بررسی کاربرد نانوتکنولوژی در صنایع خودروسازی

عنوان صفحه
چکیده : ۵
مقدمه : ۵
فناوري نانو؛ الزامي براي شركت هاي خودروسازي ۶
نقاط كليدي اين گزارش ۷
عوامل اصلي رقابت در صنعت خودرو ۷
از عوامل کليدي در صنعت خودرو مي‌توان به موارد زير اشاره کرد: ۹
کاربردهاي آتي در صنعت خودرو ۹

بازارهاي بخش‌هاي فناوري نانو در صنعت خودرو مطابق تحقيقات انجام شده، بصورت ذيل مي‌باشد: ۱۰
توليد و ذخيره انرژي ۱۰
مواد نانوساختار – نانوکامپوزيت‌ – نانوذرات ۱۱
حسگرها و نمايشگرهاي دقيق ۱۱
نانوالکترونيک ۱۲

مواد و پوشش‌ها ۱۲
کاربردهاي زيستي ۱۲
توليد ۱۳
محيط زيست ۱۳
ابزارهاي نانو و فناوري‌هاي متقارب در صنعت خودرو ۱۳
نانو کامپوزیت ها در صنعت خودرو ۱۴
کاربرد نانولوله های کربنی در خودرو سازی : ۱۷
ویژگی‌های نانولوله‌های کربنی ۱۷
نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربرد ۲۰
۱ – آلوتروپ های کربن ۲۰
۲ – نانولوله های کربنی ۲۱
۱ – ۲ ساختار نانولوله های کربنی ۲۱
۲ – ۲ خواص و کاربردهای نانولوله های کربنی ۲۲
به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها ۲۲
استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی ۲۳
استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک ۲۳
ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی ۲۴
ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی ۲۵
روش های تولید نانو لوله های کربنی : ۲۵
۳-۲ روش تابش ليزر ۲۶
۳-۲ رسوب بخار شيميايي (CVD) 26

چالش های فرآوری : ۲۷
۵-۱) توليد انبوه با قيمت مناسب ۲۷
۵-۲) خالص‌سازي نانولوله‌ها ۲۷
۵-۳) اتصال نانولوله‌ها و ايجاد رشته‌ها ۲۸
۵-۴) جلوگيري از توده‌اي شدن نانولوله‌ها ۲۹
۵-۵) چگونگي حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوري ۲۹
۵-۶) كنترل رشد نانولوله‌ها ۳۰
رشد آرام؛ ۳۱
سنتز كاتاليزوري در دماي پايين؛ ۳۱
نانو تكنولوژي در بدنه اتومبيل ۳۲
در ادامه به معرفي كوتاهي از نمونه هاي كاربرد فناوري نانو در صنعت خودرو مي پردازيم: ۳۳
• نانوكامپوزيت ها ۳۳
نانوکامپوزیت : ۳۳
تست مکانیکی : ۳۵
روش انجام آزمایش : ۳۶

پودرهای به کار برده شده شامل: ۳۶
یکپارچه سازی با SPS : 37
بحث ونتایج : ۳۸
• اثر نيلوفري و كاربرد آن در ساخت سطوح خود تميز شونده ۴۰
• شيشه هاي نوين با توانايي بازتاب پرتو فروسرخ ۴۱
مبدل هاي كاتاليستي ۴۲
جمع بندی ۷۴
منابع و ماخذ : ۷۵

منابع فارسی ۷۵
منابع لاتین : ۷۵

چکیده :
در این پژوهش به بررسی نقش و تاثیر تکنولوژی نانو در صنایع خودروسازی پرداخته شده است ، NanoCar، مطالعه اي جهاني در مورد تغييرات صنعت خودرو است كه همزمان با توسعه فناوري نانو و همگرايي نانو در ميان توليدكنندگان خودرو در سال هاي ۲۰۰۴ تا ۲۰۱۵ صورت مي گيرد. خودروي آينده، با پيشرفت هاي مقرون به صرفه اي در ارتباط خواهد بود كه مبتني بر كوچك سازي، مواد سبك تر و مستحكم تر و سيستم هاي جديد انرژي بوده و در عين حال، خودرويي هوشمند خواهد شود.

مقدمه :
فناوري نانو تا ۲۰ سال آينده، همانند فناوري اطلاعات در ۲۰ سال گذشته، فناوري توانمندساز خواهد بود. هر شركتي در دنيا به وسيله اين فناوري و از طريق همگرايي فناوري هاي: نانو، زيستي، تشخيصي و اطلاعات، تغيير خواهد يافت. فناوري نانو، فناوري ميان بخشي است و تمام فناوري ها و بازارهاي شناخته شده كنوني را تغيير داده و يا از نو تعريف خواهد كرد. اين فناوري، در كوتاه مدت باعث تغيير و كامل شدن علوم زيستي، داروسازي، روش هاي تشخيص، فناوري پزشكي، غذا، فناوري محيط زيست، آب، انرژي، الكترونيك، مهندسي مكانيك و… خواهد شد.

فناوري هاي ميكرو و نانو، قبلاً تغييراتي در صنعت خودرو ايجاد كرده اند. در خودروها، ميكروتراشه ها موتور را تنظيم مي كنند، فناوري هاي جديد ترمز خودرو را كنترل مي كنند. ابزارهاي الكترونيكي، از احتراق تميز موتور اطمينان حاصل مي كنند. صنعت خودرو يكي از زمينه هايي است كه شروع به بهره گيري از مزاياي نانوكامپوزيت ها در اجزا و سيستم هاي مختلف كرده است. اين كاربردها، از مبدل هاي كاتاليزوري (براي تبديل مؤثرتر محصولات جانبي احتراق به مواد بي خطر) گرفته، تا پلاستيك ها و روكش هاي سبك وزني كه بهره سوخت و عمر خودرو را افزايش مي دهند، شامل مي شوند.

فناوري نانو؛ الزامي براي شركت هاي خودروسازي
پيشرفت هاي فناوري نانو در صنعت خودرو، طوفان نوآوري بزرگ تري را پيش بيني مي كنند. صنعت خودرو از طريق فناوري نانو، رشد بزرگ و قابليت پيشرفت عظيمي را به دست خواهد آورد. طي ۱۰ سال، طراحي و توليد خودروها، كاميون ها، اتوبوس ها و… با استفاده از فناوري نانو و فناوري هاي مشابه، تا ۶۰ درصد تحت تأثير قرار خواهند گرفت. توانايي دستكاري اتم ها و مولكول ها، ابعاد جديدي از صنعت خودرو را پيش روي ما قرار خواهد داد. فناوري نانو الزامي حياتي براي شركت هاي خودروسازي است. روندهاي غالب علم و فناوري به سمت مقياس نانو حركت مي كنند. صنعت

خودرو از طريق دستيابي به موتورهاي پيشرفته، استفاده از انرژي هاي نو، كاهش وزن ماشين، بهبود عملكرد مواد، افزايش ميزان راحتي و انعطاف پذيري، افزايش بهره وري و… از اين روند سود خواهد برد. تقريباً تمام قطعات خودرو را مي توان به وسيله فناوري نانو، بهبود بخشيد. فناوري نانو، موجب ايجاد فضايي بسيار زياد براي نوآوري و همچنين بازارهايي عظيم براي صنعت خودرو خواهد

شد. قدرت رقابت در ۱۰ سال آينده، به ميزان توسعه كاربردهاي فناوري نانو توسط خودروسازان در خودروهايشان بستگي دارد. فناوري نانو، ارتباط بسيار نزديكي با ديگر فناوري هاي مقياس مولكولي نظير فناوري زيستي، فناوري عصبي و فناوري اطلاعات دارد. همگرايي آنها، كنترل دقيق ساخت مولكولي را موجب مي شود. فناوري هاي همگرا، نه تنها صنعت را تغيير خواهند داد بلكه موجب

تغيير سبك زندگي و جامعه خواهند شد. اثرات آنها بر محيط زيست، انرژي، بازار كار و اقتصاد جامعه، بايد پيشاپيش مورد بررسي دقيق قرار گيرد. امروزه تعداد كمي از صنايع خودروسازي عمده در مرحله تحقيق يا استفاده اوليه از فناوري نانو قرار دارند. تا سال ۲۰۱۰ تمام خودروسازان و بخش اعظمي از توليدكنندگان قطعات، درگير فناوري نانو خواهند شد. تا سال ۲۰۱۵، محصولات و خدمات مربوط به فناوري نانو تا حدود ۱۰ درصد از سهم كل بازار خودرو را دراختيار خواهند داشت.

نقاط كليدي اين گزارش
اين مطالعه، مبتني بر تحقيقات و تحليل هاي صورت گرفته در زمينه علوم و كاربردهاي فناوري نانو در سال ۲۰۰۴ و توسعه آن در سال هاي ۲۰۰۶، ۲۰۱۰ و ۲۰۱۵ براي خودروسازان اصلي دنياست. حدود ۷۰ كاربرد فناوري نانو در صنعت خودروسازي براي دهه آينده، مورد مطالعه قرار گرفته اند. اين كاربردها در زمينه هاي مختلفي همچون: مواد، انرژي، نيروي محركه، ايمني، اطلاع رساني، تفريحات و محيط زيست است. حجم بازار مرتبط با اين كاربردها در سال ۲۰۰۴، معادل ۶/۸ ميليارد دلار،

۲۰۱۰ معادل ۲/۵۴ ميليارد دلار و ۲۰۱۵ معادل ۱۳۰ ميليارد دلار خواهد بود. اين كاربردها، موجب مي شوند تا خودروها سبك تر، قوي تر، سريع تر، ايمن تر، سازگارتر با محيط زيست و هوشمندتر شوند. در عين حال، فناوري نانو هزينه عملكردهاي موجود را كاهش داده و در هر دو بعد تجهيزات و فرايندها، روش توليد را تغيير خواهد داد. فناوري نانو عنصر اصلي رقابت در صنعت خودرو در آينده خواهد بود. با اين حال، كاربردها در ۱۰ سال آينده تنها موجب ايجاد پيشرفت و ارزش افزوده خواهند شد. جنبه هاي انقلابي واقعي فناوري نانو در زمينه انرژي و توليد خواهد بود. به كارگيري انرژي

كاملاً پيشرفته و خدمات مربوط به آن، موجب تغيير حمل و نقل روزانه شده و تغيير بنيادي فرايندهاي توليد، دنيا را عوض خواهد كرد. ظهور واقعي نانو كارخانه هاي شخصي، دنياي اقتصاد، بازار كار، جغرافياي سياسي و نحوه زندگي بشر را از نو تعريف خواهد كرد. هدف شركت ها و محققان فناوري نانو، شكستن محدوديت هاي بنيادي فناوري هاي امروزي است.

عوامل اصلي رقابت در صنعت خودرو
رقابت در صنعت خودرو همانند ساير بخش ها، از يك سو در زمينه تلاش براي كاهش هزينه و از ديگر سو، افزايش كارايي و غلبه بر مشكلات زيست محيطي است. عوامل اصلي رقابت در صنعت خودرو عبارتنداز:
قيمت ، ايمني و امنيت ، كارايي سوخت ،ارتباطات/ اطلاعات ،عملكرد بهتر ،كاهش آلودگي هوا ، زيبايي ،راحتي در تمامي اين زمينه ها، فناوري نانو يا در حال استفاده توسط شركت هاي خودروسازي براي كسب قدرت رقابت بالاتر بوده و يا در آينده توسط اين شركت ها به كار گرفته خواهد شد. بسياري از كاربردهاي پيشنهادي فناوري نانو، مشخصات نسل بعدي خودروها را تعيين خواهند كرد. به عنوان قدرتمندترين فناوري توانمندساز، استفاده از فناوري نانو موجب به دست گرفتن نقش رهبري در زمينه اين فناوري خواهد شد.
فناوري ميكرو و نانو در حال تغيير دادن صنعت خودرو هستند. توليدكنندگان خودرو نيز مشتاق استفاده از نوآوري ها براي بهبود عملكرد، راحتي و ايمني خودرواند. عامل تصميم گيرنده براي

پذيرش اين فناوري ها مقرون به صرفه بودن آنهاست. بنابراين در سال هاي بعدي، پيشرفت هاي اصلي فناوري نانو در زمينه هاي زير خواهد بود: – عملكرد بهتر: مربوط به كارايي موتورهاي بهبود يافته و استفاده از مواد سبك و مستحكم كه همگي آنها به وسيله فناوري نانو تحت تأثير قرار خواهند گرفت. – عدم استفاده از روان كننده ها از طريق به كارگيري لايه هاي نازك بر روي بلبرينگ ها و قطعات تحت اصطكاك
– فيلترهاي الكتروستاتيك جديد

– استفاده از سوئيچ هاي توان بالا در دستگاه هاي احتراقي، اين سوئيچ ها بر مبناي نشر زمينه در نوك هاي تيز عمل مي كنند .
– كاتاليزورهاي جديدي كه از مواد بسيار متخلخل و سطوح انتخابگر شيميايي بهره مي برند .
– نانوذرات در افزودني هاي رنگ ها به كار رفته و اثرات رنگي جديد، سختي بيشتر و دوام بالاتر را موجب مي شوند
– كاربردهاي ميان مدت، شامل قطعات موتور ساخته شده از سراميك هاي جديد، پلاستيك هاي با استحكام بالا و عايق هاي لرزشي بهتر مبتني بر نانوسيالات مغناطيسي است
– كاربردهاي بلندمدت، شامل سيستم ياري رسان رانندگي مبتني بر واقعيت تكميل شده اند. صفر بازيابي كامل، خودروهايي كه با انرژي تجديدپذير كار مي كنند و توليد شخصي مي باشد
امروزه فناوري نانو در بخش‌هاي مختلفي از صنعت خودروسازي وارد شده است که غفلت از آن باعث عقب‌ماندگي کشور در صنعت خودروسازي مي‌گردد. اين فناوري عامل بسيار مهمي در توليد خودروهاي کم مصرف‌تر و مرغوب‌تر خواهد بود.
پس بجاست که مديران صنعت خودروسازي کشور تلاش مجدانه‌اي در جهت دستيابي و توسعه اين فناوري در صنعت خودروسازي کشور نمايند و با تلاش دو چندان در پي تجاري سازي آن باشند. صنايع خودروسازي در کنار صنايع ديگر از يک سو نگرشي به کاهش هزينه‌ها دارد و از سوي ديگر در پي تلاش براي استفاده از فناوري‌هاي نوين درکنار ملاحظات زيست‌محيطي مي باشد.

از عوامل کليدي در صنعت خودرو مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:
۱٫ کاهش آلايندگي و مصرف سوخت
۲٫ بازيافت
۳٫ ايمني
۴٫ بهبود عملکرد و ا فزايش کارايي موتور
۵٫ زيبايي گرايي

کاربردهاي آتي در صنعت خودرو
فروش بيش از ۵۵ ميليون خودرو در سرتاسر جهان در سال ۲۰۰۲ صنعت خودرو را به يک بازار اقتصادي بزرگ و صنعت بسيار جذاب تبديل کرده است. از اين فناوري بيشتر براي بهبود استحکام، کاهش وزن، توليد مواد با سختي بالا (نانوکامپوزيت‌ها)، استفاده بيشتر از انرژي (پيل‌هاي سوختي) و نانوکاتاليست‌هاي جديد (کنترل آلايندگي) استفاده مي‌شود.
توليد کنندگان خودرو به دنبال راه‌هاي استفاده از فناوري نانو به عنوان ابزاري براي کاهش هزينه‌ها و بهبود عملکرد اجزاء خودرو در کنار راحتي و ايمني هستند.

در همين رابطه يک شرکت بزرگ که در سال‌هاي ۱۹۸۹، ۱۹۹۰ و ۱۹۹۵ تجربيات موفقي در مطالعه روي فناوري ميکروسيستم‌ها، ميکروالکترونيک، صنايع خودرو و صنايع هواپيمائي داشته، در ادامه مطالعات خود به کمک ۷۰ خودروساز معتبر دنيا از جمله مرسدس بنز، BMW ، فراري، ولوو، پورشه، پژو، جنرال موتورز، فورد و … آمده و مطالعاتي را روي فناوري نانو و فناوري‌هاي مرتبط با آن جهت استفاده در اين صنايع انجام داده است.
هدف از انجام اين مطالعات، بررسي بازار سراسري کارخانه‌ها، ارگانها، شاخه‌ها، محصولات و تحقق و توسعه آنهاست. مطالعات نشان دهنده حجم معاملات و برگشت پذيري آن در زمينه‌هاي توليد زنجيره ارزش کارخانجات و موفقيت آنها در کنار استراتژي فرصت‌ها و ريسک‌پذيري آنها براي سالهاي آينده مي‌باشد. همچنين در اين مطالعات، به شکل جداگانه، بازار اين گونه محصولات در کشورهاي آمريکا، ژاپن، آلمان، چين و ديگر کشورهاي اروپايي و آسيايي مورد بررسي قرار گرفته است

.

بازارهاي بخش‌هاي فناوري نانو در صنعت خودرو مطابق تحقيقات انجام شده، بصورت ذيل مي‌باشد:
توليد و ذخيره انرژي
• پيل‌هاي سوختي
• پيل‌هاي خورشيدي
• کاتاليزورهاي گازوئيلي و بنزيني

• ذخيره‌سازي انرژي

مواد نانوساختار – نانوکامپوزيت‌ – نانوذرات
• نانوساختارهاي سبک وزن
• مواد مقاوم در برابر آتش و حرارت
• افزايش استحکام و بهبود پايداري
• رنگ‌ها و پوشش‌هاي نانوساختار و هوشمند
• خود تميز شونده‌ها
• مقاومت به خراش

• عملکرد نوري پوشش‌ها
• مواد قابل برنامه‌ريزي

حسگرها و نمايشگرهاي دقيق
• نمايشگرهاي حرکت
• نمايشگرهاي فشار
• نمايشگرهاي شيب

• سيستم‌هاي بيومتريک
• حسگرهاي جوي
نانوالکترونيک
• مديريت هوشمند موتور
• سيستم روشنايي
• الکترونيک در دماي بالا
• کنترل امنيت
• باطري‌هاي با طول عمر طولاني

 

مواد و پوشش‌ها
• پوشش‌هاي نانوکامپوزيتي با اصطکاک پائين‌
• پوشش‌هاي نانوکامپوزيتي مقاوم به سايش
• پوشش‌هاي مقاوم به حرارت

کاربردهاي زيستي
• تجهيزات بهداشتي
• سيستم‌هاي امداد
• طراحي زيستي

 

توليد
• اندازه‌گيري و کنترل
• اداوات، ابزار و ماشين‌ها
• اتوماسيون

محيط زيست
• فناوري زيست محيطي
• بازيافت
• سوخت

ابزارهاي نانو و فناوري‌هاي متقارب در صنعت خودرو
• فناوري بر اساس نانولوله‌هاي کربني

• مدل سازي و شبيه‌سازي
• نانوحسگرها و محرک‌ها
• اسپينترونيک و نانومغناطيس

نانو کامپوزیت ها در صنعت خودرو
اثبات شده است که در دنیای نانو مواد تفکر قدیمی ” هرچه بزرگ تر، بهتر” صدق نمی کند. به نظر می رسد آینده ما با درک و گسترش مواد کامپوزیتی که در ساخت آنها کوچکترین ذرات شناخته شده به کار کرفته می شوند، گره خورده است. با یک جستجو در شبکه جهانی اینترنت، مشخص می شود که چقدر کار در این زمینه انجام می شود. از زمان کشف تراشه سیلیکونی تاکنون، هیچ زمینه ای در علم مواد و فیزیک به این اندازه هیجان انگیز نبوده است. صنایع گوناگون خصوصی و

دولتی با میلیاردها دلار سرمایه گذاری به سوی بهره برداری از این دنیای کوچک هجوم آورده اند. دنیایی که در آن مواد با اندازه ای کوچک تر از ۱۰۰ نانومتر تعریف می شوند. برای درک بیشتر، لازم به ذکر است که هر نانومتر تنها یک میلیاردم متر است. این اندازه ها یعنی این که مواد مورد مطالعه به اندازه یک ویروسند.

برنامه های دولتی به طور گسترده ای مطرح شده اند. حتی نخست وزیر تایلند نیز به تازگی اعلام کرده است که نانو مواد، اساس توسعه اقتصادی آینده این کشور را تشکیل خواهد داد و برای رسیدن به این هدف، ۲۰۰ دانشمند به کار گرفته شده اند. دولت فدرال ایالات متحده نیز در پروژه ۴/۱ میلیارد دلاری خود در وزارت انرژی، یک مرکز تحقیقات علوم نانو گنجانده است که حدود ۳۸۰۰ نفر کارمند دارد و ۳۰۰۰ نفر مشاور پژوهشی با آن همکاری می کنند. توجه صنعت خودرو به این تحول بزرک جلب شده و در حال کشف کاربردهای جدیدی برای مواد نانو کامپوزیت است. تامین

کنندگان Tier و OEMS با کمک پژوهشی چندین موسسه آموزشی همانند دانشگاه ایالتی میشیگان و دانشگاه سینسیناتی در حال کشف جایگاه رقابتی مناسب برای خود هستند. بازه کاربردی این مواد از پلیمرهای سانای الکتریسیته تا میکروسوئیچ های نوری و حس گرها و سوییچ های هوشمند در اندازه های نانو متغیر است.

در این چند سال گذشته پلیمرهای رسانا تدریجاً کاربردهایی در صنعت خودرو پیدا کرده اند. با به کارگیری نانو لوله های کربنی با نسبت طول به قطر ۱۰۰۰ به ۱ و مقاومت حجمی حدود ۶ ۱۰&#۷۷۲; اهم – سانتی متر، بهترین ماده کامپوزیتی برای خطوط انتقال سوخت به دست خواهد آمد و باعث تغییر جنس این خطوط از فولادی به پلیمری می شود. شرکت های آمریکایی هایپریون (Hyperion ctalysis international)و اپلایدساینس (Applied Science Inc) عقیذه دارند که بازار تجاری نانو لوله های کربنی چند دیواره (MWNT) به چندین تن در سال می رسد.
پلیمرهای رسانا در ساخت صفحات بیرونی بدنه خودرو نیز به کار می روند. این صفحات می توانند بدون هیچ تغییری در خط رنگ پاشی الکترواستاتیک قطعات فولادی رنگ شوند. چون دستگاههای رنگ پاشی در سرمایه گذاری یک کارخانه جدید بخش عمده ای را به خود اختصاص می دهند. لزوم فراهم کردن یک خط رنگ پاشی جداگانه در کارخانه، صفحات پلیمری را جایگزین نامناسب و غیر قابل قبول برای فولاد معرفی می کند. GE و کابوت (cabot) شرکت هایی هستند که به تازگی گونه هایی از پلیمرهای رسانا را عرصه کرده اند.

در یک کارگاه آموزشی که به تازگی توسط مرکز تحقیقات علوم نانو وزارت انرژی آمریکا برگزار شد. ریچارد اسمالی (Richard Smalley)، یک پژوهش گر در زمینه نانو، ۱۴ پدیده از فن آوری نانو را معرفی کرد که هر کدام به عنوان تحولی بزرگ در ۱۰ سال آینده، رخ خواهد داد. در بالای این فهرست کاربردهایی همانند ذخیره سازی هیدروژن، پیل های سوختی و باتری ها / ابر خازن ها قرار داشتند. تمام این وسایل از نظر وسایل تولید ذخیره نیرو. اثر مهمی بر صنعت خودرو خواهند داشت. تخمین زده می شود تنها پیل های سوختی،هزینه زیرساخت های صنعت خودرو را به یک دهم تا یک صدم کاهش دهند. دیگر فن آوری نیز اثری تقریباً مشابه دارند.

جنرال موتورز از سال ۲۰۰۲ کامپوزیت های نانورس و نانوتالک را به طور موفقیت آمیزی در اجزای سازه ای رکاب خودروهای آسترو (Astro) و سافاری (Safari) به کار گرفته است و برای ساخت در پشتی بیوک راندوو (Buick Rendevous) نیز یک ماده TPO نانو کامپوزیت را به خواهد گرفت.
شرکت تویوتا با عرضه قطعه ای از جنس نایلون نانورس در سال ۱۹۹۱، نخستین نانو کامپوزیت تجاری را به صنعت خودرو معرفی کرد. اکنون باید زبان جدیدی برای تشریح طراحی و ساخت این محصولات جدید به کار گرفته شود. زبانی که حاوی عباراتی همچون جا داده شده (intercalated) و ورقه ورقه (exfoliated) باشد.
بررسی فهرست خرید مواد جدید همانند مطالعه فرهنگ لغاتی است که در آن، مدخل نانو دارای زیر مجموعه های بسیاری از جمله نانو لوله ها، نانورس ها، نانو الیاف، فیبریل ها، نانو پلاکت ها(پولک های نازک با ضخامت کمتر از ۵ نانومتر)،نانوسیم ها، نانوکامپوزیت ها، نانو رشته ها، نانو ذرات و نانوابزار است. نانو پلاکت های نوری، انقلابی در سیستم های سویچینگ و حس گر

تجهیزات الکتریکی خودروها ایجاد خواهند کرد. در این تجهیزات که به زودی به سیستم های ۳۶ تا ۴۸ ولت تغییر خواهند کرد، تسهیم (multiplexing) یک نیاز است (تسهیم بکارگیری همزمان یا مشترک مدارهای الکتریکی برای برقراری ارتباط های چند گانه است). افق آینده این مواد حس گرهای کیسه هواست که در پوسته پلیمری بیرونی آن قرار داده می شوند و سیگنال ها را با سرعت نور، منتقل می کنند. به این ترتیب میلی ثانیه هایی به دست می آیند که در میزان آسیب وارده در اثر تصادف بسیار تاثیرگذارند.

ویژگی های دیرسوز کنندگی نانو کامپوزیت ها، امیدهایی را برای خلق یک رده کاملاً جدید از پلیمرها با کاربری درون خودرو ایجاد می کنند. مقاومت کامپوزیت های تقویت شده با نانو پلاکت ها در برابر شرایط آب و هوایی، عمر مفید قطعات بیرونی را افزایش می دهد. صفحات دو قطبی که از نانو کربن استفاده می کنند. فن آوری پیشرفته ای برای تولید انبوه پیل های سوختی ارایه می کنند.
نانو سرامیک ها نیز فرصتی برای تجدید نظر در ساختار داخلی موتورهای درون سوز و پوشش اجزای این موتورها ایجاد می کنند. نانو کامپوزیت های سبز، بر پایه شیمی کربوهیدرات ها، تعریف جدیدی از بازیافت پذیری و تجزیه زیستی ارایه می کنند. جهان نانو ممکن است کوچک باشد ولی بزرگ ترین تحول مواد در دو دهه آینده است، ممکن است پس از این در همایش های تخصصی، برای مشاهده شگفتی های دنیای نانو حتی به یک میکروسکوپ الکترونیکی TEM نیاز باشد. توان بالقوه حقیقی این مواد در آینده ای نزدیک درک خواهد شد.

کاربرد نانولوله های کربنی در خودرو سازی :
نانولوله‌های کربنی‌ که از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه‌ای توخالی ساخته شده‌است در سال ۱۹۹۱ توسط سامیو ایجیما (از شرکت NEC ژاپن) کشف شد. خواص ویژه و منحصر به فرد آن از جمله مدول یانگ بالا و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانولوله‌ها (به خاطر این که کربن ماده‌ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر می‌باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روش‌های رشد نانولوله‌ها باشد.

کارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الکترونی نانولوله متمرکز شده‌است. کوشش‌های گسترده‌ای نیز برای رسیدگی به خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی و ساز وکار عیوب و اثر تغییر شکل نانولوله‌ها بر خواص الکتریکی صورت گرفته‌است. می‌توان گفت این علاقه ویژه به نانولوله‌ها از ساختار و ویژگی‌های بی‌نظیر آن‌ها سرچشمه می‌گیرد.

ویژگی‌های نانولوله‌های کربنی
انواع نانولوله های کربنی

روش‌های تولید نانو لوله‌های کربنی
کاربردهای نانولوله‌های کربنی
چالش‌های فراوری
نانو لوله های کربنی، به دلیل خواص مکانیکی، گرمایی، شیمیایی، نوری و الکتریکی شان، نوید بسیاری کاربردهای با فن آوری های بالا را می دهند.
به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی، پژوهشگران دانشگاه نورس وسترن امریکا از نانو لوله های فلزی برای ساختن لایه های نازکی که از لحاظ ظاهری شبیه شیشه های رنگی هستند و ویژگی هایی همچون نیمه شفاف بودن، رسانایی و انعطاف پذیری بالا دارند و در انواع و اقسام رنگ ها موجود می باشند، استفاده کرده اند. این نتایج، که به صورت آنلاین در ژورنال نانولترز منتشر شده، می تواند به تولید محصولاتی با فن آوری های پیشرفته مانند صفحه نمایشگرهای مسطح و یا سلول های خورشیدی، منجر شود.
خواص متنوع و بسیار خوب نانو لوله های کربنی، کاربردهای وسیعی را ایجاد کرده است. این کاربردها شامل ترانزیستورها، گیت های منطقی، اتصالات، لایه های رسانا، منابع گسیل میدان، گسیل کننده های مادون قرمز، بیوسنسورها، دستگاه های نانو مکانیکی، نیروهای تقویتی مکانیکی، عناصر ذخیره ی هیدروژن و پایه های کاتالیزی می باشند.
اخیراً در میان کاربردهای مذکور، لایه های رسانای شفاف که با استفاده از نانو لوله های کربنی ساخته می شوند، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. رساناهای شفاف، موادی هستند که از نظر نوری شفاف و از نظر الکتریکی رسانا می باشند. این مواد معمولاً به عنوان الکترودهایی در صفحه نمایشگرهای مسطح، صفحه نمایش های لمسی، روشنایی حالت جامد و سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند. با افزایش تقاضا برای منابع دیگر انرژی و ساخت دستگاه هایی که از نظر انرژی بازده خوبی دارند، تقاضای جهانی برای لایه های رسانای شفاف نیز به سرعت در حال افزایش است.

در حال حاضر، مهم ترین ماده ی مورد استفاده برای کاربردهای رسانای شفاف، اکسید قلع ایندیم می باشد. کمیابی نسبی ایندیم از یک طرف و افزایش تقاضا از طرفی دیگر منجر به افزایش شدید هزینه ی ساخت این گونه لایه ها در پنج سال گذشته شده است. علاوه بر این موضوع اقتصادی، اکسید قلع ایندیم دارای قابلیت تنظیم نوری محدود و انعطاف پذیری مکانیکی ضعیفی می باشد. بنابراین استفاده از این ماده در کاربردهایی نظیر LED های آلی و دستگاه های فتوولتاییک آلی به خطر می افتد.

