ابزارهای نانویی و روش های تولید
نویسنده: دکتر کریستوف لوترواسر
مترجم: حبیب الله علیخانی
مترجم: حبیب الله علیخانی
با توجه به گفته ی Freedonia، 245 میلیون دلار ارزش بازار مربوط به ابزارهای صنعت نانو می باشد که این میزان سالانه 30 % رشد می کند. میکروسکوپ ها و ابزارهای مربوطه امروزه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند اما ابزارهای اندازه گیری، تولید و شبیه سازی نیز به سرعت در حال رشد می باشند. الکترونیک و علوم زیستی، پیشگامان این بازار می باشند. دو روش برای تولید مواد نانوساختار، وجود دارد. هر دوی این روش ها، ابتدا بوسیله ی صنعت نیمه رسانا مورد استفاده قرار گرفته اند. در روش بالا به پایین، یک ماده ی بزرگتر مانند یک ویفر سیلیکونی تحت فراوری قرار گرفته و کوچک تر می شود تا بدین صورت عوارض نانومتری بر روی آن باقی بماند.
میکروسکوپ ها
نانوتکنولوژی از دو نوع اصلی از میکروسکوپ، بهره می برد. اولین مورد از میکروسکوپ ها، میکروسکوپ هایی هستند که نمونه ی ثابت را با استفاده از تفنگ الکترونی با سرعت بالا، روبش می کنند. هر دو نوع از میکروسکوپ های روبشی الکترونی و میکروسکوپ عبوری الکترونی، بدین شیوه کار می کنند. گروه دوم از میکروسکوپ ها، شامل یک اسکن کننده ی ثابت هستند و نمونه در آنها متحرک است. دو میکروسکوپ از این گروه از میکروسکوپ ها، عبارتند از: میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و میکروسکوپ تونل زنی- روبشی (STM).میکروسکوپ ها یک نقش متناقض در نانوتکنولوژی دارند؛ اگر چه این ابزارها یک مورد کلیدی در یادگیری اطلاعات در مورد مواد و فرایندها می باشند، می توانند موجب تخریب نمونه نیز شوند. علت این مسئله، برخورد الکترون های پر انرژی با سطح ماده می باشد. این مسئله در مورد STM مشکل آفرین نیست اما محدودیت های دیگری نیز برای تمام میکروسکوپ ها، ذکر شده است. در واقع در برخی موارد، نیازمند آماده سازی های سخت برای نمونه می باشیم. SEM، TEM و STM نیازمند آماده سازی نمونه هستند و نمونه ی مورد استفاده در آنها باید از لحاظ الکتریکی، رسانا باشد. راه هایی وجود دارد که می توان نمونه را رسانا کرد اما این حقیقت وجود دارد که آماده سازی نیازمند صرف وقت و هزینه می باشد.
روش های سنتز از بالا به پایین و روش های پایین به بالا
دو روش برای تولید مواد نانوساختار، وجود دارد. هر دوی این روش ها، ابتدا بوسیله ی صنعت نیمه رسانا مورد استفاده قرار گرفته اند. در روش بالا به پایین، یک ماده ی بزرگتر مانند یک ویفر سیلیکونی تحت فراوری قرار گرفته و کوچک تر می شود تا بدین صورت عوارض نانومتری بر روی آن باقی بماند. بدبختانه، این روش نیازمند استفاده از فرایند لیتوگرافی است که نیازمند استفاده از ماسک هایی است که به صورت انتخابی بخشی از زیرلایه را تحت محافظت قرار می دهند. فاصله ی بین ماسک از ویفر و اندازه ی بخش های ایجاد شده در این روش، در واقع بسیار مهم می باشد و استفاده از نور فرابنفش در این روش می تواند موجب تولید عوارضی با اندازه ی 90 نانومتر شود اما این مقیاس نزدیک به حد اساسی مربوط به لیتوگرافی می باشد. با وجود این، لیتوگرافی می تواند برای ایجاد الگو بر روی زیرلایه مورد استفاده قرار گیرد و بدین صورت نانومواد تولید شود مثلا رشد کوانتوم دات ها و نانوسیم ها.مواد نانومقیاس، همانگونه که گفته شد، برای زمان متمادی و بوسیله ی برخی از کاربردها، مورد استفاده قرار گرفته است. در بین شناخته ترین این کاربردها، می توان به شیشه های مورد استفاده در پنجره ها، اشاره کرد. این شیشه ها با استفاده از پوشش نانوذرات تیتانیم اکسید پوشش داده می شوند. این ماده با واکنش با نور خورشید، موجب تجزیه ی کثیفی ها می شود. وقتی آب با شیشه برخورد می کند، موجب خارج شدن ذرات تجریه شده از سطح می شود. نانوتکنولوژی بوسیله ی صنعت اتومبیل نیز مورد استفاده قرار گرفته است. در این صنعت از نانوتکنولوژی برای بهبود خاصیت ضربه گیری اتومبیل و بهبود خاصیت چسبندگی چسب ها، استفاده شده است. سایر استفاده ها از نانوتکنولوژی در این محصولات، عبارتند از:
عینک آفتابی
در عینک آفتابی از پوشش های پلیمری ضد انعکاس و بسیار نازک، استفاده می شود. نانوتکنولوژی همچنین موجب تولید پوشش های ضد خشی می شود که بر پایه ی نانوکامپوزیت های شفاف تولید می شوند.پارچه ها
در پارچه ها نیز می توان از نانوتکنولوژی استفاده کرد. بدین وسیله، می توان خواصی همچون ضد آب بودن در پارچه، بهبود یابد. همچنین با استفاده از نانوتکنولوژی می توان پارچه هایی تولید کرد که در برابر چروک و یا کثیفی، مقاوم هستند. خواص مربوط به ضد آب بودن و ضد هوا بودن یک لباس اسکی، بوسیله ی پوشش دهی ایجاد نمی شود بلکه در این کاربرد از نانوالیاف استفاده می شود. این مشخص شده است که کشورهای در حال توسعه، سهم بیشتری از تولید پوشاک را به خود اختصاص داده اند و در حقیقت کشورهای توسعه یافته به دنبال تولید پارچه های با تکنولوژی بالا رفته اند. در این روش ها، نانوتکنولوژی حرف اول را می زد. پروژه های دیگری همچون تولید پارچه های با عملکردهای الکتریکی اضافی که در واقع پارچه های هوشمند نامیده می شوند، نیز مطرح می باشند. این لباس ها می توانند شامل سنسورهایی باشند که بوسیله ی آنها قابلیت ارزیابی عملکرد بدن انسان و یا رهایش دارو در زمان و مقادیر مورد نیاز، مقدور می شود.بیشتر بخوانید: نانومواد چگونه ساخته می‌شوند؟
ادوات ورزشی
تولید کننده های ادوات ورزشی همچنین به سمت استفاده از نانوتکنولوژی تمایل پیدا کرده اند. یک واکس اسکی با کارایی بالا که موجب تغییر در خواص سطحی می شود، هم اکنون با استفاده از این تکنولوژی تولید و مورد استفاده قرار می گیرد. پوشش های بسیار نازک عمر مفید بیشتری نسبت به واکس ها دارند. راکت های تنیس با استفاده از نانوتیوب های کربنی تولید شده اند و بدین صورت استحکام خمشی و کششی راکت تنیس، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این راکت ها صلبیت بیشتری دارند و نیروی قابل توجهی را به توپ انتقال می دهند. توپ تنیس نیز با استفاده از نانوکامپوزیت های رس- پلیمر، پوشش داده می وشند تا بدین صورت عمر مفید آنها نسبت به توپ های معمولی، دو برابر شود.کرم ضد آفتاب و مواد بهداشتی
ضد آفتاب ها و مواد بهداشتی تولید شده بر پایه ی نانوتکنولوژی هم اکنون به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مشتری های این محصولات، محصولاتی را می پسندند که شفاف باشند زیرا به نظر آنها، هر چه شفافیت بیشتر باشد، خلوص و تمیزی نیز بیشتر می شود. L’Oréal فهمید که وقتی لوسیون ها تا 50 الی 60 نانومتر آسیاب شوند، آنها نور را از خود عبور می دهند. برای کرم ضد آفتاب، نانوذرات معدنی مانند دی اکسید تیتانیم چندین مزیت ایجاد می کنند. محافظت سنتی در برابر UV، در دراز مدت افت می کند. نانوذرات دی اکسید تیتانیم دارای خاصیت محافظت در برابر UV قابل قبولی برخورد می باشد و همچنین خاصیت سفیدی خود را نیز از دست می دهد. برای کرم های ضد چروک، یک کپسول پلیمری برای انتقال عوامل فعال مانند ویتامین ها به پوست، استفاده می شود.تلویزیون ها
تلویزیون هایی که در آنها از نانوتیوب های کربنی استفاده شده است، از اواخر سال 2006 بوسیله ی سامسونگ وارد بازار شد. تولید کننده ها انتظار داشتند که این "صفحات نمایش اثر میدانی" (FED) انرژی کمتری نسبت به تکنولوژی های پلاسما و کریستال مایع (LCD) مصرف کنند. همچنین آنها انتظار داشتند که میزان کیفیت تصویر در این تلویزیون ها نیز بهبود یابد. الکترون ها در یک FED در میان یک بخش خلأ پرتاب می شوند و به لایه ی شیشه ای فسفراسانس پوشیده شده با پیکسل ها، برخورد می کنند. اما برخلاف صفحات نمایش معمولی CRT، منبع الکترونی در این نوع جدید از تلویزیون ها، کربن است. این منبع در فاصله ی یک تا دو میلی متری از شیشه ی هدف قرار گرفته است (برخلاف CRT ها که در فاصله ی 30 سانتیمتری صفحه قرار دارند). در رواقع در این تکنولوژی به جای وجود تفنگ الکترونی به عنوان منبع الکترونی، هزاران تفنگ وجود دارد. FED شامل تکنولوژی ساده تری نسبت به LCD ها می باشد و می توان این صفحات را به اندازه های مختلف، تولید کرد. برای مثال، توشیبا صفحات نمایشی ارائه کرده است که حداقل 50 اینچ (حدود 130 سانتیمتر) می باشد.کاربردهای پیش بینی شده چیست؟
لیست زیر در واقع بررسی خلاصه ای از بسیاری از زمینه هایی می باشد که در آنها، نانوتکنولوژی می تواند تغییرات اساسی ایجاد کند. برخی از این استفاده ها، به صورت جزئی در بخش بعدی، مورد بررسی قرار می گیرند.الکترونیک و ارتباطات
استفاده از نانولایه ها، دات ها، صفحات نمایش مسطح، تکنولوژی وایرلس، وسایل و فرایندهای جدید در کل مسائل ارتباطاتی و تکنولوژی اطلاعات، موجب بهود قابل توجهی در قابلیت ذخیره سازی اطلاعات و سرعت پردازش شده است. این استفاده ها همچنین موجب کاهش هزینه ها و بهبود میزان انرژی مصرفی در کاربردهای مختلف شده است.مواد شیمیایی و علم مواد
کاتالیست ها که در واقع بهره وری انرژی مربوط به کارخانه های مواد شیمیایی را افزایش می دهند و موجب بهبود بهره وری سوخت می شوند، در واقع بواسطه ی نانوتکنولوژی تغییر قابل توجهی پیدا خواهند کرد. از جمله این موارد می توان به استفاده از پوشش های فوق سخت و با تافنس بالا بر روی سری های برشی و مته ها و استفاده از سیال های مغناطیسی هوشمند برای آب بندی خلا و روان سازی، اشاره کرد.داروسازی، درمان و علوم زیستی
داروهای نانوساختار، سیستم های دارورسانی و ژن رسانی برای مکان های خاص بدن، کاشت بخش های مختلف برای بخش های آسیب دیده ی بدن، سیستم های تشخیصی مورد استفاده در خانه، سنسورهای آزمایشگاه بر روی چیپ، مواد مورد استفاده در ترمیم استخوان و بافت از جمله مواردی هستند که در آینده تحت تأثیر نانوتکنولوژی قرار می گیرد.تولید
مهندسی دقیق بر پایه ی نسل های جدید از میکروسکوپ ها و روش های اندازه گیری، موجب می شود تا فرایندها و ابزارهای جدیدی برای دستکاری ماده در سطح اتمی ایجاد شود و بدین صورت نانوپودرهایی با خواص خاص تولید شود. این بخش ها می توانند شامل سنسورهایی باشند که می تواند خرابی های ایجاد شده را تشخیص دهد.تکنولوژی های مربوط به انرژی
انواع جدید از باتری ها، فوتوسنتز مصنوعی برای تولید انرژی تمیز، سلول های خورشیدی چاه پتانسیل، ذخیره سازی ایمن هیدروژن، صرفه جویی در انرژی با استفاده از مواد سبک تر و مقاوم تر، و تولید بردهای کوچکتر، از جمله مواردی است که نانوتکنولوژی اثرگذار می باشد.اکتشاف های فضایی
وسایل فضایی سبک، مصرف و مدیریت انرژی از لحاظ اقتصادی، سیستم های رباتیک کوچک و با قابلیت بالا، از جمله مواردی است که در زمینه ی اکتشاف های فضایی، تحت تأثیر نانوتکنولوژی قرار خواهد گرفت.محیط زیست
غشاهای انتخابی که می توانند برای حذف آلودگی های محیط زیستی و نمک از آب مورد استفاده قرار گیرند، در واقع به صورت نانومتری می توانند آلودگی ها را از فاضلاب های صنعتی خارج کنند. این غشاها همچنین می توانند اثرات نانوساختارها در محیط زیست و حفظ پایداری صنعتی را بواسطه ی کاهش قابل توجه در استفاده از مواد و انرژی را به همراه دارند. در حقیقت با استفاده از این غشاها، میزان منابع آلودگی کاهش و فرصت ها برای بازیافت مواد افزایش می یابد.امنیت ملی
تشخیص و خنثی کردن عوامل شیمیایی و بیولوژیکی، به طور چشمگیری با استفاده از بردهای الکترونیکی انجام می شود. همچنین این تشخیص ها می تواند با استفاده از پوشش های نانوساختار سخت، مواد پوشش دهنده، جایگزینی خون، و سیستم های ارزیابی کننده ی کوچک، انجام شود.استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:34 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
نساجی و اثر نانوتکنولوژی بر آن
نویسنده: دکتر کریستوف لوترواسر
مترجم: حبیب الله علیخانی
مترجم: حبیب الله علیخانی
صنعت نساجی می تواند به طور قابل توجهی بوسیله ی نانوتکنولوژی تحت تأثیر قرار گیرد. این پیش بینی شده است که میزان اثر مواد نانوتکنولوژیکی بر این صنعت صدها میلیارد دلار می باشد. علم نانو هم اکنون در حال تولید لباس های مقاوم در برابر چروک و لکه می باشد و توسعه ها بعدی در زمینه ی ایجاد عملکردها و کارایی های خاص ددر مواد پارچه ای می باشد. موفقیت های ایجاد شده در زمینه ی نانوتکنولوژی می تواند موجب توسعه ی تکنولوژی هایی شود که موجب افزایش امنیت و تأمین مناسب انرژی در سرتاسر دنیا شود. در سال 2005، گزارشی از دانشگاه Rice در تگزاس منتشر شد که طبق آن، برخی از زمینه ها شناسایی شد که نانوتکنولوژی می تواند مشارکت قابل توجهی در آنها داشته باشد. در واقع این توسعه ها به دنبال تولید پارچه های هوشمندی است که دارای عملکردهای غیر قابل پیش بینی مانند موارد زیر می باشد:
• سنسورها و سیستم های جمع آوری اطلاعات و انتقال آنها
• محافظت ها و تشخیص های چندگانه و پیچیده
• عملکردهای پزشکی و بهبود زخم ها
• خود تمیز شوندگی و عملکردهای ترمیمی
آخرین عملکرد بیان شده، نشاندهنده ی این است که چگونه نانوتکنولوژی می تواند بر روی زمینه هایی اثرگذار باشد که خارج از کاربردهای اولیه می باشد.
شرکت آمریکایی Nano-Tex هم اکنون تکنولوژی تولید پارچه های بدون لکه و مقاوم در برابر چروک خوردن را به بازار عرضه کرده است و این انتظار می رود که شرکت NanoFresh نیز به زودی این کار را انجام دهد. محققین در دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ یک نانولایه از ذرات دی اکسید تیتانیم تولید کرده اند که در واقع با واکنش با نور خورشید موجب شکسته شدن کثیفی ها و سایر مواد آلی می شوند. این لایه می تواند بر روی پنبه پوشش داده شود و بدین صورت پارچه تمیز نگه داشته شود. لباس ها به سادگی و تنها نیازمند نور فرابنفش می باشند تا بدین صورت تمیز شوند. وقتی این لباس ها با نور خورشید برخورد می کنند، کثیفی از آنها زدوده می شود. در صورت اقتصادی بودن این تکنولوژی، کل صنعت شستشوی لباس تحت تأثیر قرار می گیرد.
