برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۸/۱۰/۲۸ تا ۱۳۹۸/۱۱/۰۴

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

ضمائم مقاله
مقالات مرتبط
اخبار مرتبط
آمار مقاله
  • بازدید کل ۳۸,۵۳۱
  • بازدید این ماه ۲۸۳
  • بازدید امروز ۲
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۴۵
  • قبول شدگان ۱۸۷
  • شرکت کنندگان یکتا ۱۱۸
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۲
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

نانوسلولز

الیاف سلولزی با داشتن عرضی در محدوده نانومتر، موادی مبتنی بر طبیعت با ویژگی‌های مفید و منحصر به فرد هستند. مهم‌تر از همه، نانوسلولزهای جدید که از الیاف سلولزی نانوساختار با یک بعد نسبتاً وسیع (نسبت طول به عرض) و با خواص معین تهیه می‌شوند، کاربردهای متعددی پیدا کرده‌اند. ترکیبات الیاف نانوساختار در فشار بالا، دمای بالا و شتاب بالا مجزا شده و منجر به ایجاد یک سطح وسیع می‌شوند و از این‌رو بر هم‌کنش‌های قوی با گونه‌های اطراف مانند آب، مواد پلیمری، مواد آلی، نانوذرات و سلول‌های زنده ایجاد می‌کنند. روش‌هایی از قبیل میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscopy- TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning Electron Microscopy-SEM) و ... برای شناسایی ساختار به‌کار می‌روند.

1- مقدمه:
سلولز یکی از مهم‌ترین پلیمرهای طبیعی است و به‌عنوان یک ماده خام پایان‌ناپذیر، و ماده‌ای زیست‌سازگار در مقیاس صنعتی است. این ماده سال‌هاست که در قالب چوب و الیاف گیاهی به‌عنوان یک منبع انرژی، مصالح ساختمانی و پوشاک به‌کار برده می‌شود [1].
نانوسلولز، متشکل از فیبرهای سلولز با ابعاد نانو است، که نوعاً دارای ابعاد عرضی 20-5 نانومتر و ابعاد طولی در محدوده گسترده‌ای از ده‌ها نانومتر تا چند میکرون است. نانوسلولز دارای ظاهری بسیار چسبناک بوده و نواری ژل مانند و شفاف است (شکل 1).
filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل 1- ساختار شفاف ژل نانوسلولز [2]

1-1- تاریخچه:
اولین بار اصطلاح میکروفیبر (میکروالیاف) نانوسلولز توسط توربک (Turbak)، سنایدر (Synder) و سندبرگ (Sendberg) در اواخر دهه 1970 به‌کار گرفته شد. این ترکیب ماده ژل مانندی بود که از خمیر چوب در دمای بالا و فشار زیاد ایجاد می‌شد. اصطلاح MFC (Microfibrillated Cellulose) برای اولین بار در اوایل دهه 1980 ظهور کرد، و تعدادی از اختراعات ثبت شده روی این ترکیب نانوسلولزی جدید به نام ریونیر (Rayonier) معرفی گردید. در کارهای بعد، هریک (Herrick) پودر خشک این ژل را تهیه کرد [3]. توربک و همکارانش کاربردهای جدیدی برای MFC/Nanocellulose یافتند. از این جمله می‌توان به استفاده از این ترکیبات به‌عنوان عوامل تغلیظ‌کننده و چسبناک‌کننده در صنایع غذایی، لوازم آرایشی، فرآیندهای تولید کاغذ، منسوجات و الیاف نبافته اشاره کرد.
تحقیقات بر روی میکرو/نانوالیاف‌های سلولزی (NFC/MFC)(Nanofibrillated Cellulose) و نانوبلورهای سلولز از سال 2000 افزایش یافت که از جمله این تحقیقات می‌توان به نمونه‌های زیر اشاره کرد:

• کامپوزیت‌های شفاف NFC توسط نوگی (Nogi) در سال 2005
• صفحه‌هایی در قالب آهن توسط برگ لند (Berglund) در سال 2008
• صفحه‌های شفاف NFC توسط یانو (Yano) در سال 2009
شکل 2 به اختصار بیانگر تاریخچه است:

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2- تاریخچه تولید و ساخت انواع نانوسلولز [4]

2-1- ساختار و خواص نانوسلولز:
سلولز یک هوموپلیمر خطی (دارای مونومرهای مشابه) از واحدهای β-D-گلیکوپیرانوزی است که با پیوند های گلیکوزیدی (1 به4) از طریق نیروهای وان‌دروالس و پیوندهای هیدروژنی درون و برون‌مولکولی به یکدیگر متصل شده‌اند. طول یک مولکول سلولز طبیعی حداقل 5000 نانومتر است و مربوط به زنجیره‌ای دارای حدود 10000 واحد گلیکوپیرانوزی است.

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل 3- سلولز از دیواره سلولی گیاه تا پیوندهای گلیکوزیدی [5]

در سلول چوبی یک گیاه، زنجیره سلولز خطی به عنوان میکروفیبریل در حدود 35 نانومتر به‌صورت ابعاد متقاطع و دارای دو ناحیه بلوری و آمورف است (شکل 4)[6].
filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل 4- ترکیب دیواره سلول چوبی و میکروفیبریل‌های سلولزی شامل مناطق کریستالی و آمورف: W: دبواره برجسته، S: دیواره دومی سلولی، P: دیواره اولیه سلولی، ML: لاملای میانی (Middle Lamell)  از [6]

1-2-1-انواع نانوسلولز
نانوسلولزها بر اساس ابعاد، عملکرد و روش تهیه که به نوبه خود وابسته به منابع سلولزی و شرایط تولید است، عمدتاً در سه شاخه طبقه‌بندی می‌شوند [1]:

جدول 1- انواع نانوسلولز [1]
filereader.php?p1=main_83f1535f99ab0bf4e

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a
شکل 5- انواع نانوسلولز a)MFC و b)NCC و c)BNC از [1]

هر یک از خصوصیات ترکیبات نانوسلولزی توسط روش‌های دستگاهی خاص مورد مطالعه قرار می‌گیرد که در زیر آورده شده است:
1. قطر: AFM (Atomic Force Microscopy) / TEM (Transmission Electron Microscopy) SEM (Scanning Electron Microscopy)
2. طول: میکروسکوپ الکترونی / Rheology
3. خواص سطح: IR (Infrared Spectroscopy) / NMR(Nuclear Magnetic Resonance) و تیتراسیون
4. سطح مقطع: BET
5. تبلور: WAXS(Wide Angle X-ray Scattering)

خواصی از این ترکیبات همچون ویسکوزیته بالا و سختی سلولز بلوری (220-140 گیگاپاسکال) نیز مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف نانوسلولزی به‌عنوان جایگزین برای کولار (Kevlar) و الیاف شیشه‌ای جهت تقویت پلاستیک معرفی شده‌اند. فیلم‌های متشکل از الیاف نانوسلولز، سدّی نفوذناپذیر در برابر یون‌ها ایجاد می‌نمایند. همچنین خصوصیات ترکیبات می‌تواند با اضافه نمودن افزودنی‌ها تغییر یابد که مواردی در جدول 2 آورده شده است:

جدول 2- مواد افزودنی به نانوسلولز و عملکرد آنها [7]
filereader.php?p1=main_0f826a89cf68c399c

2- روش‌های تهیه:
به‌طور کلی فیبرهای نانوسلولزی از پیش‌ماده‌های چوبی با استفاده از یک ماده همگن‌کننده (Hemogenizer) در فشار بالا تهیه می‌شود. این فرآیند منجر به ورقه ورقه شدن دیواره‌های سلولی الیاف‌های گیاهی شده و فیبریل‌های سلولزی نانوساختار به‌صورت مجزا به‌دست می‌آیند.
حالت بلوری نانوسلولز توسط هیدرولیز اسیدی (Acidic Hydrolysis) فیبرهای سلولزی طبیعی با استفاده از محلول‌های غلیظ نمک معدنی و اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک به‌دست می‌آید. حالت آمورف سلولز طبیعی نیز از محصول هیدرولیز شده، پس از زمان‌بندی دقیق و جداسازی از بخش‌های بلوری و مراحل شستشو قابل استحصال است [8].
در شکل 6 خلاصه‌ای از روش تهیه نشان داده شده است:

filereader.php?p1=main_c6c27fc98633c8257
شکل 6- خلاصه‌ای از روش تهیه [9]

روش‌های تهیه نانوسلولزها به تفصیل در جدول 3 بیان شده است [10]:
جدول 3 - انواع روش‌های تهیه [11]
filereader.php?p1=main_0b8854ad38f0a6c65
 
3- کاربردها:
خواص نانوسلولز (مانند خواص مکانیکی، خواص لایه نازک، ویسکوزیته و غیره) آن را ماده‌ای جالب برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی می‌سازد [11]. در صنایع کاغذ و مقوا از نانوسلولز به‌دلیل اثر تقویتی قوی بر روی مواد کاغذ بهره می‌برند. در صنایع غذایی، پزشکی، آرایشی و دارویی این مواد به‌دلیل مصرف در ابرجاذب‌های آب و فیلم‌های ضدباکتری کاربرد دارند. از جمله دیگر کاربردهای این مواد می‌توان به ساخت کامپوزیت‌ها، تجهیزات الکترونیکی، صنایع چوب و مواد ساختمانی، بازیافت نفت (در شکست زنجیره‌های هیدروکربنی) و خودروسازی اشاره کرد.

جدول 4- کاربردها [11]
filereader.php?p1=main_1051527638b9da6fe

4- بحث و نتیجه‌گیری:
نانوسلولز به‌عنوان یکی از نانومواد جدید با قابلیت‌های بالا همچون پایداری مناسب، عامل‌دار شدن شیمیایی و کنترل بر هم‌کنش‌های سطحی، سطح بالا و ... بسیار قابل توجه است و کاربردهای متعدد و قابل دسترسی پیدا کرده است. اهمیّت این دسته از مواد از دیدگاه علمی به‌دلیل کاربرد مواد خام تجدیدپذیر و دوستدار محیط‌زیست است که باعث حرکت حیاتی توسعه نانوسلولزها در صنایع غذایی، نانوکامپوزیت‌ها و تجهیزات پزشکی شده است.

منابـــع و مراجــــع

1. Klemm, D., Krame, F., Moritz, S., Lindstrom, T., Ankerfors, M., Gray, D., Dorris, A. " A New Family OF Nature-Based Materials " Angewandte Chemie, Vol.50, pp.5438-5466, (2011).

2. Ankerfors, M., Ahlander, E. "Nanocellulose" .

3. Turbek, A.F., Snyder, F.W., Sandberg, K.R. "Microfibrillated cellulose, a new cellulose product: Properties, uses and commercial potential", Applied Polymer Symposia, Vol.37, pp.815-827,(2010).

4. ]Eichhon, "Current Internatinal Research into Cellulose Nanofibers and Nanocomposites", Journal Material Science", Vol.45, pp.1-33, (2010).

5. http://chemeng.mcmaster.ca/cranston.html.

6. (a)Sjostrom, E. "Wood Chemistry: Fundamental and App;ications",(1993), (b)Samir, M.A.S.A, Alloin, F., Dufresne, A. "Review of Recent Research into Cellulosic Whiskers, Their Properties and Their Application in Nanocomposite Field", Biomacromolecules, Vol.6, pp.612-626, (2005).

7. ] http://www4.ncsu.edu/ojrojas/acsabstracts.pdf.

8. Paako, M., Ankerfors, M., Kosonen, H., Nykanen, A., Ahola, S., Osterberg, M., Ruokolainen, J., Laine, J., Larsson, P.T., Ikkala, O., Lindstrom, T. "Enzymatic hydrolysis combined with mechanical shearing and high-pressure homogenization for nanoscale cellulose fibrils and strong gels", Biomacromolecules, Vol.8, pp.1934-1941, (2007).

9. Saadatmand, S., Edlund, U., Albertsson, A. C., Danielsson, S., Dahlman, O. "Prehydrolysis in Softwood Pulping Produces a Valuable Biorefinery Fraction for Material Utilization", Environmental Science & Technology, Vol. 46, pp.8389-8396,(2012).

10. Frone, N.A., Panaitescu, D.M., Donescu, D. "Some Aspects Concerning the Isolation of Cellulose Micro-and Nano-Fibers", Vol.73, pp.133-152, (2011).

11. ] (a)Xhanari, K., Syverud, K., Stenius, P. "Emulsions stabilized by microfibrillated cellulose: the effect of hydrophobization, concentration", Dispersion Science and Technology, Vol.32, pp.447-452, (2011), (b)Lif, A., Stenstad, P., Syverud, K., Nyden, M., Holmberg, K. "Fischer-Tropsch diesel emulsions stabilised by microfibrillated cellulose", Colloid and Interface Science, Vol.352, pp.585-592.(c)Syverud, K., Kirsebom, H., Hajizadeh, S., Chinga-Carrasco, G., "Cross-linking cellulose nanofibrils for pot

نظرات و سوالات

نظرات

3 -1

پریسا ازادبخت - ‏۱۳۹۴/۰۶/۱۳

نانو سلولزها جزء کدوم تقسیم بندی نانو ساختارها قرار می گیرن؟

پاسخ مسئول سایت :
با سلام
نانوسلولزهای جدید از الیاف سلولزی نانوساختار با یک بعد نسبتاً وسیع (نسبت طول به عرض) و با خواص معین تهیه می‌شوند. نانوسلولز، متشکل از فیبرهای سلولز با ابعاد نانو است، که نوعاً دارای ابعاد عرضی 20-5 نانومتر و ابعاد طولی در محدوده گسترده‌ای از ده‌ها نانومتر تا چند میکرون است.
البته بنا به کاربرد این ماده می‌تواند به شکل‌های مختلفی تولید شود که جدول 1 و شکل 5 نیز می‌تواند به شما کمک کند.
3 0

رامین فارسی

مطلب بسیار عالی و قابل استفاده بود. ولی اگر مقالات اصلی را هم در سایت برای مطالعه قرار دهید بسیار مناسب و قابل استفاده تر است تا از این طریق اعضا بتوانند با اصل مقالات لاتین نیز آشنا گردند.
با تشکر از تمام تلاش شما

9 0

فیاض

آیا می توان از روش هیدرولیز اسیدی برای سنتز کریستال نانوسلولز استفاده کرد ولی آن را freeze-dry نکرد و در دمای محیط آن را خشک نمود؟تاثیر freeze-dry به طور دقیق بر روی کریستال نانوسلولز چیست؟