و نانوساختارهاي مهندسي‌شده، اعمال ساخت، كنترل، ديدن و ترميم سيستم زيستي انسان در مقياس مولكولي را انجام مي‌دهد.
مثال‌هايي از کاربرد نانوفناوري در پزشکي
1- هدف‌گيري و ارسال دارو به نقاط غير قابل دسترس بدن با تجهيزات نانومتري
2- توليد بافت‌هاي مصنوعي سازگار با بدن
3- توليد سيستم‌هاي هوشمند براي شناسايي بيماري‌هاي در حال ايجاد در بدن
4- درمان برخي از بيماري‌هاي صعب‌العلاج مانند سرطان، ايدز و هپاتيت
5- مراقبت بهداشتي بهتر با استفاده از تجهيزات نانومتري در داخل بدن
1-4-6-4- کاربرد فناوری نانو در مخابرات
یکی از روش های بکارگیری فناوری نانو در مخابرات، بهبود اتصالات فیبرهای نوری است تا انتقال اطلاعات بهتر انجام گیرد]3[ و ]4[.

فصل دوم
مروری بر متون

2-1- نانو کامپوزیت ها
نانو کامپوزیت ها مواد مرکبی هستند که حداقل یکی از اجزای تشکیل دهنده آن ها دارای ایجاد محدوده 1 تا 100 نانومتر می باشد در واقع ترکیبات متشکل از ذراتی در مقیاس نانو بوده که در یک فاز زمینه پراکنده شده اند نانو کامپوزیت ها را می توان ساختارهای جامدی در نظر گرفت که در ابعاد نانومتری دارای فواصل تکراری بین فازهای مختلف به وجود آورنده ترکیب خود می باشد .
علت اینکه این مواد نسبت به کامپوزیت های متداول خواص ویژه و مطلوب تری را از خود نشان می دهند این است که نیروهای بین سطح مشترک تقویت کننده در یک کامپوزیت معمولی قوی تر می باشد.
کامپوزیت ها دو فاز دارند : اصلی زمینه و تقویت کننده های نانو متری
انواع تقویت کننده ها:
1)نانو ذرات
2)نانو لوله ها
3)نانو صفحات
4)نانو الیاف
کامپوزیت های اصلی زمینه:
1)نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری :
خواص بی نظیر (مکانیکی ، شیمیایی ، فیزیکی) , خاصیت نفوذ پذیری , پایداری حرارتی بالا , استحکام بالا , وزن کم .
با افزودن درصد کمی از مواد نانو به یک پلیمر خالص , استحکام تنشی و کششی افزایش چشم گیری می یابد.
2)نانو کامپوزیت های زمینه فلزی :
کم وزن و سبک و استحکام بالا مقامومت و پایداری حرارتی مناسب.
3)نانو کامپوزیت های زمینه سرامیکی :
به مواد جامدی که بخش عمده تشکیل دهنده آن ها غیر آلی و غیر فلزی باشد.
ساختمان به شکلی است که معمولا یک فاز نسبت به فاز دیگر دارای دانه بندی کوچکتری است و معمولا یک فاز در ابعاد نانو متری و فاز دیگر در ابعاد میکرونی.
سرامیکهای مهندسی به دو گروه اکسیدی و غیر اکسیدی تقسیم می شوند.
اکسیدی : TiO2تیتانیا ،AL2O3آلومینا ، ZrO2 زیرکومینا
غیر اکسیدی: SiC ,TiN
سختی بالا و مقاومت فشاری و پیچشی بالاتر ، مقاومت حرارتی عالی ، رسانایی الکتریکی و حرارتی پایین ، مقاومت سایشی بالاتر و چگالی پایین تر.
مهمترین مشکل شکنندگی بالای آنها به دلیل پیوندهای یونی و کوالانسی و برای حل آن اضافه کردن و جاسازی الیاف و ذرات با ابعاد نانومتری]5[.
2-1-1-خاصیت فتوکاتالیستی :
اگر یک نیمه رسانا در معرض تابش قرار گیرد به صورت یک کاتالیست عمل می کند.
براساس شتابدهی واکنش های نوری در حضور کاتالیست.
فرایند فوتو کاتالیکی به جفت شدن نور فرابنفش با انرژی کم با ذرات کاتالیستی.
این فرایند شبیه فوتوسنتز است و فوتو کاتالیست به مانند کلروفیل نور خورشید را به دام می اندازد و باعث تبدیل ترکیب به CO₂ و آب می شود.
فرایند سل_ژل شدن عبارت است از:
1)مخلوط پیش ماده 2)شکل دهی 3)ژل شدن 4)پیر شدن 5)خشک شدن 6)آب زدایی یا تثبیت شیمیایی 7)متراکم کردن و سنتز شدن]6[.

