند به صورت یك فرآیند سازگار با طبیعت عمل نموده و جایگزین روشها و فرآیندهای تولید كننده مواد اولیه و یا مواد سمی شود .
از نانوتكنولوژی برای برطرف كردن سموم نیز می‌توان استفاده نمود . در این زمینه از ذرات نانومتری دو فلزی برای رفع آلودگی آب ‌های موجود در داخل زمین استفاده شده است . نشان داده شده است كه ذرات نانومتری آهن می‌توانند تا 96% آلودگی ناشی از تری كلرواتیلن را در آب زیرزمینی در مركز صنعتی را از بین ببرند .
این ذرات از آهن و پالادیوم (‌و چند فلز دیگر ) ساخته شده‌اند . دیده شده است كه این مواد

برای طیف گسترده‌ای از آلودگی‌هاش ناشی از مواد كلروهیدروكربن به خوبی جواب داده و آلودگی ناشی از آنها را تا حدی زیادی كاهش می‌دهد .
از تكنولوژی بكار گیری فلز آهن برای رفع آلودگی آب‌های زیرزمینی مدت زیادی است كه استفاده می‌شود . در اینجا آهن به عنوان یك الكترون دهنده عمل نموده و باعث كاهش آلودگی‌های محیطی (‌آلی و معدنی ) می‌شود برای مثال تری كلرواتیلن (TCE) می‌تواند توسط آهن به اتان تبدیل شود :

برای دریافت اینجا کلیک کنید