فهرست مطالب :

چکیده1

مقدمه:3

فصل اول :

1. توليد نانولوله هاي کربني با سوزاندن گياهان:6

فصل دوم :

1. انتقال گرما به وسيلهنانوسيالات.... 9

2 . تهيه نانوسيالات.... 11

3 . انتقال حرارت در سيالات ساکن.. 13

4 . جريان، جابه‌جايي و جوشش..... 16

5 . هدايت حرارتي نانوسيال.. 18

6 . چشم‌انداز. 19

فصل سوم :

1. محققان با نانو لوله‌هاي كربن نخستين مدارالكترونيك تك مولكولي را ساختند :22
2. پژوهشگران ايراني موفق به افزايش شار و انرژي مغناطيسي نانوآلياژ مغناطيسي شدند:................................................................................................................................................23
3. نانولوله‌هاي پليمري پايدار با كاربردهاي نانو زيست‌فن‌آوري توليد شد :26

فصل چهارم :

1. خوردگي در جهان نانو :30
2. فناوري نانو چيست و چه اثري در آينده جهان خواهد داشت؟. 32
3. حفظ خواص نانولوله‌هاي كربني متصل شده با افزودن هيدروژن (86/01/19 )39
4. روشي براي تلخيص نانو لوله هاي نارس (86/01/28 )41
5. ساخت نانو مدارهاي رايانه‌اي نانو لوله اي (86/02/01 )42
6. رشد قطعات بريده شده نانولوله‌هاي كربني (85/10/29 )42
7. مشاهده نانولوله‌هاي كربني با پرتوهاي الكتروني (85/03/01 )46
8. انحناپذيري نانولوله‌ها، عاملي جهت كليدزني (84/09/13 )49
9. ساخت جليقه‌هاي ضدگلوله به كمك نانولوله‌كربني (85/11/08 )51
10. نانو لوله‌هاي کربني جاذب با آستانه تراوايي کمتر (84/06/03 )54

فصل پنجم :

1. جابه‌جايي شكاف انرژي نانولوله‌هاي كربني با دما (85/02/27 )57
2. عامل‌دار كردن نانولوله‌ها بدون كاهش هدايت الكتريكي آنها (85/07/17 )58
3. غيرسمي‌کردن نانو لوله‌هاي کربني با پوشش‌دار کردن آنها (85/03/10 )60
4. خالص‌سازي نانولوله‌هاي كربني از طريق فرآيند مبتني بر ليزر (85/10/30 )63
5. رشد نانو لوله‌هاي کربني باروش CVD در دماي پايين (85/06/07 )66

فصل ششم :

1. پر نمودن نانو لوله هاي نيتريد بور (82/04/04 )68
2. نانو لوله‌هاي کربني داغترين موضوع در فيزيک (85/03/03 )69

3. توليد نانولوله‌هاي كربني تك‌ديواره به وسيله يك فرآيند پلاسماي منحصر به فرد 84/02/25 )71

4. معرفي پايان نامه :سنتز نانولوله‌‌هاي كربني با روش رشد بر روي پاية كاتاليست آلومينا (85/12/24 )73

5. تشخيص و شناسايي بخارهاي شيميايي به کمک نانولوله‌هاي كربني (84/02/21 )75

روبرت اي فريتاس.... 77

6. نخستين كنگره بين المللي نانو فناوري و كابردهاي آن.. 78
7. نانولوله کربنی.. 82
8. نانولوله‌هاي كربني خالص و اولين آزمايش درون بدن موجود زنده (85/10/17 )83
9. كاربرد نانولوله‌ها در پيل‌هاي خورشيدي... 86

فصل هفتم.. 95

1. تأثير فناوري‌نانو بر بازارهاي انرژي ‏ (85/12/24 )96
2. سنتز نانولوله‌‌هاي كربني با روش رشد بر روي پايه كاتاليست آلومينا100
3. نانولوله‌هاي كربني خالص و اولين آزمايش درون بدن موجود زنده (85/10/17 )101

واکنش‌هاي جديد.. 106

مسير انتقال کوتاه111

5. مزاياي الکترودهاي نانوساختار براي تجهيزات ذخيره انرژي پرسرعت.... 115
6. استانداردسازي نانولوله‌هاي کربني.. 115
7. چالش‌هاي استانداردسازي نانولوله‌هاي کربني.. 118
8. روش‌ها و ابزار اندازه‌گيري براي مشخصه‌يابي نانولوله‌هاي کربني.. 121
9. كش آمدن نانولوله‌هاي كربني؛ زيربناي توسعه نسل آينده نيمه‌‌‌رساناها و نانوكامپوزيت‌ها (85/01/14 )129
10. ساخت نانوسيم‌هاي مقاوم با ساختار هيبريدي جديد (85/11/29 )130

12. نانو لوله كربني ............................................................................................................................133

فصل هشتم :

1.خواص نانولوله كربني.........................................................................................135

2.كاربرد نانوتيوب در صنعت ساختمان....................................................................135

3.دلايل رجحان نانولولة كربني عبارتند از :...............................................................136

چکیده

تحقيقات اخير روي نانوسيالات، افزايش قابل توجهي را در هدايت حرارتي آنها نسبت به سيالات بدون نانوذرات و يا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان مي‌دهد. از ديگر تفاوت‌هاي اين نوع سيالات، تابعيت شديد هدايت حرارتي از دما، همچنين افزايش فوق‌العاده فلاکس حرارتي بحراني در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتايج آزمايشگاهي به دست آمده از نانوسيالات نتايج قابل بحثي است که به عنوان مثال مي‌توان به انطباق نداشتن افزايش هدايت حرارتي با تئوري‌هاي موجود اشاره کرد. اين امر نشان دهنده ناتواني اين مدل ها در پيش‌بيني صحيح خواص نانوسيال است. بنابراين براي کاربردي کردن اين نوع از سيالات در آينده و در سيستم‌هاي جديد، بايد اقدام به طراحي و ايجاد مدل‌ها و تئوري‌هايي شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهاي سياليت نانوذرات و تصحيحات مربوط به آن کرد

سيستم‌هاي خنک کننده، يکي از مهم‌ترين دغدغه‌هاي کارخانه‌ها و صنايعي مانند ميکروالکترونيک و هر جايي است که به نوعي با انتقال گرما روبه‌رو باشد. با پيشرفت فناوري در صنايعي مانند ميکروالکترونيک که در مقياس‌هاي زير صد نانومتر عمليات‌هاي سريع و حجيم با سرعت‌هاي بسيار بالا (چند گيگا هرتز) اتفاق مي‌افتد و استفاده از موتورهايي با توان و بار حرارتي بالا اهميت به سزايي پيدا مي‌کند، استفاده از سيستم‌هاي خنک‌کننده پيشرفته و بهينه، کاري اجتناب‌ناپذير است. بهينه‌سازي سيستم‌هاي انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسيله افزايش سطح آنها صورت مي‌گيرد که همواره باعث افزايش حجم و اندازه اين دستگاه‌ها مي‌شود؛ لذا براي غلبه‌ بر اين مشکل، به خنک کننده‌هاي جديد و مؤثر نياز است و نانو سيالات به عنوان راهکاري جديد در اين زمينه مطرح شده‌اند. نانوسيالات به علت افزايش قابل توجه خواص حرارتي، توجه بسياري از دانشمندان را در سال‌هاي اخير به خود جلب کرده است، به عنوان مثال مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات مس يا نانولوله‌هاي کربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش 40 و 150 درصدي در هدايت حرارتي اين سيالات ايجاد مي‌کند [2] [3]؛ در حالي که براي رسيدن به چنين افزايشي در سوسپانسيون‌هاي معمولي، به غلظت‌هاي بالاتر از ده درصد از ذرات احتياج است؛ اين در حالي است که مشکلات رئولوژيکي و پايداري اين سوسپانسيون‌ها در غلظت‌هاي بالا مانع از استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت مي‌شود. در برخي از تحقيقات، هدايت حرارتي نانوسيالات، چندين برابر بيشتر از پيش‌بيني تئوري‌ها است. از ديگر نتايج بسيار جالب، تابعيت شديد هدايت حرارتي نانوسيالات از دما [4] [5] و افزايش تقريباً سه برابري فلاکس حرارتي بحراني آنها در مقايسه با سيالات معمولي است.

 

 

مقدمه:

نانولوله‌هاي كربني به عنوان يكي از دو جايگزين اصلي سيم‌ها در داخل تراشه‌ها و ديگر اجزاء الكترونيكي در دهه آينده مطرح هستند. اين ساختارها نه تنها هادي خوبي براي الكتريسته هستند، بلكه فوق‌العاده كوچك‌اند، بطوري كه به سازندگان اجازه استفاده از ميلياردها ترانزيستور را در يك تراشه مي‌دهند.

امروزه نانولوله‌ها را مي‌توان تنها در آزمايشگاه و به ميزان اندك توليد كرد. دستيابي به روش‌هاي توليد انبوه، سالها به طول مي‌انجامد.

در روش كاتاليست فلزي، نيكل، آهن يا كبالت همراه با اتمهاي كربن تا ذوب شدن فلز حرارت داده مي‌شوند، سپس نانولوله‌هاي تك‌ديواره بر روي سطح فلز مذاب تشكيل مي‌شوند.

متأسفانه در اين روش ذرات فلزي به نانولوله‌ها چسبيده و آنها را مغناطيسي كرده و براي استفاده در ترانزيستورها غيرقابل استفاده مي‌گردانند. آويريس مي‌گويد: "در هر نانولوله ذره‌اي از فلز وجود دارد كه براي زدودن آنها بايد نانولوله‌ها را در اسيدنيتريك جوشانيد كه اين عمل باعث تخريب نانولوله‌ها مي‌گردد."

در روش ابداعــي شركتIBM نانولوله‌ها تخريب نمي‌شوند. پژوهشگران، كريستالي كه از لايه‌هاي سيليكون و كربن تشكيل يافته را تا 1650 درجة سانتيگراد حرارت دادند. اين عمل باعث تبخير سيليكون و باقي ماندن لايه‌‌اي از كربن مي‌گردد. از آنجا كه كربن از قبل به سيليكون متصل شده است، پس از تبخير سيليكون، براي پيوند با مواد ديگر آزاد مي‌شود. در اين حالت، پيوند كربن با خودش، موجب تشكيل لوله‌هاي كربني مي‍شود.

آويريس مي‌گويد، ساختار اتمي كه اين لوله‌هاي كربني اختيار مي‌كنند بعداً به صورت الگويي براي آرايش لوله‌ها به كار مي‌رود به طوري كه مي‌توان از آنها در ساخت پردازشگرها استفاده كرد. اين ساختارها براي ايجاد ترانزيستور بايد به صورت شبكه‌هايي از خطوط موازي تشكيل شوند.

 

 

 

 

 

 

  

فصل اول

1. توليد نانولوله هاي کربني با سوزاندن گياهان:

محققين دانشگاه Northeast Normal چين موفق به ساخت نانوتيوب هاي كربني چند ديواره با قطر 50-30 نانومتر با گرم كردن چمن در حضور اكسيژن شدند.

به گفته Enbo Wang توليد نانوتيوب هاي حاصله از چمن دستاورد جديد و سازگار با محيط زيست است. استفاده از محصولات طبيعي تجديد پذير به عنوان منبع كربن در حضور اكسيژن، به عنوان يك واكنش اكسيداسيوني، فوايد زيادي را در حفظ و نگهداري محيط زيست، بهره­برداري از مزارع و محصولات طبيعي عايد انسان خواهد كرد.

در اين پژوهش Wangو همكاران، پس از جمع آوري نمونه هاي چمن و قبل از خشك كردن، آنها را خرد كرده و در حرارت 250 درجه سانتي گراد به مدت 1 ساعت قرار دادند . سپس مواد حاصله را در 600 درجه سانتي گراد به مدت 20 دقيقه در ظروف دربسته حاوي 15ميلي ليتر اكسيژن گذاشته و پس از سرد نمودن به آن اكسيژن تزريق كرده و مجددا چرخه دمايي را تا 50 دوره تكرار كردند .

محصول اين فرايند نانوتيوبي باطول µm 1، قطر خارجي nm30-50 و قطر داخلي nm 10-30 بود که محققين بازده اين آزمايش را 15% تخمين زده بودند . اخيرا با افزودن آب به اين واكنش دريافتند كه سنتز و خالص سازي نانوساختارها با سيستم C-H-O به راحتي ممكن مي شود .

به گفته Wang اين حالت ما را به دنبال روش جديدي براي ساخت مستقيم نانولوله ها از طريق تغيير كربوهيدرات ها و تبديل آنها به آب و كربن خالص سوق مي دهد، به طوري که نه تنها مشكل محدوديت كربن خالص را حل مي كند ، بلكه به ما ايده به دست آوردن اتم فعال كربن براي ساخت نانوتيوب ها را هم مي دهد .

به نظر محققين پيش تيمار چمن ها باعث از بين رفتن پروتئين ها و تركيبات روغني مي شود و در پي آن تيمار در دماي 600 درجه سانتي گراد باعث دهيدراته شدن سلولز و و تبديل آن به ساختارهاي نانوكربني شود همانند فرايند اكسيداتيو دليگنيفيكاسيون مي­شود.

اكثر گياهان و مخصوصا چمن ها داراي آوندهايي از جنس سلولز، همي سلولز و ليگنين براي حمل و نقل مواد به ساير اندام ها مي باشند. اين ساختارهاي لوله مانند منبعي از كربن هستند که نقش اساسي در توليد نانوتيوب ها ايفا مي کنند. استفاده از همان دما بر روي كربوهيدرات هايي كه فاقد شكل لوله اي هستند مانند گلوكز و ساكارز، نانو لوله هاي اندكي را توليد خواهد كرد . اما چوب و كنف- مواد گياهي با ساختار لوله اي - منبع مفيدي براي توليد نانولوله ها مي باشند.

به گفته Zhenhui Kang ، نانولوله هاي توليدي داراي نقص هايي در ديواره مي باشند اما با اين وجود از آنها مي توان در كاتاليز مواد مانند كاتاليزورها استفاده نمود.

به گفتهُ وي محققان با بررسي تاثير واكنش هاي مختلف بر ميزان توليد نانو لوله هاي كربني به دنبال يافتن راه ايده آل با راندمان بالا و هزينه كم مي باشند که اين پروسه راه جديدي را براي گسترش ساخت نانولوله هاي كربني فراهم مي كند.

 

 

 

فصل دوم

1. انتقال گرما به وسيلهنانوسيالات

2 . تهيه نانوسيالات

3 . انتقال حرارت در سيالات ساکن

4 . جريان، جابه‌جايي و جوشش

5 . هدايت حرارتي نانوسيال

6 . چشم‌انداز

 

 

1. انتقال گرما به وسيلهنانوسيالات

اخيراً استفاده از نانوسيالات که در حقيقت سوسپانسيون پايداري ازنانوفيبرها و نانوذرات جامد هستند، به عنوان راهبردي جديد در عمليات انتقال حرارتمطرح شده است.
تحقيقات اخير روي نانوسيالات، افزايش قابل توجهي را در هدايتحرارتي آنها نسبت به سيالات بدون نانوذرات و يا همراه با ذرات بزرگ‌تر (ماکرو ذرات) نشان مي‌دهد. از ديگر تفاوت‌هاي اين نوع سيالات، تابعيت شديد هدايت حرارتي از دما،همچنين افزايش فوق‌العاده فلاکس حرارتي بحراني در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتايجآزمايشگاهي به دست آمده از نانوسيالات نتايج قابل بحثي است که به عنوان مثالمي‌توان به انطباق نداشتن افزايش هدايت حرارتي با تئوري‌هاي موجود اشاره کرد. اينامر نشان دهنده ناتواني اين مدل ها در پيش‌بيني صحيح خواص نانوسيال است. بنابراينبراي کاربردي کردن اين نوع از سيالات در آينده و در سيستم‌هاي جديد، بايد اقدام بهطراحي و ايجاد مدل‌ها و تئوري‌هايي شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهاي سياليتنانوذرات و تصحيحات مربوط به آن کرد.

سيستم‌هاي خنک کننده، يکي از مهم‌ترين دغدغه‌هاي کارخانه‌ها وصنايعي مانند ميکروالکترونيک و هر جايي است که به نوعي با انتقال گرما روبه‌روباشد. با پيشرفت فناوري در صنايعي مانند ميکروالکترونيک که در مقياس‌هاي زير صدنانومتر عمليات‌هاي سريع و حجيم با سرعت‌هاي بسيار بالا (چند گيگا هرتز) اتفاقمي‌افتد و استفاده از موتورهايي با توان و بار حرارتي بالا اهميت به سزايي پيدامي‌کند، استفاده از سيستم‌هاي خنک‌کننده پيشرفته و بهينه، کاري اجتناب‌ناپذير است. بهينه‌سازي سيستم‌هاي انتقال حرارت موجود، در اکثر مواقع به وسيله افزايش سطح آنهاصورت مي‌گيرد که همواره باعث افزايش حجم و اندازه اين دستگاه‌ها مي‌شود؛ لذا برايغلبه‌ بر اين مشکل، به خنک کننده‌هاي جديد و مؤثر نياز است و نانو سيالات به عنوانراهکاري جديد در اين زمينه مطرح شده‌اند. نانوسيالات به علت افزايش قابلتوجه خواص حرارتي، توجه بسياري از دانشمندان را در سال‌هاي اخير به خود جلب کردهاست، به عنوان مثال مقدار کمي (حدود يک درصد حجمي) از نانوذرات مس يا نانولوله‌هايکربني در اتيلن گليکول يا روغن به ترتيب افزايش 40 و 150 درصدي در هدايت حرارتي اينسيالات ايجاد مي‌کند [2] [3]؛ در حالي که براي رسيدن به چنين افزايشي درسوسپانسيون‌هاي معمولي، به غلظت‌هاي بالاتر از ده درصد از ذرات احتياج است؛ اين درحالي است که مشکلات رئولوژيکي و پايداري اين سوسپانسيون‌ها در غلظت‌هاي بالا مانعاز استفاده گسترده از آنها در انتقال حرارت مي‌شود. در برخي از تحقيقات، هدايتحرارتي نانوسيالات، چندين برابر بيشتر از پيش‌بيني تئوري‌ها است. از ديگر نتايجبسيار جالب، تابعيت شديد هدايت حرارتي نانوسيالات از دما [4] [5] و افزايش تقريباًسه برابري فلاکس حرارتي بحراني آنها در مقايسه با سيالات معمولي است [6 و7[
اين تغييرات در خواص حرارتي نانوسيالات فقط مورد توجه دانشگاهيان نبوده در صورتتهيه موفقيت‌آميز و تأييد پايداري آنها، مي‌تواند آينده‌اي اميدوارکننده در مديريتحرارتي صنعت را رقم بزند. البته از سوسپانسيون نانوذرات فلزي، در ديگر زمينه‌ها ازجمله صنايع دارويي و درمان سرطان نيز استفاده شده است [8]. به هر حال تحقيق درزمينه نانوذرات، داراي آينده‌اي بسيار گسترده است .

• شکل 1. تصاوير TEM از نانو سيال مس (چپ)، نانو ذرات اکسيد مس (وسط) و ذرات کلوئيدي طلاسرب (راست) که در مطالعات مقاومت فصل مشترک استفاده شدهاند. ذرات اکسيد مس حالت خوشه اي دارند و کلوئيد هاي طلاسرب توزيع مناسب و اندازهيکسان دارند.

2 . تهيه نانوسيالات

بهبود خواص حرارتي نانوسيال احتياج به انتخاب روش تهيه مناسب اينسوسپانسيون‌ها دارد تا از ته‌نشيني و ناپايداري آنها جلوگيري شود. متناسب باکاربرد، انواع بسياري از نانوسيالات از جلمه نانوسيال اکسيد فلزات، نيتريت‌ها،کاربيد فلزات و غيرفلزات که به وسيله يا بدون استفاده از سورفکتانت در سيالاتيمانند آب، اتيلن گليگول و روغن به وجود آمده است. مطالعات زيادي روي چگونگي تهيهنانوذرات و روش‌هاي پراکنده‌سازي آنها درسيال پايه انجام شده است که در اينجا بهطور مختصر چند روش متداول‌ را که براي تهيه نانوسيال وجود دارد ذکر مي‌کنيم. يکي از روش‌هاي متداول تهيه نانوسيال، روش دو مرحله‌اي است [10]. در اين روشابتدا نانوذره يا نانولوله معمولاً به وسيله روش رسوب بخار شيميايي (CVD) در فضايگاز بي‌اثر به صورت پودرهاي خشک تهيه مي‌شود [11] [ شکل 1. وسط]، در مرحله بعدنانوذره يا نانولوله در داخل سيال پراکنده مي‌شود. براي اين کار از روش‌هايي مانندلرزاننده‌هاي مافوق صوت و يا از سورفکتانت‌ها استفاده مي‌شود تا توده‌هاينانوذره‌اي به حداقل رسيده و باعث بهبود رفتار پراکندگي شود. روش دو مرحله‌اي برايبعضي موارد مانند اکسيد فلزات در آب، ديونيزه شده بسيار مناسب است [10] و براينانوسيالات شامل نانوذرات فلزي سنگيني، کمتر موفق بوده است

روش دومرحله‌اي داراي مزاياي اقتصادي بالقوه‌اي است؛ زيرا شرکت‌هاي زيادي توانايي تهيهنانوپودرها در مقياس صنعتي را دارند

روش يک مرحله‌اي نيز به موازات روشدو مرحله‌اي پيشرفت کرده است؛ به طور مثال نانوسيالاتي شامل نانوذرات فلزي بااستفاده از روش تبخير مستقيم تهيه شده‌اند [2] و [12]. در اين روش، منبع فلزي تحتشرايط خلاء تبخير مي‌شود [14] [شکل 1. چپ[
در اين روش، تراکم توده نانوذرات بهحداقل خود مي‌رسد، اما فشار بخار پايين سيال يکي از معايب اين فرايند محسوب مي‌شود؛ولي با اين حال روش‌هاي شيميايي تک مرحله‌اي مختلفي براي تهيه نانوسيال به وجودآمده است که از آن جمله مي‌توان به روش احياي نمک فلزات و تهيه سوسپانسيون آن درحلال‌هاي مختلف براي تهيه نانوسيال فلزات اشاره کرد [16] [شکل 1. راست]. مزيت اصليروش يک مرحله‌اي، کنترل بسيار مناسب روي اندازه و توزيع اندازه ذرات است.