تحقیقات انجام شده در زمینه ی نانوتکنولوژی موجب بهبود کارایی و یا ایجاد عملکردهای جدید در الیاف کامپوزیتی نانوساختار می شود. در این مواد، از پرکننده های نانومتری مانند نانوذرات (خاک رس، اکسیدهای فلزی، کربن بلک)، نانوفیبرهای گرافیتی (GNF) و نانوتیوب های کربنی (CNT) استفاده می شود. عملکرد اصلی مربوط به پرکننده های نانومتری، افزایش استحکام مکانیکی و بهبود خواص فیزیکی مانند رسانایی و رفتار آنتی استاتیک، می باشد. وقتی نانوذرات در داخل زمینه ی پلیمری پراکنده می شوند، می توانند بار بیشتری تحمل کنند و تافنس و مقاومت به سایش نیز افزایش می یابد. نانوفیبرها می توانند تنش ها را از زمینه ی پلیمری انتقال دهند و موجب افزایش استحکام کششی الیاف کامپوزیتی می شوند. بهبود کارایی فیزیکی و شیمیایی با استفاده از الیاف کامپوزیتی، به خواص نانوفیبرهای مورد استفاده بستگی دارد. اگر چه برخی از ذرات پرکننده مانند رس، اکسیدهای فلزی و کربن بلک، برای چندین دهه است که به عنوان میکرو پرکننده در مواد کامپوزیتی استفاده شده اند، کاهش در اندازه ی این مواد و ورود اندازه به گستره ی نانومتری منجر به افزایش کارایی و ایجاد علایق بازاری جدید در این مواد می شود.
نانوالیاف کربنی و نانوذرات کربنی
نانوالیاف کربنی و نانوذرات کربن بلک، متداول ترین مواد پرکننده ی با اندازه ی نانومتری هستند. نانوالیاف کربنی می توانند به صورت مؤثر موجب افزایش استحکام کششی الیاف کامپوزیتی شوند. علت این مسئله، نسبت طول به عرض بالای این مواد می باشد. این در حالی است که نانوذرات کربن که به کربن بلک مشهور می باشند، می توانند موجب بهبود مقاومت به سایش و تافنس ماده شوند. هر دوی این مواد دارای مقاومت شیمیایی و رسانایی الکتریکی بالایی هستند.نانوذرات رس
نانوذرات رس یا نانوفلس های رسی، دارای مقاومت شیمیایی مناسب، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب هستند. این مواد از عبور نور UV نیز جلوگیری می کنند. الیاف کامپوزیتی تقویت شده با نانوذرات رسی دارای مقاومت در برابر شعله، آنتی UV و ضد خوردگی هستند.نانوذرات اکسید فلزی
نانوذرات اکسید فلزی دارای قابلیت فوتوکاتالیستی، رسانایی الکتریکی، جذب UV و ظرفیت اکسید شوندگی با نور هستند. تحقیقات انجام شده در زمینه ی نانوذرات بر روی عملکردهای ضد میکروبی، خود تجزیه شوندگی و بلوکه کردن UV تمرکز دارد. این عملکردها هم در زمینه ی تولیدات نظامی و هم تولیدات غیر نظامی، مهم می باشد.نانوتیوب های کربنی
کاربردهای بالقوه ی مربوط به CNTs، شامل تولید الیاف کامپوزیتی با استحکام و رسانایی بالا، ذخیره سازی انرژی و وسایل تبدیل انرژی، سنسورها و وسایل نمایش انتشار میدانی، می باشد. یک فیبر ساخته شده از CNT دارای استحکام و سفتی دو برابری می باشد و تافنس آن در مقایسه با سیم فولادی، 20 برابر می باشد. علاوه بر این، تافنس می تواند نسبت به تار عنکبوت، 4 برابر باشد و تافنس این مواد نسبت به الیاف کولار نیز 17 برابر است. از این رو، این الیاف می توانند کاربردهایی در زمینه ی تولید جلیقه های ضد گلوله، محافظ های الکترومغناطیسی و سایر کاربردهای مشابه، داشته باشند.بیشتر بخوانید: فن آوری و نانو تکنولوژی(قسمت اول)
نانوتکنولوژی در زمینه ی فرایندهای نهایی پارچه
امولسیون های نانومقیاس که می توانند برای اتمام یا فرایندهای نهایی پارچه، مورد استفاده قرار گیرند، موجب افزایش کارایی مربوط به پارچه از جمله مقاومت در برابر لکه برداری، ایجاد خاصیت آب گریزی، آنتی استاتیک، مقاومت در برابر چروک و خواص ضد آب رفتگی، می شود.نانوذرات اکسید فلزی و ذرات سرامیکی دارای مساحت سطح بالایی هستند و از این رو، بازده آنها نسبت به مواد با اندازه ذرات معمولی، بالاتر است. این مواد شفاف هستند و دارای رنگ تیره و یا تار نیستند. پارچه های تولید شده با استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیم و اکسید منیزیم، در حال جایگزینی با پارچه های حاوی کربن فعال می شوند و می توانند محافظت های بیولوژیکی مطلوبی ایجاد کنند. فعالیت فوتوکاتالیستی مربوط به دی اکسید تیتانیم و نانوذرات اکسید منیزیم می تواند موجب شکسته شدن مواد شیمیایی و عوامل بیولوژیکی خطرناک شود.
عملیات های نهایی با استفاده از نانوذرات می تواند موجب تولید پارچه هایی با خاصیت سنسوری شود. اگر ذرات پیزوسرامیکی نانوکریستالی در تولید پارچه استفاده شود، پارچه ی نهایی تولید شده، می تواند نیروهای مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند و از این رو، این لباس های می تواند برای ارزیابی عملکردهای بدن مانند ریتم ضربان قلب مورد استفاده قرار گیرد.
نانولایه های خود آرا
در آینده ی دور، پوشش های نانولایه ای خود آرا (SAN) ممکن است موجب ایجاد چالش در زمینه ی پارچه های سنتی شود. تحقیقات در این زمینه هنوز هم در مراحل اولیه می باشد و با چالش های زیادی روبروست اما ایده ی رسوب دهی پوششی با ضخامت کمتر از یک نانومتر بر روی پارچه، و ایجاد خواص فیزیکی مناسب با استفاده از این پوشش، یکی از زمینه های جالب توجه است.انرژی
موفقیت های ایجاد شده در زمینه ی نانوتکنولوژی می تواند موجب توسعه ی تکنولوژی هایی شود که موجب افزایش امنیت و تأمین مناسب انرژی در سرتاسر دنیا شود. در سال 2005، گزارشی از دانشگاه Rice در تگزاس منتشر شد که طبق آن، برخی از زمینه ها شناسایی شد که نانوتکنولوژی می تواند مشارکت قابل توجهی در آنها داشته باشد. اگر چه بیشترین سهم مشارکت نانوتکنولوژی در مورد کاربردهای بی نظیر و خاص مانند تولید مواد بهتر برای ادوات اکتشافی مورد استفاده در اکتشاف نفت و گاز می باشد، نانوتکنولوژی همچنین می تواند بر روی انرژی خورشیدی، بادی، انرژی های تمیز، نسل جدید از رآکتورهای هم جوشی اورانیوم، پیل های سوختی، باتری ها، تولید هیدروژن، ذخیره سازی و انتقال و شبکه های برق جدیدی اثرگذار باشد که در رواقع همه ی آنها جزء منابع انرژی محسوب می شوند. چالش هایی اصلی که نانوتکنولوژی در آنها مشارکت می کند، عبارتند از:• کاهش در هزینه های مربوط به انرژی خورشیدی به میزان 10 برابر.
• کاهش در میزان انتشار دی اکسید کربن و تبدیل آن به اتانول
• ایجاد یک فرایند تجاری برای تبدیل نوری آب و تولید هیدروژن
• کاهش در هزینه های پیل های سوختی به میزان 10 تا 100 برابر و ایجاد مواد جدید و مستحکم تر.
• بهبود بازده و قابلیت ذخیره سازی باتری ها و ابر خازن ها به میزان 10 تا 100 برابر برای صنعت خودرو و کاربردهای تولیدی- توزیعی
• ایجاد مواد سبک تر برای ذخیره سازی هیدروژن، محفظه های هیدروژن مایع و تبدیل آسان سیستم های جذب و واجذبی هیدروژن.
حل این چالش ها سال ها طول می کشد اما انستیتوهای تحقیقاتی و عمومی هم اکنون در حال بررسی و تحقیق بر روی نانوتکنولوژی برای کاربردهای انرژی می باشند. برای مثال، آزمایشگاه Bell در حال بررسی و احتمال سنجی تولید یک میکروباتری می باشد که بعد از شارژ، 20 سال کار می کند. در واقع در این باتری ها، واکنش های شیمیایی که منجر به تخریب باتری در باتری های سنتی می شود، به تأخیر می افتد. این باتری بر اساس کشف های آزمایشگاه Bell تولید خواهد شد و در آن قطرات مایع الکترولیت در یک حالت سکون و در داخل ساختارهای میکروسکوپی حفظ می شوند که در حقیقت نانوگراس (nanograss) نامیده می شوند. این الکترولیت تا زمانی در این بخش باقی می ماند که تحریک نشود. و در صورت تحریک شدن، واکنش ایجاد شده، منجر به تولید الکتریسیته می شود. سایر محققین نیز امید دارند تا باتری هایی کاملا متفاوت را از طریق نانوتکنولوژی تولید کنند که در واقع بتواندد انرژی مورد نیاز برای به حرکت در آوردن ماشین های هیبریدی- الکتریکی را مهیا کند. در مقایسه با باتری ها، ابر خازن ها نیز می توانند ابزارهای قوی باشند. این بخش ها را می توان شارژ نمود و برای مدت ها از آنها استفاده کرد. آنها بازده بالایی دارند و زمان طولانی تری برای تخلیه ی آنها مورد نیاز است. بازده این مواد بالاست و البته این تکنولوژی در مراحل اولیه می باشد. بازار جهانی این محصولات در سال 2002 برابر با 38 میلیون دلار بوده است. البته میزان بازار جهانی این ابر خازن ها در سال 2007 به 355 میلیون دلار رسیده است.
سیستم های فوتوولتایی نیز یکی دیگر از زمینه هایی است که نانوتکنولوژی ، اثر قابل توجهی بر روی آن ایجاد کرده است. سه شرکت استارت آپ آمریکایی (Nanosolar، Nanosys و Konarka Technologies) و سرمایه گذاری های مشترک بین شرکت های Matsushita و STMicroelectronics، در حال تلاش بر روی تولید مواد با سازوکار فوتونی با قیمت پایین می باشند. این وسایل در واقع نسل پیشرفته ای از سلول های فوتوولتایی سیلیکونی کریستالی می باشند. Nanosolar ماده ای از جنس نانوسیم های اکسید فلزی تولید کرده است که می تتواند به عنوان یک مایع بر روی سطح پلاستیک اسپری شود. این لایه ها به عنوان فیلم های فوتوولتایی عمل می کنند. یک فرایند رول به رول (roll-to-roll process) مشابه با رنگ آمیزی با سرعت بالا، نیز ابداع شده است که نیازمند دماهای بالا و یا ادوات تحت خلأ نمی باشد. Nanosys تمایل دارد تا پوشش های خورشیدی خود را بر روی کاشی های پشت بام اسپری کند. و Konarka نیز در حال توسعه ی صفحات پلاستیکی است که حاوی کریستال های تیتانیم دی اکسید می باشد و با رنگ های جاذب نور، پوشش داده شده اند. این شرکت فعالیت های تحقیقاتی بر روی تولید سیستم های فوتوولتایی آلی Siemens را توسعه داده است و Konarka اخیراً نیز 18 میلیون دلار سرمایه گذاری در این زمینه انجام داده است. اگر سازه های خورشیدی بر پایه ی نانوتکنولوژی بتوانند تولید شوند (مثلا ساختمان ها و پل ها)، چشم انداز انرژی می تواند به شیوه ی مهمی تغییر کند. با قرارگیری این بخش ها بر روی اتوبوس و یا وسایل نقلیه، این بخش ها می توانند آب را از طریق الکترولیز تجزیه کرده و موجب تولید هیدروژن برای به کار انداختن پیل های سوختی شوند. در این حالت، بازنده شرکت های تولید کننده ی باتری و کلا شرکت هایی است که نتوانسته اند تا این چالش، روبرو شوند.
یک چنین توسعه هایی به حل مسائل مربوطه در مقیاس نانو وابسته می باشد اما محققین پیشرفت های سریعی را بواسطه ی طراحی نانومقیاس، بدست آورده اند. این موارد شامل تسریع کینتیک واکنش ها، افزایش اثر کاتالیستی، افزایش مقاومت محصولات در دماهای بالا و جهت دهی محصولات به سمت مراحل واکنشی بعدی، می باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:33 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
گرافن
نویسنده: یون یو
مترجم: حبیب الله علیخانی
مترجم: حبیب الله علیخانی
قبل از یادگیری این مسئله که با گرافن چکار می توانیم بکنیم، باید بتوانیم بفهمیم که بر روی گرافن چه کارهایی می توانیم انجام دهیم.
همه جا گفته می شود که گرافن (صفحات کربنی) مواد معجزه آسای آینده هستند و بوسیله ی آنها می توان جلیقه های ضد گلوله ای با ضخامت یک تی شرت معمولی، درست کرد. آیا گرافن واقعاً می تواند این کار را انجام دهد؟ آیا با این ماده می توان سلول های خورشیدی شفاف مانند پنجره های معمولی، تولید کرد؟ جواب این سوال ها، مثبت است. در حقیقت گرافن می تواند این کارها را انجام دهد. این ماده شاید بتواند در تولید آسانسور فضایی که یکی از ایده های مطرح شده می باشد نیز یاری رسان باشد. مطالعه های اخیر از جمله کارهای کوهن و همکارانش در دانشگاه کرنل، نشان داده است که با ترکیب برش لیزری و روش های اریگامی و کوریگامی، می توان ساختار میکروسکوپی را از صفحات گرافیتی تولید کرد. این روش ها، در واقع برش و تازدن سنتی است که بر روی کاغذ، مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، کجا می توان یک کلاه ضد گلوله خرید؟ بدبختانه، همانگونه که این ماده یک ماده ی با خواص جالب است، کار کردن با آن و با استفاده از روش های تولید سنتی، سخت است و این مسئله دلیل اصلی این موضوع است که ما هنوز این وسایل شگفت آور را در بازار مشاهده نمی کنیم.
گرافن یک ماده ی انعطاف پذیر و با تافنس بالاست، این ماده می تواند رسانای الکتریسیته باشد و رسانایی آن هزار برابر بهتر از سیلیکون (سنگ بنای وسایل الکترونیک امروزی) است. از صفحه ی گوشی های هوشمند گرفته تا واحدهای پردازش مرکزی، سیلیکون چیزی است که موجب می شود قطعات الکترونیکی، کار کنند. در اصل، یک گوشی هوشمند که در حقیقت با استفاده از گرافن ساخته می شود، تافنس بالاتری دارد، انعطاف پذیرتر، سریع تر و در نهایت بازده انرژی در آن بالاتر است. در حالی که تمام این موارد بسیار مهم به نظر می رسد، محققین ابتدا نیازمند آگاهی یافتن از نحوه ی ساخت چیزها با استفاده از گرافن هستند.
ایتای کوهن (Itai Cohen) می گوید: "محققین باید بفهمند که چگونه می توانند صفحات گرافنی را برش زده، چگونه آنها را تحت عملیات سایش قرار دهند و چگونه با اتصال آنها به هم، موجب تولید الگوهایی مناسب شوند". ایتای کوهن یک فیزیکدان از دانشگاه کرنل در نیویورک می باشد. امروزه، محققین در حال بررسی راه هایی هستند که بواسطه ی آنها بتوانند گرافن را دستکاری کنند اما آنها چگونه می توانند ساختارهایی را تولید کنند که از فولاد مستحکم ترند؟
مطالعه های اخیر از جمله کارهای کوهن و همکارانش در دانشگاه کرنل، نشان داده است که با ترکیب برش لیزری و روش های اریگامی و کوریگامی، می توان ساختار میکروسکوپی را از صفحات گرافیتی تولید کرد. این روش ها، در واقع برش و تازدن سنتی است که بر روی کاغذ، مورد استفاده قرار می گیرد.
کوهن همچنین می گوید: "موادی با خواص مکانیکی مختلف مزیت ها و محدودیت های مختلفی دارند". او همچنین اضافه می کند که "برای مثال، کشش این ماده خوب است اما به سختی می توان صفحات گرافنی را تا زد، برخلاف صفحه ی کاغذ".
دیووید نلسون، فیزیکدان دانشگاه هاروارد، روشی متفاوت اتخاذ کرده است. به جای تلاش به منظور تا کردن صفحات گرافنی در اشکال خاص، او و همکارانش می خواهند خواص مکانیکی گرافن را بواسطه ی ایجاد سوراخ در آنها، تغییر دهند. یافته های آنها در طی ماه های اخیر در کنفرانس جامعه ی فیزیکدانان آمریکا در لس آنجلس انتشار یافت.
نلسون می گوید: اگر توری های گرافنی بواسطه ی پانچ منظم سطح آنها ایجاد شود، می توان این بخش ها را در دماهای معینی مچاله کرد. بخش هایی از این تحقیق در مجله ی نیچر، به چاپ رسیده است.
از آنجایی که گرافن یک تک لایه از اتم های کربن به هم متصل است، در دماهای بالا، نوسان اتم های منفرد می تواند موجب سوراخ شدن پاره شدن صفحه شود مانند یک برگ دستمال کاغذی. صرفنظر از این مسئله که آیا پدیده، پدیده ای مفید است یا نه! این پدیده احتمالا می تواند مورد استفاده قرار گیرد. البته رسیدن به این پدیده در دماهای بالاتر از 30000 درجه ی فارنهایت، رخ می دهد.
نلسون و همکارانش به این نتیجه رسیده اند که با ایجاد توری های گرافنی مانند پارچه ی توری، آنها می توانند دما را به حدی کاهش دهند که در آن دما، صفحات گرفنی به خودی خود مچاله می شون و قابلیت تا خوردن پیدا می کنند. مدل محاسباتی آنها می تواند پیش بینی کند که در چه دمایی عمل تا خوردن بر روی یک گرافن با اندازه و دانسیته ی حفرات مشخص، رخ می دهد. در اصل، تحقیقات دیگری می تواند برای طراحی الگوهای با کارایی بالا انجام شود و بدین صورت، بتوان صفحات گرافنی را به شیوه ی خاص و در دماهای معین، تا کرد. همچنین قابلیت بازگشت به حالت اول در دماهای خاص وجود دارد، مشابه کتاب های سه بعدی.
کوهن می گوید: "در نهایت، ما می توانیم ربات هایی را توسعه دهیم که می توانند هم شنا کنند و هم راه بروند. فرض کنید که یک نانوربات با یک دست تولید شود که شما بتوانید از او بخواهید به یک بخش بپیچد و یا دوباره باز شود". در این کاربردها، گرافن موجب توسعه ی ماهیچه هایی شود که می تواند مولکول ها و سلول ها را دستکاری کنند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع :
https://www.insidescience.org
همه جا گفته می شود که گرافن (صفحات کربنی) مواد معجزه آسای آینده هستند و بوسیله ی آنها می توان جلیقه های ضد گلوله ای با ضخامت یک تی شرت معمولی، درست کرد. آیا گرافن واقعاً می تواند این کار را انجام دهد؟ آیا با این ماده می توان سلول های خورشیدی شفاف مانند پنجره های معمولی، تولید کرد؟ جواب این سوال ها، مثبت است. در حقیقت گرافن می تواند این کارها را انجام دهد. این ماده شاید بتواند در تولید آسانسور فضایی که یکی از ایده های مطرح شده می باشد نیز یاری رسان باشد. مطالعه های اخیر از جمله کارهای کوهن و همکارانش در دانشگاه کرنل، نشان داده است که با ترکیب برش لیزری و روش های اریگامی و کوریگامی، می توان ساختار میکروسکوپی را از صفحات گرافیتی تولید کرد. این روش ها، در واقع برش و تازدن سنتی است که بر روی کاغذ، مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، کجا می توان یک کلاه ضد گلوله خرید؟ بدبختانه، همانگونه که این ماده یک ماده ی با خواص جالب است، کار کردن با آن و با استفاده از روش های تولید سنتی، سخت است و این مسئله دلیل اصلی این موضوع است که ما هنوز این وسایل شگفت آور را در بازار مشاهده نمی کنیم.
گرافن یک ماده ی انعطاف پذیر و با تافنس بالاست، این ماده می تواند رسانای الکتریسیته باشد و رسانایی آن هزار برابر بهتر از سیلیکون (سنگ بنای وسایل الکترونیک امروزی) است. از صفحه ی گوشی های هوشمند گرفته تا واحدهای پردازش مرکزی، سیلیکون چیزی است که موجب می شود قطعات الکترونیکی، کار کنند. در اصل، یک گوشی هوشمند که در حقیقت با استفاده از گرافن ساخته می شود، تافنس بالاتری دارد، انعطاف پذیرتر، سریع تر و در نهایت بازده انرژی در آن بالاتر است. در حالی که تمام این موارد بسیار مهم به نظر می رسد، محققین ابتدا نیازمند آگاهی یافتن از نحوه ی ساخت چیزها با استفاده از گرافن هستند.
ایتای کوهن (Itai Cohen) می گوید: "محققین باید بفهمند که چگونه می توانند صفحات گرافنی را برش زده، چگونه آنها را تحت عملیات سایش قرار دهند و چگونه با اتصال آنها به هم، موجب تولید الگوهایی مناسب شوند". ایتای کوهن یک فیزیکدان از دانشگاه کرنل در نیویورک می باشد. امروزه، محققین در حال بررسی راه هایی هستند که بواسطه ی آنها بتوانند گرافن را دستکاری کنند اما آنها چگونه می توانند ساختارهایی را تولید کنند که از فولاد مستحکم ترند؟
بیشتر بخوانید: Graphene
مطالعه های اخیر از جمله کارهای کوهن و همکارانش در دانشگاه کرنل، نشان داده است که با ترکیب برش لیزری و روش های اریگامی و کوریگامی، می توان ساختار میکروسکوپی را از صفحات گرافیتی تولید کرد. این روش ها، در واقع برش و تازدن سنتی است که بر روی کاغذ، مورد استفاده قرار می گیرد.
کوهن همچنین می گوید: "موادی با خواص مکانیکی مختلف مزیت ها و محدودیت های مختلفی دارند". او همچنین اضافه می کند که "برای مثال، کشش این ماده خوب است اما به سختی می توان صفحات گرافنی را تا زد، برخلاف صفحه ی کاغذ".
دیووید نلسون، فیزیکدان دانشگاه هاروارد، روشی متفاوت اتخاذ کرده است. به جای تلاش به منظور تا کردن صفحات گرافنی در اشکال خاص، او و همکارانش می خواهند خواص مکانیکی گرافن را بواسطه ی ایجاد سوراخ در آنها، تغییر دهند. یافته های آنها در طی ماه های اخیر در کنفرانس جامعه ی فیزیکدانان آمریکا در لس آنجلس انتشار یافت.
نلسون می گوید: اگر توری های گرافنی بواسطه ی پانچ منظم سطح آنها ایجاد شود، می توان این بخش ها را در دماهای معینی مچاله کرد. بخش هایی از این تحقیق در مجله ی نیچر، به چاپ رسیده است.
از آنجایی که گرافن یک تک لایه از اتم های کربن به هم متصل است، در دماهای بالا، نوسان اتم های منفرد می تواند موجب سوراخ شدن پاره شدن صفحه شود مانند یک برگ دستمال کاغذی. صرفنظر از این مسئله که آیا پدیده، پدیده ای مفید است یا نه! این پدیده احتمالا می تواند مورد استفاده قرار گیرد. البته رسیدن به این پدیده در دماهای بالاتر از 30000 درجه ی فارنهایت، رخ می دهد.
نلسون و همکارانش به این نتیجه رسیده اند که با ایجاد توری های گرافنی مانند پارچه ی توری، آنها می توانند دما را به حدی کاهش دهند که در آن دما، صفحات گرفنی به خودی خود مچاله می شون و قابلیت تا خوردن پیدا می کنند. مدل محاسباتی آنها می تواند پیش بینی کند که در چه دمایی عمل تا خوردن بر روی یک گرافن با اندازه و دانسیته ی حفرات مشخص، رخ می دهد. در اصل، تحقیقات دیگری می تواند برای طراحی الگوهای با کارایی بالا انجام شود و بدین صورت، بتوان صفحات گرافنی را به شیوه ی خاص و در دماهای معین، تا کرد. همچنین قابلیت بازگشت به حالت اول در دماهای خاص وجود دارد، مشابه کتاب های سه بعدی.
کوهن می گوید: "در نهایت، ما می توانیم ربات هایی را توسعه دهیم که می توانند هم شنا کنند و هم راه بروند. فرض کنید که یک نانوربات با یک دست تولید شود که شما بتوانید از او بخواهید به یک بخش بپیچد و یا دوباره باز شود". در این کاربردها، گرافن موجب توسعه ی ماهیچه هایی شود که می تواند مولکول ها و سلول ها را دستکاری کنند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع :
https://www.insidescience.org
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:32 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
شناسایی نشتیهای نفت و گاز
نویسنده: تریسی استادتر
مترجم: حبیب الله علیخانی
مترجم: حبیب الله علیخانی
بیش از 212000 مایل لوله ی نفت و گاز تنها در ایالات متحده ی آمریکا وجود دارد که در حدود 16 میلیارد بشکه نفت خام، محصولات پتروشیمی و میعانات گازی را در سال انتقال می دهند. هزاران مایل از این خطوط لوله در کف اقیانوس حرکت می کند. ارزیابی نشتی این شبکه ها یک چالش قابل توجه با راه حل های با کارایی پایین می باشد. انجام این ارزیابی ها نیز هزینه های بالایی دارد. این هزینه ها هم از لحاظ هزینه ها محیط زیستی و هم هزینه های مالی می باشند. با توجه به انجمن ایمنی و مخاطرات مواد سمی و خطوط لوله، بیش از 11700 حادثه در خط لوله ی گاز و نفت تنها در ایالات متحده و در بازه ی زمانی بین سال های 1998 تا 2017 رخ داده است. امروزه، محققین در حال کار بر روی توسعه ی سنسورهای بر پایه ی باکتری هستند که تنها چند سانتیمتر طول دارند و بر روی سطح خارجی لوله ها، نصب می شوند. این سنسورها می توانند هیدروکربن های نشت کننده را شناسایی کنند و بواسطه ی سیگنال های وایرلس، به سیستم زیرساختاری اطلاع رسانی کنند. یک ورژن بزرگتر از این سنسورها، که در حقیقت طولی برابر با یک متر دارند، می توانند برای فعالیت های تمیزکاری استفاده شوند. این تکنولوژی می تواند موجب تکمیل ادوات کنونی مورد استفاده برای ارزیابی خطوط لوله و کاهش میزان نفت و گاز نشت کننده از خطوط لوله شوند. با این کار، میزان آلودگی های محیط زیستی نیز کاهش می یابد.
"میکروارگانیزم های خاصی وجود دارد که می توانند موجب تخریب آلودگی ها شوند و یا آنها را ببلعند. این میکروارگانیزم ها موجب تولید ولتاژهای الکتریکی می شوند". این جمله را ورا گنانسوار گودی (Veera Gnaneswar Gude) گفته است. گودی یک مهندس محیط زیست در دانشگاه ایالتی میسی سی پی است. گودی و تیم تحقیقاتی او می خواهند تا این ظرفیت های طبیعی را در داخل یک سنسور، ایجاد کنند.
در حال حاضر، اپراتورهای خطوط لوله زیرساخت های خود را با استفاده از چند روش مختلف، مورد ارزیابی قرار می دهند. آنها ممکن است روش هایی را استفاده کنند که برای انجام آنها مجبورند در طول لوله حرکت کنند و از سنسورهای دستی برای بررسی احتمال انتشار گاز از ترک های مویی، استفاده کنند. آنها ممکن است شبکه را از طریق هوا، استفاده از هواپیمای بدون سرنشین، هواپیماها یا هلی کوپترهای مجهز به لیزر یا دوربین های فروسرخ، مورد ارزیابی قرار دهند. آنها همچنین می توانند یک ماشین استوانه ای مجهز به سنسور را که "خوک هوشمند" (smart pig) نامیده می شود، را از داخل لوله حرکت دهند و بدین صورت بررسی داخلی بر روی لوله را انجام دهند.
البته هنوز هم حوادث رخ می دهد. با توجه به انجمن ایمنی و مخاطرات مواد سمی و خطوط لوله، بیش از 11700 حادثه در خط لوله ی گاز و نفت تنها در ایالات متحده و در بازه ی زمانی بین سال های 1998 تا 2017 رخ داده است. این مسئله موجب بروز خسارتی معادف 7 میلیارد دلار، 1296 زخمی و 334 مرگ شده است.
سنسورهای بر پایه ی باکتری به بخش خارجی لوله متصل می شود و می تواند در زمان های بروز نشتی، آن را تشخیص داده و به بخش حفاظت، گزارش دهد.
محققین هم اکنون نشان داده اند که برخی از میکروارگانیزم ها که به صورت طبیعی در خاک و آب اقیانوس زندگی می کنند، می توانند بر روی هیدروکربن هایی مانند متان، اتان، بوتان، پروپان و پنتان، تغذیه شوند. در آپریل 2010، کلنی هایی از این میکروارگانیزم ها بر روی نفت ریخته شده از چاه نفت ماکوندو رشد کردند. سایر میکروب ها نیز وجود دارد که مواد شیمیایی را می گیرند و موجب تولید الکترون می شوند. این میکروب ها را می توان در تولید پیل های سوختی میکروبی استفاده کرد و بدین صورت موجب حذف آلودگی ها از فاضلاب و تولید برق شد.
سنسورهای جدید گودی شبیه باتری های بر پایه ی میکروارگانیزم هایی کار می کنند که در آب و رسوبات دریایی، موجود می باشند. در یک بخش آندی از جنس غشای توخالی وجود دارد که حاوی یک غلظت از میکروب های هیدروکربنی زنده می باشند. وقتی مولکول ها با هیدروکربن های عبوری از غشای متخلخل، واکنش می دهند، میکرواگانیزم هیدروکربن را می خورد و موجب تولید الکترون ها در میان یک رسانا می شود. این جریان اندازه گیری و به بخش مورد نظر، ارسال می شود.
تحت شرایط نرمال، وقتی هیچ نشتی وجود ندارد، میکروب ها از ترکیبات آلی موجود در آب و یا خاک، استفاده می کنند. اما وقتی آنها بتوانند هیدروکربن پیدا کنند، متابولیسم آنها افزایش می یابد و این مسئله موجب تولید الکترون می شود. این تولید الکترون بوسیله ی مقاومت سنج و یا یک مدار کوچک که در کاتد قرار داده می شود، اندازه گیری می شود. اگر جریان الکترونی از یک حدی بیشتر شود، سنسور می تواند یک سیگنال را از طریق شبکه ی وایرلس به متخصص ارسال کند.
کریس ردی (Chris Reddy)، محقق ارشد در شرکت Woods Hole Oceanographic گفته است که او فکر می کند که ایده ی استفاده از باکتری در سنسورهایی که به لوله های گاز و نفت متصل می شوند، ایده ی هوشمندانه ای است. او می گوید: باکتری قابلیت تخریب میکروبی بالایی دارد". اما او می گوید، برخی اوقات، باکتری خوردن هیدروکربن ها را متوقف می کند.
در حقیقت این سنسورها مانند یک رستوران می باشند که در داخل آن، هم میگو و هم دنده ی پخته وجود دارد. بنابراین، در زمان خوردن مواد غذایی، باکتری می تواند حق انتخاب داشته باشد. بنابراین، این سخت است که بتوان یک باکتری را به طور کامل برای انجام کاری خاص، اختصاص داد.
کریس ردی اضافه کرد که "آنها با چالش های جالبی روبرو هستند. در صورتی که موفق به این کار شوند، بسیار عالی می شود".
گودی امروز تحقیقات خود بر روی این نوع سنسور را در انجمن مواد شیمیایی آمریا در نئو اورلئان، ارائه کرد. او گفت که احتمالا می تواند یک سنسور طراحی کند که نه تنها بتواند بر روی لوله ها کار کند، بلکه بتوان از آن، بر روی تانکرها و وسایل ذخیره سازی نیز استفاده کرد. تا اینجا، او توانسته است سیستم بزرگتری را توسعه دهد که می تواند تکه های نفتی را بخورد.
گودی می گوید:
"ما می خواهیم سنسوری توسعه دهیم که بتواند به صورت واقعی راه حلی مناسب برای این مشکل، پیدا کند".
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org
"میکروارگانیزم های خاصی وجود دارد که می توانند موجب تخریب آلودگی ها شوند و یا آنها را ببلعند. این میکروارگانیزم ها موجب تولید ولتاژهای الکتریکی می شوند". این جمله را ورا گنانسوار گودی (Veera Gnaneswar Gude) گفته است. گودی یک مهندس محیط زیست در دانشگاه ایالتی میسی سی پی است. گودی و تیم تحقیقاتی او می خواهند تا این ظرفیت های طبیعی را در داخل یک سنسور، ایجاد کنند.
در حال حاضر، اپراتورهای خطوط لوله زیرساخت های خود را با استفاده از چند روش مختلف، مورد ارزیابی قرار می دهند. آنها ممکن است روش هایی را استفاده کنند که برای انجام آنها مجبورند در طول لوله حرکت کنند و از سنسورهای دستی برای بررسی احتمال انتشار گاز از ترک های مویی، استفاده کنند. آنها ممکن است شبکه را از طریق هوا، استفاده از هواپیمای بدون سرنشین، هواپیماها یا هلی کوپترهای مجهز به لیزر یا دوربین های فروسرخ، مورد ارزیابی قرار دهند. آنها همچنین می توانند یک ماشین استوانه ای مجهز به سنسور را که "خوک هوشمند" (smart pig) نامیده می شود، را از داخل لوله حرکت دهند و بدین صورت بررسی داخلی بر روی لوله را انجام دهند.
البته هنوز هم حوادث رخ می دهد. با توجه به انجمن ایمنی و مخاطرات مواد سمی و خطوط لوله، بیش از 11700 حادثه در خط لوله ی گاز و نفت تنها در ایالات متحده و در بازه ی زمانی بین سال های 1998 تا 2017 رخ داده است. این مسئله موجب بروز خسارتی معادف 7 میلیارد دلار، 1296 زخمی و 334 مرگ شده است.
سنسورهای بر پایه ی باکتری به بخش خارجی لوله متصل می شود و می تواند در زمان های بروز نشتی، آن را تشخیص داده و به بخش حفاظت، گزارش دهد.
محققین هم اکنون نشان داده اند که برخی از میکروارگانیزم ها که به صورت طبیعی در خاک و آب اقیانوس زندگی می کنند، می توانند بر روی هیدروکربن هایی مانند متان، اتان، بوتان، پروپان و پنتان، تغذیه شوند. در آپریل 2010، کلنی هایی از این میکروارگانیزم ها بر روی نفت ریخته شده از چاه نفت ماکوندو رشد کردند. سایر میکروب ها نیز وجود دارد که مواد شیمیایی را می گیرند و موجب تولید الکترون می شوند. این میکروب ها را می توان در تولید پیل های سوختی میکروبی استفاده کرد و بدین صورت موجب حذف آلودگی ها از فاضلاب و تولید برق شد.
بیشتر بخوانید: مبانی آتش‌نشانی؛ مقدمات نجات
سنسورهای جدید گودی شبیه باتری های بر پایه ی میکروارگانیزم هایی کار می کنند که در آب و رسوبات دریایی، موجود می باشند. در یک بخش آندی از جنس غشای توخالی وجود دارد که حاوی یک غلظت از میکروب های هیدروکربنی زنده می باشند. وقتی مولکول ها با هیدروکربن های عبوری از غشای متخلخل، واکنش می دهند، میکرواگانیزم هیدروکربن را می خورد و موجب تولید الکترون ها در میان یک رسانا می شود. این جریان اندازه گیری و به بخش مورد نظر، ارسال می شود.
تحت شرایط نرمال، وقتی هیچ نشتی وجود ندارد، میکروب ها از ترکیبات آلی موجود در آب و یا خاک، استفاده می کنند. اما وقتی آنها بتوانند هیدروکربن پیدا کنند، متابولیسم آنها افزایش می یابد و این مسئله موجب تولید الکترون می شود. این تولید الکترون بوسیله ی مقاومت سنج و یا یک مدار کوچک که در کاتد قرار داده می شود، اندازه گیری می شود. اگر جریان الکترونی از یک حدی بیشتر شود، سنسور می تواند یک سیگنال را از طریق شبکه ی وایرلس به متخصص ارسال کند.
کریس ردی (Chris Reddy)، محقق ارشد در شرکت Woods Hole Oceanographic گفته است که او فکر می کند که ایده ی استفاده از باکتری در سنسورهایی که به لوله های گاز و نفت متصل می شوند، ایده ی هوشمندانه ای است. او می گوید: باکتری قابلیت تخریب میکروبی بالایی دارد". اما او می گوید، برخی اوقات، باکتری خوردن هیدروکربن ها را متوقف می کند.
در حقیقت این سنسورها مانند یک رستوران می باشند که در داخل آن، هم میگو و هم دنده ی پخته وجود دارد. بنابراین، در زمان خوردن مواد غذایی، باکتری می تواند حق انتخاب داشته باشد. بنابراین، این سخت است که بتوان یک باکتری را به طور کامل برای انجام کاری خاص، اختصاص داد.
کریس ردی اضافه کرد که "آنها با چالش های جالبی روبرو هستند. در صورتی که موفق به این کار شوند، بسیار عالی می شود".
گودی امروز تحقیقات خود بر روی این نوع سنسور را در انجمن مواد شیمیایی آمریا در نئو اورلئان، ارائه کرد. او گفت که احتمالا می تواند یک سنسور طراحی کند که نه تنها بتواند بر روی لوله ها کار کند، بلکه بتوان از آن، بر روی تانکرها و وسایل ذخیره سازی نیز استفاده کرد. تا اینجا، او توانسته است سیستم بزرگتری را توسعه دهد که می تواند تکه های نفتی را بخورد.
گودی می گوید:
"ما می خواهیم سنسوری توسعه دهیم که بتواند به صورت واقعی راه حلی مناسب برای این مشکل، پیدا کند".
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:32 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
لباس هایی که می توانند احساسات شما را درک کنند
نویسنده: کاترین گامون
مترجم: حبیب الله علیخانی
مترجم: حبیب الله علیخانی
استفان جورجوتسا دارای تکنولوژی است که نیازمند یک کاربرد می باشد. جورجوتسا که یک مهندس اپتیک است، می داند که چگونه می توان فیبرها را در صنعت ارتباطات مورد استفاده قرار داد و تلاش کرد تا این ایده فیبر انعطاف پذیر را برای پارچه استفاده کند. اما او کاملا نمی داند که بهترین روش برای استفاده از این تکنولوژی در پارچه چیست؟ این مسئله تا زمانی ادامه یافت که او مدیر تحقیقات بیمارستان آموزشی شهر کبک کانادا را ملاقات کرد.
در آنجا، او فهمید که یک پرستار برای ارزیابی کودکان تازه متولد شده مورد استفاده قرار می گیرد. این پرستار شرایط کودکان تازه متولد شده را در روز اول زندگی آنها، مورد ارزیابی قرار می گیرد. مشکل این است که ارزیابی معمولاً نیازمند دستگاه هایی است که باید به بدن بچه بسته شوند. برخی اوقات همین وسایل موجب گریه کردن نوزاد می شوند. این وضعیت، ایده ی استفاده از سنسور ارزیابی را مطرح می کند که موجب محدود شدن استفاده کننده نمی شود. هر فردی می تواند یک سنسور محیطی در حال حرکت باشد که داده های مربوط به سلامت او می تواند به مراکز مربوطه ارسال شود. این داده ها همچنین می تواند به بخش های مراقبتی نیز ارسال شوند. با این کار، انقلابی در زمینه ی مانیتورینگ افراد ایجاد می شود. جورجوتسا و تیم همکار تی شرتی تولید کردند که می تواند ضربان قلب و تنفس را ارزیابی کند. این طراحی باید به گونه ای باشد که بتواند سیگنال ها را از فردی که لباس را پوشیده، انتقال دهد. او می گوید: "ایده در حقیقت این است که این لباس مشابه یک تی شرت معمولی عمل کند".
این تیشرت که در طی ماه های اخیر در مجله ی سنسورها معرفی شده است، هیچ سیم و یا الکترودی در داخل خود ندارد. تی شرت دارای یک آنتن انعطاف پذیر می باشد که در سطح سینه قرار دارد.
جورجوتسا می گوید: "وقتی شما تنفس می کنید، حجم هوای موجود در ریه ها تغییر می کند و از این رو، خواص الکتریکی مربوط به هوا موجب بروز ویژگی های الکتریکی مختلف در بدن می شود. از آنجایی که انسان ها به یک شیوه ی خاص نفس می کشند، این الگو برای فرد استفاده کننده از تی شرت، ثبت می گردد".
محققین فیبرها را بواسطه ی ماده ی مخصوصی پوشش می دهند که در حقیقت شستشوی تی شرت تا 20 بار، هیچ اثری بر روی کیفیت ثبت اطلاعات ندارد. آنها در تلاشند تا با تولید تعداد قابل توجهی از این تی شرت ها، بتوانند آنها را در آزمایش های بالینی استفاده کنند و در حقیقت آنها را ادوات ارزیابی و مانیتورینگی مقایسه کنند که در مراکز درمانی، یافت می شود.
تی شرت تولیدی این گروه نه تنها ایمن است بلکه موجب ارزیابی فاکتورهای بسیاری می شود. محققین از زمینه های مختلف در حال کار بر روی روشی جدید برای ارزیابی افراد با استفاده از لباس هستند (حتی ارزیابی ها از دور). در واقع لباس می تواند علائم کمک های اورژانسی را ارسال کند؛ می تواند وضعیت جسمانی افراد بستری در بیمارستان را ارزیابی کند و همچنین می تواند برای بچه های تازه متولد شده، مفید باشد.
نوزادان تازه متولد شده نیز بوسیله ی سونا شو ( Sona Shah) مورد بررسی قرار گرفته است. این فرد دانشجوی فارغ التحصیل شیکاگو می باشد که در حال توسعه ی یک برنامه ی بین الملی و مهندسی برای مراقبت و سلامت می باشد. او در مورد مرگ و میر نوزادان تازه متولد شده، مطالبی خوانده است و از این رو در پی پیدا کردن یک راه مطلوب برای کاهش این مسئله است.
او می گوید: "هیچ نوزاد بیماری وجود ندارد، بلکه تعداد کافی پرستار برای مراقبت از آنها وجود ندارد". تقریباً 3 میلیون نوزاد در ماه اول عمر خود می میرند و 98 % از این مرگ و میرها در کشورهای در حال توسعه، رخ می دهد.
شو و همکارانش کلاهی برای نوزادان طراحی کرده اند که بوسیله ی آن، سیگنال های حیاتی نوزاد ثبت و ارزیابی می شود. همچنین در صورت بروز مشکل، سیستم سریعاً اطلاع رسانی می کند. این کلاه جداولی از ضربان قلب، میزان اکسیژن اشباع و دمای بدن نوزاد را در خود حفظ می کند. این اطلاعات به صورت نمونه وار در بخش مراقبت ویژه ی نوزادان، ثبت می شود.
اطلاعات سپس به یک تبلت ارسال می شود که بوسیله ی پرستار مورد بررسی و چک قرار می گیرد. شو می گوید: "نهایتاً امیدوارم که این کار را در بخش های روستایی نیز انجام دهیم و بتوانیم با توسعه ی یک اپلیکیشن مبایلی، این اطلاعات را به صورت مجتمع به دکتر مربوطه ارسال کنیم".
سیستم طراحی شده بوسیله ی این گروه، قابلیت حفظ شارژ خود را تا 5 الی 7 روز دارند. هر کلاه تنها قیمتی برابر با 75 دلار دارد و شرکت در حال تلاش است تا این کلاه را به همراه پکیجی حاوی تبلت و نرم افزار نیز به فروش برساند. آنها این محصول را ابتدا در اوگاندا به بازار عرضه کرده اند و امید دارند که بتوانند این جاهای دیگری که امکانات کم است نیز ارسال کنند.
جسی جور (Jesse Jur) محقق صنعت نساجی در دانشگاه ایالتی کالیفرنیای شمالی می گوید: "لباس بهترین روش برای جمع آوری اطلاعات از بدن می باشد". او می گوید: "مطمئن باشید که ما هم اکنون دست بندها و یا گردنبندهایی وجود دارد که این کار را انجام می دهد؛ اما چیزی که در مورد لباس متمایز است، این ات که ما به سطح قابل توجهی از بدن دسترسی داریم و از این رو، می توانیم قضاوت بهتری از وضعیت بدن، پیدا کنیم". علاوه بر این، شما می توانید این داده ها را به صورت الکترونیکی، مشاهده کنید.
آزمایشگاه آنها یک بخش الکترونیک برای پوشاک، طراحی کرده است. آنها یک تی شرت طراحی کرده اند که کارایی قلب را ارزیابی کرده و داده های مربوطه را به یک گوشی هوشمند، ارسال می کند. سایر تحقیقات نیز در حال تولید انواع جدیدی از سنسورها می باشد که می توانند اطلاعاتی از جمله، تنش، فاکتورهای محیطی مانند کیفیت هوا و ... را اندازه گیری و ارزیابی کنند.
او می گوید: "بیماری های قلبی یکی از عوامل مرگ و میر قابل توجه در آتش نشان ها می باشد. همچنین ارزیابی میزان تنش و بازده افسران پلیس و سربازان نیز می تواند بسیار مفید باشد". این کاربردها می توانند سنگ بنای مناسبی برای گسترش کاربردهای این وسایل ایجاد کنند".
آزمایشگاه او همچنین در حال پیدا کردن راهی است که لباس ها بتوانند انرژی خود را از انرژی بدن تأمین کنند و از این رو، نیازی به باتری نداشته باشند. او می گوید: "هدف این است که نیازی به شارژ وسیله نباشد".
او به این نکته اشاره می کند که حرارت بدن و همچنین حرکت هر فرد می تواند 10 وات برق تولید کند. این میزان از برق، بیشتر از چیزی است که برای وسایل پزشکی، مورد نیاز است.
در حقیقت، هر فردی می تواند یک سنسور محیطی در حال حرکت باشد که داده های مربوط به سلامت او می تواند به مراکز مربوطه ارسال شود. این داده ها همچنین می تواند به بخش های مراقبتی نیز ارسال شوند. با این کار، انقلابی در زمینه ی مانیتورینگ افراد ایجاد می شود.
شو می گوید: "سنسورهای با قابلیت پوشیده شدن، بخش های جالب توجه با ویژگی های شاخص می باشند". " آنها به سهولت استفاده می شوند و علاوه بر کوچکی، ارزان قیمت نیز می باشند".
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org
در آنجا، او فهمید که یک پرستار برای ارزیابی کودکان تازه متولد شده مورد استفاده قرار می گیرد. این پرستار شرایط کودکان تازه متولد شده را در روز اول زندگی آنها، مورد ارزیابی قرار می گیرد. مشکل این است که ارزیابی معمولاً نیازمند دستگاه هایی است که باید به بدن بچه بسته شوند. برخی اوقات همین وسایل موجب گریه کردن نوزاد می شوند. این وضعیت، ایده ی استفاده از سنسور ارزیابی را مطرح می کند که موجب محدود شدن استفاده کننده نمی شود. هر فردی می تواند یک سنسور محیطی در حال حرکت باشد که داده های مربوط به سلامت او می تواند به مراکز مربوطه ارسال شود. این داده ها همچنین می تواند به بخش های مراقبتی نیز ارسال شوند. با این کار، انقلابی در زمینه ی مانیتورینگ افراد ایجاد می شود. جورجوتسا و تیم همکار تی شرتی تولید کردند که می تواند ضربان قلب و تنفس را ارزیابی کند. این طراحی باید به گونه ای باشد که بتواند سیگنال ها را از فردی که لباس را پوشیده، انتقال دهد. او می گوید: "ایده در حقیقت این است که این لباس مشابه یک تی شرت معمولی عمل کند".
این تیشرت که در طی ماه های اخیر در مجله ی سنسورها معرفی شده است، هیچ سیم و یا الکترودی در داخل خود ندارد. تی شرت دارای یک آنتن انعطاف پذیر می باشد که در سطح سینه قرار دارد.
جورجوتسا می گوید: "وقتی شما تنفس می کنید، حجم هوای موجود در ریه ها تغییر می کند و از این رو، خواص الکتریکی مربوط به هوا موجب بروز ویژگی های الکتریکی مختلف در بدن می شود. از آنجایی که انسان ها به یک شیوه ی خاص نفس می کشند، این الگو برای فرد استفاده کننده از تی شرت، ثبت می گردد".
محققین فیبرها را بواسطه ی ماده ی مخصوصی پوشش می دهند که در حقیقت شستشوی تی شرت تا 20 بار، هیچ اثری بر روی کیفیت ثبت اطلاعات ندارد. آنها در تلاشند تا با تولید تعداد قابل توجهی از این تی شرت ها، بتوانند آنها را در آزمایش های بالینی استفاده کنند و در حقیقت آنها را ادوات ارزیابی و مانیتورینگی مقایسه کنند که در مراکز درمانی، یافت می شود.
تی شرت تولیدی این گروه نه تنها ایمن است بلکه موجب ارزیابی فاکتورهای بسیاری می شود. محققین از زمینه های مختلف در حال کار بر روی روشی جدید برای ارزیابی افراد با استفاده از لباس هستند (حتی ارزیابی ها از دور). در واقع لباس می تواند علائم کمک های اورژانسی را ارسال کند؛ می تواند وضعیت جسمانی افراد بستری در بیمارستان را ارزیابی کند و همچنین می تواند برای بچه های تازه متولد شده، مفید باشد.
نوزادان تازه متولد شده نیز بوسیله ی سونا شو ( Sona Shah) مورد بررسی قرار گرفته است. این فرد دانشجوی فارغ التحصیل شیکاگو می باشد که در حال توسعه ی یک برنامه ی بین الملی و مهندسی برای مراقبت و سلامت می باشد. او در مورد مرگ و میر نوزادان تازه متولد شده، مطالبی خوانده است و از این رو در پی پیدا کردن یک راه مطلوب برای کاهش این مسئله است.
او می گوید: "هیچ نوزاد بیماری وجود ندارد، بلکه تعداد کافی پرستار برای مراقبت از آنها وجود ندارد". تقریباً 3 میلیون نوزاد در ماه اول عمر خود می میرند و 98 % از این مرگ و میرها در کشورهای در حال توسعه، رخ می دهد.
شو و همکارانش کلاهی برای نوزادان طراحی کرده اند که بوسیله ی آن، سیگنال های حیاتی نوزاد ثبت و ارزیابی می شود. همچنین در صورت بروز مشکل، سیستم سریعاً اطلاع رسانی می کند. این کلاه جداولی از ضربان قلب، میزان اکسیژن اشباع و دمای بدن نوزاد را در خود حفظ می کند. این اطلاعات به صورت نمونه وار در بخش مراقبت ویژه ی نوزادان، ثبت می شود.
اطلاعات سپس به یک تبلت ارسال می شود که بوسیله ی پرستار مورد بررسی و چک قرار می گیرد. شو می گوید: "نهایتاً امیدوارم که این کار را در بخش های روستایی نیز انجام دهیم و بتوانیم با توسعه ی یک اپلیکیشن مبایلی، این اطلاعات را به صورت مجتمع به دکتر مربوطه ارسال کنیم".
سیستم طراحی شده بوسیله ی این گروه، قابلیت حفظ شارژ خود را تا 5 الی 7 روز دارند. هر کلاه تنها قیمتی برابر با 75 دلار دارد و شرکت در حال تلاش است تا این کلاه را به همراه پکیجی حاوی تبلت و نرم افزار نیز به فروش برساند. آنها این محصول را ابتدا در اوگاندا به بازار عرضه کرده اند و امید دارند که بتوانند این جاهای دیگری که امکانات کم است نیز ارسال کنند.
جسی جور (Jesse Jur) محقق صنعت نساجی در دانشگاه ایالتی کالیفرنیای شمالی می گوید: "لباس بهترین روش برای جمع آوری اطلاعات از بدن می باشد". او می گوید: "مطمئن باشید که ما هم اکنون دست بندها و یا گردنبندهایی وجود دارد که این کار را انجام می دهد؛ اما چیزی که در مورد لباس متمایز است، این ات که ما به سطح قابل توجهی از بدن دسترسی داریم و از این رو، می توانیم قضاوت بهتری از وضعیت بدن، پیدا کنیم". علاوه بر این، شما می توانید این داده ها را به صورت الکترونیکی، مشاهده کنید.
آزمایشگاه آنها یک بخش الکترونیک برای پوشاک، طراحی کرده است. آنها یک تی شرت طراحی کرده اند که کارایی قلب را ارزیابی کرده و داده های مربوطه را به یک گوشی هوشمند، ارسال می کند. سایر تحقیقات نیز در حال تولید انواع جدیدی از سنسورها می باشد که می توانند اطلاعاتی از جمله، تنش، فاکتورهای محیطی مانند کیفیت هوا و ... را اندازه گیری و ارزیابی کنند.
بیشتر بخوانید: چگونه لباس انتخاب کنیم؟
او می گوید: "بیماری های قلبی یکی از عوامل مرگ و میر قابل توجه در آتش نشان ها می باشد. همچنین ارزیابی میزان تنش و بازده افسران پلیس و سربازان نیز می تواند بسیار مفید باشد". این کاربردها می توانند سنگ بنای مناسبی برای گسترش کاربردهای این وسایل ایجاد کنند".
آزمایشگاه او همچنین در حال پیدا کردن راهی است که لباس ها بتوانند انرژی خود را از انرژی بدن تأمین کنند و از این رو، نیازی به باتری نداشته باشند. او می گوید: "هدف این است که نیازی به شارژ وسیله نباشد".
او به این نکته اشاره می کند که حرارت بدن و همچنین حرکت هر فرد می تواند 10 وات برق تولید کند. این میزان از برق، بیشتر از چیزی است که برای وسایل پزشکی، مورد نیاز است.
در حقیقت، هر فردی می تواند یک سنسور محیطی در حال حرکت باشد که داده های مربوط به سلامت او می تواند به مراکز مربوطه ارسال شود. این داده ها همچنین می تواند به بخش های مراقبتی نیز ارسال شوند. با این کار، انقلابی در زمینه ی مانیتورینگ افراد ایجاد می شود.
شو می گوید: "سنسورهای با قابلیت پوشیده شدن، بخش های جالب توجه با ویژگی های شاخص می باشند". " آنها به سهولت استفاده می شوند و علاوه بر کوچکی، ارزان قیمت نیز می باشند".
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:28 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
نویسنده: مارشا لوییس
مترجم: حبیب الله علیخانی
یک سنسور دهانی می تواند قلب شما را مورد ارزیابی قرار دهد
پاتریک مرسر (Patrick Mercier) یک مهندس الکترونیک و کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا، می گوید: "بزاق مایع غنی است. این ماده دارای مواد شیمیایی مختلفی است و شما می توانید اطلاعات فیزیولوژی زیادی را از طریق آنالیز بزاق بدست آورید".
در آزمایشگاه نانومهندسی یو سی سندیاگو، محققین سنسورهای محافظ دهانی توسعه داده اند که از بزاق استفاده می کنند ومحققین در حال کار بر روی تولید برچسب های نهایی می باشند که بر روی لبه ی لباس های تعبیه می شوند و بدین صورت ایمنی آنها در حین پوشیدن، مورد تأیید قرار می گیرد. بنابراین، با پیشرفت این تکنولوژی ها، نیاز به مراجعه ی حضوری به دکتر به مراتب کاهش می یابد. دیگر نیازی به نمونه ی خون ندارند. با استفاده از نمونه ی بزاق، میزان تغییر در مارکرهای سلامت موجود در بدن با این وسایل، اندازه گیری می شود. این دهان بندها شامل یک بیوسنسور هستند که اولین نسل از بیوسنسورهای بسیار کوچک از این جنس است.
مرسر می گوید: "این روش، یک ابزار تشخیصی قوی است".
جویانگ کیم، دانشجوی فارغ التحصیل مهندسی مواد در یو سی سن دیاگو می گوید: "این وسیله می توانند به صورت پیوسته اطلاعات مربوط به سلامت شما را ارزیابی کند".
این سنسورها می تواند تغییرات ایجاد شده در اسید اوریک موجود در بزاق را اندازه گیری کنند و میزان بالای اسید اوریک می تواند موجب افزایش ریسک ابتلا به دیابت شود. سایر سنسورها نیز می تواند مقادیر بالا لاکتیک را ارزیابی کند. این ماده به خستگی ماهیچه ای وابسته می باشد. خستگی ماهیچه ای یکی از دغدغه های مهم در بین ورزش کاران است.
بیشتر بخوانید: سنسور یا حسگر
اطلاعات می تواند به یک گوشی هوشمند و یا لپ تاپ ارسال شود. این وسیله، یک ابزار مفید برای ارزیابی سلامت ورزشکار در طی یک بازی و یا میزان تنش وارده به سربازان در میدان جنگ، می باشد.
محققین در حال کار بر روی تولید برچسب های نهایی می باشند که بر روی لبه ی لباس های تعبیه می شوند و بدین صورت ایمنی آنها در حین پوشیدن، مورد تأیید قرار می گیرد.
بنابراین، با پیشرفت این تکنولوژی ها، نیاز به مراجعه ی حضوری به دکتر به مراتب کاهش می یابد.
منبع
https://www.insidescience.org
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:28 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
نویسنده: پیتر جیانی
مترجم: حبیب الله علیخانی
آزمایشگاه کوچک در یک سوزن، می تواند تشخیص های سریع را امکان پذیر کند.
نمونه های اولیه که در واقع تکنولوژی "آزمایشگاه بر روی چیپ" نامیده می شوند، قابلیت خوبی را در بررسی مسمومیت کبد در موش ها نشان دادند. این مسمومیت در حقیقت یکی از اثرات جانبی انجام شیمی درمانی در انسان ها می باشد.
استفن ونگ از انستیتوی تحقیقاتی متودیست هوستون و مرکز پزشکی درمانی کرنل ویل می گوید: "این تکنولوژی در واقع تمام فرایندهای آزمایشگاهی را در یک آزمون جمع می کند، بدون آنکه در این میان، انسان دخیل باشد".
تشخیص شرایط پزشکی به نتایج مربوط به آزمون های خون وابسته می باشد. این آزمون ها منجر به تشخیص سمیت و یا برهمکنش های بالقوه با داروهاست. بدست آوردن نتایج آزمون می تواند به صورت نمونه وار یک هفته طول بکشد. به هر حال، وانگ می گوید: "استفاده از روش ما موجب می شود تا این نتیجه، در زمانی کمتر از یک ساعت، حاصل شود".
طراحی ثبت اختراع شده شامل اجزای منفردی از آزمایشگاه شیمی به همراه بسته بندی های بسیار کوچکی است که به 32 سوزن آمپولی شکل، وصل می شوند. این سوزن ها اندازه ای مشابه سوزن های تزریق دارند.
وانگ می گوید: "این مسئله یک تغییر در الگوی مورد استفاده می باشد، یک تکنولوژی واقعا در هم گسیخته و متفاوت". او همچنین می گوید: "شما دیگر سعی نمی کنید تا به آزمایشگاه بروید و بخواهید از رویه های موجود در تشخیص بیماری ها استفاده کنید. تنها کافی است که یک وسیله ی وایرلس را به گوشی همراه خود وصل کنید".آزمایشگاه در داخل سوزن، برای انجام چندین مرحله در نمونه گیری بافت بیماران و در هر شرایط پزشکی خاص، استفاده می شود. این آزمایشگاه نمونه را استخراج کرده، آن را آماده سازی می کند، مواد مورد نظر را تغلیظ می کند و در نهایت میزان ژن های مرتبط با بیماری مد نظر را اندازه گیری می کند.
محققین علم پزشکی می توانند از این تکنولوژی در ادارات سلامت، خانه ی بیماران و حتی در نقاط دور دست استفاده کنند و بوسیله ی آن، تشخیص هایی را که به صورت طبیعی در بیمارستان انجام می شود را در هر مکانی انجام دهند.
وانگ می گوید: "این وسیله، در حقیقت یک وسیله ی کنترل شونده بوسیله ی موبایل است. اما این وسیله همچنین می تواند در حین عمل جراحی مورد استفاده قرار گیرد و به دکترها و بیماران اجازه داده شود تا در مورد گزینه های درمان در زمان هایی هر چه زودتر، تصمیم گیری کنند".
شاری روبین، یک متخصص امراض داخلی در بیمارستان متودیست هوستون می گوید: "این روش، روش بسیار جالبی است". البته او در این تحقیق مشارکت ندارد.
او همچنین می گوید: "بسیاری از بیماران ما از مناطق دوردست به مراکز بیمارستانی سفر می کنند تا آزمایش خون بدهند. اگر شما این کار را در خانه برای آنها انجام دهید، این مسئله برای بیماران بسیار خوب است. هر چه بتوان بیماران را از محیط بیمارستان دور نگه داشت، از لحاظ روحی برای آنها بهتر است".
او به این نکته اشاره کرده است که توسعه دهنده های این تکنولوژی نیازمند متقاعد کردن بیماران در استفاده از این وسیله در خانه باشند.
این تکنولوژی از "تکنولوژی آزمایشگاه بر روی چیپ" نشئت گرفته است.
وانگ می گوید: "این وسیله، در اصل شامل یکی از چندین عملکرد یک چیپ منفرد است که در حقیقت می تواند ناحیه ای به مساحت چند میلی متر و یا چند سانتیمتر را اندازه گیری کند". این روش از تکنولوژی میکروسیال استفاده می کند. این تکنولوژی در واقع با حجم های بسیار کوچک از مایع کار می کند. همچنین این وسیله شامل نیمه رساناهایی می باشد که در قلب هر کامپیوتری یافت می شود.
آزمایشگاه در داخل سوزن، برای انجام چندین مرحله در نمونه گیری بافت بیماران و در هر شرایط پزشکی خاص، استفاده می شود. این آزمایشگاه نمونه را استخراج کرده، آن را آماده سازی می کند، مواد مورد نظر را تغلیظ می کند و در نهایت میزان ژن های مرتبط با بیماری مد نظر را اندازه گیری می کند.
بیشتر بخوانید: آزمایشگاه ( Laboratory)
نمونه ی آزمایشگاهی از این دستگاه شامل دو چیپ می باشد. اولین چیپ سه وظیفه انجام می دهد در حالی که دومین چیپ شامل مواد شیمیایی و بخش های انجام فرایند PCR می باشد.
وانگ می گوید: "نمونه ی آزمایشی دارای دو چیپ به همراه بخش های قرائت می باشد. ما اثبات کردیم که این دو بخش می توانند در یک بسته بندی قرار گیرند".
برای انجام آزمون در نمونه ی سوزن ساخته شده، این تیم، میزان سمیت کبد را با استفاده از دو مارکر ژنتیکی، اندازه گیری کردند.
گروه وانگ موجب سمی شدن کبد موش هایی شد و سپس از این سوزان ها براس شناسایی مارکرهای مورد نظر، استفاده کرد. آنها نتایج خود را به صورت آنلاین در مجله ی آزمایشگاه بر روی چیپ، به چاپ رساندند.
این محققین بر این مسئله تأکید کرده اند که آزمایشگاه آنها هنوز هم در مراحل اولیه می باشد.
تیم وانگ به همراه تیم مشارکت کننده ی سنگاپوری، در حال توسعه ی ورژن قابل استفاده از این تکنولوژی می باشند.
این تیم ها همچنین تصمیم گرفتند تا روش های مورد نیاز برای انجام آزمون بر روی انسان ها با استفاده از این سوزن ها را تدوین کنند. این آزمون ها به جستجوی مارکرهای ژنتیکی مشابه مارکرهای مربوط به موش ها می باشد. اما در این مرحله، آنها با مقررات دولتی سرسختانه ای دست و پنجره نرم می کنند.
این تیم تحقیقاتی همچنین کمک می کنند تا این روش ها بر روی شرایط پزشکی مختلف اعمال شوند.
زیپینگ یانگ، سرپرست برنامه های تحقیقاتی تیم سنگاپوری می گوید: "ما در حال برنامه ریزی برای انجام تست بر روی بافت ها و مایعات بدن هستیم تا بتوانیم سایر بیماری های بدن را نیز بواسطه ی این روش، شناسایی کنیم".
وانگ گفته است که: "این تنها نمونه ی آزمایشی است و این وسیله می تواند بهبودهای قابل توجهی را در کاربردهای بالینی از خود نشان دهد".
وانگ گفته است که: " این روش، سریع، بدون ریسک و ارزان قیمت است". این وسیله همچنین موجب می شود تا مفهوم آزمایشگاه بر روی چیپ بتواند به طور مطلوبی به حقیقت بپیوندد.
وانگ گفته است که: "در دراز مدت، می توان به مسائل جزئی نیز پرداخت. ما سعی می کنیم تا بیمارستان را به خانه ی بیماران بیاوریم نه بیماران را به بیمارستان".
منبع
https://www.insidescience.org
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:27 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
نویسنده: رضیه برجیان(کارشناسی ارشد فیزیک)
تیتانیوم
عدد اتمی تیتانیوم ( Ti ) 22 است. این عنصر را در سال 1791 کشف شد. بعد از کشف اولیه تیتانیوم 119 سال طول کشید تا تیتانیوم خالص به دست بیاید.
تیتانیوم نهمین عنصر فراوان (از نظر وزنی) در پوسته زمین و کره ماه است. تیتانیم که عنصری است نرم، سبک، نقره‌ای براق، درخشان و فلز انتقالی مقاوم در برابر فرسایش، در آلیاژهای محکم و سبک و رنگ‌دانه‌های سفید کاربرد دارد. این عنصر که در هوا می‌سوزد تنها عنصری است که در نیتروژن خالص هم می‌سوزد.
تیتانیوم نهمین عنصر فراوان (از نظر وزنی) در پوسته زمین و کره ماه است. تیتانیم که عنصری است نرم، سبک، نقره‌ای براق، درخشان و فلز انتقالی مقاوم در برابر فرسایش، در آلیاژهای محکم و سبک و رنگ‌دانه‌های سفید کاربرد دارد. این عنصر که در هوا می‌سوزد تنها عنصری است که در نیتروژن خالص هم می‌سوزد.
دیاکسید تیتانیوم
در حال حاضر حدود 95 درصد تولید تیتانیوم دنیا به‌صورت دیاکسید آن (TiO2) مصرف می‌شود که رنگ‌دانه‌ای سفید می‌سازد، 5 درصد باقیمانده به‌صورت فلز تیتانیوم استفاده می‌شود. دیاکسید تیتانیوم ارزان است و به‌طور گسترده در صنعت و فناوری استفاده می‌شود. پودرTio2 از نظر شیمیایی بی‌اثر است، در نور آفتاب رنگ خود را حفظ می‌کند و بسیار مات است؛ این خصوصیت باعث می‌شود تا مواد شیمیایی خاکستری یا قهوه‌ای که بیشتر پلاستیک‌های خانگی را تشکیل می‌دهند به رنگ سفید خالص درخشانی تبدیل کند. دیاکسید تیتانیم خالص دارای ضریب شکست بسیار بالا و تجزیه نوری بیشتر از الماس است. یاقوت کبود ستاره‌ای و یاقوت قرمز درخشندگی خود را از دیاکسید تیتانیوم موجود در خود می‌گیرند. دیاکسید تیتانیوم سه فاز بلوره‌ای آناتاس، روتیل و بروکایت دارد.
دو خاصیت مهم دیگر این ماده خواص فتوکاتالیستی و خود تمیزکنندگی آن است. از این دو خاصیت برای تصفیه آب و فاضلاب‌ها، حذف آلودگی هوا در ساختمان‌ها، تسریع واکنش‌های فتوشیمیایی مانند تولید هیدروژن، ساخت سطوح و لایه‌های ضد مه و شیشه‌های خود تمیزکننده استفاده می‌شود.
خاصیت فوتوکاتالیستی
تحریک لایه‌های دیاکسید تیتانیوم در فاز بلوره‌ای آناتاس با پرتو نور فرابنفش باعث می‌شود الکترون اتم‌های سطحی با جذب فوتون برانگیخته‌شده از لایه ظرفیت به لایه هدایت منتقل شوند. در این حالت زوج الکترون - حفره در سطح نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم به وجود می‌آید. مولکول‌های اکسیژن در برخورد با سطح این الکترون‌ها را می‌ربایند. در این حالت سطح ماده بسیار فعال می‌شود، به‌طوری‌که می‌تواند آب را نیز اکسید کند. به این دلیل این ماده در برخورد با مولکول‌های آلوده‌کننده هوا که عموماً مولکول‌های آلی کربنی هستند می‌تواند آنها را اکسید کرده به دیاکسید کربن، آب و غیره تبدیل کند.
خاصیت فوق آب‌دوستی
خاصیت دیگر این ماده خاصیت فوق آب‌دوستی است. این خاصیت با خاصیت فتوکاتالیستی رابطه تنگاتنگی دارد و باعث پدیده خود تمیزکنندگی در این ماده می‌شود. به همین دلیل لایه‌ای نازک از این ماده را روی سطح شیشه، کاشی و بعضی ظروف می‌نشانند تا مانع از کثیف شدن آن شوند.
از یک دیدگاه مواد به دو دسته آب‌دوست و آب‌گریز تقسیم می‌شوند. مواد آب‌دوست معمولاً دارای پیوندهای قطبی بوده و میتوانند در تماس با مولکول آب آن را جذب کنند؛ اما مواد آب‌گریز برخلاف دسته قبل دارای پیوندهای غیر قطبی هستند. اتم‌های این مواد از طریق نیروی واندروالس یکدیگر را جذب می‌نمایند و میتوانند با مولکول‌های آلی پیوند خوبی برقرار کنند، اما با آب و مواد قطبی پیوند برقرار نکرده و آب از سطح آن دور می‌شود.
چنانچه سطح دیاکسید تیتانیوم در مجاورت آب با نور فرابنفش تحریک شود پیوندهای اکسیژن این ماده شکسته شده و به پیوند هیدروکسیل تبدیل می‌شود؛ بنابراین هر اتم تیتانیوم روی سطح دو گروه هیدروکسیل خواهد داشت و می‌تواند مولکول‌های آب را با پیوند هیدروژنی جذب نماید. ازاین‌رو س خاصیت فوق آب‌دوستی آن افزایش می‌یابد.
سطوحی که با این ماده پوشش داده شوند، در اثر چسبیدن مولکول‌های آلی کمتر کثیف می‌شوند و راحت‌تر پاک می‌شوند.
چنانچه سطح دیاکسید تیتانیوم در مجاورت آب با نور فرابنفش تحریک شود پیوندهای اکسیژن این ماده شکسته شده و به پیوند هیدروکسیل تبدیل می‌شود؛ بنابراین هر اتم تیتانیوم روی سطح دو گروه هیدروکسیل خواهد داشت و می‌تواند مولکول‌های آب را با پیوند هیدروژنی جذب نماید. ازاین‌رو س خاصیت فوق آب‌دوستی آن افزایش می‌یابد.
سطوحی که با این ماده پوشش داده شوند، در اثر چسبیدن مولکول‌های آلی کمتر کثیف می‌شوند و راحت‌تر پاک می‌شوند.
کاربردها
فوتوکاتالیست ها و مواد فوق آب‌دوست در کاربردهای متعددی دارند. یکی از کاربردهای این مواد سطوح خود تمیزکننده اعم از شیشه، کاشی و سطوح دیوار است که در برخورد نور ماورا بنفش فعال‌شده و با تجزیه مواد آلی یا ایجاد باندهای ضعیف بین سطح و مواد آلاینده به‌راحتی تمیز می‌شوند. همچنین از فوتوکاتالیست ها در تصفیه آب، هوا یا پساب‌های شیمیایی استفاده می‌شوند. علاوه بر این فوتوکاتالیست ها در
یکی از کاربردهای این مواد سطوح خود تمیزکننده اعم از شیشه، کاشی و سطوح دیوار است معرض نور ماورای بنفش میتوانند باکتری‌ها و ویروس‌ها را از بین ببرند. خواص خود تمیزکنندگی، ضد باکتری و تجزیه آلاینده‌ها محدوده وسیعی از کاربردها برای این مواد ایجاد کرده است که شرکت‌های مختلف درحال‌توسعه آنها و بازارسازی برای آنها می‌باشند. استفاده از نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم باعث می‌شود که سطح فعال در واکنش افزایش‌یافته و کارایی افزایش یابد. از سویی طبق قوانین نور و اپتیک، هر چه ذرات ریزتر باشند، طول‌موج‌های کوتاه‌تر را بیشتر جذب می‌کنند؛ بنابراین نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم انرژی UV را بیشتر از ذراتی با اندازه معمولی جذب می‌کنند؛ لذا بازدهی تخریب نوری افزایش چشمگیری خواهد داشت. به همین دلیل از نانوذرات دیاکسید تیتانیوم در ساخت پوشش‌های تصفیه‌کننده هوا استفاده می‌شود. محصول واکنش پس از بارش باران و یا شستشو با آب از سطح زدوده می‌شود.
بشر 80 درصد از زندگی خود را در محیطی بسته مثل ساختمان‌ها می‌گذراند. لذا، حذف آلاینده‌های موجود در هوای داخل (Indoor Air) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در قدیم، این کار توسط جاذب‌ها یا دستگاه‌های تهویه مطبوع انجام می‌شد که در آن روشها، آلاینده از فازی به فاز دیگر می‌رفت؛ اما حال، این کار توسط جاذب دیاکسید تیتانیوم (TiO2) انجام می‌شود که آلاینده حذف‌شده و به CO2 و H2O تبدیل می‌شود. درنهایت، با استفاده از جاذب TiO2، روشهای گوناگون حذف آلاینده‌های هوا را در راکتورهای متفاوت در طی فرآیند فتوکاتالیستی وجود دارد.
بشر 80 درصد از زندگی خود را در محیطی بسته مثل ساختمان‌ها می‌گذراند. لذا، حذف آلاینده‌های موجود در هوای داخل (Indoor Air) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در قدیم، این کار توسط جاذب‌ها یا دستگاه‌های تهویه مطبوع انجام می‌شد که در آن روشها، آلاینده از فازی به فاز دیگر می‌رفت؛ اما حال، این کار توسط جاذب دیاکسید تیتانیوم (TiO2) انجام می‌شود که آلاینده حذف‌شده و به CO2 و H2O تبدیل می‌شود. درنهایت، با استفاده از جاذب TiO2، روشهای گوناگون حذف آلاینده‌های هوا را در راکتورهای متفاوت در طی فرآیند فتوکاتالیستی وجود دارد.
نانوپوشش‌های هوشمند خود تمیز شونده
عموماً فرایند پاک‌سازی و تمیز کردن نمای ساختمان‌ها، شیشه‌ها و برخی دیگر از اجزای داخلی با صرف هزینه و وقت زیادی همراه است و استفاده از پوششهایی که زمینه‌های تمیز شدن خود به خودی سطوح را فراهم آورند، بسیار مفید است. همچنین این دسته از پوشش‌های تمیز شونده با اهداف ضد مهسازی و پاک‌سازی قابل‌استفاده بر روی سطوح شیشه‌ها و بدنه اتومبیل‌ها هستند. از دو نوع اثر (یکی موسوم به آب‌دوستی و دیگری موسوم به آب‌گریزی) در ساخت پوشش‌های خود تمیزشونده استفاده می‌گردد. خاصیت آب‌گریزی سطوح با تکیه بر ایجاد سطوح زبر نانو ساختار و یا میکرونانوساختار ایجاد می‌شود؛ اما خاصیت آب‌دوستی براساس خاصیت نور- آب‌دوستی نانو ذرات نیمه‌هادی ایجاد می‌گردد.
سطح پوشیده شده از نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم وقتی در معرض تابش UV قرار گیرد، خاصیت فوق آب‌دوستی پیدا می‌کند. در این حالت آب به محض تماس با سطح به صورت یک ورقه روی سطح پخش می‌شود. پس از انجام واکنش‌های اکسایش و یا کاهش، آلودگی‌های آلی، غیرآلی، باکتری‌ها و یا ویروس‌ها تخریب می‌گردند، سپس آب موجود بر روی سطح، مواد حاصل از تخریب را به‌راحتی می‌زداید.
سطح پوشیده شده از نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم وقتی در معرض تابش UV قرار گیرد، خاصیت فوق آب‌دوستی پیدا می‌کند. در این حالت آب به محض تماس با سطح به صورت یک ورقه روی سطح پخش می‌شود. پس از انجام واکنش‌های اکسایش و یا کاهش، آلودگی‌های آلی، غیرآلی، باکتری‌ها و یا ویروس‌ها تخریب می‌گردند، سپس آب موجود بر روی سطح، مواد حاصل از تخریب را به‌راحتی می‌زداید.
نانو پوشش‌های هوشمند زیست فعال
نانو پوشش‌های ضد باکتری که کاربردهای فراوانی در زمینه‌های بهداشتی و پزشکی دارند. از جمله نانو پوشش‌های هوشمندی هستند که از خواص فوتوکاتالیستی نانو ذراتی نظیر TiO2 در ساخت آنها استفاده شده است. رادیکال‌های هیدورکسیلی که درنتیجه جذب امواج UV بر روی سطح نانوذرات TiO2 تولید می‌شوند میتوانند با تخریب غشای سلولی میکروارگانیسم‌ها به ساختار سیتوپلاسم آن آسیب جدی وارد کرده، نهایتاً موجب مرگ و تخریب آن گردند.
تحقیقات ثابت کرده است که گندزدایی با استفاده از نانو ذرات TiO2، سه برابر کلراسیون و 5/1 برابر اوزوناسیون مؤثر واقع می‌شود. مطابق آمار، خسارات اقتصادی ناشی از رسوب کپک و جلبک‌های دریایی بر روی کشتی‌ها و سایر سازه‌های دریایی، میلیاردها دلار در سال برآورد می‌گردد که با کاربرد پوشش‌های نانوساختار ضدخزه می‌توان به رفع این معضل کمک کرد.
ذرات دیاکسید تیتانیوم به عنوان فوتوکاتالیست روی بسیاری از آلاینده‌های محیط‌زیست مؤثر بوده و علاوه بر حذف، آنها را به محصولات سازگار با محیط‌زیست تبدیل می‌کند. این ترکیب ارزان‌قیمت بوده، بازده بالایی داشته و به دلیل وجود امکان بازیافت آن در جهت حذف آلاینده‌ها بسیار کاربرد دارد. بنابراین از دیاکسید تیتانیوم به‌عنوان یک ماده مناسب جهت حذف آلاینده‌های محیطی نظیر مواد آلی سمی و غیرقابل تجزیه، انواع فلزات سنگین از فاضلاب، تصفیه آب‌های آشامیدنی، تخریب باکتری‌ها و ویروس‌ها و تصفیه هوا استفاده می‌شود. همچنین دیاکسید تیتانیوم علاوه بر حذف آلاینده‌ها از آب، در حذف رنگ، طعم، مزه و ترکیبات بودار و مزاحم آب نیز کاربرد دارد.
تحقیقات ثابت کرده است که گندزدایی با استفاده از نانو ذرات TiO2، سه برابر کلراسیون و 5/1 برابر اوزوناسیون مؤثر واقع می‌شود. مطابق آمار، خسارات اقتصادی ناشی از رسوب کپک و جلبک‌های دریایی بر روی کشتی‌ها و سایر سازه‌های دریایی، میلیاردها دلار در سال برآورد می‌گردد که با کاربرد پوشش‌های نانوساختار ضدخزه می‌توان به رفع این معضل کمک کرد.
ذرات دیاکسید تیتانیوم به عنوان فوتوکاتالیست روی بسیاری از آلاینده‌های محیط‌زیست مؤثر بوده و علاوه بر حذف، آنها را به محصولات سازگار با محیط‌زیست تبدیل می‌کند. این ترکیب ارزان‌قیمت بوده، بازده بالایی داشته و به دلیل وجود امکان بازیافت آن در جهت حذف آلاینده‌ها بسیار کاربرد دارد. بنابراین از دیاکسید تیتانیوم به‌عنوان یک ماده مناسب جهت حذف آلاینده‌های محیطی نظیر مواد آلی سمی و غیرقابل تجزیه، انواع فلزات سنگین از فاضلاب، تصفیه آب‌های آشامیدنی، تخریب باکتری‌ها و ویروس‌ها و تصفیه هوا استفاده می‌شود. همچنین دیاکسید تیتانیوم علاوه بر حذف آلاینده‌ها از آب، در حذف رنگ، طعم، مزه و ترکیبات بودار و مزاحم آب نیز کاربرد دارد.
کاربردهای تیتانیوم دیاکسید در صنعت نساجی
امروزه تحقیقات گسترده‌ای در زمینه تکمیل پارچه‌ها و مقاوم نمودن آنها به اشعه ماورای بنفش با استفاده از نانوتکنولوژی صورت گرفته است. تنها یک لایه نازک دیاکسید تیتانیوم بر روی سطح منسوج پنبه‌ای، کافی است تا آن را در برابر اشعه ماوراءبنفش به خوبی محافظت کند. ازآنجایی‌که الیاف سلولزی محتوی رطوبت بالایی دارند میتوانند به‌راحتی الکتریسیته ساکن را دفع نمایند. با توجه به این امر تحقیقات نانوفناوری در زمینه بهبود خصوصیت آنتی استاتیکی منسوجات متمرکز شده است. نانو ذرات تیتانیوم دیاکسید به‌واسطه قابلیت هدایت الکتریکی به الیاف مصنوعی خاصیت آنتی استاتیک می‌بخشند.
برای مقابله با محدودیت‌های موجود در استفاده از رزین‌ها، برخی از محققین با استفاده از نانو ذرات تیتانیوم دیاکسید و با ذرات نانو سیلیکا ابریشم و سلولز را در برابر چروک مقاوم نمودند.
برای مقابله با محدودیت‌های موجود در استفاده از رزین‌ها، برخی از محققین با استفاده از نانو ذرات تیتانیوم دیاکسید و با ذرات نانو سیلیکا ابریشم و سلولز را در برابر چروک مقاوم نمودند.
دیگر کاربردهای نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
1- در کرم‌های ضد آفتاب برای محافظت از پوست
2- تولید مسواک‌هایی که ما را از استفاده از خمیردندان بی‌نیاز می‌کند و در عوض، در داخل آن، هسته‌ای از جنس دیاکسید تیتانیم وجود دارد که باعث ایجاد نوعی واکنش الکتروشیمیایی می‌شود که در نتیجه آن جرم دندان‌ها از بین می‌رود.
3- در تهیه حسگر اکسیژن که در صنایع خودروسازی استفاده قرار می‌شود. در چند دهه اخیر قوانین سخت‌گیرانه محیط‌زیست برای حذف آلاینده‌ها که در نتیجه احتراق ناقص در اتومبیل‌ها تولید می‌شود باعث استفاده وسیع از مبدل‌های کاتالیستی شده است. استفاده از مبدل‌های کاتالیستی در خودروها مستلزم استفاده از حسگرهای اکسیژن است.
4- در تولید آینه‌های دی‌الکتریک که برای استفاده در لیزرها ارجحیت بیشتری دارند. این آینه‌ها تنها متشکل از یکسری لایه‌های نازک نارسانا که یکی بعد از دیگری قرار می‌گیرند است. برای نمونه ترتیب 15 لایه سلیکا (Sio2 ) و دیاکسید تیتانیم (Tio2) هر یک به ضخامت چند صد نانومتر که روی لایه اصلی شیشه جمع شده‌اند، چنین آینه‌هایی به‌آسانی میتوانند بیش از 99.9% و در مواردی حتی بیش از 99.9999% توان نوری را بازتاب دهند.
از این ماده در تصفیه آب، رنگ‌زدایی، بوزدایی، ساخت سرامیک‌های ویژه، از بین بردن سلول‌های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، تولید رنگ، کاغذسازی، تولید لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش‌های محافظ در مقابل اشعه ماورای بنفش، پوشش دادن سایر مواد و خلاصه هرکجا که نیاز به پوشانندگی و درخشندگی باشد، استفاده می‌شود. همچنین از تیتانیوم دیاکسید در ساخت سلول‌های خورشیدی، وسایل الکترو اپتیکی، ای تی او برای Icd های تصویری، LED ها، در تولید ماورای بنفش و همچنین در لامپهای کم‌مصرف به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.
3- در تهیه حسگر اکسیژن که در صنایع خودروسازی استفاده قرار می‌شود. در چند دهه اخیر قوانین سخت‌گیرانه محیط‌زیست برای حذف آلاینده‌ها که در نتیجه احتراق ناقص در اتومبیل‌ها تولید می‌شود باعث استفاده وسیع از مبدل‌های کاتالیستی شده است. استفاده از مبدل‌های کاتالیستی در خودروها مستلزم استفاده از حسگرهای اکسیژن است.
4- در تولید آینه‌های دی‌الکتریک که برای استفاده در لیزرها ارجحیت بیشتری دارند. این آینه‌ها تنها متشکل از یکسری لایه‌های نازک نارسانا که یکی بعد از دیگری قرار می‌گیرند است. برای نمونه ترتیب 15 لایه سلیکا (Sio2 ) و دیاکسید تیتانیم (Tio2) هر یک به ضخامت چند صد نانومتر که روی لایه اصلی شیشه جمع شده‌اند، چنین آینه‌هایی به‌آسانی میتوانند بیش از 99.9% و در مواردی حتی بیش از 99.9999% توان نوری را بازتاب دهند.
از این ماده در تصفیه آب، رنگ‌زدایی، بوزدایی، ساخت سرامیک‌های ویژه، از بین بردن سلول‌های سرطانی، ساخت فتوکاتالیست ها، تولید رنگ، کاغذسازی، تولید لوازم بهداشتی و آرایشی، تهیه پوشش‌های محافظ در مقابل اشعه ماورای بنفش، پوشش دادن سایر مواد و خلاصه هرکجا که نیاز به پوشانندگی و درخشندگی باشد، استفاده می‌شود. همچنین از تیتانیوم دیاکسید در ساخت سلول‌های خورشیدی، وسایل الکترو اپتیکی، ای تی او برای Icd های تصویری، LED ها، در تولید ماورای بنفش و همچنین در لامپهای کم‌مصرف به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.
منابع:
1. C.N.R.Roa, A.Muller, A.K.Cheetham, The chemistry of nano materials synthesis, properties and aplicotions.vol2.
2. Jun-Bo Han, Sha Ding, Dai-Jian Chen, Zhong-Hua Hao, Qu-Quan Wang, Microstructure and percolation threshold characteristics of reactive sputtered Au–TiO2 granular composite films, Journal of Non-Crystalline Solids 352 (2006) 386–389.
3. محمد الهی، سارا محمدی بیلانکوهی، ساخت فیلم‌های نانوذره TiO2 به روش سل-ژل و بررسی ویژگی‌های الکتریکی و اپتیکی آنها، کنفرانس فیزیک ایران، 1385.
4. میرشکاری سلیمانی، محمد؛ عظیمی راد، روح ا…؛ اخوان، امید؛ مشفق، علیرضا، بررسی اثر مدت‌زمان تابش و تاریکی بر خاصیت آب‌دوستی لایه‌نازک اسپاترینگ Tio2، دومین کنفرانس ملّی خلأ انجمن خلأ ایران.
5. مقدمه‌ای برنانو تکنولوژی، پوول،چارلز و جی. اون،فرانک؛ موسسه انتشارات یزد،1385.
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:26 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
نویسنده:رضیه برجیان
مقدمه
فناوری نانو دارای دامنه استفاده وسیع در صنایع دفاعی- نظامی است و تأثیر عمده‌ای در پیشرفت هر چه بیشتر سامانه-های دفاعی دارد. هوشمندی بیشتر، اندازه و وزن کوچکتر، از مهمترین نتایج کاربردهای فناوری نانو در صنایع دفاعی است. از فناوری نانو می‌توان در ساخت تجهیزات سبک‌تر، سلاح‌های قدرتمندتر، لباس‌ها و ماشین‌های ضدگلوله و... استفاده کرد. برخی از کشورها به ساخت بمب‌های بیولوژیک به کمک فناوری نانو پرداخته‌اند. فناوری نانو می‌تواند به کمک ساخت باتری‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر یا ارائه شیوه‌های تولید مکانیکی الکتریسیته رفاه بیشتری را برای سربازان فراهم آورد. در کشور ما نیز محققان در این عرصه دستاوردهای خوبی داشته‌اند. از نمونه‌های کاربردی فناوری نانو در سامانه‌های دفاعی- امنیتی می‌توان به نانو مواد، نانو پودرها، نانو حسگرهای مولکولی، نانوالکترونیک و MEMS اشاره نمود. در ادامه به برخی از کاربردهای فناوری نانو در ساخت سازه‌های نظامی می‌پردازیم.
کاربرد نانو فناوری در بهبود سازه‌ها
نانوکامپوزیت‌ها
در ساخت سازه‌های دریایی و هوایی می‌توان از فناوری نانو بهره گرفت. استفاده از این فناوری می‌تواند منجر به ساخت سازه‌هایی سبک‌تر و مقاوم‌تر شود. کاهش وزن به معنای کاهش سوخت موردنیاز است. البته استفاده از این فناوری در خودروهای نظامی و تانک‌ها نیز می‌تواند باعث افزایش سرعت و کاهش مصرف سوخت گردد. قابلیت مانور بالا، قدرت اوج‌گیری بیشتر و مداومت پروازی بیشتر از نتایج استفاده از فناوری نانو در ساخت بدنه هواپیماهاست.
نانو کامپوزیت‌ها و نانولوله‌های کربنی در این زمینه میتوانند نقش مؤثری ایفا کنند. استفاده از نانو کامپوزیت‌های پیشرفته در بسیاری از اشیای نظیر بدنه قایق‌ها، چوب‌های گلف و راکت‌های تنیس کاربرد دارد.[1] افزودن نانو ذرات اکسید آلومینیوم به نیکل، موجب می‌شود تا مقاومت کششی آن 5/2 برابر فولاد شود.[2] نانولوله‌های کربنی استحکام بالایی دارند.[3] کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده توسط نانولوله‌های کربنی 50 درصد سبک‌تر و 6 برابر مقاوم‌تر از کامپوزیت‌های فیبرکربنی کنونی خواهد بود.[4] استفاده از فلزات به دلیل هزینه‌های بالا، وزن زیاد و خوردگی در برابر شرایط جوی مقرون‌به‌صرفه نیستند. استفاده از نانو کامپوزیت‌ها باعث افزایش عمر مفید قطعه‌ها می‌گردد.[5] نانو سرامیک‌ها با داشتن استحکام فوق‌العاده، وزن سبک، مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی و دوام در شرایط دمایی بسیار متغیر، گزینه بسیار مناسبی برای سازه‌های عظیم دریایی به‌خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زیردریایی‌ها هستند.
افزایش استحکام یکی از دغدغه‌های جدی طراحان صنایع نظامی است. استحکام بیشتر به معنای آسیب‌پذیری کمتر در مقابله اصابت گلوله است. برخی محققان سعی کرده‌اند با الهام گرفتن از تارهای عنکبوت که استحکام کششی بالایی دارند پوشش‌های ضدگلوله تهیه کنند.[6]
از نانو کامپوزیت‌ها در ساخت تجهیزات داخلی هواپیماها و سازه‌های هوایی، مانند صندلی‌ها، کف‌پوش‌ها و... نیز می‌توان استفاده کرد. استفاده از نانو کامپوزیت‌ها هم می‌تواند باعث سبک‌تر شدن شود و هم اشتعال‌پذیری تجهیزات داخلی با استفاده از نانو مواد، کاهش می‌یابد. از نانولوله‌های کربنی در ساخت پهبادها و کوادکوپترها نیز استفاده شده است.
افزایش استحکام یکی از دغدغه‌های جدی طراحان صنایع نظامی است. استحکام بیشتر به معنای آسیب‌پذیری کمتر در مقابله اصابت گلوله است.
در مورد روغن و روان کننده‌ها، نانو ذرات میتوانند اثرات قابل‌توجهی داشته باشند، به‌گونه‌ای که با کوچک شدن ابعاد ذرات، روغن‌کاری بهتری صورت گرفته و با داشتن خواصی چون آب‌گریزی، از آسیب رسیدن به قطعات متحرک جلوگیری کنند. استفاده از نانو ذرات در روان‌کننده‌ها باعث کاهش هفت برابری اصطکاک و فرسودگی قطعات نسبت به روان‌سازهای تجاری می‌شود. به‌ویژه اینکه در بارگذاری‌های زیاد، آنها با افزایش بازدهی استاندارد روغن، نیاز به روغن‌کاری را کاهش می‌دهند که باعث ذخیره انرژی، کاهش هزینه‌های جاری، نگهداری داخلی ارزان‌تر، دقت بیشتر ماشین‌های بخش‌های مختلف و حفظ محیط‌زیست می‌شود. همچنین به دلیل کم کردن اصطکاک، با کاهش صدا، ارتعاش و گرما مواجه هستیم.
نانو کامپوزیت‌ها و نانولوله‌های کربنی در این زمینه میتوانند نقش مؤثری ایفا کنند. استفاده از نانو کامپوزیت‌های پیشرفته در بسیاری از اشیای نظیر بدنه قایق‌ها، چوب‌های گلف و راکت‌های تنیس کاربرد دارد.[1] افزودن نانو ذرات اکسید آلومینیوم به نیکل، موجب می‌شود تا مقاومت کششی آن 5/2 برابر فولاد شود.[2] نانولوله‌های کربنی استحکام بالایی دارند.[3] کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده توسط نانولوله‌های کربنی 50 درصد سبک‌تر و 6 برابر مقاوم‌تر از کامپوزیت‌های فیبرکربنی کنونی خواهد بود.[4] استفاده از فلزات به دلیل هزینه‌های بالا، وزن زیاد و خوردگی در برابر شرایط جوی مقرون‌به‌صرفه نیستند. استفاده از نانو کامپوزیت‌ها باعث افزایش عمر مفید قطعه‌ها می‌گردد.[5] نانو سرامیک‌ها با داشتن استحکام فوق‌العاده، وزن سبک، مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی و دوام در شرایط دمایی بسیار متغیر، گزینه بسیار مناسبی برای سازه‌های عظیم دریایی به‌خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زیردریایی‌ها هستند.
افزایش استحکام یکی از دغدغه‌های جدی طراحان صنایع نظامی است. استحکام بیشتر به معنای آسیب‌پذیری کمتر در مقابله اصابت گلوله است. برخی محققان سعی کرده‌اند با الهام گرفتن از تارهای عنکبوت که استحکام کششی بالایی دارند پوشش‌های ضدگلوله تهیه کنند.[6]
از نانو کامپوزیت‌ها در ساخت تجهیزات داخلی هواپیماها و سازه‌های هوایی، مانند صندلی‌ها، کف‌پوش‌ها و... نیز می‌توان استفاده کرد. استفاده از نانو کامپوزیت‌ها هم می‌تواند باعث سبک‌تر شدن شود و هم اشتعال‌پذیری تجهیزات داخلی با استفاده از نانو مواد، کاهش می‌یابد. از نانولوله‌های کربنی در ساخت پهبادها و کوادکوپترها نیز استفاده شده است.
افزایش استحکام یکی از دغدغه‌های جدی طراحان صنایع نظامی است. استحکام بیشتر به معنای آسیب‌پذیری کمتر در مقابله اصابت گلوله است.
در مورد روغن و روان کننده‌ها، نانو ذرات میتوانند اثرات قابل‌توجهی داشته باشند، به‌گونه‌ای که با کوچک شدن ابعاد ذرات، روغن‌کاری بهتری صورت گرفته و با داشتن خواصی چون آب‌گریزی، از آسیب رسیدن به قطعات متحرک جلوگیری کنند. استفاده از نانو ذرات در روان‌کننده‌ها باعث کاهش هفت برابری اصطکاک و فرسودگی قطعات نسبت به روان‌سازهای تجاری می‌شود. به‌ویژه اینکه در بارگذاری‌های زیاد، آنها با افزایش بازدهی استاندارد روغن، نیاز به روغن‌کاری را کاهش می‌دهند که باعث ذخیره انرژی، کاهش هزینه‌های جاری، نگهداری داخلی ارزان‌تر، دقت بیشتر ماشین‌های بخش‌های مختلف و حفظ محیط‌زیست می‌شود. همچنین به دلیل کم کردن اصطکاک، با کاهش صدا، ارتعاش و گرما مواجه هستیم.
ارتباط‌دهنده‌ها
ارتباط‌دهنده‌ها در سازه‌های هوایی، به دلیل تعداد قابل‌توجه آنها، از اهمیت زیادی برخوردار هستند. استفاده از نانو کامپوزیت‌ها به‌عنوان اتصالات، می‌تواند کاهش محسوسی در وزن سازه ایجاد نماید. البته در آینده بلندمدت احتمالاً با چندمنظوره شدن بسیاری از قطعات و سامانه‌ها این قطعات احتمالاً دیگر کاربرد خود را از دست می‌دهند. به‌طور مثال از بدنه برای انتقال مواد و جریان الکتریسیته استفاده شود که در این صورت دیگر نیازی به قطعاتی مثل سیم، کابل و لوله نخواهد بود.[7]
نانو فایبرگلاس
برای تولید فایبرگلاس الیاف شیشه به‌صورت تارهای نازک و تحت شرایط خاصی تولیدشده، به طرق متفاوتی به‌هم‌بافته می‌شوند. رایج‌ترین نوع آنها الیاف بافته‌شده به‌صورت حصیری و الیاف سوزنی است. فناوری نانو با اعمال آرایش تاروپودی بین ملکوت‌ها، نانو فایبرگلاس‌های بسیار محکم و سبکی ایجاد می‌کند که نسبت به انواع امروزی برتری بسیاری دارند.[8] محققان ایرانی صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده با پارچههای شیشهای سه‌بعدی را تولید کرده‌اند. صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده با پارچههای شیشهای سه‌بعدی با داشتن خواصی همچون نسبت بالای استحکام به وزن، مقاومت در مقابل خوردگی و پوسیدگی، سهولت شکل‌دهی و ضربه‌پذیری بالا در صنایع نظامی، ساختمانی، شناورها و زیرسطحی‌ها و همچنین ساخت هواپیماهای رادار گریز کاربرد دارد.[9]
محققان ایرانی صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده با پارچههای شیشهای سه‌بعدی را تولید کرده‌اند.
محققان ایرانی صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده با پارچههای شیشهای سه‌بعدی را تولید کرده‌اند.
نانو روکش‌ها
نانو پوششها کاربردهای متنوعی دارند. محققان یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان برای اولین بار در کشور موفق به ایجاد پوشش 10 لایه تشکیل‌شده از لایه‌های کریستالی TiN و TiCN و لایه‌های نانو کامپوزیت TiAlCrSiN و TiAlCrSiCN به روش PVD-Cathodic Arc Evaporation شدند. این پوشش کاربرد وسیعی در کنترل سایش قطعات صنعتی اعم از انواع ابزار برشی، انواع قالب‌های گرم کار و سرد کار و دیگر قطعات صنعتی که تحت سایش شدید قرار دارند، دارد. این پوشش منحصربه‌فرد به‌گونه‌ای طراحی‌شده تا برخلاف سایر ترکیب‌ها به‌طور هم‌زمان برای قطعات سرد کار و گرم کار ایده‌آل باشد. در حال حاضر این شرکت دانش‌بنیان موفق به ارائه صنعتی این پوشش به صنایعی همچون نفت و گاز و پتروشیمی، نظامی، انرژی هسته‌ای و خودرو شده است.[10]
نانوفیلتراسیون
از نانوفیلترها می‌توان در جذب و اکسید کردن ذرات بسیار ریز استفاده کرد. نانو ذرات دیاکسید تیتانیوم که کاتالیزورگرهایی قوی هستند برای این منظور به کار می‌روند. در پوشش زیردریایی‌ها از نانوفیلترها برای حذف آلودگی‌های آلی استفاده می‌شود.[11]
رنگ‌های دریایی
خوردگی بسیار زیاد محیط دریا به‌خصوص دریاهای آب‌شور مانند خلیج‌فارس، از معضلات اساسی نگهداری سکوهای دریایی و کشتی‌هاست. رنگ‌آمیزی سکوها و کشتی‌ها می‌تواند مانع خوردگی سطح آنها شود؛ اما باید به‌طور متوسط، هر سه سال یک‌بار بدنه سکوها و کشتی‌ها رنگ‌آمیزی شود. فناوری نانو رنگ‌های جدید بسیار مقاوم در برابر خوردگی و اثرات محیط ارائه می‌نماید.[12]
قطعات گردنده
یکی از مهمترین بخش‌های سازه‌های هوایی، قطعات گردنده آنها هست که عواملی مانند خستگی، سایش، دما و غیره مهمترین عوامل، در انتخاب مواد موردنیاز در این قطعات می‌باشند. نانو پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت، سایش و خوردگی راه‌حلی برای این معضل هستند. استفاده از نانو مواد خودترمیم شونده می‌تواند کارایی و عمر این قطعات را افزایش دهد.[13]
پوششهایی برای تعمیر
از روکش‌هایی از جنس نانو اکسیدهای فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا زنگ‌زده می‌توان بهره برد. استفاده از نانو اکسیدهای فلزی در تعمیر قطعات می‌تواند باعث افزایش استحکام این قطعات و همین‌طور کاهش هزینه تعمیر گردد.
پی نوشت
[1] http://rasekhoon.net/article/show/1398258
[2] بنی طبای کوپایی، مقاله فناوری نانو در عرصه دفاعی و امنیتی، ص 5.
[3] مقدمه ای برنانو تکنولوژی، ص183.
[4] http://www.nanozahed.blogfa.com
[5] بنی طبای کوپایی، مقاله فناوری نانو در عرصه دفاعی و امنیتی،ص5
[6] www.nano.ir
[7] http://www.nanozahed.blogfa.com
[8] بنی طبای کوپایی، مقاله فناوری نانو در عرصه دفاعی و امنیتی،ص6.
[9] http://iranetavana.ir/?p=1449
[10] http://iranetavana.ir/?p=1345
[11] http://hupaa.com
[12] http://hupaa.com
[13] http://www.nanozahed.blogfa.com
منابع
بنی طبای کوپایی، سیدحسین و جوادصفری و شیوا دهقان خلیلی، مقاله فناوری نانو در عرصه دفاعی و امنیتی، فضای نانو، شماره نوزدهم،.
مقدمه ای برنانو تکنولوژی، پوول،چارلز و جی. اون،فرانک؛ موسسه انتشارات یزد،1385.
http://www.nanozahed.blogfa.com
www.nano.ir
http://hupaa.com
http://iranetavana.ir
http://rasekhoon.net
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:25 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
.jpg)
نویسنده رضیه برجیان
مقدمه
در سال‌های اخیر نانوفناوری به یکی از مهمترین و مهیج‌ترین حوزه‌های روبه‌پیشرفت در فیزیک، شیمی، علوم مهندسی و زیست‌شناسی تبدیل شده است.[1] نانوفناوری فرصتی برای طراحی در ابعاد نانو است. ورود به‌موقع این فناوری به کشور و حمایت‌های هدفمند باعث شده کشور بتواند در عرصه تولید علم در این زمینه میان کشورهای جهان رتبه خوبی داشته باشد.[2] گرچه تمرکز بر توسعه صنعتی نانو در کشور موردنیاز است. خوشبختانه ما شاهد استفاده از فناوری نانو در صنایع دفاعی – امنیتی کشورمان هستیم.
در مقاله قبل به تأثیر این فنّاوری بر افزایش کیفیت سازه‌های نظامی- دفاعی پرداختیم و در این مقاله به تأثیر نانو فناوری بر ابزارهای دفاعی – امنیتی خواهیم پرداخت.
در مقاله قبل به تأثیر این فنّاوری بر افزایش کیفیت سازه‌های نظامی- دفاعی پرداختیم و در این مقاله به تأثیر نانو فناوری بر ابزارهای دفاعی – امنیتی خواهیم پرداخت.
نانو الکترونیک
نانوالکترونیک یک فناوری متحول کننده است. باتوجه به آنکه بردهای الکترونیکی،دیویدها و ترانزیستورها در ابعاد میکرو تولید می شوند، تغییراتی در سطح نانو می تواند در بهبود یا ثبات خصوصیات انها نقش بسزایی ایفا کند. همچنین ورود نانوفناوری در این عرصه سهل تر است و نیاز به تحول روش جدی ندارد.
فواید بهبود عملکرد بردهای الکترونیکی
واقعیت مجازی پیچیده‌تر متکی بر نانوالکترونیک، می‌تواند در شبیه‌سازی عینی بسیاری از رخدادها استفاده شود و سامانه‌های مدیریتی و آموزشی کارکنان را ارتقا دهد. قوی‌تر بودن تراشه‌های الکترونیکی، بیانگر دقت ناوبری، هواپیما و موشک‌هاست. کافی است تصور کنید یک ابررایانه را درون یک موشک قرار داده‌ایم. توانایی تحلیل و انتقال داده بالا، موجب می‌شود سنجش از راه دور که در شناسایی عملیات نظامی دخیل است، بیشتر مفید باشد و اطلاعات بیشتری را بتوان از آن استخراج کرد؛ مثل ردگیری یک پایگاه زیرزمینی یا حرکات دشمن در پس مه و گردوغبار. سامانه‌های هوشمندتر میتوانند قابلیت مأموریت‌های بدون سرنشین را توسعه دهند.
اگرچه کوچک‌سازی سامانه‌های الکترونیکی جاری، کاهش وزن چندانی را دربرندارد، توسعه سامانه‌های هوشمند نیازهای محاسباتی بسیار بزرگتری را ممکن می‌سازد. در اینجاست که کوچک‌سازی نقش اصلی خود را در کاهش وزن نشان خواهد داد.
اگرچه کوچک‌سازی سامانه‌های الکترونیکی جاری، کاهش وزن چندانی را دربرندارد، توسعه سامانه‌های هوشمند نیازهای محاسباتی بسیار بزرگتری را ممکن می‌سازد. در اینجاست که کوچک‌سازی نقش اصلی خود را در کاهش وزن نشان خواهد داد.
MEMS
این سامانه، بیانگر سامانه‌های مکانیکی- الکترونیکی در ابعاد نانومتر است. این سامانه‌ها نوعی فناوری ویژه‌اند که کاری مشابه حسگرها دارند. این تراشه‌های کوچک به‌صورت بازوهایی کوچک یا مانند چشم هستند که عمل مخابره کردن پیام‌های محیطی مثل گرما، فشار، سرعت و ... را بر عهده‌دارند. از مزایای این سامانه کوچکی آن است که می‌شود در همه‌جا آن را استفاده کرد. ارزان بودن و مصرف انرژی کم و سادگی در تعمیر از دیگر خصوصیات این سامانه است. از این سامانه‌ها می‌توان در موشک‌ها جهت هدایت بهتر و همچنین در خمپاره‌اندازها برای حذف سامانه‌های مکانیکی از آن سود جست. برخی از شرکت‌های خارجی در پی جایگزینی سامانه‌های NEMS به‌جای مین‌های ضدنفر هستند. این سامانه شامل مجموعه‌ای از حسگرهای سنجش از راه نزدیک و دور است و می‌تواند به کامپیوتر دستی فردی در چند کیلومتر دورتر هشدار دهد که شخصی در حال نفوذ است.[3]
محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران و دانشگاه پیام نور تهران با پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور طی یک طرح پژوهشی به فرمول آزمایشگاهی ساخت نانو کامپوزیت‌های جاذب رادار بر پایه پلیمرهای رسانا در محدوده‌های فرکانسی متنوع دست یافتند.
مهندسی در ابعاد میکرو و نانو و ترکیب این دو با هم در آینده باعث تولید محصولاتی خواهد شد که هم‌اکنون با عناوین NEMS و MEMS می‌شناسیم و این محصولات باعث تغییراتی فوق‌العاده در سامانه‌های کنونی خواهند شد؛ البته این مهندسی نیازمند توسعه علوم خاص خود هست. به‌طور مثال فیزیک در ابعاد نانو و میکرو متفاوت از فیزیک مورداستفاده برای محاسبات مهندسی فعلی هست. می‌توان قطعات بسیار دقیق توسط این ابزارها ساخت. تولید یک فیلتر نانویی توسط مجموعه‌ای از نانو روبات‌ها در زمانی کوتاه می‌تواند یک نمونه باشد. این مجموعه همانند یک کارخانه بسیار کوچک محصولات موردنیاز آینده را میتوانند، تولید نمایند. تولید ماهیچه‌های مصنوعی قابل‌استفاده در یک پرنده فوق‌العاده کوچک شناسایی می‌تواند نمونه‌ای دیگر باشد؛ شبیه همان چیزی که در طبیعت دیده می‌شود. تولید سامانه‌های جدید توسط این فناوری، امور پزشکی را نیز متحول خواهد نمود. قطعات الکترومکانیکی جدید وزن بسیار کمی داشته و انرژی کمی را هم مصرف خواهند نمود؛ بنابراین یکی دیگر از کاربردهای این قطعات که در میان‌مدت محقق خواهد شد، استفاده از این قطعات روی بال وسایل پرنده خواهد بود. جریان بر روی بال هواپیماها و بالگردها غیر از ایجاد نیروی برآ باعث نیروی پسا هم هست می‌توان با استفاده از تعدادی از قطعات الکترومکانیکی ابتدا با استفاده از نانوحسگرها مشخصات جریان روی بال را تعیین کرد. و سپس تغییرات متناسب را در لایه‌مرزی روی بال‌ها ایجاد نمود تا نیروی پسا به حداقل مقدار ممکن کاهش یابد سامانه‌های پیچیده‌تری مانند Optical البته علاوه بر سامانه‌های الکترومکانیکی در ابعاد میکرو و نانو، با استفاده از اجزای نوری و نانو سامانه‌های الکترومکانیکی( MOEMS ) حاصل می‌شوند که می‌توان آنها را، میکرو سیستم‌های الکترومکانیکی نوری نام گذارد. با استفاده از این قطعات می‌توان، ماهواره‌ها و وسایل پرنده بدون سرنشین در ابعاد میکرو حتی نانو تولید کرد. این محصولات علاوه بر قطعات الکترونیکی و مکانیکی از قطعات نوری نیز برای شناسایی اطراف استفاده می‌نمایند. به‌تدریج در سال‌های آینده استفاده از چنین سامانه‌هایی در هوافضا رواج خواهد یافت؛ اما تولید محصولات ذکر. شده در بلندمدت قابل تحقق خواهد بود.
محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران و دانشگاه پیام نور تهران با پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور طی یک طرح پژوهشی به فرمول آزمایشگاهی ساخت نانو کامپوزیت‌های جاذب رادار بر پایه پلیمرهای رسانا در محدوده‌های فرکانسی متنوع دست یافتند.
مهندسی در ابعاد میکرو و نانو و ترکیب این دو با هم در آینده باعث تولید محصولاتی خواهد شد که هم‌اکنون با عناوین NEMS و MEMS می‌شناسیم و این محصولات باعث تغییراتی فوق‌العاده در سامانه‌های کنونی خواهند شد؛ البته این مهندسی نیازمند توسعه علوم خاص خود هست. به‌طور مثال فیزیک در ابعاد نانو و میکرو متفاوت از فیزیک مورداستفاده برای محاسبات مهندسی فعلی هست. می‌توان قطعات بسیار دقیق توسط این ابزارها ساخت. تولید یک فیلتر نانویی توسط مجموعه‌ای از نانو روبات‌ها در زمانی کوتاه می‌تواند یک نمونه باشد. این مجموعه همانند یک کارخانه بسیار کوچک محصولات موردنیاز آینده را میتوانند، تولید نمایند. تولید ماهیچه‌های مصنوعی قابل‌استفاده در یک پرنده فوق‌العاده کوچک شناسایی می‌تواند نمونه‌ای دیگر باشد؛ شبیه همان چیزی که در طبیعت دیده می‌شود. تولید سامانه‌های جدید توسط این فناوری، امور پزشکی را نیز متحول خواهد نمود. قطعات الکترومکانیکی جدید وزن بسیار کمی داشته و انرژی کمی را هم مصرف خواهند نمود؛ بنابراین یکی دیگر از کاربردهای این قطعات که در میان‌مدت محقق خواهد شد، استفاده از این قطعات روی بال وسایل پرنده خواهد بود. جریان بر روی بال هواپیماها و بالگردها غیر از ایجاد نیروی برآ باعث نیروی پسا هم هست می‌توان با استفاده از تعدادی از قطعات الکترومکانیکی ابتدا با استفاده از نانوحسگرها مشخصات جریان روی بال را تعیین کرد. و سپس تغییرات متناسب را در لایه‌مرزی روی بال‌ها ایجاد نمود تا نیروی پسا به حداقل مقدار ممکن کاهش یابد سامانه‌های پیچیده‌تری مانند Optical البته علاوه بر سامانه‌های الکترومکانیکی در ابعاد میکرو و نانو، با استفاده از اجزای نوری و نانو سامانه‌های الکترومکانیکی( MOEMS ) حاصل می‌شوند که می‌توان آنها را، میکرو سیستم‌های الکترومکانیکی نوری نام گذارد. با استفاده از این قطعات می‌توان، ماهواره‌ها و وسایل پرنده بدون سرنشین در ابعاد میکرو حتی نانو تولید کرد. این محصولات علاوه بر قطعات الکترونیکی و مکانیکی از قطعات نوری نیز برای شناسایی اطراف استفاده می‌نمایند. به‌تدریج در سال‌های آینده استفاده از چنین سامانه‌هایی در هوافضا رواج خواهد یافت؛ اما تولید محصولات ذکر. شده در بلندمدت قابل تحقق خواهد بود.
موشک‌ها و هواپیماهای رادارگریز
امروزه یکی از مهمترین دغدغه ها در صنایع نظامی تولید موشک و هواپیما و بالگردهای رادارگریز است. برای حصول این نتیجه از روشهای متفاوتی استفاده می کنند. یکی از این روشها استفاده از پوشش های جاذب است.
محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران و دانشگاه پیام نور تهران با پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور طی یک طرح پژوهشی به فرمول آزمایشگاهی ساخت نانو کامپوزیت‌های جاذب رادار بر پایه پلیمرهای رسانا در محدوده‌های فرکانسی متنوع دست یافتند. در مهندسی هواـ فضا، پیشرفت مواد جاذب میکروموج در گستره وسیع طیف الکترومغناطیس بخش عظیمی از فنّاوری امنیتی را شامل می‌شود که جهت کاهش رادار بازتابی از سطح هواپیما استفاده می‌شود. مواد نانو به دلیل خواص بی‌نظیر الکتریکی و مکانیکی گزینه‌های مناسبی برای جاذبه‌ای امواج الکترومغناطیسی هستند و کامپوزیت‌های بر پایه مواد نانو میتوانند کم‌وزن، ارزان و راحت سنتز شوند. در این پروژه سنتز نانو ذرات فریت کبالت روی و فریت نیکل روی و کامپوزیت‌های آنها در زمینه پلی آنیلین با درصدهای مختلف بررسی شد و کامپوزیت‌های فوق در ماتریس اپوکسی در درصد وزنی 01 درصد پخش و در قالب مناسب تولید شدند.[4]
محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران و دانشگاه پیام نور تهران با پشتیبانی صندوق حمایت از پژوهشگران و فناوران کشور طی یک طرح پژوهشی به فرمول آزمایشگاهی ساخت نانو کامپوزیت‌های جاذب رادار بر پایه پلیمرهای رسانا در محدوده‌های فرکانسی متنوع دست یافتند. در مهندسی هواـ فضا، پیشرفت مواد جاذب میکروموج در گستره وسیع طیف الکترومغناطیس بخش عظیمی از فنّاوری امنیتی را شامل می‌شود که جهت کاهش رادار بازتابی از سطح هواپیما استفاده می‌شود. مواد نانو به دلیل خواص بی‌نظیر الکتریکی و مکانیکی گزینه‌های مناسبی برای جاذبه‌ای امواج الکترومغناطیسی هستند و کامپوزیت‌های بر پایه مواد نانو میتوانند کم‌وزن، ارزان و راحت سنتز شوند. در این پروژه سنتز نانو ذرات فریت کبالت روی و فریت نیکل روی و کامپوزیت‌های آنها در زمینه پلی آنیلین با درصدهای مختلف بررسی شد و کامپوزیت‌های فوق در ماتریس اپوکسی در درصد وزنی 01 درصد پخش و در قالب مناسب تولید شدند.[4]
پی نوشت
[1] مقدمه‌ای بر نانوتکنولوژی، ص3.
[2] Nano .ir
[3] بنی طبای کوپایی، مقاله فناوری نانو در عرصه دفاعی و امنیتی، ص 3،6-7.
[4] http://iranetavana.ir/?p=7429
منابع
1- بنی طبای کوپایی، سیدحسین و جوادصفری و شیوا دهقان خلیلی، مقاله فناوری نانو در عرصه دفاعی و امنیتی، فضای نانو، شماره نوزدهم،.
2- مقدمه‌ای بر نانو تکنولوژی، پوول،چارلز و جی. اون،فرانک؛ موسسه انتشارات یزد،1385.
3- www.nano.ir
4- http://iranetavana.ir
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:25 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