تیم نورس وسترن گام مهمی در معرفی یک رسانای شفاف دیگر برداشته است. پژوهشگران با استفاده از روشی موسوم به نیروی گریز از مرکز افت چگالی، نانو لوله های کربنی با خواص الکتریکی و نوری یکسانی تولید کرده اند. رسانایی لایه ها ی نازکی که از این نانو لوله های با خلوص بالا ساخته شده اند، ده برابر مواد نانو لوله های قبلی می باشد.
روش نیروی گریز از مرکز افت چگالی، نانو لوله های کربنی را بر اساس خواص نوری آنها تقسیم بندی می کند و ساختار لایه های رسانای نیمه شفاف با رنگ مشخصی را به وجود می آورد. لایه های ایجادشده ظاهری شبیه به شیشه های رنگی دارد. هرچند، بر خلاف شیشه های رنگی، این لایه های نازک نانو لوله های کربنی رسانایی الکتریکی بالا و انعطاف پذیری مکانیکی خوبی دارند. خاصیت انعطاف پذیری مکانیکی خوب این نانو لوله ها، یکی از مهم ترین محدودیت های اکسید قلع ایندیم در کاربردهای فتو ولتاییک و الکترونیک انعطاف پذیر را بر طرف می کند.
مارک هرسام، سرپرست تیم پژوهشی، استاد مهندسی و علم مواد در دانشگاه نورس وسترن، دانشکده ی مهندسی و علوم کاربردی و همچنین استاد شیمی در کالج علوم و هنر واینبرگ گفت: “رساناهای شفاف در جامعه ی امروزی همه جا حضور دارند. از مانیتور کامپیوترها گرفته تا صفحه نمایش تلفن های همراه و تلویزیون های دارای صفحه نمایش تخت. لایه های نازک نانو لوله های کربنی که خلوص بالایی دارند، نه تنها موجب پیشرفت هایی در زمینه ی کاربردهای رایج می شود، بلکه موجب پیشرفت فن آوری های مریی مانند LED های آلی و دستگاه های فتوولتاییک آلی نیز می شود. انتظار می رود در آینده ی قابل پیش بینی، فن آوری های مربوط به بازده انرژی و منابع انرژی ثانویه از اهمیت در حال افزایشی برخوردار باشند.”

علاوه بر هرسام، الکساندر گرین نویسنده ی دیگر مقاله شان در ژورنال نانولترز می باشد. وی فارغ التحصیل مهندسی و علم مواد دانشگاه نورس وسترن می باشد.

نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربرد

۱ – آلوتروپ های کربن
تا سال ۱۹۸۰، سه آلوتروپ کربن(کربن غیر بلوری) به نام های الماس، گرافیت و کربن بی شکل شناخته شده بودند، اما امروزه می دانیم که خانواده کاملی از سایر اشکال کربن نیز وجود دارند (شکل ۱).

شکل۱ آلوتروپهای مختلف کربن
اولین آلوتروپ کربن که در سال ۱۹۸۵ کشف شد، باک مینستر فولرن نام داشت که به نام های دیگر باکی بال و فولرن نیز نامگذاری شده است. فولرن ها مولکول های کروی کربن هستند که به سبب شکل زیبا و خواص شگفت انگیز، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده اند.
آلوتروپ بعدی کربن که در سال ۱۹۹۱ کشف شد، نانولوله(Nano Tube) نام دارد که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد.

۲ – نانولوله های کربنی
۱ – ۲ ساختار نانولوله های کربنی
در سال ۱۹۹۱ دانشمندی به نام سومیو ایجیما به طور کاملاً اتفاقی، ساختار دیگری از کربن را کشف و تولید کرد که خواص منحصر به فردی دارد. وی در ابتدا این ساختار را نوعی فولرن تصور نمود که در یک جهت کشیده شده است. اما بعدها متوجه شد که این

ساختار، خواص متفاوتی از فولرن ها دارد و به همین دلیل آن را، نانولوله ی کربنی نامید.
در یک نانولوله ی کربنی، اتم های کربن در ساختاری استوانه ای آرایش یافته اند. یعنی یک لوله ی توخالی که جنس دیواره اش از اتم های کربن است. آرایش اتم های کربن در دیواره ی این ساختار استوانه ای، دقیقاً مشابه آرایش کربن در صفحات گرافیت است. در گرافیت، شش ضلعی های منظم کربنی در کنار یکدیگر صفحات گرافیت را می سازند. این صفحات کربنی بر روی یکدیگر انباشته می شوند و هر لایه از طریق پیوندهای ضعیف واندوالس به لایه زیرین متصل می شود.
هنگامی که صفحات گرافیت در هم پیچیده می شوند، نانولوله های کربنی را تشکیل می دهند. در واقع، نانولوله ی کربنی، گرافیتی است که به شکل لوله در آمده باشد (شکل ۲).

شکل۲٫ شکل گیری نانولوله ها از صفحات گرافیت
نانولوله های کربنی به دو دسته کلی نانولوله های کربنی تک دیواره و نانولوله های کربنی چند دیواره تقسیم می شوند. چنانچه نانولوله کربنی فقط شامل یک لوله از گرافیت باشد، نانولوله تک دیواره و اگر شامل تعدادی از لوله های متحد المرکز باشد نانولوله چند دیواره نامیده می شود (شکل ۳).

شکل۳٫ انواع مختلف نانولوله های کربنی

۲ – ۲ خواص و کاربردهای نانولوله های کربنی
کشف نانوله های چند دیواره در سال ۱۹۹۱، موجب شده است که فعالیت های تحقیقاتی گسترده ای در علوم به بحث نانو ساختارهای کربنی و کاربردهای آنها اختصاص یابد. دلیل عمده ی این مسئله تکامل ساختاری مورد انتظار آنها، اندازه کوچک، چگالی کم، سختی بالا، استحکام بالا (استحکام کششی خارجی ترین جداره ی یک نانولوله کربنی چند دیواره تقریبا ً ۱۰۰ برابر بیشتر از

آلومینیوم است) و خواص عالی الکتریکی آنهاست. در نتیجه نانولوله های کربنی ممکن است به طور گسترده در تقویت مواد، صفحه نمایش مسطح با انتشار میدانی، حسگرهای شیمیایی، دارو رسانی و علم نانو الکترونیک کاربرد یابند. در ادامه به مواردی از کاربردهای نانولوله های کربنی اشاره خواهد شد.

 

به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها
نانولوله ها یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد نانولوله های کربنی را به عنوان ماده ی پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های با پایه نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالا هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت.

استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی
یکی از مشکلات دستگاه های نشر میدان امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. بیش از ۷۰۰

مقاله تحقیقاتی در رابطه با کاربردهای نشر میدان نانولوله های کربنی منتشر شده است. این آمار بیانگر اهمیت موضوع است. برای مثال، مزایای استفاده از نمایشگرهای تولید شده با نانولوله ی کربنی نسبت به نمایشگرهای کریستال مایع، سرعت واکنش بالاتر نسبت به محرک های الکتریکی، مصرف انرژی کمتر، درخشندگی مناسب تر، میدان مغناطیسی پایین در هنگام روشن کردن دستگاه و دمای کاری بالاتر است.

بر پایه همین مزیت ها، شرکت هایی مانند سامسونگ و NEC نمایشگرهای رنگی با استفاده از نانولوله کربنی را تولید کرده است. تلویزیون های ساخته شده با این تکنولوژی در اوایل سال ۲۰۰۶ روانه بازار شد.

استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک
نانولوله ها به میزان قابل توجهی سخت و قوی بوده و هادی جریان الکتریسیته و گرما می باشند. این خواص سبب استفاده از این مواد در صنعت الکترونیک شده است. نانولوله های کربنی سیم های مولکولی بزرگی هستند که الکترون می تواند آزادانه در آن حرکت کند و رفتار آنها پیچیده است. در این راستا رفتار نانولوله های چند دیواره بسیار پیچیده تر از تک دیواره است زیرا لایه های کناری روی یکدیگر تأثیر می گذارند. مدل سازی چنین اثراتی از موضاعات تحقیقاتی در حال حاضر می باشد. محققان امیدوارند که ابعاد سیم ها یا قطعات را از طریق جایگزینی با نانولوله به حدود نانومتر یا کمتر برسانند. این قطعات در کنار مدارات الکترونیکی می توانند خیلی سریع تر و با توان کمتر از مدارات کنونی کار کنند.
لامپ های تولید شده با نانولوله های کربنی هزینه تولید کمتری دارند. به علاوه عمر طولانی تر و ثبات رنگ بیشتر نسبت به لامپ های معمولی، از مزایای دیگر این لامپ هاست.

ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی
نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد.
به طور مثال، با قرار دادن فلزات درون نانولوله ها می توان خواص الکتریکی این مواد را بهبود بخشید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله های باز، مثل یک نی توخالی عمل می کنند. این نی های مولکولی می توانند به وسیله عمل موئینگی و تحت شرایط خاص، برخی عناصر را به درون خود بکشند.
همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود ۳ تا ۵ درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم

هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.

ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی
نانولوله های کربنی همچین برای استفاده در ساخت نانوماشین ها پیشنهاد شده اند. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده اند که می توانند به عنوان محورها در نانو ماشین ها عمل کنند. ممکن است، نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند. این امر از طریق ساختن دنده های چرخدنده (استخلاف ها) بر روی نانولوله ها می تواند انجام شود.

روش های تولید نانو لوله های کربنی :
بعد از آن كه در سال ۱۹۹۱ ايجيما اولين نانولوله‌ را دركربن دوده‌اي حاصل از تخليه قوس الكتريكي مشاهده كرد، محققان زيادي در جهت بسط و گسترش روش‌هاي رشد برآمده‌اند تا بتوانند مواد خالص‌تر با خواص كنترل شده مورد نظر توليد كنند. اما با آن كه روش‌هاي زيادي براي توليد نانولوله‌هاي كربني ارائه شده است،‌ سنتز آن ها در دماي اتاق تاكنون به صورت مشكلي لاينحل باقي مانده است. دانشمندان تاكنون اين مواد را در محدوده دمايي ۲۰۰ تا۷۰۰ درجه سانتيگراد با بازده كمتر از ۷۰ درصد و حتي پس از چندين بار خالص‌سازي با درجهخلوص حداكثر ۹۵ -۷۰ درصد توليد كرده‌اند. در زير چند روش عمده در سنتز نانولوله‌ها مورد بحث اجمالي قرار مي‌گيرد. بدون شك بهينه سازي و كنترل اين روش‌ها مي‌تواند توان بالقوهنانولوله‌ها را پديدار نمايد.

۳-۱ روش تخليه قوس
در اين روش اتم‌هاي كربن به وسيله عبور جريان بالا از دو قطب آندو كاتد در داخل پلاسماي گاز هليم داغ شده و بخار مي‌شوند.

۳-۲ روش تابش ليزر
در اين روش پالس‌هاي قوي شده اشعه ليزر به طرف يك هدف كربني كه شامل ۵ درصد اتمي نيكل و كبالت است پرتاب مي‌شوند.

۳-۲ رسوب بخار شيميايي (CVD)

اين روش شامل حرارت دادن مواد كاتاليزوري تا درجه حرارت هاي بالا در يك كوره لوله‌اي شكل و عبور يك گاز هيدروكربني در سراسر لوله براي يك مدت زمان معين مي‌باشد.
دو روش تخليه قوس و تابش ليزر براي زمان طولاني، روش‌هاي تقريباً كاملي براي توليد نانولوله‌هاي تك جداره بودند. اما از آنجايي كه هر دو روش مبتني بر بخار اتم‌هاي كربن درون محفظه كوچك هستند اولاً ميزان توليد نانولوله پايين مي‌باشد، ثانياً نانولوله‌هايي كه به صورت تبخيري تهيه مي‌شوند به صورت در هم پيچيده هستند؛در اين صورت براي خالص و تميز كردن آن ها با مشكل مواجه‌اند. روش رسوب بخار نيز با چالش‌هايي مواجه است چرا كه براي توليد نانولوله‌هاي كربني چند جداره چگالي بالايي از عيوب در ساختارشان به وجود مي‌آيد. اين عيوب به خاطر دماي پايين

رشد مي‌باشد كه مقدار انرژي لازم براي بازپخت (آنيل) نانولوله‌ و تكميل ساختارش را فراهم نمي‌كند. همچنين اين روش منجر به مداري شامل هر نوع نانولوله‌هاي هادي و نيمه‌هادي مي‌شود. همچنين رشد نانولوله‌ها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است در حالي كه نانولوله‌هاي با قطر كمتر در كليد زني مناسب‌ترند. با اين وجود تمركز محققان بر روي روش رسوب‌دهي بخار است زيرا توليد انبوه در حد كيلوگرم را ميسر مي‌سازد و مي‌توان كنترل قابل قبولي بر مكانيزم رشد داشت.

چالش های فرآوری :
با وجود ويژگي‌هاي بالاي نانولوله‌ها و كاربردهاي فراوان آن، توليد و استفاده مستمر از اين محصولات با اهداف مورد نظر مشكل مي‌باشد، لذا محققان زيادي در جهت رفع مشكلات آن برآمده‌اند. در زير چند مورد از مشكلات اساسي استفاده از نانولوله‌ها ذكر مي‌گردد.

۵-۱) توليد انبوه با قيمت مناسب
از آنجا كه توليد انبوه نانولوله‌ها در مقياس تني با قيمت مناسب، بزرگ ترين مانع تجاري‌سازي اختراعات در اين زمينه بوده است، لذا شركت‌هاي مختلفي درصددند تا بتوانند اين مشكل را حل نمايند. امروزه قيمت هر گرم نانولوله چند دلار مي‌باشد. هر چند كه قيمت نانولوله‌ها نسبت به قيمت اوليه آن كاهش زيادي يافته اما هنوز هم براي تجاري‌سازي و استفاده در صنايع مختلف مناسب نمي‌باشد، لذا دانشمندان ابراز اميدواري كرده‌اند كه بتوانند در چند سال آينده ضمن توليد چند تني آن، قيمت آن را به زير يك دلار كاهش دهند.

 

۵-۲) خالص‌سازي نانولوله‌ها
يكي از مسائل كليدي در الكترونيك، استفاده از نانولوله‌هاي كربني با كيفيت بالا (نانولوله‌هاي خالص) مي‌باشد. توليد محصولات جانبي نا مطلوب در حين فرايند رشد نانولوله‌هاسبب كوتاه‌ شدن مدارها مي‌شود. بزرگ ترين چالش محققان، در خالص‌سازي، ميزان نانولوله‌هاي توليد شده است. در فرايند استفاده شده توسط محققان براي ساخت نانولوله‌ها، ناخالصي‌ها دائماً افزايش يافته و مقدار زيادي از كربن‌ به هدر رفته و كاتاليست‌ها را بِلا استفاده مي كند، كه اين عوامل در نهايت منجر به افت كيفيت نانولوله‌ها مي‌شود.
براي رسيدن به نانولوله‌هاي كربني خالص بايد از دماي بالا استفاده نماييم اما در اين روش مقداري كربن آمورف حاصل مي‌شود كه يك لايه رساناي نامطلوب بر روي زيرلايه ايجاد مي‌نمايد. لذا راهبرد

جديد، استفاده از روش رشد سريع مي‌باشد. اين روش رسوب‌دهي، توليد نانولوله‌كربني حاصل را تضمين مي‌كند زيرا رشد نانولوله‌ها سريع‌تر از رشد محصولات جانبي نامطلوب است. بنابراين مي توان گفت حذف فرايندهاي هزينه‌بر، زمان‌بر و اغلب مخرب در تخليص نانولوله‌ها به معني دسترسي به نمونه‌هايي با درجه‌اي از خلوص كربن است كه مي‌توانند در زمينه‌هاي مختلفي از جمله زيست شناسي، شيمي و تحقيقات مغناطيسي وادوات گسيل ميداني كه خلوص نانولوله‌ها از اهميت بسيار بالايي برخوردار مي‌باشد به كار روند.

 

۵-۳) اتصال نانولوله‌ها و ايجاد رشته‌ها
از آنجا كه براي بسياري از مقاصد، نياز به اتصال نانولوله‌ها به صورت پشت سر هم يا به صورت عمود بر هم و تشكيل آرايه مي باشد لذا اتصال نانولوله‌ها ضروري به نظر مي‌رسد. به طوري كه اگر بتوان نانولوله‌هاي كربني را به هم پيوند داد به موادي كامل و تمام عيار دست مي يابيم. اما براي ايجاد اين اتصالات بين لوله‌ها بايد پيوندهاي كربني بين لوله‌اي ايجاد كرد.
دو روش ايجاد رشته‌هايي از نانولوله‌ها عبارتند از معلق ساختن نانولوله‌ها در مايع و عبور جريان از آن به منظور رديف ساختن نانولوله‌ها و دوم استفاده از جريان گاز هيدروژن براي رديف كردن نانولوله‌ها به طوري كه آن ها به شكل بخاري از اتم‌هاي كربن درآيند. دانشمندان معتقدند كه امروزه استفاده از آرايه‌هاي منظم نانولوله‌هاي مجزا جاي استفاده تصادفي از نانولوله‌هاي متراكم و توده‌اي را گرفته است.

۵-۴) جلوگيري از توده‌اي شدن نانولوله‌ها
اگر نانولوله‌ها به آساني در محلول غوطه‌ور شوند، به آساني مي‌توانند قابليت عظيم خود را در الكترونيك و مواد به نمايش گذارند،‌ اما اين استوانه‌هاي كربني به شدت نامحلول بوده و تمايل به دسته‌ شدن با همديگر در رشته‌هاي كروي كنترل ناپذير دارند؛ لذا مانع از دستيابي به بسياري از اين كاربردها مي‌شوند.
دانشمندان روش‌هايي را براي جداسازي ارائه كرده اند، مثلاً با يك نيروي قوي (لوله‌ها با امواج مافوق صوت در فرايندي موسوم به اختلاط صوتي از هم جدا مي‌شوند) يا با استفاده از گروه‌هاي شيميايي آلي بزرگ كه از چسبيدن نانولوله‌ها به يكديگر جلوگيري مي‌كنند. همچنين با استفاده از مواد شيميايي شوينده‌هاي غيرصابوني نيز ‌توانسته اند نانولوله‌ها را از هم جدا كنند.
از دلايلي كه براي به هم چسبيدن اين نانو لوله ها ارائه شده، وجود نيروهاي واندروالس بين اتم‌هاي كربن مي‌باشد. نانولوله‌ها به واسطه نيروي واندروالس كه نيروي جاذبه الكتروستاتيك

طبيعي بين اتم‌ها و مولكول‌هاي بدون بار است، از انتها به يكديگر متصل مي‌شوند،‌ بارها مثبت و منفي اتم‌ها و مولكول‌ها كه با هم برابر اما از يك بخش به بخش ديگر تغيير مي‌كنند، منجر به نيروي جاذبه‌اي بين اتم‌ها و مولكول‌هاي مجاور مي‌شوند. نيروي واندروالس تنها براي اشياء بسيار كوچك نمود پيدا مي‌كند؛ اما سئوال اساسي اينجاست كه آيا، اگر نانولوله هايي را كه به هم چسبيده اند جدا كنيم همواره جدا مي‌مانند، يا بعد از مدت زماني دوباره به هم مي‌چسبند و اين مدت چقدر است؟

 

۵-۵) چگونگي حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوري
حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوري بسيار مشكل است. تا به حال محيط انتخابي، محلول‌هاي متشكل از ماده پاك كننده وآب بوده است كه حاوي كمتر از ۱ درصد حجمي نانولوله‌هاي پراكنده بوده و به وسيله محلول‌هاي پليمري فراوري شده اند؛ چنين غلظت‌هايي براي استفاده در فرايندهاي صنعتي به منظور ساخت الياف‌هاي نانولوله‌اي بزرگ، بسيار پايين هستند. ضمناً دانشمندان هيچ راهي براي زدودن تمامي صابون و پليمر و تبديل نانولوله‌ به شكل خالص پيدا نكرده‌اند. همچنين براي توليد مواد ماكرومقياس از نانولوله‌ها، در فرايندهاي شيميايي نيز بايد از مايعي استفاده كرد كه بتواند محلولي با غلظت بالا از نانولوله‌ها به وجود آورد. گروه پاسكوئالي در دانشگاه رايس معتقدند كه سوپر اسيدها (حاوي ۱۰ درصد وزني از نانولوله‌هاي خالص) مي‌توانند در تهيه الياف‌ها و ورقه‌هاي نانولوله‌اي ماكرومقياس با استفاده از روش‌هاي كاملاً مشابه با روش‌هايي كه در صنايع شيميايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد به كار گرفته شوند.

۵-۶) كنترل رشد نانولوله‌ها
آن چيزي كه در كنترل رشد مورد اهميت مي باشد اين است كه چگونه بتوانيم نانولوله‌هايي با شكل و ويژگي‌هاي دلخواه توليد كنيم. از آنجا كه نانولوله‌ها هنگام توليد به صورت تك جداره يا چند جداره تشكيل مي‌شوند و انتهاي آن ها نيز بسته يا باز است، همچنين داراي طول و قطر يكنواخت

نمي‌باشند و تعدادي از نانولوله‌ها رسانا و تعدادي غيررسانا هستند، لذا روشي براي كنترل دقيق نانولوله‌ها و توليد يك نوع محصول خاص از آن وجود ندارد. روش‌‌هايي كه دانشمندان تا حالا ارائه كرده اند مربوط به جداسازي اين مواد بعد از توليد (مثلاً روش‌هاي جداسازي نانولوله‌هاي رسانا از نيمه‌رسانا يا روش‌هاي بريدن نانولوله‌ها و هم اندازه كردن آن ها) بوده است، لذا توليد يك نانولوله با خواص كنترل شده را به صورت يك رويا باقي گذاشته‌اند.

عمده‌ترين كاوش‌ها در كنترل رشد نانولوله‌ها را مي توان به صورت زير خلاصه كرد:
سنتز خوشه‌هاي كاتاليزوري مولكولي با شكل و ابعاد مشخص با دقت اتمي؛

رشد آرام؛
سنتز كاتاليزوري در دماي پايين؛
توسعه رشد برنامه‌ريزي شده با امكان كنترل زياد اندازه و جهت نانولوله‌ها، سنتز پيچيده‌ و سازماندهي شده شبكه با آرايه‌هايي از نانولوله‌ها روي مواد درشت مقياس.
بررسي‌هاي نظري در كنار كارهاي آزمايشگاهي مسيرهاي نويني را براي ديگر پژوهشگران به منظور ايجاد مواد و فناوري‌هاي جديد با نانولوله‌ها فراهم خواهد آورد لذا راهبرد‌‌هاي كاركردي‌سازي نانولوله‌هاي كربني براي دسترسي به اين كاربردها بسيار حياتي است، به ويژه توسعه براي كاركردي سازي نانولوله‌ها به صورت غيركوالان، به منظور استفاده از خواص الكترونيكي و مكانيكي آن ها، ضروري به نظر مي‌رسد. لذا براي ساماندهي و دستكاري نانولوله‌ها در مقياس نانو، لازم است تمامي ابزارهاي موجود جهت افزايش كارايي مواد و وسايل به كار گرفته شود. يكي از ابزار، شيمي تحليلي، خصوصاً مدل‌سازي مولكولي و شبيه‌سازي است.

حال شبيه‌سازي چطور مي‌توانند براي نانوتكنولوژيست‌ها مفيد واقع شود؟ محدوديت‌هاي آزمايشگر در مقياس نانو زماني آشكار مي‌شود كه شگفتي جهان دانشمندان نظري وارد عمل شود. در اينجا هنگامي كه دانشمندان قصد قرار دادن هر يك از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانين كوانتوم وارد صحنه مي‌شود. لذا براي تسريع در عمل توليد نانولوله‌ها لازم است شيميدانها نيز مانند تجربي‌كاران وارد عرصه شوند، چرا كه شيميدانها مي‌توانند با انجام آزمايش‌ها به وسيله رايانه، احتمال

فعاليت‌هاي غير موثر را از بين ببرند و گستره احتمالي موفقيت‌هاي آزمايشگاهي را وسعت دهند، نتيجه نهايي اين امركاهش اساسي در هزينه‌هاي آزمايشگاهي (مانند مواد، انرژي، تجهيزات) و زمان است

نانو تكنولوژي در بدنه اتومبيل
«نانو تكنولوژي» امروزه به شدت فن آوري پوشش اجسام را تحت تأثير قرار داده است. در اين فناوري موادي در مقياس نانو بر روي اجسام به صورت پوشش قرار مي گيريد كه بسياري از خواص منفي اجسام را خنثي مي نمايد. هدف اصلي اين تكنولوژي كاهش آلودگي هاي زيست محيطي، جلوگيري از اتلاف انرژي و افزايش مقاومت در برابر خوردگي مي باشد.
يكي از انواع پوشش هاي نانوتكنولوژي (نانو ذرات طلا) مي باشند. موارد استفاده اين مواد اپتيك، الكترونيك، كاتاليست ها و نيز ماده رنگزا در صنعت رنگ مي باشد. يكي از موارد مهم استفاده از اين پوشش هاي نانو تكنولوژي در صنعت «خودرو سازي» مي باشد.
با پوشش دادن بدنه اتومبيل بوسيله نانو ذرات طلا مي توان براقيت بدنه اتومبيل را دوام بخشيد. اين خاصيت كه (effect Color-flop) نام دارد، باعث مي شود تا ناحيه روشن به دليل بازتاب نور از ذرات آلومينيوم، قرمز روشن ديده شود و چون در ناحيه سايه تقريبا بازتاب نداريم به همين دليل تيره رنگ به نظر مي رسد. با كمك اين فناوري در نانو تكنولوژي، نواحي زاويه دار بدنه اتومبيل مدور به نظر مي رسند. ضخامت اين تركيب نانو حدود ۱۰ تا ۳۰ نانومتر است. اين ماده خميري شكل است و از دولايه تشكيل شده است. لايه اول شامل ذرات برگچه اي شكل آلومينيوم كه به عنوان آستري بر روي فلز به كار برده مي شود. لايه دوم كه همان نانو ذرات طلا هستند كه بر روي آستري اعمال مي شود.

با نانو تكنولوژي بدون آنكه جنس بدنه اتومبيل و قالب هاي آن را تغيير دهيم، تنها با Nanolaminate (پوشاندن سطح اتومبيل با مواد نانو ذرات طلا)‌ با هزينه اي بسيار اندك جلوه، زيبايي و دوام رنگ اتومبيل را افزايش مي دهيم.

در ادامه به معرفي كوتاهي از نمونه هاي كاربرد فناوري نانو در صنعت خودرو مي پردازيم:
• نانوكامپوزيت ها
مواد كامپوزيتي مواد مهندسي اي هستند كه از دو يا چند جزء تشكيل شده اند به گونه اي كه اين مواد مجزا و در مقياس ماكروسكوپي قابل تشخيص هستند. كامپوزيت از دو قسمت اصلي ماتريكس(زمينه) و تقويت كننده(پركننده) تشكيل شده است. ماتريكس با احاطه كردن تقويت كننده آن را در محل نسبي خودش نگه مي دارد و تقويت كننده موجب بهبود خواص مكانيكي ساختار ميگردد.

يكي از گسترده ترين كاربردهاي فناوري نانو در صنعت خودرو تا كنون ساخت نانو كامپوزيت ها بوده است. از آنجا كه در نانوكامپوزيت ها، ذرات بسيار ريز (نانوذرات)، استحكام و دوام رزين را بسيار بالا مي برند، جايگزين مواد مرسوم مانند ميكا و تالك شده اند. اما علاوه بر ويژگي هاي فيزيكي بهتر، اين كامپوزيت ها داراي دو برتري ديگر نيز مي باشند:

نخست اينكه نانوذرات با ايجاد ماتريكس (زمينه) يكنواخت و هموار به طور قابل توجهي زيبايي بيشتر را فراهم مي كنند و بنابراين نانو كامپوزيت ها سطح زيبا تر و رنگ هاي شفاف تري دارند.
همچنين نانوكامپوزيت ها به دليل نياز به مواد تقويت كننده ي كمتر، تا حدود بيست درصد نسبت به كامپوزيت هاي رايج سبك ترند.

نانوکامپوزیت :
نانو کامپوزیت های پایه AL به وسیلۀ SPS ساخته و یکپارچه شده اند . تأثیر Nb و SWCNT اضافه شده به آلومینای نانو کریستالیته به روش تست خمش موضعی آزمایش شد . افزودن ۹۰% Nb به AL2O3 نانوکریستالیته یک شرط اساسی برای بهبود تا فنس شکست می باشد ( ) .

مشاهده شده که ترک های نشأت گرفته از ایندنتور ویکرز موجب خمش و شکست سطح نمونه شد . همچنین عملکرد فازهای داکتیل و سفت در کامپوزیت A2O3 -Nb 10% آشکار شد . همچنین اثر افزودن ۵% SWCNT به AL2O3 -Nb 10% کامپوزیت مشخص شد که شامل یک ساختار با خلل و فرج کم تر و تأثیر کم بر سفتی شکست می باشد . مقاومت به نفوذ و سفتی شکست خمشی .
اخیرا ً بحث در مورد چگونگی مکانیزم بهبود کیفیت کامپوزیت های AL2O3 به ویژه تا فنس شکست آنها مطرح است . البته خواص مکانیکی سرامیک های شکننده در تا فنس شکست . اگر چه واضح است که افزودن CNT موجب افزایش هدایت حرارتی و الکتریکی در مواد عایق می شود . اصولا ً CNT ها در ساختن AL2O3 در مرزدانه ها هنوز پیدا کرده و AL2O3 به عنوان ماتریس عمل می کن

د . اگر تا فنس شکست این کامپوزیت های ماتریس سرامیکی بهبود یابد می توان انتظار داشت که از آنها به عنوان نگه دارنده بزرگ در خودرو یاتاقان های کاربردی استفاده شود . این کامپوزیت ها دارای سختی بالاتر ، غیر فعال بودن شیمیایی بیشتر و چگالی کمتر نسبت به فلزات و آلیاژهای آنها هستند . همچنین CMC ها با قالب نانو کریستالینه دارای استحکام توام با سختی بیشتر نسبت به قالب میکرو کریستالینه هستند . در مقابل تا فنس شکست کمپوزیت های ماتریس نانوکریستالینه نسبت به میکروکریستالینه کم تر است . برای مثال کامپوزیت ها با ماتریس میکرو کریستالینه دارای تا فنس شکست حدود می باشد . در حالی این پارامتر برای کامپوزیت هایی با ماتریس نانو کریستالینه در حدود می باشد . افزودن داکتیل مانند فلزات به ماتریس سرامیکی در مکانیزم بهبود تا فنس مؤثر است .
انرژی حاصل از اشاعه ترک های سراسری ۲ پدیدۀ متفارت را ایجاد می کند : ۱- کند شدن رشد ترک به وسیلۀ فازهای داکتیل ۲- انرژی حاصل از رشد سراسری را فازهای داکتیل جذب می کند . هر دو پدیده فوق فشار را در حوزه ی نوک ترک تشدید می کنند . افزودن این فیبرها (فازهای

داکتیل) به کامپوزیت های ماتریس سرامیکی تا فنس شکست را بهبود می بخشند به این طریق که آنها روی ترک ها به صورت پل عمل می کنند . افزایش تا فنس زمانی ممکن است که این فیبرها در برابر نیروی نوک ترک سالم باقی بمانند . این فیبرها در اثر خارج شدن از ماتریس دو طرف ماتریس را به هم متصل کرده و یا این فیبرها در اثر جذب کلی انرژی حاصل از ترک به طور مجزا می شکنند و انرژی را حذف می کنند . حالت دیگر تافنیتگ به این صورت است که این فیبرها موجب

انحراف ترک شده و و انرژی آن را حذف می کنند . این وضعیت در فیبرهایی مشاهده می شود که استحکام بیشتری نسبت به ماتریس داشته و برای ممانعت از انتشار ترک ها مانند محورهایی برای انحراف مسیر ترک با فشار بالا عمل می کنند .
SPS میزان تراکم توسط SPS (98%)

تست مکانیکی :
نمونه ها به میزان ?m 5/0 پولیش شانه و به اندازه mm 19×۴×۳ با اره الماسه بریده شده اند . نمونه طبق استاندارد ۴۰۹ AST ms TP تهیه شد . در سطح نمونه سه نقطه را تست خمش انجام داده و با میکروسکوپ الکترونی نتایج را مشاهده کردند .
سرعت انتشار ترک در مرحله نگه داری بار اولیه کمتر از ۰/۵۵ مشاهده شد و تا فنس شکست آن با فرمول زیر محاسبه می شود . ازمایش تا فنس شکست به روش درون گذاری (indentation) با ااستفاده از میکرو سختی سنج با فرورونه الماس و مایکرز و با فشار ۲٫۲۸ Kn . به طور عادی ترک های منحرف شده اثر کمتری در تورق خودرو دارد . این نقش هدایتی باعث پخش نیروی شکست شده و سطح فضای هدایت را گسترش داد . به این ترتیب موجب تبدیل نیروی شکست در نوک ترک به نیروی نرمال از پیشروی آن جلوگیری کرد .
پروژه های حاضر آزمایش خواص مکانیکی کامپوزیت پایه AL2 O3 نانو کریستالینه با Nb و با SWCNT و بدون SWCNT می باشد .
مکانیزم خمش توسط SEM کنترل شد . همچنین جمعیت تست نفوذ و توسعه فازهای داکتیل ۱۰% Nb به ماتریس افزوده شد .

روش انجام آزمایش :
۱٫ تهیه پودر AL2 O3 Nb1 و Nb | SWCNT| AL2 O3نانو کامپوزیت.

پودرهای به کار برده شده شامل:
پودر AL2 O3 شامل ذرات ∝ و لا به اندازه ی ? m 45 به وسیله آسیاب لوله ای تهیه شده .
Nb به میزان ۹۰% با خلوص ۹۹٫۸۵% به اندازه ی ? m 74 .

AL به میزان ۱۰% با خلوص ۹۹٫۵% به اندازه ی ? m 45 .
آلیاژ محلول آلومینا Nb – E %10 و ۱% PVA ترکیب شده .
AL به منظور کاهش سطح اکسید Nb و PVA به منظور جلوگیری از سختی کلوخه های پودری .
پودر حاصله در ظرف WC به مدت h 24 HEMB شد که در آسیاب فقط ۱ گلوله WC حضور داشت.
پودر کامپوزیت حاصله به منظور حذف PVA برای مراحل بعدی در خلأ به مدت h 3 در دمای ℃۳۵۰ حرارت داده شد .
پودر کامپوزیت Nb آلومینا برای min 15 برای ml 500 اتانول تحت امواج آلتراسونیک قرار گرفت.
دوغاب حاصل با gr 280 پودر زیرکونیای دارای امواج مغناطیس در یک بطری از جنس پروپیلن و در هم زن با دور m130 به مدت h 24 مخلوط شد .
در دقایق پایانی میکسر ml 8 نانو اسپرس ( متشکل از مواد آلی فعال سطحی) همراه با ml150 آب سبک جوش آورده شد سپس SWCNT ها را به این مخلوط افزوده و به مدت min 5 تحت امواج آلتراسونیک قرار گرفت .
محلول میکسر شده به آرامی به محلول حاوی SWCNT هایی که پراکنده شدند اضافه می شود سپس محلول به بطری پروپیلن منتقل شده و دوباره به مدت h24 میکس می شود . هر دو کیس Nb – AL2O3 Nb – SWCNT ,AL2O3 به یک روش مخلوط می شوند . در سرتاسر سیکل کاری ذرات حدود ? m 160 حفظ می شوند و این ذرات داخل بشر شیشه ای منتقل و با پودر مگنیتت مخلوط شده و سپس خشک می شوند . در مرحله خشک شده کلوخه ها را در هاون خرد کرده و با مش ? m 160 آنها را حفظ می کنند . خشک شدن محلولNb | SWCNT| AL2 O3 در دمای ℃۴۶۰ به مدت h 4 می باشد .

یکپارچه سازی با SPS :
این عمل تحت خلأ و با ماشین SPS انجام شد . پارامترهای دستگاه : فشار اعمالی ۱۰۵ mpa ، حالت روشن با پالس ۱۲ سیکل به مدت ms2 وحالت خاموش با پالس ۲ سیکل ms2 . ماکزیمم آمپر دستگاه A 5000 و V 10 برای اندازه گیری یکپارچگی ساختار از آذر سنج نوری استفاده می شود . و رشد دما با سرعت ۱۲۵ تا دمای ℃۶۰۰ می باشد . از ℃۶۰۰ دمای مطلوب ℃(۳۰۰-۱۲۰۰) مراحل حرارت دهی از ۱۵۰ به ۲۳۳ افزایش یافت .

بحث ونتایج :
۱٫ Nb – AL2O3 10% روش فرو رونده سختی در حدود capa229 واستحکام شکست حدود . مشاهده شد که پس از حفر نقطه ای Nb از انتشار ترک در سطح جلوگیری کرده که این اثر در شکل شماره ۱ قابل مشاهده است . مشاهده می شود که توزیع دامنه ها نامناسب بوده و حداکثر m 766/0 است . همچنین باقی مانده فرج ها نیز قابل مشاهده است . با روش خمش موضعی تا فنس شکست قابل محاسبه نیست ولی به وسیله فرمول به میزان Mpa 1/6 آنالیز سطح شکست دو پدیده متفاوت را دربارۀ Nb آشکار می کند .

۱) در برخی از قسمت های نمونه Nb کاملا ً از شکست ماتریس شکننده آلومینایی و در برخی موارد با کاهش اندازه ذرات ماتریس این مسئله حل می شود .
۲) مشاهده شد که بیشتر قطعات Nb از شکنندگی ماتریس می کاهد .
شکست و ورقه شدن و حضور فازهای سفید نشان دهنده آن است که بدون تغییر شکل زیاد ترک از زیر آنها عبور کرده است . هر چند تا فنس شکست خمشی فازهای NP mpa 6.1 است با این حال مقداری از انرژی انتشار ترک ها را جذب می کند .
این انرژی قادر به تغییر شکل پلاستیک فازهای Nb نمی باشد و مقاومت در برابر انتشار ترک ها منسوب به خاصیت پل زدن و کند کردن ترک ها می باشد .
دیزوی رشد ترک در نمونه های حفره ی ویکرز مشاهده نشد . بنابراین حفره ها رشد ترک مربوط به گوه ای شکل است و ترک ها به صورت رشته ای می باشد . ایجاد و تست شدن با شرایط برابر . مقایسه عکس ها نشان می دهد که در این حالت عیوب در برخی دانه ها اتفاق افتاده است .
-Nb – AL2O3 SWCNT
اندازه گیری ترک های ناشی از ایندنتور به دلیل تجمع این SWCNT و تیره بودن آنها متشکل است . اسکن به وسیلۀ SEM مشخص کرد که اکثر CNT های تجمع یافته جایگزین دانه های میکرونی آنها شدند به طوری که عرض این CNT ها ? m 1 دیده شده .

در شکل ۳٫ اندازه گیر سختی کم تری را (pa19.36 ) همچنین تا فنس شکست mpa 2.7 از سیستم Nb – AL2O3 نشان داد .
آلگومره شده موجب خطا در آزمایش می شود مقایسه شکل ۱و ۳ نشان می دهد که دانه های Nb تأثیر کم تری در جلوگیری از ترک نسبت به CNT ها دارند. افزودن CNT ها اثرات Nb در تافنینگ درا اصلاح و تکمیل کرد .

در واقع دلیل کاهش تا فنس در اثر افزایش CNT ها تجمع خطرات به دور CNT ها می باشد . در نتیجه پراکندگی CNT ها موجب دفع این موضوع خواهد شد . دلیل این خطرات مکانیزم SPS بوده چرا که در اثر دمای کار SPS ℃۱۱۵۰ ساختار شروع به تغییر حالت می کند .
برای رفع این مشکل زمان نگه داری در ℃۱۲۰۰ به ۵ min افزایش می یابد . و چگالی نیز به ۵/۹۸% می رسد .
سطح شکست نمونه Nb | SWCNT| AL2 O3 اندازه دانه ها مقداری بزرگتر از Nb – AL2O3 هستند که به دلیل SPS آن است .
آلگومره شدن CNT ها موجب تبدیل سختی آنها از حالت نانوکریستالینه به میکرو کریستالینه می شود . عیب شکنندگی Nb در این سیستم نیز مشاهده شد که اکثر پل روی ترک ها و مک ها عامل آن هستند .

نانو کامپوزیت پایه آلومینا به همراه Nb و SWCNTبا تکنیک پودری سنتز شد و SPS متراکم شد . تا فنس شکست در هر دونمونه به روش ایندنشن اندازه گیری شد . نانوکریستالینه آلومینا تا فنس شکست پایئن دارد Map 2.5 که بیشترین تا فنس با افزودن Nb 10% به این ماتریس حاصل شد که در حدود Mpa6.1 افزایش یافت .

در حالیکه ۵% SWCNT به این ماتریس اضافه می شود تا فنس شکست خمشی را به mpa 3.3 کاهش داد.
این کاهش به تجمع مک ها به اطراف ذرات CNT می باشد که در جریان SPS رخ دهده و یک موضوع اجتناب ناپذیر است . با این تفاسیر از سیستم Nb – AL2O3 در خودرو نگه دارنده های بزرگ استفاده می شود و از سیستم Nb | CNT| AL2 O3 در موارد هدایت حرارتی با توجه به شرایط کار استفاده می شود .
در تست موضعی خمش مشاهده شد که در نانو کامپوزیت هایی که تا فنس آنها تقویت شده قدرت رشد ترک ها کاهش یافته و آنها را به صورت منحنی هدایت می کند . همچنین اگر این اثر روی ترک ها اعمال شود رشد ترک ها در حدود چند میکرون خواهد بود .

• اثر نيلوفري و كاربرد آن در ساخت سطوح خود تميز شونده
يكي از شناخته شده ترين مزيت هاي فناوري نانو اثر نيلوفري ست كه سطوح خود تميز شونده را امكان پذير مي سازد. به سبب ساختار بسيار صاف و يكنواخت سطح گل نيلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روي گلبرگ ها مي لغزند بي آنكه اثري روي آنها به جاي گذارند.

بنابراين اگر سطوح اجسام داراي ساختار بسيار صاف و صيقلي (در مقياس نانو) باشند، ذرات آلودگي و همچنين آب روي آنها باقي نخواهد ماند.
رنگ ها و پوشش هاي سقف خودرو كه اين اصل طبيعي را به كار مي برند امروزه در بازار موجود مي باشند. ساختار نانويي اين سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگي و قطرات بسيار ريز آب نيز جلوگيري مي كند. همچنين رينگ هاي خود تميز شونده نيز با استفاده از اين ويژگي در حال توليد هستند.
همچنين پوشش نانويي در حال توليد است كه با اضافه كردن آن به سطح شيشه خودرو (براي مثال به روش اسپري كردن)، فرورفتگي هاي بسيار ريز سطح شيشه را پر كرده و سطح صاف و بدون پستي و بلندي ايجاد مي كند و در نتيجه قطرات ريز آب و گرد و غبار روي شيشه باقي نمي ماند و بنابراين موجب افزايش ديد راننده، استهلاك كمتر برف پاكن ها و نياز كمتر به شستشوي شيشه و همچنين بهبود ديد در شب در نتيجه كاهش انعكاس مضر نور مي شود.

• شيشه هاي نوين با توانايي بازتاب پرتو فروسرخ
نمونه اي ديگر از كاربرد هاي نانوفناوري در صنعت شيشه خودرو، شيشه هايي با قابليت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشيد مي باشد. به اين گونه كه يك لايه بسيار نازك از نانوذرات بين دو لايه ي شيشه قرار گرفته اند كه وظيفه آنها بازتاباندن پرتو فرو سرخ نور خورشيد و در نتيجه جلوگيري از گرم شدن زياد داخل خودرو مي باشد.

مبدل هاي كاتاليستي
همانطور كه مي دانيد اگر احتراق به طور كامل و ايده آل رخ دهد خروجيهاي حاصل از آن، آب، نيتروژن (N2) و دي اكسيد كربن (CO2) مي باشد و اگر احتراق در شرايط ايده آل رخ ندهد مثلا براي احتراق هواي مناسب وجود نداشته و…. در اينصورت خروجيهاي حاصل از احتراق، گازهاي زيان آوري همچون مونو اكسيد كربن (CO)، گروه گازهاي (NOx) و هيدروكربنهاي نسوخته (CH) مي باشند. وظيفه مبدل كاتاليستي كه در مسير گازهاي خروجي از موتور قرار مي گيرد اين است كه گازهاي فوق را به گازهاي بي خطر تبديل كند.

يكي از ويژگي هاي نانوذرات كه در توليد مبدل هاي كاتاليستي استفاده شده چنين است: سطح تماس ذرات با كاهش اندازه آنها و افزايش تعدادشان (به طوري كه جرم كلي مجموعه ثابت بماند) افزايش مي يابد. يك دسته از واكنش هاي شيميايي روي سطح كاتاليست ها رخ مي دهند و بنابراين سطح تماس بيشتر، كاتاليست فعال تري را موجب مي شود. از اين رو به كارگيري نانوذرات در مبدل هاي كاتاليستي منجر به توليد مبدل هاي موثر تر خواهد شد.

شیشه های نانو :
در اين بخش مايعي را به شما معرفي مي كنيم كه مانع از ماندن آب و يا هر نوع آلودگي ديگر بر سطوحي همچون شيشه و كروم مي شود. پوشش محافظ شيشه، ماده اي است كه باعث مي شود هر نوع آلودگي بر روي شيشه خود به خود در كمتر از يك ثانيه پاك شود. اين ماده كه بصورت مايع مي باشد و با آغشته نمودن سطح شيشه به يك لايه نازك و نارمئي از آن، مي توان از نشستن هر چيز بر روي شيشه جلوگيري كرد. اين مايع به مولكولهاي سطح شيشه ميچسبد و باعث منحرف شدن آب و هرنوع آلودگي ديگر بر روي شيشه مي شود.

موارد استفاده از اين محصول:
حفاظت از شيشه هاي پنجره ها و ويترين مغازه ها
حمام و سرويس هاي بهداشتي
سقفهاي شيشه اي، نماي خودروها و كاشي ها
كاشي هاي ديواري
آينه ها
سلولهاي خورشيدي
دوش حمام، دستشويي ، وان حمام
گلخانه ها
صفحات نمايشگر، لنز دوربين، عينك
مزاياي استفاده از اين ماده:
پس زدن آب از روي سطوح
عدم چسبيدن آلودگي و كثافات بر روي سطوح
عدم رسوب گرفتن سطوح
عدم رؤيت توسط چشم
پايدار نمودن سطوح در برابر فرسايش
ممانعت از خوردگي سطح توسط هوا
جلوگيري از رشد قارچ ها
سهولت پاكيزگي

صرفه جويي در آب و مواد پاك كننده
مقاومت بالا تا حدود ۴۰۰ درجه سانتي گراد
براي بدن مضر نمي باشد و مصموم كننده نيست

ديدگاه علمي:
بايد توجه كنيد كه اين ماده يك لايه نيست كه بر روي سطوح كشيده شود، بلكه تغيير شيميايي در سطح مولكولي مي باشد، كه از آلوده شدن سطوح جلوگيري مي نمايد. اين تركيب آبگريز، نميگذارد تا آب و يا هر ذره ديگري بر روي سطح شيشه و يا كروم بنشيند. اين ماده بسيار نازك و شفاف است و اصلا قابل مشاهده به وسيله چشم نيست و در نتيجه سطوح شفاف مانند شيشه ها و لنزهاي دوربين نيز به وسيله آن به راحتي محافظت مي شوند. اين ذرات نانو بر روي مولكولهاي سطوح مي چسبند و مانع از نفوذ هر نوع ماده ديگر بر روي سطح مي شوند. مي بينيد كه آب هرگز بر روي سطوح آغشته شده بوسيله اين ماده نمي ايستد، بنابراين اگر جسمي بر روي اين سطوح بنشيند تنها با ريختن آب بر روي سطح و يا باريدن باران پاك خواهد شد.
اگر بوسيله ميكروسكوپ به سطح شيشه نگاه كنيم مي بينيم كه سطوح شيشه اي كاملا صاف نمي باشند، بنابراين وقتي كه آب و يا هر آلودگي ديگري بر روي آنها بريزد به راحتي مي چسبد. شيشه هايي كه با استفاده از فن آوري نانو ساخته مي شوند اجازه مي دهند كه آلودگي ها با آب تركيب شوند و به اين وسيله بدون دخالت هيچ ماده ديگري از روي شيشه سر بخورند. اين مواد همچنين مانع از رسوب نمكها بر روي سطوح شيشه مي شوند. همچنين اين مواد به وسيله آب، مواد پاك كننده و يا فشار فيزيكي از سطح شيشه جدا نمي شوند. اين محصول نانو نانو تضمين شده است كه از وضوح شيشه ها و همچنين شفافيت آنها كاسته نشود. نگهداري اين شيشه ها نيز بسيار ساده و كم هزينه است.

 

طريقه مصرف:
توجه داشته باشيد كه قبل از استفاده از اين مواد، سطح شيشه يا كروم بايد با فشار آب و يا بخار كاملا پاك شده و سپس خشك شود، به صورتي كه هيچگونه رطوبتي بر روي شيشه نباشد. همچنين سطح شيشه بايد از نظر شيميايي خنثي (‌نه خاصيت بازي داشته باشد و نه اسيدي) باشد، اين بدان معناست كه نبايد هيچ ماده اضافي (از جمله مواد پاك كننده) بر روي شيشه قرار داشته باشد. حال با يك پارچه كتاني و يا دستمال كاغذي خشك و تميز سطح را تميز مي كنيم.

سپس مواد مورد نظر را با استفاده از يك اسپري بر روي سطح مي پاشيم و به سرعت توسط پارچه كتاني تميز آنرا كاملا روي شيشه مي گستريم. توجه كنيد كه نبايد اين مواد را چند بار بر روي يك سطح بريزيم، مطمن باشيد كه با همان يكبار، مواد كار خود را انجام مي دهند. به هيچ وجه بر روي سطوحي كه تازه مواد بر روي آنها قرار گرفته راه نرويد. محصول نبايد در هواي سرد و يا گرم قرار گيرد.
توجه: بعد از پايان كار مواد نانو بر روي شيشه ديده نخواهند شد. بهتر است تا ۲۴ ساعت به سطوح دست نزنيد. همچنين در روي سقف ها نيز مي توانيد ۱ ساعت بعد از پايان كار راه برويد. بهتر است براي پاشيدن مواد بر روي سطوح از اسپري هاي مخصوص استفاده كنيد.