دانلود مقاله نانولوله های کربنی

اختصاصی از فی دوو دانلود مقاله نانولوله های کربنی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان می‌دهد. از دیگر تفاوت‌های این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما، همچنین افزایش فوق‌العاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال می‌توان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوری‌های موجود اشاره کرد. این امر نشان دهنده ناتوانی این مدل ها در پیش‌بینی صحیح خواص نانوسیال است. بنابراین برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستم‌های جدید، باید اقدام به طراحی و ایجاد مدل‌ها و تئوری‌هایی شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد

سیستم‌های خنک کننده، یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌ها و صنایعی مانند میکروالکترونیک و هر جایی است که به نوعی با انتقال گرما روبه‌رو باشد. با پیشرفت فناوری در صنایعی مانند میکروالکترونیک که در مقیاس‌های زیر صد نانومتر عملیات‌های سریع و حجیم با سرعت‌های بسیار بالا (چند گیگا هرتز) اتفاق می‌افتد و استفاده از موتورهایی با توان و بار حرارتی بالا اهمیت به سزایی پیدا می‌کند، استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته و بهینه، کاری اجتناب‌ناپذیر است. بهینه‌سازی سیستم‌های انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسیله افزایش سطح آنها صورت می‌گیرد که همواره باعث افزایش حجم و اندازه این دستگاه‌ها می‌شود؛ لذا برای غلبه‌ بر این مشکل، به خنک کننده‌های جدید و مؤثر نیاز است و نانو سیالات به عنوان راهکاری جدید در این زمینه مطرح شده‌اند. نانوسیالات به علت افزایش قابل توجه خواص حرارتی، توجه بسیاری از دانشمندان را در سال‌های اخیر به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمی (حدود یک درصد حجمی) از نانوذرات مس یا نانولوله‌های کربنی در اتیلن گلیکول یا روغن به ترتیب افزایش 40 و 150 درصدی در هدایت حرارتی این سیالات ایجاد می‌کند [2] [3]؛ در حالی که برای رسیدن به چنین افزایشی در سوسپانسیون‌های معمولی، به غلظت‌های بالاتر از ده درصد از ذرات احتیاج است؛ این در حالی است که مشکلات رئولوژیکی و پایداری این سوسپانسیون‌ها در غلظت‌های بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت می‌شود. در برخی از تحقیقات، هدایت حرارتی نانوسیالات، چندین برابر بیشتر از پیش‌بینی تئوری‌ها است. از دیگر نتایج بسیار جالب، تابعیت شدید هدایت حرارتی نانوسیالات از دما [4] [5] و افزایش تقریباً سه برابری فلاکس حرارتی بحرانی آنها در مقایسه با سیالات معمولی است.

نانولوله‌های کربنی به عنوان یکی از دو جایگزین اصلی سیم‌ها در داخل تراشه‌ها و دیگر اجزاء الکترونیکی در دهه آینده مطرح هستند. این ساختارها نه تنها هادی خوبی برای الکتریسته هستند، بلکه فوق‌العاده کوچک‌اند، بطوری که به سازندگان اجازه استفاده از میلیاردها ترانزیستور را در یک تراشه می‌دهند.

امروزه نانولوله‌ها را می‌توان تنها در آزمایشگاه و به میزان اندک تولید کرد. دستیابی به روش‌های تولید انبوه، سالها به طول می‌انجامد.

در روش کاتالیست فلزی، نیکل، آهن یا کبالت همراه با اتمهای کربن تا ذوب شدن فلز حرارت داده می‌شوند، سپس نانولوله‌های تک‌دیواره بر روی سطح فلز مذاب تشکیل می‌شوند.

متأسفانه در این روش ذرات فلزی به نانولوله‌ها چسبیده و آنها را مغناطیسی کرده و برای استفاده در ترانزیستورها غیرقابل استفاده می‌گردانند. آویریس می‌گوید: "در هر نانولوله ذره‌ای از فلز وجود دارد که برای زدودن آنها باید نانولوله‌ها را در اسیدنیتریک جوشانید که این عمل باعث تخریب نانولوله‌ها می‌گردد."

در روش ابداعــی شرکتIBM نانولوله‌ها تخریب نمی‌شوند. پژوهشگران، کریستالی که از لایه‌های سیلیکون و کربن تشکیل یافته را تا 1650 درجة سانتیگراد حرارت دادند. این عمل باعث تبخیر سیلیکون و باقی ماندن لایه‌‌ای از کربن می‌گردد. از آنجا که کربن از قبل به سیلیکون متصل شده است، پس از تبخیر سیلیکون، برای پیوند با مواد دیگر آزاد می‌شود. در این حالت، پیوند کربن با خودش، موجب تشکیل لوله‌های کربنی می‍شود.

آویریس می‌گوید، ساختار اتمی که این لوله‌های کربنی اختیار می‌کنند بعداً به صورت الگویی برای آرایش لوله‌ها به کار می‌رود به طوری که می‌توان از آنها در ساخت پردازشگرها استفاده کرد. این ساختارها برای ایجاد ترانزیستور باید به صورت شبکه‌هایی از خطوط موازی تشکیل شوند.

1.   تولید نانولوله های کربنی با سوزاندن گیاهان:

محققین دانشگاه Northeast Normal   چین موفق به ساخت نانوتیوب های کربنی چند دیواره با قطر 50-30 نانومتر با گرم کردن چمن در حضور اکسیژن شدند.

به گفته Enbo Wang تولید نانوتیوب های حاصله از چمن دستاورد جدید و سازگار با محیط زیست است. استفاده از محصولات طبیعی تجدید پذیر به عنوان منبع کربن در حضور اکسیژن، به عنوان یک واکنش اکسیداسیونی، فواید زیادی را در حفظ و نگهداری محیط زیست، بهره­برداری از مزارع و محصولات طبیعی عاید انسان خواهد کرد.

در این پژوهش Wangو همکاران، پس از جمع آوری نمونه های چمن و قبل از خشک کردن، آنها را خرد کرده و در حرارت 250 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت قرار دادند . سپس مواد حاصله را در 600 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه در ظروف دربسته حاوی 15میلی لیتر اکسیژن گذاشته و پس از سرد نمودن به آن اکسیژن تزریق کرده و مجددا چرخه دمایی را تا 50 دوره تکرار کردند .

محصول این فرایند  نانوتیوبی باطول µm 1، قطر خارجی nm30-50 و قطر داخلی nm 10-30 بود که محققین بازده این آزمایش را 15% تخمین زده بودند . اخیرا با افزودن آب به این واکنش دریافتند که سنتز و خالص سازی نانوساختارها با سیستم C-H-O به راحتی ممکن می شود .

به گفته Wang این حالت ما را به دنبال روش جدیدی برای ساخت مستقیم نانولوله ها از طریق تغییر  کربوهیدرات ها و تبدیل آنها به آب و کربن خالص سوق می دهد، به طوری که نه تنها  مشکل محدودیت کربن خالص را حل می کند ، بلکه به ما ایده به دست آوردن اتم فعال کربن برای ساخت نانوتیوب ها  را هم می دهد .

به نظر  محققین پیش تیمار چمن ها باعث از بین رفتن پروتئین ها و ترکیبات روغنی می شود و در پی آن تیمار در دمای 600 درجه سانتی گراد باعث دهیدراته شدن سلولز و و تبدیل آن به ساختارهای نانوکربنی شود همانند فرایند اکسیداتیو دلیگنیفیکاسیون می­شود.

اکثر گیاهان و مخصوصا چمن ها دارای آوندهایی از جنس سلولز، همی سلولز و لیگنین برای حمل و نقل مواد به سایر اندام ها می باشند. این ساختارهای لوله مانند منبعی از کربن هستند که نقش اساسی در تولید نانوتیوب ها ایفا می کنند. استفاده از همان دما بر روی کربوهیدرات هایی که فاقد شکل لوله ای هستند مانند گلوکز و ساکارز، نانو لوله های اندکی را تولید خواهد کرد . اما چوب و کنف- مواد گیاهی با ساختار لوله ای - منبع مفیدی برای تولید نانولوله ها می باشند.

به گفته  Zhenhui Kang ، نانولوله های تولیدی دارای نقص هایی در دیواره می باشند اما با این وجود از آنها می توان در کاتالیز مواد مانند کاتالیزورها استفاده نمود.

