نانوحفره‌ها؛ معرفی و کاربرد

1.مقدمه

نانوحفره‌ها یا مواد نانومتخلخل؛ درارای حفراتی کوچک‌تر از 100 نانومتر می‌باشند و کاربرد ویژه‌ای در فیلتراسیون در سطح اتمی و مولکولی دارند. این مواد منافذی تو در تو دارند و منافذشان یک الگوی تکرار انتقالی در فضای سه بعدی دارد و نیاز به هیچ نظم و قاعده‌ی خاصی در آرایش منافذ نیست تا ماده‌ای را نانوحفره بنامیم.

جامدات نانومتخلخل می‌توانند ترکیبات گوناگونی نظیر کربن، سیلیکون، سیلیکات‌ها، پلیمرها، سرامیک‌ها، فلزات و ترکیبات آلی-‌ فلزی داشته باشند. بسیاری از مواد متخلخل از نظر ترمودینامیکی پایدار نیستند و به محض این‌که بر انرژی جنبشی مرزها غلبه شود، از بین می‌روند. به عنوان مثال، سیلیکات متخلخل، ماده‌ای نیمه‌پایدار است که با افزایش دما و رسیدن به نقطه‌ی ذوب، ذرات اولیه آن در شبکه ذوب می‌شوند. در این مرحله، جدایش فلزات اتفاق می‌افتد و یک فاز سیلیکاتی نانومتخلخل ایجاد می‌شود. کنترل انرژی فصل مشترک و وضعیت نیمه‌پایدار حفرات نانومقیاس در هنگام ایجاد مواد نانومتخلخل از اهمیت خاصی برخوردار است.

2. طبقه‌بندی نانوحفره‌ها

مواد نانوحفره‌ای را می‌توان بر اساس دو معیار اصلی دسته‌بندی کرد:

الف) طبقه‌بندی به وسیله اندازه منافذ:

1. موادی با حفره‌های ریز ، با اندازه حفره‌های 0-2 نانومتر

2. موادی با حفره‌های متوسط ، با اندازه حفره‌های 2-40 نانومتر

3. موادی با حفره‌های درشت ، با اندازه حفره‌های بزرگ‌تر از 50 نانومتر

ب) طبقه‌بندی بر اساس شبکه مواد: یکی از مهم‌ترین اهداف در زمینه نانوحفره‌ها؛ دست یافتن به ترکیبی شیمیایی با یک دسته منافذ در ساختار می‌باشد و این امر موجب می‌شود که مواد به دو دسته‌ی معدنی و آلی (مانند پلیمرها) تقسیم شوند.

3. خواص و کاربردها

 اصلی‌ترین کاربرد نانوحفره‌ها، سبک‌سازی مواد معدنی است به گونه‌ای که پایداری این ترکیبات شیمیایی را حفظ کرده و افزایش نیز دهد. به عنوان مثال، آئروژل‌ها نانوحفره‌هایی فوق‌العاده سبک هستند و می‌توانند تا 100 برابر وزن خودشان را به راحتی تحمل کنند.

مساحت سطحی یک جامد، پس از نانومتخلخل شدن افزایش می‌یابد و این امر سبب بهبود خواص کاتالیروزی، جذبی و حذب سطحی آن می‌گردد. مساحت سطحی جامدات نانومتخلخل اغلب در حد چند صد مترمربع بر گرم می‌باشد. یک نمونه از این مواد زئولیت‌ها می‌باشند. زئولیت‌ها مواد معدنی با حفراتی در مقیاس نانو می‌باشند و ده‌ها سال به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. خواص جذبی و جذب سطحی این مواد معرف قابلیت آن‌ها در رفع مشکلات زیست‌محیطی است (مانند حذف فلزات سنگین نظیر جیوه و آرسنیک).

با توجه به جذب سطحی بالای این مواد، می‌توان از آن‌ها به عنوان سرندهای مولکولی نیز استفاده کرد. در این صورت این مواد با واکنش‌های سطحی، برخی از مولکول‌ها را جدا می‌کنند. این مواد به دلیل سطح آزاد بالایی که دارند می‌توانند در واکنش‌های کاتالیستی نیز نقش مهمی را داشته باشند.

4. روش های تولید

بهترین روش تولید تمام انواع نانوحفره‌ها، قالب‌بندی است. به این ترتیب که یک ترکیب آلی (و گاهی اوقات معدنی) به عنوان نگهدارنده عمل می‌کند که در مراحل بعدی به صورت یک حفره در مواد نانومتخلخل درمی‌آید. قالب‌بندی، امکان کنترل توزیع اندازه و گاهی شکل منافذ را ممکن می‌سازد.

از روش سل-ژل نیز می‌توان در ساخت مواد مبتنی بر ژل سود جست، مانند آئروژل‌ها. آئروژل‌ها از انتشار یک گاز در یک ژل، به جامدی بسیار سبک (گاهی فقط چهار برابر سنگین‌تر از هوا) تبدیل می‌شود. روش‌های مروسم لیتوگرافی و تلفیق لیتوگرافی نرم با حکاکی نیز، می‌تواند نانوحفره ایجاد نماید. به عنوان مثال، روش پرتو یونی به خوبی حفره‌های بزرگ و کوچک تولید می‌کند.

روش دیگر، کنترل اندازه حفره‌ها در غشاها می‌باشد که در اواخر سال 2000 پدید آمد. در این روش، پرتو ماوراء بنفش مولکول‌ها را در لایه نازکی از سیلیکات خودآرا شده با ساختار متناوب، در هم می‌شکند. با قرار گرفتن محصول حاصل در معرض نور، جامد شدن سیلیکا مطابق الگوی متناوب رخ می‌دهد. تغییر تابش نور به نجو بسیار منطقی اندازه حفره‌ها را تغییر می‌دهد.

گردآوری: مریم ملک‌دار

کهکشان فرفره ای

این تصویر ، کهکشان فرفره ای یا M101 را نشان می دهد ، که از ترکیب 3 عکس ایجاد شده  و توسط فضاپیمای GALEX ناسا گرفته شده است. نور فرابنفش که به رنگ آبی در بازوهای کهکشان دیده می شود نشانگر ستارگان جوان است (تنها 10 میلیون سال سن دارند). این درحالی است که نور مریی سبز رنگ پراکنده شده ، ستارگانی با سن بیش از 100 میلیون  سال را نشان می دهند.نور مریی قرمز نیز بیانگر ستارگانی با سن بیش از یک میلیارد سال می باشند.

فضاپیمای GALEX به منظور بررسی تاریخچه ی شکل گیری ستارگان در عالم ، مشاهداتی در نور فرابنفش انجام می دهد.

ترجمه:

 فائزه چقاجردی

منبع:

www.space.about.com

به نقل از:

http://www.parssky.com/

مقدمه ای بر امواج مغناطیسی و تداخل آنها

طراحی مدرن سیستمهای الکتریکی نیازمند آن است که این سیستمها با محیط الکترومغناطیسی اطراف خود سازگار باشند که محیط شامل تعدادی از منابع تابنده اغتشاش یا نویز می باشد. طراحی باید به گونه ای باشد که این اغتشاشات کمترین ضربه را به عملکرد سیستم وارد آورد. تمامی چنین رخدادهایی را می توان به عنوان تداخل الکترومغناطیسی (EMI ) دسته بندی نمود. در این بخش ما چند عبارت شایع که برای توضیح پدیده های EMI مصرف می شوند را تعریف می کنیم و چند مکانیسم منتخب را که توسط آنها اثرات EMI مشخص می شوند را شرح می دهیم.

تعاریف

دایره المعارف استاندارد IEEE در عبارات الکترونیک و الکتریک تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را به این شکل تعریف می کند. «تخریب دریافت سیگنالهای الکترو مغناطیسی مطلوب در اثر یک اغتشاش الکترو مغناطیسی». اغتشاشات الکترو مغناطیسی می توانند به شکل هر سیگنال الکترومغناطیسی ناخواسته باشند؛ حتی انعکاس سیگنال مطلوب از مسیرهای مختلف. اغتشاشات می توانند پیوسته یا ناپیوسته تکراری یا غیر تکراری باشند به طور کلی هر سیگنال الکترومغناطیسی ناخواسته یا اغتشاش، معمولا نویز نامیده می شود. از زمان تولد مخابرات رادیویی،  عبارت تداخل فرکانس رادیویی RFT به طور گسترده و معمولا اشتباه به جای EMI استفاده شده است، تا پدیده های تداخل را شرح دهد. برای شرح تفاوت این دو عبارت تعریف IEEE از RFI را بیان می کنیم: " تخریب دریافت امواج رادیویی مطلوب در اثر سیگنال رادیویی ناخواسته یا اغتشاشات رادیویی". ما فرض می کنیم که گستره فرکانس سیگنالهای رادیویی از 9KHZ تا 3000GHZ باشد. چنان که توسط کمیته مخابرات فدرال آمریکا FCC )Federal communications commission) تعریف شده است. لذا RFT می تواند تخریب دریافت سیگنالهای مطلوب در اثر اغتشاشات فرکانس رادیویی را شرح دهد.

وجود نویزهای محیط این الزام را ایجاد می کند در حین طراحی اولیه یک وسیله الکترونیکی ملاحظاتی درنظر گرفته شود تا آن وسیله از تخریب عملکرد در اثر واکنش با حد کمینة از پیش دانسته شدة چنین نویزهای الکترومغناطیسی ایمن شود. همزمان لازم است اطمینان حاصل شود که سیستم، نویزهای الکترومغناطیسی بالاتر  از یک حد از پیش دانسته شده را نمی تابد تا تخریب در عملکرد سامانه های الکترونیکی مجاورش ایجاد نکند. علاوه بر این ملاحظاتی باید در نظر گرفته شود تا نویزهای تولید شده درون سیستم با خود آن تداخل نکند که عملکرد سیستم تخریب شود.

با تولید گستره بزرگی از ابزار الکترونیکی (به ویژه تجهیزات دیجیتال که تابنده های توانمند انرژی الکترومغناطیسی هستند)، طراحی چنین سامانه هایی در این روزگار لازم است که این خواسته ها را بپوشاند که سیستم طراحی شده با محیط الکترومغناطیسی اطرافش سازگار باشد.

ما سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) را چنین تعریف می کنیم:" توانمندی سامانه ها یا ابزار الکترومغناطیسی در عملکرد در محیط الکترومغناطیسی کاری درنظر گرفته شده با حد بازدهی طراحی شده". (این حدود در ایالات متحد معمولا توسط FCC تعیین می شوند.)

کاربردهای پوششهای جاذب امواج الکترومغناطیسی

مواد جاذب و نیز مواد پوشش EMI در کشور ما هر دو مورد توجه می باشند. سالیانه میلیونها دلار برای واردات جاذب های الکترومغناطیسی برای ساخت اتاقهای بدون انعکاس پرداخت می شود. این مواد عمدتاً از شرکت های Emerson و Cuming و Euro MC وارد می شوند. اتاقهای بدون انعکاس از دو جهت مهم می باشند. اول برای آزمایش EMI روی تجهیزات الکترونیکی مخصوصاً در کاربردهای نظامی که لازم است کارایی وسیله در اثر هجوم امواج الکترومغناطیسی به آن دچار اختلال نشود. تمام تجهیزات الکترونیکی اگر بخواهند استاندارد های بین المللی را کسب کنند لازم است تا آزمایش EMI را با موفقیت بگذرانند. انجام این آزمایش خارج از اتاق EMI دراثر وجود امواج متنوع دیگری که روی عملکرد دستگاه موثرند انجام نمی شود.

ثانیاً برای آزمایشات( EMC ( Electromagnetic Capability  روی تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی، از این اتاقها استفاده می شود تا امواج تابیده شده توسط یک محصول مورد بررسی قرار گیرد. بنابر استانداردهای بین المللی، یک وسیله الکترونیکی نبایستی بیش از یک حد مجاز تابش الکترومغناطیسی داشته باشد.

این استانداردها حتی روی خودروها و موتور سیکلت ها نیز حدودی از شدت تابش مجاز الکترو مغناطیسی را تعریف می کند. لذا چنانکه مشاهده می شود ساخت اتاقهای بدون انعکاس در آینده گسترش بیشتری خواهد یافت.

مواد جاذب  علاوه بر اتاقهای بدون انعکاس در تجهیزات رادار گریز برای مخفی کردن وسایل و نیروهای نظامی از دید را دارد دشمن نیز به کار می روند.

پوشش های الکترومغناطیسی نیز که با انعکاس یا جذب امواج الکترو مغناطیس، میزان عبور آنها را از پوشش کاهش می دهند، زمینه بسیار مورد توجهی هستند. چنانکه گذشت یک وسیله الکترونیکی را بایستی از هجوم امواج متداخل با عملکرد آن حفظ نمود که این کار را با پوشش های محافظ در برابر تداخل انجام می دهیم. همچنین تأثیر منفی امواج تابیده شده از وسایل الکترونیکی بر بافت های زنده نیز، لزوم پوشش دهی آنها را بیشتر می نماید.

در پروژه حاضر پوشش / جاذب های الکترومغناطیسی بر پایه فیلرهای نانوگرافیت و فریت و ماتریس پلی یورتان به دلایل زیر به شکل فوم تهیه می شود:

1- رسانش نانو فیلر از رسانش فیلرهای گرافیت طبیعی کمتر نیست ولی ابعاد ریز آنها و سطح فعال آنها امکان توزیع درابعاد نانومتری را میسر می کند و این امر تولید یک پلیمر رسانا دارای مقدار کمتری فیلر را ممکن می کند. با کنترل میزان رسانش الکتریکی می توان جاذب یا پوشش موج الکترومغناطیسی را تولید نمود.

2- ساختار اسفنجی به انعکاس متعدد نور در حین عبور از پوشش می انجامد که این امر چنان که گذشت بازدهی پوشش / جاذب را افزایش می دهد.

3-وجود ذرات فریت با توجه به میزان جذب بالای آنها، بخش مهمی از انرژی را در بازة گسترده ای به گرما تبدیل خواهد کرد.

4-  ساختار شدیداً قطبی پلیمر پلی یورتان امکان پراکنش ذرات را بهتر می کند.

5-امکان قالبگیری بدون استفاده از تنش های مکانیکی شدید از نوعی که در الاستومر های دیگر رایج است، امکان شکسته شدن لایه های گرافیت و کاهش رسانش الکتریکی را از بین خواهد برد.

6- استفاده از پلیمریزاسیون در محل  جدایش لایه های گرافیتی را افزایش خواهد داد.

7- پلیمزاسیون و فوم شدن همزمان، امکان تولید فوم هایی با ساختار اسفنجی یکنواخت را میسر خواهد نمود.

علاوه بر همه اینها، فوم های یورتانی در بین تمام انواع فوم های پلیمری بهترین خواص فیزیکی و مکانیکی را از خود نشان می دهند و از همه رایج تر می باشند و تنوع خواص را با تنوع فرمول به مهندس طراح ارائه می نمایند.

تهیه کننده: روح ا... سلطانی