پایان نامه سنتز نانو ذرات سیلیکون دی اکسید از ضایعات روغن سیلیکون با استفاده از روش تف زاد

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع ارشد  نانومهندسي شیمی

عنوان : سنتز نانو ذرات سیلیکون دی اکسید از ضایعات روغن سیلیکون با استفاده از روش تف زاد

دانشگاه شیراز

دانشکده فناوری های نوین

پايان نامهي كارشناسي ارشد در رشتهي نانومهندسي شیمی

سنتز نانو ذرات سیلیکون دی اکسید از ضایعات روغن سیلیکون با استفاده از روش تف زاد

اساتید راهنما

دكتر رضا پولادی

دكتر عبدالمحمد علمداری

 

 

اسفند 1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

نانو ذرات دی اکسید سیلیسیوم سنتزی[1] دارای کاربردهای صنعتی فراوانی می باشد. استفاده صنعتی از این ذرات در حوزه های سنتی و نیز حوزه های جدید در حال گسترش است که به طور مستمر کاربردهای جدیدی برای آن یافت می شود.SAS  در زمینه های کاتالیست، متالوژی، الکترونیک، شیشه، سرامیک، کاغذ، الیاف، اپتیک، الاستومرها، غذا، سلامتی و کروماتوگرافی صنعتی کاربرد دارد. امروزه تولید دی اکسید سیلیسیوم سنتزی با تولیدی بیش از 000/400/3 تن در سال یک صنعت رو به رشد است. روش های قدیمی تولید این جسم بر اساس هیدرولیز گاز سیلان در محیط های مختلف یا هیدرولیز و تراکم ارگانو سیلوکسان ها در مخلوطی از آب – آمونیاک و الکل های ساده می باشد که هزینه تولید بالایی دارند و کاربری این ماده را محدود می کند. در این پژوهش از روشی استفاده شد که در آن از روغن سیلیکون و ترکیبات آلی سیلیسیوم دار ضایعاتی استفاده شد و روش را ساده تر و ارزان تر کرد. نانو ذرات دی اکسید سیلیسیوم سنتزی با تبخیر روغن سیلیکون توسط حرارت ناشی از احتراق گاز طبیعی و تزریق آن در شعله تولید شد. این بخارات در شعله حاصل شده محترق گردید. گازهای حاصل از احتراق شامل سیلیکون دی اکسید، کربن دی اکسید و آب می باشد که توسط جریانی از یک سیال در نظیف کننده[2] مدل ونچوری مرطوب شسته شد. اندازه ذرات توسط نسبت مولی اکسیژن و روغن سیلیکون، تغییر در دمای واکنش و نیز تغییر مایع شستشو کنترل و مورد بررسی قرار گرفت.

با افزایش دما به علت افزایش سرعت واکنش شیمیایی اندازه ذرات ابتدا کاهش و سپس به دلیل تجمع افزایش یافت. بهترین دما 1000 درجه سانتیگراد به دست آمد با افزایش غلظت روغن سیلیکون اندازه ذرات افزایش یافت و بهترین نتیجه در غلظت تزریق دو میلی لیتر در دقیقه روغن سیلیکون حاصل شد. با تغییر مایع نظیف کننده نیز مشخص شد که مایعات غیر قطبی ذرات با اندازه کمتری به دست می آید.بعلاوه در این پژوهش روش سل – ژل با هیدرولیز تترا اتوکسی سیلان در محیط آبی مورد بررسی قرار گرفت. تترا اتوکسی سیلان در محیط آبی و در حلال اتانول و به کمک کاتالیزور آمونیاک هیدرولیز می گردد و سل سیلیکون دی اکسید تولید می گردد. با تغییر نسبت های مولی مواد، دمای واکنش هیدرولیز و سرعت همزدن ، شرایط بهینه به دست آمد که منجر به تولید سل – ژل و نهایتا با خشک کردن آن زیروژل حاصل گردید.شرایط بهینه تو لید ژل غلظت 7/0 میلی لیتر تترا اتوکسی سیلان در در 35 میلی لیتر اتانول مطلق و در دمای 60 درجه سانتیگراد و سرعت همزدن 600 دور در دقیقه و افزودن 1/0میلی لیتر آب در قسمت های 02/0 میلی لیتری در طول زمان 50 دقیقه ونهایتا افزودن یک میلی لیتر آمونیاک 25 درصد در طول زمان یک دقیقه به دست آمد.

