تحقیق/ فناوری نانو چیست

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 103

فناوری نانو چیست؟

فناوری‌نانو واژه‌ای است کلی که به تمام فناوری‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود. معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود 1nm تا 100nm می‌باشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده‌ای نزدیک می‌توانیم مولکول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم.واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می‌باشد، به کار برد. در سال 1986 این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری‌نانو»بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق‌تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم‌ها ماشین‌های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

تعریف فناوری نانو از منابع مختلف

یک نانومتر یک هزارم میکرون است و اگر بخواهیم احساس فیزیکی نسبت به آن داشته باشیم می‌توان گفت که یک نانومتر 80000/1قطر موی انسان می‌باشد اما این تعریف مقیاس نانو، نمی تواند مقایسه درستی باشد چرا که ضخامت موی انسان با توجه خصوصیات فردی هرانسان از چند ده میکرومتر تا چند صدمیکرومتر متغیر می‌باشد. بنابراین نیاز به یک استاندارد برای بیان مفهوم مقیاس نانو وجود دارد. با ایجاد ارتباط میان اندازه اتم‌ها و مقیاس نانو می‌توان یک نانومتر را راحت‌ترتصورکرد. یک نانومتر برابر قطر 10 اتم هیدروژن و یا 5 اتم سیلسیم می‌باشد. درک این موضوع برای افراد معمولی نیز راحت‌تر می‌باشد. علی‌رغم اینکه درک اندازه یک اتم برای افراد غیرعلمی ساده نمی‌باشد، با اینحال اندازه دقیق اتم برای فهماندن این مقیاس زیاد اهمیت ندارد. چیزی که با این تشابه مشخص می‌شود، این است که نانوفناوری

عبارت است از:دستکاری کوچکترین اجزاء ماده یا اتم‌ها

1. Merriam-Webster's Collegiate Dictionary2. Engines of Creation3. The About.com4. Webopedia's definition of nanotechnology5. Whatisit.com6. NNI)nano.gov)

Merriam-Webster's Collegiate Dictionary definition:nano•tech•nol•o•gyPronunciation: "na-nO-tek-'nä-l&-jEFunction: nounDate: 1987: the art of manipulating materials on an atomic or molecular scale especially to build microscopic devices (as robots).

فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا مولکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روبات‌های میکروسکپی)

Engines of Creation Glossary:Nanotechnology - technology based on the manipulation of individual atoms and molecules to build structures to complex, atomic specifications.

فناری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک‌تک اتم‌ها و مولکول‌ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد.

The About.com definition at the physics portal: Nanotechnology Definition: The development and use of devices that have a size of only a few nanometres. Research has been carried out into very small components, which depend on electronic effects and may involve movement of a countable number of electrons in their action. Such devices would act faster than larger components. Considerable interest has been shown in the production of structures on a molecular level by suitable sequences of chemical reactions. It is also possible to manipulate individual atoms on surfaces using a variant of the atomic force microscope.

تعریف فناوری نانو: توسعه و استفاده از ادوات و قطعاتی که اندازه آنها تنها چند نانومتر است. تحقیق بر روی قطعات و ادوات بسیار کوچک که خواصشان به خواص الکترونیکی این قطعات وابسته است و خواص الکتریکی آنها احتمالاً متأثر از حرکت تعداد معدودی الکترون در طی عملکرد قطعه می‌باشد. این ادوات، سریع‌تر از ادوات بزرگتر عمل می‌کنند. مسأله قابل توجه این است که می‌توان چنین ساختارهای در ابعاد مولکولی را به کمک انتخاب مناسب مراحل واکنش‌های شیمیایی تولید کرد. همچنین می‌توان چنین ساختارهایی را از طریق دستکاری اتم‌ها روی سطح به وسیله میکروسکوپ‌های نیروی اتمی بدست آورد.

Webopedia's definition of nanotechnology A field of science whose goal is to control individual atoms and molecules to create computer chips and other devices that are thousands of times smaller than current technologies permit. Current manufacturing processes use lithography to imprint circuits on semiconductor materials. While lithography has improved dramatically over the last two decades -- to the point where some manufacturing plants can produce circuits smaller than one micron (1,000 nanometers) -- it still deals with aggregates of millions of atoms. It is widely believed that lithography is quickly approaching its physical limits. To continue

تحقیق در مورد هوای پاک بافن آوری نانو 34 ص با فرمت ورد

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 36

مقدمه

افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. امید می رود که با استفاده از کشف منابع جدید روزی برسد که از مصرف سوخت های فسیلی بی نیاز شویم و در هوایی عاری از دی اکسید کربن و انواع آلودگی ها تنفس کنیم.

فناوری نانو از جمله فناوریهایی است که به کمک حل این مسئله آمده است و این امکان را به وجود آورده است تا به سوی ساخت انرژیی ارزان تر و پاکیزه تر از سوخت های فسیلی نزدیک شویم .

هوای پاک با فن اوری نانو

محققان در دانشگاه ملی اوک ریج موفق به ساخت نانوکریستالی شده اند که ما را در داشتن هوایی پاک تر کمک می کنند. نانوکریستال درست مانند یک کاتالیزور عمل می کند، هنگامی که دی اکسید کربن هوا بر روی این نانوکریستال که دارای کادمیوم، سیلینیوم و ایدیوم است می نشیند، یک الکترون به دی اکسید کربن می دهد تا در مجاورت سایر اجزای دود واکنش نشان دهد و بی ضرر شود. اگر فیلترهای متشکل از این نانوکریستال ها را بتوان با قیمت مناسب تری ساخت و آنها را در دودکش ها نصب کرد می توان تا حد زیادی از انتشار و خروج دی اکسید کربن در هوا جلوگیری کرد . ذره معلق مضرر دیگری که دانشمندان امیدوارند تا با استفاده از نانوکریستال بتوانند آنرا خنثی و یا از بین ببرند، بخار جیوه است. تجهیزاتی که با زغال سنگ کار می کنند از مهمترین عوامل تولید بخار جیوه و انتشار آن در هوا هستند. یک روش جلوگیری از انتشار جیوه، استفاده از نانوکریستال های اکسید تیتانیوم است که بخار جیوه را می توانند به اکسید جیوه جامد تبدیل نمایند .اگر تاکنون در ترافیک در مجاورت اگزوز و یا دود اتوبوس و یا یک کامیون قرار گرفته باشید حتما اکسید نیتروژن را استشمام کرده اید. موتورهای دیزلی (گازوئیل سوز) از جمله مهمترین منابع آلوده کننده هوا با اکسیدهای نیتروژن می باشند . شرکت «بیوفرندلی» با کمک آژانس حفاظت محیط زیست و دریافت کمک مالی از ایالت تگزاس، موفق به ساخت نانوکریستالی شده است که با افزودن آن به گازوئیل می تواند از تولید اکسید نیتروژن جلوگیری کند و سبب شود تا سوخت کامل بسوزد . تصور نکنید که صنایع تولید تمیز مانند صنایع تولید تراشه های کامپیوتری به عنوان آلوده کننده های محیط زیست به شمار نمی آیند بلکه برعکس این صنایع به علت استفاده از مواد شیمیایی آلی در فرایندهای تولید منشا تولید بخارات آلی هستند که خود مضرر می باشند. محققان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام در حال بررسی نانوموادی هستند که با استفاده از آن در فیلترها می توانند از انتشار بخارات آلی این دسته از کارخانجات جلوگیری کنند.

شاید در آینده نه چندان دور دیگر چیزی در خصوص میزان آلودگی های هوا در اخبار روزانه نشنویم تا با خیالی آسوده بتوانیم در هوایی پاک تنفس کنیم .

ایجاد باشگاه دانش اموزی نانو فنا وری ستاد ویژه توسعه فناوری‌نانو به منظور ارتقای آشنایی دانش‌آموزان با علوم و فناوری نانو و زمینه‌سازی تحقیق و پژوهش دانش‌آموزی در این حوزه اقدام به تأسیس «باشگاه دانش‌آموزی نانو» کرده است.

باشگاه دانش‌آموزی نانو فناوری سعی دارد در طی یک فرآیند آموزشی، دانش آموزان را از یادگیری مفاهیم اولیه این فناوری تا خلق ایده‌های دانش محور هدایت کند. با این هدف که پس از فارغ‌التحصیلی، آموخته‌ها و پژوهش‌های باشگاه، پایه پژوهش‌های دانشگاهی شود.

از مهم‌ترین اصول مطرح در باشگاه دانش‌آموزی نانو، فراهم‌سازی امکان تجربه کار گروهی است. ترسیم ماهیت بین رشته‌ای علوم و فناوری نانو، مفهومی است که در جریان فعالیت در باشگاه به طور تجربی به دانش‌آموز منتقل می‌شود.

نانو » فناوری امروز زندگی فردا

هفت ـ هشت سال پیش هنگامی که نام نانو فناوری در مراکز دانشگاهی کشور ما بر سر زبانها افتاده بود از دوستی دانشگاهی پرسیدم این فناوری جدید چه کاربردی دارد او نیز که از جزئیات فناوری جدید بی خبر و فقط اسمش را شنیده بود گفت : فکر می کنم به فناوریهایی که در آن « نان » باشد نانو فناوری می گویند!!

او آن روز این مساله را البته به شوخی گفته بود ولی امروز این شوخی رنگ واقعی تر به خود گرفت زیرا فناوری جدید « نانو » برای بسیاری از کشورها به منبعی برای درآمدهای کلان اقتصادی تبدیل شده که هم « نان و هم آب » برای آنها دارد که اکنون مورد غبطه بسیاری دیگر از کشورها شده که در این حوزه علمی پیشرفتی نداشته اند .

انسان ذاتا علاقمند به تعالی و پیشرفت است و این موضوع تازه ای هم نیست با خلقت آدمی این ویژگی در نهادش قرار داده شده که در زمینه های مختلف به کمال فکر کند چرا که مسیر همه امور به سوی پروردگار می رسد که خود کمال مطلق است و ابداعات و اختراعات و پیشرفت های بشر هم در همین مجرا شکل گرفته است .

در این رویکرد 10 تا 20 سال پیش کمتر کسی حتی اسم نانو و نانو فناوری را می شنید چرا که یا هنوز بشر به آن نرسیده بود و یا اگر رسیده بود در پستوهای آزمایشگاههای خاص زمزمه آن مطرح بود. ولی اکنون کمتر کسی است که نداند این فناوری جدید چه افق چشم انداز وسیعی پیش روی بشر باز کرده است و کشورها هم رقابت وحشتناکی را برای در اختیار گرفتن این فناوری در پیش گرفته اند زیرا به درستی فهمیده اند که بزرگراهی به نام نانو فناوری آنها را به توسعه یافتگی قرن آینده در عرصه صنعت پزشکی کشاورزی و حتی بازرگانی و خدمات خواهد رساند .

