نانو تكنولوژي

M.Deylamian · Jul 1, 2007

some photos

some photos

بسیار کامل و جالب بود

از شما و اقا بهتاش ممنونم که اینقدر به مباحث نانو توجه دارید و در این زمینه فعالیت می کنید .

SEM images of multiwalled
carbon nanotubes synthesized by
arc-discharge method.
(Kunsan National University)

SEM image of single walled carbon nanotubes synthesized by
arc-discharge method

page: www.iljinnanotech.co.kr/en/material/r-4-1.htm

M.Deylamian · Jul 1, 2007

دکتر فایمن

دکتر فایمن

اگر همواره مانند گذشته بينديشيد، هميشه همان چيزهايي را به‌دست مي‌آوريد كه تا بحال كسب كرده‌ايد .

فاينمن

دكتر ريچارد فيليپس فاينمن در 11 مي سال 1918 در منهتن نيويورك چشم به جهان گشود. فاينمن در طول سال‌هاي تحصيلش بر روي رياضيات و علوم بسيار مطالعه مي‌كرد زيرا پدرش مي‌خواست كه او يك معلم فيزيك شود. وي همچنين براي آزمايش در زمينه الكتريسيته يك آزمايشگاه در خانه‌اش برپا كرد. فاينمن از نمادهاي رياضياتي خودش براي توابع Sin، Cos، tanو F(x) استفاده مي‌كرد.
فاينمن در دبيرستان فار راك اوي (Far Rock away) به تحصيل پرداخت و در سال آخر دبيرستان برنده جايزه رياضي دانشگاه نيويورك شد. پس از اتمام دبيرستان او تمايل به ادامه تحصيل داشت اما به جز انستيتو تكنولوژي ماساچوست (MIT) بقيه دانشگاه‌ها به خاطر نمراتش و يهودي‌بودنش از پذيرش وي سرباز زدند. فاينمن در سال 1935 وارد MIT شد و در سال 1939 فارغ‌التحصيل ليسانس فيزيك گرديد. در سال 1942 وي پس از كاركردن بر روي ساخت بمب اتمي (1942-1941) دكتراي خود را از دانشگاه پرينستون دريافت نمود. او پس از دريافت مدرك دكترايش به لوس‌آلاموس (Los Alamos) رفت تا كار بر روي بمب اتمي را ادامه دهد. سپس فاينمن به رياست بخش تئوري منسوب شد. در سال 1945 فاينمن به عنوان استاد فيزيك تئوري در دانشگاه كرنل (Cornell) به فعاليت پرداخت. در بين سال‌هاي 1952 تا 1959 به عنوان استاد مهمان (Visiting Professor) درس فيزيك تئوري در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا (Caltech) به نام ريچارد چيس تولمن (Richard chase Tolman) مشغول به كار شد. بعد از آن سال تا زمان مرگش در سمت استاد فيزيك تئوري در آن دانشگاه مشغول کار بود.
جايزه آلبرت انيشتن از دانشگاه پرينستون به سال 1954، جايزه آلبرت انيشتن از كالج پزشكي و جايزه لورنس (Lawrence) در سال 1963 جوايزي بودكه ريچارد فاينمن موفق به اخذ آنها گرديد. وي در سال 1965 به خاطر توسعه‌دادن الكتروديناميك كوانتوم که تئوري اثر متقابل ذرات و اتم‌ها را در ميدان‌هاي تشعشعي بيان مي‌كند به شهرت رسيد. وي در قسمتي از كارهايش آنچه را كه امروزه به نام "دياگرام فاينمن" ناميده مي‌شود، ترسيم نمود. اين دياگرام نمودار مكان- زمان اثر متقابل ذرات را نشان مي‌دهد. به خاطر اين كار وي جايزه نوبل را درآن سال به همراه جي- اسكوينجر (J-Schwinger) و اس. آي. توموناجا (S.I. Tomonaga) اخذ كرد.
بعدها در طول زندگيش هنگامي كه به گروه تحقيق حادثه انفجار شاتل چنجر پيوست و دو كتاب خاطراتش را كه پرفروش‌ترين كتاب‌ها شدند، منتشر كرد به چهره برجسته‌اي تبديل شد.
پروفسور فاينمن عضو انجمن فيزيك آمريكا، انجمن آمريكايي علوم پيشرفته و آكادمي ملي علوم بود. او همچنين در سال 1965 به عنوان عضو خارجي انجمن سلطنتي انگلستان انتخاب شد.
در سال1959 ايشان مقاله‌اي را درباره قابليت‌هاي فناوري نانو در آينده منتشر ساخت. فاينمن درآن سال در يک مهماني شام كه توسط انجمن فيزيک آمريكا برگزار شده بود، سخنراني كرد و ايده فناوري نانو را براي عموم مردم آشكار ساخت. عنوان سخنراني وي اين بود «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» باوجود موقعيت‌هايي كه توسط بسياري تا آن زمان كسب‌شده بود، ريچارد. پي. فاينمن را به عنوان پايه گذار اين علم مي‌شناسند.
سخنراني او شامل اين مطلب بود كه مي‌توان تمام دايره‌المعارف بريتانيكا را بر روي يك سنجاق نگارش كرد. يعني ابعاد آن را به اندازه 25000/1 ابعاد واقعيش كوچك كرد. او همچنين از دوتايي‌كردن اتم‌ها براي كاهش ابعاد كامپيوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد كامپيوترها بسيار بزرگتر از ابعاد كنوني بودند اما او احتمال مي‌داد كه ابعاد آنها را بتوان حتي از ابعاد كامپيوترهاي كنوني نيز كوچكتر كرد) او همچنين در آن سخنراني توسعه بيشتر فناوري نانو را پيش‌بيني نمود. وي در پايان سخنرانيش 1000 دلار براي اختراع اولين الكتروموتوري كه ابعادش حداكثر 64/1اينچ مكعب باشد، پيشنهاد داد. جايزه‌اي كه براي اولين كسي كه بتواند ابعاد يك صفحه كتاب را به اندازه ابعاد اصليش كوچك كند، تعيين كرد. ابعاد اين صفحه كتاب مي‌بايست به اندازه‌اي باشد كه بتوان آن را به كمك يك ميكروسكوپ الكتروني خواند. اين ايده‌ها در سال‌هاي 1960 و 1985 تحقق يافتند و جايزه‌هاي آنها نيز پرداخت شد.
ستاد فناوری نانو

پیرجو · Jul 1, 2007

اگر بخواهیم چیزی با ارزش تر از گذشته بدست بیاریم باید به چه چیزی بیندیشیم؟

mahdi.adelinasab · Jul 1, 2007

باید فراتر از او بیندیشی...... :smile:

پیرجو · Jul 2, 2007

کامل بود. مهدی جان.
بگذار گذشته. گذشته باشد. حال را قرار بده. آینده ساخته می شود.

mahdi.adelinasab · Jul 2, 2007

نه گذشته رو به فراموشی نمی سپارم؛ گرچه می دانم که آینده هم مرا به گذشته خواهد برد.
باز هم می گم درست می شه، داداشی!

mahdi.adelinasab · Jul 2, 2007

مواد هوشمند نوع اول

مواد هوشمند نوع اول

در این نوشتار با دو دسته از مواد هوشمند نوع اول آشنا خواهیم شد که آشنایی با آنها دید مناسبی از نحوه عملکرد سایر مواد این گروه به ما خواهد داد.۱) مواد کرومیک یکی از جالبترین دسته‌های مواد هوشمند که بسیار هم مورد توجه قرار می‌گیرد مواد با قابلیت تغییر رنگ نام دارد. این مواد را می‌توان در دسته‌های زیر تقسیم بندی کرد:

http://www.www.www.iran-eng.ir/attachment.php?attachmentid=192&stc=1&d=1183371882

جدول ۱: انواع مواد کرومیک

نکته‌ای که باید در ای زمینه دقت کنیم این است که در واقع تغییر رنگی که از آن نام می‌بریم در واقع تغییر خصوصیات نوری این مواد مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و یا شکست است. در واقع چیزی که ما از رنگ می‌دانیم به منبع نور و طبیعت چشممان مربوط است و این تغییر رنگ در اثر یک تغییر ساختار در این مواد است. در ادامه کمی بیشتر با این مواد آشنا می‌شویم: >
▪ مواد فتوکرومیک:این مواد در برابر جذب انرژی تابشی تغییر در ساختار شیمیایی‌شان ایجاد می‌شود و از ساختاری با یک میزان جذب مشخص به ساختاری متفاوت با میزان جذب متفاوتی تبدیل می‌شوند. مولکولهای مورد استفاده در حالت غیرفعال بی‌رنگ هستند و وقتی در معرض فوتونهای با طول موج خاص قرار گیرند به صورت برانگیخته در می‌آیند و شرایط بازتاب آنها متفاوت می‌شود. با از میان رفتن منبع ماوراء بنفش مولکول به حالت اولیه بر می‌گردد. کاربرد اصلی مواد فتوکرومیک در عینکها و همچنین پنجره برخی از ساختمانهاست.
▪ مواد ترموکرومیک:این مواد گرما را جذب کرده و تغییرات شیمیایی و یا تغییر فاز می‌دهند. نکته مهم این است که این تغییرات بازگشت‌پذیرند و با تغییرات دما دچار این تغییرات می‌شوند. شاید به دماسنجهایی نواری برخورد کرده باشید. در اصطلاح علمی به آنها ترمومتر گفته می‌شود که با گذاشتن آن بر روی بدن تغییر رنگ داده و عدد دمای بدن را نمایش می‌دهد و با برداشتن آن از روی بدن به حالت عادی بر می‌گردد.
▪ مواد مکانوکرومیک و کموکرومیک:در مورد این دو نوع مواد دو مثال جالب وجود دارد. مواد مکانوکرومیک با تغییرات فشار و یا تغییر شکل خصوصیات بازتابی متفاوتی از خود نشان می‌دهند و محصولاتی از آنها تولید شده است که تحت فشار و یا کشش خاص متنی که در آنها مخفی شده نشان داده می‌شود. در مورد مواد کموکرومیک هم حتما با نام کاغذهای تورنسل آشنا هستید که در محیطهای بازی و اسیدی رنگهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند .
▪ مواد الکتروکرومیک:الکتروکرومیک به طور گسترده‌ای به موادی گفته می‌شود که در اثر قرار گرفتن در یک جریان و یا اختلاف پتانسیل الکتریکی رنگ آنها به طور بازگشت‌پذیر تغییر کند. به عنوان مثال پنجره‌های الکتروکرومیک به وسیله الکتریسیته روشن یا تار می‌شوند. این مواد از یک جزء تشکیل نشده‌اند و معمولا به صورت چند لایه از مواد هستند که با یکدیگر کار می‌کنند.۲) مواد با حافظه شکلی یکی از معروفترون آلیاژهای با حافظه شکلی ماده‌ای به نام نیتینول است که از آن به صورت سیمی استفاده می‌شود. در نگاه اول این سیمها همانند سیمهای معمولی به نظر می‌آیند که به راحتی تغییر شکل می‌دهند و رسانای الکتریسیته نیز هستند؛ اما در مقایسه با سیمهای معمولی فولادی و مسی بسیار گرانتر هستند. دو مشخصه در این سیمها وجود دارد که آنها را از سایر سمها متفاوت می‌کند:
▪ این سیمها حافظه دارند. به عنوان مثال می‌توان آنها را به هر شکلی در آورد و سپس با گرم کردن آنها تا دمای بالای ۹۰ درجه سانتیگراد به حالت اولیه‌شان برگرداند.
▪ این نکته که شاید جالب‌تر هم باشد این است که می‌توان این سیمها را برنامه‌ریزی کرد تا شکل خاصی را به خاطر بسپارند! این کار به این صورت انجام می‌شود که شکل دلخواهمان را به سیم می‌دهیم و سپس سیم را به مدت تقریبی ۵ دقیقه با دمای ۱۵۰ درجه سانتیگراد گرما می‌دهیم یا جریان الکتریسیته را از آن عبور می‌دهیم. حالا می‌توانیم سیم را به هر شکل دیگری درآوریم و برای برگشت آن به شکل اولیه کافی است آن را در آب داغ بیندازیم.دسته دیگری از مواد با حافظه شکلی سیمهای ماهیچه‌ای هستند که از آلیاژهای نیکل و تیتانیوم ساخته شده‌اند و در دمای اتاق به راحتی می‌توان آنها را تغییر شکل داد. نکته‌ای که این مواد را جذاب می‌کند این است که با عبور جریان الکتریسیته با نیروی خوبی (که می‌توان از آن استفاده کرد) به شکل اولیه خود برمی‌گردند. اگر بخواهید دقیقتر بدانید باید بگوییم که این سیمها اگر تا ۸ درصد اندازه اولیه‌شان کشیده شوند بازهم می‌توانند به حالت اولیه باز گردند اما استفاده‌هایی که از آنها می‌شود تغییر طولهای در حدود ۳ تا ۵ درصد طول اولیه است. در شکلهای زیر کاربردهایی از این مواد را می‌بینید.مبحث ماهیچه‌های مصنوعی مبحث بسیار جالبی است. پروفسور محسن شاهین‌پور از اساتید برجسته در این زمینه هستند که چندی پیش سمیناری را در دانشگاه امیرکبیر در این زمینه برگزار کردند.

mahdi.adelinasab · Jul 2, 2007

نانو تکنولوژی علم ابعاد خیلی کوچک

نانو تکنولوژی علم ابعاد خیلی کوچک

نانو تکنولوژی (Nanotechnology) در ترجمه لفظ به لفظ به معنی تکنولوژی بسیار کوچک است. نانو به معنی بسیار بسیار کوچک است (مقیاس ۱۰ به توان ۹- بار کوچک تر نیز معنی می شود).اما این تعریف نمی تواند معنای واقعی نانو تکنولوژی را برساند، زیرا از این ترجمه لفظ به لفظ چنین برمی آید که علم نانو تنها به ساخت اشیای بسیار بسیار کوچک می پردازد؛ در حالی که پیش از این هم اشیای بسیار کوچک ساخته می شدند، اما آن فرآیند نانو تکنولوژی نامیده نمی شد.باید گفت که ساخت وسایلی با مقیاس چند میلیارد واحد کوچک تر، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمار می رود.ترجمه علمی «نانو تکنولوژی»که در میان دانشمندان این فناوری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، دریچه های مرموز نانو تکنولوژی را بر ما آشکار می کند.«نانو تکنولوژی»تازه ترین فناوری ای است که بشر به آن دست یافته است. در این تکنولوژی سعی می شود با استفاده از خواص مولکولی مواد موجود در طبیعت، وسایلی ساخته شود تا از مشکلات وسایل فعلی بکاهد و در ضمن کارآیی آنها را نیز چندین برابر کند. برای نمونه، لباسی را که به تن می کنید در نظر بگیرید، بعد از مدت کوتاهی کثیف می شود، آن را می شویید و در نتیجه به اتو احتیاج پیدا می کند؛ یا اینکه ترجیح می دهیم لباسمان در تابستان خنک و در زمستان گرم باشد. حال نقش نانو تکنولوژی در این میان چیست؟ با استفاده از فناوری جدید نانو، دانشمندان توانسته اند پارچه ای تولید کنند که هیچ وقت کثیف نشود، یعنی هیچ نوع آلودگی روی آن ننشیند جالب تر آنکه اگر چروک شود، فقط با یکبار تکان دادن صاف می شود.استفاده محققان از تکنولوژی نانو در تولید چنین پارچه ای، به معنای آن نیست که ما پارچه ای در مقیاس کوچک تولید کرده ایم، بلکه فناوری نانو، تغییراتی در خواص مولکول های تشکیل دهنده پارچه صورت می دهد و به این ترتیب پارچه هیچگاه کثیف نمی شود و....با استفاده از نانو، خواص مولکول ها تغییر می یابد، اما ماده ای که از این مولکول ها ساخته می شود، تمام خواص مولکول ها را در خود دارد.
● علم یا تکنولوژی در نگاه اول این گونه به نظر می رسد که نانو یک علم باشد، زیرا با استفاده از آن در خواص مولکولی مواد تغییراتی ایجاد می کنیم.اما آیا نانو به واقع علمی نوین در قرن ۲۱ است؟ هنرمندان عصر ما بر این عقیده اند که دوره خلق آثار تازه به پایان رسیده است و باید با نگاهی مجدد به آثار هنرمندان پیشین، هنر آنها را از زاویه دیگری به مردم نشان داد، احتمالا شما هم برخی از این آثار هنری مدرن را که بسیار عجیب هم به نظر می رسند، مشاهده کرده اید.دانشمندان نیز به تازگی به این نتیجه رسیده اند که دوره کشف علوم جدید پایان یافته است و شاید موقع آن رسیده باشد تا از زاویه ای دیگر به علوم مختلف نگاه شود. آنها معتقدند که می توانند با تغییر در خواص مولکولی مواد، کارآیی آنها را بهبود دهند. به همین دلیل از نانو به عنوان یک تکنولوژی یا فناوری نوین بهره می برند.«نانو تکنولوژی»در واقع می کوشد با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده است، عیوب آنها را برطرف کند.
● تاریخچه نانو تکنولوژی در دنیا بعد از دهه ۹۰ که فناوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان به پا کرد، در آغاز قرن بیست ویکم دانشمندان تمرکز خود را بر فناوری نوینی معطوف کردند که به عقیده عده ای می تواند آینده بشر را متحول کند. نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نیست. این موضوع برای نخستین بار حدود ۴۰ سال پیش، در سال ۱۹۵۹ توسط ریچارد فینمن، دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، مطرح شد. او گفت:« اگر دانشمندان ترانزیستور ها را ساخته اند، ما با علم اتمی می توانیم همین ترانزیستور ها را با مقیاس بسیار کوچک بسازیم». او قصد داشت با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد.بعدها اریک درکسلر، دانشجوی رشته کامپیوتر برای پروژه فارغ التحصیلی خود، دانشمند بزرگ هوش مصنوعی دکترمینسکی - پدر علم هوش مصنوعی- را به عنوان استاد راهنما برگزید. درکسلر علاقه زیادی به نظریه های فینمن (ساخت سیستم ها در ابعاد نانو) داشت. وی بعد از اخذ درجه استادی علوم کامپیوتر، نظریه نانو تکنولوژی را بنا نهاد. نخستین مقاله وی در زمینه نانو تکنولوژی در سال ۱۹۸۱ و با موضوع نانو تکنولوژی مولکولی به چاپ رسید. درکسلر نخستین کسی بود که در سال ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT مدرک دکتری نانو تکنولوژی را دریافت کرد. وی هم اکنون رئیس انیستیتو Foresight و Research Fellow است.بعدها کشورهای توسعه یافته، برنامه ریزی های گسترده ای را برای فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی در زمینه نانو تکنولوژی تدوین کردند.
● نانو تکنولوژی در ایران در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است.در کشور ما نیز برای برخورداری از فناوری های نوین تلاش هایی صورت گرفته است. در سال ۱۳۶۲ هجری شمسی (۱۹۸۴ میلادی) میرحسین موسوی (نخست وزیر وقت) با توجه به اهمیت فناوری روز دنیا «دفتر بررسی ها و مطالعات علمی و صنعتی»را تاسیس کرد.هدف این دفتر، مشاوره علمی و صنعتی در زمینه تکنولوژی های نوین بود. این دفتر در زمان آقای هاشمی رفسنجانی نیز به کار خود ادامه داد، تا اینکه در زمان محمد خاتمی به «دفتر همکاری تکنولوژی»تغییر نام یافت. این دفتر علاوه بر مطالعه و تحقیق در زمینه تکنولوژی های نوین و مدیریت تکنولوژی در ایران، با دستگاه های کشور در زمینه بسط و گسترش فناوری روز دنیا همکاری می کند.در چند سال اخیر برنامه ریزان کشور بنا بر اهمیت بسیار زیاد نانو تکنولوژی، سیاست های تشویقی خوبی را برای حمایت از تحقیقات در این بخش به کار گرفته اند. شاید آخرین اقدام دولت برای حمایت از نانو تکنولوژی، اختصاص بودجه ای برای تشویق محققان این بخش باشد. جشنواره خوارزمی نیز نشان می دهد که برخی مواقع تحقیقات بسیار موثری در این زمینه در ایران صورت می گیرد که البته با توجه به نقش این فناوری نوین در توسعه یافتگی کشورها، بسیار حائز اهمیت خواهد بود.
● شیشه هایی که کثیف نمی شوند دانشمندان به تازگی موفق به ساخت مایعی شده اند که مانع از ماندن آب یا هر نوع آلودگی دیگر بر سطوحی همچون شیشه و کروم می شود. پوشش محافظ شیشه، ماده ای است که باعث می شود هر نوع آلودگی روی شیشه خود به خود در کمتر از یک ثانیه پاک شود. این ماده که به صورت مایع است، با آغشته کردن سطح شیشه به یک لایه نازک و نامرئی، از نشستن هر جرمی روی شیشه جلوگیری می کند. این مایع به مولکول های سطح شیشه می چسبد و باعث منحرف شدن آب و هر نوع آلودگی دیگر از روی شیشه می شود.باید توجه کنید که این ماده به شکل یک لایه نیست که روی سطوح کشیده شود، بلکه حاصل یک تغییر شیمیایی در سطح مولکولی است که از آلوده شدن سطوح جلوگیری می کند. این ترکیب آب گریز، نمی گذارد آب یا هر ذره دیگری روی سطح شیشه یا کروم بنشیند. این ماده، بسیار نازک و شفاف است وبا چشم دیده نمی شود؛ در نتیجه سطوح شفاف مانند شیشه ها و لنزهای دوربین نیز با آن به راحتی محافظت می شوند. ذرات نانو روی مولکول های سطح می چسبند و مانع از نفوذ هر نوع ماده دیگر روی آن می شوند. آب هرگز روی سطوح آغشته با این ماده نمی ایستد، بنابراین اگر جسمی روی این سطوح بنشیند، تنها با ریختن آب یا باریدن باران پاک خواهد شد.اگر با میکروسکوپ به سطح شیشه نگاه کنیم، می بینیم که سطوح شیشه ای کاملا صاف نیستند. شیشه هایی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می شوند، اجازه می دهند آلودگی ها با آب ترکیب شوند و به این ترتیب بدون دخالت هیچ ماده دیگری از روی شیشه سر بخورند. این مواد همچنین مانع از رسوب نمک ها روی سطوح شیشه ای می شوند. همچنین مواد مذکور به وسیله آب، مواد پاک کننده یا فشار فیزیکی از سطح شیشه جدا نمی شوند. این محصول نانو از وضوح شیشه ها و همچنین شفافیت آنها نمی کاهد. نگهداری این شیشه ها نیز بسیار ساده و کم هزینه است.
● نانو تکنولوژی در بدنه اتومبیل امروزه «نانو تکنولوژی»فناوری پوشش اجسام را به شدت تحت تاثیر قرار داده است. در این فناوری، موادی در مقیاس نانو روی اجسام را می پوشانند که بسیاری از خواص منفی اجسام را خنثی می کنند. هدف اصلی این تکنولوژی، کاهش آلودگی های زیست محیطی، جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش مقاومت در برابر خوردگی است.یکی از انواع پوشش های نانو تکنولوژی (نانو ذرات طلا) هستند. موارد استفاده از این مواد اپتیک، الکترونیک، کاتالیست ها و نیز ماده رنگزا در صنعت رنگ است. یکی دیگر از موارد مهم استفاده از پوشش های نانو تکنولوژی، در صنعت «خودرو سازی»است.با پوشش دادن بدنه اتومبیل با نانو ذرات طلا می توان «براق»بودن بدنه اتومبیل را دوام بخشید. این خاصیت که (effect Color-flop) نام دارد، باعث می شود ناحیه روشن به دلیل بازتاب نور از ذرات آلومینیم، قرمز روشن دیده شود و چون در ناحیه سایه تقریبا بازتاب نداریم، تیره رنگ به نظر می رسد.با کمک این فناوری، نواحی زاویه دار بدنه اتومبیل مدور به نظر می رسند. ضخامت این ترکیب نانو حدود ۱۰ تا ۳۰ نانومتر است. این ماده، خمیری شکل و متشکل از دولایه است. لایه اول شامل ذرات برگچه ای شکل آلومینیم است که به عنوان آستری روی فلز به کار می روند و لایه دوم که همان نانو ذرات طلا هستند روی آستری اعمال می شوند.با نانو تکنولوژی بدون آنکه جنس بدنه اتومبیل و قالب های آن را تغییر دهیم، تنها با Nanolaminate (پوشاندن سطح اتومبیل با مواد نانو ذرات طلا) با هزینه ای بسیار اندک جلوه، زیبایی و دوام رنگ اتومبیل را افزایش می دهیم.
● نانو ساختار کردن فولاد و فلزات معمولی پژوهشگران دانشگاه هوایی یوفای روسیه، موفق به ابداع تکنیکی برای تغییر ساختار فلزات و آلیاژهای معمولی به موادی با ساختار نانو و خواص برتر شدند.پروفسور ولادیمیر استلاریف، پژوهشگر این دانشگاه و از محققان این طرح، درباره تکنیک ابداعی محققان گروه تحقیقاتی این دانشگاه که به «تغییر شکل پلاستیک شدید»موسوم است، می گوید: با استفاده از روش تغییر شکل پلاستیک شدید که برای نخستین بار در دنیا ارائه شده، این امکان فراهم آمده است که ساختار مواد و آلیاژهای عادی را با عبور از درون یک قالب تحت فشارهای بالا به حالت نانو تبدیل کرد.در یکی از روش های به کار رفته، فولاد یا آلیاژ معمولی از درون قالبی با حفره های دارای زاویه ۹۰ درجه عبور داده می شود و طی فرآیند کوچک سازی دانه های ریزساختار از ابعاد میکرومتری به نانو متری تبدیل می شدند. طی این فرآیند که با عملیات تزریق اکستروژن و اعمال حرارت همراه است، شرایط لازم برای تغییر ساختار آلیاژ فراهم می شود.با تغییر ساختار ایجاد شده و استفاده از (نانو تکنولوژی)، سختی و استحکام مکانیکی آلیاژ تا چندین برابر افزایش می یابد که از لحاظ کاربردهای صنعتی فولاد و سایر آلیاژها از اهمیت بسیاری برخوردار است.با استفاده از نانو، خواص مولکول ها تغییر می یابد، اما ماده ای که از این مولکول ها ساخته می شود، تمام خواص مولکول ها را در خود دارد.ساخت وسایلی با مقیاس چند میلیارد واحد کوچک تر، تنها یکی از ابعاد نانو تکنولوژی به شمار می رود.«نانو تکنولوژی»می کوشد با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم ها و موادی که تاکنون ساخته شده است، عیوب آنها را برطرف کند.نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نیست. این موضوع برای نخستین بار حدود ۴۰ سال پیش، در سال ۱۹۵۹ توسط ریچارد فینمن، دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل، مطرح شد.با استفاده از فناوری جدید نانو، دانشمندان توانسته اند پارچه ای تولید کنند که هیچ وقت کثیف نشود، یعنی نوع آلودگی روی آن ننشیند جالب تر آنکه اگر چروک شود، فقط با یکبار تکان دادن صاف می شود.در ایران چند سالی است که تکنولوژی نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است.

mahdi.adelinasab · Jul 2, 2007

نانو تكنولوژی در دنیای امروز

نانو تكنولوژی در دنیای امروز

از سالها قبل با وجود موجودیت آن در تمام عرصه های زندگی مردم علاقمند شده‌اند كه در مورد اتم مطالعاتی داشته باشند.اتم ها را در واحد نانون می سنجند، هر نانو یك هزارم میكرون یك میلیونیم متر است در نتیجه یك نانومتر یك میلیاردم متر است، یعنی ضرب در ده بتوان منهای نه متر است لذا اتم اگر یك میلیارد برابر بزرگتر شود قابل روئیت خواهد شد.در بخشهای الكترونیكی هر روزه قطعات كوچكتر و كوچكتر می‌شوند، اجزائی كه در لوازم الكتریكی و الكترونیكی رادیو و سایر وسایل برقی بكار رفته به شكل تراشه‌های كوچك نیمه رسانا تبدیل شده اند كه حاوی اطلاعات زیادی می باشند و هرچه تراشه كوچكتر باشد جریان اطلاعاتی بیشتری در آن جای می‌گیرد و بعلت كوچك بودن آنها محیط ساخت آنها بایستی عاری از هرگونه آلودگی و گرد و خاك و ذرات خارجی دیگر باشد از ریز تراشه‌ها در رایانه و تلفن و گوشی همراه استفاده می‌گردد كه هزاران مورد اطلاعات در داخل آنها ذخیره می‌گردد.با میكروسكوپ الكترونیكی می توان ریز تراشه ها را كه شامل سلولهای نانو سلیسی هستند و جسم را تا ۸۰۰ برابر بزرگتر می‌كنند مشاهده نمود و امروزه آزمایشگاهها روی تراشه‌های نانونی كار می‌كنند كه تا ۶۰۰۰۰ و یا تا ۲۴۰۰۰۰ برابر بزرگتر می‌شوند تا بتوانند یك فاصله ۱۰ نانونی را مشخص كنند. در این فاصله معمولا ۱۰۰ اتم جای میگیرد یعنی در فاصله یك نانو تعداد ۱۰ اتم و هر چه اعضای تراشه كوچكتر باشد اطلاعات بیشتری را ذخیره و یا جریان اطلاعاتی بیشتری را از خود عبور می‌دهد.در صنعت نانو تكنولوژی تا ده كه پیش می‌رویم دچار هزینه‌های گزافی می‌شویم.البته كار را متوقف نكرده تا به ساختار یك اتم برسیم و سپس با چیدن اتم‌ها در كنار یك دیگر از رویكرد پایین به بالا استفاده كرده و ساختارهای جدیدتر و حتی ایجاد نشده را بسازیم.ابزارهای هوشمند یعنی موادی كه خواص ویژه یا خارق العاده را با این رویكرد می توان ساخت كه صفحات نانوئی از جمله این ابزار میباشند. یك سطح نانوئی آب و یا كثیفی بر رویش نمی ماند و یا اجازه عبور حرارت به طرف دیگر جسم نمی دهد.بدین معنی كه ملكولهای نانوئی برسطح جسم و شیشه اجازه تماس حرارت و یا كثیفی و آب را با سطح واقعی جسم و شیشه نمی دهد. لذا همیشه سطح جسم و شیشه هرگز خیس و یا كثیف نمی شود و یا حرارت از یك منطقه به منطقه دیگر با ایجاد چنین سطحی در بین دو منطقه عبور نمی كند، شیشه هایی با ساختار نانوئی ساخته شده كه براثر جریان الكتریكی تغییر رنگ می دهند، نوعی سی دی با سطح نانوئی تا بیست ساعت آهنگ روی آن ضبط می گردد.می دانیم كه عبور اجسام از یكدیگر در عملیات كلاسیك محال است، ولی ما می توانیم با عملكرد نانوئی در مقیاس اتمی این عمل را انجام دهیم، مثلا یك نوك سوزن در مقیاس اتمی می تواند بر روی یك سطح از روی تك تك اتمهای برمسیر عبور كرده و نمایشی خطی از سطح مورد نظر و چگونگی پستی و بلندی آن بدهد، و یا اگر نوك سوزن را شارژ كنیم اتمهای مشخص شده از درون جسم جذب گردیده و آزاد و یا به جانبی دیگر منتقل می گردند (بهترین و دقیق ترین حفاری در جهان)، با عمل نانوسكوپی بر روی اجسام و چینش اتمها در كنار یك دیگر و برروی یكدیگر همانند چیدن آجرها می توان ساختارهایی ساخت كه قبلا در جهان كنونی موجود نمی باشد.در مورد نانو لوله ها كه از كربن‌های مصنوعی فاقد در طبیعت استفاده می گردد نانو لوله های كربنی سازنده مجموعه های اصلی ساختار كربنی هستند.به عنوان مثال :مجموعه ای از شش وجهی های مسطح كه لایه ها یكی پس از دیگری روی یكدیگر قرار می‌گیرند و خواص و سختیهای مختلف در ساختار ایجاد می‌كنند مانند قرار گرفتن تترا هیدارتهای كربن در الماس به صورت شش وجهی كه جسمی سخت ایجاد كرده و شكل یك توپ با ۳۰ عدد شش و جهی و ۱۲ عدد پنج وجهی تشكیل شده است.ساختار نانو لوله ها را نیز می توان از لوله كردن ساختارهای مسطح بدست آورد طول هر نانو لوله حدود چند نانومتر است و ساخت آن نیازمند حرارت بسیار بالائی میباشد گازهای داخل آنها نیز از تركیبات كربنی بوده و سختی آنها صدها برابر فولاد و وزن آنها شش برابر كمتر از فولاد است در آسانسورهای فضائی كه ساخت تخیلات بشر است به عنوان سیم و ... كاربرد دارد.در بدن انسان برای ساخت پروتست‌های استخوانی استفاده شده و بدن آن را تحمل كرده و پس نمی‌زند.البته كاركردن اتم به اتم بسیار مشكل است چراكه كه در یك میلی گرم از جسم میلیونها اتم وجود دارد و سالیان طول می‌كشد تا یك ساختار كوچك را بسازیم و ظاهرا" عمر جهان برای ساخت كافی نبوده و لباید اجازه داد این شكل گیری خود به خود انجام شود و شمیدانها و فیزیكدانها و سایر دانشمندان با یكدیگر همكاری مشترك داشته و فقط در موارد از شكل گیری دخالت نمایند.هدف ما این است كه بتوانیم روابط الكترونیكی اتم ها و ملكولهای بردارنده جسم را با هم شناسایی كنیم و با هم ارتباط دهیم.مثلا ارتباط نیازها به زیست شناسی كه نابینا را بینا و ناشنوا را شنوا می‌كند و داروهایی را بسازم كه كاملا در درمان بیماریها موثر باشند در این خصوص نیزمند دانشمندان شیمی و فیزیك و الكترونیك هستیم.ما در آینده نانو موتورهایی می سازیم كه انجام عمل یك آنزیم را در بدن آسان می‌كند و یا نانو موتورهایی كه تخریب كننده سلولهای سرطانی باشد و یا نانو ذره هایی كه می توانند باكتریها و میكرب های زیان آور بدن را احاطه كرده و از میان بردارند.

mahdi.adelinasab · Jul 5, 2007

افزودنی نانو امولسیون سوخت

افزودنی نانو امولسیون سوخت

افزودنی نانوامولسیون به نسبت ۱ به ۴۰۰۰ (۲۵۰ppm) به بنزین و گازوئیل اضافه شده و به طورمیانگین منجربه كاهش ۵ تا ۱۲ درصدی مصرف سوخت می‌شود. كاهش قابل ملاحظه آلایندههای خروجی از اگزوز و تمیز ماندن محفظه احتراق، از دیگر آثار مثبت این افزودنی است. ناگفته پیداست كه اگرسوخت درمحفظه احتراق به صورت ذرات كوچكتری درآید، در بازده موتورتاثیری جدی خواهد گذاشت. عمده فعالیت، برنازل‏های پاشنده سوخت متمركز شده و از این فناوری در موتورهای آینده استفاده خواهد شد. فناوری دیگری كه بدون تغییرموتور، منجر به ایجاد ذرات كوچكتر سوخت درمحفظه احتراق می‏شود، نوعی افزودنی است كه در سوخت به صورت نانوامولسیون (ذرات با اندازه ۱۰۰ نانومتر) درمیآید. پس ازپاشش سوخت، درهر یك ازقطرات سوخت، تعدادی قطره كوچك نانوامولسیون قراردارد كه درشرایط محفظه احتراق منفجرشده واندازه قطرات سوخت را كوچكتر میكند. علاوه براین، فرایند انفجار ذرات نانوامولسیون، به مخلوط شدن بهتر سوخت و هوا كمك كرده و با افزایش بازده مصرف سوخت، آلایندههای حاصل ازاحتراق را كاهش میدهد. با توجه به دانش فنی شكل گرفته، ساخت چندین دسته از این نوع افزودنی در مقیاس آزمایشگاهی با موفقیت انجام شده و تلاش برای بهبود محصول و تولید در مقیاس بزرگتر در جریان است. در حال حاضر با نمونههای تولیدی، امكان كاهش ۵ تا ۱۲ درصدی در مصرف سوخت میسرشده است.

● وضعیت جهانی فناوری و مقایسه تنها یك شركت امریكایی، این محصول را تولید می‌كند. محصول ما مراحل اولیه را پشت سر گذاشته و در تمامی موتورهای درونسوزقابل استفاده است و آثاری جانبی بر محیط زیست و موتور ندارد. محصول تولیدی، از لحاظ قیمت تمام شده و نزدیكی به بازارهدف، برتری قابل ملاحظهای درمقایسه با محصول امریكایی دارد.

● محصولات مشابه درایران، محصولی مشابه با همه كاراییهای نانوامولسیون، وجود ندارد. طی چند سال اخیر واردات افزودنیهای مختلف و متنوعی آغازشده كه تعدادی ازآنها، برخی خواص نانوامولسیون را دارند. مثلا، برخی مكملهای سوختی، عدد اكتان را بالا میبرند، برخی انواع برای تمیز كردن كاربراتور یا انژكتور كاربرد دارند. مكملهایی كه بركم كردن مصرف سوخت تاثیر دارند، با نسبت افزودن بسیار بالاتر وهزینه بسیاربیشتر، تاثیركمی دارند. شركتهای ایرانی تولید كننده مكمل بنزین بیشتر برخواص تمیزكنندگی كاربراتور و انژكتور و بالا بردن عدد اكتان تمركز دارند. هیچ شركتی، محصولی كه به طور مستقیم مصرف سوخت را كاهش دهد، تولید نمیكند. از سوی دیگر، بازار مصرف مكملهای ایرانی، دارای ریسك بالایی است، زیرا مشتریان آنها مردم هستند نه شركتهای دولتی.

● استانداردهای زیست محیطی در ساخت افزودنی نانوامولسیون ازعناصرفلزی استفاده نشده وهمه اجزای آن در محفظه احتراق، به مواد بیضرر برای محیط زیست تبدیل میشود. محصول تولیدی درامریكا، موفق به اخذ مجوزهای زیست محیطی EPA شده است. میزان اندك این افزودنی در سوخت و مواد آن به نحوی است كه آثار جانبی آن بر روی موتور و محیط زیست دورازانتظار بوده و آزمونهای طولانی برروی نمونههای امریكایی، مؤید این مسئله است. اخذ مجوز ازسازمان محیط زیست برای محصول تولیدی درایران امكان پذیر است.

● بازار ایران الف) وضعیت كنونی:پیشبینی میشود در نیمه دوم سال ۸۵، روزانه ۶۲ تا ۶۶ میلیون لیتر بنزین مصرف شود. از این میزان، ۳۹ تا ۴۰ میلیون لیتر در داخل كشور تولید میشود و ۲۳ تا ۲۶ میلیون لیتر (بیش از ۳۵درصد) از طریق واردات تامین خواهد شد. هزینه سالانه، با در نظر گرفتن میانگین قیمت عمده فروش بنزین در خلیج فارس (لیتری۲۲۰۰ ریال/ هرتن ۲۳۰-۱۸۰ دلار) بالغ بر ۵ میلیارد دلار خواهد بود. با این وجود، به دلایل داخلی و آثار تورمی افزایش قیمت سوخت، امكان فروش هر لیتر بنزین بیش از ۱۰۰۰ ریال وجود ندارد و به این ترتیب بدون لحاظ هزینههای حمل و پخش، سالانه هزینه بدون بازگشتی بیش از ۵/۲ میلیارد دلار به بودجه دولت تحمیل میشود. این وضعیت منجر به ۲میلیارد دلار واردات بنزین و نیز كاهش امكان صادرات نفت خام به عنوان اصلیترین منبع درامد ارزی دولت شده است. مصرف گازوئیل نیز وضعیت مشابهی دارد، اما هزینه كل آن در كشور ۳/۱ هزینه مصرف بنزین بوده و واردات كمتری دارد. ب) دورنمای پنج ساله:با توجه به عرضه خودرو در بازار داخلی، رشدی ۱۰ درصدی یا بیشتر برای مصرف سوخت خودرو پیشبینی میشود. وزارت نفت برای مقابله با این بحران، رویكردهای ذیل را دنبال میكند:۱) راه اندازی مجتمعهای تولید بنزین درداخل كشوربه نحوی كه با تولید روزانه ۹۰ میلیون لیتر واردات بنزین در سال ۸۹ متوقف شود. ۲) جایگزینی سوخت گاز طبیعی فشرده (CNG) با سوخت مایع، به عنوان اصلیترین سیاست كاهش مصرف سوخت. از این طریق، هزینه سوخت مصرفی كاهش قابل توجهی مییابد، اما نیازمند هزینه اولیه قابل توجه، همكاری و تمایل صاحبان خودرو و تكمیل شبكه توزیع گاز فشرده است. پیشبینی میشود ادامه روند كنونی گسترش این روش، منجر به كاهش مصرف ۱۵ میلیون لیتر بنزین در سال ۸۹ شود. ۳) افزودن محصولاتی مانند نفت سفید به سوخت كه نیاز به واردات ندارند. هنوز برای اضافه كردن نفت سفید به بنزین نیاز فعالیت پژوهشی است. البته این نوع نفت به گازوئیل اضافه میشود. در كل، این مورد تاثیر قابل توجهی برمصرف بنزین دركوتاه مدت ندارد.

● كاهش هزینه مصرف سوخت با توجه به عواملی همچون قاچاق بنزین (براورد رسمی روزانه ۳میلیون لیتر، پیشبینیهای غیررسمی بسیاربالاتر است) الگوی ترافیكی با سرعت پایین و توقفهای زیاد در سطح شهرها، میانگین كاهش ۵ درصدی پیشبینی میشود. این میزان معادل سالانه ۲۵۰ میلیون دلار صرفهجویی درهزینه سوخت است كه ۱۶۰ میلیون دلار آن به نفع دولت خواهد بود. صرفه جویی كاهش مصرف گازوئیل دراین تخمین لحاظ نشده است.

● بازار جهانی در بازارجهانی، هزینه سوخت خودرو توسط استفاده كننده خودرو پرداخت میشود و تاكنون مصرف كنندگان محصول امریكایی، صاحبان خودرو و یا شركتهای حمل و نقل بودند و بازارهدف، متشكل ازمصرف كنندگان خرد است. به این ترتیب، بازاری محدود از لحاظ جلب نظرمصرف كنندگان با هزینه بالا برای تبلیغ و توزیع وجود دارد. هزینههایی كه دولتها در این زمینه صرف میكنند، عمدتا با اهداف زیست محیطی و كاهش وابستگی به منابع فسیلی است كه در حوزههایی دیگرمانند پیل سوختی متمركزشده است. در مقام مقایسه، بازارایران بازاری اقتصادیتر و سهل الوصولتر به نظر میرسد.

mahdi.adelinasab · Jul 17, 2007

مروري بر ذخيره‌سازي متان در نانولوله‌هاي کربني

مروري بر ذخيره‌سازي متان در نانولوله‌هاي کربني

يکي از مسائلي که امروزه در مبحث انرژي مطرح است، چگونگي ذخيره سازي سوخت‌هاي پاکي مانند هيدروژن، متان و... براي كاربردهاي مختلف است. در حالت عمومي ذخيره سازي گاز طبيعي فشرده در وسايط نقليه در سيلندرهاي استيل سنگين و در فشارهاي بالا (20 تا 30 مگا پاسكال)صورت مي‌پذيرد در حاليكه ذخيره سازي گاز به روش ANG(adsorbed natural gas) در محفظه‌هاي سبك و با فشارهاي نسبتا پائيني (در حدود 4 مگا پاسكال)صورت مي‌پذيرد، بنابراين ذخيره سازي گاز طبيعي به روش ANG مي‌تواند يك انتخاب بسيار موثرتر باشد زيرا در فشارهاي پايين هزينه‌هاي كمتري صرف ذخيره سازي مي‌شود. امروزه جذب گاز متان با استفاده از جاذب‌هاي متنوعي مانند كربن فعال شده(AC)، كربن اشتقاقي كربيد(CDC)، زئوليت‌ها و نانولوله‌هاي كربني تك ديواره(SWCNT)، نانولوله‌هاي كربني چند ديواره(MWCNT)و... صورت مي‌پذيرد. در اين مقاله مروري داريم بر مكانيزم ذخيره سازي گاز متان با استفاده از نانولوله‌هاي كربني و در نهايت نتايج كار محققان مختلف را در زمينه ذخيره سازي گاز‌ها با استفاده از نانو ساختارهاي كربني، مورد ارزيابي و مقايسه قرار مي‌دهيم.

مقدمه
جذب گاز طبيعي در مواد متخلخلي مانند زئوليت‌ها، كربن فعال شده (AC) غربال‌هاي مولكولي، كربن اشتقاقي كربيد، بررسي و مطالعه شده است. اخيراً نانولوله‌هاي كربني بخاطر خواص منحصر به فردشان از جمله تخلخل يكنواخت، استقامت كششي زياد، هدايت الكتريكي، بسيار مورد توجه و مطالعه قرار گرفته اند. نانولوله‌‌هاي کربني به دو صورت تک ديواره (SWCNT) و چند ديواره (MWCNT) مي‌باشند. تحقيقات زيادي به منظور جذب گاز متان كه يكي از اجزاي مهم گازطبيعي است، روي نانولوله‌هاي كربني تك ديواره صورت گرفته است. اين در حالي است كه مطالعات درباره جذب گاز متان روي نانولوله‌هاي كربني چند ديواره محدود مي‌باشد. اما در بررسي‌هاي انجام شده به نظر مي‌رسد، خواص جذب گاز روي SWCNT‌ها و MWCNTها كاملاً متفاوت مي‌باشد.

مکانيزم جذب متان توسط نانولوله‌هاي کربني
در مطالعه اي که توسطSeifer انجام شد، اثر متقابل هيدروژن با فولرين‌ها ونانولوله‌هاي كربني نشان دهنده اين مطلب بود که يون هيدروژن H+ با کربن‌هاي هيبريد شده SP2 از هر دو ماده تشکيل کمپلکس مي‌دهد.Xianren و[2 Wenchuam] ، از روش DFT (Density Functional Theory) و روش شبيه سازي GCMC(Grand Canonical Mont Carlo) براي بررسي جذب CH4 در داخل SWCNT‌ها استفاده نمودند. Bien fait از پراکندگي نوترون براي تشخيص نفوذ مولکول‌هاي CH4 در SWCNT‌ها استفاده کرد و در اين فرايند دو نوع جذب را مشاهده کرد، که يک نمونه مربوط به فاز شبه جامد براي يک مجموعه پيوند قوي‌تر در دماي 120 درجه کلوين و ديگري مربوط به کامپوننت‌هاي شبه مايع براي مجموعه پيوندهاي ضعيف‌تر در 70 تا 129 درجه کلوين است.

بنابراين، مجموعه هاي جذبي متان در سطوح داخلي و خارجي نانولوله‌هاي کربني به دو صورت شبه مايع و شبه جامد مي‌باشد. همچنين گزارش شده است[1] که CNT هيدروژني با هيدروژن مرزي متناوب داخلي/خارجي (H-CNTزيگزاگي)0.55 eV پايداتر از CNT هيدروژني است که همه هيدروژن‌هاي آن خارجي باشند(H-CNT آرمچير) و در اين حالت (H-CNT زيگزاگي)، فرمر، مولكول‌هاي متان را با زاويه پيوندي تقريبا قائم در بر مي‌گيرد. به‌طوري كه متان به‌طور قوي‌تري روي سطوح خارجي H-CNT زيگزاگي ذخيره مي شود تا روي سطوح داخلي H-CNT زيگزاگي و H-CNT آرمچير. از آنجايي که متان بصورت چهارگوش است و زاويه‌هاي پيوندي H-C-H در حدود 109.5 درجه است، کشيدکي الکترون‌هاي فعال شده کربن روي چهار اتم هيدروژن پيوندي اثر مي‌گذارد به صورتي که روي اتم‌هاي هيدروژن کمبود جزئي الکترون به وجود مي‌آيد، به همين دليل، مکانيزم جذب متان روي سطوح داخلي و خارجي نانولوله‌هاي کربني به صورت شبه مايع و شبه جامد مي‌باشد.[3] در مسير مکانيزمي که توسط SunnyE.Iyuke گزارش شده است[3]، مولکول متان با ساختار چهاروجهي با زاويه پيوندي تقريبا قائم، از داخل منافذ نانولوله از توده فاز گازي تا روي جاذبي با پيوند SP2 C=C که نسبتا غني از الکترون است، عبور مي‌کند. دراين حالت چون اتم‌هاي هيدروژن مولکول‌هاي متان به خاطر کشيده شدن الکترون‌ها به سمت کربن مرکزي داراي کمبود جزئي الکترون هستند، يک کمپلکس انتقال دهنده بار (CT) از کربوکاتيوني شامل دو پروتون را تشکيل مي‌دهند. اين يون مي‌تواند بطور درون مولکولي، گروه SP2 C=C را با يک پيوند SP3 C-C پايدار کند که مشابه با فضا گزيني [1]در واکنش‌هاي شيميايي است. اينچنين فضا گزيني در جذب سطحي با سايز روزنه محدود شده، کوپل و يک نيروي انقباضي روي جذب شعاعي متان بعدي و پيوند هيدروژني بين SP3(C-C) از شبکه CNT و SP3 از مولکول متان، وارد مي‌کند. از آنجاکه هر دو داراي يک ساختار چهاروجهي هستند، اين امر منجر به تشکيل يک فاز شبه مايع در روزنه CNT مي‌شود. از طرف ديگر سطح خارجي CNT هيچ نوع محدوديتي در جذب ندارد، بنابراين مولکول‌هاي متان بيشتري روي کربوکاتيون غيرپايدارحاضرجذب مي‌شوند. اين پديده مي‌تواند باعث جذب گازهاي بيشتري در شکل فاز شبه مايع متان روي سطح داخلي شود زيرا فضاي کافي براي پيوندها يا ارتعاشات مولکولي وجود دارد و انتقال از فاز جامد به فاز سيال، يک پديده متداول است.

ذخيره سازي گاز به روش ANG
شكل 1 سيستم ذخيره سازي گاز به روش ANG را نشان مي‌دهد. به منظور كنترل دماي فرايند، سلول بارگيري(Loading Cell) و سلول جاذب (Adsorption Cell) و خطوط ارتباطي در يك حمام آب قرار دارند. قبل از شروع آزمايش بايستي ناخالصي‌هاي سلول جذب را توسط يك پمپ خلاء زدود و وزن جاذب را در خلاء كامل اندازه گيري كرد، زمانيكه دما در سلول‌هاي بارگيري و جاذب به حد مطلوب رسيد (حالت تعادل اوليه) آزمايش شروع مي‌شود. ميزان فشار و دما در سلول‌ها همانطور كه در شكل نشان داده شده است به يك ركوردر موبايل گزارش مي‌شود و به اين صورت زمان تعادل واكنش در هنگاميكه فشار و دماي فرايند ثابت باقي ماند (حالت تعادل دوم) مشخص مي‌شود سپس با موازنه جرم (معادله 1) بر مبناي دما و فشار اندازه گيري شده قبل و بعد از حالت تعادل مي‌توان ظرفيت جاذب را تعيين كرد.
كه در معادله فوق، P، فشار، T، دما، V، حجم، R، ثابت گاز، M، وزن مولكولي، Z، ضريب تراكم پذيري گاز و Nتعداد مولكول‌هاي جذب شده است. زيرنويس 1 نشان دهنده وضعيت تعادلي اوليه و زيرنويس 2 نشان دهنده وضعيت تعادلي نهايي است.[4]
مروري بر ذخيره سازي گاز متان در نانو ساختارها

mahdi.adelinasab · Jul 17, 2007

ادامه

ادامه

Elena Bekyarova توسط اشتعال ليزري گرافيت، نانوهورن‌هاي (نانوشاخ) كربني تك ديواره‌اي (SWNH) را براي ذخيره سازي گاز متان، در دماي اتاق و بدون كاتاليست، توليد كرد (شكل 2). سايز و شكل مجموعه با نوع و فشار گاز بافر در حفره، كنترل مي‌شود. اين ساختارهاي كربني در آرگون با فشار760 تور آماده مي‌شوند. بخار كربن ذرات گرافيتي را با سايز يكنواختي در حدود 80 نانومتر توليد مي‌كند كه از SWNHsبا قطر حدودا 2 تا 3 نانومتر تركيب شده‌اند. دانسيته توده كه در اين روش ذخيره سازي گاز متان استفاده شده است (SWNHs فشرده شده در فشار 50 مگا پاسكال زير خلاء)، 0.97 گرم بر سانتيمتر مكعب مي‌باشد. همانطور كه در شكل 2 مشاهده مي‌شود ايزوترم‌هاي جذب متان با دماي 303 كلوين در اين آزمايش بر اساس طبقه بندي BDDT از نوع I مي‌باشند. داده‌هاي آزمايشگاهي جاذب SWNHs با داده‌هاي SWNT‌هاي آرايه مربعي و آرايه مثلثي شبيه سازي شده، مقايسه شدند. ايزترم‌هاي نانولوله‌هاي سرباز(opened-end) آرايه مربعي و آرايه مثلثي با فاصله واندروالسي 0.34 نانومتر(فاصله بين ديواره‌ها و لوله‌هاي مجاور) با استفاده از روش GCMC شبيه سازي شده اند. در فشارهاي كم، ظرفيت جاذب SWNHها مشابه با SWNTهاي آرايه مربعي مي‌باشد اما در فشارهاي بالاتر از 4 مگا پاسكال نانولوله‌هاي تك ديواره آرايه مثلثي ظرفيت بيشتري را براي جذب گاز متان نشان مي‌دهند بنابراين آرايش لوله ‌ها در SWNTها مي‌تواند فاكتور مهمي در ذخيره سازي گاز متان باشد. ظرفيت ذخيره سازي جاذب‌هاي SWNHفشرده شده در دماي 303 كلوين و فشار 3.5 مگا پاسكال، حدود 160 cm3/cm3 و ظرفيت ذخيره سازي جاذب‌هاي SWNT با استفاده از روش مونت كارلو و DFT در دماي اتاق و فشار 4 مگا پاسكال 198گرم بر متر مكعب مي‌باشد و اين در حالي است كه ظرفيت ذخيره سازي كربن فعال شده در دماي 303 درجه كلوين و فشار 3.5 مگا پاسكال در حدود 96 cm3/cm3 است.[6] متاسفانه گزارش‌هاي آزمايشگاهي و تحقيقاتي اندكي درباره ذخيره سازي متان روي آرايه‌هاي SWNT موجود است. Murise و همكارانش تنها رفتار فازي وجذبي متان روي نانولوله‌هاي تك ديواره را در دماهاي پايين بررسي كردند.[6] Talapatra و همكارانش بطورآزمايشگاهي ميزان جذب گازهاي متان، گزنون و نئون را روي دسته‌هاي SWNTاندازه گيري كردند و بطور غيرمنتظره اي مشاهده كردند كه هيچ گازي در فواصل بين آرايه اي SWNT جذب نشده است. [7]با اين وجود اين بدان معنا نيست كه فواصل بين آرايه‌هاي SWNT ديگر نمي توانند گاز را جذب كنند. پس از مدتي، در يك مقاله ديگر از همان گروه مشاهده شد كه گاز متان مي‌تواند در دسته‌هاي SWNT سردسته (Closed-end)، جذب شود. [8]بنابر اين مشاهدات و مقايسه آنها با شبيه سازي‌هايBekyarova مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه فاصله واندروالس يك فاكتور اوليه موثر روي ميزان جذب متان در فواصل بين آرايه‌هاي SWNT است (شكل3 ). در پي اين نتيجه، Cao و همكارانش تحقيقات خود را در راستاي بهينه سازي فاصله واندروالس بين لوله‌ها در آرايه‌هاي SWNT ادامه دادند. اين گروه با استفاده از روش مونت كارلو جذب متان را روي SWNT‌هاي آرايه مثلثي در دماي اتاق بررسي كردند. در ديواره اين نانولوله‌ها اتم‌هاي كربن به صورت آرميچير قرار گرفته‌اند. از نتايج اين كار مشخص شد كه SWNT با آرايه مثلثي و فاصله واندروالسي 0.8 نانومتر بيشترين مقدار گاز متان را در دماي اتاق جذب مي‌كند. در فشار 4.1 مگا پاسكال ظرفيت حجمي و ظرفيت جرمي جذب متان روي آرايه‌هاي SWNT(15,15) با فاصله واندروالسي0.8 نانومتر216 v/v و215g CH4/Kg است.[9]

همانطور كه گفته شد مطالعات و تحقيقات جذب گاز متان روي نانولوله‌هاي كربني چند لايه نسبت به نانولوله‌هاي كربني تك لايه محدودتر مي‌باشد. از جمله كساني كه در اين زمينه كار كرده است Sunny E.Iykenv از كشور مالزي است. وي توانست نانولوله‌هاي كربني چند ديواره را با تكنيك رسوبدهي بخار شيميايي كاتاليست شناور(FCCVD) توليد كند. اين تكنيك مي‌تواند در توليد انبوه نانولوله‌هاي چند ديواره با هيبريدهاي مختلف مورد استفاده قرار گيرد. نانولوله‌هاي كربني با هيبريد SP2 داراي بزرگترين سايز روزنه هستند. سايز روزنه در SP2 44.4 نانومتر و در SP1 وSP3 وSP4 به ترتيب برابر 9.1و8.9و8.7 نانومتر است. گاز متان بصورت مايع و شبه جامد روي نانولوله‌هاي توليد شده جذب مي‌شود. ايزوترم‌هاي بدست آمده از آناليزر BET در اين آزمايش در شكل 5 نشان داده شده است. همان‌طور كه مشاهده مي‌شود، ايزوترم‌هاي جذب براي كربن‌هاي SP1 و SP2از نوع III مي‌باشند در حاليكه ايزوترم‌هاي جذب متان براي كربن SP3 داراي سه نقطه اوج است كه احتمالا مربوط به تغيير فاز مي‌باشند. از اين گذشته ايزوترم دماي 15 درجه سانتيگراد داراي دو نقطه اوج مي‌باشد كه نمايشگر نقاط تغيير فاز مي‌باشند. در اين آزمايش مشاهده مي‌شود كه جذب متان توسط نانولوله‌هاي كربني چندلايه نسبتا پايين است در حاليكه با افزايش فشار بر مقدار گاز جذب شده اضافه مي‌شود.

شكل4- تصاويرTEM از پنج نمونه CNT(SP2F,SP1,SP1,SP3,SP4) كه نمونه آخر داراي متان جذب شده است.

پس از آن در آزمايش‌هايي كه توسطJae-Wook Lee انجام شد، نانولوله‌هاي كربني چند ديواره با روش رسوب دهي بخار شيميايي(CVD) با طول يكنواخت و قطر مشخص ساخته شدند، شكل10 تصاوير TEMوSEM نانولوله‌هاي چندلايه كربني ساخته شده را نشان مي‌دهد. ضخامت ديواره‌ها در حدود 15 تا 20 نانومتر و طول آنها در حدود 20 تا 30 ميكرومتر و دانسيته توده در حدود 0.005 تا 0.006 گرم بر سانتي متر مكعب است. در اين آزمايش گاز متان مورد استفاده داراي خلوص 99.9 درصد است. نتايج آزمايشگاهي كه در اين روش بدست آمده است در دماهاي 301.15 و313.15 و323.15 كلوين و در فشاري تا 3 مگا پاسكال موجود مي‌باشد كه در جدول 1 نشان داده شده است. همانطور كه از اين جدول پيداست ظرفيت نانولوله‌هاي چند ديوارهكربني در فشارهاي پايين تر از 1.5 مگا پاسكال بسيار كم مي‌باشد در حاليكه در فشار‌هاي بالاتر نيز ميعان موئينگي رخ مي‌دهد. به علاوه فشار ميعان موئينگي با دما افزايش مي‌يابد. [10]در شكل 6 ايزوترم‌هاي جذب متان نشان داده شده اندكه مشاهده مي‌شود ايزوترم‌هاي جذب متان در گستره دمايي اين آزمايش، از نوعIV مي‌باشند.[4]

شكل6- ايزوترم‌هاي جذب متان روي نانولوله‌هاي كربني چند ديواره

شكل5- ايزوترم‌هاي جذب/دفع متان در CNTها، (a) دفع متان از SP2 در دماهاي مختلف. (b) جذب متان روي SP1,SP2 (در دماهاي مختلف) وSP3

mahdi.adelinasab · Jul 17, 2007

ادامه

ادامه

نتيجه‌گيري

بررسي جذب گاز درنانو ساختارها نشان مي‌دهد كه پارامترهاي روزنه و دانسيته جادب مي‌تواند در ميزان جذب گاز بسيار موثر باشد به طوري كه خواص روزنه‌ها در SWNH‌هاي فشرده شده به گونه اي است كه در دماي 303 درجه كلوين و فشار 3.5 مگا پاسكال، ظرفيت ذخيره سازي گاز متان اين نوع جاذب 160 v/v مي‌باشد. در ارتباط با SWNTها مي‌توان گفت كه آرايش آنها و فاصله واندروالسي در آنها از پارامترهاي مهم در ميزان ذخيره سازي گاز طبيعي مي‌باشد. همانطور كه در نمودار شكل 2 نشان داده شده است، ميزان جذب گاز در SWNTهاي آرايه مربعي و آرايه مثلثي در فشارهاي پايين تقريبا يكسان است و اين ميزان در فشارهاي بالاتر از 4 مگا پاسكال در SWNTهاي آرايه مثلثي افزايش مي‌يابد. همچنين SWNTهاي آرايه مثلثي با فاصله واندروالسي 0.34 نانومتر در فشار 4.11 مگاپاسكال ظرفيتي در حدود 170 v/v براي ذخيره سازي گاز متان دارند در حاليكه اين ظرفيت در SWNTهاي بهينه شده با فاصله واندروالسي 0.8 نانومتردر شرايط يكسان به 216 v/v مي‌رسد كه حتي بيشتر از ظرفيت ذخيره سازي CNGدر فشارهاي 20 تا 30 مي‌باشد(200 v/v).

در ادامه جدول زیر رو خدمت دوستان ارائه خواهم داد:

http://www.2shared.com/file/2063857/cc82441e/1_online.html

در بررسي MWCNTها با توجه به جدول 2 مشاهده مي‌شود كه ظرفيت اين نانوساختارها در فشارهاي پايين، بسيار كم و در حدود 14 g/Kg است و در فشارهاي بالاتر ميعان موئينگي رخ مي‌دهد. بعلاوه فشار مناسب براي ميعان موئينگي با افزايش دما، افزايش مي‌يابد.

منابع

[1] Seifert G. Hydrogen on and in carbon nanostructures. Solid State Ionics 2003
[2] Zhang X. and Wang W. Methane adsorption in single-walled carbon nanotubes arrays by molecular simulation and density functional theory. Fluid Phase Equilibria 2002; 194-197: 289-295.
[3] Iyuke S.E., Fakhrul-Razi, A., Guan T.C. and Danna A.B.M. Methane Adsorptive Storage Characteristics in and on Carbon Nanotubes. J. Institution of Engineers, Malaysia (submitted).
[4] Jae-Wook Lee, Hyun-Chul Kang, Wang –Geun Shim, Chan Kim, and Hee Moon.Methane Asorption on Multi-Walled CarbonNanotube at(303.15,313.15 and 323.15)K. American Chemical Society. 2006
[5] Elena Bekyarova, Katsuyuki Murata, Masako Yudasaka. Single-Wall Nanostructured Carbon for Methane Storage. J.Phy.Chem. 2003. 107.
[6] Muris,M.; Dufau, N; Bienfait, M.J.P. Langmuir2000,16,7019.
[7] Talapatra,S. Zambano,A.D. Phys.Rev. Lett. 2000,85, 138.
[8] Talapatra, S.; Migone, A. D.Phys. Rev. B 2002, 65, 045416 [9] Dapeng Cao, Xianren Zhang, Jianfeng Chen, Optimization of Single_Walled Carbon Nanotube Arrys for Methane Storage at Room Temperature, J. Phys.Chem B, 2003,107,13286-13292.
[10] Lee,J.W.;Shim, W. G.; Moon, H. Adsorption equilibrium and kinetics for capillary condensation of trichloroethylene on MCM-48.2004,73,109-119

پیرجو · Aug 2, 2007

نانو تکنولوژی و صنعت نفت

نانو تکنولوژی و صنعت نفت

مقدمه
هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رایس کشف نمود،‌ انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ موادی با نام‌های بالکی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و بالکی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes ) استوانه‌های کربنی که دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات ( IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک
بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.
علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر می‌باشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.

خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می‌کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک،‌ اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.

با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده
خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌که آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌که اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یک میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند که توسط یک لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند.

محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب )، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده‌کننده‌ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان 175000 درصد تغییر می‌کند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.

علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌کننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.

با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودة کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاک‌کنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش می‌دهد.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت
براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج‌ کنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می‌باشند.

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،‌ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

» منبع: سايت توسعه فناوري صنعت نفت ايران

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

فاصله دنیا تا تحقق وعده های فناوری نانو

فاصله دنیا تا تحقق وعده های فناوری نانو

فناوری ‌نانو تاکنون چه محصولاتی را روانه بازار کرده است؟ آیا شرکت‌هایی در دنیا وجود دارند که در زمینه تولید یا استفاده از محصولات مبتنی بر فناوری‌نانو کار کنند؟ قابلیت‌هایی که برای فناوری‌نانو شمرده می‌شود واقعیت دارد یا شعار است؟ چرا با گذشت چند سال از آغاز تحقیقات در زمینه فناوری‌نانو، هنوز وعده آینده داده می‌شود؟ محصولات این فناوری چه زمانی در زندگی روزمره استفاده خواهد شد؟
اینها برخی از سؤالاتی است که در ذهن خیلی از افراد وجود دارد، که هرچند می‌توان آنها را ناشی از تلاش برای کسب اطلاع از این فناوری دانست، اما به نوعی بیانگر نگرانی جامعه از اغراق‌آمیز یا حتی دروغ بودن وعده‌های فناوری‌نانو نیز هستند. در مواجهه با چنین سؤالاتی، ابتدا باید وعده‌های فناوری‌نانو را از داستان‌های علمی_تخیلی مانند بلغم خاکستری (Gray Goo)، روبات‌های تکرار شونده، آسانسور فضایی و مواردی از این دست جدا کرد.
البته این به معنای ردّ کامل چنین داستان‌هایی نیست بلکه این موضوع، نیاز به بحث جداگانه و خاص خود دارد.
اما برای آگاهی از فاصله محصولات فعلی این فناوری تا وعده‌های آن، با بررسی اجمالی فهرست‌های منتشر شده از محصولات فناوری نانو در پایگاه‌های اینترنتی مختلف می‌بینیم که آنچه تا کنون به عنوان محصول تجاری این فناوری به بازار ارائه شده است، چیزی بیش از تعدادی محصول بهداشتی نه‌چندان مهم مانند لوسیون‌های ضد آفتاب یا تجهیزاتی حاوی افزودنی‌های نانومتری مثل چوب بیسبال و توپ هاکی و نیست و به ندرت می‌توان مواردی همچون نشرکننده‌های میدانی مبتنی بر نانولوله‌های کربنی یا سیستم‌های دارورسانی مبتنی بر نانوذرات را در بین آنها دید.
در نگاه اول اینگونه به نظر می‌رسد که نگرانی‌های مورد اشاره کاملاً بجاست و خروجی‌های فناوری نانو بسیار ضعیف‌تر از شعارهای آن است. اما منحنی رشد این فناوری، ما را به نتیجه‌ای متفاوت می‌رساند. در منحنی S شکلی که برای رشد فناوری نانو پیش‌بینی شده است، می‌بینیم که این فناوری در سال‌های جاری، از مرحله تحقیقات کاربردی عبور کرده و به مرحله ظهور محصولات اولیه رسیده است.

http://www.www.www.iran-eng.ir/attachment.php?attachmentid=301&stc=1&d=1186615859

یعنی با مشخص شدن زمینه‌های استفاده از نانوساختارهای مختلفی که تا کنون تولید شده‌اند، اکنون محققان به دنبال بهینه سازی روش‌های تولید این ساختارها و یافتن راه‌هایی برای استفاده عملی از آنها در صنایع موجود یا جدید هستند. بنابراین محصولات فعلی، اغلب محصولاتی متعارف هستند که از تحقیقات در زمینه فناوری‌نانو نیز بهره برده‌اند و نمی‌توان آنها را محصول واقعی این فناوری و نشانه قابلیت‌های آن دانست.
لذا اگر پیش بینی‌ها درست صورت گرفته باشد و مشکلات باعث کندی روند توسعه نانو و انتقال منحنی رشد آن به سمت جلو نشوند، باید تا حدود سال ۲۰۱۰ منتظر عبور از نقطه عطف این منحنی باشیم. پس از آن زمان است که فناوری نانو به طور کامل توسعه یافته و مرحله تسخیر بازار را در پیش خواهد گرفت.

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

ژلهای نانویی و توقف خونریزی تنها در چند ثانیه!

ژلهای نانویی و توقف خونریزی تنها در چند ثانیه!

بهبودهای نانویی شاید مناسبترین عنوان برای عرصه جدیدی از فناوری نانو باشد که از آن به عنوان یکی از ۱۰ فناوری نوظهور در سال ۲۰۰۷ یاد می کنند. دانشمندان معتقدند فیبرهای فوق العاده کوچک به واسطه متوقف کردن فرآیند خونریزی و تسریع دوران بهبودی پس از انجام اعمال جراحی پیچیده بر روی مغز، می توانند جان انسان های بیشماری را نجات دهند. به گزارش مهر، راتلج الیس بنک در اتاق کوچک کاری خود در ساختمان علوم عصبی دانشگاه MIT به کار بر روی ویدئویی مشغول است که خود آن را تهیه کرده است. این دانشمند محقق در ویدئویی که خود آن را تهیه کرده برش عمیقی در قسمت شاهرگ جگر موش ایجاد می کند. در حالی که جگر به واسطه فشار و ضربان قلب موش هنوز تپش دارد، خون از محل برش ایجاد شده خارج می شود. در ادامه "بنک" زخم ایجاد شده را با کمک مایعی تمیز می پوشاند و به زودی و در حقیقت در آن واحد خونریزی بند می آید. در صورتیکه زخم به همین حال رها می شد مرگ موش حتمی بود اما موش زنده ماند.
مایعی که "بنک" از آن استفاده کرد، ماده منحصربفردی است که از تکه پروتئین هایی در حد و اندازه نانویی یا در اصطلاح علم شیمی پپتایدها ساخته شده است. توانایی این ماده برای متوقف کردن جریان خونریزی که می توان گفت فوری نیز صورت می گیرد، در اعمال جراحی، میادین جنگ و لحظات پس از تصادف، یک وزنه ارزشمند محسوب می شود. تحت شرایطی که مشابه آنها در بدن دیده می شوند، این تکه های نانویی به صورت خودکار در قالب شبکه ای الیافی شکل می گیرند که برای چشم غیرمسلح همچون ژلی شفاف به نظر می آید. این ماده شرایطی را مهیا می کند که فرآیند بهبود زخم و بافت های آسیب دیده مغزی و نخاعی را تسریع می بخشد.دستیابی "بنک" به چنین خاصیتی به صورت تصادفی روی داد. وی در حال انجام آزمایشاتی با هدف احیای بینایی در موش های آزمایشگاهی آسیب دیده مغزی بود که پی به خاصیت حیرت آور این ماده برد. در اوایل دهه ۹۰ میلادی "شوگانگ ژانگ" که هم اکنون از مهندسین بیوپزشکی در دانشگاه MIT است، در آزمایشگاه بیولوژیستی به نام الکساندر ریچ کار می کرد. ژانگ مطالعاتی بر روی تکرار توالی DNA داشت که برای یک پپتاید کدگذاری شده بود. وی و تیم همراهش به صورت اتفاقی دریافتند که در شرایط خاصی، نسخه هایی از پپتاید با فیبرها ترکیب می شوند. آنها در ادامه به دوباره مهندسی پپتایدها پرداختند تا پاسخ های ویژه ای برای بارهای الکتریکی و آب ارایه کنند. این فرآیند با ۱۶ پپتاید آمینو اسید پایان یافت که بی شباهت به یک شانه نبودند و طی آن دندان های متمایل به آب به طرح ریزی ستون دافعی از آب می پرداختند. در محیط نمکی و آبی نظیر درون بدن، این ستون ها به صورت خودکار به شکل شاخه ای ترکیب شده تا از شکل گرفتن فیبرهای بلند آبی که به صورت خودکار به نوارهای منحنی تبدیل می شوند جلوگیری کند. این فرآیند در نهایت، ترکیب یک پپتاید مایع را به ژلی شفاف تبدیل می کند. اساسا "بنک" نیز تمایل به استفاد از این ماده برای بهبود سریع جراحات مربوط به آسیب های مغزی و نخاعی دارد. در حیوانات جوان، اعصاب به وسیله موادی که به رشد آنها کمک می کند احاطه شده اند و از این رو "بنک" فکر می کند که ژل پپتایدی یاد شده می تواند محیط مشابهی را ایجاد کند و از شکل گیری بافت همبند جای زخم جلوگیری کند که در حقیقت مانع رشد مجدد نورون های منفصل می شود. "بنک" در توضیح این فرآیند می گوید: دقیقا شبیه آن است که شما در حال راه رفتن در گندم زار هستید، در این حالت شما می توانید به آسانی حرکت کنید چون گندم ها از مقابل شما دور می شوند. اما اگر از قطعه زمینی گلی حرکت کنید، گیر خواهید کرد. در تجربه مربوط به موش های آزمایشگاهی، محققان دریافتند که این ژل به نورون ها اجازه می دهد تا در محل زخم رشد کنند و به دوباره مرتبط ساختن خود با نورون ها در طرف دیگر بپردازند و بدین ترتیب بینایی موش احیا شد.این ماده در مقایسه با روش های فعلی مزایای قابل توجهی در متوقف کردن خونریزی دارد. ژل تولید شده سریعترو ارزان تر از روش هایی نظیر سوزاندن محل زخم موجب بند آمدن خونریزی می شود و در عین حال به بافت ها نیز آسیبی وارد نمی کند. همچنین این ماده می تواند از زخم در برابر هوا حفاظت کرده و در عین حال قطعات آمینو اسیدهای لازم برای رشد سلول ها را فراهم کند و بدین ترتیب فرآیند بهبود زخم تسریع می یابد. همچنین تنها در مدت چند هفته بدن به صورت کامل پپتایدها را خرد کرده و از این رو نیازی به جابجایی آنها از محل زخم نیست و این در حالی است که در روش های دیگر نیاز به چنین کاری است. داشتن طول عمر زیاد این امکان را نیز فراهم کرده است که برای مدتی طولانی آن را در جعبه کمک های اولیه نگهداری کرد.

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

ساخت لامپ های پر نور و كم مصرف بر اساس نانوتكنولوژی

ساخت لامپ های پر نور و كم مصرف بر اساس نانوتكنولوژی

امروزه با خرید هر لامپ، در واقع چیزی شبیه اختراع توماس ادیسون در سال ۱۸۷۹ را خریده‌ایم. اما نانوتكنولوژی ممكن است موجب تولید لامپ‌هایی شود كه نور بیشتر و حرارت كمتری تولید كنند. لامپ‌های امروزی هنوز مبتنی بر فناوری قرن نوزدهم هستند و نوع كار آن‌ها در ۱۲۰ سال گذشته تغییر نكرده است. تولید حرارت این لامپ ‌ها بیشتر از تولید نور آنها است. از آنجا كه یكی از چالش‌های بشر در قرن بیست و یكم، مساله انرژی است لذا برخی از متخصصان نانوتكنولوژی درصدد تولید لامپ‌هایی با نور بیشتر و حرارت كمتر برآمده‌اند.
عبور جریان الكتریسیته از درون یك سیم تنگستن در درون لامپ موجب درخشان شدن سیم و تولید نر و البته مقدار زیادی حرارت می‌گردد.
به عقیده شان‌لین، فیزیكدان آزمایشگاه ملی ساندیا، لامپ‌ها در آینده می‌توانند همچنان برپایه تنگستن كار كنند اما به شكل بسیار متفاوتی كه می‌تواند حرارت تلف شده را به نور بیشتر تبدیل كند. وی برای جایگزینی رشته تنگستن با كریستال‌های فوتونیك تنگستن كار كرده است.
كریستال‌های فوتونیك كه اولین بار در سال ۱۹۸۷ به وجود آمدند، ساختارهای مصنوعی هستند كه می‌توانند جریان نور را تحت تاثیر قرار دهند. اثر آن‌ها بر جریان نور بسیار شبیه كنترل جریان الكتریسیته به وسیله نیمه هادی‌ها است. ساختار این ماده شامل حفره‌هایی با فواصل و زوایای معمولی (regular) است. هنگامی كه یك كریستال فوتونیك تحت حرارت می‌گیرد، می‌تواند بدون تبدیل انرژی به حرارت و اتلاف آن، بازتابش یا گسیل نور انجام دهد.
در آزمایشگاه لین، لامپ‌های معمولی شكسته می‌شوند تا رشته‌های تنگستن آن‌ها خارج شود. این تیم تحقیقاتی با استفاده از روش‌های ساخت نیمه‌هادی‌ها، تنگستن را به صورت میله‌های توخالی بسیار ریز درمی‌آورند. این میله‌ها به صورت متقاطع بر روی یكدیگر قرار گرفته و یك كریستال را تشكیل می‌دهند. رشته كریستال فوتونیك لین، شبیه یك فویل آلومینیومی بسیار نازك است.
ساختاردهی یك كریستال برای كنترل نور كار ساده‌ای نیست. نور از امواج الكترومغناطیس تشكیل شده و رفتار آن بستگی به طول این امواج دارد. نور می‌تواند بسته به طول موجش، مرئی یا نامرئی باشد. فواصل حفره‌ها در یك كریستال فوتونیك ممكن است به برخی طول موج‌ها اجازه عبور بدهد اما برخی دیگر را به دام انداخته و مانع عبور آن‌ها شود. یكی از نتایج جالب این است كه وقتی لین رشته‌های كریستال فوتونیك تنگستن را حرارت داد مشاهده كرد كه نور مادون قرمز عبوری از آن‌ها، بسیار بیشتر از رشته‌های تنگستن معمولی است. هرچند طول موج مادون قرمز به نور مرئی نزدیك است، اما این امواج در منطقه مرئی نیستند.
به عقیده لین، كریستال فوتونیك نقره‌ای ارزان قیمت، قابلیت جایگزینی با رشته‌های تنگستن جامد درون لامپ‌ها را دارد. كریستال‌های فوتونیك همچنین ممكن است موجب افزایش كاركرد ژنراتورهای تولید برق، موتورها و تجهیزات دیگر شوند. اما برای این منظور هنوز باید شبكه‌های كریستال را كوچكتر كرد تا بتوان به محدوده طول موج‌های نور مرئی دست یافت. كوچك‌سازی این شبكه‌ها به كمك نانوتكنولوژی حداقل دو سال به طول خواهد انجامید.
نتایج تحقیقات فوق كه با حمایت وزارت انرژی آمریكا انجام گرفته است در مجله‌های Nature وApplied Physics Letters به چاپ رسیده است.

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

کاربردهای نانوفناوری در مهندسی محیط زیست

کاربردهای نانوفناوری در مهندسی محیط زیست

: Abstract

Nanotechnology is one of the most important technologies in the future. In this review article, several articles issued between ۲۰۰۴ to ۲۰۰۷ were sought, and approximately ۲۰ articles were reviewed as the main references. This article hints about the different applications of Nanotechnology in Environmental Engineering, Such as Reducing Global Warming, Eco-friendly and Efficient Energies, Environmental Monitoring, Remediation of Soil, Remediation and Treatment of Water, Clean Technologies, Reducing Air Pollutants, Eco-friendly Coatings, and also probable adverse effects of them. And finally concluded that we should invest on this new technology

نانوفناوری یکی از فناوری‌های کلیدی در آینده است.برای نگارش این مقاله که به شیوه مروری تنظیم شده است،از عمده مقالات چاپ شده در سالهای ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۷ استفاده شده است.و حدود ۲۰ مقاله به عنوان منبع اصلی مورد ارزیابی قرار گرفته است.در این مقاله به کاربردهای مختلف نانوفناوری در مهندسی محیط زیست از جمله: کاهش پدیده گرمایش جهانی،انرژی‌های کارا و سازگار با محیط زیست، نظارت و کنترل بر محیط زیست، بهسازی و پالایش خاک‌ها، بهسازی و تصفیه آب، فناوری‌های پاک، کاهش آلودگی هوا، پوشش‌های سازگار با محیط زیست، و هم‌چنین اثرات احتمالی سوء آنها اشاره شده است. و نتیجه‌گیری شده است که با آینده‌نگری می‌توان هرچه بیشتر از این فناوری نوین استفاده نمود.

● مقدمه:
نانوفناوری یكی از فناوری‌های كلیدی در آینده خواهد بود كه از آن انتظارات زیادی در زمینه‌های علمی، اقتصادی و حتی سیاسی، خواهد رفت. این دانش در ارتباط با ذرات بسیار ریزی است كه در آنها جنبه‌هایی از علوم فیزیك و شیمی حاكم است كه در مقیاس بزرگتر همان ذرات این قوانین به همان صورت وجود ندارد. ذرات نانو دارای ویژگی‌های غیرعادی هستند كه در مواد متعارف عادی یافت نمی‌شود. درباره واژه نانوفناوری باید گفت كه از دو بخش نانو به معنی ۹-۱۰×۱ و فناوری كه معمولاً از آن به عنوان فرآیند كاربرد عملی دانش در پاسخ به نیازهای بشر نام برده می‌شود، تشكیل شده است.در واقع نانوفناوری در ارتباط با فرآیندها و سلسله فعالیت‌هایی است كه مواد و یا خدماتی را فراهم می‌آورند كه از نظر اندازه و مقیاس پایه، در حد ۱۰۰ نانومتر و حتی كوچكتر هستند. نانوفناوری شاخه‌ای گسترده و بین رشته‌ای در علوم تحقیقاتی و فعالیت‌های علمی است كه با سرعت بسیار زیادی در حال گسترش پیشرفت است. این فناوری امكان ایجاد سیستم‌ها و ابزاری را فراهم می‌آورد كه قابلیت ها و توانایی‌های فوق العاده‌ای دارند. نانوفناوری‌ اولین بار توسط فیزیكدانی به نام ریچارد فینمان در سال ۱۹۵۹ معرفی شد. اولین مطلب را بیان كرد كه روزی قرار گرفتن مجموعه ۲۴ جلدی دائره المعارف بریتانیكا در نوك یك سنجاق ممكن خواهد بود.
در مطالعات اخیر پتانسیل‌های تاثیرگذاری نانوفناوری در محیط زیست را به این صورت تقسیم بندی كرده‌اند׃بهسازی و تصفیه، تشخیص و شناسایی و بازداری از آلودگی‌ها.
این مقاله به كاربردهای مختلف این دانش نوین بشر، در ارتباط با محیط زیست خواهد پرداخت.

● مواد و روش‌ها:
در این مقاله كه به شیوه مرور مقالات تهیه شده است، موتورهای جستجوی Google و Yahoo و نیز سایت‌های معتبر علمی مانند Science Direct مورد استفاده قرار گرفت و در مرحله اول در مورد ۷۰ مقاله بدست آمد كه از میان آنها حدوداً ۲۰ مقاله كه ارتباط بیشتری با موضوع داشتند انتخاب شده و به تناسب در بخش‌های مختلف به عنوان مرجع و منبع مورد استفاده قرار گرفت. لازم به ذكر است عمده این مقالات در سال‌های ۲۰۰۴ و بعد از آن انتشار یافته‌اند و فقط در چند مورد خاص به خاطر جامعیت و محتوای بالا از بعضی از مقالات سال‌های قبل آن نیز، استفاده شده است.
۱) معرفی كاربردها:
در این بخش در ابتدا به طور خلاصه حوزه‌های مختلف كاربرد نانوتكنولوژی در محیط زیست نام برده شده، و در ادامه هریك به طور مجزا مورد بحث قرار خواهند گرفت.
۱-۱) كاهش پدیده گرمایش جهانی
۲-۱) انرژی‌های كارا و سازگار محیط زیست
۳-۱) نظارت و كنترل بر محیط زیست
۴-۱) بهسازی و پاکسازی خاك
۵-۱) بهسازی و تصفیه آب
۶-۱) فناوری‌های پاك
۷-۱) كاهش آلودگی هوا
۸-۱) پوشش‌های سازگار با محیط زیست
۹-۱) سایر موارد
۱۰-۱) كاهش پدیده گرمایش جهانی:
با توجه به رشد روزافزون استفاده از منابع سوخت‌های فسیلی برای مقاصد گوناگون حمل و نقل، صنایع، تولید برق و دیگر موارد، گازهای گلخانه‌ای از جمله CO2 ، Co با سرعت بیشتری نسبت به قبل در حال انتشار در اتمسفر زمین هستند كه این امر باعث لطمات و صدمات جدی به لایه محافظ ازن شده است. از موارد بسیار پراهمیت دیگر پیدایش پدیده گرمایش جهانی در دهه‌های اخیر است، كه در نتیجه اعتیاد بیش از حد انسان به استفاده از سوخت‌های فسیلی، به عنوان منبع اصلی تامین انرژی، مطرح شده است.
به كمك نانوفناوری‌ می‌توان منابع تامین انرژی را از سوخت‌های فسیلی به سوی انرژی‌های نو و تجدیدپذیر همانند انرژی خورشید، باد و آب سوق داد. و بدین وسیله به تدریج منابع عمده آلاینده را محدودتر نمود.
تا ۲۰ سال آینده نانوفناوری نقش بسیار عمده‌ای در جایگزینی سوخت‌های فسیلی توسط انرژی‌های نو خواهد داشت به خصوص كه توانمندی فوق العاده‌ای برای حضور و ظهور در سلول‌های خورشیدی (فنوسل) دارد. به نظر می‌رسد كه دو راه برای كاهش آلودگی‌های ناشی از سوخت‌های فسیلی وجود دارد:
اولین راه استفاده از فن‌آوری‌های جدید و از جمله نانوفناوری برای افزایش بهره‌وری صنایع است و دومین راه نیز کنارگذاشتن كامل منابع سوخت‌های فسیلی است كه البته دور از دسترس می‌نماید. برای استفاده بهینه از سوخت‌های رایج، محققان نانوفیلترهایی را طراحی نموده‌اند كه می‌توانند مولكول‌های زیان آور و سمی سوخت و فرآورده‌های سوختی را از آنها جدا نمایند. هم چنین این فیلترها می‌توانند مانع خروج گاز CO2 حاصل از فعالیت‌های صنعتی و تولیدی به اتمسفر شوند. از دیگر كاربردهای نانوفناوری درارتباط با كاهش پدیده گرمایش جهانی، تولید مواد افزودنی است كه با اضافه نمودن آنها به سوخت، هم میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای و هم میزان مصرف سوخت كاهش می یابد. به عنوان مثال می‌توان به نانواكسید سریم اشاره نمود كه با استفاده از نانوفناوری‌ در کشور انگلستان تولید شده است و تا %۵ میزان مصرف سوخت و انتشار آلاینده‌ها را كاهش می‌دهد.

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

ادامه...

ادامه...

۲-۱) انرژی‌های كارا و سازگار با محیط زیست:
بهبود بازدهی تولید انرژی و ذخیره آن هم از جهات اقتصادی، و هم از جهات زیست‌محیطی، مزایای زیادی در پی دارد. باید توجه داشت كه میزان مصرف انرژی به عنوان عامل پدیدآوردن مخاطرات زیست‌محیطی نیست بلكه منابعی كه امروزه بشر برای تامین انرژی از آنها استفاده می‌كند دارای اثرات سوئی هستند، كه بیشتر خود را در آلودگی هوا نمایان می‌سازند. ازجمله منابعی كه می‌توان امروزه از آنها به عنوان انرژی سبز و پاك استفاده نمود، انرژی‌های خورشیدی، آب، باد و نیز هیدروژن است.
در جستجو برای منابع سوختی جایگزین، می‌توان از هیدروژن به عنوان گزینه‌ای ایده‌آل، برای استفاده در صنعت و حمل و نقل، نام برد. هیدروژن هم ساختاری ساده دارد، هم به وفور یافت می‌شود و قابل تولید است و هم هیچZگونه آلودگی ایجاد نمی‌كند.
برای ذخیره‌سازی انرژی، مواد باید دارای خصوصیات زیر باشند:
دمای تفكیك و تجزیه پائین، ظرفیت نگهداری بالا، فشار تجزیه متعادل و معمول، گرمای كم موردنیاز برای تغییر حالت تا انرژی موردنیاز برای آزادسازی هیدروژن حداقل شود، هزینه پائین، وزن كم تا در وسائل نقلیه ای كه با این سوخت حركت می‌كنند قابل حمل باشند و پایداری كافی در برابر رطوبت و اكسیژن. هیدروژن می‌تواند در جامدات بوسیله جذب فیزیكی و جذب شیمیایی ذخیره شود. در مورد اول، نانو ذرات با سطح رویه زیاد موردنیاز است.كه از جمله، می‌توان به موادی اشاره كرد كه توسط روسی و همكاران او معرفی شدند و قابلیت جذب و نگهداری هیدروژن در دمای k۷۸ و فشار bar۲۰ را دارند. در مورد دوم می‌توان به مواد تثبیت كننده كاتیونی فلزات در زئولیت‌ها اشاره كرد. باید یادآور شد كه توسعه انرژی‌های سبز مستلزم تحقیقات در زمینه‌های انرژی خورشیدی، آب، باد، تولید هیدروژن، انتقال انرژی و ابزار و وسایل كنترل آلودگی‌ها است.
نتایج تحقیقاتی كه در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی به عمل آمده است نشان‌دهنده قابلیت ظهور نانوفناوری در سلول‌های خورشیدی است. كه با استفاده از آن در نانوكاتالیست‌ها، حتی می‌توان با انرژی خورشید، هیدروژن موردنیاز را از آب تامین كرد.
به كمك نانوفناوری، می‌توان لایه‌های نیمه هادی را در سلول‌های خورشیدی ایجاد كرد كه به هنگام تابش خورشید، الكترون آزاد كرده و انرژی الكتریكی، با بازدهی بالا، تولید می‌نمایند.در نهایت باید خاطر نشان کرد که به وسیله نانوفناوری میZتوان انرژی را هم بیشتر از نیاز بشری و هم پاکتر و هم مطمئنتر ذخیره نمود.
به علاوه با کمک نانوفناوری میتوان از تلفاتی که در جربان انتقال انرژی صورت می‌پذیرد جلوگیری نمود.به عنوان مثال در خطوط انتقال برق نانوسیمZهایی به کار میZگیرند که در زمستان یخ خود را آب کرده و از تلفات برق تا حد زیادی جلوگیری می نمایند.
۳-۱( نظارت و كنترل بر محیط زیست:
از ویژگی های منحصر به فرد نانو مواد انتظار می‌رود كه بتوانند پیشرفت‌های زیادی در گسترش و توسعه سیستم‌های نظارتی و کنترل بر محیط زیست به وجود بیاورند. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در زمینه فناوری‌ها و علوم سنجش و اندازه‌گیری می‌تواند سرانجامِ تقابل مواد نانوذرات دست ساخته بشر(مهندسی شده) و طبیعی در محیط زیست را برای ما آشكار سازد. تحقیقات در این زمینه باید موارد زیر را در نظر بگیرند:
۱) فناوری‌های حسگر زیستی برای بازرسی‌های محلی
۲) اطلاعات در مورد تنوع ترکیبات شیمیایی و ساختار آنها در مقیاس نانو، تبدیلات آنها به همدیگر و هم چنین تكنیك‌های سنجش و ارزیابی تركیبات و ساختار لایه‌های سطحی ذرات در مقایسه با ساختار داخلی آنها
3) متدهای ساخت عمومی نانوذرات
۴) بهبود عملكرد حسگرهای محیطی برای سنجش تعامل نانو ذراتی كه قبلاً در محیط قرار گرفته‌اند و نیز پیش‌بینی اثرات موادی كه در آینده وارد محیط زیست می‌شوند هم در فاز آب و هم در فازهای هوا و خاك.
نانوفناوری به ما امكان پاسخ به این نیازها را می‌دهد. به عنوان مثال به كمك نانوفناوری می‌توان نانوحسگرهایی طراحی نمود كه به صورت همزمان آنالیزهای شیمیایی، زیست‌شیمیایی و زیستی مربوطه را با دقت، سرعت و پهنه وسیعتری انجام دهند. این مواد قادرند به محض ورود آلاینده‌ها به محل آنها را شناسایی و از طریق فرآیندهای شیمیایی اكسید، یا با جذب مغناطیسی آنها را از محیط جدا نماید. از آنجا كه سطح رویی این ذرات خیلی زیاد است آنها قادر به جذب مقدار زیادی آلاینده‌ها هستند و این حجم رآكتورهایی که از این فناوری استفاده می‌کنند را نیز كوچكتر می‌كند.
از دیگر موارد مرتبط با این قسمت سنجش و ارزیابی آلودگی هوا است.آلودگی هوا اثرات ریست‌ محیطی سوئی دارد از جمله میتوان به کاهش تولید محصولات کشاورزی، به مخاطره انداختن سلامت انسان،فرسایش و خوردگی مواد اشاره نمود.
برای کاهش این خطرات سیستمهای نظارتی مورد نیاز است تا بتوانند به صورت مطمئن و سریع منابع آلاینده را شناسایی کنند.برای نیل به این منظور ترکیبی از سنسورهای نانو و سیستمهای کنترل ماهواره‌ای استفاده میگردد.در این باره در بخش ۷-۱ بیشتر بحث خواهد شد.
۴-۱) بهسازی و پالایش خاك ها:
با گسترش صنایع و فعالیت‌های صنعتی بتدریج آلاینده‌ها به خاك‌ها و منابع آب‌های زیرزمینی نیز نفوذ كرده‌اند. و این موضوع بهسازی و پاكسازی خاك‌ها را نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار نموده است. در گذر سال ها روش‌های مختلفی برای این منظور بوجود آمده‌اند به عنوان مثال می‌توان از روش مکش و تصفیه كه یكی از روش‌های قدیمی و تثبیت شده است، نام برد. در این روش آب‌های زیرزمینی بوسیله پمپ بیرون كشیده شده و پس از تصفیه و رفع آلودگی‌ها، دوباره به سفره‌های زیرزمینی برگشت داده می‌شوند این روش بسیار هزینه بر و وقت گیر بود.
در اوایل سال ۱۹۹۰ میلادی استفاده از آهن صفر ظرفیتی در پاكسازی آلاینده‌های خاك‌ها و آب‌های زیرزمینی آغاز شد. عمده استفاده آنها در فیلترهای فعال است كه به آلاینده‌های سطحی اجازه ورود به لایه‌های زیرین خاك و آب های زیرزمینی را نمی‌دهد. نانوآهن صفر ظرفیتی و آهن صفر ظرفیتی انفعالی بنیان و اساس كاربرد نانو ذرات در این زمینه هستند.این فیلترهای پایه آهنی قادر به تجزیه و اکسیداسیون ترکیبات بسیار پایدار هم‌چون پرکلرات‌ها، نیترات‌ها، فلزات سنگین و مواد رادیواکتیو مانند دی‌اکسید اورانیوم می‌باشند.
از جمله روش‌های نوین پاكسازی خاك‌ها، نانودرخت‌هایی هستند كه از مواد هوشمند ساخته شده‌اند و می‌توانند در سایت‌های آلوده قرارگیرند. در روی خاك این درخت‌ها دارای شاخه‌هایی هستند كه در روی هر شاخه سلول‌های خورشیدی برای جذب انرژی خورشید تعبیه شده است و در زیر خاك شبكه‌ای از ریشه‌ها دارند كه می‌توانند تا عمق مشخص در خاك نفوذ كنند. این ریشه‌ها به كمك انرژی دریافتی از سلولهای خورشیدی می‌توانند آلاینده‌ها را جذب نموده و از طریق شكستن پیوندهای شیمیایی و آزاد نمودن انرژی موجود در پیوندهای مولکولی، آنها را به مواد بی‌ضرر برای محیط زیست تبدیل نمایند.

هم چنین نانوربات‌هایی ساخته شده اند كه با ورود به خاك به دنبال مواد و مولكول‌های مصنوع بشر گشته و آنها را به مواد بی ضرر تبدیل می‌كنند و در پایان عملیات پاك‌سازی می‌توان آنها برای سایت دیگری برنامه‌ریزی نمود.

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

ادامه...

ادامه...

۵-۱) بهسازی و تصفیه آب‌ها:
شكی نیست كه در عصر حاضر استفاده بهینه از منابع آب، نگه داری، تصفیه و مصرف دوباره آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. کمبود آب در آینده، هم از جهت کمیت و هم از جهت كیفیت، زیان های جبران ناپذیری بر زندگی بشر بخصوص در كشورهای در حال توسعه، بر جای خواهد گذاشت. در این میان علوم و فناوری‌های جدید از جمله نانوفناوری نقش غیرقابل انكاری در بهبود پارامترهای كمی و كیفی آب و ارائه الگوی مصرف آن خواهند داشت. پروژه‌هایی كه نیازهای اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی را پاسخ می‌دهند، می‌توانند به سمت مدیریت پایدار منابع آب حركت كرده و به خصوص دسترسی مردم كشورهای در حال توسعه را به آب سالم و بهداشتی بهبود ببخشند. در دو سال اخیر مطالب زیادی پیرامون نقش نانوفناوری در فراهم كردن آب سالم و زدودن آلودگی‌ها از آن منتشر شده است.به طور کلی، نانوفناوری به شناسایی منابع آبهای آلوده،فیلتراسیون آلاینده ها از آب و جلوگیری از مصرف بی رویه آب کمک شایانی می نماید. سطح رویه زیاد نانوذرات، آنها را قادر میسازد تا آلاینده‌ها را جذب کرده و آنها را از آب جدا نمایند. فناوری پوسته تحت فشار یكی از روشهای ایده‌ال برای پالایش آب برای رسیدن به هر كیفیت موردنظر است. در واقع پوسته دوفاز همگن ورودی و خروجی را تشكیل می‌دهد. و به برخی از مواد اجازه عبور می‌دهد و مانع نفوذ برخی دیگر می‌شود. عامل حركت آب از میان این فیلتر غشایی و تقسیم آن به دو فاز می‌تواند اختلاف فشار ، اختلاف غلظت، اختلاف دما و یا اختلاف پتانسیل الكتریكی در دو سوی فیلتر باشد. نانوفیلترها به طور گسترده در جداسازی مواد محلول در آب مانند نمك‌ها كه باعث شوری آن می‌شوند و نیز آلاینده‌های بسیار ریز مانند آرسنیك و كادمیم و كاهش سختی آب (گرفتن یون‌های كلسیم و منیزیم) ، مورد استفاده قرار می‌گیرند. نانوفیلترها را می‌توان به گونه ای برنامه ریزی كرد تا فقط مواد خاصی را از آب جدا نمایند. مثلاً وجود كلسیم در آب برای استحكام استخوانها لازم است. و به علاوه وجود آن تا حد مشخص سختی قابل قبولی فراهم میکند. به كمك نانوفیلترها می‌توان حد مجازی از كلسیم را در آب باقی نگه داشت. از نانوذرات از جمله پلی آلی دوآمین می‌توان برای جداسازی فلزات سنگین همچون مس، آهن، نیکل و نقره استفاده نمود. حضور دیگر نانوتكنولوژی در تولید نوعی سرامیك‌های متخلخل است كه از آن در تصفیه آب‌های آشامیدنی و فاضلاب استفاده می‌شود. علاوه بر این‌ها میتوان از نانوفیلترها در رنگ‌زدایی از آب‌های آشامیدنی استفاده نمود.رنگ موجود در آب آشامیدنی نه تنها از لحاظ ظاهری باید از آب زدوده شود، بلکه چون این رنگها میتوانند منشاء تولید تری‌هالومتان نیز باشند ،بسیار خطرناک به شمار می‌آیند.این ماده هنگام ترکیب با ترکیبات کلره در آب می‌تواند موادی همچون کلروفرم و دیگر مواد سرطان‌زا تولید نماید.

▪ به طور اجمالی می‌توان كاربردهای نانوتكنولوژی در تصفیه آب و فاضلاب را به شرح زیر بر شمرد:

- تشخیص سریع و بهینه مواد بیوشیمیایی در آب.

- فرونشانی آلاینده‌ها و عوامل بیماری‌زا و باکتری‌ها در محیط زیست.

- حذف ریزترین آلاینده‌ها از آب (حتی كوچكتر از nm۳۰۰)

- كنترل و ارزیابی پیوسته محیط زیست

- كاهش ورود مواد آلاینده به آب در ابتدای مسیر (خروجی صنایع)

- بهبود عملكرد تصفیه فاضلاب‌های صنعتی، خانگی، بیولوژیكی و حتی هسته‌ای.

- حل مشکل آلاینده های جدید،که شامل مواد صنعتی،زیستی و دارویی است که با روشهای معمول قادر به حذف آنها نیستیم.

- پاکسازی منابع آبی آلوده شده به فرآورده های نفتی.

- جداسازی آلاینده‌های آلی از آب‌ها.

۶-۱) فناوری‌های پاك:
در حال حاضر كاربردهای انرژی پاك در انقلاب نانوفناوری ظهور یافته است. نانوفناوری می‌تواند به نحوی نیازی بشر را پاسخ دهد كه كمترین ضایعات و محصولات فرعی را تولید كند. بوسیله این فن‌آوری از تولید بسیاری ضایعات صنایع جلوگیری شده و حتی آنها به مواد بی‌ضرر برای انسان و محیط زیست تبدیل می‌شوند. بیشتر محصولات نانوفناوری از مواد رایج و ساده مانند كربن (در ساختار الماسی آن) استفاده می‌‌كنند. حتی می‌توان از CO2 موجود در هوا به عنوان ماده خام استفاده نمود كه کاهش آن نقش بسیار موثری در كاهش گازهای گلخانه‌ای خواهد داشت. نانوفناوری با حضور در فعالیت‌های گوناگون از طریق بالا بردن بازده فرآیندها و نیز جایگزینی مواد بی‌ضرر به جای مواد آلاینده و خطرزا و ارائه راهكارها و روشهای جدید برای تولیدات صنایع و نیز فعالیت‌های زیست محیطی، نقش به‌سزایی در كاهش آلودگی‌ها دارد. اگر چه هنوز سوالات زیادی پیرامون اثرات نانو مواد بر روی انسان و محیط زیست وجود دارد و آژانس‌های حفاظت محیط زیست تحقیقات گسترده‌ای را بر روی اثرات سوء نانوفناوری در كنار اثرات مثبت آن انجام می‌دهند.

۷-۱) كاهش آلودگی‌ هوا:
همانطور كه پیش از این نیز اشاره شد، با گسترش و توسعه زندگی شهری و صنایع همسو با مزایا و امتیازاتی كه به ارمغان می‌آید مضرات وخطراتی نیز زاییده جداناشدنی این تغییر و تحول است. یکی از نیازهای بسیار مهم و اساسی در کنترل آلودگی‌های محیط زیست پایش مستمر آلودگی هوا است. نانوتكنولوژی‌ در این زمینه نیز توانای‌های بالقوه و بالفعل خود را به اثبات رسانیده است، و هم در كاهش آلودگی‌های هوا و هم در جلوگیری از ورود آنها به هوا، مثمرثمر بوده است. از جمله كاربردهای نانوفناوری برای كنترل و كاهش آلودگی هوا می‌توان به تولید نانوفیلترهای TiO2 برای كاهش آلاینده‌ها و تولید سیستم‌های خود پالایش، نانوكاتالیست كنورتورهای زیست‌محیطی، که اغلب پایه پلاتینی دارند، در محفظه اگزوز خودروها برای تبدیل گازهای سمی و زیان آور آنها به بخار آب و دیگر گازهای بی‌ضرر و سیستم‌های جداسازی گازها از همدیگر اشاره نمود. به كمك نانوفناوری می‌توان قابلیت جذب و كاهش آلاینده‌های هوا از جمله رادون، فرمالدهید، تركیبات آلی فرار گازهای حاصل از احتراق ذرات جامد و آلودگی‌های زیستی را افزایش داد. نانوفناوری در بسیاری از فعالیت‌ها وارد شده است: از جمله در سیستم‌های سنجش گازها، حسگرهای نشت گازهای سمی در صنایع، شناسگرهای آتش، دستگاههای تهویه هوا و دیگر موارد. عامل اصلی استفاده از نانوذرات در حسگرهای ذرات جامد، همان نسبت سطح به جرم زیاد است. شناسگرهای گازها باید بتوانند در شرایط دشواری که در معرض آلاینده‌های شیمیایی و گرما قرار دارند، به فعالیت بپردازند. در فیلترهای حالت جامد با جذب آلاینده‌های هوا، از توانایی هدایت الکتریسیته کاسته شده و بر مقاومت آنها افزوده می‌شود، و این میزان تغییر، می تواند معیاری برای تشخیص میزان آلاینده‌ها در هوا باشد.

۸-۱) پوششهای سازگار با محیط زیست:
یكی از ارزشهای منحصر بفرد نانوذرات، همانطور كه پیش ازاین نیز اشاره شود، سطح رویه زیاد آنها است كه آنها را برای استفاده در پوششها نیز مناسب می‌نماید. كارهای زیادی روی نانوپوشش‌ها در صنایع سرامیك، تولید حسگرهای زیستی، رنگسازی و پلیمرهای ضد سایش، به انجام رسیده است. پوشش‌های نانوساختاری پیشرفته به خوبی بر سطوح پلاستیکی،فلزی،شیشه‌ای و سرامیکی می‌چسبند و مانع خوردگی سطح آنها می‌شوند. یكی از مصارف جدید نانو ذرات در تولید نوعی پوشش برای سطح آسفالت جاده‌ها است كه بوسیله آنها می‌توان از هر متر مربع سطح جاده می‌توان در هر روز ۳۰۰ وات برق تولید نمود. همچنین نانوفناوری در تولید پوشش‌های عایق حرارت كه به مصرف انرژی كمتر می‌انجامد نیز كاربرد دارد.از دیگر موارد می توان به تولید پوششهای شبکه انتقال برق اشاره نمود که تا حد بالایی از افت انرژی جلوگیری می کند.

۲) فرصت‌ها و تهدیدها:
نانوفناوری دانش جدیدی است و تلاشها برای شناسایی و مدیریت اثرات آن هم چنان ادامه دارد. اگر چه نانوفناوری كاربردهای خود را در اكثر رشته‌ها به اثبات رسانیده است، اما همراه با این مزایا، آثار سوء و منفی نیز دارد. چگونگی خطرآفرینی نانوذرات به نحوه ارتباط این مواد با انسان و محیط زیست بستگی دارد. سوالات زیادی در این زمینه وجود دارد كه هنوز پاسخ داده نشده‌اند.از جمله: تا چه مدت این مواد در محیط پایدارند؟ آیا از بین می‌روند؟ یا تبدیل به توده‌هایی پایدار می‌شوند؟ آیا در آب محلولند؟ آیا با نانوذرات دیگر واكنش انجام می‌دهند؟آیا مواد فرعی سمی تولید می‌کنند؟ به علت اندازه بسیار كوچك، نانوذرات می‌توانند به سلول‌های زنده نفوذ كنند و بنابراین پتانسیل تجمع در بافت‌های زنده و نتیجتاً در زنجیره غذایی را دارا می‌باشند. نانوذرات معلق در هوا می‌توانند توسط ریه‌ها جذب شده و مشكلات تنفسی پدید آورند.انحلال این مواد در خون می‌تواند منجر به سرطان و بیماریهای عصبی گردد. از دیگر مخاطرات نانوتكنولوژی می‌توان به سمیت احتمالی برخی از ذرات تولید شده با این تكنولوژی اشاره كرد.هم‌چنین این مواد ممکن است سرعت جهش باکتری‌ها را افزایش دهند و تهدیدی بالقوه برای سلامت انسان‌ها باشند.
در پایان لازم به ذکر است که:
هنگام برخورد با نانوتكنولوژی باید سه جنبه مختلف را در نظر داشته باشیم:
۱) كوچك بودن فرآیند و حاكم بودن قوانین خاص بر آنها
۲) رشد سریع تكنولوژی كه به ما كاربردهای جدیدی را معرفی می‌كند.
3) در نظرگرفتن توأم آثار مثبت و منفی نانوتكنولوژی

mahdi.adelinasab · Aug 9, 2007

ادامه...

ادامه...

3) نتیجه گیری:
با توجه به كاربردهای مختلف نانوتكنولوژی در مهندسی محیط زیست كه در این مقاله به بخشی از آنها اشاره شد به نظر می‌رسد که با آینده‌نگری در خصوص توسعه این فناوری نوین و لحاظ‌کردن آن در برنامه‌ریزی استرتتژیک توسعه علمی کشور و دانشگاههای فنی و مهندسی بتوان به پیشبرد آن در کشور در حال توسعه ایران اهتمام ورزید و نتایج کاربردی آن را در محیط زیست به کار گرفت.همچنین استفاده از تجارب کشورهای دیگر و سرمایه گذاری‌های بیشتر بر روی این دانش نوین و رو به رشد می‌تواند اثرات مثبت و منافع زیادی به دنبال داشته باشد. البته باید همزمان با تحقیق و توسعه این تكنولوژی مطالعات بر روی اثرات سوء و منفی آن نیز دنبال شود تا هر چه بیشتر از مضرات آن كاسته و بر بازدهی و كارایی این تكنولوژی افزوده گردد.

فهرست منابع و مآخذ:
۱) AbdulHamed Hyder, Mohammad, Nanotechnology and Environment, Masters Thesis, Technical University of Harburg-Hamburg, ۲۰۰۳.
۲) Davis,J.Clarence, Managing the Effects of Nanotechnology, Woodrow Wilson International
Center for Scholars: www.wilsoncenter.org
3) Clean and Safe Water, Strategic Planning Futures Workshop ۲۸ October ۲۰۰۵. www.epa.gov/cfo/futures/pdfs/goal۲_۰۶۰۲۰۶.pdf۴) Dutta J., Pummakarnchana O. Tripathi N. Air Pollution Monitoring and GIS modelling: a new use of nanotechnology based solid gas sensors,۲۰۰۵.
۵) Theodore l, G.Kunz Robert, Environmental Implications and Solutions, WILEY ۲۰۰۵.
۶) Environmental Technologies at the Nanoscales, American Chemical Engineering۲۰۰۳,
www.cstl.nist.gov/TAR_FYoi.pdf
۷) External Review Draft, Nanotechnology Whitepaper, U.S. Environmental Protection Agency, December ۲۰۰۵.
۸) Hillie Thembela, Munasinghe Mohan, Hlope Mbhuti, Deraniyagal yvani, Nanotechnology, Water and Development, ۲۰۰۶.
۹) F.Schmidt, Karen, Nanofrontiers, Visions for the Future of Nanotechnology,Woodrow Wilson International Center for Scholars,March ۲۰۰۷.
۱۰) Nanotechnoogy: Opportunities and Risks for Humans and the Environment, August ۲۰۰۶.
۱۱) The Nanotechnology-Biology Interface-Exploring Models for Oversight, Semptemler ۲۰۰۵.

www.hhh.umn.edu/img/assetsnanotechnology_agenda.pdf
۱۲) Salamana Fabrio, et.al. Nanotechnology and Developing World, Plos Medicine, April ۲۰۰۵, Volumes, Issue ۴.
۱3) The National Nanotechnology Initiative Strategic Plan, National Science And Technology Council,۲۰۰۴
۱۴) Watlington Katherine, Emerging Nanotechnologies for site Remediation And Wastewater Treatment, AugustZhang Wei-Xian, masciagioli Tina,Nanotechnology for Water Purification and Waste Treatment,US EPA millennium
Lecture Series, ۲۰۰۳.

mahdi.adelinasab · Aug 11, 2007

نانو تكنولوژی در دنیای امروز

نانو تكنولوژی در دنیای امروز

از سالها قبل با وجود موجودیت آن در تمام عرصه های زندگی مردم علاقمند شده‌اند كه در مورد اتم مطالعاتی داشته باشند.
اتم ها را در واحد نانون می سنجند، هر نانو یك هزارم میكرون یك میلیونیم متر است در نتیجه یك نانومتر یك میلیاردم متر است، یعنی ضرب در ده بتوان منهای نه متر است لذا اتم اگر یك میلیارد برابر بزرگتر شود قابل روئیت خواهد شد.
در بخشهای الكترونیكی هر روزه قطعات كوچكتر و كوچكتر می‌شوند، اجزائی كه در لوازم الكتریكی و الكترونیكی رادیو و سایر وسایل برقی بكار رفته به شكل تراشه‌های كوچك نیمه رسانا تبدیل شده اند كه حاوی اطلاعات زیادی می باشند و هرچه تراشه كوچكتر باشد جریان اطلاعاتی بیشتری در آن جای می‌گیرد و بعلت كوچك بودن آنها محیط ساخت آنها بایستی عاری از هرگونه آلودگی و گرد و خاك و ذرات خارجی دیگر باشد از ریز تراشه‌ها در رایانه و تلفن و گوشی همراه استفاده می‌گردد كه هزاران مورد اطلاعات در داخل آنها ذخیره می‌گردد.
با میكروسكوپ الكترونیكی می توان ریز تراشه ها را كه شامل سلولهای نانو سلیسی هستند و جسم را تا ۸۰۰ برابر بزرگتر می‌كنند مشاهده نمود و امروزه آزمایشگاهها روی تراشه‌های نانونی كار می‌كنند كه تا ۶۰۰۰۰ و یا تا ۲۴۰۰۰۰ برابر بزرگتر می‌شوند تا بتوانند یك فاصله ۱۰ نانونی را مشخص كنند. در این فاصله معمولا ۱۰۰ اتم جای میگیرد یعنی در فاصله یك نانو تعداد ۱۰ اتم و هر چه اعضای تراشه كوچكتر باشد اطلاعات بیشتری را ذخیره و یا جریان اطلاعاتی بیشتری را از خود عبور می‌دهد. در صنعت نانو تكنولوژی تا ده كه پیش می‌رویم دچار هزینه‌های گزافی می‌شویم. البته كار را متوقف نكرده تا به ساختار یك اتم برسیم و سپس با چیدن اتم‌ها در كنار یك دیگر از رویكرد پایین به بالا استفاده كرده و ساختارهای جدیدتر و حتی ایجاد نشده را بسازیم. ابزارهای هوشمند یعنی موادی كه خواص ویژه یا خارق العاده را با این رویكرد می توان ساخت كه صفحات نانوئی از جمله این ابزار میباشند. یك سطح نانوئی آب و یا كثیفی بر رویش نمی ماند و یا اجازه عبور حرارت به طرف دیگر جسم نمی دهد. بدین معنی كه ملكولهای نانوئی برسطح جسم و شیشه اجازه تماس حرارت و یا كثیفی و آب را با سطح واقعی جسم و شیشه نمی دهد. لذا همیشه سطح جسم و شیشه هرگز خیس و یا كثیف نمی شود و یا حرارت از یك منطقه به منطقه دیگر با ایجاد چنین سطحی در بین دو منطقه عبور نمی كند، شیشه هایی با ساختار نانوئی ساخته شده كه براثر جریان الكتریكی تغییر رنگ می دهند، نوعی سی دی با سطح نانوئی تا بیست ساعت آهنگ روی آن ضبط می گردد. می دانیم كه عبور اجسام از یكدیگر در عملیات كلاسیك محال است، ولی ما می توانیم با عملكرد نانوئی در مقیاس اتمی این عمل را انجام دهیم، مثلا یك نوك سوزن در مقیاس اتمی می تواند بر روی یك سطح از روی تك تك اتمهای برمسیر عبور كرده و نمایشی خطی از سطح مورد نظر و چگونگی پستی و بلندی آن بدهد، و یا اگر نوك سوزن را شارژ كنیم اتمهای مشخص شده از درون جسم جذب گردیده و آزاد و یا به جانبی دیگر منتقل می گردند (بهترین و دقیق ترین حفاری در جهان)، با عمل نانوسكوپی بر روی اجسام و چینش اتمها در كنار یك دیگر و برروی یكدیگر همانند چیدن آجرها می توان ساختارهایی ساخت كه قبلا در جهان كنونی موجود نمی باشد. در مورد نانو لوله ها كه از كربن‌های مصنوعی فاقد در طبیعت استفاده می گردد نانو لوله های كربنی سازنده مجموعه های اصلی ساختار كربنی هستند.
به عنوان مثال:
مجموعه ای از شش وجهی های مسطح كه لایه ها یكی پس از دیگری روی یكدیگر قرار می‌گیرند و خواص و سختیهای مختلف در ساختار ایجاد می‌كنند مانند قرار گرفتن تترا هیدارتهای كربن در الماس به صورت شش وجهی كه جسمی سخت ایجاد كرده و شكل یك توپ با ۳۰ عدد شش و جهی و ۱۲ عدد پنج وجهی تشكیل شده است.
ساختار نانو لوله ها را نیز می توان از لوله كردن ساختارهای مسطح بدست آورد طول هر نانو لوله حدود چند نانومتر است و ساخت آن نیازمند حرارت بسیار بالائی میباشد گازهای داخل آنها نیز از تركیبات كربنی بوده و سختی آنها صدها برابر فولاد و وزن آنها شش برابر كمتر از فولاد است در آسانسورهای فضائی كه ساخت تخیلات بشر است به عنوان سیم و ... كاربرد دارد. در بدن انسان برای ساخت پروتست‌های استخوانی استفاده شده و بدن آن را تحمل كرده و پس نمی‌زند.
البته كاركردن اتم به اتم بسیار مشكل است چراكه كه در یك میلی گرم از جسم میلیونها اتم وجود دارد و سالیان طول می‌كشد تا یك ساختار كوچك را بسازیم و ظاهرا" عمر جهان برای ساخت كافی نبوده و لباید اجازه داد این شكل گیری خود به خود انجام شود و شمیدانها و فیزیكدانها و سایر دانشمندان با یكدیگر همكاری مشترك داشته و فقط در موارد از شكل گیری دخالت نمایند. هدف ما این است كه بتوانیم روابط الكترونیكی اتم ها و ملكولهای بردارنده جسم را با هم شناسایی كنیم و با هم ارتباط دهیم.
مثلا ارتباط نیازها به زیست شناسی كه نابینا را بینا و ناشنوا را شنوا می‌كند و داروهایی را بسازم كه كاملا در درمان بیماریها موثر باشند در این خصوص نیزمند دانشمندان شیمی و فیزیك و الكترونیك هستیم.
ما در آینده نانو موتورهایی می سازیم كه انجام عمل یك آنزیم را در بدن آسان می‌كند و یا نانو موتورهایی كه تخریب كننده سلولهای سرطانی باشد و یا نانو ذره هایی كه می توانند باكتریها و میكرب های زیان آور بدن را احاطه كرده و از میان بردارند.

mahdi.adelinasab · Aug 11, 2007

نانوتكنولوژی در خدمت پیشرفت صنعت نفت

نانوتكنولوژی در خدمت پیشرفت صنعت نفت

فناوری نانو میتواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از كاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:

مقدمه
هنگامی كه ریچارد اسملی (Richard Smally ) برندهٔ جایزهٔ نوبل، بالك مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس كشف نمود،‌ انتظار اندكی داشت كه تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریكا (DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینهٔ‌ موادی با نام‌های باكی‌بال‌ها (Bulky Balls ) و باكی‌تیوب‌ها
((Bulky Tubes‌ استوانه‌های كربنی كه دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های كربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم تر از آن بوده، دارای رسانش الكتریكی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی كمك كنند و كاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های كربنی می‌توان به كاربرد آن‌ها در تكنولوژی اطلاعات (IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الكترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مركب جدید و تجهیزات الكترونیكی با كارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو یك تحول بزرگ در مقیاس بسیار كوچك
بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند كه علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تكنولوژی بهره‌مند خواهد گشت. علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نماید. این كار با درك بهتر فرآیندها در سطوح مولكولی امكانپذیر می‌باشد. با توجه به اینكه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتكنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولكول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد. خوشبختانه كاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتكنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتهٔ نفت فراهم كرده است. این تكنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب كمك می‌كند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تكنیك‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای كوچك،‌ اطلاعات بهتری دربارهٔ مخزن بدست آورد.

مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبكتر، مقاومتر و محكم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شركت نانوتكنولوژی GP در هنگ‌كنگ یكی از پیشگامان توسعهٔ كربید سیلیكون، یك پودر سرامیكی در ابعاد نانو می‌باشد. با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مركب می‌باشد و معتقد است كه می‌توان با نانوكریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحكم‌تری تولید كرد. همچنین متخصصان این شركت یك سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند كه به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارهٔ مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یك مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاكی از آن است كه نانوتكنولوژی می‌تواند تا حد مطلوبی به كاهش آلودگی كمك كند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند كه می‌توانند تركیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینكه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به كنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین كاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوكسیدكربن، و دی‌اكسید كربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بكار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد كه بتوانند هیدروكربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز كننده
خواص فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌كه آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعهٔ ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینكه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاكی از آن است كه نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یك مقاومت الكتریكی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌كه اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یك میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الكتریكی آن در حدود یكصد میلیون درصد افزایش می‌یابد. سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باكتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی كه سنسورهای هیدروژن از كاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و كثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند كه توسط یك لایهٔ غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریك (یك نوع اسید چرب)، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام این آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود كه دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یك میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌های اولیهٔ سنسور مقاومت الكتریكی آن به میزان ۱۷۵۰۰۰ درصد تغییر می‌كند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت ۱۰ ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت ۱۰ ساعت تقریباً بطور كامل به وضعیت عادی خود بازگشتند. علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌كننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -۴۰ به علت دارابودن مقداری نمك خاصیت فوتوكاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.
با افزودن مقدار اندكی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یك گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یك محیط غیرقابل كنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودهٔ كربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاك‌كنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را كاهش می‌دهد.

mahdi.adelinasab · Aug 11, 2007

ادامه....

ادامه....

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت
براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریكا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الكتریكی و الكترونیكی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شركت‌های استخراج‌ كنندهٔ‌ نفت در تهیهٔ ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشكلات مواجه می‌باشند. در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیك دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعهٔ یك‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آكوستیك در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازهٔ كوچك ،‌ایمنی در قبال تداخل الكترومغناطیسی، قابلیت كارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینكه امكان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینهٔ‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند. انتظار می‌رود كه تكنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و كاهش ریسك‌های همراه با اكتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی كاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی كه بكاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشكل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.
منبع:

http://www.iee.org
نویسنده: سعید بشاش

mahdi.adelinasab · Aug 11, 2007

نانوتکنولوژی یعنی فناوری در سطح اتم

نانوتکنولوژی یعنی فناوری در سطح اتم

نانو از یک کلمه یونانی (به معنای چیزی کوچک تر از اندازه معمولی) گرفته شده است. واژه «نانوتکنولوژی» به معنی استفاده کردن از چیزهایی در گستره ابعادی بین یک الی ۱۰۰ نانومتر است. این فناوری هم مانند بسیاری دیگر از تعاریف تکنیکی، پرسش های بسیاری ایجاد کرده است که برای بسیاری از آنها هنوز پاسخ روشن و واضحی وجود ندارد. در اصل یک نانومتر طولی است برابر با ۹-۱۰×۱ متر، به عبارت دیگر یک میلیاردم متر. برای درک بهتر این عبارت می توان به این نکته توجه داشت که قطر تار موی انسان برابر صد هزار نانومتر است یا به عنوان مثال، طول موج رنگ آبی برابر با ۵۰۰ نانومتر است یا میزان فاصله دیسک خوان کامپیوتر با صفحه دیسک در هنگام فعال بودن برابر با ۱۵ نانومتر است. تمام این مثال ها به این منظور است که به فوق العاده کوچک بودن مقیاس نانو پی ببریم، به طوری که می توان نانو را با ویروس ها و حتی تک مولکول های تشکیل دهنده آنها مقایسه کرد. امروزه موارد استفاده از نانوتکنولوژی زیاد شده است که بسیاری از این موارد از سال ۱۹۹۸ به این طرف در کنفرانس های علمی و مقاله های علمی رسانه ها انتشار یافته است. در حال حاضر از ذرات نانو سیلیکا (که یک نوع ماده معدنی شامل سیلیکونی و اکسیژن است) برای تولید رنگ های پوششی استفاده می شود که مزیت آنها الکترواستاتیک بودنشان است، در ضمن موجب پایداری و تقویت محصول نهایی نیز می شوند. این ذرات نخست در محلول رنگ به صورت شناور درآمده و سپس طی فرآیند خشک شدن با آرایش خاصی که به آن آرایش تقاطعی می گویند، به یکدیگر متصل می شوند. در نتیجه استفاده از ذرات نانو در رنگ های مختلف، پایداری آنها در مقابل آسیب پذیری، تقریباً چهاربرابر رنگ های معمولی می شود. شرکت امریکایی «هایپریون کاتالیست اینترنشنال» که در ایالت ویرجینیا واقع است و همواره در استفاده از نانوتکنولوژی پیشرو بوده است، به تازگی در ساخت خطوط انتقال سوخت (که به طور معمول از جنس پلاستیک است) از نانوتیوپ ها به عنوان حلقه های اتصال دهنده استفاده کرده است. این تیوپ ها در واقع رشته های ظریفی از کربن است و مانع تجمع بارهای الکتریکی می شود که وجود آنها ممکن است به تجهیزات الکترونیکی اتومبیل صدمه وارد کند. در حال حاضر کاربردهای نانوتکنولوژی را در بسیاری از ابزارها مشاهده می کنیم. از قطعات و تجهیزات خودرو گرفته تا حسگرهایی که وظیفه شان کنترل میزان انحراف خودرو است، از پرده های محافظ در برابر نور آفتاب گرفته تا توپ های فوتبال و بسکتبال،وجود نانو در همه جا موجب شده که ما دید بازتری نسبت به این فناوری داشته باشیم. "جورج همیلتون" یکی از محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در این زمینه می گوید؛ «عادت کرده ایم که نانوتکنولوژی را شاخه ای از علم شیمی محسوب کنیم، در حالی که بین این دو زمینه تفاوت های عمیقی وجود دارد. میزان فضایی که نانوتکنولوژی در برمی گیرد و اشغال می کند چیزی است حدفاصل مشخصه های جمعی مواد و آنچه در سطح اتم آن ماده اتفاق می افتد. تغییرات در اندازه ای در این حد باعث می شود که ویژگی های هر ماده ای دچار دگرگونی های کلی شده و با مشخصات اولیه خود به طور کلی تفاوت داشته باشد».به طور مثال می توان به عنصر طلا اشاره کرد که در حالت عادی عنصری است که هیچ گونه واکنش پذیری ندارد، اما ذرات نانوی طلا (NanoGold) فعال است و با استفاده از آنها می توان یک مبدل ارزشمند تولید کرد. مثال دیگر در این زمینه، عنصر کربن است. همان طور که می دانید الماس و گرافیت یا ذغال، اشکال ساخته شده این عنصر در حالت عادی هستند. اما علاوه بر اینها شکل شناخته شده دیگری از کربن وجود دارد که به آن «Bucky Ball» می گویند که تنها از اتم های کربن ساخته شده است و دارای فرمول شیمیایی C۶۰ است. از ذرات نانوی این ماده شیمیایی در طراحی و ساخت پانل های خورشیدی و داروهای ضدسرطان استفاده می شود. در سال گذشته میلادی، سنای ایالات متحده بودجه ای دو میلیارد دلاری را به بودجه قبلی طرح پژوهش های نانوتکنولوژی اختصاص داد. ضمن اینکه بخش قابل توجهی از این مبلغ به وسیله شرکت ها یا سازمان هایی مانند بنیاد ملی علوم، سازمان ملی انرژی و موسسه ملی استانداردها هزینه خواهد شد. موسسه ملی نانوتکنولوژی در ایالات متحده که با سازمان های ذکر شده در زمینه شناخت و توسعه فناوری نانو همکاری های نزدیکی دارد؛ حدود ۱۴ درصد از بودجه سالانه خود را به تحقیق در خصوص بهداشت و محیط زیست اختصاص داده است.در ژاپن، شرکتی به نام «Datsu» (که متعلق به گروه صنعتی میتسوبیشی است) در تولید نوعی کربن خاص به نام فولورین پیشگام است. در حال حاضر این شرکت ژاپنی ظرفیت تولید سالانه ۳۰ تن از این نوع کربن را دارد که ۶۰ درصد آن را هم صادر می کند. این شرکت تلاش می کند ظرفیت تولید خود را به ۷۰ تن برساند. ضمن اینکه این شرکت همراه با چندین شرکت دیگر و نیز چند دانشگاه ژاپن تحقیقات گسترده ای را در زمینه نانوروبات ها انجام داده است و همکاری های نزدیکی با وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت دارد تا برای مسائل مربوط به ایمنی و بهداشت قبل از آنکه اتفاق غیرمنتظره ای رخ دهد، راه حلی بیابد. اما همان طور که گفته شد، یکی از مهم ترین دغدغه های ژاپنی ها نانوروبات ها هستند، نانوروبات ها ذرات ریزی هستند که پیوسته در حال رشد و توسعه و تکثیرند. این مساله تنها یک تخیل علمی نیست، بلکه ایده آن از ترکیب دو واژه به وجود آمده است که عبارتند از قابلیت خودتکثیری و خودمونتاژی که ساختار پایه ای نانوروبات ها است. به گفته ریچارد ویلیامز محقق دانشگاه برکلی که در زمینه نانوروبات ها فعالیت می کند، خودمونتاژی، طبیعت بسیاری از چیزها است. به طور نمونه سدیم و کلر را در کنار یکدیگر قرار دهید، ملاحظه خواهید کرد که با ترکیب شدن یا به عبارتی خودمونتاژ شدن، تشکیل کریستال می دهند. ضمن اینکه این نوع فناوری کاملاً قابل کنترل و کاربردی است. نانوکریستال هایی که قابل جاسازی در مواد رسانای جریان الکتریسیته هستند، می توانند شرایط لازم را برای تولید برق از خورشید با هزینه بسیار مناسبی به وجود آورند. در این پلاستیک ها، مواد پلاستیکی بین الکترودها به صورت لایه لایه قرار داده می شود سپس با یک لایه نازک پوشیده می شوند و می توانند درصد بسیار بالایی از انرژی خورشید را جذب کنند. در حال حاضر تحقیق در زمینه فناوری نانو در همه نوع محیط و زمینه ای وجود دارد. از تولید انرژی گرفته تا علم مواد، پزشکی و حتی حمل و نقل که بسیار حائز اهمیت است.محققان دانشگاه آریزونا در این زمینه پوشش هایی تولید کرده اند که شامل گرافیت، الماس و کربن به صورت ذرات بدون شکل و در نهایت به صورت حباب های نانو می شود. به این ترتیب تنوع مواد کربنی در ساخت پوشش های مختلف، به این مواد خواص استثنایی می بخشد. به طور مثال ماده ای به نام CDC وجود دارد که از کربن ساخته شده است و نسبت به ساییدگی، فوق العاده مقاوم است و ویژگی های اصطکاک آن بسیار پایین است. این ماده هم اکنون به وسیله شرکت های خودروسازی امریکا و ژاپن به صورت گسترده در صنایع خودروسازی استفاده می شود. جالب اینکه می توان از حسگرهای نانو در تولید پارچه یا دیگر مواد مشابه استفاده کرد و به این ترتیب آنها را هوشمند کرد تا بتوانند چنانچه تحت فشار یا استفاده غلط پاره شدند به کاربران خود اطلاعات انتقال دهند. این ویژگی در صنایع نظامی کاربردهای بسیار سودمندی دارد و در حال حاضر بر روی این طرح کار می شود. ضمن اینکه این حسگرهای نانو هم اکنون نیز در صنایع پزشکی به کار می روند و به آنها بیوچیپس می گویند. این بیوچیپس ها موجب می شوند سرعت تحقیق بر روی داروها افزایش یافته و پاسخی که از انجام آزمایش های خون به دست می آید، بسیار دقیق تر و سریع تر از روش های فعلی باشد. باید به این نکته هم توجه داشت از آنجایی که ذرات نانو به اندازه ویروس ها هستند، می توانند به راحتی به درون سلول های زیستی رخنه کرده و احتمالاً اثرات مخربی هم به دنبال داشته باشند. آزمایش هایی که در این زمینه انجام شده است، بیانگر این است که موش هایی که در مجاورت مقادیر زیادی از نانوکربن قرار گرفته اند، به صدمات شدید ریوی دچار شده اند. بنابراین در این مورد که ذرات نانو از رنگ های پوششی یا دیگر مواد استفاده شده از آن جدا شده و خود موجب آلودگی شوند، نگرانی هایی وجود دارد. در این مورد می توان گفت مثلاً زمانی که نوعی الیاف به نام«Azbest» تولید شد، به آن الیاف معجزه گر می گفتند، در حالی که امروزه این الیاف به عنوان الیاف خطرناک مطرح شده است و بسیاری از کشورها استفاده از آن را ممنوع کرده اند. معمولاً ایمنی یک ماده تحت تاثیر آرایش شیمیایی آن است. در حالی که مواد نانو اغلب با تغییر اندازه، تغییر می کنند. برای مثال محققان اعلام کرده اند ذرات نانو که در اثر تنفس وارد ریه می شوند، خطرناک تر از موادی هستند که اندازه شان بزرگ تر است. ضمن اینکه این تفاوت در میزان سمی بودن سطح نانو هم اتفاق می افتد. یعنی درجه سمی بودن می تواند از یک نانومتر شروع شده و تا دو هزار نانومتر افزایش یابد. البته جنبه مثبت در این مورد هم قابل بررسی است، زیرا محققان دریافته اند که اگر ذرات نانو تجمعی به اندازه ۵/۱ میلیون داشته باشند، این توانایی را دارند تا باکتری هایی به نام «Escherichia» را از بین ببرند و به طور کلی نانوکریستال های فولورین (نوعی کربن خاص) آنتی بیوتیک های مفید و قدرتمندی هستند. مقام های دولتی، صنایع، انجمن های علمی در سراسر جهان همگی با نگاهی کنجکاوانه به نانوتکنولوژی نگاه می کنند و البته نقطه نظرات مختلفی هم دارند. انجمن سلطنتی مهندسان حرفه ای بریتانیا که طی بیش از یک سال و تحقیقات مفصلی در زمینه شناخت و کاربرد نانو داشته اند، معتقدند که با طبقه بندی کردن این مواد در گروه موادشیمیایی جدید، می توان استفاده های مفید و موثری از آنها داشت. حال آنکه گروه های دیگری از محققان این نظر را دارند که باید تا قبل از تدوین استانداردهای لازم، شناخت کامل و مفصلی از ذرات نانو به ویژه نانوروبات ها به دست آورد زیرا به هر ترتیب این نانوروبات ها راه را برای توسعه بیشتر نانو و افزایش کاربردهای آن باز کرده است.

mahdi.adelinasab · Aug 11, 2007

نانودانش و فنون مقیاس نانو

نانودانش و فنون مقیاس نانو

جز پیشرفت هایی که در علم پزشکی مدرن، در قرن اخیر صورت گرفت، پزشکی جدیدتری ظهور کرده است که بیش از اینکه یک علم باشد، یک هنر وابسته به ابزار است. در پنجاه سال اخیر، دانش پزشکی بررسی بیماری ها را در ابعاد مولکولی به پیش برده است. از دیدگاه مولکولی، پزشکی مدرن هنوز در ابتدای راه خود قرار دارد. مثلاً امروزه از داروهایی استفاده می کنیم که شامل ساختار محدودی از مولکول ها هستند.
این مولکول ها برای درمان یک بیماری خاص به کار می روند. به کمک نانوپزشکی، محصولات دارویی می توانند مثل ماشین های هوشمند برنامه ریزی شوند. آنها به حس گرهایی مجهزند که می توانند قدرت تصمیم گیری و تاثیرپذیری از محیط را برای ماشین فراهم کنند. این ماشین ها می توانند جلوی عوارض جانبی و واکنش های حساسیت زا را بگیرند. داروهای جدید خود را با بدن سازگار می کنند و تنها با رسیدن به مقصد نهایی عمل اختصاصی خود را (که در واقع همان درمان است) انجام می دهند. آنها می توانند قبل از فعال شدن دارو از آزاد شدن مقدار بیشتر از حد آن جلوگیری کنند و مانع بروز مسمومیت شوند.

● نانوپزشکی چیست؟
درمان و پیشگیری بیماری ها از قابلیت های خوب فناوری نانو به شمار می رود. این فناوری با استفاده از نانوابزارها و نانوساختارهای مهندسی شده، اعمال ساخت، کنترل، دیدن و ترمیم سیستم زیستی انسان در مقیاس مولکولی را انجام می دهد. ابزارهای بسیار ابتدایی نانوپزشکی می توانند برای شناسایی بیماری و توزیع دارو و همچنین توزیع هورمون در بیماری های مزمن و نقص های سیستم بدن به کار روند. ابزارهای بسیار پیشرفته تر، از قبیل نانوروبات ها هستند که به عنوان جراحان کوچک داخل بدن عمل می کنند (نانوروبات ها، روبات هایی هستند که اندازه آنها در حد نانومتر است).چنین ماشین هایی می توانند با ورود به داخل سلول ها ساختار آسیب دیده آنها را تغییر دهند و درصدد تعمیر آنها برآیند. آنها قادرند خود را تکثیر کنند یا نواقص ژنتیکی را با جابه جا کردن یا دستکاری مولکول های DNA برطرف سازند (DNAماده اصلی سازنده موجودات زنده و وارث ژنتیکی موجود زنده شناخته می شود).

● توانمندی های نانوپزشکی
دانشمندان معتقدند با پیشرفت هایی که در مهندسی ژنتیک، فناوری نانو و پزشکی ایجاد شده و درک عمیقی که از اعمال سلولی حاصل شده است، می توان ماشین های میکروسکوپی نیرومند و متخصص را برای مبارزه با بیماری ها طراحی کرد و توسط آنها در ابعاد سلولی به تعمیرات فیزیولوژیکی پرداخت.در تشخیص بیماری ها نمی توان به نتایج آزمون های آزمایشگاهی و تاریخچه بیماری متکی بود. اما با جا دادن نقشه ژنتیکی انواع عوامل بیماری زا در بانک اطلاعاتی نانوروبات، می توان حملات باکتریایی را نابود کرد. بدین ترتیب، با انجام عملیات ترمیمی قابل برنامه ریزی برای اصلاح بیماری های سلولی ناشی از افزایش سن، جلوگیری از پیری و درمان آن به یک واقعیت علمی تبدیل می شود. محققان قادرند با حرکت دادن مولکول ها، موتورهایی در ابعاد نانو بسازند. اولین شرکت تخصصی نانوتکنولوژی، شرکتZyvex (http://www.zyvex.com/nano) است که در سال ۱۹۹۷ با هدف ساخت ابزارهای کلیدی ایجاد فناوری نانومولکولی آغاز به کارکرد. محصولات این شرکت، با تلاش گسترده گروه های مختلف تا ۱۰ سال آینده قابل استفاده خواهد شد؛ اگرچه ممکن است این پیشرفت، بعد از تجاری شدن نانوروبات های پزشکی صورت بگیرد.

● مثال هایی از کاربرد نوفناوری در پزشکی
۱) هدف گیری و ارسال دارو به نقاط غیرقابل دسترس بدن با تجهیزات نانومتری.
۲) تولید بافت های مصنوعی سازگار با بدن.
۳) تولید سیستم های هوشمند برای شناسایی بیماری های در حال ایجاد در بدن.
۴) درمان برخی از بیماری های صعب العلاج مانند سرطان، ایدز و هپاتیت.
۵) مراقبت بهداشتی بهتر با استفاده از تجهیزات نانومتری در داخل بدن.

● آینده اندیشی در مورد نانوپزشکی
مطمئناً رشته نانوپزشکی برای توسعه به چندین دهه زمان نیاز دارد. شاید پیش از اینکه ما به تخیلمان اجازه دهیم تا آزادانه در مورد قول های داده شده توسط نانوپزشکی خیال پردازی کند، بهتر است توانایی هایی را در نظر بگیریم که حقیقتاً قابل اجرا هستند.
وقتی به نحوه حل مسائل مختلف توجه کنیم، متوجه می شویم بسیاری از مسائلی که امروزه دشوار به نظر می آیند راحت خواهند شد. چه بسا مسائلی که ساده تر جلوه می کنند، اما سخت تر از حد انتظار ظهور می یابند. زمانی فلج، واگیردار و علاج ناپذیر بود و امروزه به سادگی قابل پیشگیری است. سیفلیس زمانی انسان را تا حد دیوانگی و مرگ پیش می برد و اکنون با یک تزریق، خوب می شود و به نظر می رسد در آینده، قصه نانوفناوری در پزشکی، به قصه توسعه کنترل جراحی در ابعاد مولکولی تبدیل شود.

mahdi.adelinasab · Aug 11, 2007

نگاهی به خطرات زیست محیطی نانوتکنولوژی

نگاهی به خطرات زیست محیطی نانوتکنولوژی

نانوتکنولوژی توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی عناصر و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی در حوزه های مختلف از غذا و دارو و تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک و کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند. بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال پیشرفت برنامه هایی را برای پشتیبانی از فعالیت های تحقیقاتی و صنعتی نانوتکنولوژی در دست تدوین و اجرا دارند.
پیش بینی می شود نانوتکنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آنها در جهان را تحت تاثیر قرار دهد. با توجه به کاربرد بسیار گسترده محصولات نانوتکنولوژی، کارشناسان محیط زیست بر خود واجب می دانند موضوع ترویج تکنولوژی نوین را در ابعاد حفظ محیط زیست و رعایت کامل بهداشت و سلامتی انسان، حیوان و طبیعت، مورد بررسی قرار دهند و ارزش نو بودن این شاخه از دانش نمی تواند آنان را به سکوت وادار کند. نمونه یی از این حرکت را می توان در بحث ساخت غذا برای انسان با استفاده از دستکاری ژنتیکی، مشاهده کرد که اعتراض گروه های مختلف باعث تدوین و تصویب استانداردها و ضوابطی برای ارائه این مواد در بازارهای تجاری شد. نوشتار حاضر از مراجعی تهیه شده است که بحث مشکلات زیست محیطی ناشی از کاربرد فناوری نانو را مورد بررسی و تحلیل قرار داده اند.

● درگیری محققان و طرفداران محیط زیست در زمینه نانوتکنولوژی
در آینده کارهای بزرگ توسط ذرات بسیار ریز انجام می شود. البته این چیزی است که دانشمندان و شرکت های بزرگ اظهار می دارند و امیدوارند که میلیاردها دلار را جذب نانوتکنولوژی کنند. این در حالی است که رئیس جمهور امریکا در بودجه سال ۲۰۰۴ ایالات متحده ۸۴۹ میلیون دلار به اهداف ملی در زمینه نانوتکنولوژی اختصاص داده است. در ماه مه سال ۲۰۰۳ نیز کاخ سفید یک اعتبار ۳۶/۲ میلیارد دلاری برای سه سال آینده در مورد نانوتکنولوژی اختصاص داده بود. هم اکنون شرکت های خصوصی وارد این فعالیت شده اند و این ورود با پیش بینی بنیاد ملی علم، تسریع شد چون در آن پیش بینی بیان شده بود که نانوتکنولوژی به صورت بالقوه قادر است تا سال ۲۰۱۵ به صنعتی با یک تریلیون دلار سرمایه سالانه بدل شود. می توان کاربردهای نانوتکنولوژی را از مولکول های دارو که قادرند دارو را به سلول های خاص برسانند تا دستگاه های الکترونیکی با توانایی بالا برشمرد و کاربردهای بیشتر نیز در حال گسترش است. البته تکنولوژی عکس العمل های عمومی را نیز در پی دارد. هنوز می توان غوغایی که بر سر مواد غذایی تولید شده از دستکاری ژنتیکی در اروپا ایجاد شد را به خاطر آورد. این موضوع باعث شد که انگلستان عرضه تجاری غلات دستکاری شده ژنتیکی را سه سال به تاخیر بیندازد و در ماه ژوئن ۲۰۰۳ نیز قوانین جدیدی تصویب شد و فروشندگان اروپایی این محصولات را ملزم کرد که بر روی این مواد برچسب الصاق کنند که بیانگر این موضوع باشد. در حال حاضر بعضی از گروه هایی که در دهه گذشته طلایه دار برشمردن خطرات در زمینه مواد غذایی دستکاری شده ژنتیکی بودند، پرچمدار اعلان خطر در زمینه نانوتکنولوژی شده اند. یکی از این گروه ها گروه ETC است که هدف از تاسیس خود را حمایت از گسترش مسوولیت اجتماعی فناوری ها اعلام کرده است. این شرکت توانست در اوایل دهه ۱۹۹۰ در مقابل شرکت Monsanto در ارتباط با مواد غذایی دستکاری شده ژنتیکی قدرت زیادی اعمال کند. در اوایل سال ۲۰۰۳ میلادی این شرکت خواستار توقف تحقیقات نانوتکنولوژی تا هنگام تصویب و اجرایی شدن پروتکل های نحوه برخورد با ذرات نانو شد و در ماه ژوئن همان سال این گروه به همراه گروه های دیگر از قبیل «صلح سبز» و «دیده بان ژنتیک» مسوولیت برگزاری یک نشست در پارلمان اروپایی را بر عهده داشت تا مسائل مربوط به نانوتکنولوژی را عمومیت بخشند. «جیم توماس» مدیر برنامه گروه ETC می گوید؛ «به دلیل ریسک های موجود در زمینه سمی بودن ذرات نانو شدیداً به پروتکل های آزمایشگاهی در زمینه نحوه برخورد با این ذرات نیاز است». وی می افزاید؛ «این کار به زمان زیادی نیاز ندارد ولی مشاهده این دیدگاه های متضاد کمی مضحک به نظر می رسد». البته دانشمندانی که با این ذرات ریز کار می کنند با این نظرات مخالفند. بعضی از آنها مثل «پائول آلیویساتوس» از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی ضمن مخالفت معتقدند که متوقف کردن تحقیقات به دلیل دستاوردهای بالقوه یی که نانوتکنولوژی می تواند در زمینه پزشکی و انرژی به همراه داشته باشد، غیراخلاقی است.
دیگران نیز متذکر شده اند که این توقف نه تنها غیرضروری بلکه غیرعملی است، چون باعث خواهد شد که تحقیقات به صورت مخفی و زیرزمینی ادامه یابند. در این زمینه «جیمز بیکر» رئیس مرکز نانوتکنولوژی بیولوژیک در دانشکده پزشکی دانشگاه میشیگان گفته است؛ «اگر شما بگذارید که در کنار تحقیقات، بحث و مرور بر نتایج آنها علاوه بر سازمان های قانونگذار در مجلات علمی نیز انجام شود، دلایل کافی خواهید داشت تا بدانید که مواد مورد نظر ویژگی های زیست محیطی و بیولوژیکی را دارند یا خیر.» در این حال کمیته علمی کاخ سفید بحثی را در زمینه قانون تحقیق و توسعه نانوتکنولوژی (۲۰۰۳) و اثرات اجتماعی و اخلاقی آن داشته است.
در این زمینه «کالوین» تصدیق می کند؛ «مفهوم اینکه نانوتکنولوژی باعث تخریب زیست محیطی یا بیماری بشر می شود، به خودی خود می تواند رویای یک صنعت یک تریلیون دلاری را به کابوس عکس العمل های عموم مردم بدل کند». وی که رئیس مرکز نانوتکنولوژی بیولوژیکی و زیست محیطی بوده و استاد شیمی دانشگاه رایس است می افزاید؛ «حتی اگر مشکلات زیست محیطی و بهداشتی نانوتکنولوژی به واقعیت نپیوندد نیز این موضوع تاثیر خود را گذاشته است. برای محققانی مثل من که در زمینه نانوتکنولوژی فعالیت می کنند این شوک ناگهانی بوده است». کالوین تاکید می کند برای اینکه این رشته نوپا به رشد خود ادامه دهد به یک جریان آزاد اطلاعات نیاز است. وی می گوید؛ «اگر ما خیلی زود به این پرسش ها پاسخ ندهیم، مقبولیت عمومی در زمینه نانوتکنولوژی به مخاطره خواهد افتاد و کل این صنعت از خط اصلی خارج می شود». وی پیشنهاد می کند که بین سه تا پنج درصد از بودجه تحقیقاتی مربوط به نانوتکنولوژی باید به امور بررسی اثرات زیست محیطی اختصاص داده شود و این مانند کاری خواهد بود که در پروژه «ژنوم انسان» صورت گرفت. یعنی قسمتی از پول به مطالعه آثار اخلاقی این پروژه اختصاص داده شد. در این رابطه به عنوان شروع، سازمان حفاظت محیط زیست امریکا (EPA) چهار میلیون دلار برای تحقیقات در زمینه آثار زیست محیطی نانوتکنولوژی در سال ۲۰۰۳ اختصاص داده است. سازمان حفاظت محیط زیست امریکا نیز به ویژه به دنبال پیشنهاد پروژه هایی است که در خصوص سمیت بالقوه و خطرات قرار گرفتن در معرض مواد تولید شده از نانو تحقیق کنند. در اوایل سال جاری میلادی نتایج بعضی از این مطالعات در زمینه سمی بودن این مواد طی نشست ملی انجمن شیمی امریکا در نیواورلئان ارائه و روشن شد که سوال در مورد آثار بیولوژیکی نانوتکنولوژی موضوع ساده یی نیست. «لام» از مرکز فضایی جانسون در پروژه آزمایش تاثیر سه نوع از نانولوله های کربنی (CNT) بر فعالیت ریه در بدن موش ها همکاری داشته است. گروه یاد شده تاثیر سوسپانسیون هایی از مواد نانولوله کربنی که حاوی مقادیر متفاوتی از فلزاتی مثل آهن و نیکل بودند را با تاثیر غبارات مرجع بر روی قسمت نای مورد مطالعه قرار دادند. زمانی که محققان قسمت ریه موش ها را در دوره های هفت و ۹۰ روزه مورد آزمایش قرار دادند، دریافتند که نانولوله کربنی باعث ایجاد واکنش هایی می شود که التهاب و مرگ بافت های اطراف این مواد را در پی دارد البته میزان واکنش متاثر از میزان این مواد است. طبق نظر دانشمندان (و تحت شرایط آزمایش آنها) مواد نانولوله کربنی اگر به ریه برسند، خطرناک تر از کوارتز خواهند بود که سمیت آن از قبل شناخته شده بود. آزمایش دوم که در مورد نانولوله کربنی توسط «وارهیت» از شرکت معروف Dupout انجام شد، آثار منفی کمتری را نشان داد. در حالی که ۱۵ درصد از حیوانات (در این آزمایش موش خرما) پس از ۲۴ ساعت قرار گرفتن در معرض این مواد مردند و محققان تشخیص دادند که علت مرگ، خفگی با ذرات نانو بوده است که به یکدیگر چسبیده بودند. در حیواناتی که زنده ماندند نیز علائم اولیه التهاب ریه مشاهده شد، ولی این واکنش ها بستگی به مقدار مواد تزریق شده، نداشتند و حالت التهابی فقط یک هفته ادامه داشت. این در حالی است که التهاب ناشی از ذرات کوارتز دارای دوام تقریباً سه ماهه بوده است. باید توجه داشت که هر دو گروه محقق نتیجه گیری کرده اند که برای شناسایی نحوه پاسخگویی حیوانات در مقابل ذرات نانو در هوا به مطالعات بیشتری نیاز است. در نشست انجمن ملی شیمی امریکا مقاله یی توسط «اوبردورستر» از دانشگاه روچستر ارائه شد. این مقاله در مورد مطالعات بر روی پاسخ موش خرما به استنشاق ذراتی در مقیاس نانو از جنس پلی تترافلورواتیلن (PTFE) که معمولاً آن را به نام تفلون می شناسند، بوده است. تنفس هوای حاوی ذرات تفلون با قطر ۲۰ نانومتر باعث مرگ بیشتر حیوانات طی چهار ساعت شد. زمانی که از ذرات با قطر ۱۳۰ نانومتر استفاده شد، حیوانات به نحو بارزی اثرات سمی کمتری را دریافت کردند. تعداد زیادی از محققان حاضر در نشست انجمن متذکر شده اند که نتایج به دست آمده در مورد سمی بودن ذرات نانو هنوز به صورت یک نتیجه مقدماتی است. خانم «کالوین» موضوع را به این صورت مطرح می کند که این اطلاعات فقط «فصل اول» و یا حتی «مقدمه» موضوع به حساب می آیند و البته اطلاعات مهمی هستند. او می افزاید که این اطلاعات بیانگر یکی از فناوری های نوظهوری است که با مشکلات پیش روی خود مواجه است. به دلیل کاربردهای وسیعی که ذرات نانو، به خصوص در زمینه پزشکی دارند و تا به ثمر رسیدن آنها نیز راه زیادی باید پیموده شود، تعداد زیادی از دانشمندان معتقدند که مشکلات زیست محیطی و بهداشتی مربوط به تکنولوژی نانو را باید به طور همزمان و در کنار تحقیقات نانو انجام داد. «بیکر» اشاره می کند؛ «من فکر نمی کنم نگرانی راجع به نانوتکنولوژی بیش از نگرانی های موجود درباره دیگر شاخه های علم و نیز دیگر تحقیقات علمی باشد». او با اشاره به این که فراخوان برای توقف تحقیقات، خواسته بزرگ و پیش از موعدی است می افزاید؛ «هر چیزی -از جمله دارو- که بخواهد توسط عموم مردم مورد استفاده قرار گیرد، باید تاییدیه های قانونی لازم را اخذ کند و بدون دلیل نمی توان نتیجه گیری کرد». مطالعات جدید نشان داده است که یک «نانولوله» متشکل از تعدادی سوزن های فوق العاده ظریف است و ساختاری مشابه آزبست دارد. چنانچه این ماده، استنشاق شود موجب آسیب رساندن به شش ها می شود. نتایج کار یک محقق دیگر در موسسه هوافضای امریکا (NASA) نشان می دهد که چنانچه نانولوله ها در مقیاس وسیع استنشاق شوند، موجب تورم در شش ها می شوند. با توجه به اینکه در ژاپن و سایر کشورها، تحقیقاتی درباره نانوپزشکی در حال انجام است، ارزیابی کامل تر از اثرات مخربی که ممکن است مواد حاصل از تکنولوژی نانو بر سلامت بشر داشته باشند، باید مدنظر قرار گیرند. همچنین نظراتی وجود دارد که بر طبق آن، نانوتکنولوژی اثرات نامطلوبی بر اکوسیستم دارد. در عین حال رفتار نانومواد پس از رها شدن در محیط زیست نیز چندان شناخته شده نیست. نانومواد نسبت به سایر مولکول ها، خاصیت جذب کنندگی بیشتری دارند، در نتیجه اگر در محیط پراکنده شوند، این خطر وجود دارد که آلاینده ها را جذب کرده و به طور گسترده یی پخش کنند. قابل ذکر است که شرکت های ژاپنی به منظور عملی کردن کاربرد نانومواد، درصدد فراهم آوردن ایمنی لازم در این فناوری برآمده اند. در عین حال به نظر می رسد ایجاد این ایمنی، بسیار مشکل تر از آن باشد که به وسیله یک شرکت یا گروهی از شرکت ها تامین شود. شرکت NEC طرحی برای ارائه یک کامپیوتر شخصی دارد که در آن از یک باتری حاوی نوعی نانولوله استفاده می شود. یکی از مسوولان این شرکت می گوید؛ «هیچ شرکتی به تنهایی نمی تواند از عهده تامین ابزارهای ایمنی خود برآید». او از دولت خواهان آن است که موسساتی ایجاد کند تا مسوولیت ارزیابی و تامین محصولات نانوتکنولوژی را عهده دار شوند. اخیراً کنگره امریکا قانونی را به تصویب رسانده که به موجب آن دولت امریکا موظف است به بررسی اثرات احتمالی نانوتکنولوژی بر جامعه، محیط زیست و سلامت بشر بپردازد. همچنین دولت انگلیس یک شورای مشورتی را برای بررسی مشکلات اخلاقی مربوط به نانوتکنولوژی ایجاد کرده است. مسائلی که این شورا مورد بررسی قرار خواهد داد، احتمالاً شامل استفاده های غیرقانونی از نانوتکنولوژی نظیر به کارگیری آن در راستای تولید سلاح های بیولوژیکی است.

melika · Aug 11, 2007

تاريخچه نانو فناوري

تاريخچه نانو فناوري

تاريخچه نانو تكنولوژي :
انسان به طور نا آگاهانه قرن هاست كه از فن آوري نانو استفاده مي كند . مثلا شواهدي مبني بر نانو ساختاري بودن رنگ آبي بكار برده شده توسط قوم مايا وجود دارد .
روميها در ساخت جام هاي با رنگ زننده و گيرا از مواد نانو ساختار استفاده مي كردند . آنها از ذرات طلا براي رنگ آميزي اين جام ها بهره مي گرفتند . مثلا جام ليكوروس متعلق به قرن چهارم قبل از ميلاد داراي ذرات نانو متري طلا و نقره است كه در معرض نور هاي مختلف رنگ هاي مختلفي از خود نشان مي دهد .
يكي از موارد بارز در تاريخچه نانو تكنولوژي سخنراني فيزيكدان برجسته اي به نام ريچارد فيمن در كنفرانس انجمن فيزيك آمريكا در سال 1959 است . او در اين كنفرانس با ارائه مقاله اي به نام " فضاي كافي در پايين وجود دارد " ايده نانو تكنولوژي را مطرح كرد و امكان دستكاري در شطوح اتمي و مولكولي مواد را بيان نمود . مقاله وي امروزه به عنوان بخشي از آئين نامه انجمن هاي نانو تكنولوژي درآمده است . آقاي فيمن در كي اين سخنراني اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيزها را رد نمي كند .
واژه نانو تكنولوژي (Nano Technology) اولين بار توسط نوريوتا ينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبان ها جاري شد . او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد دقيقي كه خطاي ابعادي آنها در حد نانو متر مي باشد به كار برد . در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك در كلسلر در كتابي با عنوان " موتور آفرينش ، آغاز دوران نانو تكنولوژي " باز آفريني و تأليف مجدد شد. وي اين واژه را به صورت عميق تري مطرح كرد و بعد ها آن را تحت عنوان " نانو سيستم ها ، ماشين هاي مولكولي و چگونگي ساخت آنها " توسعه داد .
در اوايل دهه 90 توجهات به سمت نانو تكنولوژي سرعت فوق العاده اي گرفت . عمر اين فناوري كمتر از 15 سال است . ولي محققان پيش بيني كرده اند كه ظرف چند سال آينده تحولات عظيمي در اين زمينه صورت خواهد گرفت .

melika · Aug 11, 2007

محصولات

محصولات

بيو نانو ماشين ها :
مهمترين زمينه كاربرد بيو نانو تكنولوژي ، ساخت بيو نانو ماشين ها ( ماشين هاي مولكولي با ابعادي در حد نانو متر ) است . در يك باكتري هزاران بيو نانو ماشين مختلف وجود دارد . نمونه آنها ، ريبوزوم (‌دستگاه بسته بندي پروتئين ) است كه محصولات نانو متري ( پروتئين ها ) را توليد مي كند . از خصوصيات خوب نانو بيو ماشين ها ( به عنوان مثال حسگرهاي نوري يا آنتي بادي ها ) ، امكان هيبريد كردن آنها با وسايل سيليكوني با استفاده از فرايند ميكرو ليتو گرافي است . به اين ترتيب با ايجاد پيوند بين دنياي ماكروي كامپيوتر ، امكان حسگري مستقيم و بررسي وقايع نانويي را مي توان به وجود آورد . نمونه كاربردي اين سيستم ، ساخت شبكيه مصنويي با استفاده از پروتئين باكتريورودوپسين است .

مواد زيستي ( Biomaterial ) :
كاربرد ديكر بيو نانو تكنولوژي ، ساخت مواد زيستي مستحكم و زيست تخريب پذير است . از جمله اين مواد مي توان به DNA و پروتئين ها اشاره كرد . موارد كاربرد اين مواد ، استفاده از آنها به عنوان بلوك هاي سازنده نانو مدارها و در نهايت ساخت وسايل نانويي ( Nano – Device ) است . همچنين به دليل خصوصيات مناسب اين مواد از آنها در ترميم ضايعات پوستي استفاده مي گردد .

موتورهاي بيو موكلولي :
موتورهاي بيو موكلولي ، موتورهاي محركه سلول هستند كه معمولا از دو يا چند پروتئين تشكيل شده اند و انرژي شيميايي ( عموما به شكل ATP ) را به حركت ( مكانيكي ) تبديل مي كنند . از جمله اين موتورها مي توان به پروتئين ميوزين ( باعث حركت فلامنت ها مي شود ) ، پروتئين هاي در گير در تعمير DNA و يا ويرايش RNA ( به عنوان مثال آنزيم هاي برشي ) و ATPase اشاره كرد . از اين موتورها در ساخت نانو روبات ها و شبكه هادي ها و ترانزيستورهاي مولكولي ( قابل استفاده در مدارهاي الكترونيكي ) استفاده مي شود . از جمله زمينه هاي ديگري كه از بيو نانو تكنولوژي استفاده مي شود ، مي توان به تكنولوژي دستكاري تك مولكولي ( Single Molecule ) ، تكنولوژي بيو چيپ ( Biochip ) و Drug Delivery ( ساخت نانو كپسول و نانو حفره ) ، تكنولوژي Microfluidics( به عنوان مثال ، ساخت lab on a chip ) ، ساخت BioNEMS ( ساخت پمپ ها ، حسگرها و اهرم هاي نانويي ) ، NucleicَAcid Bioengineering ( ساخت نانو سيم DNA و يا كاربرد در همسانه سازي و ترانسفرميشن ) ، Nanobioprocessing ( خود ساماندهي ، دستكاري سلولي و توليد فرآورده هاي زيستي ) ، حسگرهاي زيستي ( ارزيابي ايمني غذا و محيط زيست ) وBioselective Surface (مورد استفاده در تكنولوژي هاي جداسازي زيستي ) ، اشاره نمود .

mahdi.adelinasab · Aug 12, 2007

ملیکا جان خیلی عالی بود
تو هم عاشق این نانو هستی
احتمالا مطالب قبلی به درد اونهایی که به نانوایی علاقه مندن بخوره
یا علی

عنوان	تالار	پاسخ ها	تاریخ
بيوتكنولوژي ، بيونانو تكنولوژي ، نانو بيو تكنولوژي	نانوتکنولوژی	3	May 30, 2008
كاربرد نانو تكنولوژي درساخت صنايع گوناگون	نانوتکنولوژی	1	Dec 15, 2007
نانو تكنولوژي	نانوتکنولوژی	2	Apr 29, 2007
دانلود سوالات کنکور ارشد مهندسی نانو مواد + پاسخنامه سال های ۹۵ تا ۱۴۰۳	نانوتکنولوژی	8	Mar 22, 2024
نمونه سوالات المپیاد علوم و فناوری نانو به همراه پاسخنامه	نانوتکنولوژی	8	May 31, 2015

نانو تكنولوژي

مدیر بازنشسته

مدیر بازنشسته

مدیر ارشد

کاربر بیش فعال

مدیر ارشد

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

پیوست ها

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

مدیر ارشد

کاربر بیش فعال

پیوست ها

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

کاربر بیش فعال

عضو جدید

عضو جدید

کاربر بیش فعال

Similar threads