تصویر TEM سایز ذرات 30 نانومتر را تایید می کند.

فهرست مطالب

 

عنوانصفحه
فصل اول: مقدمه 
1-1- مقدمه ای بر فناوری نانو2
1-2- ضرورت انجام تحقیق5
فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده و مباحث تئوری 
2-1-  دانش کلوئیدها8
2-2-  تاریخچه10
2-3-  سل، ژل و پودر12
2-4- شیمی سیلیکا13
2-4-  خواص شیمیایی و فیزیکی سیلیکا17
2-6-  ژل شدن، کوآگولاسیون، فلوکولاسیون  و کوآسرویشن18
2-7-  هسته زایی، پلیمریزاسیون و رشد سیلیکا21
2-8- روش های تولید صنعتی22
2-8-1-تولید پلی سیلیسیک اسید24
2-8-2- روش سل – ژل25
2-8-3- تئوری روش سل – ژل26
2- 9- پایداری سل سیلیکا31
2-10- کاربردهای سل سیلیکا34
2-11- معایب روش مرطوب35
2-12- روش های تف زاد35
2-13- خواص منحصر به فرد سیلیکا37
2-14- کاربردهای سیلیکا38
2-14-1- بهبود خواص مكانيكي38
2-14-2- افزودني جهت جريان پذيري39
2-14-3-كاربردهاي آن به عنوان حمل كننده40
2-14- 4- کاربرد به دلیل تاثیرات سطحی41
2-14-5- استفاده به عنوان رنگدانه41
2-15-6- استفاده به دلیل خواص الکتریکی41
2-14-7- استفاده به عنوان جاذب42
2-14-8- استفاده به عنوان کاتالیزور42
2-14-9- استفاده های دیگر42
2-14-10- مصرف جهانی45
فصل سوم: روش تحقیق 
3-1- مقدمه52
3-2- ساخت نانو ذرات سیلیکون دی اکسید SAS به روش آئروسل از ضایعات روغن سیلیکون  و ارگانو سیلان ها52
3-2-1- روش تف زاد52
3-2-2- مراحل آزمایش53
3-2-3- طراحی و ساخت سیستم54
3-2-3-1- اجزای دستگاه55
3-2-3-1-1- سیستم پمپاژ روغن سیلیکون ضایعاتی55
3-2-3-1-2- فیلتر56
3-2-3-1-3- پمپ56
3-2-3-1-4- روتامتر58
3-2-3-1-5- مشعل60
3-2-3-1-6- محفظه احتراق61
3-2-3-1-7- نظیف کننده مرطوب62
3-2-4- مواد روش تف زاد63
3-2-4-1- شیمی سیالات سیلیکونی63
3-2-5- شرح آزمایش68
3-2-6- روش کار68
3-3- 6- سنتز سیلیکا به روش سل –  ژل از طریق هیدرولیز TEOS70
3-3-1- مواد روش سل – ژل70
3-3-2-لوازم مورد استفاده روش سل – ژل70
3-3-3- روش کار سل – ژل70
فصل چهارم: بحث و نتایج 
4-1- مقدمه74
4-2- تاثیر دما در روش تف زاد74
4-4- تاثیر غلظت ماده اولیه در روش تف زاد79
4-5- تاثیر مایع نظیف کننده در روش تف زاد83
4-2- بررسی نتایج روش سل – ژل85
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 
5-1- نتیجه گیری91
5-2- پیشنهادات92
5-2-1- روش تف زاد92
5-2-2- روش سل – ژل92
  
منابع94

فهرست جداول

 

شماره و عنوانصفحه
  
جدول (2-1). خواص شیمیایی و فیزیکی سیلیکا17
جدول (2-2). کاربردهای SAS به عنوان ماده رئولوزیک40
جدول (2-3). کاربردهای SAS در نیم کره جنوبی در سال 199044
جدول (4-1). نتایج تغییرات اندازه  بر حسب دما78
جدول (4-2). نتایج تغییرات اندازه  بر حسب غلظت82

فهرست شکل ها و تصاویر

 

شماره و عنوانصفحه
  
شکل (2-1). ساختار کریستالی و آمورف سیلیکا9
شکل(2-2). روش های نشان دادن همسایگی اتم های اکسیژن و سیلیسیوم (a) مدل گوی و میله (b) مدل جامد (c) مدل شبکه ای (d) مدل فضایی13
شکل (2-3). (a) سل (b) ژل (c) رسوب و توده شده19
شکل (2-4). تشکیل سل، ژل و پودر سیلیکا از منومر21
شکل (2-5). مدل لامر و دینگار28
شکل (2-6). تاثیر زمان بر اندازه ذرات29
شکل (2-7). تاثیر دما بر اندازه ذرات30
شکل (2-8). تاثیر سرعت افزودن ماده اولیه بر اندازه  ذرات30
شکل (2-9). فلوچارت روش کلوئید سازی31
شکل (2-10). فلوچارت روش خنثی سازی توسط اسید جهت تهیه سل سیلیکا32
شکل (2-11). فلوچارت روش تبادل یونی برای تولید سل سیلیکا32
شکل (2-12). تصاویر میکروسکوپ الکترونی سل سیلیکای تولید شده به روش سل – ژل33
شکل (2-13). شماتیک تولید صنعتی سیلیکا بروش  تف زاد37
شکل (2-14). کاربردهای SAS در حوزه های گوناگون38
شکل (2-15). افزایش کششی در دمای اطاق برای فیلرهای مختلف در لاستیک سیلیکون39
شکل (2-16). مصرف SAS در سال 2000 میلادی در اروپا45
شکل (2- 17). شماتیک روش مادلر47
شکل (2-18). تصاویر SEM از نانو ذرات سیلیکا تصاویر a  و b بدون گروه های عاملی و تصاویر c و d با گروه های عاملی48
شکل (3-1). فیلتر روغن سیلیکون56
شکل (3-2). نمودار مشخصه پمپ57
شکل (3-3). پمپ مدل AN4758
شکل (3-4). روتامتر59
شکل (3-5). نازل مشعل60
شکل (3-6). دریچه تنظیم هوا و نازل سوخت61
شکل (3-7). محفظه احتراق در حال ساخت62
شکل (3-8). شماتیک سیستم نظیف کننده مرطوب63
شکل (3-9). اسکلت کربن- کربن65
شکل (3-10). دستگاه اندازه گیری نقطه اشتعال69
شکل (3-11). حمام آب گرم71
شکل (4-1). تاثیر دما:˚C  600 ، اندازه  نانوذرات 4/13 نانومتر75
شکل (4-2). تاثیر دما: ˚C800 ، اندازه  نانوذرات 3/10 نانومتر75
شکل (4-3). تاثیر دما: ˚C900 ، اندازه  نانوذرات 5/9 نانومتر76
شکل (4-4). تاثیر دما: ˚C 1000 ، اندازه  نانوذرات 2/9 نانومتر76
شکل (4-5). تاثیر دما: ˚C 1200 ، اندازه  نانوذرات 5/15 نانومتر77
شکل (4-6). تاثیر دما: ˚C 1300 ، اندازه  نانوذرات 2/55 نانومتر77
شکل (4-7). نمودار  تغییرات اندازه  بر حسب دما78
شکل (4-8). نمودار غلظت 2 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد اندازه  2/9 نانومتر80
شکل (4-9). نمودار غلظت 4 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد، اندازه 2499 نانومتر80
شکل (4-10). نمودار غلظت 6 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد، اندازه  3750 نانومتر81
شکل (4-11). نمودار غلظت 8 میلی لیتر در دقیقه در دمای 1000 درجه سانتی گراد، بای مودال81
شکل(4-12). نمودار تغییرات اندازه  بر اساس دبی روغن سیلیکون82
شکل (4-13). مایع نظیف کننده آّب است، اندازه  ذرات 2/9 نانومتر83
شکل (4-14). مایع نظیف کننده تتراکلرید کربن است، اندازه  ذرات 2/6 نانومتر84
شکل (4-15). نمونه های تولید شده در ابعاد میکرون85
شکل (4-16). شروع تشکیل ژل86
شکل (4-17). ژل تشکیل شده87
شکل (4-18). ژل آماده سازی شده جهت خشک شدن و تبدیل به زروژل شدن87
شکل(4-19). ژل در حال خشک شدن88
شکل(4-20). زروژل خشک شده88
شکل (4-21). تصویر TEM زروژل