حال اگر بخواهیم به طور ساده بدانیم نانو فناوری چیست باید بگوئیم که این فناوری فناوری ذرات و مولکولهاست . تاکنون درباره میکرو شنیده ایم که مولکولهای هر ماده ای با میکروسکوپ دیده می شود. اما نانو واحد اندازه گیری قوی تری است که ذرات مولکولی را تا حد بسیار ریزتر می بیند یعنی « هر نانو متر برابر با یک میلیاردیوم متر » است . پس اگر هر 100 سانت یک متر مساحت را در خود جای می دهد یک میلیارد نانو متر می تواند در یک متر مساحت جای بگیرد که بشر با استفاده از این فناوری برای خود نانو پودرها نانوذرات نانورنگ ها نانولوله ها نانوکامپوزیت ها نانوسیم ها نانو حسگرها و نانو ترانزیستورها را ساخته است که کاربردهای گسترده ای در بسیاری از علوم دارد که می تواند استحکام یک نخ نانویی را تا یک میلیارد برابر نخ های معمولی برساند. بشر امروز از این فناوری در تولید لوازم و تجهیزات الکتریکی صنایع فلزی و شیمیایی پزشکی کشاورزی و حتی در موارد بسیار زیادی در بخش هوا و فضا استفاده می برد که ندانستن آن به نوعی بی سوادی دانشمندان یک کشور محسوب شود .

این حساسیت مرا بر آن داشت در اولین نمایشگاه فناوری نانو در دانشگاه تربیت مدرس تهران شرکت کنم و ضمن معرفی بخشی از فعالیت نانو فناوری در کشور ضمن گفت و گو با محققان مخترعان و اساتید این فن و رشته به این پاسخ برسیم که آیا کشور ما خود را به این فناوری مجهز کرده است آیا می توان فواید کاربردی این علم را برای مردم هم قابل لمس و استفاده کرد یا اینکه صرفا در گوشه کتابخانه ها و آزمایشگاهها به کار گرفته خواهد شد حساسیت من از این بابت است که بدانم چرا کشورهای دیگر با کاربردی کردن علوم برای خود مزیت اقتصادی و درآمد مالی ایجاد می کنند اما در کشور ما این درست که به دنبال علم می رویم اما از آن انتظار درآمد مادی نداریم و هزینه های جاری خود را کماکان با فروش نفت تامین می کنیم . اما بقیه کشور با به کارگیری نانو فناوری در الکترونیک تجهیزات ریزی تولید می کنند که ما مجبوریم آن را به قیمت گزاف خریداری نمائیم و... بسیاری موارد که شرح آن به درازا خواهد کشید . غرفه های این نمایشگاه اگرچه به صورت فعالیت های دانشجویی درآمده بود اما سخنان فعالان این بخش در خصوص تحقیقات انجام شده و نتایج به دست آمده بسیار شنیدنی تر است . آریا احمدوند دانشجو و مخترع سه نوع متحول کننده دوام بتن با استفاده از نانو فناوری درباره کاربرد نانو فناوری در استحکام بتن می گوید : در یکی از تحقیقات من با به کارگیری مواد افزودنی نانوسیلیس دوام بتن را افزایش دادم و همزمان با کاهش نفوذپذیری در برابر آب و گاز و مایعات در بتن موفق به ثبت بتن خود تراکم الیافی با مقاومت فوق العاده بالا در برابر زلزله انفجار و ترکش شدم . وی ادامه می دهد : هنگامی که علم نانو فناوری آمد بسیاری از شرکت ها نمی دانستند از این مواد در کدام بخش استفاده کنند و ما تحقیق کردیم که در بتن چگونه می توان از فناوری نانو استفاده کرد که پس از تحقیق به ژنتیک بتن رسیدیم . همانطور که می دانیم هنگامی که در بتن ریزتر می شویم به خمیر سیمان می رسیم . خمیر سیمان از ژل سیلیکات کلسیم نامحلول در آب و هیدروکسید کلسیم (آهک آزاد) محلول در آب تشکیل می شود اولین لایه ترکیبی حاصل از واکنش شیمیایی یا هیدراسیون سیمان با آب یک لایه نیمه تراوا به ضخامت حدودا یک نانو متر است و زیر سیستم مخلوط سنگدانه ها به گونه ای نسبت بندی می شود که بیشترین تراکم را به وجود می آورد و وجود حداقل مقدار سیمان سنگدانه ها را احاطه کرده و چسبندگی مناسبی را ایجاد می کند.

وی ادامه می دهد : یکی از معایب خمیر سیمان شوره زدگی است که به دلیل همان آهک آزاد است آهک آزاد وقتی با سیلیس ترکیب می شود این ترکیب از بین می رود و دوباره به سیلیکات کلسیم تبدیل می شود حال اگر از نانو سیلیس استفاده کنیم باعث کاهش مقدار مصرف آب کاهش نفوذپذیری افزایش دوام و مقاومت ساختار بتن می گردد که استفاده از بتن با نفوذپذیری کم در ساخت سازه های بتنی در محیط های فعال مانند فاضلاب و اسیدها افزایش دوام مقاومت و طول عمر مفید سازه های بتنی را به همراه دارد .

وی ادامه می دهد : در این تحقیق ما متوجه شدیم که ذرات نانو سیلیس به علت زیردانگی با ذرات هیدروکسید کلسیم درون خمیر سیمان واکنش کاملتر و سریعتری انجام می دهد که باعث ایجاد ژلی نانومتر می گردد در حالیکه در حالت قبلی که با میکرو سیلیس ترکیب می شد در حد میکرون بود.آقای احمدوند ادامه می دهد : اینها تنها بخش محدودی از مزایای استفاده از فناوری نانو در زمینه بتن است در عین حالیکه می دانیم در صدها و هزاران مورد می توان با انجام تحقیقات دامنه استفاده از نانو فناوری را افزایش داد که

تحقیق در مورد نانو فیلتراسیون و کاربرد آن در تصفیه آب با فرمت ورد

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

نانو فیلتراسیون و کاربرد آن در تصفیه آب

جمعیت جهان در حال افزایش و منابع آب آشامیدنی رو به کاهش است؛ بنابراین ممکن است جهان در آینده با مشکل کمبود آب مواجه شود. افزایش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگی نیز تشدید می‌شود سبب شده‌است تا تأمین آب بهداشتی به یکی از دغدغه‌های اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. امراض ناشی از آلودگی‌های آب هرروزه هزاران و شاید دهها هزار نفر را می‌کشد.

توانایی بازیافت آب، امکان دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را ایجاد می‌کند. با به کارگیری فناوری‌های الکتریکی و مکانیکی به ‌سادگی می‌‌توان آب آلوده را برای استفاده در کشاورزی و یا حتی برای مصارف خانگی بازیافت نمود. بدین‌ترتیب فیلترنمودن آب با فیلترهای نانومتری، تحولی عظیم در بازیافت و استفاده مجدد از آب‌های صنعتی و کشاورزی ایجاد می‌کند. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می‌توانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و حتی واحدهای کوچک پروتئین را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌های الکتریکی که یون‌ها را به وسیله صفحات ابرخازن جذب می‌کند می‌توان نمک‌ها و مواد سنگین را جذب کرد. بررسی‌ فعالیت‌های مختلف دنیا، شامل برنامه‌های در دست اجرا و برنامه‌های آتی مراکز صنعتی و پژوهشی، نشان می‌دهد که حوزه تصفیه یکی از حوزه‌های کاربرد فناوری‌نانو در صنعت آب است؛ و با بهره‌گیری از آن، هزینه‌های تصفیه آب به میزان زیادی کاهش خواهد یافت.

دو زمینه اصلی در این عرصه عبارتند از:

فیلترهای نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم‌های موجود؛نانوحسگرهای زیستی به منظور تشخیص سریع و کامل آلودگی‌های آب.

در این مقاله به بررسی تعدادی از کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت آب می‌پردازیم.

نانوفیلتراسیون فناوری‌های جدید، امکان تولید آب نانوفیلتر شده را در مقیاس انبوه فراهم می‌کند. آب تصفیه‌شده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آب‌معدنی تصفیه‌شده ارزش دارد. با استفاده از نانوفیلتر، مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر، از آن حذف می‌شود. نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روش‌های اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل بالاتر بودن مقدار آلاینده‌های معدنی و قلیایی نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و بالا بودن قیمت دارای نقایصی هستند.

دانشمندان دانشگاه باناراس (Banaras) روش ساده‌ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولوله‌های کربنی توسعه داده‌اند که قادر به حذف مؤثر آلاینده‌های میکرو‌ و نانومقیاس از آب و نیز حذف هیدروکربن‌های سنگین از نفت خام است. استفاده از نانولوله‌های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در تمیز کردن، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می‌شود. این فیلترها دارای دقت بسیار مناسبی در کاربردهای مختلف هستند، به عنوان مثال قادرند پولیوویروس‌هایی با اندازه 25 نانومتر را به خوبی پاتوژن‌های بزرگ‌تری مانندE. Coil و باکتری‌های استافیلوکوک، از آب حذف نمایند. نانوفیلتراسیون دارای مزایایی مانند قیمت پایین، و کنترل مقدار کاهش آلاینده‌ها در آب تصفیه شده است.

شرکت آرگوناید (argonide) در حال استفاده از نانوفیبرهای اکسید آلومینیوم با اندازه دو نانومتر برای تصفیه آب است. فیلترهایی که از این فیبرها ساخته شده‌اند، می‌توانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و کیست‌‌ها را از بین ببرند.

شیرین سازی آب به وسیله نانوغشاها

غشاء نانو لوله‌ای

محققان آزمایشگاه ملیLawrence Livermore با همکاری دانشگاه برکلی کالیفرنیا غشاهایی با حفره‌هایی از جنس نانولوله‌های کربنی ساخته‌اند که به کمک آن امکان جداسازی ارزان‌تر گاز و مایع فراهم می‌شود. در حال حاضر اغلب غشاهای موجود از جنس مواد پلیمری هستند که برای کاربردهای دما بالا مناسب نیست. استفاده از این نوع غشاها نمی‌تواند توازن قابل قبولی بین ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار نماید، یعنی ورودی بالا منجر به کاهش انتخاب‌پذیری است و بالعکس؛ اما دانشمندان با استفاده از نانولوله‌های کربنی توانسته‌اند این دو امر به ظاهر متضاد را با هم جمع و امکان انتخاب‌پذیری خوب همراه با ورودی بالا را فراهم کنند.

این محققان توانسته‌اند روشی برای ساخت این غشاها بیابند که با سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) هم سازگار باشد. این غشاهای جدید با حفره‌های کوچک‌تر و با تراکم بسیار و امکان عبور

تحقیق در مورد نانو فیلتراسیون و کاربرد آن در تصفیه آب 10 ص با فرمت ورد

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

نانو فیلتراسیون و کاربرد آن در تصفیه آب

جمعیت جهان در حال افزایش و منابع آب آشامیدنی رو به کاهش است؛ بنابراین ممکن است جهان در آینده با مشکل کمبود آب مواجه شود. افزایش مصرف آب و کمبود حاصل از آن که بر اثر آلودگی نیز تشدید می‌شود سبب شده‌است تا تأمین آب بهداشتی به یکی از دغدغه‌های اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. امراض ناشی از آلودگی‌های آب هرروزه هزاران و شاید دهها هزار نفر را می‌کشد.

توانایی بازیافت آب، امکان دسترسی به یک منبع مناسب برای مصارف گوناگون را ایجاد می‌کند. با به کارگیری فناوری‌های الکتریکی و مکانیکی به ‌سادگی می‌‌توان آب آلوده را برای استفاده در کشاورزی و یا حتی برای مصارف خانگی بازیافت نمود. بدین‌ترتیب فیلترنمودن آب با فیلترهای نانومتری، تحولی عظیم در بازیافت و استفاده مجدد از آب‌های صنعتی و کشاورزی ایجاد می‌کند. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می‌توانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و حتی واحدهای کوچک پروتئین را صددرصد غربال کنند. با جداساز‌های الکتریکی که یون‌ها را به وسیله صفحات ابرخازن جذب می‌کند می‌توان نمک‌ها و مواد سنگین را جذب کرد. بررسی‌ فعالیت‌های مختلف دنیا، شامل برنامه‌های در دست اجرا و برنامه‌های آتی مراکز صنعتی و پژوهشی، نشان می‌دهد که حوزه تصفیه یکی از حوزه‌های کاربرد فناوری‌نانو در صنعت آب است؛ و با بهره‌گیری از آن، هزینه‌های تصفیه آب به میزان زیادی کاهش خواهد یافت.

دو زمینه اصلی در این عرصه عبارتند از:

فیلترهای نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم‌های موجود؛نانوحسگرهای زیستی به منظور تشخیص سریع و کامل آلودگی‌های آب.

در این مقاله به بررسی تعدادی از کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت آب می‌پردازیم.

نانوفیلتراسیون فناوری‌های جدید، امکان تولید آب نانوفیلتر شده را در مقیاس انبوه فراهم می‌کند. آب تصفیه‌شده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آب‌معدنی تصفیه‌شده ارزش دارد. با استفاده از نانوفیلتر، مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر، از آن حذف می‌شود. نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روش‌های اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل بالاتر بودن مقدار آلاینده‌های معدنی و قلیایی نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و بالا بودن قیمت دارای نقایصی هستند.

دانشمندان دانشگاه باناراس (Banaras) روش ساده‌ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولوله‌های کربنی توسعه داده‌اند که قادر به حذف مؤثر آلاینده‌های میکرو‌ و نانومقیاس از آب و نیز حذف هیدروکربن‌های سنگین از نفت خام است. استفاده از نانولوله‌های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در تمیز کردن، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می‌شود. این فیلترها دارای دقت بسیار مناسبی در کاربردهای مختلف هستند، به عنوان مثال قادرند پولیوویروس‌هایی با اندازه 25 نانومتر را به خوبی پاتوژن‌های بزرگ‌تری مانندE. Coil و باکتری‌های استافیلوکوک، از آب حذف نمایند. نانوفیلتراسیون دارای مزایایی مانند قیمت پایین، و کنترل مقدار کاهش آلاینده‌ها در آب تصفیه شده است.

شرکت آرگوناید (argonide) در حال استفاده از نانوفیبرهای اکسید آلومینیوم با اندازه دو نانومتر برای تصفیه آب است. فیلترهایی که از این فیبرها ساخته شده‌اند، می‌توانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و کیست‌‌ها را از بین ببرند.

شیرین سازی آب به وسیله نانوغشاها

غشاء نانو لوله‌ای

محققان آزمایشگاه ملیLawrence Livermore با همکاری دانشگاه برکلی کالیفرنیا غشاهایی با حفره‌هایی از جنس نانولوله‌های کربنی ساخته‌اند که به کمک آن امکان جداسازی ارزان‌تر گاز و مایع فراهم می‌شود. در حال حاضر اغلب غشاهای موجود از جنس مواد پلیمری هستند که برای کاربردهای دما بالا مناسب نیست. استفاده از این نوع غشاها نمی‌تواند توازن قابل قبولی بین ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار نماید، یعنی ورودی بالا منجر به کاهش انتخاب‌پذیری است و بالعکس؛ اما دانشمندان با استفاده از نانولوله‌های کربنی توانسته‌اند این دو امر به ظاهر متضاد را با هم جمع و امکان انتخاب‌پذیری خوب همراه با ورودی بالا را فراهم کنند.

این محققان توانسته‌اند روشی برای ساخت این غشاها بیابند که با سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) هم سازگار باشد. این غشاهای جدید با حفره‌های کوچک‌تر و با تراکم بسیار و امکان عبور

تحقیق در مورد نانو 14 ص با فرمت ورد

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 15

بخش اول

آینده‌نگاری‌ها نشان می‌دهند که علوم مختلف در ده تا پانزده سال آینده زیر چتر نانو قرار می‌گیرند. در واقع، فناوری نانو رشته‌های گوناگون علمی و فنی را به یکدیگر نزدیک می‌کند. یکی از این رشته‌ها مهندسی مکانیک است.

امروزه کمتر زمینة تولیدی و پژوهشی یافت می‌شود که از مهندسی مکانیک بی‌نیاز باشد. زمینه‌هایی نظیر خودروسازی، هواپیماسازی، رُباتیک، آبرسانی، پالایشگاه‌های نفت و گاز، هوش مصنوعی، بیومکانیک و بسیاری دیگر از این فنون و صنایع، با مهندسی مکانیک درآمیخته‌اند. در دنیای مکانیک، فرایند «شکل‌دهی» جایگاه ویژه‌ای دارد. به عنوان مثال، قطعات مختلفِ خودروهای سواری با روش‌های مختلفِ شکل‌دهی مانند کشش، خمش و... ساخته شده‌اند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان بر کیفیت شکل‌دهی افزود و محصولات باکیفیت‌‌تری تولید کرد. این محصولات جدید یک ویژگیِ عمده دارند که همانا یکدستی در تمام محصولات است.

در مجموعة مقالاتی که ارائه خواهد شد، به موضوع شکل‌دهی در مقیاس نانو خواهیم پرداخت.

مفاهیم و موضوعات

در این مجموعه مقالات، عناوین مختلفی مورد بحث قرار می‌گیرند، مناسب است که در شروع کار، اولویت‌ها و عناوین مورد بحث را با هم مرور کنیم تا به چشم‌اندازی از مسیر و هدف نهایی برسیم. البته ممکن است در ابتدا با مفاهیمی روبه‌رو شوید که قدری ناآشنا هستند، اما سعی شده است تا حد ممکن مطالب ساده بیان شوند و با کمک مثال‌ها و تصاویر مختلف درک آنها سریع‌تر و بهتر صورت گیرد.

سه شاخة اصلی مورد بحث در این مقالات عبارتند از:

شکل‌دهی و مفاهیم مرتبط با آن؛ مایکروشکل‌دهی به عنوان فرایندی صنعتی که در نزدیکترین مقیاس به حوزة نانو صورت می‌گیرد؛ نانوشکل‌دهی.

اگر با این سلسله مقالات همراه شوید، در انتها پاسخ این سؤال اساسی را درخواهید یافت: نانوشکل‌دهی چیست؟

شکل‌دهیدر طول روز با محصولات بسیاری روبه‌رو می‌شوید که با تغییر شکل ایجاد شده‌اند. وقتی این تغییر با کشیدن ورق فلزی ایجاد شود، به آن «کشش» می‌گویند؛ وقتی تغییر شکل با خم نمودن صورت بگیرد، «خمش» نامیده می‌شود، و البته در بسیاری از فرایندها از هر دو روش به طور همزمان استفاده می‌شود، مثلاً در تولید بدنة خودروهای سواری.

عملیات‌ شکل‌دهى‌ فلزات‌ بسیار متنوع‌ است. ما در ابتدا به دو نمونة ساده اشاره کردیم، اما هدف‌ اصلى‌ از انجام‌ همة‌ آنها ایجاد تغییر شکل‌ مطلوب‌ است‌. در شکل‌ دادن‌ به فلزات،‌ نیروهای لازم برای شکل‌دهی و خواصّ مادة تحت شکل‌دهی از اهمیت زیادی برخوردارند، زیرا باید از ابتدا بدانیم چه مقدار نیرو باید در چه جهتی وارد شود تا مثلاً یک کابل فلزی با روش کشش تولید گردد. شاید در فیزیک به تعریف نیرو دقت کرده باشید. حتماً به یاد دارید که جهت و مقدار از نکات اصلی آن هستند. از طرف دیگر باید بدانیم جنس مادة تحت شکل‌دهی چیست تا بر اساس خواص آن نیروی لازم را وارد سازیم. مثلاً بین آلمینیوم، فولاد، مس یا چوب تفاوت‌های زیادی وجود دارد و اگر از آنها در جای مناسب استفاده نکنیم، هرگز به هدف مورد نظر نمی‌رسیم.

دو رشتة‌ مهندسى‌ که‌ به ‌طور مستقیم‌ به موضوع شکل‌ دادن‌ فلزات‌ می‌پردازند، عبارتند از مکانیک‌ و متالورژى‌.

شکل‌پذیرى‌یکى‌ از نگرانى‌هاى‌ مهم‌ در شکل‌ دادن‌ آن‌ است‌ که‌ آیا مى‌توان‌ بدون‌ خراب‌ شدن‌ فلز، شکل‌ مطلوبی به‌ آن‌ بخشید یا نه‌؟ در فرایندى‌ مفروض‌ از تغییر شکل‌ معیّن‌، محدودیت‌هاى‌ شکل‌ دادن‌، از ماده‌اى‌ به‌ مادة دیگر تغییر مى‌کند.

حتماً مقاطع فلزی را که در ساختمان‌سازی به کار گرفته می‌شوند دیده‌اید. برای تولید این مقاطع، فرایند تغییر شکل شامل تبدیل آهن خام به مقاطع مستطیلی یا لانه زنبوری است. هندسة تغییر شکل، آخرین وضعیتی است که از ابتدا به دنبال آن بوده‌ایم؛ یعنی مقطع فلزی مستطیلی یا لانه‌زنبوری .

بهتر است پیش از پرداختن به تعاریف مرتبط با شکل‌دهی و فرایندهای وابسته به آن، به مواد مهندسی و خواص آنها بپردازیم.

مواد مهندسى‌ و مصالح‌ صنعتى‌

ادوار زندگى‌ بشر را با توجه‌ به‌ عناصر و موادى‌ که‌ در آن‌ اعصار کشف‌ شده‌اند‌، تقسیم‌بندى‌ کرده‌‌اند. در هر دوره‌، محدوده‌ و تنوع‌ این‌ یافته‌ها افزایش‌ یافت‌ و در نهایت،‌ مهمترین‌ و مفیدترین‌ یافتة‌ بشر در آن‌ دوره‌، نام‌ آن‌ عصر را به ‌خود گرفت: عصر حجر، عصر برنز، عصر آهن‌... در حال‌ حاضر، بعد از اینکه‌ مواد پلاستیک‌ و کامپوزیت‌ها (مواد مرکب از چند مادة مختلف که به آنها «چندسازه» می‌گویند) به وجود آمد، در «عصر مواد کامپوزیتى» ‌ هستیم‌ و با تحولات‌ سریع‌ فناورى‌ انتظار مى‌رود که‌ در آینده‌اى‌ نه‌چندان‌ دور به‌ «عصر مواد هوشمند» وارد شویم؛ عصری که اکنون در گام‌های آغازین ورود به آن هستیم.

در استفاده از مواد مورد نیاز برای ساخت‌ دستگاه‌ها، ابزارآلات‌ و محصولات‌ صنعتى‌ و غیرصنعتى،‌ ‌باید خواص‌ مورد نیاز هر محصول‌ یا دستگاه‌ توسط‌ مادة آن‌ تأمین‌ شود، زیرا ماده، خوراک اولیه برای شروع کار است؛ مانند سوخت خودرو که باید از ویژگی‌های خاصی برخوردار باشد، وگرنه ماشین دچار مشکلات فراوان می‌شود.

خواص مواد بسیارند. مانند خواص مکانیکی، فیزیکی، سطحی، تولیدی و زیبایی‌شناسانه. به عنوان مثال، خواص فیزیکی مربوط به ویژگی‌های ذاتی ماده مثل مقاومت الکتریکی و حرارتی و خواص مغناطیسی است و از ماده‌ای به مادة دیگر فرق می‌کند و مثلاً مس یا آلمینیوم هادی خوبی برای الکتریسیته و حرارت به شمار می‌روند.

خواص مکانیکی نیز به جنس ماده وابسته‌اند. اینکه هر ماده چقدر در مقابل نیروی واردشده مقاومت می‌کند یا اینکه چقدر باید بر هر ماده نیرو وارد کرد تا از هم گسیخته نشود، به خواص مکانیکی آن مربوط می‌شود.

مواد و مصالح‌ صنعتى‌ به‌طور کلى‌ به‌ دو دسته‌ تقسیم‌بندى‌ مى‌شوند: (1) فلزات‌ و آلیاژهاى‌ فلزى،‌ و (2) مواد غیرفلزى.‌

1. فلزات‌ و آلیاژهاى‌ فلزى‌

فلزات‌ و آلیاژهاى‌ فلزى‌ جزء پُرمصرف‌ترین‌ موادى‌ به شمار می‌روند که‌ در صنعت‌ کاربرد دارند. این‌ مواد به‌ علت خواص ‌متنوعشان، در بخش‌هاى‌ مختلف‌ صنعت‌ به‌ کار مى‌روند. فلزات‌ از مواد معدنى‌ استخراج‌ مى‌شوند و از عناصر فلزى‌ نظیر آهن‌، آلمینیوم‌ و مس‌ تشکیل می‌گردند.

ویژگی‌هایی نظیر مقاومت‌، قابلیت‌ شکل‌پذیرى‌، قابلیت‌ جوشکارى‌، قابلیت‌ رسانایى‌ الکتریکى‌ و حرارتى‌ که‌ در حد بسیار بالایی‌ در فلزات‌ و آلیاژهاى‌ فلزى‌ قابل‌ دسترسى‌اند، جایگاه‌ ویژه‌اى‌ به‌ این‌ مواد در صنعت‌ داده‌ است‌.

البته‌ فلزات‌ مختلف‌ داراى‌ خواص‌ یکسانى‌ نیستند و همین‌ امر سبب‌ شده‌ است که‌ هر فلز کارآیى‌ خاصى‌ داشته‌ باشد. از جمله‌ مهمترین‌ عناصر فلزى‌ که‌ در صنعت‌ مورد استفاده‌ قرار می‌گیرند (بر حسب‌ اهمیت)‌ عبارتند از: آهن‌ و آلیاژهاى‌ آن‌ نظیر فولاد و چدن‌ و نیز آلمینیوم‌، مس‌، برنج‌، و برنز.

از آنجا که بخش‌ عمدة کاربرد فلزات‌ و آلیاژهاى‌ فلزى‌ از آهن‌ و آلیاژهاى‌ آن‌ است، گروه‌ فلزات‌ را به‌ دو زیرگروه‌ تقسیم‌ مى‌کنند:

الف‌ ـ فلز آهن‌ و آلیاژهاى‌ آهنى‌ (Ferrous & Alloys)

ب‌ ـ فلزات‌ غیرآهنى‌ و آلیاژهاى‌ آنها (Nonferrous & Alloys)

2. مواد غیرفلزى

مواد غیرفلزى‌ به‌ علت‌ طبیعت‌، خواص‌، مزایا و ویژگى‌هاى‌ خاص‌ خود، همواره‌ مورد توجه‌ در ساخت‌ و تولید اجزای ماشین‌ بوده‌اند. صنعتگران‌‌ بر اساس‌ تجربه،‌ انواع‌ مختلف‌ چوب‌، پلاستیک‌ها و سرامیک‌ها را در اجزای مختلف‌ ماشین‌، با هدف‌ حذف‌ فلز و سبک‌سازى‌ آن مورد استفاده‌ قرار مى‌دهند تا در نهایت انرژی کمتری مصرف شود و هزینة تولید محصول کاهش یابد. به ‌طور کلى، ‌مواد غیرفلزى‌‌ شامل‌ این مواردند:

الف‌ ـ پلاستیک‌‌ها

ب‌ ـ الاستومرها

ج‌ ـ سرامیک‌‌ها

د ـ مواد مرکب کامپوزیت‌ها

پلاستیک‌‌ها گروهى‌ از موادند که‌ مولکول‌هاى‌ بزرگ دارند و از اتصال ‌مولکول‌هاى‌ کوچک‌ حاصل‌ می‌شوند. ویژگى‌هاى‌ عمدة‌ این‌ مواد عبارت‌اند از:

الف‌ ـ چگالى‌ کم‌

ب‌ ـ مقاومت‌ کافى‌ در برابر خوردگى‌

ج ـ هزینة‌ تولید پایین‌‌

از نظر‌ علم‌ شیمى‌، بیشترِ این‌ مواد، ترکیبات‌ آلى‌ و شامل‌ عناصرى‌ نظیر هیدروژن‌، اکسیژن‌، کربن‌ و نیتروژن‌اند. پلیمرها دستة‌ بزرگى‌ از مواد آلى‌ هستند که‌ به‌ چند گروه‌ و خانواده‌ تقسیم‌ می‌شوند. تنوع‌ این‌ مواد به‌ حدى‌ است‌ که‌ در حال‌ حاضر حدود چهار هزار نوع‌ مواد پلیمرى‌ با فرمول‌های‌ مختلف‌ سنتز و ایجاد شده‌اند. از این ‌میان،‌ ۴ یا ۵ نوع‌ پلیمر بیشترین‌ استفادة تجارى‌ و صنعتى‌ را دارند. پلیمرها را می‌توان به‌ دو دستة‌ عمده‌ تقسیم کرد. گروه‌ اول‌ پلاستیک‌هاى «گرمانَرم» (ترموپلاستیک)‌ هستند. به‌ این‌ معنا که‌ قابلیت‌ ذوب‌ مجدد و بازیابى‌ دارند و همان‌طور که از نام آنها پیداست با وارد کردن مقدار مناسبی حرارت نرم و در انتها ذوب می‌شوند. در مقابل، دستة‌ دوم، ‌پلاستیک‌هاى‌ «گرماسخت» (ترموست)اند که‌ پس‌ از شکل‌گیرى‌ِ اولیه‌ دیگر نمى‌توان‌ آنها را مورد استفادة مجدد قرار داد، یعنی در مقابل حرارت و گرما بسیار مقاوم‌اند.

بخش دوم

بخش اول از این مجموعه‌ مقاله‌‌‌‌‌ها، به شکل‌دهی و شکل‌پذیری مواد و مصالح صنعتی اختصاص داشت. گفتیم مواد بسته به خواص گوناگون آن‌‌‌‌‌ها، کارکردهای مختلفی دارند. یکی از مهم‌‌‌‌‌ترین خواص برای شکل‌دهی، خواص مکانیکی‌اند. به علاوه، برای به دست آوردن محصول دلخواه از راه شکل‌دهی، باید روش‌هایی را تعریف کرد که بیشترین بازده را داشته باشند. هما‌ن‌طور که برای ایجاد انرژی حرکتی در خودروها به دنبال انواع مناسب سوخت و بهینه کردن سیستم احتراق خودرو هستیم، در شکل‌دهی روش‌‌‌‌‌هایی که پُربازده‌ باشند از توجه بیشتری برخوردارند.

خواص مکانیکی مواد

منظور از خواص‌ مکانیکى‌، واکنش مواد در برابر نیروها و بارهاست‌. عکس‌العمل‌ مواد در برابر نیروهاى‌ واردشونده،‌ به‌ ساختمان‌ مولکولى‌ آن‌‌‌‌‌ها بستگى‌ دارد. آن‌ قسمت‌ از علم‌ مکانیک‌ که‌ صرفاً به‌ بررسى‌ نیروها و واکنش‌ها مى‌پردازد «استاتیک‌» نامیده‌ مى‌شود و بخشی از آن که‌ واکنش ماده‌ به نیروهاى‌ اعمال‌شده‌ و تغییر شکل‌هاى‌ جزئىِ‌ ناشی این از نیروها را مورد بررسى‌ قرار گیرد، «مقاومت‌ مصالح» نام دارد.

قطعات‌ بر اثر اِعمال نیرو نباید از بین‌ بروند؛ بنابراین برای ای‌‌‌‌‌نکه مطمئن بشویم قطعه مورد نظر خواص فیزیکی لازم را دارد، باید هنگام انتخاب‌ جنس‌، شکل‌، اندازه‌ و طرز ساخت‌، محاسبه‌‌‌‌‌هایی انجام دهیم. مثلاً برای تولید رینگ‌های خودرو، باید محاسبات اولیه‌ای انجام دهیم تا شرایط مادة مورد نیاز بر حسب نوع خودرو، حداکثر سرعت و حداکثر بار قابل حمل توسط آن، مشخص شود.

در این‌‌‌‌‌جا به برخى‌ از اصطلاحات‌ رایج می‌پردازیم که مؤلفه‌هاى‌ مؤثر در بررسى‌ خواص‌ مکانیکى را توضیح می‌دهند‌.

1. تنش - ‌ stress‌ :

عبارت‌ است‌ از «مقدار نیروى‌ وارد‌ بر واحد سطح‌». مقدار تنش‌ از تقسیم‌ نیروى‌ وارد‌ بر جسم‌ بر مساحت‌ سطح‌ مقطع‌ جسم‌ به دست‌ مى‌آید. شاید فکر کنید این تعریف به مفهوم فشار در فیزیک دبیرستان خیلی نزدیک است، اما همان‌طور که دقت کرده‌اید، در این‌‌‌‌‌جا شرط عمود بودن مؤلفه‌‌‌‌‌ی نیروی وارد بر سطح، وجود ندارد.

2. خستگى - fatigue :

گاهی در قطعه‌ای از یک ماشین کارخانه، شکستگی‌هایی به وجود می‌آید. ولی پس از بررسی مشخص می‌شود که میزان تنش وارد بر قطعه، از حد مجاز