1-11-3 استخراج با کمک ریز موج……………………………………………………………………………………………………………….54
1-11-4 استخراج با فاز جامد………………………………………………………………………………………………………………………..54
1-11-5 اهمیت پیش تغلیظ در تجزیه کمی……………………………………………………………………………………………………..54
1-11-6 روشهای پیش تغلیظ از طریق استخراج مایع- مایع……………………………………………………………………………….55
1-11-7 پیش تغلیظ به روش استخراج نقطه ابری…………………………………………………………………………………………….55
1-11-8 ترسیب الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………………………………………………55
1-11-9 روشهای پیش تغلیظ همرسوبی………………………………………………………………………………………………………….55
1-11-10 روشهای میکرو استخراج………………………………………………………………………………………………………………..56
1-11-11 روشهای میکرواستخراج برپایه ی فاز جامد……………………………………………………………………………………….56
1-11-12 عوامل موثر در کارایی میکرواستخراج با فاز جامد………………………………………………………………………………56
1-11-13 مزایا و معایب روش SPME……………………………………………………………………………………………………………59
1-11-14 استخراج با میله ی جاذب چرخان……………………………………………………………………………………………………59
1-11-15 مراحل استخراج با میله جاذب چرخان……………………………………………………………………………………………..59
1-12 اهداف کار پژوهشی حاضر……………………………………………………………………………………………………………………62
فصل دوم: بخش تجربی
2-1 مواد، تجهیزات و دستگاههای مورد استفاده……………………………………………………………………………………………….64
2-1-1 مواد شیمیایی…………………………………………………………………………………………………………………………………….64
2-1-2 تجهیزات آزمایشگاهی و دستگاه های مورد استفاده………………………………………………………………………………..64
2-2 سنتزهیدروژل نانوکامپوزیتی کیتوسان- پلیوینیل الکل- لئوناردیت…………………………………………………………………65
2-2-1 سنتز نانوساختارهای لئوناردیت…………………………………………………………………………………………………………..65
2-2-2سنتز هیدروژل نانوکامپوزیتی………………………………………………………………………………………………………………..65
2-3روش حذف نیترات با استفاده از هیدروژل نانوکامپوزیتی……………………………………………………………………………..67
2-3-1روش اندازه گیری نیترات…………………………………………………………………………………………………………………….67
2-3-2تصحیح تداخل موادآلی در اندازه گیری نیترات……………………………………………………………………………………….67
2-3-3عیارسنجی با روش رنگ سنجی ( بروسین سولفات)……………………………………………………………………………….68
2-3-4 مطالعه فاکتورهای تاثیرگذار در حذف آلایندهها از محلول های آبی…………………………………………………………68
2-3-5 آنالیز نمونه های حقیقی………………………………………………………………………………………………………………………68
2-4 سنتز نانو کامپوزیت پلیمر– سرامیکی، پلی تیوفن- SBA-15برای استفاده به عنوان فیبر SBSE جهت پیش تغلیظ، شناسایی و اندازه گیری اسیدهای چرب موجود در نمونه های بیودیزل………………………………………………………………………..69
2-4-1 سنتز SBA-15…………………………………………………………………………………………………………………………………..69
2-4-2 سنتز پلی تیوفن داخل حفرات SBA-15……………………………………………………………………………………………….70
2-4-3 ساخت فیبر میله جاذب چرخان با پوشش پلی تیوفن- SBA-15……………………………………………………………..70
2-4-4 سنتز بیودیزل……………………………………………………………………………………………………………………………………..71
2-4-5 تهیه محلول استاندارد اسیدچرب های متیله شده……………………………………………………………………………………72
2-4-6 رسم منحنی عیارسنجی برای اسیدهای چرب…………………………………………………………………………………………72
2-4-7 روش کار اندازه گیری متیل استرهای اسیدهای چرب توسط دستگاه کروماتوگرافی گازی…………………………..72
2-4-8 آنالیز نمونه های حقیقی………………………………………………………………………………………………………………………72
2-5 سنتز نانوکامپوزیت اکسید آهن- پلیآنیلین (Fe3O4-polyaniline) برای استفاده به عنوان فیبر SPME جهت شناسائی و اندازه گیری هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقه ای در نمونه های آب………………………………………………………..72
2-5-1 سنتز نانوکامپوزیت اکسید آهن- پلیآنیلین………………………………………………………………………………………………72
2-5-2 ساخت فیبر SPME با پوشش Fe3O4-polyaniline…………………………………………………………………………………74
2-5-3 اندازه گیری میزان PAHS در آب با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی به روش HS-SPME………………..74
2-5-4 آنالیز نمونه های حقیقی………………………………………………………………………………………………………………………74
فصل سوم: نتایج و بحث
3-1 مشخصه یابی هیدروژل نانوکامپوزیتی کیتوسان-پلیوینیل الکل- لئوناردیت…………………………………………………..76
3-1-1 مشخصه یابی هیدروژل نانوکامپوزیتی با استفاده از تصاویر SEM…………………………………………………………….76
3-1-2 آنالیز XRD هیدروژل نانوکامپوزیتی……………………………………………………………………………………………………..78
3-1-3 بررسی طیف FTIR هیدروژل نانوکامپوزیتی………………………………………………………………………………………….78
3-2 حذف نیترات با استفاده از هیدروژل نانوکامپوزیتی کیتوسان-پلیوینیل الکل-لئوناردیت…………………………………..80
3-2-1 نمودار عیارسنجی نیترات…………………………………………………………………………………………………………………….80
3-2-2 مطالعه فاکتورهای تاثیرگذار در حذف نیترات………………………………………………………………………………………..81
3-2-3 بررسی تکرار پذیری درصد حذف نیترات در شرایط بهینه………………………………………………………………………86

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) 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-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

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

اینجا کلیک کنید

3-2-4 ایزوترم جذب سطحی نیترات………………………………………………………………………………………………………………87
3-2-5 محاسبه فاکتور جداسازی (RL)…………………………………………………………………………………………………………..90
3-2-6 بررسی سینتیک فرآیند جذب سطحی…………………………………………………………………………………………………..91
3-2-7 آنالیز نمونه حقیقی……………………………………………………………………………………………………………………………..92
3-3 مشخصه یابی نانوکامپوزیت پلیتیوفن-SBA-15………………………………………………………………………………………….93
3-3-1 مشخصه یابی نانوکامپوزیت با استفاده از تصاویر SEM…………………………………………………………………………..93
3-3-2 بررسی طیف FTIR نانوکامپوزیت پلیتیوفن- SBA-15……………………………………………………………………………95
3-4 ساختار فیبرجاذب نانو کامپوزیت پلی تیوفن- SBA-15………………………………………………………………………………96
3-5 مشخصه یابی کاتالیزورهای استفاده شده در سنتز بیودیزل……………………………………………………………………………97
3-5-1 مشخصه یابی کاتالیزورها با استفاده از تصاویر SEM………………………………………………………………………………98
3-5-2 بررسی طیف XRD کاتالیزورها……………………………………………………………………………………………………………98
3-6 پیش تغلیظ، شناسائی و اندازه گیری متیل استرها با روش SBSE…………………………………………………………………99
3-6-1 بهینه سازی شرایط میکرواستخراج……………………………………………………………………………………………………….99
3-6-2 ویژگی های کمی روش پیشنهادی……………………………………………………………………………………………………..104
3-6-3 آنالیز میزان اسید چرب های موجود در نمونه های بیودیزل…………………………………………………………………..104
3-6-4 مقایسه کروماتوگرام های استاندارد اسیدهای چرب و نمونه های بیودیزل……………………………………………….105
3-7 مشخصه یابی نانوکامپوزیت اکسید آهن-پلی آنیلین…………………………………………………………………………………..106
3-7-1 مشخصه یابی نانوکامپوزیت با استفاده از تصاویر SEM…………………………………………………………………………106
3-7-2 بررسی طیف FTIR نانوکامپوزیت اکسیدآهن-پلی آنیلین………………………………………………………………………107
3-8 اندازه گیری PAHS به روش SPME……………………………………………………………………………………………………..108
3-8-1 بهینه سازی شرایط میکرواستخراج……………………………………………………………………………………………………..108
3-8-2 وﯾژگی های کمی روش پیشنهادی………………………………………………………………………………………………………111
3-8-3 آنالیز نمونه های حقیقی…………………………………………………………………………………………………………………….112
3-8-4 مقایسه کروماتوگرام های استاندارد PAHs در نمونه های آب………………………………………………………………..113
3-9 نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………114
فهرست شکلها
شکل 1-1 طبقهبندی نانوساختارها بر اساس ابعاد………………………………………………………………………………………………10
شکل 1-2 مورفولوژی انواع مختلفی از نانوکامپوزیتهای آلی/ معدنی: (1و8) پوسته-هسته، (3و6)سوهان مانند، (4)کرکین مانند، (5)پوسته-کراسلینک، (7)چند لایهای، (9)شبکهی هیبرید آلی/ معدنی درهم ادغام شده………………………….12
شکل 1-3 پیش مادههای چند عاملی……………………………………………………………………………………………………………….14
شکل 1-4 سه مسیر اصلی برای تهیه نانوکامپوزیتهای پلیمر/ سیلیکا…………………………………………………………………15
شکل 1-5 تشکیل توده بین ذرات سیلیکاهای معلق مجاور از طریق پیوندهای هیدروژنی گروههای سیلانول……………17
شکل 1-6 سه نوع سیلانول سطحی………………………………………………………………………………………………………………18
شکل 1-7 اصلاح سطح سیلیکای فعال شده……………………………………………………………………………………………………18
شکل 1-8 مراحل فرآیند سل- ژل…………………………………………………………………………………………………………………20
شکل 1-9 چند نوع از پلیمرهای رسانا. الف- ترانس – پلی استیرن ب-پلی تیوفن ج- پلی پارافنیلن د- پلی فنیلن وینیلن ه- پلی پیرول و-پلی آنیلین………………………………………………………………………………………………………………………….22
شکل 1-10 تصویر تشکیل ژل از طریق تجمع مارپیچهادر طول فرایند سرد شدن محلول گرم کاراگینان………………….28
شکل1-11 تصویر ژل شدن آینوتروپیک توسط برهمکنش بین گروههای آنیونی روی آلیژینات (COO-) با یونهای دووالانسی (Ca2+)…………………………………………………………………………………………………………………………………………………29
شکل1-12 تصویر توده های کمپلکس تشکیل شده بین پلی آنیون و پلی کاتیون………………………………………………….29
شکل1-13 مکانیسم استفاده از پیوند دهندههای عرضی به منظور تشکیل شبکههای هیدروژلی دارای پیوند عرضی………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..30
شکل1- 14 مکانیسم گرفت کردن یک مونومر بر روی رشتهی اصلی پلیمر از پیش تشکیل شده……………………………31
شکل 1-15 ساختار کیتوسان…………………………………………………………………………………………………………………………32
شکل 1-16 ساختار کیتین………………………………………………………………………………………………………………………………33
شکل 1-17 ساختار شیمیایی پلیوینیل الکل…………………………………………………………………………………………………….34
شکل 1-18 مراحل تشکیل انواع زغال سنگها باتوجه به درجه زغال شدگی………………………………………………………..35
شکل 1-19 ساختار هومیک اسید (یک نمونه از هومیک اسید که دارای اجزای مختلفی شامل کینون، فنول، کتکول و مواد قندی می باشد)……………………………………………………………………………………………………………………………………………..36
شکل 1-20 واکنش ترانس استریفیکاسیون………………………………………………………………………………………………………39
شکل 1-21 نمودار خطی ایزوترم لانگمویر………………………………………………………………………………………………………50
شکل 1-22 نمودار خطی ایزوترم فروندلیچ………………………………………………………………………………………………………51
شکل 1-23 مقایسه نمودار های ایزوترم جذب فروندلیچ بر اساس مقادیرn…………………………………………………………..51
شکل 1-24 دستهبندی روشهای میکرواستخراج………………………………………………………………………………………………56
شکل 1-25 ساختار سرنگ وفیبر SPME…………………………………………………………………………………………………………57
شکل 1-26 انواع روشهای نمونهبرداری توسط میکرواستخراج با فاز جامد………………………………………………………..58
شکل 1-27 روش‌های استخراج در استخراج با میله جاذب چرخان: روش غوطه‌ور (A) و فضای فوقانی (B)………….60
شکل 2-1 هیدروژل نانوکامپوزیتی کیتوسان-پلیوینیل الکل-لئوناردیت……………………………………………………………….66
شکل 2-2 هیدروژل کامپوزیتی کیتوسان-پلیوینیل الکل…………………………………………………………………………………….67
شکل 2-3 شمای کلی سنتز مزوپوروس سیلیکا SBA-15…………………………………………………………………………………..69
شکل 2-4 شمای کلی فرآیند سنتز پلیتیوفن داهل حفرههای SBA-15………………………………………………………………..70
شکل 2-5 میله جاذب چرخان با پوشش پلی تیوفن-SBA-15……………………………………………………………………………71
شکل 2-6 سنتز نانوکامپوزیت اکسیدآهن-پلیآنیلین…………………………………………………………………………………………..74
شکل 3-1 تصویر SEM نانوساختارهای لئوناردیت سنتز شده…………………………………………………………………………….77
شکل 3-2 تصویر SEM نانوکامپوزیت کیتوسان- پلیوینیل الکل- لئوناردیت سنتز شده………………………………………..77
شکل 3-3 تصاویر SEM از برش عرضی هیدروژل نانوکامپوزیتی سنتز شده………………………………………………………..77
شکل 3-4 طیف XRD مربوط به لئوناردیت و هیدروژل نانوکامپوزیتی………………………………………………………………..78
شکل 3-5 طیف FTIR مربوط به لئوناردیت، کیتوسان، پلیوینیل الکل و هیدروژل نانوکامپوزیتی…………………………….79
شکل 3-6 نمودار عیارسنجی نیترات با روش اسپکتروفتومتری در طول موج 220 nm بدون شناساگر………………………80
شکل 3-7 نمودار عیارسنجی نیترات با روش اسپکترو فتومتری در طول موج 410 nm، در حضور شناساگر بروسین……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….80
شکل 3-8 اثر مقدار نانوساختارهای لئوناردیت در ساختار 1/0 گرم جاذب، برای حذف 25 میلیلیتر نیترات با غلظت 20 میلیگرم در لیتر و 5=pH، در مدت زمان 90 دقیقه……………………………………………………………………………………………….81
شکل 3-9اثر مقدار جاذب نانوکامپوزیتی، برای حذف 25 میلیلیتر نیترات با غلظت 20 میلیگرم در لیتر و 5= pH، در مدت زمان 90 دقیقه………………………………………………………………………………………………………………………………………………82
شکل 3-10 اثر تغییرات pH در حذف 25 میلیلیتر نیترات با غلظت 20 میلیگرم در لیتر، به وسیله 1/0 گرم جاذب در مدت زمان 90 دقیقه………………………………………………………………………………………………………………………………………………83
شکل 3-11 اثر مدت زمان تماس 1/0 گرم جاذب با 25 میلیلیتر نیترات با غلظت 20 میلیگرم در لیتر، در 5=pH………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….84
شکل 3-12 اثر آنیونهای مزاحم در حذف 25 میلیلیتر نیترات با غلظت 20 میلیگرم در لیتر توسط 1/0 گرم جاذب نانوکامپوزیتی در 5=PH و مدت زمان 90 دقیقه……………………………………………………………………………………………………….85
شکل 3-13 ایزوترم جذب سطحی لانگمویر هیدروژل نانوکامپوزیتی برای حذف نیترات……………………………………….88
شکل 3-14 ایزوترم جذب سطحی فرندلیچ هیدروژل نانوکامپوزیتی برای حذف نیترات…………………………………………88
شکل 3-15 بررسی مطابقت ایزوترم جذب سطحی لانگمویر دادههای تجربی هیدروژل نانوکامپوزیتی برای حذف نیترات با مقادیر تئوری…………………………………………………………………………………………………………………………………………..89
شکل 3-16 بررسی مطابقت ایزوترم جذب سطحی فرندلیچ دادههای تجربی هیدروژل نانوکامپوزیتی برای حذف نیترات با مقادیر تئوری…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….90
شکل 3-17 نمودار سینتیک شبه درجه اول برای جذب سطحی نیترات بر روی هیدروژل نانوکامپوزیتی…………………..91
شکل 3-18 نمودار سینتیک شبه درجه دوم برای جذب سطحی نیترات بر روی هیدروژل نانوکامپوزیتی…………………..92
شکل 3-19 تصویر SEM مربوط به نانوکامپوزیت پلیتیوفن-SBA-15 سنتز شده…………………………………………………93
شکل 3-20 تصویر SEM مربوط به نانوکامپوزیت پلیتیوفن-SBA-15 نشانده شده روی سطح میله چرخان شیشهای………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………94
شکل 3-21 تصویر SEM مربوط به ساختار ماکروپروس نانوکامپوزیت پلیتیوفن- SBA-15 روی سطح میله چرخان شیشهای………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………94
شکل 3-22 تصویر SEM مربوط به یکنواختی نانوکامپوزیت پلیتیوفن- SBA-15 نشانده شده روی سطح میله چرخان شیشهای………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………95
شکل 3-23 طیف FTIR مربوط به SBA-15 خالص و نانوکامپوزیت پلیتیوفن-SBA-15……………………………………..96
شکل 3-24 تصاویر SEM مربوط به، (A) کاتالیزور صدف، (B) کاتالیزور تخممرغ، (C) کاتالیزور صدف بعد از مجاورت با روغن، (D) کاتالیزور پوسته تخممرغ بعد از مجاورت با روغن…………………………………………………………………..97
شکل 3-25 طیفهای XRD مربوط به کاتالیزورهای پوسته صدف و پوسته تخممرغ…………………………………………….98
شکل 3-26 اثر مدت زمان استخراج بر میزان استخراج………………………………………………………………………………………99
شکل 3-27 اثر سرعت میله جاذب چرخان بر میزان استخراج…………………………………………………………………………..100
شکل 3-28 اثر سرعت چرخش میله جاذب چرخان بر میزان استخراج………………………………………………………………101
شکل 3-29 اثر نوع حلال بر میزان استخراج…………………………………………………………………………………………………..102
فهرست جدولها
جدول 1-1 انواع نانوساختارها………………………………………………………………………………………………………………………….7
جدول 1-2 مزایا و معایب استفاده از کیتوسان به عنوان جاذب……………………………………………………………………………33
جدول 1-3 نیترات و تاثیرات آن بر انسان و حیوانات………………………………………………………………………………………..44
جدول 1-4 برخی از جاذبهای استفاده شده برای حذف نیترات………………………………………………………………………..44
جدول 1-5 مقایسه جذب شیمیایی و فیزیکی……………………………………………………………………………………………………46
جدول 3-1 تکرارپذیری درصد حذف نیترات در شرایط بهینه…………………………………………………………………………….86
جدول 3-2 آزمایش های ایزوترم جذب سطحی نیترات…………………………………………………………………………………….87
جدول 3-3 پارامترهای ایزوترم فروندلیچ و لانگمویر در حذف نیترات………………………………………………………………..87
جدول 3-4 نتایج حاصل از حذف نیترات در نمونههای حقیقی با استفاده از هیدروژل نانوکامپوزیتی……………………….92
جدول 3-5 ویژگیهای کمی روش اندازهگیری…………………………………………………………………………………………………103
جدول 3-6 غلظت اسید چربهای موجود در دو نوع بیودیزل بر حسب میلیگرم در لیتر…………………………………….104
جدول 3-7 ویژگیهای کمی روش اندازهگیری…………………………………………………………………………………………………112
جدول 3-8 نتایج اندازهگیری PAHs در نمونههای آب با افزایش استاندارد 10 میکروگرم بر لیتر…………………………..112
چکیده
امروزه نانوساختارها به دلیل ویژگیها و کاربردهای جدید در زمینهها و شاخههای متفاوت علم و فناوری، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کردهاند. در این میان، نانوکامپوزیتها به دلیل خواص منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی که از خود نشان میدهند و همچنین کاربردهای بالقوه در مصارف کاتالیستی، الکترونیکی، نوری، دارویی، پزشکی و بهداشتی سهم قابل توجهی از تحقیقات در حوزهی نانوتکنولوژی را به سمت خود معطوف کردهاند. لذا با توجه به اینکه یکی از مهمترین جنبههای نانوتکنولوژی پیشبرد روشهای مطمئن و محافظ محیط زیست در سنتز نانوذرات، بدون استفاده از هر گونه مواد شیمیایی و سمی میباشد، در بخش اول این تحقیق، یک مسیر سنتز آسان و سریع برای تهیهی نانوساختارهای لئوناردیت بدون استفاده از هر گونه سورفکتانت اضافی، عامل پوششی، پایدارکننده و یا الگو (قالب) ارائه شده است. نانوساختارهای لئوناردیت با موفقیت، با استفاده از روش رسوبگیری سنتز شد. مورفولوژی، ساختارکریستالی، توزیع اندازهی ذرات، پایداری و سایر ویژگیهای نانوساختارهای لئوناردیت تهیه شده بوسیلهی پراش اشعهی ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و روش FTIR مشخصهیابی شد. نانوساختار لئوناردیت در ساختار هیدروژل نانوکامپوزیتی کیتوسان-پلی وینیل الکل قرار گرفت و بوسیله XRD، SEM و FTIR مشخصهیابی شد. هیدروژل نانوکامپوزیتی سنتز شده به عنوان جاذب آلایندههای آنیونی برای حذف نیترات از آب استفاده شد.
در بخش دوم این تحقیق، مزوپروس سیلیکا (SBA-15) با روش سل- ژل سنتز شد و ویژگیهای نانوساختار بوسیلهی SEM و FTIR مشخصهیابی شد. سپس به منظور بهبود خواص مزوپروس سیلیکا، پلیتیوفن داخل حفرات آن به روش شیمیایی سنتز شد. نانوکامپوزیت حاصل بوسیلهی SEM و FTIR مشخصهیابی شد و سپس بهعنوان پوشش میله جاذب چرخان استفاده برای پیشتغلیظ و اندازه گیری اسیدهای چرب موجود در نمونه های بیو دیزل مورد استفاده قرار گرفت.
در بخش سوم این تحقیق، نانوکامپوزیت اکسیدآهن-پلیآنیلین با استفاده از قالبهای پلیاستایرنی سنتز شد. نانوکامپوزیت سنتز شده بوسیلهی SEM و FTIR مشخصهیابی شد. نانوکامپوزیت اکسیدآهن- پلیآنیلین به عنوان پوشش فیبر SPME، برای شناسائی و اندازهگیری هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای (PAHs) در آب مورد استفاده قرار گرفت.
کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت ، سنتز، مشخصه یابی، کاربرد های تجزیه ای.
فصل اول:
مقدّمه و پیشینه تحقیق
نانوفناوری
نانوفناوری شاید سرآمد علم روز دنیای کنونی باشد که در تعابیری از آن به عنوان “رنسانس فناوری1” نام برده میشود. ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بسیار عظیم در رفاه و کیفیت زندگی خواهد بود. کشف مواد جدید، فرآیندها و پدیدهها در مقیاس نانو و همچنین توسعهی تکنیکهای تجربی و نظری جدید برای تحقیقات، فرصتهای تازهای را برای توسعهی نانوسیستمهای ابتکاری و مواد نانوساختار فراهم میکند. نانوسیستمها پتانسیل این را دارند که در کاربردهای منحصر به فردی مورد استفاده قرار بگیرند. مواد نانوساختار میتوانند با خواص و ساختار ویژهای ساخته شوند. انتظار میرود که این زمینه، جایگاههای جدیدی را در علوم و فنآوری باز کند [1،2].
درآمدی بر نانوفناوری
یک سیستم زیستی تا حد زیادی میتواند کوچک باشد. سلولها بسیار ریز هستند، اما بسیار فعالند. آنها ذرات مختلفی تولید میکنند، میچرخند، تکان میخورند و انواع کارهای حیرتآوری را انجام میدهند و همهی اینها در مقیاس کوچک است. همچنین اطلاعات ذخیره میکنند. یک سؤال قابل توجه مطرح است:” آیا شیء بسیار کوچکی میتوانیم بسازیم که آنچه ما میخواهیم را انجام دهد؟ آیا میتوانیم ساختاری که در آن سطح نمود داشته باشد، تولید کنیم؟
(برگرفته از سخنرانی ریچارد فاینمن2 در 29 دسامبر سال 1959، در نشست سالیانهی جامعهی فیزیکی آمریکا)
پیشوند “نانو” از کلمهی یونانی نانوس3 به معنای کوتوله استخراج شده است و اشاره به یک مقیاس اندازه در سیستم استاندارد اندازهگیری دارد. نانو که در واحدهای علمی مورد استفاده قرار میگیرد به معنای یک میلیاردم (000000001/0) واحد پایه است. به عنوان مثال، یک میلیارد نانوثانیه طول میکشد تا یک ثانیه بگذرد! زمانیکه ما در مورد فناوری نانو صحبت میکنیم در واقع در حال بحث در مورد یک مقیاس از مرتبهی اندازه، مقدار یا طول هستیم. وقتی که به اندازهی اشیاء در مقیاس وابسته به این فناوری اشاره میکنیم در مورد “نانومتر” بحث میکنیم. با استفاده از این اصطلاح، بحث در مورد اندازهی اشیاء که از جاذبههای اصلی در فناوری نانو، یعنی اتمهاست، آسانتر میشود. اگر بخواهیم اندازهی اتمها یا مولکولها را را در واحد فوت یا متر بیان کنیم، باید بگوییم که یک اتم هیدروژن (کوچکترین اتم) 10-10× 874/7 فوت یا 10-10 ×4/2 متر است، در عوض میتوانیم از “نانومتر” استفاده کنیم و بیان کنیم که اتم هیدروژن 24/0 نانومتر است. پس مقیاس نانو که در فناوری نانو بکار میرود مقیاس اندازه است.
یک قرارداد مفید و قابل قبول در این باره این است که مواد برای اینکه در مقیاس نانو قرار بگیرند باید حداقل در یکی از ابعاد (طول، عرض یا عمق) کمتر از 100 نانومتر باشند. در واقع این محدودیتی است برای مقیاس نانو که “طرح ملی فناوری نانو4” (NNI)، برای تعریف فناوری نانو استفاده میکند: “فناوری نانو فهم و کنترل مواد در ابعاد 1 تا 100 نانومتر است، جاییکه پدیدههای منحصر به فرد منجر به کاربردهای جدید میشود.” برای این منظور، افزودن دو عبارت دیگر برای کامل کردن تعریف لازم به نظر میرسد. نخست اینکه، فناوری نانو شامل ساخت و استفاده از مواد، ساختارها، دستگاهها و سامانههایی است که به خاطر اندازهی کوچکشان دارای خواص منحصر به فردی هستند. همچنین دربرگیرندهی فناوریهایی میباشد که قادر به کنترل مواد در مقیاس نانو هستند.
با وجود اینکه ما میدانیم واژهی نانو در فناوری نانو اشاره به یک مقیاس خاص دارد، داشتن یک تصور درست از آنچه که در این مقیاس است و ارتباط آن با زندگی روزمرهی ما، حائز اهمیت است. مثالهای متنوعی که بسیار رایج هستند، وجود دارد که ما میتوانیم برای درک اندازهی یک نانومتر از آنها استفاده کنیم. برای مثال پهنای یک تار موی انسان، 100000 نانومتر است. مثال دیگر، مقایسهی زیر است: یک نانومتر در مقایسه با اندازهی یک متر، تقریباً مانند اندازهی توپ گلف در مقایسه با اندازهی کرهی زمین است. شاید بهترین راه برای تشخیص مقیاس نانومتر، توصیف محدودهای از مقیاس طول از سانتیمتر به سمت مقیاس نانو باشد. یک مورچه تقریباً 5 میلیمتر است. سر سنجاق 1 تا 2 میلیمتر است. کرههای گردوغبار 200 میکرومتر هستند. موی انسان تقریباً نصف اندازهی کره گردوغبار است، یعنی 100 میکرومتر. سلولهای قرمز خون که در رگهای ما جریان دارند، حدرد 8 میکرومتر هستند. حتی کوچکترین سلولهای ما “سنتاز ATP”، 10 نانومتر قطر دارند. اندازهی دو بند مارپیچ دوگانهی DNA از هم، حدود 2 نانومتر است. در نهایت، خود اتمها اندازهای کمتر از یک نانومتر دارند که اغلب در حد آنگستروم هستند [3].

در حالیکه واژهی فناوری نانو نسبتاً جدید است، وجود دستگاههای کارکردی و ساختارهایی با ابعاد نانومتری جدید نیست، و در واقع چنین ساختارهایی از زمانیکه حیات بوده است، بر روی زمین وجود داشتهاند. آلبومین صدفی است با پوستهای بسیار محکم که دارای سطوح داخلی رنگین کمانی است که بوسیلهی سازماندهی کربنات کلسیم در داخل نانوساختارهای مستحکم آجرمانند، با یک چسب ساخته شده از مخلوط کربوهیدرات و پروتئین در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. به دلیل وجود آجرکهای نانوساختار، شکافهای ایجاد شده روی قسمت بیرونی، قادر به حرکت در میان پوسته هستند. پوستهها نشاندهندهی یک نمونهی طبیعی هستند که مشخص میکنند یک ساختار ساخته شده از نانوذرات میتواند بسیار محکم باشد [4]. با وجود چنین سامانههایی در طبیعت، بهترین فرآیندهای کارآمد و سازگار با محیط زیست را نیز باید از خود طبیعت آموخت. وقتی که در محیط زندگیمان کاوش میکنیم، به نقش اساسی نانومواد در سیستمهای زیستی پی میبریم. معماریهای ساخته شده توسط موجودات زنده، همه مبتنی بر تجمع نانوئی میباشد. امروزه ما میدانیم که میتوان از فرآیندهای زیستی نیز برای ساخت نانوساختارها استفاده کرد. محصولات بدست آمده از فرآیندهای زیستی ممکن است بسیار پیچیده باشند اما در شرایط عادی بسیار ارزانند. از سوی دیگر، قدرت دستکاری اتمها و آرایش آنها میتواند تهیهی ساختارهای معدنی پیچیده را آسانتر و ارزانتر کند. این قدرت در واقع، ایجاد تمام محصولات ساخته شده توسط انسان را تسهیل میکند، و این همان فناوری نانو است [5].
فناوری نانو در طبیعت و کاربردها
مدت زمان زیادی از پدید آمدن فناوری نانو به عنوان یک رشتهی علمی نمیگذرد. مانند بسیاری دیگر از فناوریها، بخش قابل توجهی از این فناوری نیز از طبیعت الهام گرفته است. با گذشت سالیان متوالی و توسعهی فناوریهای بشر و ساخت آزمایشگاههای بسیار مجهز برای آزمون ایدههای بزرگ، طبیعت برای یک مدت زمان بسیار طولانی، الهام بخش اختراعات در فناوری بوده است.
با نگاهی به طراحیهای لئوناردو داوینچی5، الهام از طبیعت برای فناوریها به منظور کمک به انسانها، کاملاً مشهود است. به عنوان مثال مطالعات داوینچی در مورد جزئیات کامل پرواز پرندگان، کمک فراوانی به او برای طراحی الگوهایی برای هلیکوپتر و گلایدر کرد. بال بسیاری از گلایدرهای او بر اساس بال خفاشها بود.
فناوری مدرن نیز بسیاری از مفاهیم خود را از طبیعت الهام گرفته است. درک چگونگی استفادهی طبیعت از نیروها و مواد در مقیاس نانو، میتواند برای طراحی دستگاههای مهندسی و اهداف دیگر مورد استفاده قرار بگیرد. علم تقلیدی (زمینهی تحقیقاتی که با بازآفرینی و تقلید از مکانیسمهای طبیعت در تکنولوژی سروکار دارد) در تلاش برای استفاده از میلیاردها سال تجربهی تکاملی طبیعت به منظور ایجاد مواد و فناوری مفید است.
امروزه در جهان طبیعی، تأثیر طراحی در ابعاد نانو به خوبی شناخته شده و ماهیت استفادههای بسیار جالب برای نانومواد تکامل یافته است. به عنوان مثال، برخی از باکتریها، نانوذرات مغناطیسی در داخل خود دارند که به عنوان قطبنما برای تشخیص جهت، به باکتریها کمک میکند. حتی موجودات بزرگتر نیز از طراحی در ابعاد نانومتری بهره میبرند. موهای پای مارمولکها، با اندازهای در مقیاس نانو، این قابلیت استثنائی را به آنها میدهد که با سرعت از سطوح عمودی صاف ، بالا بروند. حتی اغلب ساختارهای سیستمهای زیستی، میتوانند یک مثال از طراحی در مقیاس نانو باشند. اغلب اشکال حرکت در جهان سلولی توسط موتورهای مولکولی پیگیری میشود. پروتئینها با استفاده از مکانیسمهای تکثیر درونذرهای، مسیر خود را در سیتوپلاسم با مراحل نانومتری طی میکنند.
مارمولک یک مثال جالب از طراحی در مقیاس نانو با ارائهی قابلیتها در مقیاس بزرگتر است. مارمولکها میتوانند بر روی دیوار آویزان بمانند و بدون زحمت به هر چیزی بچسبند. تا همین اواخر، چگونگی انجام چنین کار خارقالعادهای توسط مارمولک دقیقاً مشخص نبود، اما در سال 2002 نتیجهی پژوهشهایی در مقالهای در مجموعه مقالات آکادمی ملی Science 28، آنرا به عنوان یک مکانیسم چسبندگی خشک توضیح داد. مکانیسمی که متکی بر یک نیروی شناخته شده به عنوان واندروالس بود. نتایج حاکی از آن بود که خواص چسبناکی پای مارمولک ناشی از شیمی سطح و اپوکسی نیست. در عوض، این خواص در نتیجهی اندازه و شکل نوک پرزهای موجود در پاهای مارمولک میباشد. چسبندگی قویتر به سادگی با داشتن سطح بزرگتر بدست میآید. یکی دیگر از نمونههای فناوری نانو در طبیعت، باکتریهای مغناطیسی هستند. مگنتوتوکتیک6 نام یک دسته از باکتریهاست که مانند یک قطبنما خود را در جهت خطوط میدان مغناطیسی زمین قرار میدهد. این باکتریها برای اولین بار در سال 1963 گزارش شدند. این توانایی جهتیابی، از حضور زنجیرههای مواد مغناطیسی در داخل سلولهای باکتری ناشی میشود که در سال 1963 گزارش شد. این مادهی مغناطیسی معمولا مگنتیت7 (4O3Fe) و یا 4S3Fe است. در حقیقت این قطب نما اعجاز مهندسی طبیعت در مقیاس نانو است. طبیعت از زنجیرهی موادی مانند این که بسیار شبیه به نانوسیمها هستند، استفاده کرده است که مانند سیمهای مغناطیسی در مقیاس نانو میتوانند در برنامههای کاربردی فناوری استفاده شوند. در یک مفهوم بزرگتر، مکانیسم کنترل هر سلول زیستی، در مقیاس نانو کار میکند و نشاندهندهی یک منبع الهامبخش برای برنامههای کاربردی فناوری نانو میباشد.
تاریخچهی فناوری نانو
به نظر میرسد که درک انسان از جهان بسیار کوچک در سالهای اخیر شکل گرفته است. منشأ فناوری نانو موضوع بحث شمار زیادی از مناظرههاست. تصور بر این است که نانوذرات حداقل در کارهای هنری قرون تاریک استفاده شده است. اما تعریف درست از دستکاری آگاهانه مواد در مقیاس نانو احتمالا توسط فیزیکدان آمریکایی “ریچارد فاینمن” در سخنرانی معروفش در سال 1959 مورد استفاده قرار گرفت: آن پایین فضای زیادی هست8.
فاینمن در این سخنرانی شرح داده است که در آینده فرآیندهایی که توانایی دستکاری اتمهای منفرد در آن ممکن است، گسترش خواهد یافت. برای یک مدت بسیار طولانی، به نظر میرسید فناوری نانو به یکی دیگر از ایدههای مفهومی که به داستانهای علمی- تخیلی تبدیل میشود، ملحق شود. اما در نهایت، پس از سال 1980، این ایده به واقعیت پیوست. اختراع میکروسکوپ تونلزنی روبشی در سال 1981، ابزاری برای تصویربرداری سطوح در سطح اتمی، راه را برای کشف فولرن9 هموار ساخت. فولرنها مولکولهایی هستند که به طور کامل از کربن ساخته شدهاند که دارای ساختار یک کره، بیضی و یا یک لولهی توخالی میباشند. اولین فولرنهای کشف شده، باکیبالها10، نشان دادند که کربن علاوه بر یک عنصر ساده، میتواند به عنوان یک منبع انرژی نیز مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین ثابت کرد که کربن عنصری بسیار منحصر به فرد بوده و در تئوری میتواند برای ساخت سازهها در مقیاس اتمی مورد استفاده قرار بگیرد. در سال 1991 نانولولههای کربن، علاقهی زیادی را در فناوری نانو به خود جلب کرد و تحقیقات بیسابقهای در مورد این مواد در این مقیاس شروع به کار کرد. نانولولههای کربن، لولههای پیچیده از گرافیت هستند که میتوانند در حد یک اتم نازک باشند. تحقیقات در این زمینه در سالهای بعد افزایش قابل توجهی یافت. جهان بسیار کوچک توسط انسان به رسمیت شناخته شد و مورد استفاده قرار گرفت تا دنیا را به مکانی بهتر برای زندگی تبدیل کند [6].
خواص مواد در مقیاس نانو
به طور کلی خواص مواد بستگی به اتمهای تشکیل دهندهی آنها و نحوهی قرارگیری اتمها در ساختار ماده دارد. برای مثال خواص فولاد با خواص مس متفارت است، زیرا اتمهای آنها با یکدیگر متفاوت میباشند؛ همچنین خواص فولادی که ساختار کریستالی آن fcc11 میباشد با خواص فولادی که ساختار کریستالی آن bcc12 میباشد متفاوت است، زیرا نحوهی قرارگیری اتمها در شبکهی بلور با یکدیگر یکسان نیستند.
یکی از خصوصیات مشخصکنندهی مواد نانو این است که رفتاری متفارت با رفتار مواد درشت ساختار یا میکروساختار دارند. زمانیکه اندازهی ذرات یک ماده از یک اندازهی خاص کوچکتر میشود، ابعاد ماده یکی از عوامل تأثیرگذار بر روی خواص ماده، علاوه بر ترکیب و ساختار آن ماده خواهد بود.
حداقل سه عامل را میتوان به عنوان دلایل این رفتار ذکر نمود:
نزدیک شدن ابعاد ماده به مقیاسهایی نزدیک اندازههای مولکولی و اتمی.
نسبت سطح به حجم بالا در مواد نانو؛ به این معنی که اتمی با فاصلهی زیاد از سطح وجود نخواهد داشت و لذا نیروهای بین اتمی و پیوندهای شیمیایی اهمیت مییابند و نقش تعیینکنندهای به خود میگیرند.
افزایش کمّی حجم مرز دانهها که با کاهش اندازهی دانه تحقق خواهد یافت که این امر به نوبهی خود بر روی خواص فیزیکی ماده تأثیرگذار خواهد بود.

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

باید توجه داشت که با افزایش نسبت سطح به حجم، انرژی آزاد ماده نیز افزایش یافته که این خود باعث بروز تغییراتی در خواص ماده میگردد. به نوع دیگری نیز میتوان علت این امر را مشخص نمود. به این ترتیب که با توجه به آنچه که در بالا گفته شده، خواص ماده به چگونگی قرار گرفتن اتمها در ساختار ماده نیز وابسته میباشد، لذا با افزایش سطح مقطع دانهها تعداد بیشتری از اتمها در سطح خارجی قرار خواهند گرفت که این بدین معنی است که اتمهای موجود در مواد با ساختار نانومتری در محیطی متفاوت با اتمهای موجود در مواد معمول میباشند، زیرا اتمهای واقع در سطح، در محیطی متفاوت با اتمهای موجود در قسمتهای داخلی ماده هستند. همچنین با کاهش اندازهی دانهها نیروها و عواملی که در مورد مواد معمول بیاهمیت میباشند، در مورد مواد نانو اهمیت مییابند. برای مثال عدد وبر13 (We) که جزء یکی از اعداد بدون بعد مهم در مدلسازی مطرح است و از تقسیم نیروهای اینرسی بر نیروهای کشش سطحی بدست میآید، برای مدلهای با ابعاد بزرگ قابل صرف نظر کردن میباشد. در حالیکه برای مدلهای کوچک تأثیرات آنرا حتماً بایستی در نظر گرفت. چنین مطلبی برای مواد نانو نیز برقرار است به طوری که اثرات ویسکوزیته و نیز برخوردهای ناشی از حرکت براونی و نیروهای سطحی که در مواد متداول نقشی ندارند اینجا مهم میشوند. برای پی بردن به اهمیت و نقش نیروهای سطحی شایان ذکر است که ذخیرهی اطلاعات در ژن و انتخابگری دقیق واکنشهای بیوشیمیایی بر اساس تشخیص و جفتشدگی شیمیایی صورت میگیرد که در این امر، نیروهای سطحی نقش عمدهای را بازی میکنند.
به علت خواص منحصر به فرد مواد نانو، این مواد روز به روز توجه بیشتری را به خود جلب میکنند. تغییر اندازهی دانهها باعث خواهد شد تا خواص فیزیکی مواد تغییر یابد و افزایش سطح تماس باعث تغییر در واکنشپذیری شیمیایی و در نتیجه تغییر در خواص شیمیایی گردد [7].
انواع نانوساختارها
مواد نانوساختار به موادی گفته میشود که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر 100 نانومتر) باشد. این تعریف انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساختهی دست بشر و یا مواد یافت شده در طبیعت را شامل میشود [1]. نانوساختارها بر اساس اندازه و شکلشان دارای خواص متنوعی میباشند و برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند.
امروزه با پیشرفت نانوفناوری، نانوساختارهای متعددی تولید و گسترش یافتهاند که هر کدام نقش گستردهای در رشتههای مختلف علمی از جمله شیمی دارند. طبقهبندیهای مختلفی نیز از نانوساختارها در فناوری نانو وجود دارد که طبقهبندی بر حسب خواص هندسی یکی از آنهاست.
نانوساختارها معمولاً شامل نانوذرات، نانوالیاف، نانولولهها، نقاط کوانتومی، نانوکامپوزیتها، نانوپودرها، نانوبلورها، نانوسوزنها، نانوبافتها، نانوپوستهها، نانوگُلها، نانوحبابها، شبکههای نانوئی، نانومیلهها، نانوحلقهها، نانوخوشهها، نانوسیمها، فولرنها، درختسانها، نانوسیالات، نانوحفرهها، نانوکپسولها، نانوپوششها، نانولایهها و غیره هستند. مهمترین نانوساختارهایی که تاکنون توسط فناوری نانو تولید شدهاند، در جدول 1-1 آورده شده است [8،9].
جدول 1-1: انواع نانوساختارها [8،9].
شکلکاربردتوضیحاتنانوساختارپرکاربرد در کلیهی زمینهها مانند: کاتالیزور، بسته‌بندی، روکش‌ها، افزودنی‌های سوخت و مواد منفجره، باتری‌ها و پیل‌های سوختی، روان‌کننده‌ها، پزشکی و داروسازی، محافظت‌کننده‌ها، دارو رسانی، لوازم آرایشی و مواد کامپوزیت.یک نانوذره، ذره ای است که ابعاد آن در حدود 1 تا 100 نانومتر باشد که از دهها تا هزاران اتم تشکیل شده است. نانوذرات علاوه‌بر نوع فلزی، عایقها و نیمه هادی‌ها، نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته‌لایه را نیز در بر می‌گیرند.
نانوذرات
Nanoparticles
به عنوان تقویتکننده در کامپوزیتها، صنعت الکترونیک، بستر کاتالیستها، نمایشگرهای تشعشع میدانی، پیل سوختی، ذخیرهکنندهی گازها، دارورسانی، پیلهای خورشیدی، حسگرها.نانولولهها دارای ساختاری لوله مانند در مقیاس نانو میباشند. لفظ نانو لوله در حالت عادی در مورد نانولوله های کربنی به کار می رود، هر چند که اشکال دیگری از نانولوله همچون انواع ساخته شده از نیترید بور یا حتی نانولوله های خودآرای آلی نیز وجود دارد.
نانولولهها
Nanotubesنشانگرهای بیولوژیکی، دیودهای نورانی سفید، اتم‌های مصنوعی، عناصر مدارهای نوری، مولدهای انرژی خورشیدی، حاملهای هدفمند دارو.نقاط کوانتومی ــ یا نانوکریستال‌ها ــ در دستهی نیمه‌رساناها جای می‌گیرند. این دسته از نانوساختارها دارای ساختار کریستالی و کلوئیدی در ابعاد نانومتر و تقریباً کروی میباشند. پهنای آنها، بین 2 تا 10 نانومتر، یعنی معادل کنار هم قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است.
نقاط کوانتومی
dots Quantum
پوششدهی و مهندسی سطح، پوششدهی ضدخش، سایش و خوردگی، پوششهای اپتیکی، کاربردهای بهداشتی و پزشکی، کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی، روانسازها.
نانوپوشش ها گونه ای از لایه های نازک هستند که یا ابعاد آن ها در حد نانو میباشد، و یا زمینه ای (سُل) دارند که ذرات ریز در ابعاد نانو در آن پراکنده شده اند و خواص ویژه ای را به آن می بخشند.
نانوپوششها
Nanocoatings
وسایل مغناطیسی، حسگرهای شیمیایی و زیستی، اتصالات داخلی در نانوحسگرها، لیزرها، نشانگرهای زیستی، نانودستگاه‌ها نظیر ترانزیستورهای متأثر از میدان ، دیودهای گسیل نور، ترانزیستورهای دوقطبی، معکوس کننده‌ها.نانوسیم‌ها، ساختارهایی با ضخامت یا قطری در اندازهی ده‌ها نانومتر یا کم‌تر، و طولی نامشخص هستند. اثرات مکانیک کوانتومی، در این مقیاس‌ها اهمیت می‌یابد و همین منجر به ابداع واژهی «سیم کوانتومی» شده است. اغلب به صورت غیربلوری و در بعضی و در برخی مواقع به اشکال مستقیم و یا مارپیچ هستند. بر خلاف نانولولهها فاقد فضای توخالی میباشند.
نانوسیمها
Nanowiresسیستم دارورسانی هدفمند، رهایش کنترلشده و تاخیری آفتکشها، لایه های نازک عکاسی، افزایش کیفیت مواد غذایی، بالا بردن پایداری و دوام منسوجات، استفاده در پودرهای رختشویی و خوشبوکنندهی لباس. نانوکپسول‌ به هر نانوذره‌ای گفته می‌شود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد. فسفولیپیدها از جمله نانوکپسولهای طبیعی هستند.
نانوکپسولها
Nanocapsules
صنایع خودروسازی، ساختمان، نظامی، انواع پوششها، پزشکی برای مهندسی بافت، لوازم خانگی، لوازم ورزشی، بستهبندی مواد غذایی.نانو کامپوزیت ها مواد مرکبی هستند که حداقل یکی از اجزاء تشکیل دهنده آنها دارای ابعادی در محدوده 1 تا 100 نانومتر باشد. این ساختارها برحسب نوع ماده تقویت کننده به سه نوع نانوکامپوزیت های زمینۀ سرامیکی، فلزی و پلیمری تقسیم بندی می شوند.
نانوکامپوزیتها
Nanocomposites
رنگرزی منسوجات، صنایع آرایشی بهداشتی، پزشکی و دارورسانی، مهندسی بافت، ساخت صفحات مدارهای چاپی و حسگرها. درختسانها یک طبقه جدید مواد پلیمری هستند. آنها کمپلکس شاخهدار از زیرواحدهای مونومری بوده که به صورت واحدهای تکراری از یک هستهی مرکزی انشعاب پیدا میکنند. ساختار این مواد، تاثیر به سزایی بر روی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها است.

درختسانها
Dendrimers
به عنوان تقویت کننده در نانوکامپوزیت ها، کاربردهای فوتونیک، پزشکی، دارورسانی، ذخیرهکنندهی اطلاعات در الکترونیک، سلولهای خورشیدی، حامل کاتالیستها در شیمی.فولرن یکی از دگرشکل‌های مصنوعی عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافیت ساخته می‌شود. به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکی بال (BuckyBall) نیز می‌گویند. در حقیقت این ترکیبات شامل مجموعهای توخالی از اتمهای کربن که به صورت حلقههای پنج یا شش ضلعی آرایش یافتهاند، گفته میشود.

فولرنها
Fullrenes
کاربردهای کاتالیزوری، فرآیندهای تعویض یون، جداسازی، ساخت حسگر، عایقهای حرارتی، فیلترهای محیطی، دارورسانی. مواد نانوحفره ای ساختارهای متخلخلی هستند که اندازه حفرات آنها کمتر از 100 نانومتر می با شد. این ترکیبات درمنابع طبیعی و سیستم های بیولوژیکی به فراوانی یافت می شوند. اندازه و نظم حفرات کنترل کننده خواص مواد نانوحفرهای است.
نانوحفرهها
Nanoholes

طبقهبندی نانوساختارها با توجه به ابعادشان نیز یکی از متداولترین طبقهبندیهاست. همانطور که در شکل 1-2 نشان داده شده است، نانوساختارها میتوانند به صورت صفر (D-0)، یک (D-1)، دو (D-2) و سه بعدی (D-3) توصیف شوند. هر چند مواد سه بعدی (D-3) در هیچ یک از ابعادشان در اندازهی نانومتری نیستند، اما با توجه به ویژگیهای ساختاریشان برخی خواص متأثر از اندازه را که در دیگر مواد نانوساختار دیده میشود و متفاوت با حالت توده است، از خود نشان میدهند [10]. شکل (1-1) طبقهبندی نانوذرات را بر اساس ابعاد نشان میدهد.
شکل 1-1: طبقهبندی نانوساختارها بر اساس ابعاد [10].
نانوذارت مغناطیسی14
 همه‌ی مواد در مقیاس نانو، خواصی متفاوت از خود بروز می‌دهند. مواد مغناطیسی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. در واقع؛ خاصیت مغناطیسی از جمله خواصی است که به مقدار بسیار زیادی به اندازه‌ی ذره وابسته است. به عنوان مثال، در مواد فرومغناطیس مانند آهن، کبالت و نیکل وقتی اندازه‌ی ذره از یک حوزه‌ی مغناطیسی ِمنفرد کوچک‌تر گردد، پدیده‌ی سوپرپارامغناطیس15 به وقوع می‌پیوندد. نانوذرات سوپرپارامغناطیس می‌توانند کاربردهای بالقوه‌ی زیادی در فروسیال‌ها، تصویرسازی‌های رنگی، سردسازی مغناطیسی، سم‌زدایی از سیال‌های بیولوژیکی، انتقال کنترل شده‌ی داروهای ضد سرطان، MRI و جداسازی‌های سلولی مغناطیسی داشته باشند.
هر ماده‌ی مغناطیس در حالت توده، از حوزه‌های مغناطیسی تشکیل شده است. هر حوزه حاوی هزاران اتم است که در آن جهت چرخش الکترون‌ها یکسان و ممان‌های مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته‌اند. اما جهت چرخش الکترون ِ هر حوزه با حوزه‌های دیگر متفاوت است. هرگاه، یک میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه‌های مغناطیسی را هم‌جهت کند، تغییر فاز مغناطیسی رخ داده و مغناطش به حد اشباع می‌رسد.
هر چه تعداد حوزه‌ها کم‌تر باشد، نیرو و میدان کمتری نیز برای هم‌جهت ساختن حوزه‌ها مورد نیاز است، و چنانچه ماده‌ای تنها دارای یک حوزه باشد، بنابراین نیازی به هم‌جهت کردن آن با دیگر حوزه‌ها نخواهد بود. از آنجا که قطر این حوزه‌ها در محدوده یک تا چند هزار نانومتر است، هر ذره‌ای که تنها شامل یک حوزه باشد، می‌تواند نانوذره به شمار رود. نانوذرات مغناطیسی دارای تعداد حوزه‌های کمی هستند و مغناطیس آن‌ها ساده‌تر می‌باشد. از طرف دیگر، بر اساس قانون دوم ترمودینامیک” بی نظمی در یک سیستم منزوی، در یک فرآیند خودبخودی، افزایش می‌یابد.” بنابراین، موادی که از حالت طبیعی خارج می‌شوند، تمایل شدیدی برای برگشت به وضعیت طبیعی خود را دارند و مغناطیس مثالی در این مورد است. اما چون نانوذرات مغناطیسی نیاز به نیروی زیادی برای مغناطیسی شدن ندارند، خیلی از حالت طبیعی فاصله نمی‌گیرند و پس از مغناطیس شدن تمایل چندانی برای از دست دادن خاصیت مغناطیسی و بازگشت به وضعیت اولیه را ندارند [1].
نانوذرات آهن
نانوذرات آهن ذرات اکسید آهن با قطر بین 1 تا 100 نانومتر میباشند. دو شکل اصلی نانوذرات آهن Fe3O4 و γ- Fe2O3 میباشد. نانوذرات آهن به علت خواص سوپرپارامغناطیسی خود توجه زیادی را در بسیاری از زمینهها به خود جلب کرده اند (اگر چه Co و Ni هم مواد بسیار مغناطیسی هستند، اما آنها سمی و به راحتی اکسید میشوند).
کاربرد نانو ذرات اکسید آهن شامل دستگاه های ذخیره سازی مغناطیسی، تجزیه، حسگرها با حساسیت بالا، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و غیره میباشد [9،1].
کامپوزیتها
کلمه کامپوزیت به معنای اختلاط ماکروسکوپی دویا چند ماده مجزا دارای یک سطح مشترک قابل تشخیص بین آنها است ]11[. تعریف دیگری که از کامپوزیت ارائه شده است این است که کامپوزیت عبارت است از دوماده غیریکسان که در صورت ترکیب،ماده حاصله ازتک تک مواد قویتر میشود. تعریف دیگر، کامپوزیتها ترکیباتی هستند که از چند ماده متمایز که اجزای آن به آسانی از یکدیگر تشخیص داده میشوند، ساخته شدهاند. کامپوزیتها موادی هستند که جامد و مصنوعی باشند و از دو یا چند جزء (یا فاز)که از نظر شیمیایی یا فیزیکی کاملاً متفاوتند، تشکیل شده باشند. این اجزاء بصورت مرتب یا پراکنده کنار هم قرار گرفتهاند و لایه مشترکی بین آنها وجود دارد. این زمینهها نقش چسباندن اجزاء به یکدیگر و محافظت اجزاء در برابر عوامل مکانیکی و جوی همچون رطوبت را بر عهده دارند.
فلزات، سرامیکها و پلیمرها بهویژه پلاستیکها ازجمله پرمصرفترین مصالح موجودند. کامپوزیتها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام ازاجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود میبخشد. به طور نمونه، یکی از کامپوزیتهای آشنا، بتن است که از دو جزء سیمان و ماسه ساخته شده است. برای ایجاد تغییر و بهینه کردن خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، آنها را ترکیب یا کامپوزیت می کنند. به طور مثال پلیاتیلین(PE)که در ساخت چمنهای مصنوعی ازآن استفاده میگردد، رنگپذیر نیست و به همین سبب رنگ این چمنها اغلب مات است. برای برطرف نمودن این نقص، به آن وینیل استات میافزایند تا خواص پلاستیکی، نرمیت و رنگپذیری آن اصلاح شود. در واقع، هدف از ایجاد کامپوزیت، به دست آوردن مادهای ترکیبی با خواص مورد انتظار میباشد.
کلمه کامپوزیت میتواند در جاهای مختلف بکار برده شود. مثلاً ترکیب چند عکس در داخل یک تصویر به عنوان یک عکس کامپوزیتی شناخته میشود که ترکیبی از عکسهای مختلف است.
کامپوزیتها متفاوت از سایر مواد هستند و نسبت به سایر مواد، خواص مختلفی را دارا میباشند. برای مثال، فلزات در همه جهات استحکام دارند ولی کامپوزیتها میتوانند طبق خواست مشتری جهت گیری کرده و در یک جهت خاص بیشترین استحکام را داشته باشند ]12[.
نانو کامپوزیتها
نانو کامپوزیتها نیز همان کامپوزیتها هستند که یک یا چند جزء از آن ابعاد کمتراز100 نانومتر دارد. این نانو کامپوزیتها جزء طبقه مهمی از هیبریدهای آلی/ معدنی هستند که دارای ترکیبی از خواص اجزای تشکیل دهنده خود یعنی هم مواد آلی و هم موادمعدنی هستند، این مواد میتوانند بصورتهای گوناگون همچون فیبر، ژل، نوارهای نازک، پلیمر یا ذرات سنتز شوند (شکل 1-2) و دارای کاربردهای متنوعی در زمینه نوری، الکتریکی، کاتالیستی، پوشش و بیوتکنولوژی16 هستند ]13[.
شکل 1-2: مورفولوژی انواع مختلفی از نانوکامپوزیتهای آلی/ معدنی: (1و8) پوسته-هسته، (3و6)سوهان مانند، (4)کرکین مانند، (5)پوسته-کراسلینک، (7)چند لایهای، (9)شبکهی هیبرید آلی/ معدنی درهم ادغام شده.
نانوکامپوزیتها نیز همانند کامپوزیتها از دو فاز تشکیل شدهاند، فاز اول دارای یک ساختار بلوری است که در واقع پایه یا ماتریس نانوکامپوزیت محسوب می شود که در ابعاد نانو ساخته می شوند و فاز دوم نیز ذراتی به منظور اهداف خاص در مقیاس نانومتری به عنوان تقویت کننده در درون فاز اول توزیع میشوند ]14[.
با گذر از مقیاس میکرو به نانو، برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی تغییر خواهند کرد که دو مورد مهم از آنها عبارت اند از: افزایش نسبت مساحت سطح به حجم و ورود ذره به قلمرو اثرات کوانتومی.
افزایش نسبت مساحت سطح به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ذره رخ میدهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتمهای واقع در سطح ذره به رفتار اتمهای درونی میشود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت منفرد و در تعامل آن با مواد دیگر اثر میگذارد. افزایش سطح، واکنشپذیری نانو مواد را به شدت افزایش میدهد. تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در تودهی نمونه بسیار زیاد است، به گونهای که این ذرات به شدت تمایل به کلوخهای شدن17 دارند ]18-15[.
طبقه بندی نانوکامپوزیتها

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید