برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۱۳۵
  • بازدید این ماه ۳۱
  • بازدید امروز ۰
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

کاربردهای نانوسیالات

سیستم‌های خنک کننده، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر صنعت دیگری است که به نوعی با مساله‌ی انتقال گرما رو به رو هستند. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاس‌های زیر صد نانومتر عملیات‌های سریع و حجیم با سرعت‌های بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق می‌افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار گرمایی بالا اهمیت به سزایی پیدا می‌کند، استفاده از سیستم‌های خنک کننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتناب ناپذیر است. بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال گرمای موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می‌گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه‌ها می‌گردد؛ بنابراین برای غلبه بر این مشکل، به خنک کننده‌های جدید و موثر نیاز است و نانوسیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده‌اند.
در کنار استفاده از نانوسیالات به عنوان مایعات منتقل کننده حرارت در مبردها، از سوسپانسیون نانوذرات فلزی، در دیگر زمینه‌ها از جمله صنایع دارویی و درمان سرطان نیز استفاده شده است. در ادامه به طور مختصر به شرح این کاربردها می‌پردازیم
مقدمه
سیستم‌های خنک کننده، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر صنعت دیگری است که به نوعی با مساله‌ی انتقال گرما رو به رو هستند. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاس‌های زیر صد نانومتر عملیات‌های سریع و حجیم با سرعت‌های بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق می‌افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار گرمایی بالا اهمیت به سزایی پیدا می‌کند، استفاده از سیستم‌های خنک کننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتناب ناپذیر است. بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال گرمای موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می‌گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه‌ها می‌گردد؛ بنابراین برای غلبه بر این مشکل، به خنک کننده‌های جدید و موثر نیاز است و نانوسیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده‌اند.
در کنار استفاده از نانوسیالات به عنوان مایعات منتقل کننده حرارت در مبردها، از سوسپانسیون نانوذرات فلزی، در دیگر زمینه‌ها از جمله صنایع دارویی و درمان سرطان نیز استفاده شده است. در ادامه به طور مختصر به شرح این کاربردها می‌پردازیم:

1- کاربردهای نانوسیالات

1-1- کاربردهای الکترونیکی
جهت حذف گرما و سردسازی در تجهیزات الکترونیکی دو رویکرد وجود دارد؛ اول اینکه طراحی درستی صورت بگیرد تا جایی که هندسه اجزا به شکلی باشد که بیشترین سطح را ایجاد کرده و منجر به سرد شدن راحت‌تر قطعه گردد؛ دومین رویکرد، ایجاد ظرفیت هدایت حرارتی بالاتر است. نانوسیالات به واسطه هدایت حرارتی بالایی که دارند گزینه بسیار مناسبی جهت حذف گرما در تجهیزات الکترونیکی بدون نیاز به افزایش ابعاد هستند. تحقیقات نشان داده‌اند که استفاده از نانوسیالات حاوی نانوذرات نقره یا تیتانیوم جهت سردسازی تجهیزات الکترونیکی _مثلا سرد سازی CPU در کامپوترهای خانگی _ بسیار موثر خواهد بود؛ به طور مثال لوله‌های حاوی سیالات دارای نانوذرات تیتانیومی به میزان تنها 1/0 غلظت حجمی، راندمان گرمایی را نسبت به سیال معمولی از همان نوع بدون بهره گرفتن از نانوذرات، تا 6/10% افزایش می‌دهند.

1-2- حمل و نقل
نانوسیالات دارای پتانسیل بالایی جهت بهبود سیستم مبرد و سرد کننده اتومبیل‌ها و موتورهای سنگین هستند؛ علت آن هم کاهش پیچیدگی سیستم سردکننده و در نتیجه کاهش وزن و نهایتا افزایش راندمان سردسازی است. تحقیقات حاکی از آن است که استفاده از نانوسیالات با هدایت حرارتی بالا در سیستم مبرد اتومبیل‌ها، می‌تواند سبب کاهش سطح فوقانی رادیاتور تا 10% شود که منجر به کاهش وزن و کاهش ابعاد می‌گردد. همچنین می‌تواند تا 5% میزان سوخت مصرفی را نیز به علت بهبود ایرودینامیک، کاهش دهد.

ایرودینامیک:
ایرودینامیک شاخه‌ای از علم دینامیک یا در واقع حرکت است که به بررسی رفتار جریان گازها و سیالات در اجسام متحرک می‌پردازد. این بحث در طراحی اتومبیل‌ها، هواپیماها و در کل، وسایل حمل و نقل بسیار پراهمیت است.


سیستم توقف وسایل حمل و نقل
حین توقف، انرژی جنبشی یک وسیله نقلیه به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. سپس این انرژی گرمایی به سیال متوقف کننده در سیستم هیدرولیک منتقل می‌گردد. امروزه از نانوسیالات حاوی اکسید مس و اکسید آلومینیوم به عنوان سیال سیستم هیدرولیک استفاده می‌شود، چراکه این نانوسیالات نسبت به سیالات مرسوم دارای نقطه جوش بالاتر، ویسکوزیته و همچنین هدایت حرارتی بیشتر هستند؛ این ویژگی‌ها سبب جلوگیری از قفل بخار و ایجاد امنیت بیشتر حین رانندگی می‌شود. قفل بخار فرآیندی است که طی آن به علت جوش آمدن مایع و ایجاد بخار بسیار زیاد، فشار بخار مانع از سیلان مایع می‌گردد.

1-3- سیستم‌های مبرد صنعتی(سردسازی)
استفاده از نانوسیالات در سیستم‌های خنک کننده صنعتی به علت صرفه‌جویی در مصرف انرژی بسیار با اهمیت است؛ به طور مثال جایگزینی نانوسیالات با آب در سیستم‌های خنک کننده صنایع آمریکا می‌تواند منجر به جلوگیری از مصرف 1 تریلیون BTU ( هر BTU معادل 1055 ژول است) انرژی گردد.

1-4- گرمایش ساختمان‌ها و کاهش آلودگی
می‌توان از نانوسیالات در سیستم گرمایش ساختمان‌ها نیز بهره برد. در مناطق سرد سیر معمولا از مخلوط اتیلن گلوکول و آب با نسبت 60 به 40 به عنوان مایع در سیستم انتقال حرارت استفاده می‌شود (سیستم رادیاتورها، پکیج‌ها و سایر سیستم‌های گرمایشی مبتنی بر انتقال حرارت توسط مایعات). تحقیقات نشان می‌دهد که استفاده از نانوسیالات به جای این مخلوط در سیستم گرمایشی ساختمان‌ها در مناطق سردسیر، سبب کاهش مصرف انرژی در پمپاژ کردن سیال می‌گردد. این کاهش مصرف انرژی ناشی از استفاده از سیستمی کوچک‌تر با ظرفیت انتقال حرارت بیشتر است که علاوه بر کاهش هزینه‌ها سبب کاهش آلایندگی ناشی از مصرف انرژی بیشتر نیز می‌شود.

1-5- سیستم سرمایش هسته‌ای
صنایع انرژی هسته‌ای از صنایع بسیار حساس هستند که پایداری دمایی و جلوگیری از افزایش دما در رآکتورهای آن بسیار مهم است؛ بنابراین استفاده از سیالی با ظزفیت انتقال حرارت بیشتر و بهتر و همچنین نقطه جوش بسیار بالا می‌تواند در مبردهای این صنعت بسیار موثر باشد؛ بنابر آنچه تا کنون گفته‌ایم این ویژگی‌ها در نانوسیالات به خوبی مشاهده می‌شود. پس نانوسیالات گزینه خوبی برای استفاده به عنوان خنک کننده در سیستم‌های سردسازی صنایع هسته‌ای هستند.

1-6- کاربردهای هوافضا
کاهش وزن، ابعاد و همچنین مصرف انرژی از مسائل حائز اهمیت در صنایع هوافضا (‌مثلا بحث فضاپیماها و ایستگاه فضایی) است؛ همین موارد سبب نیاز به یک سیستم خنک کننده با قابلیت بالا و ابعاد کوچک‌تر می‌شود. نانوسیالات می‌توانند در این سیستم‌های سردکننده نقش حیاتی ایفا کنند.

1-7- ذخیره سازی انرژی
امروزه ذخیره انرژی به صورت انرژی نهان و آشکار یکی از مسائل مهم در حوزه مدیریت انرژی است. نانوسیالات با داشتن ظرفیت هدایت حرارتی بالا و یا به عبارت دیگر دارا بودن گرمای نهان بالا می‌توانند به عنوان ذخیره کننده انرژی به صورت گرمای نهان مورد استفاده قرار بگیرند.

1-8- جذب انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی یکی از منابع انرژی نو به حساب می‌آید که اثرات زیست محیطی حداقلی دارد. امروزه تقریبا تمامی جنبه‌های فناوری مختص جمع‌آوری این انرژی توسط سلول‌های خورشیدی و بهره‌گیری از آنها در مواردی از جمله گرم کردن آب یا تولید الکتریسیته به خوبی شناسای شده و مورد بهره‌برداری است. اما استفاده از سیالات با قابلیت انتقال حرارت پایین به عوان منتقل کننده حرارت در این سیستم‌های جمع‌آوری کننده انرژی، راندمان آنها را به شدت کاهش می‌دهد. استفاده از نانوسیالات می‌تواند راه مناسبی برای افزایش راندمان این سیستم‌ها باشد. به طور مثال تحقیقات حاکی از آن است که استفاده از سیالاتی حاوی نانوذرات نقره، نانولوله‌های کربنی و یا گرافیت منجر به افزایش 5 درصدی راندمان این سیستم‌های انتقال حرارت حاصل از انرژی خورشیدی می‌گردد.

1-9- کاهش شکست
تحقیقات نشان می‌دهند که استفاده از سیالات دارای نانوذرات فلزی(روغن‌های حاوی نانوذرات مس و یا مایعات یونی حاوی نانولوله‌های چند لایه کربنی) می‌تواند ایجاد شکست در قطعات مکانیکی را کاهش داده و به شدت از سایش آنها جلوگیری کند. همچنین استفاده از نانوسیالات حین ماشین کاری نیروی لازم برای این کار را کاهش می‌دهد.

1-10- خواص ضد باکتری
مواد ضد باکتری آلی در برخی موارد پایداری کمی در دمای بالا دارند. استفاده از مواد غیرآلی مانند فلزات و اکسیدفلزات به عنان راه حل این مساله مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال نانوسیالات حاوی AgO دارای خاصیت ضد باکتری خارق العاده ای با ثبات در دمای بالا هستند

1-11- انتقال نانوداروها
امروزه استفاده از نانوسیالات مغناطیسی و نانوسیالات حاوی نانولوله‌های کربنی جهت استفاده برای انتقال دارو به قسمت‌های خاصی از بدن در حال توسعه است.

1-12- خواص نوری ویژه
نانوسیالات مغناطیسی جهت فیلتر کردن امواج نوری خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خاصیت با اعمال یک نیروی مغناطیسی خارجی فعال می‌شود.

منابـــع و مراجــــع

1. Keblinski.p, Phillpot, S.R, Choi, S.U.S & Eastman, Heat mass transfer

2. www.Wikipedia.org

3. کتاب نانومواد،ترجمه حمیدرضا رضایی