کِم سِنتر

گاه نوشت های یک دبیر

کِم سِنتر

گاه نوشت های یک دبیر

نانو سرامیک - بخش اول

مقدمه :

زمان ظهور نانوسرامیک‌ها را می‌توان دهه‌ی 90 میلادی دانست. در این زمان بود که با توجه به خواص بسیار مطلوب پودرهای نانوسرامیکی، توجهاتی به سمت آنها جلب شد، اما روشهای فرآوری آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پیدایش نانوتکنولوژی، نانوسرامیک‌ها هرچه بیشتر اهمیت خود را نشان دادند. در حقیقت نانوتکنولوژی با دیدگاهی که ارائه می‌کند، تحلیل بهتر پدیده‌ها و دست‌یافتن به روشهای بهتری برای تولید مواد را امکان‌پذیر می‌سازد.

شکل‌گرفتن علم و مهندسی نانو، منجر به درک بی‌سابقه‌ی اجزای اولیه پایه تمام اجسام فیزیکی و کنترل آنها شده‌است و این پدیده به ‌زودی روشی را که اغلب اجسام توسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند را دگرگون می‌سازد.

نانوتکنولوژی توانایی کار در سطح مولکولی و اتمی برای ایجاد ساختارهای بزرگ می‌باشد که ماهیت سازماندهی مولکولی جدیدی خواهندداشت و دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جدید و بهتری هستند. هدف، بهره‌برداری از این خواص با کنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمی، مولکولی و سوپرمولکولی و دستیابی به روش کارآمد ساخت و استفاده از این دستگاهها می‌باشد. هدف دیگر، حفظ پایداری واسط‌ها و مجتمع‌نمودن نانوساختارها در مقیاس میکرونی و ماکروسکوپی می‌باشد.

همیشه با استفاده از رفتارهای مشاهده‌شده در اندازه‌های بزرگ، نمی‌توان رفتارهای جدید در مقیاس نانو را پیش‌بینی کرد و تغییرات مهم رفتاری صرفاً به‌خاطر کاهش درجه بزرگی اتفاق نمی‌افتند، بلکه به دلیل پدیده‌های ذاتی و جدید آنها و تسلط ‌یافتن در مقیاس نانو بر محدودیتهایی نظیر اندازه، پدیده‌های واسطه‌ا‌ی و مکانیک کوانتومی می‌باشند.

معرفی:

نانوسرامیک‌ها، سرامیک‌هایی هستند که در ساخت آنها از اجزای اولیه در مقیاس نانو (مانند نانوذرات، نانوتیوپ‌ها و نانولایه‌ها) استفاده شده‌ باشد، که هر کدام از این اجزای اولیه، خود از اتمها و مولکولها بدست آمده‌اند. به عنوان مثال، نانوتیوپ یکی از اجزای اولیه‌ا‌ی است که ساختار اولیة کربن c60 را تشکیل می‌دهد.

مسیر تکامل نانوسرامیک‌ها را می‌توان در سه مرحله خلاصه کرد :

مرحله1 : سنتز اجرای اولیه

مرحله 2 : ساخت ساختارهای نانو با استفاده از این اجزاء و کنترل خواص

مرحله 3 : ساخت محصول نهایی با استفاده از نانوسرامیک به دست‌آمده از مرحله دوم

ویژگیها :

ویژگیهای نانوسرامیک‌ها را می‌توان از دو دیدگاه بررسی کرد. یکی ویژگی نانوساختارهای سرامیکی، و دیگری ویژگی محصولات به دست‌آمده است.

ویژگیهای نانوساختارهای سرامیکی :

کوچک، سبک، دارای خواص جدید، چندکارکردی، هوشمند و دارای سازماندهی مرتبه‌ا‌ی.

ویژگیهای محصولات نانوسرامیکی :

- خواص مکانیکی بهتر: سختی و استحکام بالاتر و انعطاف‌پذیری که ویژگی منحصربه‌فردی برای سرامیک‌هاست.

- داشتن نسبت سطح به حجم بالا که باعث کنترل دقیق بر سطح می‌شود.

- دمای زینتر پایین‌تر که باعث تولید اقتصادی و کاهش هزینه‌ها می‌گردد.

- خواص الکتریکی، مغناطیسی و نوری مطلوب‌تر: قابلیت ابررسانایی در دماهای بالاتر و قابلیت عبور نور بهتر.

- خواص بایویی بهتر (سازگار با بدن).

کاربردها :

نانوتکنولوژی باعث ایجاد تحول چشمگیری در صنعت سرامیک گشته‌است. در این میان نانوسرامیک‌ها، خود باعث ایجاد تحول عظیمی در تکنولوژی‌های امروزی مانند الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، صنایع حمل‌ونقل، صنایع هواپیمایی و نظامی و … خواهندشد. برخی کاربردهای حال و آیندة نانوسرامیک‌ها در جدول زیر آمده‌است.

نانوساختار	حال	آینده
پوشش‌ها و دیسپرژن‌ها	حایل‌های حرارتی حایل‌های اپتیکی (UV و قابل رؤیت) تقویت Imaging مواد جوهرافشان دوغاب‌های روکش ساینده لایه‌های ضبط اطلاعات	نانوروکش‌های چندکارکردی رنگ‌دانه‌ها پولیش‌های مکانیکی-شیمیایی
سرامیک‌های دارای سطح ویژة بالا	غربال‌های مولکولی مواد جاذب و غیرجاذب داروسازی کاتالیست‌های ویژه پرکننده‌ها	سنسورهای ویژة مولکولی ذخیرة انرژی (پیل‌های خورشیدی و باطری‌ها)
نانوابزارهای عملگر	هدهای ضبط GMR	نوارهای ضبط مغناطیسی قطعات اتومبیل فعال‌کننده‌های پیزوالکتریک نیمه‌هادی‌ها لیزرهای کم‌ پارازیت نانوتیوپها برای صفحه نمایشهای وضوح بالا
سرامیک‌های تقویت‌شده	مواد مغناطیسی نرم با اتلاف کم ابزارهای برش WC/Co با سختی بالا سیمان‌های نانوکامپوزیت	شکل‌دهی سوپرپلاستیک سرامیکها مواد ساختاری فوق‌العاده سخت و مستحکم سرماسازهای مغناطیسی سیمان‌های انعطاف‌پذیر