 

89

مقدمه

 

 

  • مقدمه ای برفناوری نانو

 

فناوری نانو  رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی این رویکرد مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی (عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک) از خود نشان می‌دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون مهندسی مواد، پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو ، فناوری زیستی[1] و فناوری اطلاعات[2] سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند [1] نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامه دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.

بر اساس رتبه بندی پایگاه اینترنتی استیت نانو[3] ایران با رتبه 8 در تولید علم نانو، کم ترین سهم را در ‏مشارکت تولید علم در علوم نانو در سال 2012 میلادی داشته و بعد از آن به ترتیب چین، هند، تایوان و کره جنوبی قرار دارند و عربستان سعودی با انتشار 910 مقاله علمی بیشترین میزان مشارکت جهانی را در این حوزه داشته است.

به گزارش خبرگزاری مهر، پایگاه اینترنتی استیت نانو‎‏ در گزارشی سهم مشارکت کشورها در تولید علوم نانو را بر اساس شاخص همکاری بین‌المللی بررسی کرده است. ‏مطابق این گزارش همکاری بین‌المللی، راهبردی برای تسهیل شرایط جهت رسیدن به اهداف علمی است.

برای بررسی این شاخص، سایت‎ استت نانو ‎با یک عبارت جستجوی ویژه و با استفاده از بانک اطلاعات[4]، مقالات نانوی کشورهای ‏مختلف و میزان همکاری آنها را در سال 2012 استخراج کرده که نتایج آن در فهرستی که بر روی سایت منتشر شده، آمده است‎. ‏30 کشور اول جهان از نظر تعداد مقالات[5]تقریبا 82 درصد علوم‌نانو را در سال 2012 تولید کرده‌اند.

در این فهرست، چین رتبه اول و آمریکا در مقام دوم قرار دارد. هر ‏چند چین بیشترین تعداد مقالات را در سال 2012 تولید کرده است اما یکی از کم ترین مشارکت‌ها را در میان 30 کشور اول داشته است، به طوری که در میان 96 کشور ‏جهان از نظر مشارکت با 7/19 درصد مشارکت رتبه 93 را به خود اختصاص داده است.

آمریکا نیز با 1/41 درصد، رتبه 83 را کسب کرده است. کره جنوبی که رتبه چهارم ‏را در تولید علم نانو دارد در بخش مشارکت با 9/30 درصد مشارکت رتبه 88 جهان را اشغال کرده است. بر این اساس کشورهای برتر در تولید علم، برای تولید علم ‏کمتر به مشارکت می‌پردازند در حالی که کشورهای ضعیف‌تر، تمایل بیشتری به همکاری دارند. در میان 30 کشور اول تولید کننده علم همچنین، ایران با رتبه 8 در تولید علم نانو، کم ترین سهم را در ‏مشارکت (3/17 درصد) داشته و بعد از آن به ترتیب چین، هند، تایوان و کره جنوبی قرار دارند.‏

وجود مراکز تحقیقاتی مجهز و معتبر، موقعیت جغرافیایی، مجاورت جغرافیایی دو کشور و سابقه تاریخی تعامل کشورها می‌تواند به عنوان پارامترهای ‏موثر در مشارکت در زمینه تولید علوم نانو، به شمار آیند. به عنوان مثال در هر قاره یک یا چند کشور پیشرو در عرصه نانو وجود دارند که کشورهای دیگر آن ها را به عنوان ‏همکار پروژه‌های تحقیقاتی خود انتخاب می‌کنند. همچنین سهولت رفت و آمد، نزدیک بودن فرهنگ و مشترکات فرهنگی و اجتماعی از جمله مزایای همکاری با یک ‏کشور همسایه است. مصداق بارز این موضوع در کشور آذربایجان دیده می‌شود که به دلیل همسایگی با ایران بیشترین همکاری را با ایران دارد.

