فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه ای بر کاربردهای نانو تکنولوژی

مقدمه ۷

تاریخچه ۸

استفاده تایلند از نانو تکنولوژی برای بهبود کیفیت ابریشم ۱۱

لباسهای بی نیاز از شستشو و پارچه های ضد چروک و لکه ۱۲

نانو جوراب ۱۳

نانو فیلتراسیون ۱۴

لوله های انتقال گاز نانوژل ۱۶

الکتروریسی ۱۹

 فصل دوم: تولید نانو الیاف با تکنولوژی الکتروریسی

الکترو ریسی الیاف نانو کولاژن ۲۴

روشها ۲۷

الکتروریسی مداوم نانو الیاف پلیمر خطی روی یک درام جمع کننده سیمی ۳۵

بررسی اثر حلال روی الکتروریسی توسط شبیه سازی کامپیوتری ۴۰

مورفولوژی الیاف الکتروریسیده شده  ۴۱

شبیه سازی جریان برشی ۴۲

الکتروریسی ترپلیمر نایلون   ۶ ، ۶ ۶ ، ۱۰۱۰ ۴۶

خصوصیات کششی:                                                                                                                   ۴۸

دست آوردها و مباحث ۴۸

ساخت مکانهای مشخص مولکولی در الکتروریسی پلیمر نانوالیاف از طریق جانشینی مولکولی ۵۹

جانشینی مولکولی ۶۱

نانو الیاف پلیمری الکتروریسیده استحکام بالای ساخته شده از BPDA-PDA 64

تهیه PI از پیش ماده BP-PAA 66

الکتروریسی و تهیه ورقه نانو لیف PI                                                                                       ۶۶

نانوساختار الیاف  بافته شده با و  الکتروریسی فرکانس بالا ۷۳

تهیه نانو الیاف   ابر آبدوست با خصوصیات مغناطیسی قابل تغییر ۸۲

جزئیات آزمایش ۸۳

 فصل سوم: کاربرد نانو الیاف در کامپوزیتها

تهیه نانوتیوب تک دیواره کربنی تقویت شده با نانوالیاف و غشاهای پلی استایرن و پلی یورتان با الکتروریسی ۹۲

نانو الیاف کامپوزیت:مورفولوژی،خواص نوری و ترانزیستورهای اثر میدان ۱۰۴

خصوصیات مکانیکی و فیزیکی کامپوزیتهای اپوکسی تقویت شده با نانو الیاف کربن ۱۱۶

 فرآورش ورقه های نانو کامپوزیت ۱۱۷

خواص مکانیکی ۱۱۹

نتیجه گیری کلی ۱۲۵

منابع و ماخذ ۱۲۶

چکیده کلی:

 نانو تکنولوژی در حقیقت علم ذرات و مواد در مقیاس   متر است.

فن آوری نانو بعنوان علم روز کاربردهای زیادی در صنعت نساجی داشته است که این مورد به بررسی و تولید مواد در مقیاس نانو پرداخته و امکان بهینه سازی خصوصیات مواد مورد استفاده که اغلب پلیمرها می باشند را به مهندسین می دهد. برای تولید مواد در این مقیاس دو روش کلی وجود دارد، یکی روش تولید از بالا به پایین و دیگری تولید از پایین به بالاست.بهترین،سریعترین و اقتصادی ترین روش تولید از بالا به پایین برای الیاف روش الکتروریسی است.این روش بر گرفته از روشهای سنتی و تولید الیاف (ذوب ریسی و محلول ریسی) می باشد.با این تفاوت که روشهای سنتی بر مبنای کشش می باشد.این روش برای اکثر پلیمرها مورد استفاده قرار می گیرد و روال کار به این صورت است که ابتدا محلول یا مذاب پلیمر تهیه شده و به داخل سرنگی مجهز به پمپ سرنگ با تزریق کاملاً یکنواخت منتقل می شود،جریان برقی با ولتاژ بالا بین سر سوزن سرنگ و صفحه جمع کننده که می تواند چرخان نیز باشد،برقرار ی شود که باعث ایجاد یک جت الکتریکی و در نتیجه انتقال محلول یا مذاب پلیمر باردار شده به روی جمع کننده می شودبعلت پیوستگی بار الکتریکی در اثر انتقال پلیمر به جمع کننده قطع شدگی صورت نمی گیرد.پارامترهای زیادی در کیفیت و یکنواختی الیاف تولید شده دخیل هستند،مانند ویسکوزیته محلول،سرعت دوران جمع کننده،سرعت تزریق،ولتاژ اعمال شده بین سر سوزن  جمع کننده و …

کامپوزیتها که بعنوان ساده ترین کامپوزیت می توان به کاه گل اشاره کرد، امروزه به منظور استفاده در صنایع بسیار حساس تولید و مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه نانو کامپوزیتها در حال جایگزینی با فلزات سنگین هستند که با توجه به کارامد بودن آنها که در بیشتر موارد شامل خواص بهتر و وزن بسیار پایین تر می باشند می رود که جای خود را بعنوان ماده جایگزین در بدنه و موتور ماشینها، هواپیماها، موشکها و شاتلهای فضایی و موارد بسیار زیاد دیگر باز کند.