2-1-2-مکانیسم فتو کاتالیست (فرآیند) :
فعالسازی توسط تابش با طول موج لازم برای تشکیل جفت حفره الکترون.
TiO₂ → e⁻ + h⁺

جذب سطحی آب ، ترکیب آلی و رادیکال هیدرواکسیل بر روی سطح کاتالیست.
O⁻² + Ti⁺⁴ +H₂O ← → H⁻ + Ti⁺⁴ – OH

ترکیب مجدد حفره و الکترون.
Ti⁺⁴ +H₂O ← → Ti⁺⁴ – H₂O
Site+R(i) ← →R(I,ads)
OH +Ti⁺⁴ ← → Ti⁺⁴ /OH

ترکیب مجدد حفره و الکترون و تولید انرژی حرارتی.
e⁻ + h⁺ →heat
Ti⁺⁴ -OH⁻ +h⁺,← →TI⁺⁴ / OH°

به دام افتادن الکترون و حفره.
R(I,ads) +h⁺ ← → R⁺(A,ads)
Ti⁺⁴ +e⁻ ← → Ti⁺³
Ti⁺³ +O₂ → Ti⁺⁴ – O⁻₂

حمله رادیکال هیدروکسیل تحت شرایط مختلف.
Ti⁺⁴ /OH° + R° (I,ads) → Ti⁺⁴+ R (J,ads)
OH°+ R (I,ads) → R (J,ads)
Ti⁺⁴ /OH° +R(i) → Ti⁺⁴ + R(j)
OH° +R(i) → R(j)

2-1-3-اثر O₂ و H₂O₂ :
در حضور این عوامل سرعت و بازده تجزیه نوری افزایش می یابد , نقش اصلی اکسیژن مولکولی جلوگیری از ترکیب مجدد الکترون-حفره است ، زیرا به عنوان دام الکترونهای نوار رسانش عمل می کند در اثر این عمل یون رادیکال سوپراکسید تشکیل می شود که شدیداّ فعال است و به ترتیب خنثی ، رادیکال و یون-رادیکال جذب شده بر سطح کاتالیزور حمله می کند. علاوه بر این کار O₂ باعث تولید H₂O₂ می شود که خود این عامل به عنوان الکترون پذیر با الکترون های رسانا وارد عمل شده و رادیکالهای هیدروکسیل تولید می کنند]7[.
H₂O₂ + e⁻ → OH° + OH⁻

2-2- نانو کاتالیست‌ و نانوذرات کاتالیستی
کاتالیست، گونه‌ای است که سرعت واکنش را افزایش می دهد. هدف شیمی دانان، تولید کاتالیستی با فعالیت و بازده بالا، گزینش پذیری کامل، قابلیت جداسازی و بازیابی از مخلوط واکنش، مصرف انرژی کم و عمر بالا است. عملکرد کاتالیست با کنترل متغییرهایی همچون اندازه، ساختار، توزیع فضایی و الکترونی، ترکیب سطح، پایداری گرمایی و شیمیایی می تواند تعیین شود. بازده  بالا، صرفه ی اقتصادی، هدر رفت کم مواد شیمیایی ، مصرف گرما و انرژی پایین، ایمنی بالا و استفاده ی بهینه از مواد شیمیایی اولیه، از مزایای نانوکاتالیست است. برای صرفه جویی اقتصادی و استفاده ی بهینه از نانوکاتالیست، معمولا آن را به صورت کامپوزیت می سازند و سطح آن را مورد اصلاح شیمیایی قرار می دهند. تحقیقات در حوزه ی نانوکاتالیست، همواره یکی از بحث های جذاب در نانوشیمی و شیمی سبز بوده است. شیمی سبز به واکنش های شیمیایی سالم با محصولات بی خطر و با حداکثر بازده (حداقل مصرف ماده و انرژی) می‌پردازد و نانوکاتالیست می‌تواند ما را به سوی این آرمان  سوق  دهد.
کاتالیست، گونه‌ای است که انرژی فعال سازی واکنش (انرژی اولیه برای انجام واکنش) را کاهش داده و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش می دهد. فلزات واسطه‌ی جدول تناوبی عناصر، رایج ترین کاتالیست ها هستند.
کاتالیست ها به دو دسته ی همگن (Homogeneous) و ناهمگن (Heterogeneous) تقسیم می شوند. کاتالیست همگن، تک اتم، یون یا مولکول است و با واکنش دهنده ها هم فاز می باشد. به بیان دیگر، ذرات کاتالیست همگن می توانند به راحتی در مخلوط واکنش حل شوند. کاتالیست همگن در واکنش مصرف شده و مجددا تولید و بازیابی می‌شود. فعالیت بسیار بالا، گزینش پذیری و بازده خوب ، از محاسن این گونه از کاتالیست می باشد. بهبود در عملکرد کاتالیست های همگن می تواند با اتصال گروه های متفاوت آلی و معدنی به ذره اصلی فراهم شود. مشکل اصلی در فناوری کاتالیست های همگن در آنجاست که پس از اتمام واکنش، جداسازی کاتالیست حل شده از مخلوط نهایی کار ساده ای نیست. این مشکل به ویژه در زمانی که کاتالیست در مقادیر کم مصرف می شود، خود یک چالش بزرگ است]8[ و ]9[.
کاتالیست ناهمگن، با واکنش دهنده ها در یک فاز نیست. اندازه و خصوصیت ذرات کاتالیست ناهمگن به صورتی است که به راحتی در محیط واکنش حل نمی شود؛ از این رو فعالیت آن محدود می گردد (بازده کل واکنش کاهش می یابد). برخلاف کاتالیست های همگن، کاتالیست های ناهمگن به راحتی (با صرف هزینه، زمان و مواد کمتر) از مخلوط واکنش جدا می شوند و موجب ناخالصی محصولات نمی گردند. برای آنکه کمبود سطح فعال در این گونه ترکیبات جبران شود، استفاده از یک بستر در نقش تکیه گاه کاتالیست، ضروری است. بستر معمولا یک ساختار متخلخل با سطح فعال بالاست.
کاتالیست مناسب، باید سطح فعال زیاد داشته و قابل جداسازی باشد. فناوری نانو، می تواند سطح فعال بسیار زیادی را برای کاتالیست فراهم آورد. با آنکه سطح فعال نانوکاتالیست ها بسیار بالاتر از کاتالیست های معمولی است، سطح فعال یک نانوکاتالیست همواره از یک کاتالیزور همگن پایین تر است (کاتالیزور همگن با انحلال خود در تماس کامل با محتویات واکنش قرار دارد). در مقابل، نانوذرات کاتالیستی به دلیل ابعاد بزرگ تر نسبت به ذرات کاتالیست همگن، در محلول واکنش حل نشده و به سادگی قابل جداسازی هستند. سطح فعال زیاد به همراه قابلیت جداسازی کاتالیست در پایان واکنش، از نانوکاتالیست ها پلی میان کاتالیست های همگن و ناهمگن ساخته است. ممکن است فرآیند پیچیده تولید برخی از نانوکاتالیست ها هزینه بر به حساب بیاید، اما از آنجا که فناوری نانو مقدار کاتالیست، انرژی و زمان مورد نیاز برای انجام واکنش را تقلیل می دهد، این مورد قابل چشم پوشی است]10[.

شکل(2-1) نانوکاتالیست همگن و ناهمگن

شکل(2-2) ویژگیهای اصلی نانوکاتالیست

2-2-1- انواع نانوکاتالیست
دسته بندی نانوکاتالیست ها را براساس نوع نانوماده ی به کار رفته در جدول زیر می بینید:
جدول(2-1) دسته بندی نانوکاتالیست‌ها

نانوذرات و خصوصا نانوذرات فلزی و اکسید فلزی از اصلی ترین و پرکاربردترین کاتالیست های نانوساختار هستند. لذا این ترکیبات محور این مقاله را تشکیل می دهند و بحث بیش تر بر آن ها متمرکز است]11[.

شکل(2-3) برخی از نانوذرات اکسید فلزی به عنوان نانوکاتالیست
نوع دیگر دسته بندی نانوکاتالیست ها، براساس رفتار آن ها است که بر این اسا به دو دسته-ی همگن و ناهمگن تقسیم می شوند:
نانوکاتالیست با رفتار همگن:
در رویکرد نانوکاتالیست همگن، نانوذرات تهیه شده از فلزات واسطه را به صورت کلوئید (ذرات معلق) در مخلوط واکنش پخش می کنند. معمولا برای پیشگیری از تجمع نانوذرات، از یک ماده پایدارکننده استفاده می شود. یک پایدار کننده خوب، نه تنها نانوکاتالیست را در فرایند کاتالیتیکی (واکنش کاتالیستی) حفظ کرده، در عین حال فعالیت آن را کاهش نمی دهد. در پایان نیز می توان نانوذرات را از محصول نهایی واکنش جداسازی نمود. روش کاهش یا همان احیاء فلزات – یعنی الکترون گرفتن کاتیون فلزی و تبدیل آن به اتم فلز خنثی – روشی معمول برای سنتز کنترل شده ی نانوذرات به صورت کلویید در محلول است. فرآیند کاهش به دو صورت شیمیایی و الکتروشیمیایی اجرا می‌شود:
1) کاهش شیمیایی: معمول ترین روش کاهش است که در آن، نمک فلز مورد نظر در محلول با عوامل کاهنده مثل الکل ها و سدیم بوروهیدرید به اتم فلزی کاهش یافته و تبدیل به نانوذره ی فلزی می شود.
2) کاهش الکتروشیمیایی: در این روش در ازای یک عامل کاهنده شیمیایی، از الکترون های انباشته شده بر سطح الکترود استفاده می شود. در فرآیند کاهش الکتروشیمیایی از یک پیل متشکل از آند (محل اکسایش)، کاتد (محل کاهش) و الکترولیت (محلول نمکی دارای هدایت الکتریکی) استفاده می شود.
نانوکاتالیست با رفتار ناهمگن:
کاتالیست ناهمگن به بستر نیاز دارد؛ در نانوکاتالیست ها، بستر و کاتالیست، با هم تشکیل یک نانوکامپوزیت می دهند که برای رسیدن به بهترین عملکرد مناسب است. به عنوان مثال می توان به قرار گرفتن کاتالیست طلا بر سطح بستر دی اکسید تیتانیوم یا اکسید آهن اشاره کرد. این نانوکاتالیست ها به ترتیب به صورت Au/TiO2 و Au/Fe2O3 نشان داده می شوند. این ها کاتالیست های بسیار خوبی برای اکسایش منوکسید کربن (آلاینده‌ای بسیار مضر و خطرناک) به دی اکسید کربن هستند. از آنجا که دی اکسید کربن خطر کم تری دارد، استفاده از این نانوکاتالیست می تواند خطرات زیست محیطی مونواکسید کربن را کاهش می

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید