سفارش تبلیغ
صبا
مردم خواسته دنیا خرده گیاهى است خشک و با آلود که از آن چراگاه دورى‏تان باید نمود . دل از آن کندن خوشتر تا به آرام رخت در آن گشادن ، و روزى یک روزه برداشتن پاکیزه‏تر تا ثروت آن را روى هم نهادن . آن که از آن بسیار برداشت به درویشى محکوم است و آن که خود را بى نیاز انگاشت با آسایش مقرون . آن را که زیور دنیا خوش نماید کورى‏اش از پى در آید . و آن که خود را شیفته دنیا دارد ، دنیا درون وى را از اندوه بینبارد ، اندوه‏ها در دانه دل او رقصان اندوهیش سرگرم کند و اندوهى نگران تا آنگاه که گلویش بگیرد و در گوشه‏اى بمیرد . رگهایش بریده اجلش رسیده نیست کردنش بر خدا آسان و افکندنش در گور به عهده برادران . و همانا مرد با ایمان به جهان به دیده عبرت مى‏نگرد ، و از آن به اندازه ضرورت مى‏خورد . و در آن سخن دنیا را به گوش ناخشنودى و دشمنى مى‏شنود . اگر گویند مالدار شد دیرى نگذرد که گویند تهیدست گردید و اگر به بودنش شاد شوند ، غمگین گردند که عمرش به سر رسید . این است حال آدمیان و آنان را نیامده است روزى که نومید شوند در آن . [نهج البلاغه]
وبلاگ تخصصی فیزیک
پیوندها
* مطالب علمی *
وبلاگ شخصی محمدعلی مقامی
آقاشیر
.: شهر عشق :.
ایساتیس
جملات زیبا
تعقل و تفکر
دکتر رحمت سخنی
بیگانه ، دختری در میان مردمان
تا ریشه هست، جوانه باید زد...
اس ام اس عاشقانه
خاطرات خاشعات
اس ام اس سرکاری اس ام اس خنده دار و اس ام اس طنز
وسوسه عقل
پرهیزکار عاشق است !
فروش و تعمیر موبایل در استان یزد
آموزش
وبلاگ تخصصی کامپیوتر
هک و ترفند
فروش و تعمیر موبایل در استان یزد
انجمن فیزیک پژوهش سرای بشرویه
عاشقان خدا فراری و گریزان به سوی عشق و حق®
وبلاگ عشق و محبت ( اقا افشین)
باید زیست
دست نوشته های دو میوه خوشمزه
در دل نهفته ها
روزگاران(حتما یه سری بهش بزن ضرر نمی کنی)
فقط برای ادد لیستم...سند تو ال
تجربه های مدیریت
سولات تخصصی امتحان دکترا دانشگاه آزاد
سولات تخصصی امتحان دکترا دانشگاه آزاد
ارزانترین و بزرگترین مرکز سوالات آزمون دکترا
عکس و اس ام اس عشقولانه
دانلود نرم افزار های روز دنیا
شاهرخ
مکانیک هوافضا اخترفیزیک
مکانیک ، هوافضا ،اخترفیزیک
وبلاگ تخصصی فیزیک و اختر فیزیک
وبلاگ تخصصی فیزیک جامدات
همه با هم برای از بین نرفتن فرهنگ ایرانی
انتخاب
فیزیک و واقعیت
ترجمه متون کوتاه انگلیسی
دنیای بیکران فیزیک
آهنگ وبلاگ

روش آلیاژسازی مکانیکی اولین بار توسط بنیامین(Benjamin)  و همکاران‌اش در اواخر دهه شصت ِ قرن بیستم میلادی معرفی شد. آن‌ها این روش را به منظور تولید سوپرآلیاژهای پایه نیکلی استحکام یافته با ذرات اکسیدی به کار بردند.

طی این فرایند، ذرات پودری خام در اندازه چند میکرون تحت یک تغییر شکل پلاستیکی شدید قرار می‌گیرند و پیوسته متحمل جوش سرد و شکست می‌شوند. چنانچه پودر مورد استفاده از نظر ترکیب شیمیایی کاملاً همگن باشد (برای مثال پودر یک عنصر یا پودر یک آلیاژ) فرایند، آسیاب کردن مکانیکی (( Mechanical Milling (MM)نامیده می‌شود. در این حالت، هیچ‌گونه تغییری در ترکیب شیمیایی پودر اولیه صورت نمی‌گیرد و آلیاژسازی مکانیکی تنها منجر به تغییر در ساختار داخلی و اندازه ذرات پودر می‌گردد. سابقه تاریخی روش آسیاب کردن مکانیکی به سال 1987 برمی‌گردد. مزیت آن نسبت به دیگر روش‌ها، اجرای آسان و کم‌هزینه در مقیاس صنعتی است.

  فرایند تولید پودر و پارامترهای اصلی فرایند

ابتدا مواد خام را به همراه گلوله و مواد کنترل فرایند(PCA یا Process Control Agent) ، در داخل محفظه آسیاب می‌ریزند. در اثر چرخش محفظه‌ی آسیاب، گلوله‌ها به مواد خام برخورد کرده، منجر به آسیاب شدن و خردتر شدن می‌شوند. در این بین نیز مواد خام به دلیل گیرافتادن بین گلوله‌ها بر اثر جوش سرد، پرس و به هم متصل می‌شوند و ذرات بزرگتری به وجود می‌آورند. شکل 1 به زیبایی نحوه پروسه را توضیح می‌دهد.

در اولین مراحل آلیاژسازی مکانیکی به دلیل نرم بودن ذرات پودر، مکانیزم غالب، جوش سرد می‌باشد و در نتیجه اندازه ذرات پودر افزایش می‌یابد که این افزایش تا چند برابر اندازه اولیه ذرات پودر گزارش شده است. با ادامه تغییر شکل و کار سخت شدن ذرات پودر، تمایل به شکست در ذرات پودر افزایش می‌یابد. در نتیجه در مرحله دوم آلیاژسازی مکانیکی، اندازه ذرات پودر کاهش می‌یابد. در مرحله سوم و پس از گذشت زمان معینی حالت پایا بین سرعت جوش سرد و شکست به وجود می‌آید. در این شرایط اندازه ذرات ثابت می‌ماند و تغییر نمی‌کند.


آسیاب‌های ستاره‌ای  (متداول‌ترین نوع و محصول کارخانه Fritsh آلمان است)، شافتی(Attrition milling)، ارتعاشی( Shaker ball mill)، غلتشی( Tumbler mill )و مغناطیسی از متداول‌ترین آسیاب‌ها هستند( شکل 2).

آسیاب‌های سیاره‌ای یکی از انواع آسیاب‌های متداول در آلیاژسازی مکانیکی هستند که تا چند صد گرم پودر را در هر بار آسیاب می‌کنند. این نوع آسیاب شامل دو تا چهار محفظه است که روی یک دیسک نصب شده‌اند. محفظه‌ها حول محور عمودی خود دوران می‌کنند و به طور همزمان دیسک نگهدارنده محفظه‌ها نیز در جهت مخالف با چرخش محفظه‌ها دوران دارد. به این ترتیب، مطابق شکل (2-الف) محفظه دو نوع حرکت چرخشی خواهد داشت که در نتیجه گلوله‌های داخل محفظه آسیاب تا مسافتی به جداره داخلی آن چسبیده و در نقطه‌ای معین از جداره جدا شده و به سمت مقابل برخورد می‌کنند.

در آسیاب ارتعاشی چند گلوله داخل محفظه‌ای کوچک جای می‌گیرند و محفظه آسیاب که بر روی یک بازو محکم شده است با فرکانس بالا ارتعاش می‌کند (شکل 2-ب). در این آسیاب حرکات ارتعاشی در سه بعد صورت می‌گیرد به طوری‌که دامنه حرکت در یک بعد بیشتر از دو بعد دیگر است. اگرچه سرعت خطی گلوله‌ها در آسیاب گلوله‌ای سیاره‌ای بیشتر از آسیاب ارتعاشی است اما به دلیل فرکانس بالای ضربات در آسیاب ارتعاشی، این آسیاب نسبت به آسیاب ستاره‌ای، پرانرژی‌تر محسوب می‌شود.

آسیاب‌های غلتشی از یک محفظه استوانه‌ای بزرگ حاوی تعداد زیادی گلوله و یا میله تشکیل شده و ظرفیت بالایی در حدود 100-0.5 کیلوگرم دارا می‌باشند. محفظه به صورت افقی به وسیله دو غلتک چرخان می‌غلتد (شکل 2-ج). در این نوع آسیاب، گلوله‌ها بر اثر نیروی گریز از مرکز تا مسافتی به دیواره محفظه چسبیده و بالا می‌روند. سپس با غلبه نیروی جاذبه در ارتفاع مشخصی به پایین سقوط می‌کنند. با تغییر سرعت چرخش غلتک‌ها، سرعت آسیاب کرد نیز افزایش می‌یابد. اما بیش از یک سرعت بحرانی، نیروی گریز از مرکز بر جاذبه غلبه کرده و گلوله‌ها به جداره استوانه می‌چسبند.

آسیاب‌های شافتی همانند آسیاب‌های غلتشی دارای یک محفظه استوانه‌ای و تعداد زیادی گلوله بوده و ظرفیت تولید بالایی نیز دارند. در این نوع آسیاب‌ها، محفظه استوانه‌ای ثابت است و حرکت گلوله‌ها توسط تعدادی پروانه که بر روی یک شافت عمودی نصب شده‌اند، صورت می‌گیرد (شکل 2-د). بنابراین، کنترل درجه حرارت به وسیله عبور یک سیال در فاصله بین دو جداره محفظه به سهولت فراهم می‌گردد. اما آب‌بندی این گونه آسیاب‌ها برای انجام عملیات آلیاژسازی مکانیکی تحت شرایط خلأ یا اتمسفر خنثی مشکل است.

آسیاب مغناطیسی، عملکردی مشابه با آسیاب غلتشی دارد با این تفاوت که در این نوع آسیاب یک میدان مغناطیسی جایگزین نیروی جاذبه شده است (شکل 2-ه). این نوع آسیاب برای کاربردهای آزمایشگاهی مفید بوده و تا 100 گرم پودر را در هر مرحله آسیاب می‌کند.

آسیاب‌های غلتشی و شافتی نسبت به سایر آسیاب‌ها از انرژی کمتری برخوردار هستند اما به دلیل طرفیت بالای تولید، در مقیاس صنعتی قابل استفاده می‌باشند.

مواد کنترلی (PCA)

از آسیاب بدون PCA با توجه به جوش سرد نمی‌توان انتظارنانوپودر داشت. که شدت جوش سرد مواد داکتیل زیاد است، به طوری که در یک آسیاب گلوله‌ای معمولی، کمتر از 1% کاهش قطر پودر داریم و در آسیاب‌های گلوله‌ای ویژه،  این مقدار به یک درصد نمی‌رسد. برای حل این مشکل از PCA استفاده می‌کنیم. پس این مواد، مهم‌ترین عامل در رسیدن به نانوپودر هستند. اغلب آنها موادی آلی‌اند که جذب سطح شده، از آگلومره شدن (کلوخه‌ای شدن) آن‌ها جلوگیری می‌نماید.

محدوده‌ی ترکیبی این مواد وسیع است (می‌توان از مواد مختلفی استفاده کرد). از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان هگزان، اسید استریک (نوعی اسید آلی)، متانول و اتانول را نام برد. تحقیقات نشان داده است که میزان حضور PCAها منجر به کاهش نمایی اندازه‌ی ذرات می‌شوند. به عنوان مثال وقتی 1% وزنی اسید استریک به آلومینا اصافه کنیم، بعد از 5 ساعت اندازه ذرات 500 میکرومتر ولی اگر 3% اضافه کنیم در همین مدت به ذراتی با اندازه‌ی 10 میکرومتر خواهیم رسید.

هم‌چنین این مواد بر روی فاز نهایی، میزان حلالیت جامد و تغییرات میزان و نوع ناخالصی مؤثرند. البته بعضی مواقع محصولات جانبی واکنش‌های آسیاب خود به عنوان PCA عمل می‌کنند؛ این حالت از نظر کنترل فرایند و آلوده نکردن محصول، بهترین حالت است. به عنوان مثال، در تولید زیرکونیا، کلرید زیرکونیوم را با منیزیا وارد آسیاب کرده، که در نتیجه داریم:

   ZrCl4 + 2MgO = ZrO2 + 2MgCl2

محصول جانبی واکنش (کلرید منیزیم) به عنوان یک PCA عمل می‌کند و از به هم چسبیدن ذرات منفرد و نانوکریستال زیرکونیا ممانعت به عمل می‌آورد، و در پایان به راحتی با یک شستشو از محصول جدا می‌شود 


کلمات کلیدی: نانو تکنولوژی


نوشته شده توسط مهدی 87/11/12:: 10:49 صبح     |     () نظر

فناوری‌های نانو در زمینه‌های گوناگونی همچون توسعه داروها، آلودگی‌زدایی آب‌ها، فناوری‌های ارتباطی و اطلاعاتی تولید مواد مستحکم‌تر و سبک‌تر دارای مزایای بالقوه می‌باشند. در حال حاضر شرکت‌های زیادی نانوذرات را به شکل پودر، اسپری و پوشش تولید می‌‌کنند که کاربردهای زیادی در قسمت‌های مختلف اتومبیل، راکت‌های تنیس، عینک‌های آفتابی ضدخش، پارچه‌های ضدلک، پنجره‌های خود تمیزکن و صفحات خورشیدی دارند.

 اما اثرات افزایش بیش از حد تولید و استفاده از نانومواد در سلامت کارکنان و مصرف کننده‌ها، سلامت عمومی و محیط زیست باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. از آنجایی که فرآیند رشد و واکنش‌های شیمیایی کاتالیستی در سطح اتفاق می‌افتند، یک مقدار مشخصی از ماده در مقیاس نانومتری بسیار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر می‌باشد. این ویژگی‌ها ممکن است بر روی سلامتی و محیط زیست اثرات منفی داشته و منجر به سمیت زیاد نانوذرات شوند.

 همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقیاس‌نانو و افزایش توانایی کار کردن با ساختارها در این مقیاس، فناوری‌نانو رفته رفته گسترش یافته و سرمایه‌گذاری جهانی در این زمینه نیز افزایش می‌یابد. فناوری‌های نانو در زمینه‌های گوناگونی همچون توسعه داروها، آلودگی‌زدایی آب‌ها، فناوری‌های ارتباطی و اطلاعاتی تولید مواد مستحکم‌تر و سبک‌تر دارای مزایای بالقوه می‌باشند. در حال حاضر شرکت‌های زیادی نانوذرات را به شکل پودر، اسپری و پوشش تولید می‌‌کنند که کاربردهای زیادی در قسمت‌های مختلف اتومبیل، راکت‌های تنیس، عینک‌های آفتابی ضدخش، پارچه‌های ضدلک، پنجره‌های خود تمیزکن و صفحات خورشیدی دارند. تعداد این شرکت‌ها روز به روز در حال افزایش است.

محدوده اندازه ذراتی که چنین علاقه‌مندی را به خود جلب کرده است، عموما کمتر از 100 نانومتر است. برای داشتن تصوری از این مقیاس لازم به ذکر است که موی انسان دارای قطر 10000 تا 50000 نانومتر، یک سلول قرمز خونی دارای قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد یک ویروس بین 10 تا 100 نانومتر است. با کاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌های سطحی به اتم‌های داخلی افزایش می‌یابد. به عنوان مثال درصد اتم‌های سطحی یک ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالی که این نسبت برای یک ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد می‌باشد.

بنابراین نانوذرات در مقایسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسیار بزرگ‌تری دارند. با کاهش اندازه ذرات به یک دهم نانومتر یا کمتر، اثرات کوانتومی پدیدار می‌شوند و این اثرات، می‌تـوانـند به مقـدار زیــادی ویـژگی‌هـای نــوری، مغـناطیسی و الکتـریکی مواد را تغییر دهند. از طریق پی‌گیری ساختار مواد در مقیاس نانو، امکان طراحی و ساخت مواد جدید با ویژگی‌های کاملا نو به وجود می‌آید. تنها با کاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ویژگی‌های اساسی از قبیل هدایت الکتریکی، رنگ، استحکام و نقطه ذوب ماده (که معمولا برای هر ماده مقدار ثابتی از آنها را در نظر می‌گیریم) می‌تواند تغییر کند.

در حال حاضر نانوذراتی که به طور ناخواسته، از طریق فرآیندهای احتراق انجام شده جهت تولید انرژی یا در اتومبیل‌ها، فرآیندهای خوردگی مکانیکی و یا فرآیندهای صنعتی معمول به وجود می‌آیند، بیش از تولید صنعتی نانوذرات بر محیط زیست و زندگی انسان تاثیر می‌گذارند. اما اثرات افزایش بیش از حد تولید و استفاده از نانومواد در سلامت کارکنان و مصرف کننده‌ها، سلامت عمومی و محیط زیست باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. از آنجایی که فرآیند رشد و واکنش‌های شیمیایی کاتالیستی در سطح اتفاق می‌افتند، یک مقدار مشخصی از ماده در مقیاس نانومتری بسیار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر می‌باشد. این ویژگی‌ها ممکن است بر روی سلامتی و محیط زیست اثرات منفی داشته و منجر به سمیت زیاد نانوذرات شوند.

تنفس نانوذرات

خطرات احتمالی نانوذراتی که در هوا پخش شده‌اند، یعنی آئروسل‌ها از اهمیت بیشتری برخوردارند. این قضیه به دلیل تحرک بالای آنها و امکان جذب آنها از طریق ریه، که راحت‌ترین مسیر ورود به بدن می‌باشد، اهمیت پیدا می‌کند. اندازه ذرات تا حدزیادی تعیین‌کننده محل نشست این ذرات در دستگاه تنفسی می‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن کار، دستگاه تنفسی را به سه قسمت ناحیه‌ای و کارکردی تقسیم می‌‌کنیم:

1- مسیر‌های هوایی بالایی،

2- ناحیه نایژه‌ها، که هر دوی آنها به وسیله لایه موکوس حفاظت می‌شوند. در اینجا ذرات بزرگ‌تر، از طریق نشستن بر روی دیواره مسیر هوایی، از هوای ورودی به ریه جدا می‌شوند. حرکات مژه‌های این قسمت، خلط را به سوی گلو بالا برده و از آنجا یا در اثر سرفه خارج و یا بلعیده می‌شوند. ذرات کوچکتر (کوچکتر از 2.5 میکرومتر) و نانوذرات ممکن است وارد کیسه‌های هوایی شوند، که ناحیه مبادله گاز در ریه می‌باشند. جهت تسهیل جذب اکسیژن و دفع دی‌اکسید کربن، تمام غشاها و سلول‌ها در این قسمت از ریه، نازک و آسیب‌پذیر بوده و هیچ‌گونه لایه حفاظتی ندارند. تنها مکانیسم حفاظتی در این قسمت از طریق ماکروفاژها می‌باشد.

3- ماکروفاژها سلول‌های بزرگی هستند که اشیای خارجی را بلعیده و از طریق جابه‌جا کردن آنها، به عنوان مثال به سوی گره‌های لنفاوی، آنها را از کیسه‌های هوایی خارج می‌کنند. نانوذرات تا حد زیادی از این سیستم حفاظتی رها شده و می‌توانند وارد بافت‌های تنفسی گردند. ذرات و الیاف باقی‌مانـده می‌تواننـد با بافت‌های مخاطی ریوی بر هم کنش داده و منجر به ایجاد التهاب شدید، زخم و از بین رفتن بافت‌های ریوی گردند. این وضعیت ریه‌ها شبیه حالت به وجود آمده در بیماری‌هایی همچون بیماری باکتریایی ذات‌الریه، یا بیماری‌های ریوی صنعتی مهلک همانند سیلیکوسیس یا آزبستوسیس می‌باشد.

سیلیکوسیس و آزبستوسیس

با وجودی که بیماری‌های سیلیکوسیس و آزبستوسیس از طریق نانوموادی که به روش تکنیکی تولید شده‌اند به وجود نمی‌‌آیند، اما منشا ایجاد این بیماری‌ها، تنفس موادی شبیه نانوذرات است که اطلاعات قدیمی در مورد اثرات زیان‌بخش آنها بر روی سلامتی وجود دارد. سیلیکوسیس زمانی ایجاد می‌شود که گرد و غبار حاوی سیلیس به مدت طولاتی به درون ریه تنفس شود. سیلیس بلوری برای سطح بیرونی ریه سمی می‌باشد. زمانی که سیلیس بلوری در تماس با ریه قرار می‌گیرد اثرات التهابی شدیدی به وجود می‌آید. در مدت زمان طولانی این التهاب باعث می‌شود تا بافت ریه به طور برگشت‌ناپذیری آسیب‌دیده و ضخیم شود که این پدیده به نام فیبروسیس نامیده می‌شود.

سیلیس بلوری عموما در ماسه‌سنگ، گرانیت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سیلیسی خالص وجود دارد. بنابراین افرادی همچون کارگران کارخانه‌های ذوب فلزات، سفال‌گران و کارگرانی که با ماسه کار می‌کنند، در معرض خطر قرار دارند. سیلیس بلوری از سوی سازمان بهداشت جهانی به عنوان یک ماده سرطانزا معرفی شده است.

الیاف پنبه نسوز دارای طول چند میکرومتر می‌باشند و در نتیجه جزء نانومواد قرار نمی‌گیرند. با این‌ حال جزء ذرات و الیاف مجموعه امراض شغلی قرار می‌گیرند. پنبه نسوز یک فیبر معدنی طبیعی است که در بیش از 3000 ماده ساختمانی و محصول تولید شده به کار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمایل به خرد شدن به الیاف بسیار ریز دارند.

به دلیل کوچک بودن، این الیاف پس از پخش شدن در هوا ممکن است به مدت چند ساعت یا حتی چند روز معلق بمانند. الیاف پنبه نسوز تخریب‌پذیر نبوده و در طبیعت پایدار می‌باشند. این الیاف در مقابل مواد شیمیایی پایدار هستند، تبخیر نمی‌شوند، در آب حل نمی‌شوند و در طول زمان تجزیه نمی‌گردند. پنبه نسوز موجب ایجاد سرطان ریه و مزوتلیوما می‌شود که نوعی تومور خطرناک غشایی است که ریه را می‌پوشاند .

آلودگی ذره‌ای هوا در مشاغل دیگری همچون تولید و فرآوری کربن سیاه و الیاف مصنوعی نیز موجب ایجاد نگرانی می‌شود.

آلودگی ذره‌ای هوا

آلودگی هوا مخلوط کمپلکسی از ترکیبات مختلف در فاز گاز، مایع و جامد است. خود مواد ذره‌ای مخلوطی ناهمگن از ذرات معلق هستند که ترکیب شیمیایی و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپیدمی‌شناسی، انواع مختلفی از آلودگی‌های ذره‌ای هوای معـرفی شـده‌اند کـه از آن جمـله میـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌ای با قطر موثر آئرودینامیک کمتر از 10 میکرومتر) اشاره کرد. در سال‌های اخیر مطالعات زیادی در زمینه مواد ذره‌ای ریز PM 2.5 (ذراتی با قطر آئرودینامیک کمتر از 2.5 میکرومتر) و فوق ریز (ذرات با قطر کمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.

با وجودی که میزان خالص آلودگی‌ ذره‌ای هوای شهری (یعنی مقدار PM 2.5)، با کم شدن نشر ذرات از صنایع و مراکز تولید انرژی کاهش یافته است، غلظت ذرات فوق‌ریز ناشی از ترافیک افزایش یافته است. هر چند غلظت این ذرات کوچک معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پایینتر از غلظت کل است. بنابراین اندازه‌‌گیری توزیع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، برای توصیف ذرات پخش‌شده از ترافیک ضروری است.

با توسعه روش‌های اندازه‌گیری آثار روشن‌تری از ذرات با اندازه کوچک‌تر مشاهده گردید. با این‌حال، بسیاری از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسیار کمی از آنها تاکنون به نتیجه رسیده‌اند. پیشنهاد شده است که اثرات زیان‌آور آلودگی ذره‌ای هوا به طور عمده به غلظت ذرات کوچک‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمی ذرات بزر‌گ‌تر بستگی چندانی ندارد. بنابراین معقول به نظر می‌رسد که اطلاعات به دست آمده از اپیدمی‌شناسی محیطی را با داده‌های حاصل از مطالعات سم‌شناسی انجام گرفته بر روی حیوانات و یا سایر داده‌های تجربی ترکیب نماییم.

مطالعات اپیدمی‌شناسی زیادی ثابت کرده‌اند که ارتباط مستقیمی بین افزایش مقطعی مواد ذره‌ای و افزایش بیماری و مرگ و میر ناشی از نارسایی‌های قلبی و عروقی وجود دارد. بیماران مسن‌تری که سابقه بیماری‌های قلبی و یا تنفسی دارند و همچنین بیماران دیابتی، در معرض خطر بیشتری قرار دارند.

مدارک تجربی، مکانیسم‌های بیولوژیکی محتملی همچون تحریک دستگاه تنفسی و فشار اکسیدی جهازی را نشان می‌دهند. در نتیجه این تحریک‌ها، مجموعه‌ای از پاسخ‌های زیستی همانند موارد زیر ممکن است ایجاد شوند:

تغییر جریان خون به نحوی که موجب ایجاد انعقاد در قسمتی از رگ‌های خونی گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملکرد نادرست و بحرانی رگ‌ها، ناپایداری پلاکت‌های خونی، و در طولانی مدت توسعه تصلب شرایین، التهاب مزاجی و ریوی ناشی از ذرات، تصلب شرایین تسریع شده و عملکرد تغییر یافته ارادی قلب.

این موارد ممکن است بخشی از عوامل زیستی باشند که آلودگی ذره‌ای هوا را به مرگ و میر ناشی از بیماری‌های قلبی ارتباط می‌دهند. همچنین نشان داده شده است که نشست ذرات در کیسه‌های هوایی شش‌ها منجر به فعال شدن تولید سیتوکین به وسیله ماکروفاژها و سلول‌های اپیتلیال کیسه‌های هوایی گشته و موجب التهاب سلول‌ها می‌شود. در نمونه‌هایی که به طور تصادفی از میان بزرگسالان سالم در معرض آلودگی ذره‌ای هوا انتخاب شده بودند، افزایش ویسکوزیته پلاسما، فیبرینوژن و پروتئین فعال C مشاهده گردید.

خلاصه و چشم‌انداز بحث

در مجموع مدارک بسیار زیادی حاصل از مطالعات اپیدمی‌شناسی وجود دارد که اثرات زیان‌آور ذرات فوق‌ریز را بر روی سلامتی نشان می‌دهند. همچنین از مدت‌ها پیش مدارک زیادی مبنی بر زیان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محیط‌های کاری وجود دارد. به طور کامل مشخص نیست که این مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است یا نه. با این حال منطقی آن است تا زمانی که بر اساس مطالعات بیشتر اپیدمی‌شناسی، همچنین مطالعات انجام شده بر روی حیوانات، اثرات زیان‌آور این نانومواد کاملا مشخص نشده است، از این داده‌ها چشم‌پوشی نکنیم.

در حال حاضر هیچ قانونی در مورد تولید و کاربرد نانومواد برای سلامتی کارکنان و مصرف‌کنندگان و همچنین برای مسائل زیست‌محیطی وجود ندارد. همچنین در زمینه قانون‌گذاری برای مواد شیمیایی، هیچ گزینه‌ای برای اندازه ذرات در هنگام ثبت یک ماده مدنظر قرار نمی‌گیرد.

پیش از انجام هرگونه قانون‌گذاری در زمینه نانومواد، باید اطلاعات بسیار زیادی راجع به اثرات فرآیندها و محصولات نانو، بر روی سلامتی انسان و همچنین محیط زیست به دست آید. اما حتی با در نظر گرفتن عدم قطعیت علمی موجود، شواهد کافی برای انجام اقدامات پیشگیرانه در محیط‌های کاری و بسته وجود دارد.


کلمات کلیدی: نانو تکنولوژی


نوشته شده توسط مهدی 87/2/15:: 10:6 صبح     |     () نظر

وقتی برای گشت و گذار به دل کوه ها و کوهپایه ها پناه می برید و از شیب تند جاده به سمت پایین حرکت می کنید، بوی نامطبوعی که از لنت ترمز خودروی شما خارج می شود، شما را هشیار می کند.
از فرزندتان می خواهید آن را تنفس نکند چون شنیده اید بسیار سمی است. اما فکر کرده اید چرا؟ فناوری های نوین همیشه مثل سکه دو رو دارند، طرفی از آنها که در جهت رفاه و بهره مندی انسان است و وجهی دیگر که به طور مستقیم با سلامت جسمی در تضاد است. چند سالی می شود که نانوتکنولوژی به عنوان یک کلید در حل بسیاری از مشکلات صنایع در قرن اخیر گره گشا بوده است و در بسیاری موارد به بشر خدمت می کند؛ اما نباید از روی دیگر این سکه غافل بود.
ذرات نانو در مواردی می توانند همچون غبار همان آزبست لنت ترمز عمل کنند و مثل یک ذره کاملا غیرطبیعی که بدون هدف در فضا رها شده است ، از جنبه های مختلف ، سلامت انسان را تهدید کنند. البته همچنان که علم نانو یک علم نو و جدید است ، عوارض جانبی آن هم چندان مشخص نیست ، اما دانشمندان تا حدی توانسته اند روابطی بین بعضی بیماری های تنفسی با ذرات نانو را به اثبات برسانند.

فناوری های نانو، در زمینه های گوناگونی همچون توسعه داروها، تصفیه آبها و زدودن انواع آلودگی های آب ، فناوری های ارتباطی و اطلاعاتی ، تولید مواد مستحکم تر و سبک تر دارای مزایای بالقوه هستند. امروزه بسیاری از شرکت های تجاری ، بر مبنای همین فناوری ها، نانوذرات را به شکل پودر، اسپری و پوشش تولید می کنند که کاربردهای زیادی در قسمت های مختلف اتومبیل ، راکت های تنیس ، عینک های آفتابی ضد خش ، پارچه های ضد لک ، پنجره های تمیز کن خودکار و صفحات خورشیدی دارد و تعداد این شرکت ها با سرعتی باور نکردنی رو به افزایش است.

نانو چه اندازه ای است؟
محدوده اندازه ذراتی که این چنین علاقه مندان را در صنعت به سوی خود جلب کرده است ، معمولا کمتر از 100 نانومتر است. برای این که تصوری از مقیاس داشته باشیم ، بد نیست به اندازه موی سر انسان که چیزی حدود 10هزار تا 50 هزار نانومتر است توجه کنیم. یک سلول قرمز خون ، قطری حدود 5 هزار نانومتر دارد و ابعاد یک ویروس بین 10 تا 100 نانومتر است. با کاهش اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتم های سطحی به اتم های داخلی بیشتر می شود. بر فرض درصد اتم های سطحی یک ذره با اندازه 30 نانومتر 5 درصد است ، در حالی که این نسبت برای یک ذره با اندازه 3نانومتر 50 است.
این طوری است که نانوذرات در مقایسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به وزن بسیار بیشتری دارند و با کاهش اندازه ذرات به یک دهم نانومتر یا کمتر، اثرات کوانتومی دیده می شوند و این اثرات هم می توانند به مقدار زیادی ویژگی های نوری ، مغناطیسی و الکتریکی مواد را تحت الشعاع قرار دهند. با این ویژگی های جدید است که ساختار مواد در مقیاس نانو به ما امکان طراحی و ساخت مواد جدید با ویژگی های کاملا نویی را می دهد. با کم کردن اندازه و ثابت نگه داشتن نوع ماده ، ویژگی های اساسی از قبیل هدایت الکتریکی ، رنگ ، استحکام و نقطه ذوب ماده تغییر می کند.
نانو و تهدید محیط زیست
در حین فرآیندهای احتراق ، برای تولید انرژی یا در اتومبیل ها، فرآیندهای خوردگی مکانیکی یا فرآیندهای صنعتی معمول ، نانوذراتی به صورت ناخواسته تولید می شوند که تا حد زیادی محیط زیست و زندگی انسان را تحت تاثیر قرار می دهند.
به نظر می رسد با گسترش استفاده از این فناوری ها، اثرات افزایش بیش از حد تولید و استفاده از نانو مواد بر سلامت کارکنان و مصرف کننده ها، سلامت عمومی و محیط زیست ، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجا که فرآیند رشد و واکنش های شیمیایی کاتالیستی که در سطح اتفاق می افتند، یک مقدار مشخصی از ماده در مقیاس نانومتری ، بسیار فعال تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگتر است ، این ویژگی ها ممکن است روی سلامت و محیط زیست اثرات منفی داشته و منجر به افزایش سمیت نانوذرات شوند.
ورود از راه تنفس
خطرات احتمالی نانوذراتی که در هوا پخش شده اند، یعنی آئروسل ها اهمیت بالایی دارند. این مساله به دلیل تحرک بالای آن و امکان جذب از طریق ریه که راحت ترین مسیر ورود به بدن است ، اهمیت پیدا می کند. اندازه ذرات نانو که به نسبت سایر موادی که به ریه وارد می شوند کوچک تر است ، این امکان را فراهم می کند که نشت این ذرات تا میزان بالایی روی دستگاه تنفسی ، راحت تر صورت گیرد.دستگاه تنفسی سه قسمت شامل مسیرهای هوایی بالایی ، ناحیه نایژه ها و ماکروفاژها دارد که امکان آلودگی آنها با مواد نانو را بررسی می کنیم.
وقتی ریه ها ملتهب می شوند
مسیرهای هوایی بالایی و نایژه ها به وسیله لایه موکوس حفاظت می شوند. ذرات بزرگتر از طریق نشستن روی دیواره مسیر هوایی ، از هوای ورودی به ریه ها جدا می شوند. حرکات مژه ای این قسمت ، خلط را به سمت گلو بالا برده و از آنجا یا در اثر سرفه خارج و یا با عمل بلع ، بلعیده می شوند. ذرات کوچکتر (کوچکتر از 2.5 میکرومتر) و نانوذرات ، ممکن است وارد کیسه های هوایی شوند که ناحیه مبادله گاز در ریه هستند و کوچک ترین اجزای ریه محسوب می شوند که در ارتباط با مویرگ ها قرار دارند.
به منظور دفع دی اکسیدکربن از مویرگ ها به کیسه های هوایی و جذب اکسیژن ، تمام غشاها و سلول ها در این قسمت ها نازک و آسیب پذیر هستند و هیچ گونه لایه حفاظتی ندارند. تنها مکانیسم حفاظتی در این قسمت ، ماکروفاژها هستند. این ماکروفاژها سلول های بزرگی هستند که اشیائ خارجی را بلعیده و از طریق جابه جا کردن آنها مثلا به سوی گره های لنفاوی آنها را از کیسه های هوایی خارج می کنند. نانو ذرات تا حد زیادی از این سیستم حفاظتی رها شده و می توانند وارد بافت های تنفسی شوند.
ذرات و الیاف باقی مانده می توانند با بافت های مخاطی ریوی بر هم کنش کرده و بافت های ریوی را دچار التهاب های شدید، زخم و حتی مرگ کنند. این وضعیت ریه ها در چند بیماری دیگر هم دیده می شود، از جمله در بیماری باکتریایی ذات الریه یا بیماری های صنعتی مهلکی همچون سیلیکوسیس یا آزبستوسیس مشاهده می شوند.
چه افرادی بیمار می شوند؟
از قدیم ، این دو بیماری بر اثر تنفس ذراتی مثل نانوذرات ایجاد می شده است که اثرات بسیار مهلکی بر سلامت دستگاه تنفسی دارند. سیلیکوسیس وقتی ایجاد می شود که گرد و غبار حاوی سیلیس برای مدت طولانی به درون ریه تنفس شود. سیلیس بلوری برای سطح بیرونی ریه سمی است. وقتی سیلیس بلوری در تماس با ریه قرار می گیرد، اثرات التهابی شدید به وجود می آیند، در تمام مدت این التهاب باعث می شود که بافت ریه به نحو برگشت ناپذیری آسیب دیده و ضخیم شود که این پدیده با عنوان فیبروسیس معروف است. سیلیس بلوری ، معمولا در ماسه سنگ گرانیت ، سنگ لوح ، زغال سنگ و ماسه سیلیسی خالص وجود دارد. به همین دلیل افرادی مثل کارگرانی که با ماسه کار می کنند و کارگران کارخانه های ذوب فلزات ، سفالگران و... در معرض این خطر قرار دارند. سیلیس بلوری از سوی سازمان بهداشت جهانی به عنوان یک ماده سرطان زا معرفی شده است.
الیاف پنبه نسوز هم ، طولی حدود چند میکرومتر دارند، که هرچند جز نانو مواد نیستند، جزو موادی که آلوده کننده دستگاه تنفسی و بیماری زا هستند، طبقه بندی می شوند. پنبه نسوز یک فیبر معدنی طبیعی است که در بیش از 3 هزار ماده ساختمانی و محصول تولیدی به کار می رود. این نوع الیاف تمایل دارند به الیاف بسیار ریزتر خرد شوند. به دلیل کوچک بودن ، این الیاف ممکن است بعد از پخش شدن در هوا برای مدت چند ساعت یا چند روز معلق باقی بمانند، الیاف پنبه نسوز در طبیعت پایدارند و هرگز تجزیه نمی شوند و حتی در مقابل مواد شیمیایی هم پایدارند و تبخیر نمی شوند. در آب هم غیرقابل حل هستند. این مواد باعث ایجاد سرطان ریه و مزوتلیوما که نوعی تومور خطرناک غشایی است و ریه را می پوشاند می شوند. آلودگی ذره ای هوا در مشاغل دیگری همچون تولید و فرآوری کربن سیاه و الیاف مصنوعی هم موجب ایجاد نگرانی در این زمینه می شود.
ذراتی که در شهرها معلق اند
با وجود این که میزان خالص آلودگی ذره ای هوای شهری ، با کم شدن نشر ذرات از صنایع و مراکز تولید انرژی کاهش یافته است ، غلظت ذرات فوق ریز ناشی از ترافیک ، افزایش پیدا کرده است. اگر دقت کرده باشید وقتی از شیبی با اتومبیل تان به سمت پایین حرکت می کنید، لنت های ترمز اتومبیل شما و سایرین ، بویی در هوا متصاعد می کند، که اغلب مردم از سمی بودن آن مطلع هستند، اما به طور معمول در ترافیک های سنگین شهری هم مقادیر بالایی از این مواد وارد هوا می شود که معمولا همه ما نسبت به آن بی توجهیم.
با توسعه روش های اندازه گیری ، آثار روشن تری از ذرات با اندازه کوچک تر مشاهده شده است. با این حال بسیاری از مطالعات کماکان ادامه دارند و خیلی کم به نتیجه رسیده اند. دانشمندان بر این عقیده اند که اثرات زیان آور آلودگی ذره ای هوا، به طور عمده به غلظت ذرات کوچک تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمی ذرات بزرگتر چندان بستگی ندارد. به همین دلیل به نظر می رسد ترکیب اطلاعات به دست آمده از اپیدمی شناسی در محیطهای مختلف با داده های حاصل از مطالعات سم شناسی انجام گرفته بر روی حیوانات چندان هم دور از واقعیت نیست.
ذره ها بیماری زا هستند
بتازگی مطالعات اپیدمی شناسی ثابت کرده اند ارتباط مستقیمی بین افزایش مقطعی مواد ذره ای و افزایش بیماری و مرگ و میر ناشی از نارسایی های قلبی و عروقی وجود دارد. بیماران مسن تری که سابقه بیماری های قلبی یا تنفسی دارند و همین طور بیماران دیابتی ، در معرض خطر بیشتری قرار دارند. همچنین ثابت شده است که نشست ذرات در اندازه های نانو در کیسه های هوایی شش ها منجر به فعال شدن تولید سیتوکینینی به وسیله ماکروفاژها و سلول های کیسه های هوایی شده و التهاب سلول ها را به دنبال دارد.
نمونه های تصادفی از میان بزرگسالان سالم در معرض آلودگی ذره ای هوا، نشان داد که در پلاسمای خون این افراد میزان ویسکوزیته افزایش پیدا کرده است. اما با این وجود، هنوز هم به طور کامل مشخص نیست که این مسائل را می توان به نانوذرات تعمیم داد یا خیر و جنبه های دیگر آلودگی زای این ذرات تا چه طیفی گسترده اند. بررسی و مطالعات بیشتر در این زمینه بسیار ضروری به نظر می رسد.

کلمات کلیدی: نانو تکنولوژی


نوشته شده توسط مهدی 87/1/28:: 10:26 صبح     |     () نظر
نانوسیم چیست؟
شاید هنوز ساخت تراشه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کامپیوتری که برای ایجاد سرعت محاسباتی بالا به جای جریان الکتریسیته از نور استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، تشخیص انواع سرطان و سایر بیماریهای پیچیده فقط با گرفتن یک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هوشمند و نمایشگرهای LCD ؛ تنها یک رویا برایمان باشد و این مسائل را غیر واقعی جلوه دهد اما محققین آینده قادر خواهند بود تمام این رویاها را به حقیقت تبدیل کنند و دنیایی جدید از ارتباطات و تکنولوژی را بواسطه معجزه نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به ارمغان آورند.
تا کنون با نانوساختارهای مختلفی از جمله نانولوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کربنی، نانوذرات و نانوکامپوزیت آشنا شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اید؛ یکی دیگر از نانوساختارهایی که امروزه مطالعات و تحقیقات بسیاری را به خود اختصاص داده است نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.
عموماً سیم به ساختاری گفته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشند رسانایی الکتریکی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی شان انتقال بار الکتریکی اتفاق می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌افتد.

ساخت سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی در ابعاد نانومتری هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند. نسبت طول به قطر نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بسیار بالا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد. ( L>>D )
مثال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی از کاربرد نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیرد.

انواع نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:
1. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های فلزی: این نانوساختارها به دلیل خواص ویژ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که دارند نویدبخش کارایی زیادی در قطعات الکترونیکی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند.
توسعه الکترونیک و قدرت یافتن در این زمینه بستگی به پیشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونیکی است. با این حال قوانین مکانیک کوانتومی، محدودیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ساخت و افزایش هزینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های تولید ما را در کوچکتر کردن تکنولوژی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. تحقیق فراوان در مورد تکنولوژی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های جایگزین علاقه فراوانی را متمرکز مواد در مقیاس نانو در سال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اخیر کرده است. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های فلزی بخاطر خصوصیات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آنها می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود، یکی از جذاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین مواد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشند.
نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها میتوانند در رایانه و سایر دستگاههای محاسبه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گر کاربرد داشته باشند. برای دستیابی به قطعات الکترونیکی نانومقیاس پیچیده، به سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نانومقیاس نیاز داریم. علاوه بر این، خود نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانند مبنای اجزای الکترونیکی همچون حافظه باشند.

2. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آلی: این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، همانطور که از نامشان پیداست، از ترکیبات آلی به‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دست می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آیند.
علاوه بر مواد فلزی و نیمه رسانا، ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها از مواد آلی هم امکان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیر است. به تازگی، ماده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای بنام «الیگوفنیلین وینیلین» برای این منظور در نظر گرفته شده است.
ویژگی این سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها (نظیر رسانایی و مقاومت و هدایت گرمایی) به ساختار مونومر و طرز آرایش آن بستگی دارد.
3. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هادی و نیمه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هادی: ساختار شیمیایی این ترکیبات باعث بوجود آمدن خواص جالب توجهی میشود.
آینده نانوتکنولوژی به توانایی محققین در دستیابی به فنون ساماندهی اجزای مولکولی و دستیابی به ساختارهای نانومتری بستگی دارد. محققین اکنون توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند با تقلید از طبیعت به ساماندهی پروتئین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های حاصل از خمیر مایه برای تولید نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هادی دست یابند. ساماندهی اجزای زنده در طبیعت، بهترین و قدیمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین نمونه ساخت «پائین به بالا» است و لذا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان از آن برای فهم و نیز یافتن روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هائی برای ساخت ادوات الکترونیکی و میکرومتری استفاده کرد. تا کنون از فنون ساخت «بالا به پائین» استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد که این فنون در مقیاس نانومتری اغلب پر زحمت و هزینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بر است و تجاری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌سازی نانوتکنولوژی به روشهای آسان و مقرون به صرفه نیاز دارد که بهترین الگوی آن هم طبیعت پیرامون ماست؛ فقط کافی است کمی چشمانمان را باز کنیم و با دقت بیشتری اطرافمان را بنگریم.

4. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سیلیکونی: این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها سمی نیست و به سلولها آسیبی نمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌رسانند.
این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بیشترین کاربرد خود را در عرصه پزشکی مانند تشخیص نشانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سرطان، رشد سلول‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بنیادی و ... نشان داده است که در ادامه به آن می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازیم. 

          
نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سیلیکونی

روشهای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:
1. تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های لیتوگرافی
• لیتوگرافی نوری: در این روش از تغییرات شیمیایی در یک ماده سخت شونده در اثر نور استفاده میشود. از یک سری ماسک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نوری برای تعریف مناطق فعال شونده در اثر نور استفاده میشود. یکی از محدودیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های این تکنیک محدوده پراش موج نوری است. طول موج نوری که در حاضر در صنایع استفاده میشود در حدود nm 248میباشد ولی با طراحی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های دقیق مالک و به کارگیری بسیار دقیق پلیمرهای سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شونده میتوان به ابعاد کمتر nm 100 هم رسید.
• لیتوگرافی با اشعه الکترونی: در این روش عمدتا از یک پلیمر سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شونده و قرار دادن آن بر یک پایه استفاده میشود. آنگاه یک اشعه الکترونی با انرژی بالا بر روی سطح تابیده میشود با تابش اشعه الکترونی طرح مورد نظر شکل داده میشود. پس از یونیزه شدن ماده و حل شدن پلیمر توسط حلال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های شیمیایی طرح مورد نظر برای ساخت نانو سیم حاصل میشود.
• لیتوگرافی با پراب روش: لیتوگرافی با استفاده از پراب روشیپ برای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های زیر nm100 بکار میروند. پراب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های الکترونی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) و یا میکروسکوپ روش تونلی (STM) از انتخاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های این روش برای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها میباشد.
از مزایای روشهای لیتوگرافی انعطاف این روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در الگوسازی برای نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها میباشد. بعبارت دیگر با این روشها میتوان به نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هر شکل قابل ترسیم را داد.

2. رسوب الکتروشیمیایی در حفرات: روشهای الکتروشیمیایی بطور گسترده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای برای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها استفاده میشود. یک الگوی مناسب باید حفراتی یکنواخت و بلند داشته باشد، قطر حفرات در این نوع الگو از چند نانومتر تا nm 20 میتواند داشته باشد.

فناوری نانو ، نوید کنترل خواص جدیدی از مواد را می دهد که زائیده ابعاد نانو مقیاس ذرات است ، همین خواص باعث شد شرکتهای خصوصی ، دولتها و سرمایه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاریهای خطرپذیر جهان در سال 2005 حدود 15میلیارد دلار در این فناوری سرمایه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاری کنند، همچنین براساس پیش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بینی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های صورت گرفته بازار کالاهای تولیدی مبتنی بر این فناوری در سال 2015 به رقم 6.2 میلیارد دلار میرسد. تولید این محصولات نیازمند نانومواد ،اندازه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیری و فناوریهای ساخت است. صنعت الکترونیک در تجاری سازی فناوری نانو پیشگام است. نانوالکترونیک شامل نیمه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هادی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کمتر از nm 90 ،اشکال جدیدی از حافظه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های دارای نیمه هادی ، حافظه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اطلاعاتی نانوالکترومکانیکی، نمایشگرهای آلی ، نمایشگرهای نشر میدانی،نانو لوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کربنی، حسگرهای مختلف و پاره‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از ادواتی که اکنون در حال ساخت برای به کارگیری در ابزارآلات الکترونیکی میشود. طبق برآورد بازار تجهیزات نانوالکترونیک در سال 2005 نزدیک 60 میلیارد دلار بوده و به نظر می رسد تا سال 2010 به 250میلیارد دلار برسد. بازار نانومواد ونانوابزار مورد استفاده در تولید این تجهیزات 108میلیارد دلار بوده که از این رقم 10درصد آن مربوط به نانومواد ،ابزارها، تجهیزاتی مانند لیتوگرافی ماورابنفش دور، لیتوگرافی چاپ نانو ،کاتالیستها و نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.


کاربردهای نانوسیم:

 کاربرد نانوسیم در تشخیص بیماریها: از نانوسیم هایی که از مواد مورداستفاده در تراشه رایانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های امروزی مثل سیلیکون و نیترید گالیون ساخته شده است میتوان برای تشخیص بیماریها استفاده کرد . شاید بپرسید ابزار رایانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها چه ارتباطی به تشخیص بیماری و بدن انسان دارد ، بدن انسان نیز همانند یک رایانه باید حسگرهایی داشته باشد که بتواند در صورت بروز مشکل و خطا و یا وجود مواد سمی به ابزارهای هشداردهنده خارجی اخطار دهد و درصدد رفع آن برآید همانند یک رایانه که اگر مسیری اشتباه را در آن اجرا کنید و یا ویروسی در آن پیدا شود پیغام (ERROR) میدهد اما این کار چگونه امکان پذیر است؟!
دانشمندان موفق شدند نانوسیمهای انعطاف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیر و طویلی را تولید کنند که طولهای متغیر این نانوسیمها بین 1 تا nm100 و یا حتی در میلیمتر میباشد و از لحاظ مقایسه حدود هزار مرتبه باریکتر از موی انسان است. بلندی ، انعطاف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیری و استحکام این نانوسیمها خصوصیات ویژه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای را به آن می بخشد . به عنوان مثال نازک بودن وطویل بودن باعث افزایش سطح آن میشود . لذا از این ساختارها می توان در طراحی حسگرهای بسیار سریع و حساس استفاده کرد. این نانوسیم ها توانایی تولید اشعه ماورای بنفش نامرئی را دارد ، نور از یک انتها وارد نانوسیم شده و از انتهای دیگر شروع به تابیدن میکند. نانوسیمها بدون هیچ اتلافی این نور را به طور موثری عبور میدهد. و در مسیر خود اگر به یک عامل بیماری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌زا یا ماده سمی برخورد کند نانوسیم شروع به تابیدن میکند و سیستم هشدار دهنده بسیار سریعی را ایجاد میکند و این میتواند بیماری را زودتر وسریعتر از هر آزمایشی تشخیص دهد.

 استفاده از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های خونی برای تحریک اعصاب مغزی: همیشه انتقال فرستنده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کوچک به درون رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و هدایت آنها بطرف محل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های موردنظر را در فیلم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های تخیلی دیده بودیم اما هیچ باور نمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کردیم که روزی این را در واقعیت ببینیم.!

محققین توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی از جنس پلاتین که ضخامت آن 100 برابر نازکتر و ظریفتر از موی انسان است را ابداع کنند. آنها این نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را به داخل رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های خونی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌فرستند و توسط دوربین کوچکی آنها را بطرف اعصاب مغزی هدایت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. این روش برای کمک به یافتن علل مختلف و پیدایش بیماری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی از جمله پارکینسون بسیار مفید است. در گذشته برای یافتن علل مختلف پیدایش بیماریهای قلبی و عصبی، بدن را در هر نقطه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شکافتند تا علت بیماری را بیابند، اما امروزه با گسترش فن‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آوری نانوتکنولوژی هر وسیله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان بصورت ظریف، نازک و حساس، اختراع و ابداع کرد و حتی آن را به درون ظریف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین رگ نیز فرستاد.
تنها مشکلی که محققان را کمی دچار سردرگمی کرده است تعدد رگهای خونی و سیستم گردش خون و عصب های فراوان در محدوده مغز است که فرستادن این نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را کمی دشوار کرده است اما محققین درصدد یافتن راهی برای حل آن وساختن نانوسیمهای دقیق‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر هستند.

 استفاده از نانوسیمهای سیلیکونی برای هدفمند کردن رشد سلولهای بنیادین : تولید و رشد بافتها و سلولهای مورد نیاز برای بیماران نیازمند اهدافی است که دانشمندان در عرصه پزشکی همواره به دنبال آن هستند، از جمله ابزاری که میتواند این هدف را تحقق بخشد نانوسیم های سیلیکونی است. نانوسیم ها همچون تختی از میخها هستند که به صف شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند و قابلیت تغییر شکل و رشد را دارند ، برای این منظور از طیفی وسیعی از تحریکات مکانیکی و شیمیایی بعنوان فاکتور رشد استفاده می کنند اما به تازگی توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند از محرکهای الکتریسیته نیز استفاده کنند و امیدوارند که استفاده از پالسهای الکتریکی در سلولها با استفاده از آرایه رسانای نانوسیمها در آینده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای نزدیک بعنوان شیوه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای ارزشمند برای تحت تاثیر قرار دادن سلولهای بنیادین بکار روند.


کلمات کلیدی: نانو تکنولوژی


نوشته شده توسط مهدی 86/12/4:: 8:15 عصر     |     () نظر
در سال های اخیر گزارش هایی به گوش می رسد که نانوفناوری در حال دگرگون کردن دانش بشر است. هزینه های پژوهش و توسعه، به سوی توسعه ی نانوفناوری سرازیر شده اند. پتانسیل گسترده این شاخه از دانش، خودروسازان بزرگ دنیا را به سمت آغاز برنامه های پژوهش و توسعه در زمینه فناوری نانو سوق داده که این فعالیت ها اغلب با همکاری دانشگاه ها و صنایع دیگر همراه است.
در ادامه به معرفی کوتاهی از نمونه های کاربرد فناوری نانو در صنعت خودرو می پردازیم:

• نانوکامپوزیت ها
مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به گونه ای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس(زمینه) و تقویت کننده(پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار میگردد.
یکی از گسترده ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو تا کنون ساخت نانو کامپوزیت ها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزیت ها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزین را بسیار بالا می برند، جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شده اند. اما علاوه بر ویژگی های فیزیکی بهتر، این کامپوزیت ها دارای دو برتری دیگر نیز می باشند:
نخست اینکه نانوذرات با ایجاد ماتریکس (زمینه) یکنواخت و هموار به طور قابل توجهی زیبایی بیشتر را فراهم می کنند و بنابراین نانو کامپوزیت ها سطح زیبا تر و رنگ های شفاف تری دارند.
همچنین نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بیست درصد نسبت به کامپوزیت های رایج سبک ترند.

• اثر نیلوفری و کاربرد آن در ساخت سطوح خود تمیز شونده
یکی از شناخته شده ترین مزیت های فناوری نانو اثر نیلوفری ست که سطوح خود تمیز شونده را امکان پذیر می سازد. به سبب ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روی گلبرگ ها می لغزند بی آنکه اثری روی آنها به جای گذارند.
بنابراین اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسیار صاف و صیقلی (در مقیاس نانو) باشند، ذرات آلودگی و همچنین آب روی آنها باقی نخواهد ماند.
رنگ ها و پوشش های سقف خودرو که این اصل طبیعی را به کار می برند امروزه در بازار موجود می باشند. ساختار نانویی این سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگی و قطرات بسیار ریز آب نیز جلوگیری می کند. همچنین رینگ های خود تمیز شونده نیز با استفاده از این ویژگی در حال تولید هستند.
همچنین پوشش نانویی در حال تولید است که با اضافه کردن آن به سطح شیشه خودرو (برای مثال به روش اسپری کردن)، فرورفتگی های بسیار ریز سطح شیشه را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد می کند و در نتیجه قطرات ریز آب و گرد و غبار روی شیشه باقی نمی ماند و بنابراین موجب افزایش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاکن ها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه و همچنین بهبود دید در شب در نتیجه کاهش انعکاس مضر نور می شود.
در تصویر زیر چگونگی این فرآیند نشان داده شده است.

• شیشه های نوین با توانایی بازتاب پرتو فروسرخ
نمونه ای دیگر از کاربرد های نانوفناوری در صنعت شیشه خودرو، شیشه هایی با قابلیت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشید می باشد. به این گونه که یک لایه بسیار نازک از نانوذرات بین دو لایه ی شیشه قرار گرفته اند که وظیفه آنها بازتاباندن پرتو فرو سرخ نور خورشید و در نتیجه جلوگیری از گرم شدن زیاد داخل خودرو می باشد.

• مبدل های کاتالیستی
همانطور که می دانید اگر احتراق به طور کامل و ایده آل رخ دهد خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط ایده آل رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و.... در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیان آوری همچون مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند. وظیفه مبدل کاتالیستی که در مسیر گازهای خروجی از موتور قرار می گیرد این است که گازهای فوق را به گازهای بی خطر تبدیل کند.

یکی از ویژگی های نانوذرات که در تولید مبدل های کاتالیستی استفاده شده چنین است: سطح تماس ذرات با کاهش اندازه آنها و افزایش تعدادشان (به طوری که جرم کلی مجموعه ثابت بماند) افزایش می یابد. یک دسته از واکنش های شیمیایی روی سطح کاتالیست ها رخ می دهند و بنابراین سطح تماس بیشتر، کاتالیست فعال تری را موجب می شود. از این رو به کارگیری نانوذرات در مبدل های کاتالیستی منجر به تولید مبدل های موثر تر خواهد شد.


کلمات کلیدی: نانو تکنولوژی


نوشته شده توسط مهدی 86/12/4:: 8:13 عصر     |     () نظر
   1   2   3   4   5   >>   >