بعلت ابعاد کوچک الیاف در مقیاس نانو می توان از آنها برای تولید فیلترها استفاده کرد. که امروزه امکان تولید فیلترهای با کارایی بسیار بالا با این فن آوری فراهم شده است. در مورد کارایی بسیار بالا نانو فیلترها می توان به فیلترهایی اشاره کرد که عمل فیلتراسیون قارچها، باکتریها و حتی ویروسها را با راندمان مطلوب را انجام می دهند. نانو فیلترها علاوه بر کارایی بالا در زمینه ی فیلتر کردن مواد بسیار ریز، دارای سرعت بسیار بالاتری نسبت به فیلترهای معمولی بوده ضمن اینکه احیای آنها نیز بسیار راحت تر انجام می شود.

 مقدمه:

ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در سال  ۱۹۵۹ در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد، ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک‌سازی نوشته جات ، مدارها و ماشینها ایراد کرد: “آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرة ‌‌المعارف بریتانیکا را جا داد.” فاینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تأکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی  ۱۰۰۰  دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده‌ای در کوچک‌ سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد.

فاینمن تآکید کرد: “من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم که اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز در صدد انجام آن نبوده‌ایم.” جمله معروف ریچارد فاینمن فیزیکدان برجسته در این زمینه که می‌فرماید: فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد، بیانگر این مدعاست. هر کشوری در پی آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پیشرفت کند.

تاریخ کشورهایی که امروزه ما آنها را کشورهای پیشرفته و ثروتمند می‌دانیم هم حاکی از همین مسئله است، کشورهایی که به انقلاب صنعتی روی خوش نشان دادند، کشورهایی که با فناوری دیجیتال همگام شدند، کشورهایی که از همان ابتدا کامپیوتر و جهان پس از آن آنرا باور کردند و… .

 این فرصتها هر چندین سال یک بار اتفاق می‌افتند و هر کشوری که گوش به زنگ باشد می‌تواند از آثار مثبت آنها برخوردار شود. اکنون نانو تکنولوژی هم یک فرصت است، فرصتی که اگر به آن بها داده شود می‌تواند یک جهش علمی و اقتصادی در پی داشته باشد بخصوص برای کشور ما. ما باید علوم و فناوریهای جدید را با آغوش باز بپزیریم و برای آن هزینه کنیم.

اما متأسفانه به نظر نمی‌رسد که در کشور ما توجه خاصی به این مسئله شده باشد، اما حقیقتا درصد بسیار کمی از این حرفها راهی بسوی عملی شدن پیدا می کنند. هر کشوری در پی آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پیشرفت کند. در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفتهای عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد.

متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرأت علمی و عدم تصمیم گیری به موقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می‌شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی‌آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانایی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن ، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتهاست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور در آن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.[۱]

 دیدکلی:

در دو دهه اخیر ، پیشرفتهای تکنولوﮋی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک بدست آمده است و بسوی تحولی فوق‌العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، ﭘیش می‌رود. برای احساس اندازه‌های فوق ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلیمتر است در نظر بگیرید، یک نانومتر صد هزار برابر کوچکتراست.

 تکنولوﮋی و مهندسی در قرن پیش با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سر و کار خواهد داشت که چنین ابعاد فوق ریزی دارند. درحال حاضر ﭘروسه‌های در ابعاد چند مولکول قابل طراحی و کنترل است.

تاریخچه

تکنولوﮋی در قرن گذشته در هر چه ریزتر کردن دانه‌های بزرگتر ﭘیشرفت چشمگیری داشته است.تکنولوﮋی نو درقرن حاضر مسیر عکس را طی می‌کند. یعنی مواد فوق ریز را باید ترکیب کرد تا دانه‌های بزرگتر و کارآمد بوجود آورد. درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است. مجموعه‌های طبیعی ، ترکیبی از دانه‌های فوق ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه‌هایی در حدود نانو است.

معجزه نانو تکنولوژی:

به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسان در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی را خواهند داشت. از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، کم حافظه‌ای و … رنج نخواهد برد. قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بینهایت خواهد شد. در هزاره‌های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه‌های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از این همه درد و ناراحتی که اجداد آنها در هزاره‌های قبل کشیده‌اند، متعجب و متأثر خواهند بود.[۱]

 فناوری نانو چیست؟

به طور کلی این فناوری عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است. یک نانومتر، یک میلیاردم متر است. از دو مسیر به این ابعاد می توان دسترسی پیدا کرد. یک مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است. در نوع اول، ساختارهای نانو با کمک ابزار و تجهیزات دقیق از خرد کردن ذرات بزرگ تر حاصل می شوند. در طراحی و ساخت از پایین به بالا که عموما آن را فناوری مولکولی نیز می نامند، تولید ساختارها، اتم به اتم و یا مولکول به مولکول تولید و صورت می گیرند. به عقیده مدیر اجرایی موسسه نانوتکنولوژی انگلستان، فناوری نانو ادامه و گسترش روند مینیاتوریزه کردن است و به این طریق تولید مواد، تجهیزات و سامانه هایی با ابعاد نانو انجام می شود. درحقیقت فناوری نانو به ما امکان ساخت طراحی موادی را می دهند که کاملا دارای خواص و اختصاصات جدید هستند.

به بیان دیگر این نوع فناوری چیزهایی را که در اختیار داریم با خصوصیات جدید در اختیار قرار می دهد و یا آنها را از مسیرهای نوینی می سازد. اما گویا صنایع داروسازی از مدت ها قبل به ساخت ذرات ریز مشغول بوده اند. به نظر پروفسور  Buckton، طی سخنرانی که در کنفرانس علوم دارویی انگلستان  (BPC) انجام داد ادعا نمود که فناوری نانو در داروسازی اصطلاح تازه به کار گرفته شده ای برای فناوری تولید ذرات در اندازه میکرونی  (particles Micro) است که از سال ها قبل تهیه و ساخته می شده اند. پس چه چیزی در این بین جدید خواهد بود؟ به عقیده مدیر اجرایی موسسه فناوری نانو انگلیس، دستیابی و ساخت دستگاه های آنالیز پیشرفته و ابداع روش های آنالیز نوین سبب می شود تا ما بتوانیم رفتار مواد را به دقت مورد شناسایی قرار دهیم و از این رهگذر بتوانیم آنها را با ظرافت خاصی دستکاری کنیم.[۲]

 تازه‌های نانو تکنولوژی:

شرکت Mobil  کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck  ، داروهای نانو ذره‌ای را عرضه کرده است.

شرکت تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانو ذره‌ای را برای خودروها ، سامسونگ الکترونیک در کره ، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانو لوله‌های کربنی هستند.[۳]،[۴]،[۵]

 چشم انداز فناوری نانو تکنولوژی:

انتظار می‌رود که مقیاس نانو متر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصر بفرد ، طوری ساخته خواهند شد که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی‌تواند باشد.

نانو تکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد.

تقریبا نیمی از محصولات دارویی در  ۱۰  تا  ۱۵  سال آینده متکی به نانو تکنولوژی خواهد بود که این امر ، خود  ۱۸۰  میلیارد دلار نقدینگی را به گردش در خواهد آورد.

کاتالیستهای نانو ساختاری ، در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیش‌بینی شده است این دانش ، سالانه۱۰۰ میلیارد دلار را طی  ۱۰  تا  ۱۵  سال آینده تحت تأثیر قرار دهد.[۱]

استفاده تایلند از نانو تکنولوژی برای بهبود کیفیت ابریشم:

۲۱ ژانویه ۲۰۰۴ فیزیکدانان تایلندی به منظور بهبود کیفیت ابریشم، در مسیر جدیدی از نانو تکنولوژی وارد شده اند.

تحقیقات اخیر جزئی از یک پروژه سه ساله است که تأکید زیادی بر روی استفاده از روش “پرتوهای ذره ای پلازما” دارد.

دکتر تیرافات ویلاتیونگ از دانشگاه چیانگ می در مقایسه روش فوق با روش بحث بر انگیز GM که در آن ژن های خرجی به درون گونه ها اضافه می شوند ابراز داشت:”این روش با روش اصلاح ژنتیکی اندامها متفاوت است.”

با انجام مطالعات با نانو تکنولوژی در جهت بهبود کیفیت ابریشم تولیدات ابریشم سه کشور صادر کننده آن یعنی ایتالیا،هند و چین تحت الشعاع قرار خواهد گرفت.