برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۶/۳۱ تا ۱۳۹۷/۰۷/۰۶

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱۹,۷۹۶
  • بازدید این ماه ۲۳
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۵۴
  • قبول شدگان ۲۲۷
  • شرکت کنندگان یکتا ۹۳
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۹
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

فناوری نانو در تجهیزات و وسایل ورزشی

امروزه تمامی علوم و بخش‌های فنی و مهندسی در طراحی‌های خود از موادی که با فناوری‌های جدید تولید می‌شوند، بهره می‌گیرند. یکی از این بخش‌ها مهندسی ورزش و تجهیزات ورزشی است. فناوری نانو یکی از جدیدترین علومی است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد و استفاده از این فناوری در تجهیزات ورزشی بسیار رواج یافته است. پژوهش‌های بسیاری در مورد به کارگیری نانومواد در تجهیزات ورزشی صورت گرفته است و شرکت‌های معتبری از آن بهره برده‌اند. راکت‌ها و توپ‌های ورزشی، دوچرخه‌های فوق سبک و ضدآب کردن تجهیزات از جمله بخش‌هایی است که به صورت کلانی از فناوری نانو در آن‌ها استفاده شده است.
مقدمه
ورزشکار بدون تجهیزات و وسایل خود نمی‌تواند مهارت‌های خود را به طور کامل به عرصه نمایش بگذارد. فکر کردن به داشتن تجهیزات منحصر به فرد همیشه ذهن ورزشکاران حرفه‌ای و مربیان آنان را به خود مشغول کرده است. از این‌رو مهندسان برای عملی کردن این موضوع تمامی تلاش خود را به کار گرفته‌اند. طراحی‌های خاص و دقیق، استفاده از مواد مناسب، انجام آزمون‌های استانداردسازی بر روی تجهیزات نمونه‌هایی از این موارد هستند، ولی این بخش از علم و مهندسی همانند دیگر علوم نیاز دارد با جدیدترین فناوری‌های روز هم‌راستا شود تا بتواند نیازهای تمامی سطوح ورزشی را رفع کند. امروزه مهندسان ورزشی لزوم استفاده از این فناوری‌ها به خصوص فناوری نانو را در تجهیزات و وسایل ورزشی درک کرده‌اند.
در این مقاله سعی شده است تجهیزاتی که از فناوری نانو استفاده می‌کنند و همچنین تجهیزاتی که به کارگیری این فناوری می‌تواند عملکرد ورزشکار را بهبود بخشد، در ساختاری مشخص مورد بررسی قرار گیرد.

فناوری نانو و تجهیزات و وسایل ورزشی
تمام وسایلی که با فناوری نانو تولید شده‌اند، با هدف بهبود عملکرد ورزشکاران و جلوگیری از آسیب‌های احتمالی آن‌ها بوده است. فناوری نانو در حالی به تجهیزات استحکام بالایی را می‌بخشد که وزن آن را نیز کاهش می‌دهد. همین امر سبب شده است که در بسیاری از تجهیزات از سوی شرکت‌های معتبر مورد استفاده قرار بگیرد. بیشترین استفاده در حوزه‌هایی مانند توپ‌های ورزشی، راکت‌های ورزشی، تجهیزات کوهنوردی و قایقرانی، دوچرخه و خودروی ورزشی بوده است. برخی وسایل ورزشی که در آن‌ها از فناوری نانو بهره گرفته شده است، به بهبود عملکرد تجهیزات کمک شایانی کرده‌اند. البته در برخی تجهیزات نیاز روزافزونی احساس می‌شود که نانومواد و نانوپوشش‌ها در ساخت یا بهبود این تجهیزات مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه به بررسی تجهیزات موجود در این حوزه با توجه به تقسیم‌بندی ذکر شده پراخته می‌شود.

راکت‌های ورزشی
ورزش‌های راکتی به علت ضربه‌های پشت سر هم به راکت، نیاز دارند که از راکت مستحکمی برخوردار بوده و وزن راکت‌ها بسیار پایین باشد. همچنین راکت‌ها نیاز دارند که ضربه‌ای با کیفیت بالا را داشته باشند و مهارت‌های ورزشکار را کاملاً منتقل کنند. استفاده از نانومواد در ساخت آن‌ها این نیاز را پاسخ می‌گوید. شرکت‌های بسیاری شروع به استفاده از نانومواد کرده‌اند و محصولات بر پایه فناوری نانو خود را به بازار معرفی کرده‌اند. در ادامه به محصولات برخی از این شرکت‌ها پرداخته می‌شود.

راکت تنیس
شرکت بابولات یک خط از راکت‌های تنیس ساخته شده با فناوری نانو را در بولدر ایجاد کرده است. بازیکنانی که در یک ضربه کامل با راکت تنیس عکس‌العمل خوبی ندارند، نیاز به راکتی مستحکم دارند که به توپ با سرعت بیشتری ضربه بزنند، این شرکت با استفاده از فناوری نانو توانسته است مقاومت راکت‌ها را افزایش دهد تا بازیکنان غیرحرفه‌ای بتوانند سریع‌تر مهارت خود را به دست آورند. شرکت بابولات فرانسوی، تولیدکننده راکت‌های تنیس و زه‌های آن، با اعمال نفوذ کربن در سطح نانو و به کارگیری نانولوله‌های کربنی، این راکت‌ها را تولید کرده است. این راکت‌ها را معمولاً با الیافی مشتق شده از گرافیت و کربن ایجاد می‌کنند. این شرکت ترکیبی از نانولوله‌های کربن با الیاف کربن منظم به منظور تولید راکت‌های مستحکم تولید کرده است. این ترکیب پنج بار مستحکم‌تر و منظم‌تر از کربن در حالت عادی است، به دلیل خم شدن قاب در زمان ضربه، کند شدن سرعت توپ در راکت‌های معمولی مشاهده می‌شود که این راکت‌های جدید به علت وجود زه مقاوم، عکس‌العمل خوبی در زمان ضربه از خود نشان می‌دهد و این مشکل را رفع کرده‌اند. به سبب وجود تثبیت‌کننده‌هایی در دو طرف مرکز آن، مقاومت در برابر تنش افزایش یافته است. مقاومت در برابر تنش در این راکت‌ها ۵۰ درصد بیش از راکت‌هایی با کربن استاندارد است. این مدل دارای تثبیت‌کننده دیگری نیز هست که تنش را از بالای دسته به وسط قاب در هر طرف از راکت انتقال می‌دهد که باعث کاهش خمش عمودی و چرخش قاب راکت در زمان ضربه زدن به توپ می‌شود.

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل ۱- راکت تنیس و زه‌های آن بر پایه فناوری نانو

چوب گلف
شرکت مارومان واقع در توکیو، از فولرین‌های شرکت مواد شیمیایی هانجو برای ساخت انتهای چوب گلف استفاده کرده است. مواد جدید فولرین تیتانیوم در ساخت انتهای چوب گلف‌ مدل نیو مجستی (New Majesty) به کار رفته است. چوب جدید در مقایسه با تیتانیوم معمولی به میزان ۱۲% بیشتر در مقابل خمید‌گی مقاومت می‌کند. سختی آن ۳.۶% بهتر است و سر آن به میزان ۲۰ درصد الاستیسیته بیشتری از خود نشان می‌دهد و‌ مسافت پرواز توپ به میزان ۱۵ یارد افزایش یافته است.

دوچرخه
تور سال ۲۰۰۵ فرانسه شاهد دوچرخه‌سوارانی از تیم فوناک بود که از دوچرخه‌هایی با بدنه حاوی نانولوله‌های کربنی استفاده می‌کردند. کارخانه سوئیسی ب.م.سی، تولیدکننده این دوچرخه‌ها، ادعا می‌کند این محصول با نام پرو ماشین، کمتر از یک کیلوگرم وزن داشته و از استحکام و سختی عالی برخوردار است. برای ساخت این رزین بهبودیافته، الیاف کربنی را در ماده رزینی که به وسیله نانولوله‌های کربنی تقویت شده است، وارد می‌کنند. این کار استحکام و سختی را در فضاهای مابین فیبرهای کربنی افزایش می‌دهد. نانولوله‌های کربنی خم می‌شوند در حالی که حالت ارتجاعی زیادی دارند. نانولوله‌ها مانند حصیر خم می‌شوند ولی نمی‌شکنند و می‌توانند بدون آن که آسیب ببینند، دوباره راست شوند. دلیل دیگر عدم شکست نانولوله‌های کربن در بارگذاری شدید این است که حلقه‌های کربن در دیواره‌های لوله که تقریباً شش ضلعی هستند، به جای شکستن، تغییر ساختار می‌دهند. سطح نانولوله‌ها به نحوی تغییر داده شده است که پخش آن‌ها در مواد دیگر ساده‌تر صورت گیرد. این دوچرخه تنها یک بخش آلیاژی دارد و آن زه قلاب پایینی است. ساختار این بدنه توسط قالب‌گیری تولید می‌شود که پس از تولید نیاز به ماشین‌کاری ندارد، این امر از آسیب دیدن الیاف کربنی جلوگیری می‌کند.

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل ۲- دوچرخه با بدنه حاوی نانولوله‌های کربنی

توپ‌های ورزشی
نیروهای آیرودینامیکی مهمترین پارامتر در توپ‌های ورزشی هستند. خواص سطحی، وجود فرورفتگی و درز و زاویه آن‌ها در هنگام پرواز از جمله مواردی هستند که بر روی آیرودینامیک توپ تأثیر دارند. برای تعیین نیروهای آیرودینامیکی و محاسبه آن‌ها از روش تونل باد استفاده می‌کنند. بهبود خواص سطحی با استفاده از نانومواد و همچنین پوشش‌هایی در سطح نانو می‌تواند خواص آیرودینامیکی را تا حد قابل قبولی ارتقا بخشد. ضریب اصطکاک با سطوح دیگر مانند انواع کفپوش و سطوح، دست و انواع دستکش یکی دیگر از پارامترهایی است که می‌توان آن را با نانومواد بهبود بخشید و همچنین توپ‌ها را نیز مستحکم کرد. شرکت‌های معتبری اقدام به استفاده از مواد نانویی در بخش‌های مختلف توپ کرده‌اند و از سوی ورزشکاران مورد توجه قرار گرفته‌اند.

توپ تنیس
شرکت ویلسون توپی تولید کرده است که دارای دو هسته است که در پوشش‌های ما بین آن از هوا استفاده شده است. لایه‌هایی از خاک رس به همراه یک پلیمر مایع به توپ اضافه می‌شود که خطوط داخل توپ را ایجاد می‌کند، صفحات خاک رس با یکدیگر در روش موازی همپوشانی می‌کنند. از آن جا که چندین لایه روی هم قرار می‌گیرند، هر یک از صفحات دیگر باید هوا را از طریق لایه‌های بسیاری در داخل کیسه وارد کنند، بنابراین هوا بهتر در داخل توپ باقی می‌ماند. پوشش نانو که در دومین هسته داخل توپ تنیس است، از طریق اسپری یا غلتانیدن آن بر روی لاستیک به‌وجود می‌آید، پوسته روی هسته دوم از صفحات روی هم قرار گرفته‌ای از خاک رس تولید شده است. این صفحات حدود ۱ نانومتر ضخامت دارند. مزایا این توپ‌ها نسبت به توپ‌های معمولی این است که پرزدار شدن آن‌ها به سرعت نیست. بیشترین زمان برای استفاده از توپ‌های معمولی یک و نیم جلسه است ولی بیشترین زمان توپ‌های دو هسته‌ای ویلسون ۳ جلسه است. همچنین این توپ‌ها دارای ملاحظات زیست محیطی نیز هستند.

توپ گلف
شرکت نانودینامیک واقع در نیویورک توپ گلفی را که می‌تواند مسیر پرواز خود را اصلاح کند، معرفی کرده است؛ بنابراین نسبت به توپ‌های معمولی مستقیم‌تر حرکت می‌کند. این توپ در هوا تغییر جهت ۴۵ درجه‌ای نمی‌دهد و طراحی توپ و نانومواد مجهول به کار رفته در آن، ‌انرژی دریافتی از سر چوب گلف را بهتر جهت‌دهی کرده و بنابراین از تلوتلو خوردن و انحراف توپ جلوگیری می‌‌کند.


filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل ۳- بهبودخواص سطحی توپ گلف با استفاده از نانومواد

واکس اسکی
تجهیزات و وسایل ورزشی به دو روش در کار ورزشکار دخالت دارند. به صورت مستقیم مانند راکت‌ها و به صورت غیرمستقیم. یکی از این تجهیزات که از فناوری نانو هم استفاده کرده است، واکس اسکی است.
تیم ملی اسکی کانادا از این واکس استفاده کرده است و به زودی هر اسکی بازی می‌تواند از آن استفاده کند. کراکس نانو واکس یکی از اولین محصولات جهانی است که با استفاده از فناوری نانو شیمیایی، پوشش هوشمندی با خواص چند عملکردی ایجاد می‌کند. این واکس توسط شرکت آلمانی نانوگیت تولید شده که سطحی بسیار لیز و سخت ایجاد می‌کند. این پوشش هوشمند با کاهش دما بسیار مستحکم می‌شود و با کریستال‌های برف و پوست سازگاری بسیار خوبی دارد. محصولات نانو واکس با فرمول‌های مختلفی برای انواع ورزش‌های زمستانی که در شرایط مختلف انجام می‌شوند، تولید شده‌اند.

filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل ۴- نانو واکس با خواص پوشش‌دهی هوشمند

فناوری نانو در خودرو ورزشی
یک شرکت روسی خودرویی را با استفاده از نانومواد تولید و پرده‌برداری کرد. این خودرو با نام ماروسیا، دارای قدرتی معادل ۲۴۰ اسب بخار است که باعث تحسین و تردید همگان شد، زیرا تولیدکنندگان این خودرو ورزشی برای غلبه بر دیگر رقبای خود، سرمایه‌گذاری عظیمی در زمینه تولید بدنه‌ای تمام غیرفلزی انجام داده است که این بدنه باعث سبک‌تر شدن این خودرو شده است.
 
سایر تجهیزات ورزشی
برخی از رشته‌های ورزشی، رشته‌های آبی هستند. یکی از این رشته‌ها قایقرانی است. در رشته قایقرانی از چندین نوع قایق در سبک‌های مختلف استفاده می‌شود ولی یک نکته مشترک در تمامی آن‌ها خیس نشدن ورزشکارن و ضدآب بودن تجهیزات آن‌ها است زیرا در صورت خیس شدن وزن آن‌ها و تجهیزات‌شان زیاد شده و از لحاظ روانی نیز برای آن‌ها خوشایند نخواهد بود؛ زیرا در حالت عادی مهارت خود را نشان نخواهند داد. با استفاده از نانوپوشش‌ها این تجهیزات آبگریز شده است و قطرات آب به داخل آن‌ها نفوذ نمی‌کند. تجهیزات کوهنوردی نیز همانند قایقرانی نیاز دارند که در حین استحکام بالا، ضد آب باشند.
یکی از رشته‌هایی که استفاده از نانومواد به خصوص نانولوله‌های کربنی در آن احساس می‌شود، پرش با نیزه است. مهم‌ترین پارامتر در نیزه پرش، انعطاف مناسب آن است. نیزه پرش به طور معمول از فیبرهای شیشه ساخته می‌شوند و در بین ورزشکاران این نوع نیزه‌ها از محبوبیت خاصی برخوردار هستند. نیزه‌های فایبرگلاس از پارچه بافته شده فایبرگلاس که با رزین اپوکسی اشباع شده است، ساخته شده‌اند. دو نوع الیاف فایبرگلاس که در ساخت نیزه استفاده می‌شوند عبارتند از S glass و E glass.
در چند سال اخیر نیزه‌هایی با الیاف کربن ساخته شده‌اند ولی به علت محبوبیت نیزه‌های با فیبر شیشه زیاد استفاده نمی‌شود. الیاف کربن و شیشه دانسیته مشابهی دارند اما شیب منحنی تنش – کرنش الیاف کربن بیشتر است. بنابراین در یک نیزه با مقاومت مشابه، الیاف کربن کمتری مورد نیاز است. نتایج نشان می‌دهد که الیاف کربن بهتر از الیاف شیشه هستند. این داده‌ها در مورد نانولوله‌های کربنی در دست نیست و نیزه پرشی با استفاده از آن‌ها طراحی و آزمایش نشده است و این نیاز دیده می‌شود که این موضوع در نیزه‌های پرش مورد بررسی قرار گیرد.

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a
شکل ۵- منحنی تنش – کرنش الیاف کربن و الیاف شیشه

عنوان : تولید الیاف نانولوله کربنی به روش ریسندگی مستقیم از سنتز CVD در مهندسی ورزش/مهندسی عمران

توضیحات : الیاف و رشته های نانولوله های کربنی با خواص فوق العاده نظیر استحکام مکانیکی بعنوان مواد بالقوه در مهندسی ورزش / عمران در ساخت نیزه پرش، راکت تنیس و دوچرخه با بدنه حاوی الیاف نانولولوله کربنی/مسلح کردن مصالح پایه سیمانی استفاده می شود. الیاف نانولوله های کربنی با طول چند ده سانتیمتر به روش های مختلف تولید می شوند که از جمله آنها ریسندگی مستقیم از سنتز CVD است که در آن، نانولوله ها بطور پیوسته و با کیفیت بالا تهیه می گردند.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه‌ای 1: تولید الیاف نانولوله کربنی به روش ریسندگی مستقیم از سنتز CVD در مهندسی ورزش


بحث و نتیجه‌گیری
استحکام بالا و وزن بسیار پایین دو ویژگی است که با استفاده از نانومواد می‌توان در تجهیزات ورزشی به آن دست یافت. همان‌طور که بررسی شد، راکت‌های ورزشی مانند راکت تنیس با استفاده از این نانومواد توانسته‌اند استحکام راکت را در حالی که وزن آن کاهش یافته است، بهبود ببخشند. یکی دیگر از استفاده‌های نانومواد، ضد آب کردن تجهیزات رشته‌هایی است که با آب در تماس هستند. این امر کمک می‌کند که تجهیزات ورزشکار در اثر خیس شدن سنگین نشود و به راحتی بتوان از آن‌ها استفاده کرد. رشته‌های ورزشی بسیاری نیاز دارند که در طراحی تجهیزات‌شان از نانومواد و بهبود خواص آن‌ها بهره بگیرند.


منابـــع و مراجــــع

1- علیرضا کاشف ، سید امید انوار ؛ کاربرد های فناوری نانو درمهندسی ورزش ؛ ماهنامه فناوری نانو ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، شماره ۵، صفحه ۱۹، (۱۳۸۹).

2- چارلز پی . پل، فرانک جی . اونز، " مبانی نانو تکنولوژی ، سید محمدرضا مداح حسینی، مهروز ملک، حسین اصغری شیوایی، ولی الله بشیری، چاپ اول، تهران، کاوش قلم، (1387).