عنوان: نانو تکنولوژی و کاربرد آن در علوم

قالب بندی: WORD

تعداد صفحات: 97

این پروژه در مورد نانوتکنولوژی می باشد که در 4 فصل و به صورت تحقیقی و پژوهشی تهیه و تنظیم شده ، کلیه استانداردهای مورد نیاز یک پروژه پایانی در آن رعایت شده و به صورت بسیار کامل می باشد. این پروژه به دانشجویان رشته های ساخت و تولید ، فناوری اطلاعات و دیگر رشته های مرتبط با آن پیشنهاد می گردد.

چکیده

نانوتکنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي و اتمي و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر ميشود. از همين تعريف ساده برمي آيد که نانوتکنولوژي يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتکنولوژي کاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تا الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوا فضا و امنيت ملي برشمرده اند.کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فن آوري را به عنوان يک زمينه فرارشته اي و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمايشها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند.

استفاده از اين فنآوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپیوترهاي کوانتومي و غيره باعث شده که تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه­ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.

نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن علوم و فناوري نانو، عنصري اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه ‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آينده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي به شرح زير مي‌باشد:

1 – توليد ، مواد و محصولات صنعتي : نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

2- پزشکي و بدن انسان: رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.

3 - هوا و فضا : محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.

"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنين در طرّاحي و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت‌ها، ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌كننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو – كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.

4- کاربرد نانوتکنولوژي در صنعت الکترونيک ذخيره‌سازي اطلاعات در مقياس فوق‌ العاده کوچک، با استفاده از اين فناوري مي‌توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهي شود.

مقدمه

امروزه فناوري نانو به عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان است. در سال هاي اخير مشخصات سايز محصولات براي مواد پيشرفته به شكل بسيار چشمگيري ريز شده است كه در بعضي اوقات به محدوده نانو سايز مي رسد لذا استفاده از نانوتكنولوژي در رسيدن به اين هدف بسيار مفيد و كارا خواهد بود. در نانوتكنولوژي شما قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهيد بود كه در طبيعت موجود نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجاد آن مي باشد. برخي از مزاياي اين فناوري را مي توان توليد مواد قوي تر، قابل برنامه ريزي و كاهش هزينه هاي فعاليت برشمرد. تعريف نانوفناوري بر اساس برنامه پيشگامي ملي آمريكا (يك برنامه تحقيق و توسعه دولتي جهت هماهنگي ميان تلاش هاي صورت گرفته از طرف حوزه هاي علمي، مهندسي و فناوري) عبارتست از:

• توسعه علمي و تحقيقاتي در سطوح اتمي، مولكولي يا ماكرومولكولي، در محدوده اندازه هاي طولي از ۱ تا ۱۰۰نانومتر.
• ساخت و كاربرد ساختارها، تجهيزات و سيستم هايي كه به علت ابعاد كوچك و يا متوسط خود داراي ويژگي هاوكاركردهاي نوين و منحصر به فردي هستند.
• توانايي كنترل و اداره كردن [مواد و فرآيندها] در ابعاد اتمي نانوفناوري اشاره به تحقيقات و توسعه صنعتي در سطوح اتمي، مولكولي و ماكرومولكولي دارد. اين تحقيقات با هدف ايجاد و بهره برداري از ساختارها و سيستم هايي صورت مي گيرند كه به واسطه اندازه كوچك خود داراي خواص و كاربردهاي منحصر به فردي باشند.

تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي گيرند. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي توانيم وجود عناصر پايه را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص شان در مقياس بزرگتر تفاوت مي كند. به علت توسعه خواص پودرهاي بسيار ريز نظير شيمي سطح، خواص تراكم، مقاومت، خواص نوري و واكنش‏هاي سينيتيكي و همچنين افزايش تقاضا براي پودرهاي ريز در صنايع، خردايش بسيار ريزتر در بسياري از رشته‏ها مانند كاني‏ها، مواد سراميكي، رنگدانه‏ها، محصولات شيميايي، ميكروارگانيسم‏ها، داروشناسي و كاغذسازي استفاده مي‏شود. به عنوان مثال، پودر سنگ آهك به عنوان پركننده در پلاستيك‏ها جهت بهبود مقاومت در برابر گرما، سختي، استحكام رنگ و پايداري مواد به كار گرفته مي‏شود.

اين ماده همچنين در كاغذسازي به عنوان پوشش و پركننده جهت توليد كاغذهاي روشن با مقاومت مناسب در برابر زردي و كهنگي و همچنين جهت سنگ آهك قابليت چاپ، پذيرش جوهر و صافي و همواري كاغذ كاربرد فراواني دارد. لذا خردايش بسيار ريز پودر سنگ آهك، به شكل وسيعي در نقاشي، رنگدانه‏ها، مواد غذايي، پلاستيك‏ها و صنايع داروشناسي، به عنوان مواد پركننده كاربرد دارد.

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

مقدمه

1-1- تعريف نانو تکنولوژي

1-2- روشهای متداول ساخت نانو مواد

1-2-1- چگالش بخار

1-2-2- سنتز شيميايي

1-2-3- فرآيند‌هاي حالت جامد

1-2-4- پيشرفت‌هاي روش‌هاي توليد

1-2-5- روكش دهي و اصلاح شيميايي

فصل دوم: تاریخچه فناوری نانو

2-1- نانوتکنولوژي از ديروز تا امروز

2-2- برخي از رويدادهاي مهم تاريخي در شکل گيري فناوري و علوم نانو

2-3 - مشاهير فناوري نانو

2-4- اشاره‌اي به کاربردهاي فناوري نانو در صنعت خودرو

2-4-1- کاربردهاي آتي در صنعت خودرو

فصل سوم: دسته بندی نانوذرات

3-1- مواد نانوساختاري

3-2- نانو ذرات

3-2-1- تعريف

3-2-2- روش‌هاي ساخت

3-2-3- تعيين مشخصات

3-3- متداولترين نانو ذرات

3-3-1- نانوذرات نيمه‌رسانا(نقاط کوانتمي)

3-3-2- نانوذرات سراميکي

3-3-3- نانوکامپوزيتهاي نانوذره‌اي سراميکي

3-3-4- نانوذرات فلزي

3-3-5- نانو كامپوزيت ها

3-3-5-1-كامپوزيت های پلیمری

3-3-5-1-1-جايگاه

3-3-5-1-2-پركننده‌هاي لايه‌اي نانو سيليكا

3-3-5-1-3-روش‌هاي ساخت نانوکامپوزيت‌ها

3-3-5-1-3-1- پليمريزاسيون درج

3-3-5-1-3-2- روش محلولي

3-3-5-1-3-3- روش اختلاط مذاب

3-3-5-1-4- ساختار نانوکامپوزيت‌هاي كلي

3-3-5-1-4-1- ساختار فاز‌هاي جدا

3-3-5-1-4-2- ساختار لايه لايه

3-3-5-1-4-3- ساختار پراكنده يا پخش شده

3-3-5-1-5- خواص نانوکامپوزيت‌ها

3-3-5-1-6- نانوکامپوزيت‌هاي مورد استفاده در صنعت لاستيك

3-3-6- نانوکامپوزيتهاي نانوذره‌اي فلزي

3-3-7- نانو کپسول ها

3-3-8- نانوکپسول‌هاي پليمري

3-3-9- نانوامولسيون‌ها

3-3-10- نانو لوله ها

3-3-10- 1- ويژگيهاي نانولوله هاي کربني

3-3-10-2- انواع نانو لوله ها

3-3-10-3- روش هاي توليد نانولوله ها

3-3-10-3- 1- روش تخليه قوس

3-3-10-3- 2- روش تابش ليزر

3-3-10-3- 3- رسوب بخار شيميايي (CVD)

3-3-10-3- 4- کاربردهاي نانولوله ها

3-3-10-3- 4- 1- ترانزيستورها

3-3-10-3- 4- 2- حسگرها

3-3-10-3- 4- 3- نمايشگرهاي گسيل ميداني

3-3-10-3- 4- 4- حافظه‌هاي نانولوله‌اي

3-3-10-3- 4- 5- استحكام‌دهي كامپوزيت‌ها

3-3-10-3- 5- چالش هاي فراروي نانو لوله ها

3-3-10-3- 5-1- توليد انبوه با قيمت مناسب

3-3-10-3- 5-2- خالص‌سازي نانولوله‌ها

3-3-10-3- 5-3- اتصال نانولوله‌ها و ايجاد رشته‌ها

3-3-10-3- 5-4- جلوگيري از توده‌اي شدن نانولوله‌ها

3-3-10-3- 5-5- چگونگي حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوري

3-3-10-3- 5-6- كنترل رشد نانولوله‌ها

3-3-11- ابر نانو لوله ها (نانو تیوبها )

3-3-12- خلق نانوتيوپهاي كربني ابر رسانا

3-3-13- نانو سيم

3-3-13-1- روش‌هاي ساخت

3-3-13-2- كاربرد

3-3-13-3- انواع نانوسيم‌ها

3-3-13-3-1- نانوسيم‌هاي فلزي

3-3-13-3-2- نانو سيم‌هاي آلي

3-3-13-3-3- نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي

3-3-14- فولرين

3-3-14-1- کاربرد ها

3-3-14-2- انواع فولرين ها

3-3-14-2- 1- فولرين‌هاي کربني

3-3-14-2- 2- فولرين‌هاي درون وجهي

3-3-14-2- 3- فولرين‌هاي چند‌لايه

3-3-14-2- 4- فولرين‌هاي غيرکربني

3-3-14-3-روش ساخت فولرنها (آزمايشگاهي)

3-3-14-4- استفاده از فولرنها در روانسازها

3-3-14-5- تركيب مناسب

3-3-14-6- رفتارهاي جديد تركيب در محيط روغن

3-3-15- درخت‌سان‌ها

3-3-15- 1- ساختار درخت‌سان‌

3-3-15- 2- روش‌هاي واگرا و همگرا براي سنتز درخت‌سان‌ها

3-3-15- 3- جعبه درخت‌ساني

3-3-15- 4- انواع درخت‌سان‌ها

3-3-15- 4- 1- درخت‌سان‌هاي پلي(آميد وآمين) يا PAMAM با نام تجاري Startburst

3-3-15- 4- 2- درخت‌هاي پلي‌پروپيلن ايمين يا PPI با نام تجاري Astramol

3-3-16- نانو پودر ها

3-3-16- 1- روشهای تولید

3-3-16- 1- 1- خُرد كردن قطعات بزرگ

3-3-16- 1- 2- رسوب‌دهی از محلول‌ها

3-3-16- 1- 2- 1- ذرات جامدِ معلق در مایع

3-3-16- 1- 2- 2- ذرات گازی

3-3-16- 2- کاربرد

3-3-16- 2- 1- پوشش‌دهی

3-3-16- 2-2- ساخت قطعات

3-3-16- 2-3- استفاده در كِرِم‌ها

3-3-16- 2-4- شناسایی آلودگی ها

فصل چهارم: نگاهی دقیقتر به روشهای تولید عناصر پایه

4-1- روشهای ساخت

4-2- آسیاب های مکانیکی

4-2-1- عوامل موثر بر آسیاب مکانیکی

4-2-2- آسياب هاي گلوله اي با انرژي زياد

4-2-3- آسياب گلوله اي سياره اي

4-2-4- آسياب گلوله اي لرزشي

4-2-5- تصادم گلوله ـ پودر ـ گلوله

4-3- الکتروريسندگي

4-4- قوس الکتريکي (پلاسما) و ليزر

4-4- 1- روش قوس الكتريكي

4-5- رسوب‌دهي فاز گاز

4-6- روش پا شش حرارتي

4-7- روش رسوب‌دهي شيميايي بخار (CVD)

4-8- روش رسوب‌دهي فيزيکي بخار

4-9- روش سل ـ ژل

4-10- نانوفناوري‌هاي نسل دوم

4-10-1- کامپوزيت کردن نانوساختارها

4-10-2- نانوکامپوزيت‌هاي نانوذره‌اي

4-10-3- نانوکامپوزيت‌هاي نانولوله‌اي

4-10-4- نانوکامپوزيت‌هاي نانواليافي

4-10-5- الگوبرداري از نانوساختارها

4-10-6- نانوپوسته‌ها

4-10-7- نانولوله‌هاي غيرکربني

4-10-8- نانوسيم‌ها

4-10-9- مواد نانوحفره‌اي

4-11- کروماتوگرافي ژلي

4-12- روش Magnetic Field

4-13- روش Under de-ionized Water

4-14- روش هاي عمده كه براي ساخت نانوسيم ها وجود دارد

4-14-1- لیتوگرافی نرم چیست؟

منابع