شکل(1-1) انواع فولرين ها
2)ساختاريک بعدي، نانولوله هاي کربني که در دو راستا، داراي قطر نانومتري بوده و در راستاي محور لوله، ميکروني هستند و نسبت طول به قطر نانولوله ها در حدود 1000 بوده و نانولوله ها تماماً از پيوند sp2 تشکيل شده اند (شکل 1-2).
شکل(1-2) نانولوله هاي کربني
3)ساختارهاي دو بعدي گرافن که در يک راستا نانومقياس بوده و داراي ضخامت از مرتبه آنگستروم هستند. گرافن (به انگليسي: Graphene) نام يکي از آلوتروپ‌هاي کربن است. و براي نخستين بار در سال 1947 فيليپ والاس درباره گرافن نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌هاي زيادي براي ساخت آن صورت گرفته بود اما قضيه‌اي به نام قضيه مرمين-واگنر در مکانيک آماري و نظريه ميدان‌هاي کوانتومي وجود داشت که ساخت يک ماده دوبعدي را غيرممکن و چنين ماده‌اي را غيرپايدار مي‌دانست. اما به هر حال در سال ????، آندره گايم و کنستانتين نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساخت اين ماده شده و نشان دادند که قضيه مرمين-واگنر نمي‌تواند کاملاً درست باشد. جايزه نوبل فيزيک ???? نيز به خاطر ساخت ماده‌اي دوبعدي به اين دو دانشمند تعلق گرفت (شکل 1-3).
شکل(1-3) گرافن
4) ساختارهايي سه بعدي گرافيتي که ساليان بسيار زيادي است بشر آن را مي شناسد. گرافيت يکي از آلوتروپ هاي کربن است که ساختار لايه-لايه داشته و به رنگ سياه است واز قرار گرفتن ? اتم کربن به صورت ? ضلعي منظم پديد آمده است. هيبريداسيون اتمهاي آن از نوع sp2 است و اين اتم‌ها با پيوند کووالانسي به هم متصلند و نمي توانند با کربني خارج از اين لايه پيوند کوالانسي دهند بنابراين يک لايه گرافيت از طريق پيوند واندر والس -که پيوند ضعيفي است- به لايه‌هاي زيرين متصل است اين خاصيت سبب مي‌شود لايه‌هاي گرافيت به راحتي به روي هم بلغزند. به همين دليل از اين ترکيب براي “روان کاري” و “روغن کاري” استفاده مي شود. از گرافيت به عنوان الکترودهاي کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتريکي، رنگ‌ها، فولادهاي پرکربن، چدن‌ها، مداد گرافيتي و … استفاده مي‌شود. نوک مدادهاي زغالي از جنس گرافيت هستند که ساختار سه بعدي ساخته شده از ورقه هايي از شبکه هاي شش ضلعي دارد (شکل1-4).
شکل(1-4) گرافيت
5)آلوتروپ ديگر کربن الماس است که برعکس گرافيت هيبريداسيون sp3 داشته و رساناي جريان الکتريکي نيست و سختي بالايي دارد (شکل 1-5).
شکل(1-5) الماس
1-4-6- کاربردهاي فناوري نانو
بکارگيري نانوفناوري در علوم مختلف باعث پيشرفت شگرفي در آنها شده و بسياري از علوم مختلف را تحت تأثير قرار داده است. در اينجا بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوفناوري در علوم مختلف را بيان مي کنيم.
1-4-6-1-کاربرد فناوري نانو در صنعت
نانوفناوري در زمينه هاي پيچيده تر و صنعتي تري نيز ايفاي نقش مي کند. صنايع رباتيک، هوافضا و نظامي از اين دست هستند که هريک به نوبه خود با زندگي مردم در ارتباط هستند.
1)صنايع رباتيک
مهمترين تأثيري که فناوري نانو در رباتيک مي تواند بگذارد ساخت نانوربات هاست.
اين نانوربات ها مي توانند با توجه به اندازه بسيار بسيار کوچک خود، خود را به مناطق آسيب ديده رسانده و پس از تزريق مستقيم دارو به محل و بررسي هايي که انجام مي دهند بيماري را درمان کنند.
2)صنايع نظامي
به کارگيري فناوري نانو در صنايع نظامي به خصوص در زمينه امنيتي – دفاعي در دهه اخير مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. استفاده از اين فناوري در تجهيزات دفاعي راه هايي به سوي بهبود اسلحه ها، ابتکار در ساخت مواد با وزن سبک و مقاوم به دماي بالا براي هواپيماها، راکت ها و ايستگاه هاي فضايي را هموار نموده است. تسلط اطلاعاتي از طريق نانو الکترونيک پيشرفته، به عنوان يک توانايي مهم نظامي، کارايي بالاتر در تجهيزات نظامي و استفاده از ربات هاي پيشرفته به جاي استفاده از نيروي انساني نظامي، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت از عوامل شيميايي، کاهش خطر براي سربازان و بهبود کارايي خودروهاي نظامي از ديگر قابليت هاي اين فناوري نوين در حوزه نظامي – دفاعي و امنيتي است.
3)صنايع هوافضا
با پيشرفت فناوري و ورود آن به عرصه فضا، سفرهاي فضايي، ساخت كاوشگرها، مدارگردها و سفينه هاي فضايي ساده تر و مقرون به صرفه تر خواهد شد. ربات هاي فضانورد با قيمتي ارزان توليد و به منظور شناسايي و انجام آزمايشات روي كرات ديگر به فضا و ساير كرات فرستاده خواهند شد.
اندازه ماهواره هاي ارسالي به فضا كاهش خواهد يافت و ديگر نيازي به استفاده از موشك هاي غول پيكر جهت فرستادن ماهواره اي چند تني به فضا و قرار دادن آنها در مدار نخواهد بود و به اين ترتيب از هزينه هاي گزاف پرتاب موشك هاي غول پيكر كاسته خواهد شد.
نانو حسگرها، يا سامانه هاي پيشران بسيار كارآمد، نمونه هاي ديگري از كاربرد فناوري نانو هستند. حفاظت در برابر تابش هاي كيهاني از كاربردهاي ديگر و اساسي نانوفناوري در سفرهاي فضايي است. به گفته دانشمندان، خطر قرار گرفتن در معرض تابش هاي فضايي مهمترين عامل محدودكننده طول مدت سفرهاي فضايي و اقامت انسان در فضا است و لذا هم اكنون تحقيقات فراواني به طور خاص در اين زمينه در حال انجام است.
طراحان سفينه هاي فضايي به اين منظور و نيز به منظور رفع مشكلاتي مانند دوام ساختار روكش حفاظتي سفينه هاي فضايي، درجستجوي موادي هستند كه قادر باشد به آنها در توسعه و ساخت روكش چند كاره بدنه سفينه هاي فضايي كمك نمايد. منظور نانوحسگري است كه بتواند حفاظت مؤثري در برابر تابشهاي فضايي ايجاد كند و در عين حال ذخيره انرژي خوبي هم داشته باشد و همچنين قادر باشد در صورت صدمه ديدن بخشي از پوشش حفاظتي فضاپيما و نياز به انجام تعميرات خود به ترميم خود بپردازد.

از نانو همچنين در ساخت لباس فضانوردان استفاده خواهد شد. لباس فضانوردان در عين داشتن مقاومت بالا در مقابل پرتوهاي پرانرژي كيهاني بايد سبك و راحت باشد به گونه اي كه در حركات فيزيكي فضانوردان اختلال و يا محدوديتي ايجاد نكند و فضانوردان قادر باشند با آرامش و آزادي عمل بيشتري به انجام تحقيقات در فضا و يا روي سطح كرات ديگر بپردازند.
1-4-6-2- كاربردهاي فن‌آوري نانو در صنايع غذايي
حوزه‌هاي كاربردي فن‌آوري نانو درصنايع غذايي را مي‌توان به صورت شكل زير خلاصه كرد.
حوزه‌هاي مختلف كاربردي فن‌آوري نانو در غذا و صنايع غذايي به شش دسته نگهداري غذا، بهبود طعم و رنگ، سلامت غذا، بسته‌بندي، توليد غذا و فرآيندهاي غذايي تقسيم‌بندي مي‌شوند. شكل زير اين تقسيم‌بندي همراه با زيرگروه‌هاي هريك را نشان مي‌دهد. در ادامه به تشريح هر قسمت و نمونه‌هاي كاربردي مربوطه كه تا به حال وجود داشته است، پرداخته مي‌شود.
1)نگهداري
فن‌آوري نانو از سه طريق مي‌تواند در نگهداري موادغذايي مؤثر واقع شود:
ضدعفوني و ضد ميكروب كردن سطوح: فن‌آوري نانو با جابه‌جا كردن سطح پوشش مواد مي‌تواند تقريباً از ورود هر ميكروارگانزيم يا ميكروب به غذا جلوگيري كند. ميكروب‌كش‌ها با نانو ذرات و نانو قطراتي مانند روغن‌هاي گياهي و الك‌ها، دوستدار محيط زيست بوده و براي سلامت انسان بي‌ضرر هستند.
حفاظت آنتي‌اكسيدان‌ها: نگهداري آنتي‌اكسيدان‌هاي حساس مانند ويتامين‌هاي K/E/D/A ، اسيد چرب امگا 3 و ر -كاروتن همواره يك عامل كليدي در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفره‌ها مي‌تواند از خراب شدن چنين مواد بي‌ثباتي در طول فرآيند و در زمان انبارداري جلوگيري كند.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

دست‌ورزي و كنترل فعاليت آنزيم‌ها: فن‌آوري نانو در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيم‌ها كاربرد مهمي دارد. فن‌آوري نانو توانايي كنترل متابوليسم آنزيم‌ها توسط تغيير در ساختمان و افزودن ديگر ذرات فعال را دارد. بنابراين مي‌توان فعاليت‌هاي آنزيم‌ها را از اين طريق تحت كنترل درآورد.
2)توليد
كاربرد فن‌آوري نانو در زمينه توليد غذا مي‌تواند از يك سو در صنعت كشاورزي و از سوي ديگر در ابداع راه‌هاي جديد براي توليد غذاهاي غيروابسته به شرايط طبيعي، مورد اهميت قرار گيرد. عمده اين كاربردها عبارتند از:
آناليز و شناسايي محصولات كشاورزي: چيپ‌ها يا نانوسنسورها مي‌توانند آفت، آنتي‌بيوتيك‌ها و ژن‌هاي مختلف را دقيقاً تشخيص دهند.
توليد غذاهاي GM : باكي‌بال‌هاي قالب‌ريزي شده با اطلاعات ژنتيكي مي‌توانند ژن‌ها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل كنند.
توليد آفت‌كش/دارو و حمل آن‌ها: مانند زمينه دارويي در انسان، ‌نانو ذرات و نانوكپسول‌ها در بهبود اثر دارو كمك خواهند كرد و اثرات جانبي را كاهش مي‌دهند.
سنتز و توليد غذا: آرايش بسيار ريز افزودني‌هاي غذايي مي‌تواند گروه‌هاي جديد غذايي را با سنتز مواد تغذيه‌اي مورد نياز، طعم دهي تركيبات و پيوند آنزيم‌ها با هم توليد كند. اين روش باعث كاهش زياد وابستگي صنايع غذايي به محيط زيست طبيعي شده و به عنوان يك ايده متفاوت در اين زمينه ‌بدون نياز به ملزومات غذاي طبيعي استفاده مي‌شود.
3)بسته‌بندي و سلامت موادغذايي
چشم‌اندازهاي مالي فن‌آوري‌نانو، صنايع بسته‌بندي را پررونق نشان مي‌دهد. سهم بازار اين صنعت در حال حاضر حدود 1/1 ميليارد دلار است و پيش‌بيني‌ مي‌شود تا سال 2010 به 3/7 ميليارد دلار آمريكا برسد.
در اين قسمت به منظور اطلاع از محصولات تجاري و تحقيقاتي كه در اين حوزه صورت گرفته مثال‌هايي آورده مي‌شود :
شركت Bayer Polymer كيسه‌اي پلاستيكي با نام Durethan KU توليد كرده است كه از محصولات موجود در بازار سبك‌تر و محكم‌تر است، همچنين مقاومت بيش‌تري در برابر گرما از خود نشان مي‌دهد. هدف اوليه از توليد پلاستيك‌هاي بسته‌بندي موادغذايي، جلوگيري از خشك شدن محتويات آن‌ها و محافظت در مقابل رطوبت و اكسيژن است. پوشش جديد غني از نانوذرات سيليكات است. اين نانوذرات تا حد زيادي از نفوذ اكسيژن، گازهاي ديگر و رطوبت جلوگيري مي‌كنند و فساد موادغذايي را به تأخير ‌مي‌اندازند.
سازمان‌هاي ديگر به كمك فن‌آوري ‌نانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد موادغذايي هستند. به عنوان مثال شركت AgroMicron ، افشانه تشخيص دهنده نانوبيولومينسانس را ساخته كه شامل پروتيين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميكروب‌هايي مانند Salmonella و E.coli را ‌پوشانده و از خود نوري ساطع مي‌كند و در نتيجه فساد موادغذايي تشخيص داده مي‌شود. اين شركت در نظر دارد محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار كند. در حال حاضر اين شركت در حال ساخت افشانه‌هايي با روش‌‌هاي جديد است تا بتواند از آن‌ها در حمل و نقل دريايي استفاده كند.
در راهبرد مشابه، براي اطمينان از سلامت موادغذايي، محققان اتحاديه اروپا در پروژه Good Food از نانوحسگرهاي قابل حمل براي يافتن مواد شيميايي مضر، پاتوژن‌ها و سم‌‌ها در موادغذايي استفاده مي‌كنند.
با اين عمل، ديگر نيازي به فرستادن نمونه‌هاي موادغذايي به آزمايشگاه براي تشخيص سلامت و كيفيت محصولات در كشتزارها و كشتارگاه‌ها نيست. همچنين اين پروژه، در حال توسعه به كارگيري زيست‌تراشه‌هاي DNA براي كشف پاتوژن‌هاست. اين روش مي‌تواند در تشخيص باكتري‌هاي مضر و متفاوت موجود در گوشت يا ماهي و يا قارچ‌هاي ميوه مؤثر باشد. اين پروژه در نظر دارد با گسترش ميكروحسگرهاي رشته‌ا‌ي، بتواند آفت‌كش‌هاي ميوه و سبزيجات را به همان خوبي كه شرايط محيطي كشتزارها را كنترل مي‌كند تشخيص دهد. اين نوآوري به نام حسگرهاي Good Food ناميده مي‌شود.
1-4-6-3- کاربرد فناوري نانو در صنعت پزشکي
درمان و پيشگيري بيماري‌ها از قابليت‌هاي خوب فناوري نانو به شمار مي‌رود. اين فناوري با استفاده از نانوابزارها و نانوساختارهاي مهندسي‌شده، اعمال ساخت، كنترل، ديدن و ترميم سيستم زيستي انسان در مقياس مولكولي را انجام مي‌دهد.
مثال‌هايي از کاربرد نانوفناوري در پزشکي
1- هدف‌گيري و ارسال دارو به نقاط غير قابل دسترس بدن با تجهيزات نانومتري
2- توليد بافت‌هاي مصنوعي سازگار با بدن
3- توليد سيستم‌هاي هوشمند براي شناسايي بيماري‌هاي در حال ايجاد در بدن
4- درمان برخي از بيماري‌هاي صعب‌العلاج مانند سرطان، ايدز و هپاتيت
5- مراقبت بهداشتي بهتر با استفاده از تجهيزات نانومتري در داخل بدن
1-4-6-4- کاربرد فناوري نانو در مخابرات
يکي از روش هاي بکارگيري فناوري نانو در مخابرات، بهبود اتصالات فيبرهاي نوري است تا انتقال اطلاعات بهتر انجام گيرد]3[ و ]4[.
فصل دوم
مروري بر متون
2-1- نانو کامپوزيت ها
نانو کامپوزيت ها مواد مرکبي هستند که حداقل يکي از اجزاي تشکيل دهنده آن ها داراي ايجاد محدوده 1 تا 100 نانومتر مي باشد در واقع ترکيبات متشکل از ذراتي در مقياس نانو بوده که در يک فاز زمينه پراکنده شده اند نانو کامپوزيت ها را مي توان ساختارهاي جامدي در نظر گرفت که در ابعاد نانومتري داراي فواصل تکراري بين فازهاي مختلف به وجود آورنده ترکيب خود مي باشد .
علت اينکه اين مواد نسبت به کامپوزيت هاي متداول خواص ويژه و مطلوب تري را از خود نشان مي دهند اين است که نيروهاي بين سطح مشترک تقويت کننده در يک کامپوزيت معمولي قوي تر مي باشد.
کامپوزيت ها دو فاز دارند : اصلي زمينه و تقويت کننده هاي نانو متري
انواع تقويت کننده ها:
1)نانو ذرات
2)نانو لوله ها
3)نانو صفحات
4)نانو الياف
کامپوزيت هاي اصلي زمينه:
1)نانو کامپوزيت هاي زمينه پليمري :
خواص بي نظير (مکانيکي ، شيميايي ، فيزيکي) , خاصيت نفوذ پذيري , پايداري حرارتي بالا , استحکام بالا , وزن کم .
با افزودن درصد کمي از مواد نانو به يک پليمر خالص , استحکام تنشي و کششي افزايش چشم گيري مي يابد.
2)نانو کامپوزيت هاي زمينه فلزي :
کم وزن و سبک و استحکام بالا مقامومت و پايداري حرارتي مناسب.
3)نانو کامپوزيت هاي زمينه سراميکي :
به مواد جامدي که بخش عمده تشکيل دهنده آن ها غير آلي و غير فلزي باشد.
ساختمان به شکلي است که معمولا يک فاز نسبت به فاز ديگر داراي دانه بندي کوچکتري است و معمولا يک فاز در ابعاد نانو متري و فاز ديگر در ابعاد ميکروني.
سراميکهاي مهندسي به دو گروه اکسيدي و غير اکسيدي تقسيم مي شوند.
اکسيدي : TiO2تيتانيا ،AL2O3آلومينا ، ZrO2 زيرکومينا
غير اکسيدي: SiC ,TiN
سختي بالا و مقاومت فشاري و پيچشي بالاتر ، مقاومت حرارتي عالي ، رسانايي الکتريکي و حرارتي پايين ، مقاومت سايشي بالاتر و چگالي پايين تر.
مهمترين مشکل شکنندگي بالاي آنها به دليل پيوندهاي يوني و کوالانسي و براي حل آن اضافه کردن و جاسازي الياف و ذرات با ابعاد نانومتري]5[.
2-1-1-خاصيت فتوکاتاليستي :
اگر يک نيمه رسانا در معرض تابش قرار گيرد به صورت يک کاتاليست عمل مي کند.
براساس شتابدهي واکنش هاي نوري در حضور کاتاليست.
فرايند فوتو کاتاليکي به جفت شدن نور فرابنفش با انرژي کم با ذرات کاتاليستي.
اين فرايند شبيه فوتوسنتز است و فوتو کاتاليست به مانند کلروفيل نور خورشيد را به دام مي اندازد و باعث تبديل ترکيب به CO? و آب مي شود.
فرايند سل_ژل شدن عبارت است از:
1)مخلوط پيش ماده 2)شکل دهي 3)ژل شدن 4)پير شدن 5)خشک شدن 6)آب زدايي يا تثبيت شيميايي 7)متراکم کردن و سنتز شدن]6[.
2-1-2-مکانيسم فتو کاتاليست (فرآيند) :
فعالسازي توسط تابش با طول موج لازم براي تشکيل جفت حفره الکترون.
TiO? –> e? + h?
جذب سطحي آب ، ترکيب آلي و راديکال هيدرواکسيل بر روي سطح کاتاليست.
O?² + Ti?? +H?O <– –> H? + Ti?? – OH
ترکيب مجدد حفره و الکترون.
Ti?? +H?O <– –> Ti?? – H?O
Site+R(i) <– –>R(I,ads)
OH +Ti?? <– –> Ti?? /OH
ترکيب مجدد حفره و الکترون و توليد انرژي حرارتي.
e? + h? –>heat
Ti?? -OH? +h?,<– –>TI?? / OH°
به دام افتادن الکترون و حفره.
R(I,ads) +h? <– –> R?(A,ads)
Ti?? +e? <– –> Ti?³
Ti?³ +O? –> Ti?? – O??
حمله راديکال هيدروکسيل تحت شرايط مختلف.
Ti?? /OH° + R° (I,ads) –> Ti??+ R (J,ads)
OH°+ R (I,ads) –> R (J,ads)
Ti?? /OH° +R(i) –> Ti?? + R(j)
OH° +R(i) –> R(j)
2-1-3-اثر O? و H?O? :
در حضور اين عوامل سرعت و بازده تجزيه نوري افزايش مي يابد , نقش اصلي اکسيژن مولکولي جلوگيري از ترکيب مجدد الکترون-حفره است ، زيرا به عنوان دام الکترونهاي نوار رسانش عمل مي کند در اثر اين عمل يون راديکال سوپراکسيد تشکيل مي شود که شديداّ فعال است و به ترتيب خنثي ، راديکال و يون-راديکال جذب شده بر سطح کاتاليزور حمله مي کند. علاوه بر اين کار O? باعث توليد H?O? مي شود که خود اين عامل به عنوان الکترون پذير با الکترون هاي رسانا وارد عمل شده و راديکالهاي هيدروکسيل توليد مي کنند]7[.
H?O? + e? –> OH° + OH?
2-2- نانو کاتاليست‌ و نانوذرات کاتاليستي


دیدگاهتان را بنویسید