برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۴/۰۲ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۸

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۴۱۹
  • بازدید این ماه ۵
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
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

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

امتیاز کاربران

کاربردهای مواد هوشمند

در این جلسه به بررسی برخی از کاربردهای نانومواد هوشمند می‌پردازیم.
1- کاربردهای مواد هوشمند

1-1- حسگر گاز
گاز H2S گازی بی‌رنگ، آتش‌گیر و بسیار سمی است. از این رو تشخیص آن توسط حسگرهای گازی بسیار با اهمیت است. برای این تشخیص از مجموعه ذرات هوشمند برگشت‌پذیر نقره و اکسید سیلیسیوم(Ag/SiO2) می‌توان استفاده کرد. این ذرات در اتمسفرهای مختلف (فشارهای مختلف هوای اطراف و محیط) رنگ خاصی از طیف نوری را از خود نشان می‌دهند. در حضور اکسیژن هوا، نانوذرات Ag موجود در مجموعه Ag/SiO2 به یون تبدیل شده و در اثر مجاورت با گاز H2S، ترکیبات سولفید هیدروژن (AgS)، تشکیل داده و رنگی متناسب با انرژی نیمه رسانای AgS از خود نشان می‌دهند. بنابراین از خاصیت تغییر رنگ سریع و برگشت‌پذیرAg/SiO2 می‌توان از آن جهت ساخت حسگرهای گازی استفاده کرد.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: سطح هوشمند برگشت‌پذیر نانوذرات نقره قرار گرفته برروی سیلیکا حساس به اتمسفرهای مختلف

1-2- شناسایی، تصویربرداری و رهایش همزمان دارو برای تومورهای سرطانی
برای شناسایی تومورهای سرطانی و تصویربرداری و کنترل رهایش دارو به طور همزمان، از نانوساختار هیبریدی هسته-پوسته متشکل از نانوژل پلی)N-ایزوپروپیل آکریل آمید-co-آکریلیک اسید) در نقش پوسته و نانوذره نقره به عنوان هسته می‌توان استفاده کرد. ماده تشکیل دهنده پوسته از دسته مواد هوشمندی است که با تغییر اسیدیته محیط خود به خود درگیر واکنش می‌گردد. به عبارت دیگر در تماس با محیط اسیدی، پوسته ساخته شده از نانوژل اصطلاحا در خود جمع می‌شود.
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2: نانوژل هیبریدی هسته-پوسته هوشمند


همچنین نانوژل می‌تواند مقادیر بالایی از دارو را در خود ذخیره نموده و در پاسخ به اسیدی بودن محیط (بر اثر خاصیت جمع شدگی)، دارو را همزمان و به صورت کنترل شده آزاد نماید.

filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3: رهایش هوشمند دارو

1-3- پارچه‌های هوشمند
کاربرد الیاف هوشمند با قابلیت سازگاری حرارتی در درجه اول در تولید پوشاک و عایق‌های حرارتی قابل توجه است. لباس‌های استتار ساخته شده از این مواد برای ارتش و افراد نظامی بسیار مفید است. در این لباس‌ها دمای سطوح مختلف توسط حسگرهای مادون قرمز تشخیص داده می‌شود. با تغییردر ظرفیت حرارتی می‌توان پارچه‌هایی را ایجاد کرد که در پزشکی برای درمان سوختگی‌ها، بهبود گردش خون و تنظیم درجه حرارت برای بیماران مبتلا به دیابت مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین تغییرات درجه حرارت سطح پارچه می‌تواند در ساخت دستگاه‌های سنجش از راه دور برای تشخیص تغییر درجه حرارت در صنعت, کشاورزی و باغبانی استفاده شود.

1-4- آلیاژهای حافظه‌دار
این مواد، تحت تاثیر محرک‌های مختلف (مانند دماهای مختلف) با افزایش دما تغییر شکل داده و با بازگشت دما به مقدار اولیه، شکل اصلی خود را می‌یابند. در حال حاضر، کامپوزیت‌های حافظه‌دار به دو دسته فلزی (آلیاژی) و پلیمری تقسیم می‌شوند. حافظه داری به این معناست که این مواد قابلیت ذخیره‌سازی انرژی مکانیک و نیز آزادسازی آن را دارند. مولکول‌های این فلزات قابلیت چیدمان مجدد داشته و درست مانند آب که در دماهای مختلف از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌شوند، به این دلیل که مولکول‌های آنها قابلیت چیده‌مان مجدد دارند، می‌توانند به حالت اولیه خود تغییر شکل دهند. عاملی که سبب تغییر شکل فلز و یا بازگشت به شکل اولیه آن می‌شود، اختلاف ساختار مولکولی در هر فاز است. در شکل پایین، فلز حافظه‌دار را در حالتی که شکل اولیه خود را در دمای اتاق دارد را مشاهده می‌کنید. زمانی که بار اعمال می‌شود، فلز تغییر شکل می‌دهد. سپس به محض برداشته شدن باز و اعمال کمی گرما، مولکول‌ها به شکل ساختاری سخت درمی‌آیند، به گونه‌ای که به یک ساختار با شبکه‌ای متفاوت مبدل می‌شوند، اما هنوز وضعیت قرارگیری مولکولی معمولی است و همان ساختار فیزیکی در مقیاس ماکرو وجود دارد.
زیست سازگار بودن و مقاومت به خوردگی این آلیاژها استفاده از آنها درایمپلنت‌های کاشتنی را ممکن ساخته است. امروزه جراحان از فلزهای حافظه‌دار به جای استیل استفاده می‌کنند. آنها ابتدا فلز را کمی سرد کرده و در محل مورد نیاز نصب می‌کنند. بر اثر دمای بدن، فلز پلیت تا حدودی گرم شده و فشار لازم برای در کنار هم نگهداشتن قطعات شکستگی را حفظ می‌کند و سبب می‌شود تا استخوان در حداقل زمان ترمیم شود. مشکلی که در طراحی این نوع پلیت‌ها وجود داشت، مربوط به تنظیم فشار مناسب و مطلوب است. مثلا، اینکه فلز تا چه مقدار باید تغییر شکل داده شود تا کشش لازم را ایجاد کند، جای بیشتر بررسی دارد. در اینجاست که فناوری نانو وارد عرصه می‌شود تا به تغییر نحوه قرارگیری اتم‌ها در ترکیبات کمک کند. هم اکنون گروه‌های تحقیقاتی در حال انجام مطالعه در مورد تنظیم این مکانیزم با کمک فناوری نانو هستند.
بیشتر بدانید:
آلیاژ حافظه‌دار نیتینول
یکی از معروف‌ترین آلیاژهای دارای حافظه شکلی، ماده‌ای به نام نیتینول است که از آن به صورت سیم استفاده می‌شود. در نگاه اول، این سیم‌ها مشابه سیم‌های معمولی به نظر می‌آیند و براحتی تغییر شکل داده و رسانای الکتریسیته بوده، اما در مقایسه با سیم‌های معمولی فولادی و مسی، بسیار گران‌تر هستند. دو مشخصه در این سیم‌ها وجود دارد که آنها را از سایر سیم‌ها متفاوت می‌کند:

الف- این سیم‌ها حافظه دارند. مثلا، می‌توان آنها را به هر شکلی درآورد و سپس با گرم کردن آنها تا دمای بالای 90 درجه سانتی‌گراد، به حالت اولیه بازگرداند.
ب- می‌توان این سیم‌ها را برنامه‌ریزی کرد تا شکل خاصی را به خاطر بسپارند. این کار به این صورت انجام می‌شود که شکل دلخواهمان را به سیم می‌دهیم و سپس سیم را به مدت تقریبی 5 دقیقه با دمای 150 درجه سانتی‌گراد گرما داده و جریان الکتریسیته را از آن عبور می‌دهیم. سپس می‌توانیم سیم را به هر شکل دیگری درآوریم و برای برگشت آن به شکل اولیه، کافی است آن را در آب داغ بینداریم.

منابـــع و مراجــــع

1. Encyclopedia of Smart Materials-Mel M. Schwartz. - Wiley

2. Smart Materials – IOM3 booklet