|
روشهای تولید و کاربردهای
نانوپودرها
|
به طور كلي نانوپودرها را
نيز مانند ديگر موادّ
نانومتري ميتوان به دو
روش پايين به بالا يا
بالا به پايين توليد كرد.
در روش بالا به پايين
قطعه را از اندازههاي
بزرگ انتخاب و آن را
آنقدر خُرد ميكنيم تا
به اندازههاي نانومتري
برسد. در روش پايين به
بالا، اتمها را دانه به
دانه كنار هم ميچينيم تا
يك ساختار نانومتري به
وجود آيد. در زير، دو روش
فوق توضيح داده ميشوند. |
1- خُرد كردن قطعات بزرگ
يك استوانهي توخالي را فرض كنيد
كه گوي هاي فلزي يکسوم حجم آن را
پُر کردهاند. يك قطعهي بزرگ نيز
يکسوم حجم داخل استوانه را در بر
گرفته است. در نتيجه، يکسومِ حجم
داخل استوانه خالي خواهد بود. اگر
اين استوانه را بچرخانيم، گوي هاي
فلزي به قطعه برخورد و آن را خُرد
ميكنند.
در صورتي كه اندازهي اضلاع
قطعهي اوليه 1 ميكرومتر باشد
(اگر يك ميليمتر را هزار قسمت
كنيم، طولي معادل يك ميكرومتر به
وجود ميآيد)، با اولين برخورد،
قطعه دو قسمت و اندازهي اضلاع آن
nm500 ميشود. در مرحلهي دوم، با
دو قسمت شدن قطعه، اضلاع آن 250
نانومتر ميشود و در مرحلهي سوم
nm 125. تا اينكه در مرحلهي
چهارم، ذرهاي نانومتري به
اندازهي nm 5/62 بهدست ميآيد.
در روش بالا به پايين، مهم اين
است كه جسمِ خُردشونده بايد مثل
گِل خشك تُرد باشد تا پس از
پذيرفتن ضربه خُرد شود، وگرنه
موادّ نرم را تا اينحد نميتوان
خُرد كرد. به طور كلي در اين روشِ
توليد، بايد انرژي بسيار زيادي را
صرف كرد تا ذرات محكم به يك
مادهي تُرد ضربه وارد و آن را
خُرد كنند.
2. رسوبدهي از محلولها
در اين روش ابتدا بايد محلول مورد
نظر را ساخت. اين محلول ميتواند
به دو حالت باشد:
الف ـ ذرات جامدِ معلق در مايع؛
ب ـ ذرات گازي.
الف ـ ذرات جامدِ معلق در مايع
در صورتي كه محلول ما مايع باشد،
ميتوان ذرات جامدِ معلق در آن را
با حرارت دادن، افزودن موادي خاص
براي تهنشين كردن، يا با افزايش
غلظت جامد و سير شدن محلول در آن،
رسوب داد. حين رسوب كردن، اتمها
دانهبهدانه كنار هم جمع ميشوند
تا يك پودر نانومتري را توليد
كنند.
ب ـ ذرات گازي
روش ديگر اين است كه ما به قدري
سريع محلولهاي گازي را سرد كنيم
تا گاز مستقيماً تبديل به جامد
شود (به اين فرايند «چگالش» مي
گوييم). در اين حالت نيز اتمها
در كنار هم جمع ميشوند تا ذراتِ
يك پودر نانومتري را توليد كنند.
نانوپودرها به چه کار ميآيند؟
1. پوششدهي
يكي از مهمترين كاربرد نانوپودرها
«پوششدهي» است. وقتي مقداري پودر
روي يك سطح ريخته ميشود،
ميتواند تمام سطح را بپوشاند.
مثلاً اگر سطح زمين پودر گچ
بپاشيم، تمام سطح پوشيده ميشود و
يک سطح يکدست سفيد به وجود
ميآيد. اما در اين حالت هنوز
فضاهاي خيلي ريزي بين پودرها وجود
دارد، يعني پوشش يكپارچه نيست.
اکنون مقداري آب به گچ اضافه
ميكنيم و صبر ميكنيم تا آب توسط
حرارت خشك شود. ميبينيم كه ذرات
پودر به هم چسبيدهاند و يك پوشش
يكدست بر روي سطح به وجود آمده
است. اساس پوششدهي توسط
نانوپودرها نيز دقيقاً همين است،
يعني پودرها را ــ عمدتاً باشدت
ــ به سطح ميپاشند و بعد توسط يك
عامل اضافهشونده ــ عمدتاً
گازهاي اكسيژن يا آرگون كه همان
نقش آب را در مثال گچ بازي
ميكنند ــ و حرارت، اين ذرات را
به هم ميچسبانند تا يك پوشش
يكپارچه بر روي سطح ايجاد شود.
پوشش روي داشبورد ماشين دقيقاً به
اين روش توليد ميشود.
2. ساخت قطعات
همانطور كه ديديم، ذراتِ پودر
ميل زيادي دارند که مانند
بُرادههاي آهنربا به هم بچسبند.
از طرفي اين ميل با اِعمال فشار
به پودر و درجهي حرارت بهشدت
افزايش مييابد، و بنابراين، با
اِعمال فشار و افزايش درجهي
حرارت ميتوان پودرها را آنقدر
به هم فشرد تا به هم بچسبند و يك
قطعه را توليد كنند. اين روش
عمدتاً براي توليد قطعات با
شكلهاي پيچيده به كار ميرود.
(اين پديده به طور طبيعي در نمك
طعام اتفاق ميافتد. اگر مقداري
نمك طعام در داخل يك نمكدان باقي
بماند، بعد از مدتي ذرات نمك به
هم ميچسبند و نمكدان ديگر نمك
نميپاشد. بنابراين، بايد به
نمكدان چند ضربه وارد كنيم تا
ذرات از همديگر جدا شوند.)
3. استفاده در كِرِمها
همانطور كه ميدانيم، نانوپودرها
ذراتي با قطر يك تا 100 نانومتر
هستند. وقتي از اين ذرات در ساخت
كِرِم استفاده ميشود، چون قطر
آنها كوچك است، اشعههاي مُضرّ
نور خورشيد را كه طول موجهاي
بزرگتر از صد نانومتر دارند از
خود عبور نميدهند. اين در حالي
است كه اشعههاي نور مرئي را كه
موجب ديده شدن قطعاتاند از خود
عبور ميدهند. بنابراين، به صورت
شفاف ديده ميشوند. در اين حالت
ما كِرِمي داريم كه شفاف است و
اشعههاي مُضرّ را از خود عبور
نميدهد.
4. شناسايي آلودگي ها
ذراتي كه نانوپودرها را تشکيل
ميدهند، با استفاده از خواصّ
سطحي خود، وقتي به يك محلول حاوي
آلودگي (مثل باكتري، سلول سرطان
زا و...) اضافه ميشوند، روي
آلودگيها ميچسبند و در اثر
واكنش با آنها تغيير رنگ ميدهند
و باعث شناسايي آنها ميشوند.
البته هر ذره كوچكتر از آن است كه
تغيير رنگِ حاصل از آن ديده شود،
اما تغيير رنگِ مجموعهي اين
ذرات، آلودگيها را قابل تشخيص و
شناسايي ميكند. |
