تبلیغات
نانی نو - موضوع: كامپوزیت و نانو كامپوزیت ها

نانی نو

پیش رفتن درزمینه ی نانو هیچ ضرری نداره پس بیاییم باهم پیش برویم

کاربرد نانو کامپوزیت ها
موارد کاربرد نانوکامپوزیت ها:
1. ضد حریق کردن پلاستیکها
2. تهیه الیاف و فیلمها
3. کاربردهای الکتریکی
4. سامانه های انتقال دارو
5. مهندسی بافت
6. ساختمان سازی
7. لوازم خانگی
و ...[27]
بازار نانو كامپوزیت ها:شاید مردم به طور غیر واقع بینانه ای به بازار نانو رس ها امیدوار باشند در حالی كه ارزیابی جدی این ماده تنها از 5 سال پیش شروع شده است. انتظار می رفت این مواد به سرعت كاربردهای گسترده ای پیدا كنند ولی چنین نشد. شرایطی وجود دارد كه توسعه این مواد را كمی به تاخیر انداخته است. برخی مشكلات فنی نیز در پراكندن این پر كننده ها درون رزین های گوناگون وجود داشته است. گمان می رود بعضی از تولید كنندگان رزین های گرمانرم آنقدرها مشتاق نیستند تا موفقیت وسیع این پر كننده ها را ببینند. این پر كننده های ارزان، در آینده ای نزدیك كارایی رزین های معمولی را بهبود خواهند بخشید. قاعدتا كارهای آزمایشگاهی بسیاری برای دستیابی به چنین بهبودی نیاز خواهد بود و محصولات رزینی اصلاح شده بهای بالاتری خواهند داشت. بازار پوشش های ژلی و رزین های پلی استر گرماسخت به تازگی با چالش های گوناگونی مواجه شده است. قوانین MACT از توسعه خانواده های كاملاً جدیدی از مواد با میزان HAP راه خود را به سوی بازار كامپوزیت ها پیدا می كنند. تلاش های بیشتری باید انجام شود تا نانو كامپوزیت ها را وارد بازار FRP كند.
میزان سرمایه گذاری چند کشور مختلف در صنعت نانو کتمپوزیت:
1. آمریکا : سرمایه گذاری درحدود 770 میلیون دلار در سال 2003 و رشد %5.9 در هرسال
2. ژاپن : اختصاص مبلغ 431 میلیون دلار در سال 2001
3. ایران : اختصاص بودجه در حدود 20 میلیون دلار در سال 1383] 28،5[
كاربردهای خودرویی نانو كامپوزیت ها:یکی از گسترده ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو تا کنون ساخت نانو کامپوزیت ها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزیت ها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزین را بسیار بالا می برند، جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شده اند. اما علاوه بر ویژگی های فیزیکی بهتر، این کامپوزیت ها دارای دو برتری دیگر نیز می باشند:
1. نخست اینکه نانوذرات با ایجاد ماتریس (زمینه) یکنواخت و هموار به طور قابل توجهی زیبایی بیشتر را فراهم می کنند و بنابراین نانو کامپوزیت ها سطح زیبا تر و رنگ های شفاف تری دارند.
2. همچنین نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بیست درصد نسبت به کامپوزیت های رایج سبک ترند.[27]
البته این را هم باید اشاره کرد که چندین سال است كه چند شركت، نانو رس ها را به رزین های گرمانرم اولفینی (TPO) خود می افزایند. این قطعات برای صنعت خودرو ساخته می شوند. پذیرش این مواد در بین تولید كنندگان خودرو بیشتر شده است. نانو كامپوزیت ها در آینده ای بسیار نزدیك اثر قابل توجهی در بازار خودرو خواهند داشت. [5]
جنرال موتورز ركاب خودروهای ون آسترو (Astro) و سافاری (safari) خود را از یك اولفین گرمانرم تقویت شده با 5/2 درصد نانو رس می سازد. این قطعه در اصل از پلی پروپیلن تقویت شده با 15 درصد تالك ساخته می شد. برای ساخت این قطعه جدید اگر چه رزین متفاوتی به كار گرفته شد. ولی همان ابزار قالب گیری قطعه قدیمی مورد استفاده قرار گرفت. به این ترتیب استفاده از رزین TPO، وزن قطعه حدود 8-7 درصد كاهش یافت و استحكام به ضربه دمای پایین آن بیشتر شد.[5]
به گفته این شركت، هزینه تغییر ماده بسیار ناچیز بوده است. اگر چه رزین TPO كمی گران تر بود ولی بهای این ماده با كاهش وزن قطعه جبران می شد. ضمن این كه برتری های دیگری برای سایر مراحل كار به ارمغان آورد. دمای قالب گیری پایین تر، تعداد دفعات چرحه قالب گیری را افزایش داد و دمای سخت پایین تر به كاهش ایجاد رگه رگه های سطحی كمك كرد. كاهش میزان پر كننده نیز منجر به بهبود كیفیت سطح و مقاومت آن دربرابر خراش شد.گونه های جدید TPO پرشده با نانو ذرات، حاوی كم تر از 5 درصد نانو رس هستند. سفتی این مواد برابر با سفتی پلی پروپیلن تقویت شده با 40-30 درصد تالك است.[5]
نمونه موردی: این خودروتوسط شرکت جنرال‌موتورز طراحی شده و به علت استفاده از مواد نانوکامپوزیتی درقسمت‌های مختلف آن، حدود 8 درصد سبک‌تر از نمونه‌های مشابه قبلی است و علاوه بر سبکبودن، در برابر تغییرات دمایی هم مقاومت می‌کند.[24]
توپ تنیس نانوکامپوزیتی:شرکت ورزشی ویلسون، یک توپ تنیس دولایه بهبازار عرضه کرده که عمر مفید آن حدود چهار هفته است ــ در حالی که توپ‌های معمولیعمر مفیدشان در حدود دو هفته است ــ ولی از نظر خاصیت ارتجاعی و وزن تفاوتی بین ایندو مشاهده نمی‌شود. علت مهم و اصلی دوام توپ‌های نانوکامپوزیتی، وجود یک لایة پوششنانوکامپوزیتی به ضخامت 20 میکرون به عنوان پوستة داخلی است که باعث می‌شود هوایمحبوس در داخل توپ ضمن ضربه خوردن خارج نگردد، درحالی‌که توپ‌های معمولی از جنسلاستیک و در برابر هوا نفوذپذیرند.[24]
کامپوزیت های نانو رس:تعدادی از کاربردهای جدیدی که برای کامپوزیت های دارای نانورس های کاتیونی-آنیونی، نانواکسیدها، نانوتیوپ های کربنی وTio2بسیار ریز، تالک و هیدروکسی آپاتیت مصنوعی به وجود آمده عبارتست از:
1. مواد ساختاری با خواص مکانیکی، گرمایی و ممانعتی بهبود یافته
2. مواد با کارایی بالا با جذب فرابنفش بهتر و مقاومت به خراشپ
3. بسته بندی های مانع برای تخریب اکسیژن
4. پرکننده های چند عملکردی که می توانند به روش کنترل شده آزاد شوند. این پرکننده ها می توانند خوردگی را آشکار کرده، از خوردگی جلوگیری کنند، ضد حشره باشند و به عنوان یک جزء دارویی مصرف شوند.
5. مواد بیواکتیو برای کاربردهای مهندسی بافت [10]
بهبود خواص به کمک نانو کامپوزیتها:
1. افزایش استحکام کامپوزیت با افزودن نانو ذرات خاک رس به آن: مهمترین نوع نانوکامپوزیت های پلیمری، از اختلاط یک پلیمر با پرکننده نانو ذرات خاک رس به دست می آید. علت آن این است که خاک رس ساختار لایه ای دارد و این پر کننده استعداد زیادی برای پذیرش زنجیره های پلیمری بین لایه های ورقه ای خود( به صورت ورقه های کاغذ) دارد. نانو ذرات خاک رس دارای لایه هایی است که ابعاد نانومتری دارد و با ورود زنجیره پلیمری بین آن، برهمکنش قوی بین خاک رس و زنجیره پلیمری تشکیل می شود. بنابراین افزودن۳ تا۵ درصد نانوذرات خاک رس، سبب افزایش استحکام مکانیکی و افزایش مدول الاستیک معادل ۴۵ درصد کربن جامد خواهد شد. علت استقبال صنعت خودرو از نانوکامپوزیت، توانایی ایجاد موادی با وزن کمتـــر و استحکام بالاتر و فراینــــدپذیری بیشتر است که با افزودن مقدار کم از پرکننــده ها محقق می شود.[29]
2. استفاده از فناوری نانو در بهبود صنعت بسته بندی: افزودن ذرات پرکننده نانومتری به کامپوزیت و پلیمر، علاوه بر افزایش استحکام مکانیکی سبب بالا رفتن مقاومت در برابر نفوذپذیری گاز می شود که در صنعت بسته بندی و ذخیره سازی گاز بطری نوشابه مفید است. همچنین از دیگر ویژگیهای این مواد حفظ شفافیت این بطری ها و ضد باکتری و ضد ویروس شدن آنها خواهد بود.[29]
3. امکان بازیافت بطری های آب و نوشابه با استفاده از فناوری نانو: متاسفانه در کشور بطری های آب و نوشابه بعد از مصرف دور ریخته شده و بازیافت نمیگردند. با استفاده از فناوری نانوکامپوزیت، امکان بازیافت مجدد بطری آب و نوشابه، و تبدیل آن به بطریهای جدید وجود دارد. در قراردادی که با سازمان گسترش و شرکت زمزم می باشد، قرار است در این زمینه فعالیتهایی شروع شود. حال اگر بتوان ۵۰ درصد این بطریها را به مصرف مجدد برگرداند، سبب صرفه جوئی میلیونها دلار خواهد شد.[29]
4. استفاده از فناوری نانو در افزایش کارایی لاستیک: نانوکامپوزیت SBR ، قابل مصرف در صنعت پلیمری بویـژه صنعت لاستیک سازی است. با افزودن چند درصد SBR، امکان ساخت لاستیــکی با مقاومت سایـــش لاستیک تا ۵ برابر را دارا می باشد. خوشبختانه این طرح با همکاری وزارت صنایع و مجتمع لاستیک کرمان برای لاستیکهای سواری در حال انجام است.[29]
5. کاهش مصرف انرژی با استفاده از فناوری نانو: استفاده از نانو ذرات خاک رس در کامپوزیتها و پلیمرها، علاوه بر بهبود خواص آنها موجب سبک شدن قطعات می شود. از آنجایی که یکی از کاربردهای این قطعت در صنعت خودرو است موجب سبک شدن خودرو و به تبع آن کاهش میزان سوخت مصرفی خواهد شد. همچنین از دیگر مزایای آن کاهش آلودگی هوا و کاهش گازهای گلخانه ای است.[29]
6. ایجاد کامپوزیت فلزی مقاوم با فناوری نانو: ایجاد کامپوزیت فلزی با استفاده از رسوبهایی در اندازه نانومتر برای تقویت فولاد امکان پذیر است. این امر موجب کاهش وزن قطعات خودرو و افزایش شکل پذیری و استحکام فولاد می شود. در این زمینه شرکت ساپکو برای انجام پروژه مشترک آمادگی خود را جهت همکاری اعلام می کند.[29]
نانو كامپوزیت ها به عنوان دیرسوز كننده:FAA بودجه بسیاری صرف پژوهش در زمینه اثر دیرسوز كنندگی ذرات رس با اندازه نانومتری بر رفتار پلاستیك ها كرده است. در آغاز تنها دانشگاه كرنل (Cornell) در این زمینه با FAA همكاری می كرد. سپس دانشگاه ماركو (Marquette) و چندین دانشگاه دیگر نیز برنامه های پژوهشی خود را در زمینه نانو رس ها و اثرات دیر سوزكنندگی آنها فعال كردند.
آزمایش گرماسنجی مخروطی، اثر دیر سوز كنندگی این ذرات را به طور كلی تایید كرده است. رزین های پر شده نیز پایداری بهتری در برابر حرارت از خود نشان دادند. این مقاومت حرارتی بالا و ویژگی دیرسوز كنندگی نانو رس ها آینده خوبی برای این فن آوری رقم خواهد زد.
آلومیناتری هیدرات (ATH) یكی از پر كننده های دیرسوز كننده متداول در بسیاری از پلاستیك ها است. گاهی اوقات اثر دیرسوز كنندگی این ماده به حدی می رسد كه پلیمر خود اطفاء كننده (Self extinguishing) می شود. روند كار به این صورت است كه وقتی ATH در معرض حرارت قرار می گیرد، تری هیدرات بخار آب ازاد كرده و منجر به كاهش حرارت آتش و كند كردن عمل سوختن می شود. اما افزایش میزان ATH افزوده شده به رزین منجر به افت استحكام كششی و خمشی پلیمر می شود و وقتی مقدار پر كننده به یك حد بحرانی معین می رسد، افت ویژگی ها ناگهانی و قابل توجه خواهد بود.[4]
استفاده از نانوکامپوزیت هیدروژل در ازدیاد برداشت نفت: نانوکامپوزیتهای هیدروژل، مواد پلیمری هستند که استعداد بالایی در جذب آب دارند؛ این میزان در حدود ۲۰۰۰ برابر وزن خود این کامپوزیتها است. نانوکامپوزیتهای هیدروژل در کشاورزی کاربردی زیادی دارند. از جمله کاربردهای مهم آنها نیز در افزایش میزان برداشت نفت از چاهها خواهد بود. در این کاربرد با حفظ استحکام مکانیکی، دانسیته اتصالات شبکه را پایین نگه می داریم تا هیدروژل بتواند مقاومت بالایی در مقابل فشار نفت داخل چاه داشته باشد. در مواقعی که برداشت نفت از چاه های نفت به دلیل زیاد بودن مقدار آب غیر اقتصادی می شود، افزودن نانوهیدروژل به داخل چاه سبب مسدود شدن مسیرهای عبور آب شده و این خود موجب می شود که بتوان از چاه مرده چندین سال دیگر نفت استخراج نمود.[29]

مزایا و معایب نانوکامپوزیتها
ظهور مواد نانوکامپوزیت ها، تحولی اساسی در خواص مکانیکی و حرارتی ایجاد کرده است. مزایای مواد نانوکامپوزیت را می توان به صورت زیر بیان کرد:
1. پودرهای نانوکامپوزیت نسبت سطح به حجم بالایی دارد. این نسبت در حالت بی شکل نسبت به حالت بلوری، بیشتر است.
2. کسر زیادی از اتمها در سطح ذرات پودرهای نانوکامپوزیت و یا در مرز دانه های ریز ساختار نانوکامپوزیتها قرار دارند.
به دلیل دو خاصیت اخیر، پودر های نانوکامپوزیت، قابلیت تفت جوشی(زینتر) بالایی دارند. در ساخت نانو کامپوزیتها از پودرهای نانوکامپوزیت یا پودرهای نانومتری، به دلیل کنترل فرآیند در مقیاس نانومتری، ریز ساختاری کاملا یکنواخت به دست می آید. نانو کامپوزیت ها خواص فیزیکی و مکانیکی از قبیل استحکام، سختی، چقرمگی و مقاومت حرارتی بالایی در محدوده وسیعی از دما دارند. افزودن ۵ تا ۱۰ درصد حجمی فاز دوم به فاز زمینه، باعث افزایش چشمگیری در خواص فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت ها می شود. لذا جدیدترین فناوری ها، مربوط به طراحی ریز ساختاری نانوکامپوزیتها برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آن می باشد.[29]
در مقابل خواص منحصر بفرد مواد نانوکامپوزیت،در ساخت نانو کامپوزیتها مشکلات فرآیندی قابل توجهی وجود دارد که نقش تعیین کننده ای دارند. از اساسی ترین این معایب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. عدم توزیع یکنواخت فاز دوم در فاز زمینه در نانو کامپوزیت ها،خواص مکانیکی نانوکامپوزیتها را کاهش می دهد.تجمع ذرات پودر بسیار ریز در نانوکامپوزیتها موجب افزایش انرژی سطحی آنها شده، کاهش خواص مکانیکی کاهش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها را به دنبال دارد.

2. همچنین استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت برای توزیع یکنواخت فاز دوم در داخل فاز زمینه و جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات پودر نانوکامپوزیتی وساخت نانوکامپوزیتهایی با ریز ساختاری همگن و خواص مکانیکی بالا، باعث غیر اقتصادی شدن و همچنین پیچیده تر شدن فرآیند می گردد. [29]

آنچه در اینجا بررسی شد تنها دو نوع از انواع بسیار زیاد کامپوزیت ها و چند سازه های جهان بود . در این نوشتار به این پی بردیم که مواد و توسعة آنها از پایه‌های تمدن به شمار می‌روند. به طوری که دوره‌هایتاریخی را با مواد نامگذاری کرده‌اند: عصر سنگ، عصر برنز، عصر آهن، عصر فولاد، عصرسیلیکون و عصر کربن. ما اکنون در عصر کربن به سر می‌بریم. عصر جدید با شناخت یکمادة جدید به وجود نمی‌آید، بلکه با بهینه کردن و ترکیب چند ماده می‌توان پا در عصرنوین گذاشت. دنیای نانومواد، فرصتی استثنایی برای انقلاب در مواد کامپوزیتیاستعلاقه به کامپوزیت ها در سراسر جهان سبب شده است که بسیاری از مراکز پژوهشی به مطالعه کاربردهای بالقوه این مواد بپردازند. ]12،24 [
خواص قطعه تولید شده در کامپوزیت های به مراتببالاتراز خواص قطعه ای خواهد بود که با پودر هایی در ابعاد میکرونی ساخته می شود. ظهور مواد نانوکامپوزیت ها، تحولی اساسی در خواص مکانیکی و حرارتی ایجاد کرده است. شاید مهمترین هدف در صنعت کامپوزیت رسیدن به اجسام سبک تر و کم حجم تر باشد.[28]
متاسفانه در كشور ما به دلیل عدم شناخت كامل خصوصیات این تركیبات كه خود ضعف در طراحی، تولید و مصرف را به دنبال دارد، میزان استفاده این مواد به نسبت كشور های دیگر بسیار ناچیز است. ولی شاید بتوان با برنامه ریزیهای درازمدت و سرمایه گذاری در جهت شناساندن هرچه بیشتر این مواد به شركتها و موسسات صنعتی كشور این ضعف ها را تا حد زیادی جبران نمود.[2]



[ پنجشنبه 20 آبان 1395 ] [ 01:48 ق.ظ ] [ مائده کوهی ]

[ نظرات() ]


مجله اینترنتی دانستنی ها ، عکس عاشقانه جدید ، اس ام اس های عاشقانه