به نظر می‌رسد درصورتی‌که مسیر همکاری ایران با کشورهای دیگر هموار شود، ایران آمادگی مشارکت در تولید علوم نانو با دیگر کشورها را دارد. مصداق بارز این ‏موضوع کشور مالزی است که در سال‌های گذشته همکاری قابل توجهی با ایران داشته است. مالزی قوانین و مسیر تبادل دانشجو با ایران را هموار کرده است؛ ‏به‌طوری‌که مقصد تعداد زیادی از دانشجویان ایرانی شده است. این امر موجب شده تا ایران اولین گزینه مشارکت برای مالزی در تولید علوم نانو باشد [2] و از این رو اهمیت این رشته در کشور بارز می گردد و امید است که ایران بتواند رتبه خود را ارتقا دهد.

از دید تاریخی در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست [1] و در دوران جدید اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1965 و یکی از مشهورترین فیزیکدان های دهه 60 میلادی که ملقب به پدر نانو فناوری است، در سال 1960 در همایش جامعه فیزیک آمریکا طی سخنرانی، پیش بینی انقلابی و جذابی را بیان کرد. وی گفت که فضای زیادی در پایین وجود دارد. همین مطلب پایه علم نانو فناوری شد، وی در آن سخنرانی این نکته را مطرح ساخت که اصول علم فیزیک چیزی جز امکان ساختن اتم به اتم اشیاء را بیان نمی کنند. فاینمن پیشنهاد کرد که می توان اتم های مجزا را دستکاری کرده تا مواد و ساختارهای کوچکی تولید نمود که خواص متفاوتی داشته باشند [3].

واژه فناوری نانو، اولین بار در سال 1974 توسط نوریو تانیگوچی  استاد علوم دانشگاه توکیو مطرح شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که ابعاد آن ها در حد نانومتر می باشد، به کار برد. پیشوند نانو در اصل یک کلمه یونانی است. معادل لاتین این کلمه، دوارف[6] که به معنی کوتوله و قد کوتاه است.

دو تعریف استاندارد را می توان برای فناوری نانو ارائه داد که عبارتند از :

  1. به طراحی، تعیین ویژگی ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم‌ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می گویند [1، 3].
  2. به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم هایی با ویژگی‌های بنیادی و عملکردهای جدید می باشدپس علم نانو علمی برای زندگی است [1، 4].

یک نانومتر (nm) یک میلیاردم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصله میان دو اتم بازه 12/0 تا 15/0 نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌ای نزدیک به ۲ نانومتراست و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازه یک نانومتر نسبت به متر، سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازه آن را مانند اندازه یک تیله شیشه ای به کره زمین بدانیم یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازه رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد [4].

شاخه های اصلی که می‌توان به عنوان زیر را شاخه‌های بنیادین فناوری نانو دانست عبارتند از:

در دو دهه اخير، پيشرفت هاي شایانی در فناوری تجهیزات و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود. فناوري و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل، اندازه گيري ها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند. درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است. همچنين خواص مكانيكي، شيميايي، الكتريكي، مغناطيسي، نوري مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است. فناوری درقرن گذشته در هر چه ريزتر كردن دانه هاي بزرگ تر پيشرفت چشمگيري داشت، بطوري كه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي[7] نه تنها جايزه نوبل ندارد، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند، يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگ تر كارآمد به وجود آورد.

این همان روشي است كه طبيعت براي توليد كردن انجام می دهد. مجموعه هاي طبيعي، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است.

اثر تحقيقات در فناوري هاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماري ها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است. موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است. اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچك تر و ميليون ها بار سريع تر در دستور كار شركت هاي تحقيقاتي قرار دارد.

در بياني كوتاه فناوری نانو يك فرايند توليد مولكولي است. همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد، با اين اعتقاد كه هر چه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم. البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد. بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريز كه به نحوي در مجموعه هاي بزرگ تر مصرف دارد، راهي بيابيم. در اندازه هاي مادون ريز، روش ها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن جوابگو نيستند و براي ساختن ماشين هاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد. 

با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژن ها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به فناوری مادون ريز، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد. توليد مواد جديد، گياهان، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد. اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيت هاي متفاوت بوجود خواهد آمد. آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي[8] است، به طرف توليد ماشين هاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسان ها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. از بيماري، پيري، درد ستون فقرات، كم حافظه اي رنج نخواهند برد. قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آن ها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد. در هزاره هاي آينده انسان هاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اين همه درد و ناراحتي كه اجداد آن ها در هزاره هاي قبل كشيده اند، متعجب و متاثر خواهند بود.

اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم، دانشگاه ها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهش هاي فناوري مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسل هاي آينده تحويل دهيم و در تشكل هاي جديد هستي سهمي داشته باشيم. باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشر را دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم. اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد.

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگي هاي منحصر بفرد تبدیل شود، تا در زمینه هایی که روش شيمي سنتي پاسخگو نیست، از این مقیاس بهره گرفته شود. فناوری نانو مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هادي ها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع، طي 10 تا 15 سال آينده شود و بعلاوه، مراقبت هاي بهداشتي، طول عمر، كيفيت و توانايي هاي جسمي بشر را نیز افزايش خواهد داد [5].

تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به فناوری نانو خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

  • كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد [5].

فناوری نانو موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راه هاي اقتصادي تري را براي تصفیه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راه هاي استفاده از منابع انرژي هاي تجديدپذير همچون انرژي خورشيدي ارائه می نمايد. بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس، آب دريا را نمك زدايي مي كند [3-5].

انتظار مي رود كه فناوری نانو نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها، محيط زيستي سالم تر را فراهم كند. براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي، مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازار چند ميليارد دلاري بر پايه فناوری نانو گسترش يافته اند. براي مثال در ايالات متحده، ای بی ام[9] براي ديسك هاي سخت، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است و کوداک[10] و ام تری[11] تكنولوژي ساخت فيلم هاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند. شركت موبیل[12] كاتاليست هاي نانو ساختاري را براي دستگاه هاي شيميايي توليد كرده است و شركت مرک[13]، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است. تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و سامسونگ الکتریک[14] در كره، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند. بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند (نانو ذرات، نانو لوله ها، نانو لايه و سوپر لاستيك ها). نظريات جديد و روش هاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

فناوری نانو يا در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفت هاي پر شتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

فناوری نانو نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دو لبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص فناوری نانو يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيم تر مي كند و راه را براي گمانه زني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه فناوری نانو هستند. در اين قلمرو اتم ها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آن ها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آن جا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو فناوری نانو از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد [6].

از جمله پیشرفت های حاصل شده در دهه های اخیر می توان به موفقیت يك گروه از محققان شركت آي بي ام که 35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دادند، ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن60 که دارای خواص حيرت انگيزی است، ساخت  لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو، استفاده از مواد نانو در فراورده های آرایشی و بهداشتی توسط شرکت آرايشي اورال، ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو که موجب مي شود تا 80 درصد در هزينه برق صرفه جويي شود، توپ هاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده و سبكتر و مستحكم تر از توپ هاي عادي است، تولید پارچه هايي كه با يك بار تكاندن آن ها مي توان حالت اتوي اوليه را به آن ها بازگرداند و همه چين و چروك هايشان را زايل كرد و بعلاوه  با همين يك بار تكان همه گرد و خاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند، ساخت نوارهاي زخم بندي هوشمندي كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند، تولید ليوان ها و شیشه هایی كه قابليت خود تميزكردن دارند، لنزها و عدسي هاي عينك که ضد خش هستند و مهم تر از همه اینکه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتم ها به بهره گيري از آن ها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود [6، 3].

ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي تواند براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط به کار برده شود.

تعداد صفحه : 126

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       info@elmyar.net

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 
 

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید