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 ۴,۲۸۳
  • بازدید این ماه ۱۰
  • بازدید امروز ۳
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

نویسندگان
امتیاز کاربران

روش‌های تولید نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری

در جلسه قبل با تعریف نانوکامپوزیت‌، ساختار و ویژگی‌ها و انواع آن آشنا شدید. در این جلسه روش‌های تولید نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری آمده است.
مقدمه:
در جلسه قبل با تعریف نانوکامپوزیت‌، ساختار و ویژگی‌ها و انواع آن آشنا شدید. در این جلسه روش‌های تولید نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری آمده است.

1- روش‌های تولید نانو‌کامپوزیت‌های زمینه پلیمری
به طور کلی چهار روش برای تولید نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری وجود دارد:
1-1- مخلوط سازی مستقیم:
در این روش ابتدا نانوذرات تهیه شده به صورت سوسپانسیون در یک حلال حل شده و سپس به محلول پلیمری اضافه می‌شود و مخلوط حاصله توسط یک پرس هیدرولیک در یک قالب اکسترود می‌شود و در نهایت صفحات نازک به دست می‌آیند. در این روش انتخاب بستر پلیمری، انتخاب نوع ذارت و سازگاری این دو گونه با یکدیگر و نحوه‌ توزیع ذرات از نکات حائز اهمیت است. معمولا برای تولید نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری حاوی نانوالیاف کربنی از این روش استفاده می‌شود. محدودیت این روش میزان فاز تقویت کننده یا همان مواد پرکننده است. به عنوان مثال برای تولید نانوکامپوزیت سیلیکا (پلی پروپیلن) حداکثر میزان نانوذرات سیلیکا ۲۰ درصد وزنی می‌تواند باشد. البته به نظر می‌رسد آگلومره شدن (به هم چسبیدن) ذرات نیز از دیگر محدودیت‌های این روش باشد.

1-2- فرآوری محلول
با استفاده از این روش می‌توان بر بعضی از محدودیت‌های روش مخلوط سازی مستقیم غلبه کرد، ضمن آنکه می‌توان میزان آگلومراسیون و کلوخه‌ای شدن نانوذرات در ماده پلیمری را کاهش داد. در این روش به دو صورت می‌توان نانوکامپوزیت‌های پلیمری را تولید کرد. اگر ماده زمینه پلیمری و نانوذرات تقویت کننده آن در یکدیگر قابل حل‌شدن باشند، محلول حاصل را می‌توان در یک قالب ریخته‌گری کرده و نانوکامپوزیت تولید نمود. در غیر این صورت مخلوط مواد نانوکامپوزیت در یک حلال حل شده و در نهایت با تبخیر حلال، نانوکامپوزیت مورد نظر به دست می‌آید.

1-3- پلیمریزاسیون درجا
در این روش پلیمریزاسیون بستر پلیمری در حضور نانوذرات انجام می‌شود و مونومر در حین رشد، ذرات پر کننده را در بر می‌گیرد. نکته کلیدی در این روش نحوه توزیع نانوذرات در مونومر است. با کنترل پیوند بین نانوذرات و ماده زمینه، می‌توان توزیع مورد نظر را به دست آورد. بسیاری از نانوکامپوزیت‌های زمینه پلیمری را می‌توان با این روش تولید کرد (شکل 1).

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1: تهیه نانوکامپوزیت به روش پلیمریزاسیون درجا

به طور مثال نانوکامپوزیت‌های حاوی نانولایه‌های گرافیت که دارای هدایت الکتریکی بالا و نفوذپذیری کمی هستند، از این روش تولید می‌شوند. برای تولید این نانوکامپوزیت‌ها ابتدا با امواج مافوق صوت لایه‌های گرافیت در مونومر به صورت یکنواخت توزیع می‌شوند و در نهایت با پلیمریزاسیون درجا نانوکامپوزیت به دست می‌آید. نکته‌ای که در روش‌های تولید نانوکامپوزیت‌های پلیمری اهمیت دارد و آن را از یکدیگر متمایز می¬کند، توزیع مناسب مادهء پر کننده است. با اصلاح سطحی می‌توان این توزیع را به شکل یکنواخت به گونه ای انجام داد که از آگلومراسیون اجزای نانومتری ماده پرکننده جلوگیری شود و توزیع مناسب فاز تقویت کننده فراهم گردد. یک مثال دیگر تهیه نانو‌کامپوزیت‌های پلی آنیلین /کادمیم سولفید است که برای تهیه آن پلی‌آنیلین را در محلول فرمامید حل کرده و دی متیل کادمیم را به آن اضافه می‌کنند در مرحله آخر نیز H2S به محلول اضافه می‌شود (شکل2).

filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2: سنتز نانوکامپوزیت‌های پلی آنیلین /کادمیم سولفید به روش پلیمریزاسیون درجا

1-4- تهیه پلیمر از مونومرها در حضور قالب‌هایی در مقیاس نانو
در این روش مونومرها را درون قالب‌هایی با مقیاس نانو ریخته و سپس فرآیند پلیمری شدن درون این قالب‌ها رخ می‌دهد. در نتیجه به علت محدود بودن فضا (در حد نانومتر) پلیمرهای ساخته شده در ابعاد نانو تشکیل می‌شوند.

2- مزایا و معایب نانوکامپوزیت‌ها
ظهور مواد نانوکامپوزیت‌ها، تحولی اساسی در خواص مکانیکی و حرارتی ایجاد کرده است. مزایای مواد نانوکامپوزیتی را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
پودرهای نانوکامپوزیتی نسبت سطح به حجم بالایی دارد. این نسبت در حالت بی‌شکل نسبت به حالت بلوری، بیشتر است و همچنین کسر زیادی از اتم‌ها در سطح ذرات پودرهای نانوکامپوزیتی و یا در مرز دانه‌های ریزساختار نانوکامپوزیت‌ها قرار دارند.
به دلیل دو خاصیت اخیر، پودرهای نانوکامپوزیت، قابلیت تفت جوشی (زینتر) بالایی دارند. در ساخت نانوکامپوزیت‌ها از پودرهای نانوکامپوزیت یا پودرهای نانومتری، به دلیل کنترل فرآیند در مقیاس نانومتری، ریزساختاری کاملا یکنواخت به دست می‌آید. نانوکامپوزیت‌ها 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 نانوکامپوزیت‌ها می‌شود. لذا جدیدترین فناوری‌ها، مربوط به طراحی ریزساختار نانوکامپوزیت‌ها برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی آنها است.
در مقابل خواص منحصر به‌فرد مواد نانوکامپوزیت، در ساخت نانوکامپوزیت‌ها مشکلات فرآیندی قابل توجهی وجود دارد که نقش تعیین کننده‌ای دارند. از اساسی‌ترین این مشکلات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- عدم توزیع یکنواخت فاز دوم در فاز زمینه در نانوکامپوزیت‌ها، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها را کاهش می‌دهد. تجمع ذرات پودر بسیار ریز در نانوکامپوزیت‌ها موجب افزایش انرژی سطحی آنها شده، کاهش خواص مکانیکی کاهش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌ها 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 و ساخت نانوکامپوزیت‌هایی با ریزساختاری همگن و خواص مکانیکی بالا، باعث غیر اقتصادی شدن و همچنین پیچیده‌تر شدن فرآیند می‌گردد.

منابـــع و مراجــــع

https://fa.wikipedia.org/wiki/کامپوزیت

http://www.rasekhoon.net/Article/Show-42090.aspx

مرکز یادگیری سایت تبیان

سیستم جامع آموزشی فناوری نانو، edu.nano.ir