به گفتهُ وی محققان با بررسی تاثیر واکنش های  مختلف بر میزان تولید نانو لوله های کربنی به دنبال یافتن راه ایده آل  با راندمان بالا و هزینه کم می باشند که این پروسه راه جدیدی را برای گسترش ساخت نانولوله های کربنی فراهم می کند.

فهرست مطالب:

چکیده 1

مقدمه: 3

فصل اول :

1. تولید نانولوله های کربنی با سوزاندن گیاهان: 6

فصل دوم :

1. انتقال گرما به وسیله نانوسیالات.... 9

2 . تهیه نانوسیالات.... 11

3 . انتقال حرارت در سیالات ساکن.. 13

4 . جریان، جابه‌جایی و جوشش..... 16

5 . هدایت حرارتی نانوسیال.. 18

6 . چشم‌انداز. 19

فصل سوم :

1. محققان با نانو لوله‌های کربن نخستین مدارالکترونیک تک مولکولی را ساختند : 22
2. پژوهشگران ایرانی موفق به افزایش شار و انرژی مغناطیسی نانوآلیاژ مغناطیسی شدند: ....................................................................................................23
3. نانولوله‌های پلیمری پایدار با کاربردهای نانو زیست‌فن‌آوری تولید شد : 26

فصل چهارم :

1. خوردگی در جهان نانو : 30
2. فناوری نانو چیست و چه اثری در آینده جهان خواهد داشت؟. 32
3. حفظ خواص نانولوله‌های کربنی متصل شده با افزودن هیدروژن (86/01/19 ) 39
4. روشی برای تلخیص نانو لوله های نارس (86/01/28 ) 41
5. ساخت نانو مدارهای رایانه‌ای نانو لوله ای (86/02/01 ) 42
6. رشد قطعات بریده شده نانولوله‌های کربنی (85/10/29 ) 42
7. مشاهده نانولوله‌های کربنی با پرتوهای الکترونی (85/03/01 ) 46
8. انحناپذیری نانولوله‌ها، عاملی جهت کلیدزنی (84/09/13 ) 49
9. ساخت جلیقه‌های ضدگلوله به کمک نانولوله‌کربنی (85/11/08 ) 51
10. نانو لوله‌های کربنی جاذب با آستانه تراوایی کمتر (84/06/03 ) 54

فصل پنجم :

1. جابه‌جایی شکاف انرژی نانولوله‌های کربنی با دما (85/02/27 ) 57
2. عامل‌دار کردن نانولوله‌ها بدون کاهش هدایت الکتریکی آنها (85/07/17 ) 58
3. غیرسمی‌کردن نانو لوله‌های کربنی با پوشش‌دار کردن آنها (85/03/10 ) 60
4. خالص‌سازی نانولوله‌های کربنی از طریق فرآیند مبتنی بر لیزر (85/10/30 ) 63
5. رشد نانو لوله‌های کربنی با روش CVD در دمای پایین (85/06/07 ) 66

فصل ششم :

1. پر نمودن نانو لوله های نیترید بور (82/04/04 ) 68
2. نانو لوله‌های کربنی داغترین موضوع در فیزیک (85/03/03 ) 69
3. تولید نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره به وسیله یک فرآیند پلاسمای منحصر به فرد 84/02/25 ) 71
4. معرفی پایان نامه :سنتز نانولوله‌‌های کربنی با روش رشد بر روی پایة کاتالیست آلومینا (85/12/24 ) 73
5. تشخیص و شناسایی بخارهای شیمیایی به کمک نانولوله‌های کربنی (84/02/21 ) 75

روبرت ای فریتاس.... 77

1. نخستین کنگره بین المللی نانو فناوری و کابردهای آن.. 78
2. نانولوله کربنی.. 82
3. نانولوله‌های کربنی خالص و اولین آزمایش درون بدن موجود زنده (85/10/17 ) 83
4. کاربرد نانولوله‌ها در پیل‌های خورشیدی... 86

فصل هفتم.. 95

1. تأثیر فناوری‌نانو بر بازارهای انرژی ‏ (85/12/24 ) 96
2. سنتز نانولوله‌‌های کربنی با روش رشد بر روی پایه کاتالیست آلومینا 100
3. نانولوله‌های کربنی خالص و اولین آزمایش درون بدن موجود زنده (85/10/17 ) 101

واکنش‌های جدید.. 106

مسیر انتقال کوتاه 111

1. مزایای الکترودهای نانوساختار برای تجهیزات ذخیره انرژی پرسرعت.... 115
2. استانداردسازی نانولوله‌های کربنی.. 115
3. چالش‌های استانداردسازی نانولوله‌های کربنی.. 118
4. روش‌ها و ابزار اندازه‌گیری برای مشخصه‌یابی نانولوله‌های کربنی.. 121
5. کش آمدن نانولوله‌های کربنی؛ زیربنای توسعه نسل آینده نیمه‌‌‌رساناها و نانوکامپوزیت‌ها (85/01/14 ) 129
6. ساخت نانوسیم‌های مقاوم با ساختار هیبریدی جدید (85/11/29 ) 130

12. نانو لوله کربنی ...............................................................................133

فصل هشتم :

1.خواص نانولوله کربنی.........................................................................................135

1. کاربرد نانوتیوب در صنعت ساختمان....................................................................135

3.دلایل رجحان نانولولة کربنی عبارتند از :...............................................................136

منابع .................................................................................................141

شامل 143 صفحه فقایل word قابل ویرایش

دانلود تحقیق نانولوله های کربنی از سنتزتا کاربرد

اختصاصی از فی دوو دانلود تحقیق نانولوله های کربنی از سنتزتا کاربرد دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

اگر قبول کنیم که روش‌های تولید به کمک فناوری نانو به دوران طلایی خود رسیده است باید نانولوله‌های کربنی را بچه‌های طلایی این دوران به شمار آوریم. خواص منحصر به فرد (مکانیکی- الکترونیکی- شیمیایی- مغناطیسی- ) این مواد رویایی موجب شده است که قابلیت‌های کاربردی زیادی برای آن ها به وجود آید. پیش‌بینی یک بازار 12 میلیارد دلاری در مدت 5 سال ( 2002تا 2007) حاکی از آن است نانولوله‌های کربنی تأثیر بیشتری از ترانزیستور در جامعه امروزی خواهند داشت. خبرنامه فناوری نانو در راستای رسالت مشخص خود، مطالعات مختلف وگسترده ای را در زمینه نانو لوله ها صورت داده و آن ها را به صورت خبر یا مقاله (در ماه نامه و سایت ستاد) در دسترس علاقه مندان قرار داده است. در تحقیق حاضر با بررسی تمامی مقالات و خبرهای منتشر شده در100 شماره پیشین خبرنامه، ضمن جمع‌بندی خلاصه ویژگی‌ها و موانع تولید نانولوله‌ها، روند حاکم بر این محصول از سنتز تا کاربرد به طور اجمالی ارائه شده است.

اشاره

اگر قبول کنیم که روش‌های تولید به کمک فناوری نانو به دوران طلایی خود رسیده است باید نانولوله‌های کربنی را بچه‌های طلایی این دوران به شمار آوریم. خواص منحصر به فرد (مکانیکی- الکترونیکی- شیمیایی- مغناطیسی- ) این مواد رویایی موجب شده است که قابلیت‌های کاربردی زیادی برای آن ها به وجود آید.
پیش‌بینی یک بازار 12 میلیارد دلاری در مدت 5 سال ( 2002تا 2007) حاکی از آن است نانولوله‌های کربنی تأثیر بیشتری از ترانزیستور در جامعه امروزی خواهند داشت.
خبرنامه فناوری نانو در راستای رسالت مشخص خود، مطالعات مختلف وگسترده ای را در زمینه نانو لوله ها صورت داده و آن ها را به صورت خبر یا مقاله (در ماه نامه و سایت ستاد) در دسترس علاقه مندان قرار داده است. در تحقیق حاضر با بررسی تمامی مقالات و خبرهای منتشر شده در100 شماره پیشین خبرنامه، ضمن جمع‌بندی خلاصه ویژگی‌ها و موانع تولید نانولوله‌ها، روند حاکم بر این محصول از سنتز تا کاربرد به طور اجمالی ارائه شده است.

نانولوله‌ های کربنی‌ که از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه‌ای توخالی ساخته شده است در سال 1991 توسط سامیو ایجیما (از شرکت NEC ژاپن) کشف شد. خواص ویژه و منحصر به فرد آن ازجمله مدول یانگ بالا و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانولوله‌ها (به خاطر این که کربن ماده‌ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر می‌باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقیقات مهمی در کارایی و پرباری روش‌های رشد نانولوله‌ها باشیم. کارهای نظری و عملی زیادی نیز بر روی ساختار اتمی و ساختارهای الکترونی نانولوله متمرکز شده است. کوشش‌های گسترده‌ای نیز برای رسیدگی به خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی و ساز وکار عیوب و اثر تغییر شکل نانولوله‌ها بر خواص الکتریکی صورت گرفته است.می توان گفت این علاقه ویژه به نانولوله‌ها از ساختار و ویژگی‌های بی‌نظیر آن ها سرچشمه می‌گیرد.

1. ویژگی‌های نانولوله های کربنی
2. انواع نانولوله های‌ کربنی
3. روش‌های تولید نانو لوله های کربنی
4. کاربردهای نانولوله‌های کربنی
5. چالش های فراوری
6. شامل 26 صفحه فایل word قابل ویرایش

مقاله مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی

اختصاصی از فی دوو مقاله مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

این محصول در قالب ورد و قابل ویرایش در 207 صفحه می باشد.

فهرست مطالب

فهرست علائم.. ر

فهرست جداول.. ز

فهرست اشکال.. س

چکیده.. 1

فصل اول..

مقدمه نانو.. 3

1-1 مقدمه.. 4

   1-1-1 فناوری نانو.. 4

1-2 معرفی نانولوله‌های کربنی.. 5

   1-2-1 ساختار نانو لوله‌های کربنی.. 5

   1-2-2 کشف نانولوله.. 7

1-3 تاریخچه.. 10

فصل دوم..

خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 14

2-1 مقدمه.. 15

2-2 انواع نانولوله‌های کربنی.. 16

   2-2-1 نانولوله‌ی کربنی تک دیواره (SWCNT). 16

   2-2-2 نانولوله‌ی کربنی چند دیواره (MWNT). 19

2-3 مشخصات ساختاری نانو لوله های کربنی.. 21

   2-3-1 ساختار یک نانو لوله تک دیواره.. 21

   2-3-2 طول پیوند و قطر نانو لوله کربنی تک دیواره.. 24

2-4 خواص نانو لوله های کربنی.. 25

   2-4-1 خواص مکانیکی و رفتار نانو لوله های کربن.. 29

       2-4-1-1 مدول الاستیسیته.. 29

       2-4-1-2 تغییر شکل نانو لوله ها تحت فشار هیدرواستاتیک.. 33

       2-4-1-3 تغییر شکل پلاستیک و تسلیم نانو لوله ها.. 36

2-5 کاربردهای نانو فناوری.. 39

   2-5-1 کاربردهای نانولوله‌های کربنی.. 40

       2-5-1-1 کاربرد در ساختار مواد.. 41

       2-5-1-2 کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی.. 43

       2-5-1-3 کاربردهای شیمیایی.. 46

       2-5-1-4 کاربردهای مکانیکی.. 47

فصل سوم..

روش های سنتز نانو لوله های کربنی .. 55

3-1 فرایندهای تولید نانولوله های کربنی.. 56

   3-1-1 تخلیه از قوس الکتریکی.. 56

   3-1-2 تبخیر/ سایش لیزری.. 58

   3-1-3 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت(CVD). 59

   3-1-4 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD ).. 61

   3-1-5 رشد فاز  بخار.. 62

   3-1-6 الکترولیز.. 62

   3-1-7 سنتز شعله.. 63

   3-1-8 خالص سازی نانولوله های کربنی.. 63

3-2 تجهیزات.. 64

   3-2-1 میکروسکوپ های الکترونی.. 66

   3-2-2 میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM). 67

   3-2-3 میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی (SEM). 68

   3-2-4 میکروسکوپ های پروب پیمایشگر (SPM). 70

       3-2-4-1 میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM). 70

       3-2-4-2 میکروسکوپ های تونل زنی پیمایشگر (STM). 71

فصل چهارم..

شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته   73

4-1 مقدمه.. 74

4-2 مواد در مقیاس نانو.. 75

   4-2-1 مواد محاسباتی.. 75

   4-2-2 مواد نانوساختار.. 76

4-3 مبانی تئوری تحلیل مواد در مقیاس نانو.. 77

   4-3-1 چارچوب های تئوری در تحلیل مواد.. 77

       4-3-1-1 چارچوب محیط پیوسته در تحلیل مواد.. 77

4-4 روش های شبیه سازی.. 79

   4-4-1 روش دینامیک مولکولی.. 79

   4-4-2 روش مونت کارلو.. 80

   4-4-3 روش محیط پیوسته.. 80

   4-4-4 مکانیک میکرو.. 81

   4-4-5 روش المان محدود (FEM). 81

   4-4-6 محیط پیوسته مؤثر.. 81

4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی.. 83

   4-5-1 مدلهای مولکولی.. 83

       4-5-1-1 مدل مکانیک مولکولی ( دینامیک مولکولی).. 83

       4-5-1-2 روش اب انیشو.. 86

       4-5-1-3 روش تایت باندینگ.. 86

       4-5-1-4 محدودیت های مدل های مولکولی.. 87

   4-5-2 مدل محیط پیوسته در مدلسازی نانولوله ها.. 87

       4-5-2-1 مدل یاکوبسون.. 88

       4-5-2-2 مدل کوشی بورن.. 89

       4-5-2-3 مدل خرپایی.. 89

       4-5-2-4 مدل  قاب فضایی.. 92

4-6 محدوده کاربرد مدل محیط پیوسته.. 95

   4-6-1 کاربرد مدل پوسته پیوسته.. 97

   4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روی تغییر شکل.. 97

   4-6-3 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 98

   4-6-4 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 99

   4-6-5 محدودیتهای مدل پوسته پیوسته.. 99

       4-6-5-1 محدودیت تعاریف در پوسته پیوسته.. 99

       4-6-5-2 محدودیت های تئوری کلاسیک محیط پیوسته.. 99

   4-6-6 کاربرد مدل تیر پیوسته  .. 100

فصل پنجم..

مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی .. 102

5-1 مقدمه.. 103

5-2 نیرو در دینامیک مولکولی.. 104

   5-2-1 نیروهای بین اتمی.. 104

       5-2-1-1 پتانسیلهای جفتی.. 105

       5-2-1-2 پتانسیلهای چندتایی.. 109

   5-2-2 میدانهای خارجی نیرو.. 111

5-3 بررسی مدل های محیط پیوسته گذشته.. 111

5-4 ارائه مدل های تدوین شده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی.. 113

   5-4-1 مدل انرژی- معادل.. 114

       5-4-1-1 خصوصیات  محوری نانولوله های کربنی تک دیواره.. 115

       5-4-1-2 خصوصیات  محیطی نانولوله های کربنی تک دیواره.. 124

   5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 131

       5-4-2-1 تکنیک عددی بر اساس المان محدود.. 131

       5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوین شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS. 141

   5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB   155

       5-4-3-1 مقدمه.. 155

       5-4-3-2 ماتریس الاستیسیته.. 157

       5-4-3-3 آنالیز خطی و روش اجزاء محدود برپایه جابجائی.. 158

       5-4-3-4 تعیین و نگاشت المان.. 158

       5-4-3-5 ماتریس کرنش-جابجائی.. 161

       5-4-3-6 ماتریس سختی برای یک المان ذوزنقه ای.. 162

       5-4-3-7 ماتریس سختی برای یک حلقه کربن.. 163

       5-4-3-8 ماتریس سختی برای یک ورق گرافیتی تک لایه.. 167

       5-4-3-9 مدل پیوسته به منظور تعیین خواص مکانیکی ورق گرافیتی تک لایه   168

فصلششم..

نتایج.. 171

6-1 نتایج حاصل از مدل انرژی-معادل.. 172

   6-1-1 خصوصیات محوری نانولوله کربنی تک دیواره.. 173

   6-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله کربنی تک دیواره.. 176

6-2 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 181

   6-2-1 نحوه مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره در نرم افزار ANSYS و ایجاد ساختار قاب فضایی و مدل سیمی به کمک نرم افزار ]54MATLAB [  182

   6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربنی تک دیواره   192

6-3 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله کد تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB   196

فصل هفتم..

نتیجه گیری و پیشنهادات .. 203

7-1 نتیجه گیری.. 204

7-2 پیشنهادات.. 206

فهرست مراجع 207

چکیده

از آنجائیکه شرکت های بزرگ در رشته نانو فناوری  مشغول فعالیت هستند و رقابت بر سر عرصه محصولات جدید شدید است و در بازار رقابت، قیمت تمام شده محصول، یک عامل عمده در موفقیت آن به شمار می رود، لذا ارائه یک مدل مناسب که رفتار نانولوله های کربن را با دقت قابل قبولی نشان دهد و همچنین استفاده از آن توجیه اقتصادی داشته باشد نیز یک عامل بسیار مهم است. به طور کلی دو دیدگاه برای بررسی رفتار نانولوله های کربنی وجود دارد، دیدگاه دینامیک مولکولی و  محیط پیوسته. دینامیک مولکولی با وجود دقت بالا، هزینه های بالای محاسباتی داشته و محدود به مدل های کوچک می باشد. لذا مدل های دیگری که حجم محاسباتی کمتر و توانایی شبیه سازی سیستمهای بزرگتر را با دقت مناسب داشته باشند  بیشتر توسعه یافته اند.

پیش از این بر اساس تحلیل های دینامیک مولکولی و اندرکنش های بین اتم ها، مدلهای محیط پیوسته، نظیر مدلهای خرپایی، مدلهای فنری، قاب فضایی، بمنظور مدلسازی نانولوله ها، معرفی شده اند. این مدلها، بدلیل فرضیاتی که برای ساده سازی در استفاده از آنها لحاظ شده اند، قادر نیستند رفتار شبکه کربنی در نانولوله های کربنی را بطور کامل پوشش دهند.

در این پایان نامه از ثوابت میدان نیرویی بین اتمها و انرژی کرنشی و پتانسیل های موجود برای شبیه سازی رفتار نیرو های بین اتمی استفاده شده و به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنی از چند دیدگاه  مختلف می پردازیم، و مدل های تدوین شده را به شرح زیر ارائه می نمائیم:

1. مدل انرژی- معادل
2. مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS
3. مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB

مدل های تدوین شده به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی نانولوله کربنی تک دیواره بکار گرفته شده است. در روش انرژی- معادل، انرژی پتانسیل کل مجموعه و همچنین انرژی کرنشی نانو لوله کربنی تک دیواره بکار گرفته می شود. خصوصیات صفحه ای الاستیک برای نانو لوله های کربنی تک دیواره برای هر دو حالت صندلی راحتی و زیگزاگ  در جهت های محوری و محیطی بدست آمده است.

در  مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS ، به منظور انجام محاسبات عددی،  نانو لوله کربنی با یک مدل ساختاری معادل جایگزین می شود.

در  مدل اجزاء محدود سوم، کد عددی توسط نرم افزار MATLAB تدوین شده که از روش اجزاء محدود برای محاسبه ماتریس سختی برای یک حلقه شش ضلعی کربن، و تعمیم و روی هم گذاری آن برای محاسبه ماتریس سختی کل صفحه گرافیتی، استفاده شده است.

اثرات قطر و ضخامت دیواره بر روی رفتار مکانیکی هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره و صفحه گرافیتی تک لایه  مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که مدول الاستیک برای هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره با افزایش قطر لوله بطور یکنواخت افزایش و با افزایش ضخامت نانولوله، کاهش می یابد. اما نسبت پواسون با افزایش قطر ،کاهش می یابد. همچنین منحنی  تنش-کرنش برای نانولوله تک دیواره صندلی راحتی پیش بینی و تغییرات رفتار آنها مقایسه شده است. نشان داده شده که خصوصیات صفحه ای در جهت محیطی و محوری برای هر دو نوع نانو لوله کربنی و همچنین اثرات قطر و ضخامت دیواره نانو لوله کربنی بر روی آنها یکسان می باشد. نتایج به دست آمده در مدل های مختلف یکدیگر را تایید می کنند، و نشان می دهند که هر چه قطر نانو لوله  افزایش یابد، خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به سمت خواص ورقه گرافیتی میل می کند.

نتایج این تحقیق تطابق خوبی را با نتایج گزارش شده نشان می دهد.

پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی

اختصاصی از فی دوو پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

شلینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

 

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 

تعداد صفحه:207

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                            صفحه

فهرست علائم.. ر

فهرست جداول.. ز

فهرست اشکال.. س

چکیده.. 1

فصل اول..

مقدمه نانو.. 3

1-1 مقدمه.. 4

   1-1-1 فناوری نانو.. 4

1-2 معرفی نانولوله‌های کربنی.. 5

   1-2-1 ساختار نانو لوله‌های کربنی.. 5

   1-2-2 کشف نانولوله.. 7

1-3 تاریخچه.. 10

فصل دوم..

خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 14

2-1 مقدمه.. 15

2-2 انواع نانولوله‌های کربنی.. 16

   2-2-1 نانولوله‌ی کربنی تک دیواره (SWCNT). 16

   2-2-2 نانولوله‌ی کربنی چند دیواره (MWNT). 19

2-3 مشخصات ساختاری نانو لوله های کربنی.. 21

   2-3-1 ساختار یک نانو لوله تک دیواره.. 21

   2-3-2 طول پیوند و قطر نانو لوله کربنی تک دیواره.. 24

2-4 خواص نانو لوله های کربنی.. 25

   2-4-1 خواص مکانیکی و رفتار نانو لوله های کربن.. 29

      2-4-1-1 مدول الاستیسیته.. 29

       2-4-1-2 تغییر شکل نانو لوله ها تحت فشار هیدرواستاتیک.. 33

       2-4-1-3 تغییر شکل پلاستیک و تسلیم نانو لوله ها.. 36

2-5 کاربردهای نانو فناوری.. 39

   2-5-1 کاربردهای نانولوله‌های کربنی.. 40

       2-5-1-1 کاربرد در ساختار مواد.. 41

       2-5-1-2 کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی.. 43

       2-5-1-3 کاربردهای شیمیایی.. 46

       2-5-1-4 کاربردهای مکانیکی.. 47

فصل سوم..

روش های سنتز نانو لوله های کربنی .. 55

3-1 فرایندهای تولید نانولوله های کربنی.. 56

   3-1-1 تخلیه از قوس الکتریکی.. 56

   3-1-2 تبخیر/ سایش لیزری.. 58

   3-1-3 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت(CVD). 59

   3-1-4 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD ).. 61

   3-1-5 رشد فاز بخار.. 62

   3-1-6 الکترولیز.. 62

   3-1-7 سنتز شعله.. 63

   3-1-8 خالص سازی نانولوله های کربنی.. 63

3-2 تجهیزات.. 64

   3-2-1 میکروسکوپ های الکترونی.. 66

   3-2-2 میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM). 67

   3-2-3 میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی (SEM). 68

   3-2-4 میکروسکوپ های پروب پیمایشگر (SPM). 70

       3-2-4-1 میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM). 70

       3-2-4-2 میکروسکوپ های تونل زنی پیمایشگر (STM). 71

فصل چهارم..

شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته   73

4-1 مقدمه.. 74

4-2 مواد در مقیاس نانو.. 75

   4-2-1 مواد محاسباتی.. 75

   4-2-2 مواد نانوساختار.. 76

4-3 مبانی تئوری تحلیل مواد در مقیاس نانو.. 77

   4-3-1 چارچوب های تئوری در تحلیل مواد.. 77

       4-3-1-1 چارچوب محیط پیوسته در تحلیل مواد.. 77

4-4 روش های شبیه سازی.. 79

   4-4-1 روش دینامیک مولکولی.. 79

   4-4-2 روش مونت کارلو.. 80

   4-4-3 روش محیط پیوسته.. 80

   4-4-4 مکانیک میکرو.. 81

   4-4-5 روش المان محدود (FEM). 81

   4-4-6 محیط پیوسته مؤثر.. 81

4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی.. 83

   4-5-1 مدلهای مولکولی.. 83

       4-5-1-1 مدل مکانیک مولکولی ( دینامیک مولکولی).. 83

       4-5-1-2 روش اب انیشو.. 86

       4-5-1-3 روش تایت باندینگ.. 86

       4-5-1-4 محدودیت های مدل های مولکولی.. 87

   4-5-2 مدل محیط پیوسته در مدلسازی نانولوله ها.. 87

       4-5-2-1 مدل یاکوبسون.. 88

       4-5-2-2 مدل کوشی بورن.. 89

       4-5-2-3 مدل خرپایی.. 89

       4-5-2-4 مدل قاب فضایی.. 92

4-6 محدوده کاربرد مدل محیط پیوسته.. 95

   4-6-1 کاربرد مدل پوسته پیوسته.. 97

   4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روی تغییر شکل.. 97

   4-6-3 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 98

   4-6-4 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 99

   4-6-5 محدودیتهای مدل پوسته پیوسته.. 99

       4-6-5-1 محدودیت تعاریف در پوسته پیوسته.. 99

      4-6-5-2 محدودیت های تئوری کلاسیک محیط پیوسته.. 99

   4-6-6 کاربرد مدل تیر پیوسته .. 100

فصل پنجم..

مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی .. 102

5-1 مقدمه.. 103

5-2 نیرو در دینامیک مولکولی.. 104

   5-2-1 نیروهای بین اتمی.. 104

       5-2-1-1 پتانسیلهای جفتی.. 105

       5-2-1-2 پتانسیلهای چندتایی.. 109

   5-2-2 میدانهای خارجی نیرو.. 111

5-3 بررسی مدل های محیط پیوسته گذشته.. 111

5-4 ارائه مدل های تدوین شده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی.. 113

   5-4-1 مدل انرژی- معادل.. 114

       5-4-1-1 خصوصیات محوری نانولوله های کربنی تک دیواره.. 115

       5-4-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله های کربنی تک دیواره.. 124

   5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 131

       5-4-2-1 تکنیک عددی بر اساس المان محدود.. 131

       5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوین شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS  141

   5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB   155

       5-4-3-1 مقدمه.. 155

       5-4-3-2 ماتریس الاستیسیته.. 157

       5-4-3-3 آنالیز خطی و روش اجزاء محدود برپایه جابجائی.. 158

       5-4-3-4 تعیین و نگاشت المان.. 158

       5-4-3-5 ماتریس کرنش-جابجائی.. 161

       5-4-3-6 ماتریس سختی برای یک المان ذوزنقه ای.. 162

       5-4-3-7 ماتریس سختی برای یک حلقه کربن.. 163

       5-4-3-8 ماتریس سختی برای یک ورق گرافیتی تک لایه.. 167

       5-4-3-9 مدل پیوسته به منظور تعیین خواص مکانیکی ورق گرافیتی تک لایه   168

فصل ششم..

نتایج.. 171

6-1 نتایج حاصل از مدل انرژی-معادل.. 172

   6-1-1 خصوصیات محوری نانولوله کربنی تک دیواره.. 173

   6-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله کربنی تک دیواره.. 176

6-2 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 181

   6-2-1 نحوه مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره در نرم افزار ANSYS و ایجاد ساختار قاب فضایی و مدل سیمی به کمک نرم افزار ]54MATLAB [  182

   6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربنی تک دیواره   192

6-3 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله کد تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB   196

فصل هفتم..

نتیجه گیری و پیشنهادات .. 203

7-1 نتیجه گیری.. 204

7-2 پیشنهادات.. 206

فهرست مراجع 207

چکیده

از آنجائیکه شرکت های بزرگ در رشته نانو فناوری مشغول فعالیت هستند و رقابت بر سر عرصه محصولات جدید شدید است و در بازار رقابت، قیمت تمام شده محصول، یک عامل عمده در موفقیت آن به شمار می رود، لذا ارائه یک مدل مناسب که رفتار نانولوله های کربن را با دقت قابل قبولی نشان دهد و همچنین استفاده از آن توجیه اقتصادی داشته باشد نیز یک عامل بسیار مهم است. به طور کلی دو دیدگاه برای بررسی رفتار نانولوله های کربنی وجود دارد، دیدگاه دینامیک مولکولی و محیط پیوسته. دینامیک مولکولی با وجود دقت بالا، هزینه های بالای محاسباتی داشته و محدود به مدل های کوچک می باشد. لذا مدل های دیگری که حجم محاسباتی کمتر و توانایی شبیه سازی سیستمهای بزرگتر را با دقت مناسب داشته باشند بیشتر توسعه یافته اند.

پیش از این بر اساس تحلیل های دینامیک مولکولی و اندرکنش های بین اتم ها، مدلهای محیط پیوسته، نظیر مدلهای خرپایی، مدلهای فنری، قاب فضایی، بمنظور مدلسازی نانولوله ها، معرفی شده اند. این مدلها، بدلیل فرضیاتی که برای ساده سازی در استفاده از آنها لحاظ شده اند، قادر نیستند رفتار شبکه کربنی در نانولوله های کربنی را بطور کامل پوشش دهند.

در این پایان نامه از ثوابت میدان نیرویی بین اتمها و انرژی کرنشی و پتانسیل های موجود برای شبیه سازی رفتار نیرو های بین اتمی استفاده شده و به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنی از چند دیدگاه مختلف می پردازیم، و مدل های تدوین شده را به شرح زیر ارائه می نمائیم:

• مدل انرژی- معادل

• مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS

• مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLABدر مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS ، به منظور انجام محاسبات عددی، نانو لوله کربنی با یک مدل ساختاری معادل جایگزین می شود.اثرات قطر و ضخامت دیواره بر روی رفتار مکانیکی هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره و صفحه گرافیتی تک لایه مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که مدول الاستیک برای هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره با افزایش قطر لوله بطور یکنواخت افزایش و با افزایش ضخامت نانولوله، کاهش می یابد. اما نسبت پواسون با افزایش قطر ،کاهش می یابد. همچنین منحنی تنش-کرنش برای نانولوله تک دیواره صندلی راحتی پیش بینی و تغییرات رفتار آنها مقایسه شده است. نشان داده شده که خصوصیات صفحه ای در جهت محیطی و محوری برای هر دو نوع نانو لوله کربنی و همچنین اثرات قطر و ضخامت دیواره نانو لوله کربنی بر روی آنها یکسان می باشد. نتایج به دست آمده در مدل های مختلف یکدیگر را تایید می کنند، و نشان می دهند که هر چه قطر نانو لوله افزایش یابد، خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به سمت خواص ورقه گرافیتی میل می کند.

1. نتایج این تحقیق تطابق خوبی را با نتایج گزارش شده نشان می دهد.
2. در مدل اجزاء محدود سوم، کد عددی توسط نرم افزار MATLAB تدوین شده که از روش اجزاء محدود برای محاسبه ماتریس سختی برای یک حلقه شش ضلعی کربن، و تعمیم و روی هم گذاری آن برای محاسبه ماتریس سختی کل صفحه گرافیتی، استفاده شده است.
3. مدل های تدوین شده به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی نانولوله کربنی تک دیواره بکار گرفته شده است. در روش انرژی- معادل، انرژی پتانسیل کل مجموعه و همچنین انرژی کرنشی نانو لوله کربنی تک دیواره بکار گرفته می شود. خصوصیات صفحه ای الاستیک برای نانو لوله های کربنی تک دیواره برای هر دو حالت صندلی راحتی و زیگزاگ در جهت های محوری و محیطی بدست آمده است.

دانلود مقاله نانولوله های کربنی و کاربردهایشان

اختصاصی از فی دوو دانلود مقاله نانولوله های کربنی و کاربردهایشان دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

نانولوله های کربنی و کاربردهایشان

یک روبات کوچک به اندازه یک گلوبول قرمز به بدن فرد بیمارتزریق می شود تا سلول های سرطانی را که در ناحیه ای حساس ازمغز او قرار گرفته، نابود کند.گلوله های ریز ودرشت به سوی سرباز شلیک می شود، اما او همچنان به پیشروی خود ادامه میدهد. اولباسی ضد گلوله به تن داردکه از یونیفرم نظامی اش هم سبک تر است…
نه اشتباه نکنید،اینها طرحهای داستان آسیموف نیستند، بلکه تصویر های روشن از جهان آینده،جهان فناوری نانو هستند.
گسترش فناوری نانو در سالهای اخیر از چنان سرعتی برخوردار بوده که شکی باقی نمی گذارد که جهان آینده در سیطره قدرت برتر قرن نانوتکنولوژی خواهد بود.آنچه دارد اتفاق می افتد بی شباهت به یک کودتا نیست.
سربازان نانو به سرعت مراکز مهم دانش بشری را به تسخیر خود در می آورندو ژنرالهای دست نشانده خود را حاکم میکنند.پیروزی نانو از هم اکنون آغاز شده است.
نانو یک پیشوند یونانی به معنای یک میلیاردم متر چیزی در حدود چند برابر قطر اتم است نانو تکنولوژی تولید ساختار هایی در مقیاس نانو (10به توان9 متر( است. این ساختار ها توانایی کنترل خواص ذاتی مواد ،مثل دمای ذوب،خواص مغناطیسی وحتی رنگ ماده را فراهم می آورند.دنیای نانوسرزمین عجایب است.
نیروهای معمولی جهان دردنیای ظاهراکوچک اما فوق العاده گسترده نانو اثری ندارد.برای مثال در محدوده ی اتم ها،نیروی جاذبه هیچ نقشی نمی تواند داشته باشد واز آنجا که این ساختار ها تقریبا فاقد جرم هستند،نیروی اینرسی نیز کاملا خنثی شده است.در این قلمرو،اتم ها وذرات،رفتاری غیر متعارف از خود به نمایش می گذارندواز آنجا که اساسا طبیعت از همین ذرات تشکیل شده است،شناخت نحوه عمل آنها،به یک معنا شناخت بهتر نحوه ی شکل گیری و کارکرد جهان است.
ایده ساخت اجرام در ابعاد نانو برای اولین بار توسط یک فیزیکدان به نام ریچاردفاینمن ارایه شد.او در سال 1959در انیستیتو تکنولوژی کالیفرنیا نشان داد که اصول ومبانی فیزیک،امکان ساخت اتم به اتم اجرام را رد نمی کرد.
اوگفت میتوان بااستفاده از ماشین های کوچک،ماشین هایی به مراتب کو چکتر ساخت وسپس این کاهش را تا سطح خود اتم ادامه داد.
تحقیق در قلمرو نانوتکنولوژی از اواخردهه1950آغاز شدو در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیرآن،خود را به رخ کشید.یک گروه از محققان شرکت آی بی ام موفق شدند35 اتم گزنون را به روی یک صفحه از جنس نیکل درج کنند. این اولین نگارش در دنیای نانو بود.
نوشتن در جهان نانو اندکی با جهان معمول متفاوت است. حدود250 میلیون حرف نانو متری را که معادل300کتاب300 صفحه ای،میتوان بر روی سطح مقطع یک موی انسان نوشت.
محققان دیگری به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوتها ورشته های ابریشم پرداختند.تا بتوانند موادی نازک ترومقاوم تر تولید کنند.

تاریخچه اکتشاف
تا به امروز با دو نمونه از کربن خالص به خوبی آشنا بودیم: گرافیت و الماس که از نظر ظاهر و خواص کاملا با هم متفاوتند اما می دانیم که هر دوی آنها فقط و فقط از اتم های کربن تشکیل شده اند و تفاوت آنها مربوط به شیوه آرایش اتمهای کربن در آنها.در الماس هر اتم با سه اتم مجاور خود پیوند دارد و یک شبکه مستحکم سه بعدی به وجود می آورند که امکان عبور نور از خلال آن وجود دارد به همین علت الماس شفاف است و بسیار سخت.اما در گرافیت اتمها به صورت ورقه ورقه تشکیل می شوند و روی هم قرار میگیرند که پیوند بین این ورقه ها چندان قوی نیست به همین دلیل گرافیت نرم و شکننده است و به این دلیل که این ورقه ها به صورت بی نظم کنار هم قرار گرفته اند،گرافیت کدر است.تاحدود پانزده سال پیش الماس و گرافیت تنها ساختار های مولکولی شناخته شده از کربن خالص بودند.
اما باید گفت که با استفاده از نانو فن آوری ،اتمهای کربن می توانند به گونه های کاملا متفاوتی آرایش یابند و مواد بی نظیری با خواص باورنکردنی پدید آورند.در سال 1985 با کشف کورتو (korto) و همکارانش، فیزیکدان ها ، شیمیدان ومهندسین مواد با مولکول جدیدی از اتم های کربن که بعدا فلورین نام گرفت آشنا شدند.
آنها شکل جدیدی از کربن را یافته اند که به گمان آنها به شکل توپ فوتبال است.امروز این گمان به یقین تبدیل شده وراهی تازه در ساخت ریزمحصولات گشوده شده است.
این سه شیمیدان به نامهای هارولد کروتو از دانشگاهی در انگلیس، رابرت کرل و ریچاردسمیلی از دانشگاه رایس هوستون به خاطر پزوهشهای کاربردی خود،جایزه نوبل شیمی دریافت کردند.
آنچه مورد توجه ما در اینجاست مولکول دیگری است که از کشیدن و بسط یک فلورین کروی حول یک محور آن حاصل می شود.این مولکول را نانولوله(nanotube) می نامند که در سال 1991 توسط ای جی ما (Iijima) در آزمایشگاه مرکزی شهر NEC کشف شد.

یک صفحه کاغذ را در نظر بگیرید وقتی دو لبه آن را به یک دیگر بچسباند به شکل یک لوله در خواهد آمد.این دقیقا همان وضعی است که برای یک ورقه گرافیت پیش می آید و به یک نانو تیوپ تبدیل می شود.قطر نانولوله ها در حد چند نانو و طولشان در حد میکرون است.برای ارائه یک مقایسه برای تصور نازکی نانولوله ها ،اگر قطر یک نانو لوله را 50 نانو متر در نظر بگیریم آنگاه آن نانولوله 20000 بار نازک تر از موی انسان خواهد بود!

خواص مکانیکی
نانوتیوپ ها یکی از سخت ترین مواد شناخته به شمار می روندوبهترین الیافی هستند که از ساختار گرافیت ساخته شده اند مقاومت یک نانوتیوپ نسبت به وزنش، 500برابرآلمینیوم است.
نانوتیوپ هادر عین استحکام بالا بسیار انعطاف پذیر هستند. وبه خاطر تو خالی بودن-مویینگی-کاربردهای گسترده ای در نانوتکنولوژی دارند.مطالعات نظری مدول یانگی در حدود 1-5 Tpa برای نانولوله ها تک دیواره (SWNT) پیشنهاد کرده اند.مدول یانگ بالا برای نانو لوله ها معرف آن است که آنها در مقابل کنشهایی به صورت خمش ، کشش و پیچش مقاومت بسیار زیادن از خود نشان می دهند و به راحتی دچار تغییر شکل پلاستیک و ا شکسته شدن پیوند نمی شوند،مگر اینکه در ساختار خود دارای برخی عیوب توپولوژیک باشند.

خواص شیمیایی
نانولوله ها همچنین خواص شیمیای ممتازی نیز برخوردارند.به عنوان مثال توانایی آنها در جذب درصد بالای هیدروژن موضوعی است که در آلهای اخیر در سطح جهانی مورد توجه قرار گرفته است ، چرا که آنها را به عنوان منبع ذخیره سازی هیدروژن مطرح می کند که برای استفاده در ماشینهای هیدروژن سوز ایده آل است. با استفاده از لوله‌های نانوکربنی هر 65 کیلوگرم هیدروژن را می‌توان به ازای یک مترمکعب جاذب در نانولوله‌های کربنی جایگزین کرد.
همچنین در سالهای اخیر گزارشهای زیادی مبنی بر استفاده از نانو لوله ها به عنوان حس گرهای گاز به چشم می خورد که آنها را به عنوان حس گرهای پیش رفته گاز مطرح می کند.
خواص الکتریکی و کاربردها در الکترونیک
نانولوله های کربنی تنها موادی هستند که با توجه به هندسه ساختاری خود می توانند به هر یک از سه صورت رسانا ،نیمه رسانا و عایق یافت شوند .به این معنی که بسته به اینکه نانولوله به چه صورت از پیچاندن صفحه گرافیت درست شود می توانند در هر یک از سه حالت فوق قرار بگیرد.این همان خاصیت بزرگی است که نانولوله ها را برای صنعت الکترونیک مناسب می کند.چرا که امروزه صنعت الکترونیک در ساخت قطعاتی مثل ترانزیستور به ابعاد بسیار کوچکی رسیده است (ابعاد میکرون با تکنولوژی سیلیکون) ولی ادامه این روند با تکنولوژی مذکور ممکن نیست و دانشمندان به این محدودیت رسیدند که چطور می توان سیلیکون و مس را برای تولید ترانزیستور های کوچک تر با هم پیوند داد.
انجاست که صنعت برای رسیدن به ابعاد نانو محتاج نانولوله های کربنی است.این نانولوله ها سیمهای بزرگی هستند که الکترون در آنها آزادانه حرکت می کند.
قطر نانو لوله ها از طول موج دوبروی برای الکترون کوچکتر است.و این باعث پدیدار شدن یکی از خواص جالب نانو تیوپ می شود به این صورت که مصافت آزاد میانگین الکترون در لوله خیلی بیشتر از فاصله اتمها در شبکه است.بنابر این الکترون ها با تحرک بالا در طول لوله جریان میابند و این مشخصه جالبی برای استفاده از انها در سیمهای کوانتمی است.
مسیر یک بعدی on-dimensionality واژه ای برای توصیف سیم های نانو است.در فضای یک بعدی الکترون ها فقط از یک درجه آزادی برخوردارند بر خلاف معمول که در سیم های عادی از سه درجه آزادی برخورداند و می توانند در مسیرهای مختلفی حرکت کنند.این رفتار یک بعدی باعث می شود که الکترون ها درون باند انرژی گسسته ، کوانتیزه شوند.
دانشمندان حتی با استفاده از نانو تکنولوژی به روشهایی دست پیدا کرده اند که ساخت ترانزیستورهای در ابعاد نانو را امکان پذیر می سازد.آنها این ایده را مطرح کرده اند که ترانزیستورها را می توان توسط نانولوله ها ساخت.
از آنجا که کربن نانولوله از شبکه شش ضلعی از اتم ها کربن تشکیل شده ، هر اتم کربن یک پیوند شیمایی sp2 دارد.هر اتم کربن چهار الکترون در لایه ظرفیت خود دارد ، سه تا از آنها در اربیتال سیگما هستند و انرژی آنها -2.5ev است و زیر لایه فرمی قرار دارند و نمی توانند در رسانایی شرکت کنند.الکترون چهارم با اینکه در اربیتال Pi قرارداد بازهم اندکی زیر لایه فرمی قرار دارد از این رو این الکترون برای کنترل ویژگیهای رسانایی کربن نانولوله در نظر گرفته شده است.
راههایی برای پیوند نانولوله های با خواص فلزی ،نیمه رسانا و عایق در نظر گرفته شده است به این ترتیب میتوانیم اتصالات فلز-فلز ، فلز-نیمه رسانا ، نیمه رسانا –نیمه رسانا را که در الکترونیک برای ساخت دیود ها و ترانزستورها استفاده می شود را بازآفرینی کنیم.
سه روش برای تغییر ساختار الکترونی نانولوله وجود دارد:
1- روش توپولوژی
2- پیوند زنی و ایجاد پیوندهای دو رگه
3- پیوندهای ناتمام
با این روشها می توان سطح فرمی را تغییر داد و خواص الکترونیکی نانو لوله ها را دستکاری کرد.ترکیب پنج تایی و هفت تایی کربن ها کنار یکدیگر هم راهی برای تغییر این خواص است.یک ترکیت پنج تایی الکترون جذب می کند و یک ترکیب هفت تایی الکترون دفع می کند.

نمایش پیوندهای پنج تایی و هفت تایی در پیوند دو نانو لوله با خواص متفاوت
دانشمندان کربنی ساخته اند که مانند سوییج های ترانزستوری عمل می کند و روشی برای مهار زنجیر نانولوله براسیستم های الکترونیکی ابداع کرده اند.
دانشمندان عملی شدن مواد نانو را از طریق تئوری و شبیه سازی های رایانه ای بررسی می کنند.آنها مزایا و معایبی را برای ساخت سوئیچ ها و ترانزیستور ها در اندازه نانو را کشف کرده اند.مهمترین چالشی که در زمینه عملی کردن تئوری نانولوله در زمینه الکترونیک وجود دارد این است که تمامی کارهای انجام شده تا کنون روی یک سیستم تک انجام گرفته است و ما احتیاج به تکنولوژی داریم که بتوانیم واحدهای تک را با هم جفت و جور کنیم و از اتم ها ساختارهای مولکولی و ابر مولکولی بسازیم.
گسیل الکترون از نوک نانولوله ها در اثر ایجاد اختلاف پتانسیل بین بستر نانولوله ها و صفحه ای مقابل آنها یکی از جالب ترین خواص آنهاست که منجر به کاربردهای فروانی در الکترونیک شده است.نانولوله های کربنی همچنین یکی از گزینه ها ی مناسب برای ساخت سیمهای کوانتمی برای ساخت ترانزیستورهای گسیل الکترونی می باشند.رفتار نانولوله های کربنی به عنوان سیمهای کوانتمی بسته به قطر آنها و نیز چگونگی لوله شدنشان می تواند فلزی یا نیمه رسانا باشد نانولوله های کربنی به دلیل داشتن پیوندهای بسیار محکم کربنی می توانند جریان الکتریکی زیادی را از خود عبور دهند که در مقایسه با فلزات مزیت بسیار زیادی محسوب می شود.
استفاده از خاصیت گسیل الکترونی نانو لوله های کربنی منجر به ساخت ترانزیستور های گسیل میدانی توسط گروه های مختلف به روش های مختلفی شده است.که اصول کلی کار این ترانزیستور ها به این صورت است که جریان عبوری از نانو لوله ها را توسط دریچه ای که اطراف آن را فرا می گیرد کنترل می کنند.

در شکل زیر نمای ترانزیستور ساخته شده توسط شرکتهای IBM و Delf نمایش داده شده است.این ترانزیستور یک ترانزیستور اثر میدانی FET است.

یکی از معروف ترین قوانین تکنولوژی اطلاعات قانون مور می باشد.که به وسیله گردون مور موسس شرکت اینتل طرح شده است و طبق آن پیش بینی تعداد ترانزیستور ها در هر اینچ مربع در مدارات مجتمع هر 18 ماه یکبار دو برابر می شود.تکنولوژی نانو باعث می شود که این قانون برای همیشه پابرجا بماند.
ترانزیستورهایی که بر پایه نانو تکنولوژی ساخته می شوند 60,000 بار کوچکتر از ترانزیستورهای معمولی سیلیکونی و ژرمانیومی هستند.مشکلاتی که سیمهای مسی هنوز هم دارند از جمله گرم شدن و قطع شدن را هم ندارند و الکترونها را با سرعت بیشتری هدایت می کنند.به این ترتیب امکان ساخت دستگاههای با توان مصرفی کمتر و در نتیجه گرمای تلف شده و انرژی از دست رفته کمتر وجود خواهد داشت.
روش میکروسکوپی در فناوری نانو
جایگاه ویژه ای دارد چرا که تصاویر حاصل از نمونه های زیستی در نهایت از سهم بسزایی در کشت داروها برخوردار هستند. به این ترتیب که ظهور فلوئورسانس نقاط کوانتومی (Q.Dots) به عنوان یکی از کاربردهای فناوری نانو در تشخیص و کشف دارو به بروز تحویلی عظیم در صنعت دارویی منجر شده است.
نقاط کوانتومی نانو کریستال هایی نیمه هادی هستند که به هنگام تهیج توسط یک منبع نوری ، شفاف و نورانی شده و پرتوهای درخشانی را از خود منتشر می کنند. از این پدیده برای تعیین هویت و خواص فرآیندهای مختلف زیستی استفاده می شود.
با استفاده از نقاط کوانتومی می توان برچسب هایی از رنگ های خواص را به اجزای مختلف زیستی نظیر پروتئین ها یا رشته هاغی DNA الصاق کرد.
نقاط کوانتومی طوری طراحی شده یا طراحی می شوند که به طور خاص را به ژن ها و اسیدهای نوکلئیک ، پروتئین ها ومولکول های کوچک به سلول های سرطانی یا حتی عروق کامل خونی متصل شده و پرتو افشانی کرده و تشخیص داده شدند.
روشهای ساخت نانو لوله های کربنی
مهمترین روشهای تولید نانولوله های کربنی عبارتند از :
• تخلیه قوس الکیریکی (Arc Discharge)
• تبخیر لیزری(Laser Ablation)
• انباشت بخار شیمیایی(Chemical Vapor Deposition,CVD)
در دو روش اول بازده کار زیاد نیست و نانولوله ها در جهتهای تصادفی قرار می گیرند ولی برای تولید نانو لوله های تک دیواره بسیار مناسبند.در روش CVD بازده تولید خیلی بیشتر از دو روش اول است و هنچنین رشد نانو لوله ها قابل کنترل بوده و می توان آنها را در مکانها و جهتهای دلخواه رشد داد که این امر در الکترونیک بسیار مهم است.
روش عملی رشد عمودی نانو لوله های کربنی
روش کار به این صورت است که ابتدا بسته سیلیسیومی را تمیز می کنند و شپس لایه ای از نیکل به ضخامت 10-5 نانو متر به وسیله دستگاه لایه نشانی با باریکه الکترونی روی بسته سیلیسیومی می نشانند.این لایه به عنوان کاتالیست برای رشد نانولوله ها به کار میرود.
نمونه لایه نشانی شده را در دستگاه لایه نشانی با بخار شیمیای در معرض پلاسمای مستقیم قرار می دهیم.این سیستم داری دو صفحه است که پلاسما بین آنها ایجاد می شود و نمونه ها بین این دو قرار می گیرند .
محفظه این دستگاه را تا 0.003torr خلأ می کنند و دمای آن را تا 650 درجه سانتی گراد بالا میبرند . سپس گاز هیدروژن را با فشار 30ccm وارد سیستم می کنند . با ورود هیدروژن به داخل محفظه فشار آن با 1.6torr پایین می آید .نمونه ها به مدت 15 دقیقه در محیط هیدروژن در این دما گرما می دهند.بعد از آن به مدت 4 دقیقه بین دو صفحه سیستم ولتاژ اعمال می کنند تا پلاسما ی هیدروژنی تشکیل شود .شدت پلاسما را تا 5 وات بر مجذور سانتیمتر مربع فزایش می دهند.
در این مرحله نیکل به صورت دانه های نانو متری در می آید که شرایط رشد را برای نانولوله ها به صورت دانه های نانومتریفراهم می سازد .بعد از هیدروژناسیون نمونه ها آماده برای رشد می شوند.برای این منظور گاز استیلن را با فشار 5ccm با همان شرایط دمایی و پلاسمایی وارد سیستم می کنند.پس از 20 دقیقه رشد نانولوله ها انجام می شود.نمونه های رشد داده شده توسط میکروسکوپ الکترونیکی روبشی تصویر برداری شده اند.



نانولوله های تک دیوارهSWNT و چند دیواره MWNT
نانولوله را میتوان به دو دسته نانولوله ها تک دیواره یا Single Wall NanoTube و چند دیواره Multi Wall NanoTube تقسیم کرد.نانولوله های چند دیواره ممکن است از 7-20 سیلندر تشکیل شده باشند.

بیشتر تحقیقات امروز روی نانولوله ها تک دیواره صورت می گیرد.مسئله مهم این تحقیقات این است که در هنگام رشد تنها یک نوع از نانولوله تشکیل نمی شود.با این وجود بعضی از رفتارهای SWNT بوسیله آزمایشهای تجربی مشخص شده است،از جمله اینکه چگونه مقاومت ویژه آنها با دما تغییر می کند.
مولکول های MWNT دارای پیچیدگی های بیشتری هستند و این به دلیل تأثیر دیواره ها رو یکدیگر و آشفته کردن رفتار الکترون است و به این ترتیت این نانولوله ها می توانند از رسانا به عایق تبدیل شوند که این قابلیت می تواند مورد کاربردهای بسیار در آینده در تولید قطعات الکترنیکی داشته باشد.

در 24جولای2003محققان دانشگاه بر کلی کالیفرنیا شاهکار خود یعنی ساخت کوچکترین موتور جهانرا گزارش دادند.
این موتور با هستهای از اتم های طلا که روی محوری از نانوتیوپ کربن سوار شده بود،با طول 500نانومتر یعنی300 بار کوچکتراز قطر موی انسان،کوچکترین موتوری بود که تا آن هنگام،گستره دانش وصنعت به خود می دید.کوچکی این موتور تا آنجاست که می شود آن را روی یک ویروس سوار کرد و برای مشاهده اش نیازمند میکروسکوپ الکترونی هستیم.
اگر چه هنوز هیچ ماموریت مشخصی برای این موتور در جهان نانو در نظر گرفته نشده است،اما به روشنی میتوان به ایده های جسورانه ای اندیشید که این ریز موتور قهرمان آن خواهد بود.
این موتور تنها نمونه ای از ریز محصولات نانوتکنولوژی است.محصولاتی که بزودی گستره فعالیت خود را به تمامی جهان دانش تعمیم خواهد داد.
اخباری که همه روزه از پیشرفتهای نا متناهی در عرصه نانو می رسد،نوید بخش تحقق پیش بینی هاست.اماآیا نانو پایان کار است؟ پاسخ کاملا روشن است:
خیر ! دانشمندان هیچ محدودیتی نمی شناسند. حتی اگر این محدودیت، ابعاد اتم باشد.
آخرین خبر ها حاکی است که محققان بعد از ساخت اجسامی با ابعاد نانو(10به توان منهای9)حالا به ساخت اجسامی با ابعاد 10به توان منهای10متر می اندیشند. این اجرام از اجزای هسته اتم شکل خواهد گرفت.
سرزمین رویایی دانشمندان در حال شکل گیری است.شعار آنها این است:ما جهان را از نو خواهیم ساخت. قدرت برتر ریز فناوری در حرکتی خزنده اما شتابناک پنجه های نامرئی خود را بر جهان دانش انداخته است.
نانو پارا از عرصه دانش فراتر نهاده ودر دومین گام در آستانه فتح جهان اقتصاد قراردارد.
نالوله‌های کربنی به دلیل خواص بسیار زیاد صنعتی و اقتصادی از ارزش زیادی برخوردار است؛ به طوری که هر چند گرم آن چند 10 دلار قیمت دارد. محققان معتقدند نانو تکنولوژی یکی از 5 فناوری تعیین کننده توسعه اقتصادی در قرن 21خواهد بود. وچند کشور صنعتی برای تبدیل شدن به 10 کشور اول دنیا در عرصه فناوری نانو،برنامه های 10 ساله تدوین کرده اند. اقتصاد دانان پیش بینی می کنند که تنها محصولات هوا فضای حاصل از فناوری نانو،در دهه پیش رو، سالانه بازاری بالغ بر70 میلیارد دلار داشته باشد.
در حال حاضر در ایران اسلامی ما تحقیقات وسیعی در این زمینه در حال اجراست و دانشمندان ایرانی به روش تولید نانولوله های کربنی به روش لایه نشانی با بخار شیمیایی یا CVD دست پیدا کرده اند و امکان تولید 8 کیلو کربن نانولوله را در روز به صورت آزمایشگاهی بدست آورده اند و تحقیقات در زمینه کاربردی کردن نانوتکنولوژی درالکترونیک و پتروشیمی را نیز با جدیت دنبال می کنند و امید است در سالهای آینده شاهد دست آوردهای علمی آنان باشیم.

منابع و مآخذ:
سایت های اینترنتی:
www.nanotube.msa.edu
www.pa.msu.edu
www.rpi.edu
www.personal.psu.edu
www.devicelink.com
www.human-evolution.org/nanomedicine.php
www.wikipedia.com
www.isna.ir
همچنین:
- پایان نامه فوق لیسانس یاسر عبدی دانشکده فیزیک دانشگاه تهران
- مجله پژوهش فیزیک ایران جلد چهارم شماره دوم تابستان 1383
- مجله دانشمند شماره های 11.10.8.7.6 سال 1384
- روزنامه همشهری شماره 4001 خرداد سال 1385

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله 14   صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید