نانو الیاف ها و نانوسیم ها؛ تحولات دنیای نانوتکنولوژی

نانو الیاف ها و نانوسیم ها؛ تحولات دنیای نانوتکنولوژی

نانوالیاف ها و نانوسیم ها     NANOFIBERS AND NANOWIRES

کافه محتوا؛ مجری تولید محتوای تخصصی سایت

 

نانو الیاف ها Nanofibers  
تعریف:

نانوالیاف، اصطلاحی است که به الیاف با قطر کمتر از 500 نانومتر اطلاق می شود. هنگامی که قطر الیاف پلیمری از میکرون به چند صد نانومتر کاهش می یابد، می توانند خواص شگفت انگیزی نظیر نسبت سطح به حجم بسیار بالا ـ انعطاف پذیری مناسب وکارایی بالای مکانیکی به دست آورند.

فایل پاورپوینت این مقاله را برای شرکت در سمینارها می توانید از لینک زیردریافت کنید؛

“این فایل به صورت رایگان قابل دسترسی است.”

 

انواع نانوالیاف:
Carbon nanofibers  (CNF) 1- نانوالیاف کربنی                                            
Polymer nanofibers    2- نانوالیاف پلیمری                                         
Mineral nanofibers3- نانوالیاف معدنی                                             
Nanocomposites fibers4- الیاف نانوکامپوزیتی                                        

 

روش های تولید نانو الیاف :
1- کشش
2- سنتز در قالب
3- جداسازی فاز
4- خود گرد آوری
5- الکتروریسی

 

الکتروریسی چیست؟  Electro spin

تعریف:
الکتروریسی ریسیدن نانوالیاف پلیمری تا قطر چند ده نانومتر به روشی است که بر نیروهای الکترواستاتیکی تکیه دارد. الکتروریسی تنها روشی است که می توان نانوالیاف منفرد و ممتد را با میزان تولید بالا تهیه کرد. در این روش، نانوالیاف پلیمری می توانند مستقیم از محلول پلیمری به نانو الیاف پلیمری تبدیل شوند.

مقالات صنعتی را از اینجا مطالعه کنید…..

 

نانوالیاف پلیمری   Polymer nanofibers

حدود هفتاد گروه تحقیقاتی در جهان درباره تولید و خواص نانوالیاف پلیمری تحقیق کرده اند. حدود 60 درصد از آنها روش الکتروریسی را برای تولید این نانوالیاف به کار می برند. در این روش می توان نانوالیاف پلیمری مثل پلی استیرن را تولید کرد.

در این روش بین قطره ای، از یک محلول پلیمری یا مذاب آن که در نوک یک نازل آویزان است و یک صفحه جمع کننده پتانسیل الکتریکی اعمال می شود.

با بالا رفتن میدان الکتریکی قطره پلیمری شروع به کشیده شدن می کند تا اینکه این نیرو بر نیروی تنش سطحی قطره غلبه کرده و یک جت تقویت شده بسیار نازکی از محلول پلیمری از سطح قطره خارج شده و به سمت فلز جمع کننده سرعت می گیرد.

پس از طی مسیر کوتاهی، دافعه متقابل تقویت های حمل شده در سطح جت آن را خم کرده و جت مسیر عبور خود را به صورت حلقه ای و مارپیچ ادامه می دهد.

به این ترتیب بین نازل و جمع کننده، مسیر زیادی را طی می کند تا نیروهای الکتریکی آن را هزاران بار کشیده و نازک می کند.

در این روش حتی می توان مواد دیگری مثل نانوذرات یا نانولوله ها را برای بهبود برخی از خواص نانوالیاف پلیمری درون نانوالیاف جاسازی کرد.

یکی از مهمترین کاربردهای نانوالیاف استفاده آنها در فیلتراسیون هوا است که در صنایع هوایی کاربرد دارد.

به عنوان مثال می توان نانوالیاف پلیمری را با الیاف شیشه ای مخلوط کرد و نانو وب هایی ساخت که عمل فیلتراسیون هوا را انجام دهد. تا کنون نمونه هایی با طول وعرض 610 میلی متر و قطر 600 نانومتر تولید شده است.

ثبت سفارش تولید محتوای صنعتی در وبسایت کافه محتوا…

 

نانوالیاف کربنی    Carbon nanofibers

عموماً نانو الیاف کربنی به عنوان تقویت کننده های فاز زمینه در نانوکامپوزیت ها استفاده می شوند. این مواد کاربردهای زیادی در صنایع هوا و نظامی دارند. نانو الیاف کربنی عمدتاً بر اساس روش های تولید نانولوله های کربنی تولید می شوند.

با این توضیح که در برخی روش ها نانولوله ها و در برخی روش های دیگر، نانو الیاف کربنی درصد بیشتری از محصول را شامل می شود.

به عنوان مثال در روش های تخلیه قوس الکتریکی و سایش لیزری عمدتاً نانولوله های کربنی تولید می شوند. این در حالی است که در روش CCVD این درصد خیلی کمتر خواهد بود.

(Catalytic Chemical Vapor Deposition (CCVD 

مقالات صنعتی را از اینجا مطالعه کنید…..

نانو الیاف معدنی  Mineral nanofibers

این الیاف با فرآیند سُل ـ ژل و حرارت دهی تولید می شوند. هنگامی که سُل در یک قالب ریخته می شود، ژلی مرطوب شکل می گیرد که این ژل پس از خشک کردن به صورت ذرات سرامیکی متراکم می شوند.

با تنظیم کردن ویسکوزیته سل در یک محدوده مطلوب میتوان الیاف سرامیکی نانومتری به دست آورد. الیاف معدنی به دلیل داشتن نیروهای الکترواستاتیکی، ویروس ها و دیگر ذرات را به خود می چسباند و لذا برای دفع آلودگی به کارمی روند.

 

الیاف نانوکامپوزیتی  Nanocomposites  fibers

امروزه محققین توانستند با استفاده از ذرات گرافیت در الیاف نانومتری، نایلون ـ پودرهای نانومتری فلزی یا اکسید در سلولوز الیاف نانوکامپوزیتی تولید کنند. عمده ترین روش ها برای تولید الیاف نانوکامپوزیتی عبارت است از:

1- مخلوط کردن نانوذرات در محلول پلیمری و پلیمریزاسیون مونومر و تشکیل رسوب به وسیله تبخیر حلال

2- مخلوط کردن نانوذرات در پلیمر و الکتروریسی آن به شکل الیاف

3- جذب نانولوله های کربنی تک دیواره روی الیاف پلیمری

 کاربردهای نانوالیاف

این مواد در زمینه های گسترده و متنوعی کاربرد دارند. از جمله آنها:

1- تولید لباس های محافظ
2- تولید آینه های قابل استفاده در فضا
3- کاربردهای پزشکی مثل لباسهای جراحی و سیستم های انتقال دارو در بدن
4- فیلتراسیون هوا
5- تقویت کننده نانوکامپوزیت ها
6- کاربرد در صنعت نساجی برای تولید پارچه های شفاف و مقاوم  

 

یک کاربرد جالب از نانو الیاف ها

پوشش زخم

نانوالیاف ساخته شده از پلیمرهای سازگار با بدن و با خواص و ساختارهای خالص می توانند برای معالجه زخم وسوختگی به کار روند.

این الیاف می توانند به طور مستقیم بر روی زخم به همراه دارو، الکتروریسی شده تا بافت های آسیب دیده را حمایت و تشویق به بازسازی خود کنند به طوری که پس از آن اثری از جای زخم که در معالجه های معمولی باقی می ماند نباشد.

 

نانو سیم ها Nanowires                

تعریف:
نانوسیم یک ساختار دو بعدی است و چون در این ابعاد اثرات کوانتومی مطرح است آن را سیم های کوانتومی نیز می نامند. در این گروه از مواد، نانوسیمهای نیمه هادی به خاطر خواص گسترده فیزیکی و تنوع پتانسیل الکتریکی جهت استفاده در دستگاه های نانو الکترونیک کاربرد دارد.

انواع نانوسیم ها

1- نانوسیم های فلزی
این نانو ساختارها به خاطر خواصی که دارند نوید بخش کارایی زیاد در قطعات الکترونیکی است.
2- نانوسیم های آلی
این نانوسیم ها از ترکیبات آلی به دست می آیند. ویژگی این سیم ها نظیر رسانایی ـ مقاومت و هدایت گرمایی به ساختار مونومر و طرز آرایش آن بستگی دارد.
3- نانوسیم های نیمه هادی
این نانوسیم ها از روش های تولید نانوسیم ها که در ادامه بحث می کنیم تهیه می شوند. ساختار شیمیایی این ترکیبات باعث خواص جالب توجه می گردد.

روش های تولید نانوسیم ها
1- توسط لیتوگرافی یا چاپ روی یک سطح ( لیتوگرافی نرم )
لیتوگرافی نوری
لیتوگرافی با پرتوالکترونی
لیتوگرافی با پروب روبشی
2- توسط فرآیند رشد شیمیایی در یک محیط گازی یا مایع
3- توسط خودآرایی برای رشد مستقیم یک نانوسیم روی یک سطح ( موازی با سطح )

• فرآیند رشد شیمیایی در یک محیط گازی یا مایع

استفاده از نانوذرات به عنوان کاتالیست این فرآیند رشد شیمیایی را بسیار بهبود می بخشد. در نوعی از این فرآیند از ذرات کاتالیست متصل به سطح برای رشد نانوسیم های دارای یک سر متصل به سطح استفاده می شود ( این نانوسیم ها بر سطح عمود هستند ).

 

• خودآرایی برای رشد مستقیم یک نانوسیم روی یک سطح

این روش آرایه هایی از نانوسیم ها را به طور مستقیم بر روی سطح نشان می دهد که فقط چند نانومتر قطر داشته و 10 نانومتر یا کمتر با هم فاصله دارند. نانوسیم ها با حکاکی شیمیایی، سیم های بزرگتر و یا بمباران یک سیم بزرگتر توسط  ذرات پر انرژی دیگر ( اتم ها یا مولکول ها ) نیز تولید می شوند.

در روش های گوناگونی که برای تولید نانوسیم ها ارائه شده است عنوان روش لیتوگرافی به چشم می خورد.

این روشها به طور کلی بر اساس لیتوگرافی تبخیر اتمی ـ رسوب فیزیکی بخار و یا پاشش اتم فلز بر روی الگویی که به این منظور بر روی زیر لایه پلیمری و یا سیلیسیومی ایجاد شده است انجام می گیرد.

 

دانلود پاورپوینت این مقاله به صورت رایگان از طریق لینک زیر:

 

لیتوگرافی در مقیاس نانو

کلمه لیتوگرافی در اصل به معنای ساخت اشیاء از سنگ است. لیتوگرافی یک تصویر است که از حکاکی یک طرح روی یک سنگ به دست می آید. بدین منظور ابتدا طرح با یک مرکب روی سنگ کشیده میشود و سپس با قرار گرفتن سنگ روی کاغذ و فشار دادن آن طرح روی کاغذ چاپ می شود.

 

 انواع لیتوگرافی

• لیتوگرافی نوری
• لیتوگرافی با پرتو الکترونی
• لیتوگرافی با پروب روبشی

 

لیتوگرافی با پرتو الکترونی

در این روش ابتدا بر روی یک پلیمر سخت شونده به وسیله پرتو الکترونی با انرژی بالا (بیشتر از 29 کیلو ولت) طرح نانوسیم مورد نظر شکل داده می شود. در واقع با این پرتو افکنی پلیمر یونیزه می شود.

سپس با حلال های شیمیایی پلیمر پرتوافکنی شده را حل نموده و طرح لازم را ایجاد می کنند. در نهایت برای تولید نانوسیم فلز مورد نظر با استفاده از تبخیر اتمی یا پاشش اتمی فلز روی سطح نشانده می شود.

مقالات صنعتی را از اینجا مطالعه کنید…..

لیتوگرافی نوری

این روش مشابه روش قبل است ولی به جای پرتوی الکترونی از نور مرئی استفاده می شود. تنها محدودیت این روش با روش قبل محدوده پراش نوری است. طول موجی که در حال حاضر استفاده میشود 248 نانومتر است که می توان با طراحی دقیق ماسک به کمتر از 100 نانومتر هم رسید.

 

معایب لیتوگرافی نوری

• برای لیتوگرافی در مقیاس نانو از نور مرئی نمیتوان استفاده کرد. چون طول موج مرئی حداقل 400 نانومتر است. بنابراین ساختارهای کوچکتر از400 نانومتر را نمی توان با این روش تهیه کرد.
• به دلایل قبل نمی توان از نور مرئی استفاده کرد زیرا نمی توان ساختارهای کوچکتر از طول موج نور را ایجاد نمود. حتی اگر بتوان از نورهای با طول موج کوچکتر استفاده کرد این امر
  می تواند باعث آسیب رساندن به ساختارهای تولیدی با این روش شود. تنها راه حل این مشکل استفاده از لیتوگرافی با پرتو الکترونی است.
• چون از نظر تکنیکی تولید این ساختارها با نور بسیار مشکل است لذا انجام این کار بسیار گران است. ابزارهای لیتوگرافی که برای ساخت عناصری با ابعاد کمتر از 100 نانومتر به کار
  می روند هر کدام از 10 تا 100 میلیون دلار یعنی معادل با 10 تا 100 میلیارد تومان قیمت دارند.

 

لیتوگرافی با پروب روبشی

ازاین روش می توان برای ساخت نانوسیم های زیر 100 نانومتر استفاده کرد. برای انجام این روش می توان از پروب میکروسکوپ های الکترونی AFM و STM استفاده کرد.

AFM: استفاده از پروب دستگاه AFM برای حرکت دادن مولکول ها بر یک سازه روشی است که نانولیتوگرافی نامیده می شود. در این روش یک لایه از آب بر پروب دستگاه AFM تحت شرایط خاص نشانده می شود. توسط این لایه آب مولکول مورد نظر در نقاط تماس نوک پروب دستگاه AFM و فلز لایه قرار داده می شود. به طور مثال زیر لایه برای نانوسیمهای طلا سیلیسیوم می باشد.

STM: با استفاده از STM و بهره گیری از سیلیسیوم هادی با صفحه کریستالی به عنوان زیر لایه می توان نانوسیمهای بسیار نازکی تولید کرد. نوک پروب STM در حد چند میلی ولت تحت اعمال پتانسیل قرار می گیرد و جریان ایجاد شده اتمهای هیدروژن را بیرون می راند و سطح برای نشاندن فلز آماده می شود.

ثبت سفارش تولید محتوای صنعتی در وبسایت کافه محتوا…

 

کاربردهای نانوسیم ها

• ساختن مدارهای الکتریکی در اندازه کوچک
• اجزاء اتصال دهنده نانوسیم های الکترونیکی نوری
• استفاده از نانوسیم ها به عنوان حسگر
• در ساخت غشاهای جداکننده گازها و سیستم های میکرو آنالیز
• تولید سیستمهای میکروالکترومکانیکی ـ سرامیکی
• تولید تجهیزات امواج رادیویی
• قابلیت استفاده نانوسیم فلزی در قطعات مایکروویو

 

آشکارسازی دقیق ژن های سرطانی با استفاده از نانو سیم ها

نانوسیمهایی برای انجام واکنشهای در این روش از میکروالکترودهای استاندارد شیمیایی درون کانال های قطعات میکروسیالاتی ساخته اند.

این کار اجازه می دهد که با وارد کردن مولکول های اولیه یا مونومرها درون کانال های قطعات نانوسیم های میکروسیالاتی و اتصال مونومرها به یکدیگر با انجام یک واکنش الکتروشیمیایی پلیمری رسانا ایجاد می کنند.

این واکنشها در مدت 40 دقیقه کامل میشوند و تغییرات غلظت آمونیوم، PH این الکترودها حساسیت زیادی نسبت به تغییرات دارند.

 

نانوحسگرهای مبتنی بر نانوسیم ها

ابزارهای مبتنی بر نانوسیم ها، دسته ای قوی و عمومی از حسگرهای الکتریکی و بسیار حساس هستند که می توانند گونه های زیستی را به طور مستقیم شناسایی کنند.

نانوسیم ها و نانوبلورها به علت ویژگی های الکتریکی و نوری بی نظیرشان می توانند در حسگری به کار روند. ویژگی کلیدزنی نوری نانوسیم های نیمه رسانا باعث ایجاد نوعی حسگری مستقیم می شود.

برای ثبت سفارش تولید محتوای گردشگری و صنعتی  از این قسمت وارد شوید….

با اشتراک ویژه وبسایت می توانید به مطالب تخصصی در حوزه گردشگری و صنعت دسترسی داشته باشید….

کافه محتوا؛ مجری تولید محتوای تخصصی گردشگری و صنعتی