نانوتکنولوژی عبارت است از :"تحقیق و توسعه در مقیاس اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی در محدوده طولی nm 1-100که منجر به فهم و درک صحیحی از مواد و رویدادها در مقیاس نانو شده و امکان ساخت ابزار و سیستمهائی را فراهم می آورد که به دلیل ابعاد و اندازه بسیار کوچکشان دارای خواص و عملكرد منحصر بفرد می باشند. " برحسب تعریف فوق نانوتکنولوژی با مقیاسی در حدود 1- 100nm سرو کار دارد، این علم که در بسیاری از تکنولوژیهای موجود کاربرد داشته و در اینده نزديك در زندگی انسانها نقش اساسی ایفاء خواهد کرد. گستردگی حوزه تاثیرگذاری نانوتکنولوژی در صنایع مختلف موجب شده است بازارهای بسیار بزرگی برای محصولات نانوتکنولوژی در اینده پیش بینی شود. بازار نانوتکنولوژی در سال 2003 به 7.6 میلیارد دلار رسید و بنظر می رسد با رشد سالانه 30.6 در سال 2008 به 28.7 میلیارد دلار برسد. بدین ترتیب نانوتکنولوژی رفته رفته به دنیای صنایع نزديكتر می شود و این رخداد در واقع نقطه عطف تکنولوژیهای جدید خواهد بود. صنایع شيميايی، کامپیوتر، نیرو و انرژی، بیوتکنولوژی، دارو، نفت و خودروسازی از جمله صنایعی هستند که نانوتکنولوژی تحولات حیرت انگیزی در آنها ایجاد کرده است.
نانو تکنولوژی به عنوان یکی از سه فناوری اینده و شاید به عنوان مهترین و پیشرفته ترین انها شناخته می شود. تاثیرات این فناوری در علوم وصنایع مختلف انچنان انقلاب جدیدی را در صنعت باعث شده است که از آن به عنوان انقلاب صنعتی دوم یاد می کنند. نانوتکنولوزی با اصلاح ساختار مواد و تولید مواد با قابلیت های جدید باعث ثاثیرات شگرفی در صنایع شیمیایی و نفت شده است. استفاده از نانوتکنولوژی باعث کم شدن حجم دستگاه های مورد استفاده و کاهش یافتن زمان فرایند ها و هزینه ها با افزایش بهره وری شده است.
ساخت مواد با مقاومت های زیاد وکارایی فوق العاده ونیز جداسازی با کیفیت بالا مواد از جمله اهداف مهم شیمی و صنایع وابسته به آن است که امروزه با استفاده از فناوری نانو در هر دو زمینه پیشرفت های زیادی حاصل شده است. ساخت نانو لوله ها و دیگرمحصولات کربنی و استفاده از انها در ساخت مواد با قابلیت های جدید و نانو کاتالیست ها و نیز نانوفیلترها ازآن جمله می باشد که در ادامه به آن پرداخته می شود.
1- نانولوله های کربنی
نانولوله های کربنی به عنوان فرزند طلایی نانوفناوری سهم به سزایی را در علم و صنعت امروز دارند، آنچنانکه پیشرفت هرچه بیشتر نانولوله ها باعث پیشرفت در علومی مانند شیمی خواهند شد تا آنجا که نانولوله ها به عنوان سنک محک در اندازه گیری پیشرفت علم یاد می شود.(1)
نانولوله های کربنی امروزه در گرایش های مختلف ودر شاخه های مختلف صنایع شیمیایی کاربرد های جدیدی پیدا نموده اند که باعث پیشرفت هر چه بیشتر صنعت و فناوری شده است، انچنانکه با وجود این مواد میتوان واکنش ها و کارهایی را انجام داد که تا بحال انجام انها غیر ممکن بود.(2)
از زمانی كه سوميو ايجيما در سال 1991 شكل جديدی از كربن را يافت فولرين نام گرفت .تا آن زمان فقط دو نمونه از كربن يافت شده بود كه شامل الماس و گرافيت بود. اگر چه فولرين ها نيز نمونه از گرافيت می باشند و اصولأ كشف آنها نيز بخاطر آزمايشی بود كه بر روی گرافيت انجام می شد ولی آنچنان كارآيی و كاربردی در آنها وجود داشت كه باعث شد به يك نمونه جديد از كربن شهرت يابند . از خواص استثنايی نانو لوله های کربن خاصيت الاستيکی و خواص مکانيکی و الکتريکی را می توان نام برد که در ساخت مواد جديد و نيمه هاديها بسيار کاربرد دارد.
