تحقیق/ روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 51

روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانونانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.

نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است. در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود. اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم. نانو فیلترها تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند. نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند. امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد. نانو مواد نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می

تحقیق/ ساخت پیزوالکتریک فلزی با استفاده از فناوری نانو

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

ساخت پیزوالکتریک فلزی با استفاده از فناوری نانو

پیزوسرامیکها دستهایی از مواد سرامیکی هستند که با اعمال ولتاژ، تغییر طول میدهند. در خبر زیر که برگرفته از خبرنامه نانوتکنولوژی، شماره 37 است به تحولی در عرصه پیزوالکتریکها پرداخته شده است:

محققین آلمانی و اتریشی موفق به ساخت فلزی نانوحفره‌ای شده‌اند که رفتاری همانند سرامیک از خود نشان می‌دهد. این فلز، مشابه یک پیزوسرامیک با اعمال ولتاژ خارجی، حدود 0.15 درصد افزایش طول می‌یابد.

ویب مولر، یکی از این محققین ابراز داشت: "با تزریق یا تخلیه الکترونها، باندهای اتمی سطح ماده منبسط یا منقبض می‌شوند و از آنجا که سطح این ماده بسیار زیاد است، این کار منجر به انبساط ماکروسکوپی ماده می‌گردد. به طوریکه نتیجه آن در برخی از نمونه‌ها با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده است."

این گروه تحقیقاتی، نوعی پلاتین نانوحفره‌ای را با استفاده از پلاتین سیاه با اندازه‌ دانه‌های 6 نانومتر ساختند. آنها ولتاژ خارجی را در حضور یک الکترولیت آبی مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک یا محلول هیدورکسید پتاسیم اعمال نمودند. محلول هیدورکسیدپتاسیم، بیشترین کشش را در نمونه‌ها ایجاد نمود.

به گفته این محققین، پیزوسرامیکها بهطور گسترده بهعنوان مواد راه‌انداز در چاپگرهای جوهرافشان و در نازلهای تزریق سوخت در اتومبیل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزیت این ماده جدید این است که با اعمال ولتاژ کمتر، به اندازه پیزوسرامیکها کش می‌آید. قابلیت عملیات این ماده جدید در ولتاژ پایین (حدود یک ولت، در مقایسه با صدها یا هزاران ولت برای پیزوسرامیکها) و نیز امکان استفاده از آن در محیط آبی، امکان کاربرد آن در ادوات میکروسیالاتی همچون شیرهای عملیاتی را فراهم می‌آورد.

حتی این محققین احتمال می‌دهند که بتوان از این ماده جهت کاربرد در تماس مستقیم با سیالات زیستی در سیستمهای زنده نیز استفاده نمود.

طبق نظر این محققین، اثر اعمال ولتاژ بر روی این ماده با سرامیکهای معمولی، پلیمرها و نانولوله‌ها از چند جهت متفاوت است: اول اینکه این پدیده یک اثر سطحی است در حالیکه در دیگر موارد، ولتاژ اعمال شده به حجم مواد اعمال می‌شود. دوم اینکه کشش این ماده در تمامی جهات یکسان است و این اثر موجب تغییر حجم می‌شود.

مولر بیان داشت: "تغییر حجم در نمونه‌های ما (بیش از 45 درصد) بسیار بیشتر از سرامیکها است. زیرا جهت کشش در سرامیکها بسته به جهتهای کریستالوگرافی، تغییر می‌کند و این امر موجب می‌شود تغییر حجم کلی در آنها به حدود صفر برسد."

اما تولید فلزاتی که رفتارشان همانند سرامیکها باشد تازه شروع شده است و بنا به ادعای این محققین، این روش می‌تواند دریچه‌ای به دسته جدیدی از مواد با خواص اپتیکی و مغناطیسی قابل تنظیم بگشاید.

مولر در تشریح این پدیده چنین بیان می‌دارد:" اتمهایی با عدد اتمی بالا، تعداد الکترونهای بسیار زیادی دارند و همین امر موجب تنوع خواص در آنها می‌شود. تاکنون این خواص کمابیش ثابت در نظر گرفته می‌شد. با این کار جدید می‌توان بهسادگی با افزودن یا حذف الکترونبه اتمها (با اعمال ولتاژ) موقعیت آنها را در جدول تناوبی به چپ یا راست منتقل نمود."

سرامیکهای پیزوالکتریک وکاربردهای آن

پیزوالکتریکها گروهی از سرامیکهای پیشرفته هستند که کاربردهای وسیعی در صنایع الکترونیک، صنایع مصرفی، پزشکی و صنایع نظامی دارند. کاربرد سنسورهای پیزوالکتریکی در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، دارویی، لوازم برقی و خودرو در حال پیشرفت است. در زیر گزارشی از کاربرد، مقیاس بازار و مسائل فنی این مواد نقل شده و سپس تحلیلی راجع به وضعیت این تکنولوژی در کشور ارائه شده است:

گزارش فنی اقتصادی (مأخذ: خبرنامة انجمن سرامیک ایران، شمارة 7 ، صفحات 12و13)

پیزوالکتریسیته توسط پیروژاک کوری در سال 1892 کشف گردید و از واژه یونانی Piezin به معنی "فشار" مشتق میشود. اعمال فشار به برخی کریستالها مانند کوارتز یا برخی سرامیکها الکتریسیته تولید میکند. فشار یا تنش مکانیکی وارد شده به برخی کریستالها باعث جابه­جایی دو قطبیهای ایجاد شده و پدید آمدن میدان الکتریکی میشود. آرایش یونهای مثبت و منفی، تعیینکننده ایجاد یا عدم ایجاد اثر پیزوالکتریسیته است. به همین دلیل اثر پیزوالکتریسیته یا ایجاد جریان الکتریسیته القایی توسط وارد کردن فشار، در مواد کریستالی ا?نیزوتروپ رخ می­دهد؛ یعنی در آن دسته از کریستالهایی که مرکز تقارن ندارند. زیرا در کریستالهای متقارن هیچ ترکیبی از تنشهای یکنواخت نمیتواند سبب جدا شدن بارهای الکتریکی شود.

اگر یک ماده به عنوان مثال یک سرامیک، پیزوالکتریک باشد، وقتی تحت تاثیر فشار قرار میگیرد در سطح آن بار الکتریکی تولید میشود؛ یا وقتی در میدان الکتریکی قرار میگیرد تغییر شکل مکانیکی مییابد. میزان بار الکتریکی یا تغییر شکل مکانیکی به ترکیب ماده بستگی دارد. در ساختمان این سرامیکها موادی نظیر: اکسید سرب، تیتانیا، زیرکونیا و غیره وجود دارند که بسته به نوع کاربرد این مواد با نسبتهای مختلف با هم مخلوط میشوند. با تغییر ترکیب و ابعاد قطعات میتوان پیزوسرامیکها را برای کاربردهای مختلف طراحی کرد.

کاربردها

موادی که فشار را به انرژی الکتریکی و انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی تبدیل میکنند در موارد مختلفی از جمله در مبدلهای پیزوالکتریک استفاده میشوند. حسگرهای (Sensor) کوچک، کم خرج، حساس و کارآمد با رشد قابل توجهی امروزه در صنعت خودرو اهمیت یافتهاند. مدلهای جدید خودرو بین 18 تا 30 سنسور دارند که شامل سنسورهای فشار برای کنترل میزان فشار وارده به صندلیها، سنسورهای دما برای کنترل میزان گرما و شرایط جوی، سنسورهای جریان برای ورودی هوای خودرو و سنسورهای شتاب برای سیستم ضد قفل ترمزی(ABS) میباشند. در صنایع پیشرفته نیز به طور وسیعی از این سنسورها استفاده می­شود؛ مثلاً صنایع نفت، غذایی و آشامیدنی و دارویی همگی از این سنسورها برای کنترل سطح جریان سیال (flow and level monitoring) استفاده میکنند. سنسورهای جریان سیال و سطح و مبدلهای دوپلر، تخلیه اتوماتیک مخازن نفت و خطوط لوله را کنترل میکنند.

تاثیر فناوری نانو بر معادلات انرژی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 19 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

تاثیر فناوری نانو بر معادلات انرژی

خلاصه :

شرکت Nano Markets، بر این اعتقاد است که هم اکنون فناوری‌نانو تمام فناوری‌های انرژی کنونی را تحت تأثیر قرار داده و تغییر شگرفی در تصور ما از دنیای انرژی ایجاد خواهد کرد. برای آنها که به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید مهندسی نانو کمک شایانی است تا کیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها که از ناکارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر کیلووات انرژی را هم کاهش داده و یا حداقل به بهبود کیفیت تولید آن کمک خواهد کرد.

شرکت Nano Markets، بر این اعتقاد است که هم اکنون فناوری‌نانو تمام فناوری‌های انرژی کنونی را تحت تأثیر قرار داده و تغییر شگرفی در تصور ما از دنیای انرژی ایجاد خواهد کرد. برای آنها که به منابع انرژی قابل اطمینان دسترسی ندارند، راه حل‌های جدید مهندسی نانو کمک شایانی است تا کیفیت زندگی آنان را بهبود بخشد. فناوری‌نانو برای آنها که از ناکارآمدی ذخیره، تولید و تبدیل انرژی رنج می‌برند منابع انرژی جدیدی فراهم آورده و علاوه بر آن، هزینه تولید هر کیلووات انرژی را هم کاهش داده و یا حداقل به بهبود کیفیت تولید آن کمک خواهد کرد.

برای سرمایه گذارانی که به بازار انرژی‌های جایگزین علاقه دارند، فناوری نانو گزینه مناسبی است و فرصت‌هایی را برای آنها ایجاد می‌کند. البته در این زمینه خطرپذیری‌هایی که در بازار تمام فناوری‌های نوظهور باید متحمل شد را نباید از نظر دور داشت.

در این گزارش به مرور راه‌های مختلف تأثیر فناوری ‌نانو بر صنعت (راه‌های کنونی و آینده) می‌پردازیم.

سوخت‌های فسیلی و نانوکاتالیزورها

علی‌رغم تمام جنجال‌هایی که در مورد منابع انرژی جایگزین وجود دارد، باید گفت در واقع هیچ کس قاطعانه در مورد اینکه به زودی وابستگی ما به انرژی‌های فسیلی قطع خواهد شد قاطعانه اظهار نظری نکرده است؛ اما در عین حال این حرف به معنای آن نیست که میزان وابستگی فعلی دنیا به نفت اوپک هم همچنان در همین سطح باقی بماند. ضمن آنکه هنوز منابع گاز طبیعی و حتی زغال سنگ فراوانی پیرامون ما وجود دارد.

همان طور که می‌دانیم از دهه 1920 به این طرف با استفاده از روش فیشر - تروپس (Fischer Tropsch) امکان تولید سوخت‌های هیدروکربنی مایع چه از زغال سنگ و چه از گاز فراهم شده بود اما با بالا رفتن قیمت نفت، نوع تمیزی از این سوخت دیزلی( گازوئیل) به طور تجاری تولید شد و اخیراً چنین با استفاده از نانو‌فناوری گام‌هایی در این زمینه برداشته است. انتظار می‌رود پروژة 2 میلیارد دلاری مایع سازی ذغال سنگ شنهوان(Shenhuan) که ازفناوری ‌نانوکاتالیزوری آمریکا استفاده می‌کند بتوانند به عنوان یک روش اقتصادی قابل رقابت با دیگر روش‌ها در تولید سوخت مطرح شود. تأثیر کلیدی فناوری ‌نانو در این بخش از

تحقیق روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 51

روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانونانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.

نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است. در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود. اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تأثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم. نانو فیلترها تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند. نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند. امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد. نانو مواد نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می

تحقیق ساخت پیزوالکتریک فلزی با استفاده از فناوری نانو

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

ساخت پیزوالکتریک فلزی با استفاده از فناوری نانو

پیزوسرامیکها دستهایی از مواد سرامیکی هستند که با اعمال ولتاژ، تغییر طول میدهند. در خبر زیر که برگرفته از خبرنامه نانوتکنولوژی، شماره 37 است به تحولی در عرصه پیزوالکتریکها پرداخته شده است:

محققین آلمانی و اتریشی موفق به ساخت فلزی نانوحفره‌ای شده‌اند که رفتاری همانند سرامیک از خود نشان می‌دهد. این فلز، مشابه یک پیزوسرامیک با اعمال ولتاژ خارجی، حدود 0.15 درصد افزایش طول می‌یابد.

ویب مولر، یکی از این محققین ابراز داشت: "با تزریق یا تخلیه الکترونها، باندهای اتمی سطح ماده منبسط یا منقبض می‌شوند و از آنجا که سطح این ماده بسیار زیاد است، این کار منجر به انبساط ماکروسکوپی ماده می‌گردد. به طوریکه نتیجه آن در برخی از نمونه‌ها با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده است."

این گروه تحقیقاتی، نوعی پلاتین نانوحفره‌ای را با استفاده از پلاتین سیاه با اندازه‌ دانه‌های 6 نانومتر ساختند. آنها ولتاژ خارجی را در حضور یک الکترولیت آبی مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک یا محلول هیدورکسید پتاسیم اعمال نمودند. محلول هیدورکسیدپتاسیم، بیشترین کشش را در نمونه‌ها ایجاد نمود.

به گفته این محققین، پیزوسرامیکها بهطور گسترده بهعنوان مواد راه‌انداز در چاپگرهای جوهرافشان و در نازلهای تزریق سوخت در اتومبیل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزیت این ماده جدید این است که با اعمال ولتاژ کمتر، به اندازه پیزوسرامیکها کش می‌آید. قابلیت عملیات این ماده جدید در ولتاژ پایین (حدود یک ولت، در مقایسه با صدها یا هزاران ولت برای پیزوسرامیکها) و نیز امکان استفاده از آن در محیط آبی، امکان کاربرد آن در ادوات میکروسیالاتی همچون شیرهای عملیاتی را فراهم می‌آورد.

حتی این محققین احتمال می‌دهند که بتوان از این ماده جهت کاربرد در تماس مستقیم با سیالات زیستی در سیستمهای زنده نیز استفاده نمود.

طبق نظر این محققین، اثر اعمال ولتاژ بر روی این ماده با سرامیکهای معمولی، پلیمرها و نانولوله‌ها از چند جهت متفاوت است: اول اینکه این پدیده یک اثر سطحی است در حالیکه در دیگر موارد، ولتاژ اعمال شده به حجم مواد اعمال می‌شود. دوم اینکه کشش این ماده در تمامی جهات یکسان است و این اثر موجب تغییر حجم می‌شود.

مولر بیان داشت: "تغییر حجم در نمونه‌های ما (بیش از 45 درصد) بسیار بیشتر از سرامیکها است. زیرا جهت کشش در سرامیکها بسته به جهتهای کریستالوگرافی، تغییر می‌کند و این امر موجب می‌شود تغییر حجم کلی در آنها به حدود صفر برسد."

اما تولید فلزاتی که رفتارشان همانند سرامیکها باشد تازه شروع شده است و بنا به ادعای این محققین، این روش می‌تواند دریچه‌ای به دسته جدیدی از مواد با خواص اپتیکی و مغناطیسی قابل تنظیم بگشاید.

مولر در تشریح این پدیده چنین بیان می‌دارد:" اتمهایی با عدد اتمی بالا، تعداد الکترونهای بسیار زیادی دارند و همین امر موجب تنوع خواص در آنها می‌شود. تاکنون این خواص کمابیش ثابت در نظر گرفته می‌شد. با این کار جدید می‌توان بهسادگی با افزودن یا حذف الکترونبه اتمها (با اعمال ولتاژ) موقعیت آنها را در جدول تناوبی به چپ یا راست منتقل نمود."

سرامیکهای پیزوالکتریک وکاربردهای آن

پیزوالکتریکها گروهی از سرامیکهای پیشرفته هستند که کاربردهای وسیعی در صنایع الکترونیک، صنایع مصرفی، پزشکی و صنایع نظامی دارند. کاربرد سنسورهای پیزوالکتریکی در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، دارویی، لوازم برقی و خودرو در حال پیشرفت است. در زیر گزارشی از کاربرد، مقیاس بازار و مسائل فنی این مواد نقل شده و سپس تحلیلی راجع به وضعیت این تکنولوژی در کشور ارائه شده است:

گزارش فنی اقتصادی (مأخذ: خبرنامة انجمن سرامیک ایران، شمارة 7 ، صفحات 12و13)

پیزوالکتریسیته توسط پیروژاک کوری در سال 1892 کشف گردید و از واژه یونانی Piezin به معنی "فشار" مشتق میشود. اعمال فشار به برخی کریستالها مانند کوارتز یا برخی سرامیکها الکتریسیته تولید میکند. فشار یا تنش مکانیکی وارد شده به برخی کریستالها باعث جابه­جایی دو قطبیهای ایجاد شده و پدید آمدن میدان الکتریکی میشود. آرایش یونهای مثبت و منفی، تعیینکننده ایجاد یا عدم ایجاد اثر پیزوالکتریسیته است. به همین دلیل اثر پیزوالکتریسیته یا ایجاد جریان الکتریسیته القایی توسط وارد کردن فشار، در مواد کریستالی ا?نیزوتروپ رخ می­دهد؛ یعنی در آن دسته از کریستالهایی که مرکز تقارن ندارند. زیرا در کریستالهای متقارن هیچ ترکیبی از تنشهای یکنواخت نمیتواند سبب جدا شدن بارهای الکتریکی شود.

اگر یک ماده به عنوان مثال یک سرامیک، پیزوالکتریک باشد، وقتی تحت تاثیر فشار قرار میگیرد در سطح آن بار الکتریکی تولید میشود؛ یا وقتی در میدان الکتریکی قرار میگیرد تغییر شکل مکانیکی مییابد. میزان بار الکتریکی یا تغییر شکل مکانیکی به ترکیب ماده بستگی دارد. در ساختمان این سرامیکها موادی نظیر: اکسید سرب، تیتانیا، زیرکونیا و غیره وجود دارند که بسته به نوع کاربرد این مواد با نسبتهای مختلف با هم مخلوط میشوند. با تغییر ترکیب و ابعاد قطعات میتوان پیزوسرامیکها را برای کاربردهای مختلف طراحی کرد.

کاربردها

موادی که فشار را به انرژی الکتریکی و انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی تبدیل میکنند در موارد مختلفی از جمله در مبدلهای پیزوالکتریک استفاده میشوند. حسگرهای (Sensor) کوچک، کم خرج، حساس و کارآمد با رشد قابل توجهی امروزه در صنعت خودرو اهمیت یافتهاند. مدلهای جدید خودرو بین 18 تا 30 سنسور دارند که شامل سنسورهای فشار برای کنترل میزان فشار وارده به صندلیها، سنسورهای دما برای کنترل میزان گرما و شرایط جوی، سنسورهای جریان برای ورودی هوای خودرو و سنسورهای شتاب برای سیستم ضد قفل ترمزی(ABS) میباشند. در صنایع پیشرفته نیز به طور وسیعی از این سنسورها استفاده می­شود؛ مثلاً صنایع نفت، غذایی و آشامیدنی و دارویی همگی از این سنسورها برای کنترل سطح جریان سیال (flow and level monitoring) استفاده میکنند. سنسورهای جریان سیال و سطح و مبدلهای دوپلر، تخلیه اتوماتیک مخازن نفت و خطوط لوله را کنترل میکنند.