نانوکامپوزيت هم حتماً يعني نانوکاه‌گل؟

مطلبی زیر در مورد نانوکامپوزيت ها می باشد که بر گرفته از سایت باشگاه نانو می باشد. با توجه به اهمیت این موضوع و نو پا بودن این بخش در مهندسی عمران مطالعه منابع و مراجع این رشته برای ورود به این عرصه الزامی است. انشا الله در مطالب بعدی به این موضوع بیشتر می پردازم.

دقيقاً! نانوکامپوزيت هم يعني نانوکاه‌گل. به شرط اينکه رشته‌هاي کاه که در گِل توزيع شده‌اند، قطري در حد 1 تا 100 نانومتر داشته باشند.

نمونه‌اي از يک نانوکامپوزيت
شباهت آن به کاه‌گل جالب توجه است.

نانوکامپوزيت‌ها
براي اينکه يک کامپوزيت به نانوکامپوزيت تبديل شود، مي‌توان روي دو قسمت از آن کار کرد:

1. زمينه: همان‌طور که بارها گفته‌ايم، اتم‌هاي يک مادة منظمِ بلوري، در داخل دانه‌ها قرار دارند. يعني همة آنها در يک جهت چيده نشده‌اند، بلکه مثل سلول‌هاي روي پوست دست، دسته‌‌دسته اتم‌هاي داخل هر سلول در يک جهت خاص قرار دارند. ما براي اينکه کامپوزيت را به نانوکامپوزيت تبديل کنيم، بايد قطر دانه‌ها را نانومتري کنيم.

2. تقويت‌کننده: گفتيم که سه نوع تقويت‌کننده داريم. اگر تقويت‌کنندة ما ذره‌اي باشد، با ريزکردن ذرات در حدّ نانومتر و وارد کردن آنها در يک زمينه، نانوکامپوزيت توليد مي‌شود. اما اگر تقويت‌کننده‌هاي ما رشته‌اي باشند، با ريز کردن قطر رشته‌ها در حدّ نانومتر (يعني توليد يک‌سري نخ نازک که قطر هر کدام بين يک تا صد نانومتر است) و وارد کردن آنها در زمينه، مي‌توانيم نانوکامپوزيت توليد کنيم. اگر تقويت‌کنندة ما لايه‌اي باشد، با نازک کردن لايه‌ها در حدّ نانومتر (ضخامت ورقه‌ها در حدّ 1 تا 100 نانومتر باشد) مي‌توانيم نانوکامپوزيت بسازيم.

تقويت‌کنندة ذره‌اي

تقويت‌کنندة رشته‌اي

تقويت‌کنندة لايه‌اي

چرا نانوکامپوزيت؟
در جواب به اين سؤال، اول بايد معلوم شود که چرا اصلاً از کامپوزيت استفاده مي‌کنيم؟ حتماً ديده‌ايد که ديوارهاي خانه‌هاي قديمي، خيلي ضخيم‌تر از ديوارهاي ساختمان‌هاي امروزي‌اند، يا اگر در خانه‌هاي قديمي ستون ديده باشيد، به‌مراتب قطورتر از ستون‌هاي ساختمان‌هاي نوسازِ امروزي است. علتْ اين است که براي تحمل نيروي سقف، احتياجي به قطور کردن ديوارها يا ستون‌ها نيست. چون با زياد کردن تعداد ستون‌ها و قرار دادن ستون‌هاي باريک¬تر در جاهايي که نيرو وارد مي‌شود، در واقع ستون‌هاي کاذب را حذف مي‌کنيم. در مواد مرکب هم، براي اينکه بخواهيم خواص ماده بهتر شود، لازم نيست همة ماده را از يک ماده با خواص خوب بسازيم.

خواص مهندسي مواد
ما از مواد خاصي براي ساخت قطعات، دستگاه‌‌ها، ساختمان‌ها و... استفاده مي‌کنيم، چون همة مواد خواص مورد نياز ما را در آن دستگاه برآورده نمي‌کنند. به اين خواص ماده، که موجب مي‌شود آن ماده داراي کاربردهاي مهندسي شود، «خواص مهندسي مواد» مي‌گويند. خواص مهندسي مواد عبارتند از:

1. خواص مکانيکي، مثل خواص کشتي؛
  2. خواص فيزيکي، مثل هدايت الکتريکي؛
  3. خواص شيميايي، مثل مقاومت در برابر خوردگي؛

نمونه‌اي از اين تغيير خواص شبميايي را در زير مي‌بينيد. در اينجا با تبديل ميکروکامپوزيت به نانوکامپوزيت امکان شکل گيري ذغال به ماده اضافه شده است. با اين کار از گسترش آتش جلوگيري مي‌شود.

بهتر شدن خواص مکانيکي با ترکيب مواد و توليد نانوکامپوزيت
خواص مکانيکي يعني خواص ماده در برابر اِعمال انواع نيروها. نيروها به چند دسته تقسيم مي‌شوند: کشيدن، فشردن، خم کردن، پيچاندن و...
وقتي يک لايه‌ يا صفحه با ضخامت 1 ميلي‌متر را وارد زمينه‌اي نرم مي‌کنيم، اگر تقويت‌کننده محکمتر از زمينه باشد، مثلاً مقداري ورق فلزي را وارد يک زمينة پلاستيکي (پليمري) کنيم، مادة مرکبِ تشکيل‌شده در مقايسه با مادة اول، در برابر نيروي کششي، مقاومت بيشتري از خود نشان مي‌دهد.
حال اگر اين لايه بخواهد به لايه‌اي با ضخامت 1 نانومتر تبديل شود، يک ميليون لايه با ضخامت 1 نانومتر خواهيم داشت. واضح است که توزيع يک ميليون لاية نانومتري، مي‌تواند در تمام سطح زمينة پليمري به صورت يکنواخت توزيع شود. بنابراين، وقتي به زمينة پليمري نيروي مکانيکي وارد مي‌شود، اين نيرو را بهتر تحمل مي‌کند.

بهبود سختي کامپوزيت اپوکسي-سيليس با تغيير درصد نانوذرات سيليس و لاستيک به عنوان تقويت کننده

بهتر شدن خواص فيزيکي
خواص فيزيکيِ يک ماده، خواصي از قبيل هدايت، مقاومت الکتريکي و... هستند. جريان الکتريکي با حرکت الکترون‌ها وارد يک ماده مي‌شود و اتم‌ها با ارتعاش، به همديگر مي‌خورند و به اين ترتيب الکترون را دست به دست درون ماده منتقل مي‌کنند. حال اگر مادة ما يک پلاستيک (عايق الکتريسيته و حرارت) باشد و ما بتوانيم چند عدد ميلة مسي درون آن وارد کنيم (دقيقاً مثل سيم)، الکترون‌ها از درون اين پلاستيک و با عبور از اتم‌هاي مس، مي‌توانند هدايت شوند. يعني ما با قرار دادن يک ميلة مسي درون يک پلاستيک، آن را هادي جريان الکتريسيته کرده‌ايم. اکنون فرض کنيد که سطح اين پلاستيک 1 متر در 1 متر باشد و قطر ميلة مسي 1 ميلي‌متر. در اين صورت، مقطعي دايره‌اي به قطر 1 ميلي‌متر از پلاستيک هادي جريان مي‌شود. اين در حالي است که با ريز کردن ميلة مسي، به ميله‌هاي با قطر نانومتر مي‌توان يک ميليون ميله با قطر 1 نانومتر را درون پلاستيک پخش کرد. بنابراين، يک ميليون قسمت پلاستيک، رساناي جريان الکتريکي مي‌شوند.

 

منبع : باشگاه نانو

نویسنده :«احسان غرقابي_مدير سایت» جمعه 1386/01/17 4:4 قبل از ظهر

. .

کپی برداری از مطالب این سایت تنها با ذکر منبع مجاز می باشد