ساختار فضايی فولرين ها sp 2 و از دهها اتم كربن تشكيل شده كه به صورت پنج و شش تايی به هم چسبيده اند، تشكيل شده است كه ياد آور يك توپ فوتبال می باشد . فولرين ها امروزه به عنوان يك ماده آلی مهم در علم شيمی مطرح می باشد.
اگر چنانچه يك فولرين را از وسط به دو نيم كنيم و يك لوله كربنی را به آن بچسبانيم يك نانو لوله به دست می آيد و يا اينكه دو سر يك فولرين را به وسيله انبرك از چپ و راست بكشيم نيز يك نانو لوله بدست میآيد كه دو سر آن بسته است. منشا اين نانو لوله ها چون از فولرين است و آنها نيز از گرافيت مشتق می شوند بنابراين ساختار خواص نانو لوله ها مانند گرافيت می باشد و اگرچه نانو لوله ها خواصی دارند كه باعث برتری آنها از فولرين و گرافيت می شود
شکل1- طرحی از ساختمان مولکولی (a)گرافیت (b) الماس (d)Bucky ball (d) نانولوله کربنی
نانو لوله های كربنی به دو شكل تك ديواره و چند ديواره ساخته شده اند كه آنها نيز به سه نوع زيگزاك ، آرمچير و چيرال موجود می باشند كه بدست آمدن اين اشكال به زاويه لوله شدن شبكه لانه زنبوری كربن بستگی دارد.
شکل 3 - طرحی از نانولوله کربنی تک دیواره ای از نوع زیگزاگ
شکل 4 - طرحی از نانولوله کربنی تک دیواره ای از نوع آرمیچر
هر يك از نانو لوله های تك و چند ديواره خواص خاص خود را دارند اما در روشهای ساخت آنها مشتركات زيادی وجود دارد كه می توان روشهای ساخت هر دو را يكی دانست كه فقط با تغيير كاتاليست مورد استفاده، نوع نانو لوله نيز تغيير می كند . نانو لوله های چند ديواره در سال 1991و نانو لوله های تك ديواره در سال 1993 كشف شدند .نانو لوله تك ديواره از الياف فولرين كشيده شده و نانو لوله های چند ديواره از الياف گرافيتی ايده آل تك بلور بدست می آيند
شکل 5 - طرحی از نانولوله کربنی چند دیواره ای از جهات مختلف
از خواص بسيار جالب و مفيد نانو لوله ها خاصيت رسانايی و نيمه رسانايی بالا و مقاومت سطحی و كششی بسيار زياد آنهاست. نانولوله های کربنی به علت شکل هندسی لوله ای شکل و تو خالی بودن و اندازه نانومتری خود قابليت ذخيره سازی گازهايی مانند آرگون و هيدروژن ومایعات را در شبکه مشبکی و رگه های خود دارند. خاصيت الكترواستاتيكی آنها كه برای توليد ابر خازنها با ظرفيت بسيار بالا مورد استفاده قرار می گيرند رامی توان نام برد . موارد فوق هر يك می توانند باعث پيشرفت زيادی در صنايع مختلف از جمله پتروشيمی نفت و الكترونيك و مخابرات و ... باشند كه باعث صرفه جويی زيادی در وقت و هزينه می شوند.
امروزه در دنيا، روشهای ساخت نانو لوله ها در سه روش اساسی خلاصه می شوند كه به قرار زير است:
.1 تخليه قوس الكتريكی
.2 تبخير ليزری
.3 رسوب گذاری بخارهای شيميايی
از بين روشهای فوق روش سوم يعني رسوب گذاری بخارهای شيميايی به عنوان بهترين و با صرفه ترين روش توليد مورد استفاده قرار می گيرد.
منتظر ادامه مطالب باشید
منابع
1-Nanotube synhesis chemistry and development of new catalyst material.Hongjie Dailab .Stanford University.
2- Wondrous World of Carbon Nanotubes. M.J.M. Daenen,R. de Fouw, B.Hamers , P.G.A. Janssen ,K. Schouteden ,M.A.J. Veld
3- Cuong Pham-Huu, Marc-Jacques Ledoux, “Carbon nanostructures with macroscopic shaping for catalytic applications “, Catalysis Today 102-103 (2005) 2-4, France.
4- P. M. Ajayan and O. Z. Zhou, Carbon Nanotubes 80, 391-425(2001).
5- www.itannetwork.com
6- www.itannetwork.com
7- www.euroekalert.com
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر