برخی از کاربرد های نانو مواد در صنعت

علوم و فناوري‌نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعة گستره‌اي از مواد جديد و بهبود يافته به‌وسيله نانوساختارها را به دنبال دارد. اين پيشرفت‌ها براي صنعت كاغذ مي‌تواند از اهميت حياتي برخوردار باشد.
با كاهش ابعاد نانومواد به پايين‌تر از طول بحراني، رفتارهاي كاملاً متفاوتي از آنها مشاهده مي‌شود.
استفاده از خواص مواد در مقياس نانو، امكان ساخت مواد و ابزار با كارآيي و خواصي كه دسترسي به آنها قبلاً ممكن نبوده است را فراهم مي‌سازد.
نانوساختارها در اشكال مختلفي از جمله پوشش، پودر، كامپوزيت و ديگر شكل‌ها باعث ايجاد تحول در شماري از بخش‌هاي صنعتي از جمله موارد زير مي‌شوند:
  پوشش‌ها و رنگ؛
  حفاظت در برابر خوردگي؛
  حفاظت زيست‌محيطي؛
  چسب و پليمرهاي رسانا؛
  دارورساني؛
  مواد زيست‌سازگار؛
  حفاظ‌هاي كاركردي؛
  سطوح هوشمند خود تميزكننده؛
  چاپ كاركردي؛
  مخابرات نوري؛
  جوهر و كاغذهاي الكترونيكي؛
  منابع انرژي قابل حمل؛
  تصفيه آب؛
نانو مواد شامل موارد زير هستند:
  خوشه‌هاي اتمي (نقاط كوانتومي، ماكرومولكول‌هاي معدني، نقاط نانومتري)؛
  گلوله‌هايي با ابعاد كمتر از 100 نانومتر (مواد نانوبلوري، نانوفازي و نانوساختاري)؛
  اليافي با قطر كمتر از 100 نانومتر (نانوميله‌ها، نانوصفحه‌ها، نانولوله‌ها، نانوالياف و سيم‌هاي كوانتومي)؛
  فيلم‌هايي با ضخامت كمتر از 100 نانومتر؛
  نانوحفره‌ها؛
  نانوكامپوزيت‌ها
تركيب نانومواد مي‌تواند شامل هر عنصر طبيعي باشد كه مهمترين آن عبارتند از:
  سيليكات‌ها، ‌ كاربيدها، ‌ نيتريدها، اكسيدها، بوريدها، ‌ سلنيدها، تلوريدها، ‌ سولفيدها، ‌ هاليدها، آلياژها، ‌ فلزها و پليمرهاي آلي
هم‌اكنون فناوري نانوذرات در حال تأثيرگذاري بر تعدادي از محصولات و خدمات، ‌ از جمله صنعت كاغذ است. پيشرفت‌هاي اخير موجب كاهش نياز به مواد براي ساخت محصولات و افزايش كارآيي سوخت در خودروها و هواپيماها شده است. همچنين كنترل ساختار مواد در مقياس نانو در بهبود كارآيي مواد مغناطيسي مورد استفاده قرار مي‌گيرد و اين روند موجب افزايش كارآيي موتورها و ژنراتورهاي الكتريكي خواهد شد. ديگر انواع مواد، ‌ به خصوص آنهايي كه در باتري‌ها و پيل‌هاي سوختي به كار مي‌روند نيز به روش‌هاي مشابهي در حال بهبود و ترقي هستند و نتيجة اين‌تلاش‌ها به صورت منابع توليد نيروي سبك و قابل حمل در تلفن‌هاي همراه، رايانه‌هاي كيفي و موارد ديگر ديده مي‌شود. در زمينة‌ كنترل خواص سطحي مواد در منسوجات، رنگ‌ها و پوشش‌ها نيز‌ خواصي همچون قابليت نفوذ هوا در مواد، ضدآب و ضد لك بودن لباس‌ها و فرش‌ها ديده مي‌شود.
نانوذرات، به علت سطح ويژة بسيار بالا كاتاليست‌هاي بسيار فعالي هستند و به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستيك‌ها، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نيز در كلوئيدها و در صفحات خورشيدي، جوهر چاپگرها و رنگ‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
رنگدانه براي جوهر
پيشرفت‌هاي اخير در فناوري‌نانو، ‌ در حال ايجاد فرصت‌هاي جديدي است كه از سوي سازندگان و مصرف‌كنندگان جوهر مورد توجه قرار گرفته است تا خواص و كارآيي جوهرها را افزايش دهد.
به عنوان مثال BASF تخمين مي‌زند كه اين دسته از محصولات فناوري‌نانو ده درصد از فروش اخيرشان را شامل ‌شود. يكي از محصولات فناوري‌نانو در اين عرصه، رنگدانه‌هاي نانومتري است كه شامل دي‌اكسيد تيتانيوم است و ظرفيت بالايي در جذب نور دارد.
هم‌اكنون محققان در تلاشند تا با استفاده از نانومواد و بدون استفاده از رنگدانه‌هاي متعارف، ‌ به رنگ‌هاي متفاوت دست يابند.
اين رنگ‌ها كه با توزيع نانوذرات هم اندازه ايجاد مي‌شوند، ‌ درست به همان شكلي كه رنگ بخش‌هاي مختلف بال پروانه‌ها با هم تفاوت مي‌كند، مي‌باشند.
همچنين محققان در حال توسعة پليمرهاي چندشاخه (hyperbranched) از پلي‌يورتان‌ها هستند تا از اين طريق مشكلات چاپگرهاي استفاده‌كننده از سيستم‌هاي جوهر متفاوت براي چاپ بر روي پليمرهاي قطبي مثل پلي‌استر و پلي‌آميد، نيز پلاستيك‌هاي غيرقطبي مثل پلي‌اتيلن و پلي پروپيلن را حل نمايند. تعداد بسيار فراوان گروه‌هاي عاملي بر روي پليمرهاي چند شاخه، گروه‌هاي پيوندي كافي براي اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پليمر را ايجاد مي‌كند.
چاپگرهاي جوهرافشان، ‌ زمينة‌ديگري براي كاربرد فناوري نانوذرات هستند. براي مثال، ‌ شركت ديگوسا (Degussa) از فناوري نانوذرات خود به منظور توسعة محدوده‌اي از رنگدانه‌هاي كوچك استفاده كرده است تا پايداري رنگ بر روي سطوح را افزايش دهد. چندي پيش شركت بزرگ Nano Products در آمريكا نيز خبر از راه‌اندازي خطوط توليد جديد با استفاده از نانوذرات ™PureNano به عنوان جوهر را داده است. تركيبات، ‌ رنگدانه‌ها و پوشش‌هاي دي‌الكتريك، هادي و مغناطيسي، نمونه‌هايي از جوهر و فازهاي پراكندة نانومتري هستند.
سيستم‌هاي نگهداري
صنعت كاغذ، سال‌هاي زيادي است كه از اصول علوم و فناوري‌نانو به‌ويژه در زمينة شيمي‌ تَر، براي توسعة سيستم‌هاي نگهداري بهره گرفته است. يك سيستم نانوذرة اوليه -كه هنوز هم مورد استفاده قرار مي‌گيرد- يك نانوذرة آنيوني (سيليكاي كلوئيدي) و نشاستة كاتيوني را با هم تركيب مي‌كرد. نسل بعدي اين سيستم كه در سال 1992 به‌وجود آمد شامل ذرات سيليكاي ساختاري با طراحي خاص است كه به منظور تركيب با پلي‌اكريلاميد كاتيوني (C-PAM) سنتزي به‌وجود آمده‌اند و مشخص شده است كه ساختار بسيار مرتب اين نانوذرات موجب واكنش بسيار بهتر آنها با C-PAM مي‌شود. كره‌هاي سيليكا در نانوذرة ساختاري، ‌ پيوندهاي كوالانسي بسيار قوي سيلوكسان را به وجود مي‌آورند كه تنش‌هاي‌ ماشين نمي‌توانند به‌راحتي آنها را بشكنند.
در سال 2000 شركت Eka Chemicals سيستم Compozil Select را ارائه كرد، كه يك سيستم نانوذره‌اي مبتني بر مولكول‌هاي كلوئيدي سيليكاي آنيوني و تركيبات پليمري كاتيوني مثل صمغ، گوار، پلي‌اكريلاميدها، ‌ نشاسته كاتيوني و آشغال‌گيرهاي آنيوني است. مولكول‌هاي بسيار كوچك، سطح ويژه و دانستية بار بسيار بالايي ايجاد مي‌كنند. اين خواص كليدي موجب بهبود لخته‌شدن و بهبود سيستم نگهدارنده مي‌شوند.
پوشش‌ها
پوشش‌‌ها يكي از نانومواد بسيار مهم هستند، که در موارد بسياري، ‌ از پوشش‌هاي مقاوم نسبت به خش در شيشه‌ها گرفته تا وسايل خود تميز كن كاربرد دارند. يك نمونه از اين موارد، پوشش كامپوزيت نانوسراميكي از جنس آلومينا و تيتانيا با نام تجاري Nanox2613 است كه شركت Inframat آن‌را ساخته است.
دوام اين نانوسراميك آلومينا/تيتانيا در مقايسه با مشابه سراميكي، بين چهار تا شش برابر است و در عين حال، فاكتور سختي آن نيز دو برابر بيشتر از نوع غير نانومتري است. علي‌رغم قيمت بالاي اين محصول (30 تا50 دلار به ازاي هر پوند) استفاده از آن از نظر اقتصادي به صرفه است.
به عنوان مثال، نيروي دريايي آمريكا اكنون با استفاده از پوشش نانوساختاري در موارد زيادي از جمله شيرهاي ورود و خروج هوا در زيردريايي‌ها حدود 400 هزار دلار در هر كشتي و به طور تقريبي 20 ميليون دلار در ده سال آينده صرفه‌جويي خواهد كرد.
Nanox به عنوان يكي از پوشش‌هاي مناسب براي تانك‌هاي شني، شفت‌هاي پريسكوپ، شيرها و بسياري از ادوات مورد استفاده در محيط‌هاي دريايي ارزيابي مي‌شود. يكي از شركت‌هاي معدني كه نيكل و كبالت را از سنگ‌هاي معدني به دست مي‌آورد، از پوشش Nanox در شيرهاي موسوم به ball valve استفاده كرده است. چنين شيرهايي بايد در مقابل عبور دوغابي از سنگ‌ريزه در محيط بسيار اسيدي و فشار بالا مقاومت كنند. شيرهاي معمولي در چنين شرايطي فقط چند ساعت پس از جلادهي دوام مي‌آورند، ‌ در حالي كه دورة كار شيرهاي پوشش‌دار به دو روز مي‌رسد.
Nanox در صنعت خودروسازي نيز در مواردي همچون سيستم اگزوز مورد آزمايش قرار گرفته است. شركت‌هاي نفت و گاز نيز در حال ارزيابي اين پوشش براي پمپ‌هاي چرخشي هستند.
ديگر كاربردهاي پيشنهاد شده براي Nanox صنايع چاپ و كاغذسازي مي‌باشد.

معرفی سایت های مفید در مورد علم مواد سرامیک

/www.azom.com

imsc.blogfa.com

www.metallurgist.wordpress.com
http://www.imsc.blogfa.com/
http://metallurg.mihanblog.com/
http://linkbanks.blogspot.com/
http://www.felezat.com/


حالا چند تا سایت را معرفی می کنم که تو اونها میتونید کتابهای مواد را دانلود کنید

http://gigapedia.org

من برای شروع چند لینک از چند کتاب مختلف رو که از این سایت پیدا کردم براتون اینجا می نویسم بقیه اش به عهده خود دوستان

Crystallography

By Dieter Schwarzenbach


لینک اول
http://rapidshare.com/files/54220295/0044080907.rar
Password: physicsbooks.info
لینک دوم
http://gigapedia.org/redirect.id:846...a96d826bca.url
pass: Golden Land Myanmar

***************************
Metallurgy Fundamentals
Daniel A. Brandt J. C. Warner
http://mihd.net/ndya6e

link 2
http://gigapedia.org/redirect.id:295...48b4089a18.url
-----------------------------

Handbook of Extractive Metallurgy
By Fathi Habashi (Editor)
2part
http://rapidshare.com/files/13898521/20062007.part1.rar
http://rapidshare.com/files/13945593/20062007.part2.rar
**********************

کاشی های عایق برای سفینه های فضایی

با حرکت وسیله پرنده در سرعت های بالا در جو پوسته متحمل شدید ترین شارهای حرارتی می شود که حاصل گرم شدن ایروترمودینامیکی همه ی سطوح بیرونی با دمایی نزدیک به دمای سطح خورشید است بنابراین برای جلوگیری از اسیب دیدن سازه و دیگر سامانه های پروازی به یک سازو کار حفاظت حرارتی نیازمندیم.
در هنگام طراحی و ساخت شاتل فضایی ناسا توسعه ی قابل توجهی در مواد عایق حرارتی صورت گرفت.با ورود شاتل به جو دمای ان به 1260 درجه سانتیگراد می رسد .در محل های که به این دما می رسد باید از کاشی های سرامیکی استفاده کرد دما در نوک دماغه و ایر فویل از این هم بالاتر می رود که در این نواحی باید از کامپوزیت های گرافیتی استفاده شود .سازو کار حفاظت های حرارتی مورد استفاده در شاتل های فضایی برای چندین بار (تا 100بار)استفاده طراحی شده اند و سازه ی الومینیمی فضاپیما را از حرارتی معادل چندین برابر نقطه ی ذوب سازه محافظت می کنند. این مواد از نوع بازتابنده محسوب می شوند .این مواد علاوه بر انکه حفاظت حرارتی سازه را به عهده دارند به عنوان یک عایق صوتی جهت ممانعت از انتقال ارتعاشات صوتی حاصل از سرعت های بالا به سازه های درونی نیز عمل می کنند و شکل ایرو دینامیکی مدار پیما را به وجود می اورند .
در هنگام ورود سفینه فضایی به جو زمین کامپوزیت های کربنی اکسید می شوند حال انکه کاشی های سرامیکی فقط افزایش دما پیدا می کند و هرگز اتلاف دما در ان دیده نمیشود .

انواع مواد عایق برای سفینه های فضایی

ماده اصلی مورد استفاده در عایق های فضایی الیاف شیشه ای بسیار ریزی هستند که درصد بالای از ان را سیلیس تشکیل داده است.اجزاساز وکارهای حفاظت حرارتی بازتابنده شامل موارد زیر است :

1ـ کربن تقویت شده با کربن که برای تحمل دماهای بالاتر از 2300 درجه فارنهایت طراحی شده است .
2ـ کاشی های عایق دما بالای چند بار مصرف سطحی که برای دمای زیر 2300 درجه فارنهایت طراحی می شوند
3ـ کاشی های عایق دیر گداز کامپوزیت های رشته ای
4ـ کاشی های عایق دما پایین چند بار مصرف سطحی که برای دمای زیر 1200 درجه فارنهایت استفاده میشود
5ـ عایق پیشرفته انعطاف پذیر چند بار مصرف سطحی طراحی شده برای دمای زیر 1200 درجه فارنهایت
6ـ عایق بندی با استفاده از نومکس روکش شده چند بار مصرف سطحی که برای دمای زیر 700 درجه فارنهایت مصرف میشود
7ـمواد اضافی که به صورت فلز و شیشه استفاده می شود

سازو کار های حفاظت حرارتی شاتل

این سازو کار سازو کاریست غیر فعال و شامل موادی است که برای پایداری در مقابل دماهای بالا انتخاب شده اند . در هر یک از بخش های شاتل به تناسب یکی از عایق ها استفاده شده اند.پیش تر به گستره ی تحمل دمایی انها اشاره شد .فهرست این مواد عبارتند از :

1ـ (ار سی سی )یا کربن تقویت شده با کربن
2ـ (اچ ار سی ای )یا کاشی های عایق سیاه رنگ چند بار مصرف
3ـ (اف ار سی ای )یا کاشی های سیاه رنگی که به نام (عایق دیر گداز کامپوزیت رشته ای )معروفند
4ـ (ال ار سی ای )یا کاشی های عایق سفید رنگ دما پایین که دارای پوشش سفید رنگی برای بهبود ویژگی های حرارتی پوسته در مدار می باشند
5ـ (ای اف ار اس ای) که پس از پرواز شاتل کلمبیا به عنوان عایق پیشرفته ی انعطاف پذیر چند بار مصرف تولید شد . این ساختار شامل عایق های پارچه ای ضربه گیری هستند که بین دو لایه پارچه ی سفید و بافتنی به هم دوخته شده قرار گرفته اند تا یک پوشش پتو مانند را به وجود اورند در این عایق به جای نمد نومکس از نمد سلیکا استفاده شد این امر دوام و پایداری حرارتی ان را تا دو برابر افزایش داد. این عایق به دلیل مزایای فراوان به صورت وسیعی جایگزین (ال ار اس ای )شد
6ـ روکش های پتو مانند سفید ساخته از نومکس که به عنوان عایق های نمدی چند بار مصرف استفاده میشوند
هر کاشی که بر روی سازو کار های حفاظت حرارتی شاتل فضایی نصب میشود کد شناسایی ویژه ای دارد که به رنگ زرد کمرنگ روی ان نوشته شده است این رنگ تحت نام تجاری اسپیر کس ساخته می شود و حین ورود به جو از بین نمی رود این کد سابقه کاشی را در بردارد و بررسی و پیگیری هر گونه مشکل احتمالی را اسان می سازد
در زدن نقش پرچم ها و حروف روی فضاپیما از سیلیکون ویژه ای با نام (دی او دبلیو کورنینگ 3140)استفاده می شود که با افزودن رنگدانه به ان رنگی می گردد. این رنگ از نظر ساختار مانند رنگی است که برای موتور اتومبیل به کار می رود و در دمایی بین 800 تا 1000 درجه فارنهایت از بین می رود.

منبع :ماهنامه هوافضا نوشته امیر فرهاد زاده

کابرد سرامیک‌ها در صنعت هوا - فضا

کاربرد سرامیک ها درهوافضا

سرامیک ها در صنایع مختلف کابردهای فراوانی دارند که اغلب این کاربردها مربوط به خواص فیزیکی برجسته آنها از جمله تحمل دمای زیاد و مقاومت در مقابل سایش است . در صنایع هوافضا نیز به واسطه خواص و صفات مذکور سرامیک ها دارای کاربردهای زیادی هستند که از جمله انها میتوان به شیشه های ضد مه وضد یخ و پنجره هواپیماها اجزای مختلف موتور جت کاشی های شاتل فضایی قطعات با مقاومت داماهای زیاد اجزای الکتریکی – الکترونیکی فضایی و ناوبری و لنزهای تلسکوپ ها فضایی اشاره کرد . در این مقاله کاربرد سرامیک ها در سیستم های محافظت حرارتی شاتل بررسی کرد .

 

 

کلید واژه:

رانش – فیبر –سیلیکا-کامپوزیت –الاستمومرو ایزولاسیون

 

 مقدمه :

فرض کنید برروی یک قله یک کوه با یک توپ جنگی , گلوله ای را پرتاپ می کنید . بدون درنظر گرفتن مقاومت هوا هر چه نیروی پرتاپ کننده بیشتر باشد  سرعت گلوله در هنگام خارج شدن از لوله بیشترخواهد بود و گلوله مسافت بیشتری را طی خواهد کرد تا زمانیکه تحت نیروی جاذبه زمین سقوط کند . حال اگر سرعت پرتاپ به 9/7 متر بر ثانیه (حدود 28000 متر بر ساعت)برسد,  گلوله دیگر به زمین سقوط نخواهد کرد و با همان سرعت دور زمین (در مدار دایره ای شکل )خواهد چرخید. در این حالت گلوله تبدیل به یک ماهواره می شود و اگر نیروی اصطحکاک هوا نباشدو گلوله تاابد در مدار زمین باقی میماند به دلیل وجود اصطحکاک هوا در ارتفاعات کم سرعت گلوله عملا کم میشود و در نهایت سقوط خواهد کرد . اگر سرعت پرتابه را افزایش دهیم مدار حرکت گلوله از حالت دایره  ای به خالت بیضوی شکل تغییر خواهدکرد و با افزایش سرعت مدار حرکت بیضوی خاوده شد. مکانزییم قرارگرفتن ماهواره ها در مدار نیز دقیقا به همین شکل است. باکاهش سرعت ماهواره پس از پایان ماموریت ارتفاع آن کم می شود تا وارد جو زمین شود. از آنجا که سرعت گردش ماهواره در هنگام برخورد به مولکولهای هوای جو هنوز بسیار زیاد است , دمای سطح ماهواره آنقدربالا می رود که قطعات آن آتش میگیرند و می سوزند . در این جا نقش عایق حرارتی بسیار مهم است .

 

 کاربرد سرامیک ها در شاتل فضایی

سیستم حمل ونقل شاتل فضایی بمنظور فراهم کردن روشی برای حمل بار وسرنشین در مدار کم ارتفاع زمین بوجود آمد .این سیستم شاتل شامل چهار عنصر اساسی است. راکت های بوسترسوخت جامد _ موتورهای اصلی شاتل فضایی _ تانکر و فضاهای خالی شاتل فضایی . این سیستم طوری طراحی شده است که میتواند با  29500 کیلوگرم به مدار برود و با 14500 کیلوگرم بازگردد.

زمان ورود فضاپیما به جو دمای زیر بدنه به 1260 درجه سانتیگراد و در لبه های فرار و نوک دماغه به 1490 درجه سانتیگراد می رسدودر ارتفاع تقریبا 47 هزار متری سرعت فضاپیما تا هشت برابر سرعت صوت کاهش می یابد و از بیشترین بازدهی حرارتی عبور می کند .در 156 هزار متری فضاپیما به محدوده پروازوارد می شود و می تواند بصورت آیرودینامیکی برای نشستن مانند گلایدر مانور دهد. برای رسیدن به کمترین وزن هواپیما 75 هزار کیلوگرم وزن خالص لازم است که برای این منظور از مواد سازه ای با بالاترین بازدهی استفاده می شود . همچنین برای رسیدن به حداقل وزن و هزینه ساخت سازه ی اصلی فضاپیما از آلومینیوم ساخته میشود. در بسیاری از قسمتها مانند درها و قسمتهایی از سیستم های مانوربمنظور دستیابی به کمترین وزن سازه از اپوکسی گرافیت استفاده میشود در این خالت آلومینیوم و گرافیت محدود به 175درجه سانتیگراد هستند تا کیفیت انها پایین نیاید .

  حضورسرامیکهاباعث دراختیار داشتن سطوح صاف و صیقلی می شود         که این موضوع برآی بسیار بالایی راتولید می کند.

 

 

 

 

 

بواسطه سرعت زیاد شاتل در هنگام پرواز وورد به جو بدنه شاتل باید دمای زیادی را تحمل کند . در طراحی شاتلها از تکنیک های گوناگونی برای محافظت از سوختن یک قطعه استفاده میشود. برخی از این تکنیک ها شامل استفاده از یک چاه گرمایی و برخی هم شامل استفاده از فلزهای کاهنده ای بودندکه می سوختند و تبخیر        می شدند. در نتیجه هیچ کدام از شاتل ها قابل استفاده مجدد نبودند . برای رفع این مشکل متخصصان توانستند از مواد وتکنیک هایی استفاده کنند که شاتل را محافظت کنند. حضور سرامیک ها در شاتل باعث تحمل دمای زیاد ودر عین حال به حداقل رساندن وزن شاتل میشوند. همچنین بر اثر رانش فراوان درهنگام پرتاپ شاتل و سرعت بسیار زیاد در هنگام ورود و خروج ازجو, ارتعاشات صوتی فراوان بوجود می آید, که عایق بندی سرامیک های مخصوصی این ارتعاشات را میرا می کند.از طرفی بخش زیادی از نیروی بالا برنده (برآ)در شاتل توسط اختلاف فشارسطوح آیرودینامیکی تامین میشود و حضورسرامیک هاباعث دراختیار داشتن سطوح صاف و صیقلی می شودکه این موضوع برآی بسیار بالایی راتولید می کند.بارگذاری حرارتی درسطوح مختلف بدنه شاتل متفاوت است و از اینرو میزان حرارتی که درهرقسمت تولید میشودعایق بندی های مخصوص همان دامنه دمایی طراحی میشوند که از جمله ان میتوان به کربن تقویت شده  باکربن (برای دماهای بالاتر از 1260درجه سانتیگراد ) کاشی های عایق دما بالای چند برابر مصرف سطحی(برای دماهای پایینمتر از 1260درجه سانتی گراد) کاشی های عایق دیرگذار کامپوزیت رشته ای عایق پیشرفته انعطاف پذیر چندبرابرمصرف سطحی(برای دمای پایینتراز650درجه سانتی گراد)کاشی های عایق دمای پایین چندبار مصرف سطحی(برای دمای پایینتر از650درجه سانتیگراد) عایق نمدی بااستفاده ا ز نامکس روکش سده چندبار مصرف اشاره کرد .

سیستم محافظت حرارتی شامل مواد گوناگونکاربردی برای حفاظت پوسته در دماهای قابل قبول است. بعلاوه آنها قابلیت استفاده مجدد در 100 ماموریت را نیز در صورتی کهمجددا بازسازس شوند را دارا میباشند . همچنین این چنین مواد در محدوده دمایی 155-درجه  تا دمای بازگشت به جوکه حدود 1650 درجه سانتیکراد است قابل استفاده هستند .به طور کلی tps از یک پوشش عایق تشکلیل شده است . ممکن است عایق ها از یم پوشش قابل انعطاف یا کاشی های قالب بندی شده باشند. بهر حال در برخی قسمتهای وسیله (مخصوصا  لبه حمله) ممکن است گرما و فشار بسیار شدید باشد . بطوری که کاشی ها نتوانند محافظت کافی را فراهم اورند. در این قسمتها کامپوزیت های مقاوم دما بالا و محکم مستقیما با سازه های آیرودینامیکی بکار رفته انداین سطوح داغ نیروهای بالابرنده ای را به بدنه و بالها مانند یک نیروی عمود بر لبه حمله انتقال میدهدو بعلاوه از ضربه شدید هنگام ورود به جو جلوگیری می کند همچنان که ذکر شد tps سیستمی است که شامل مواد ویژای جهت پایداری در دماهای بالاست که این مواد بشرح زیرند:

عایق سطح قابل استفاده مجدد: این گروه شامل سه مادهو دورنگ هستند و بیشتر در قسمت بالها وچرخ های شاتل را پوشش می دهند. این سه ماده کامپوزیتهای هستند که که اکثرا از الیاف سیلیکا همراه با مواد افزودنی گوناگون دیگری ساخته شده اند.عملیات حرارتی در  این روش شبیهبه پخت سرامیک هاستکه میتواند باشیش های سفید یا سیاه پوشانده شود.این کاشیها در دونوع lrsiو hrsi بشرح زیر می باند :

کاشی دمای پایین برای عایق کاری سطح : این کاشی ها برنگ سفید هستند و در قسمتهای معینی از جلو و وسطو عقب بنه,

اطراف اطاق خلبان] دم قائم,بالای بالها و پوسته استفاده میشوند. این کاشی ها مناطقی را که دما در انها زیر 650درجه سانتیگراد است پوشش می دهند و نور خورشید را نیز منعکس میکنند.این کاشی ها از ساختمان سیلیکا با درجه خلوص 8/99 درصد هستند که ضخامت آنهاتوسط برخورد بار گرمایی طی واردشدن به جو معین میگردد

 

پرتاپ شاتل فضایی گاهی باعث از دست رفتن کاشیها در مدت زمان بلندشدن میشود.این مسئله بوسیله تولید صدای شدید موتور شاتل در اثرنیروی آیرودینامیکی در مدت بالا رفتن است.

یک پوشش سفید نوری و مقاوم به رطوبت با اضخامت 10 میل , در بالا و اطراف بدنه فضاپیما بکار می رود که این پوشش از ترکیبات سیلیکا همراه با اکسید آلومینیوم ساخته شده است .

کاهش ما برالی عایق کاری سطح: این کاشی  ها برنگگ سیاه هستند و مناطقی را که حداکثر دما 650 درجه سانتیگراد تا 1260درجه سانتیگراد است پوشش می دهند و همچنین کمک می کند که دما در مدت بازگشت به جو ساطح شوند. این به کارگیری در مناطقی بررویقسمت بالایی بدنه جلوی فضاپیما و در اطراف پنجره های بدنه جلویی فضاپیما (درست در قسمت پایین وسیله که rccاستفاده نمیشود.) سرت می گیردHRSI از سیلیکات چگالی پایین و با درصد خلوص بالا و8/99 درصد فیبر آمورف (فیبر از ماسه معمولی با ضخامت یک تا دو میل نتیجه میشود) عایق بوسیله یک اتصال سرامیکی به جسم صلب تشکیل شده است .90درصد کاشی ها توخالی هستند وده درصد باقیمانده ماده است .

باید دانست این کاشی ها در ضخامت 2/5 تا 12/5 سانتی متر تغییر می کنند و ضخامتهای متغیر بوسیله بارحرارتی در هنگام ورود به جو بوجود می آیند . بطورکلی کاشی های HRSI در سطوح جلویی فضاپیما ضخیم تر و درقسمت های انتهایی باریکتر هستند.

این کاشی ها در اندازه ها و اشکال مختلفی در قسمتهای بیرونی فضاپیما وجود دارند و در شرایط سرد و معلق در مدار, شوک های گرم وسرد مکرر حرارتی ومحیط های آکوستیک درحین پرواز دوام می آورند.برای مثال کاشی های درکوره 1260درجه سانتی گراد شکل داده میشوند و میتواند در آب سرد بدون آنکه گرمای سطح بسرعت از بین برود فرو روند. یک کاشی روکش دار میتواند با دست بدون دستکش فقط چند ثانیه بعد از بیرون آوردن ازدرون کوره و در حالیکه هنوزقرمز است گرفته شود . دقت کنید که این کاشی ها نمی تواند در زیر تغییر شکل بار بدنه مقاومت کنند بنابراین ایزولاسیون تنش بین کاشی ها و سازه هواپیما ضروری است .این ازولاسیون بوسیله یک لایه ایزولاسیون کرنشی (SIP) فراهم میشود.

Sipها کاشی ها را از تغییر شکلهای ساختاری هواپیما, تحریک صوتی و انبساط وشکست ناشی از تنش بدور نگه می دارند sipها عایق های ساخته شده از ماده نمد نامکس هستند که در ضخامت های 225/0 3/0یا 4/0 سانتی متر فراهم میشوند. آناه به کاشی ها متصل میشوند و چجموع کاشی ها به ساختمان فضاپیما متصل میشوند.

 

 

 

 

 

تا زمانیکه انبساط و انقباض حرارتی در مقایسه با سازه ی فضاپیما , بسیار کم باشد لازم است که شکاف ها 25 تا 65 میل که بین آنها قرار دارند برای جلوگیری از تماس کاشی به کاشی از بین بروند.عایق بندی مواد نمدنامکس باید در کف شکاف هعای بین کاشی ها قرار گیرد که بعنوان یک میله پرکننده از ان استفاده میشود مواد در یک ضخامت مناسب برای فراهم میشود و بصورت نوارهای 875/1 سانتیمتر بریده می شوند و به سازه می چسبند. میله پرکننده مقاومت حرارتی حدود 425 درجه سانتیگراد در قسمت بالا دارد . دیگر کاشی ها با عناوین عایق کامپوزیتی شکست فیبری frci)) و عایق فیبری پارچه مستحکم شدهTUFI)) شناخته می شوند که سطوح را دردرجه حرارتی بین 650تا 1260 درجه سانتی گراد محافظت می کنندو در میزان کمی استفاده میشوند .TRCI در قسمت های معدودی و tufi بیشتر در قسمتهای عقب فضاپیما نزیک موتور استفاده میشوند. کاشی های frci بوسیله مرکزتحقیقات ایمزناسا توسعه یافته است.

FRCI-12 HRSI کاشی هایی هستند که از یک کاشی با استحکام بالا با افزودن AB312  (الیاف برید سیلیکات آلومینیوم یا نکستل) بدست می آیند. با افزودن این الیاف کاشی FRCI-12 HRSI به کاشی سیلیکاتی خالص آبدار تبدیل میشود . الیاف سیلیکاتی خالص را در طول سینتریک در دمای بالا جوش میدهند. مواد مقاوم الیاف کامپوزیتی حاصله , شامل 20% نکستل و80% الیاف سیلیکا هستند که کلا خواص فیزیکی متفاوتی از کاشی سیلیکا با درصد خلوص 8/99%دارند.

 

 

فعلا تااینجا را داشته باشید قول ادامه ی ادامه ی داستان با من . نوشته شده در تاریخ 02/7/1386  

««««««««««  

پس بطور کلی میتوان کاربرد سرامیک هادر صنعت هوافضا را بسیار مهم تلقی وعدم وجود آنها را غیره ممکن دانست و تاثیرات بکارگیری سرامیکها در فضاپیما شاتل به قرار زیر می باشد:

1.       در عین استحکام فوق العاده وزن شاتل را کاهش میدهند

2.       مقاومت دمایی بالا در مقابل برخورد با مولکولهای وجود درجو وجلوگیری از ذوب شدن قطعات

3.       بین بردن ارتعاشات صوتی بوجود آمده از پرتاپ شاتل فضایی

4.       تامین نیروی بالابرنده شاتل فضایی درقالب نیروی برآ

5.       قابلیت انعطاف پذیری شاتل بااستفاده از کاشیهای قابل انعطاف

««««««««««  

 

  

 

 

 

 -------------------------------------------------------------------------------- سرامیک‌های با عملکرد بالا جزئی از سلاح‌ها و سیستم‌های دفاعی مدرن می‌باشند. سرامیک‌های الکترونیکی و اپتیکی در سیستم‌های هدایت موشکی، هواپیما و خودروهای زمینی نظمی، مورد کاربرد واقع می‌شوند. در بیشتر سیستم‌ەای ارتباط را دارای نظامی، از سرامیک‌ها استفاده می‌شود. برای مثال رادار سیستم موشکی پاتریوت از قطعات سرامیکی به‌عنوان سنسورها، استفاده می‌نماید. سرامیک‌ها در هواپیماهای نظامی کاربرد بسیار زیادی دارند. هواپیمای حمل و نقل ۱۳۰ - NATO C از زره سرامیکی در اطاقک خلبان استفاده می‌کند که از جنس کولار ۱ شیشه است. به‌طور کلی از سرامیک‌ها در تجهیزات نظامی استفاده شده است در این خصوص می‌توان بهبالگردهای آپاچی اشاره نمود. هم‌چنین از سرامیک‌های سبک وزن به‌عنوان زره در بسیاری از هلی‌کوپترهای تهاجمی، نظامی مدرن، نیز استفاده شده است. شایان ذکر است از کامپوزیت C - C نیز برای ساخت قطعات موشک و هواپیماهای نظامی استفاده می‌گردد. از مهمترین کاربرد سرامیک‌ها می‌توان به ساخت بدنه وسایل پرنده وارد شونده به جو زمین، نازل‌های رکت، و مخروطی‌های خروجی برای موشک‌های استراتژیک دیسک‌ەای ترمز برای هواپیماهای نظامی و تجاری، اشاره نمود. ▪ مزایای کامپوزیت‌های C - C عبارتند از: ـ استحکام دما بالا تافنس ۲ (چقرمگی) بالا ـ شوک حرارتی برتر ـ انتقال حرارت و خواص اصطکاکی سرعت بالا در فاصله جنگ جهانی دوم، پتنتهائی (ثبت اختراع) برای زره سرامییک در هواپیما اعطاء گردید، و موادی نظیر دورون ۳ مورد آزمایش قرار گرفتند. در طی جنگ جهانی ویتنام AL۲O۳ یا B۴C با کامپوزیت‌هائی نظیر دورون لاستیک تقویت شده با شیشه، همراه شد که جهت حفاظت در مقابل سلاح‌های سبک (شامل مهمات سوراخ کننده زره) در هلی‌کوپترهای رزمی، و هواپیماهای شخصی، استفاده گردیدند. یک کاربرد مهم سازه‌ای و الکتریکی - رادیوئی سرامیک‌ها، در رادم‌ها ۴ می‌باشد. این‌ها مخروط‌هائی توخالی هستند که در خارج هواپیماها، موشک‌ها، سفینه‌های فضائی به‌عنوان یک در پوش و پنجره محافظ برای تجهیزات آشکارسازی و هدایت الکترونیکی استفاده می‌شود. در سرعت مافوق صوت، از حرارت دیدن پوسته‌ای، مقدار قابل ملاحظه‌ای اصطکاک اتمسفری بروز می‌نماید که استفاده از مواد دیرگداز را ضروری می‌نماید. ▪ مواد سرامیکی مورد استفاده برای این کاربرد عبارتند از: ـ Sio۲, Mgo ـ Al۲o۳ ذوبی ـ Zns, Znse, Cdte ـ Mgf۲ از Corning Pyroceram برای بیش از ۳۰ سال در بسیاری از موشک‌های هدایت راداری مورد استفاده قرار گرفته است. زمینه‌های شیشه سرامیک از شیشه بروسیلیکات، آلومینو سیلیکات لیتیم یا آلومینوسیلیکات کلسیم تقویت شده با الیاف C یا Sic که در کاربردهای هوافضای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که شامل سیلندرهای کمپرسوری، سوپاپ‌ها، سیستم‌های ترمز، پره‌های توربین و نگه‌دارنده‌ها برای آینه‌های ماهواره می‌باشند. منبع مقاله: مجله ی پرواز

نانوالياف سراميكي

---

دانشمندان مواد در آمريکا و اسپانيا، يک روش جديد به ‌نام ريسندگي ليزري اختراع کرده‌اند که نانوالياف بي‌شکل خيلي طولاني با طول چندين سانتي‌متر و پهناي 35 نانومتر توليد مي‌کند. اين پيشرفت مي‌تواند منجر به توليد نانواليافي که
تقريباً به‌صورت پيوسته درهم تنيده شده‌اند، شود



.

تصاويري از الياف توليد شده با روش ‏ريسندگي ليزري. (‏a‏) تصوير ميكروسكوپ ‏الكتروني پيمايشگر انتشار ميداني. يك ‏مخلوط از نانوالياف و ميكروالياف را نشان ‏مي‌دهد. (‏b‏) تصوير ميكروسكوپ الكتروني ‏عبوري از يك نانوالياف منفرد با قطر تقريبي ‏‏50 نانومتر. شكل كوچك، الگو پراش است ‏كه ساختار بي‌شكل آن را نشان مي‌دهد.‏

ساختارهاي شبه يک‌بعدي از قبيل نانوسيم‌ها، نانوتسمه‌ها، نانوميله‌ها و نانولوله‌ها خواص الکتريکي و مکانيکي بي‌نظيري دارند. به نظر مي‌رسد آنها بتوانند در زمينه‌هايي مانند مواد کامپوزيتي، حسگرها، کاتاليزورها، الکترونيک و زيست‌پزشکي تحول زيادي ايجاد کنند. در حال حاضر، اين ساختارها به‌وسيله رشد مبتني بر محلول يا فاز بخار توليد مي‌شوند.

دانشمندان تمايل دارند با يک روش فني با صرفه اقتصادي، انواع طويل از اين مواد در مقياس نانو را توليد کنند. هر چند در حال حاضر، آنها فقط مي‌توانند الياف ميکرومتري را با استفاده از چندين روش مبتني برکشيدن يک دسته از مواد پيش‌ماده‌هاي ويسکوز مذاب توليد کنند.

اکنون، جوآن پاو و همکارانش در دانشگاه ويگو و آدرين مان و همکارانش در دانشگاه روتگرز، بر اين مشکل غلبه کرده‌اند. اين محققان در يک فرايند فيزيکي ساده که در آن از هيچ کاتاليست، قالب يا معرف ديگري استفاده نمي‌شود و فقط شامل پيش‌ماده با ترکيب الياف خواسته‌شده است، نانوالياف بي‌شکل خيلي طولاني توليد کرده‌اند. با اين روش مي‌توان موادي که در دماي بالا ذوب مي‌شوند و با روش‌هاي مشابه ديگر از قبيل الکتروريسندگي نمي‌توان از آنها الياف توليد کرد را به‌صورت مستقيم به نانوالياف تبديل کرد.

در روش ريسندگي ليزري، از يک ليزر با توان بالا براي بريدن يک صفحه از پيش‌ماده سراميکي از قبيل سيليکا يا آلومينا استفاده مي‌شود. اين روش جديد تضمين مي‌کند که در هر دفعه فقط حجم کوچکي از سراميک كه به‌صورت سيال است ذوب شود (کناره‌هاي قسمت بريده‌شده). بعد از انجام اين کار، يک نازل مافوق صوت يک جت گاز با سرعت بالا را در قسمت بريده‌شده تزريق مي‌کند. سپس اين ماده مذاب ويسکوز در يک فرآيند کشيدن و باريک کردن ساده، به‌سرعت و به‌وسيله جت گاز کشيده و سرد مي‌شود. در نهايت يک شبکه تخريب‌شده از نانوالياف و ميکروالياف بي‌شکلِ به هم‌تنيده، تشکيل مي‌شود (شکل را ببينيد) .

فليکس کوينترو، يکي از اين محققان، مي‌گويد: «اين پيشرفت هيجان‌آور است زيرا طبيعت فيزيکي (بيش از طبيعت شيميايي) اين روش اجازه توليد نانوالياف بي‌شکل خيلي طولاني درهم‌تنيده را مي‌دهد. بعضي از کاربردهاي اين نانوالياف شامل نانوکامپوزيت‌ها، مهندسي بافت، حسگرها و انواع جديد بافته‌هاست». اين گروه، اکنون روي کنترل بهتر اين فرآيند و ساخت ترکيبات جديد کار مي‌کنند.

اين محققان نتايج کار خود را در مجله Appl. Phys. Letter منتشر کرده‌اند.

نانو کامپوزیت Nano composite

 

مواد و توسعه آنها از پایه های تمدن به شمار می روند. به طوری که دوره های تاریخی را با مواد نامگذاری کرده اند: عصر سنگ، عصر برنز، عصر آهن، عصر فولاد، عصر سیلیکون و عصر کربن. ما اکنون در عصر کربن به سر می بریم. عصر جدید با شناخت یک ماده جدید به وجود نمی آید، بلکه با بهینه کردن و ترکیب چند ماده می توان پا در عصر نوین گذاشت. دنیای نانو مواد، فرصتی استثنایی برای انقلاب در مواد کامپوزیتی است.
کامپوزیت ترکیبی است از چند ماده متمایز، به طوری که اجزای آن به آسانی قابل تشخیص از یکدیگر باشند. یکی از کامپوزیت های آشنا بتُن است که از دو جزء سیمان و ماسه ساخته می شود.
برای تغییر دادن و بهینه کردن خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، آنها را کامپوز یا ترکیب می کنیم. به طور مثال، پُلی اتیلن که در ساخت چمن های مصنوعی از آن استفاده می شود، رنگ پذیر نیست و بنابراین، رنگ این چمن ها اغلب مات به نظر می رسد. برای رفع این عیب، به این پلیمر وینیل استات می افزایند تا خواص پلاستیکی، انعطافی و رنگ پذیری آن اصلاح شوند. در واقع، هدف از ایجاد کامپوزیت، به دست آوردن ماده ای ترکیبی با خواص دلخواه است.
نانوکامپوزیت، همان کامپوزیت در مقیاس نانومتر است. نانوکامپوزیت ها در دو فاز تشکیل می شوند. در فاز اول ساختاری بلوری در ابعاد نانو ساخته می شود که زمینه یا ماتریس کامپوزیت به شمار می رود. این زمینه ممکن است از جنس پلیمر، فلز یا سرامیک باشد. در فاز دوم ذراتی در مقیاس نانو به عنوان تقویت کننده برای استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی و... به فاز اول یا ماتریس افزوده می شود.
بسته به اینکه زمینه نانوکامپوزیت از چه ماده ای تشکیل شده باشد، آن را به سه دسته پُلیمری، فلزی و سرامیکی تقسیم می کنند. کامپوزیت های پلیمری به علت خواصی مانند استحکام، سفتی و پایداری حرارتی و ابعادی، چندین سال است که در ساخت هواپیماها به کار می روند. با رشد نانوتکنولوژی، کامپوزیت های پلیمری بیش از پیش به کار گرفته خواهند شد.
تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی یا معدنی بسیار مرسوم است. از نظر ساختاری، ذرات و الیاف معمولاً باعث ایجاد استحکام ذاتی می شوند و ماتریس پلیمری می تواند با چسبیدن به مواد معدنی، نیروهای اعمال شده به کامپوزیت را به نحو یکنواختی به پُرکن یا تقویت کننده منتقل کند. در این حالت، خصوصیاتی چون سختی، شفافیت و تخلخل ماده درون کامپوزیت تغییر می کند. ماتریس پلیمری همچنین می تواند سطحِ پُرکن را از آسیب دور نماید و ذرات را طوری جدا از هم نگه دارد که رشد تَرَک به تأخیر افتد. گذشته از تمام این خصوصیات فیزیکی، اجزای مواد نانوکامپوزیتی می توانند بر اثر تعامل بین سطح ماتریس و ذرات پُرکن، ترکیبی از خواصّ هر دو جزء را داشته باشند و بهتر عمل کنند.
کامپوزیت هایی که بستر فلزی دارند، کم وزن و سبک اند و به علت استحکام و سختیِ بالا، کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوا ـ فضا پیدا کرده اند. اما این کاربردها به لحاظ ضعف در قابلیت کشیده شدن در چنین کامپوزیت هایی، محدود شده اند. تبدیل کامپوزیت به نانوکامپوزیت سبب افزایش بازده استحکامی و رفع ضعفِ بالا می شود.

نانوکامپوزیت های نانوذره ای
در این کامپوزیت ها از نانوذراتی همچون (خاک رس، فلزات، و...) به عنوان تقویت کننده استفاده می شود. برای مثال، در نانوکامپوزیت های پلیمری، از مقادیر کمّیِ (کمتر از 10درصدِ وزنی) ذرات نانومتری استفاده می شود. این ذرات علاوه بر افزایش استحکام پلیمرها، وزن آنها را نیز کاهش می دهند. مهمترین کامپوزیت های نانوذره ای، سبک ترین آنها هستند.

نانوکامپوزیت های نانو لوله ای
نانولوله های کربنی در دو گروه طبقه بندی می شوند: نانولوله های تک دیواره و نانولوله های چنددیواره. در این نوع از کامپوزیت ها، این دو گروه از نانولوله ها در بستری کامپوزیتی توزیع می شوند. در صورتی که قیمت نانوله ها پایین بیاید و موانع اختلاط آنها رفع شود، کامپوزیت های نانولوله ای موجب رسانایی و استحکام فوق العاده ای در پلیمرها می شوند و کاربردهای حیرت انگیزی همچون آسانسور فضایی برای آن قابل تصور است.
تحقیقات در زمینه توزیع نانولوله های کربنی در پلیمرها بسیار جدید هستند. علاقه به نانولوله های تک دیواره و تلاش برای جایگزین کردن آنها در صنعت، به علت خصوصیات عالیِ مکانیکی و رسانایی الکتریکی آنها است. (رسانندگی الکتریکی این نانولوله ها در حد فلزات است.)
اما در دسترس بودن و تجاری بودن نانولوله های چنددیواره، باعث شده است که پیشرفت بیشتری در این زمینه صورت بگیرد. تا حدی که اکنون می توان از محصولاتی نام برد که در آستانه تجاری شدن تولید هستند. برای نمونه، نانولوله های کربنیِ چنددیواره در پودرهای رنگ به کار رفته اند.
استفاده از این نانولوله ها باعث می شود که رسانایی الکتریکی در مقدار کمی از فاز تقویت کننده به دست آید. از نظر نظامی نیز فراهم کردن هدایت الکتریکی فرصت های انقلابی به وجود خواهد آورد. به عنوان مثال، از پوسته های الکتریکی ـ مغناطیسی گرفته تا کامپوزیت های رسانای گرما و لباس های سربازان آینده!

نانوکامپوزیتِ خاک رُس ـ پلیمر
نانوکامپوزیت خاک رُس ـ پلیمر یک مثال موردی از محصولات نانوتکنولوژی است. در این نوع ماده، از خاک رُس به عنوان پُرکننده برای بهبود خواص پلیمرها استفاده می شود. خاک رُس های نوع اسمکتیت، ساختار لایه لایه دارند و هر لایه تقریباً یک نانومتر ضخامت دارد. صدها یا هزاران عدد از این لایه ها به وسیله یک نیروی واندروالسیِ ضعیف روی هم انباشته می شوند تا یک جزء رُسی را تشکیل دهند. با یک پیکربندی مناسب، این امکان وجود دارد که رُس ها را به اَشکال و ساختارهای گوناگون، درون یک پلیمر به شکل سازمان یافته قرار دهیم.
معلوم شده است که بسیاری از خواص مهندسی، هنگامی که در ترکیب ما از میزان کمی ــ چیزی کمتر از 5 درصد وزنی ــ پُرکننده استفاده شود، بهبود قابل توجهی می یابد.
امتیاز دیگر نانوکامپوزیت های خاک رُس ـ پلیمر این است که تأثیر قابل توجهی بر خواص اُپتیکی (نوری) پلیمر ندارند. ضخامت یک لایه رُس منفرد، بسیار کمتر از طول موج نور مرئی است. بنابراین، نانوکامپوزیتی که خوب ورقه شده باشد، از نظر اُپتیکی شفاف است. از طرفی، با توجه به اینکه امروزه حجم وسیعی از کالاهای مصرفی جامعه را پلیمرهایی تشکیل می دهند که به راحتی می سوزند یا گاهی در مقابل شعله فاجعه می آفرینند، لزوم تحقیق در خصوص مواد دیرسوز احساس می شود. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که میزان آتش گیری در این نانوکامپوزیت های پلیمری حدود 70 درصد نسبت به پلیمر خالص کمتر است. در عین حال، اغلب خواص کاربردی پلیمر نیز تقویت می شوند.
اولین کاربرد تجاری نانوکامپوزیت های خاک رُس ـ نایلون، به عنوان روکش نوار زمان سنج برای ماشین های تویوتا، در سال 1991 بود. در حال حاضر نیز از این نانوکامپوزیت در صنعت لاستیک استفاده می شود. با افزودن ذرات نانومتریِ خاک رُس به لاستیک، خواص آن به طور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند که از جمله می توان در آنها به موارد زیر اشاره کرد:

1. افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
2. افزایش استحکام مکانیکی
3. افزایش مقاومت گرمایی
4. کاهش قابلیت اشتعال
5. کاهش وزن لاستیک
نانوکامپوزیت الماس ـ نانولوله
محققان توانسته اند سخت ترین ماده شناخته شده در جهان (الماس) را با نانولوله های کربنی ترکیب کنند و کامپوزیتی با خصوصیات جدید به دست آورند. اگرچه الماس سختیِ زیادی دارد، ولی به طور عادی هادی جریان الکتریسیته نیست. از طرفی، نانولوله های کربن به شکلی باورنکردنی سخت و نیز رسانای جریان الکتریسیته اند. با یکپارچه کردن این دو فُرمِ کربن با یکدیگر در مقیاس نانومتر، کامپوزیتی با خصوصیات ویژه به دست خواهد آمد.
این کامپوزیت می تواند در نمایشگرهای مسطح کاربرد داشته باشد. الماس می تواند نانولوله های کربنی را در مقابلِ ازهم گسیختگی حفظ کند. در حالی که به طور طبیعی، وقتی نمایشگر را فقط از نانولوله های کربنی بسازند، ممکن است از هم گسیخته شوند.
این کامپوزیت همچنین در ردیابی های زیستی کاربرد دارد. نانولوله ها به مولکول های زیستی می چسبند و به عنوان حسگر عمل می کنند. الماس نیز به عنوان یک الکترود فوق العاده حساس رفتار می کند.

جدیدترین خودرو نانوکامپوزیتی
این خودرو توسط شرکت جنرال موتورز طراحی شده و به علت استفاده از مواد نانوکامپوزیتی در قسمت های مختلف آن، حدود 8 درصد سبک تر از نمونه های مشابه قبلی است و علاوه بر سبک بودن، در برابر تغییرات دمایی هم مقاومت می کند.

توپ تنیس نانوکامپوزیتی
شرکت ورزشی ویلسون، یک توپ تنیس دولایه به بازار عرضه کرده که عمر مفید آن حدود چهار هفته است ــ در حالی که توپ های معمولی عمر مفیدشان در حدود دو هفته است ــ ولی از نظر خاصیت ارتجاعی و وزن تفاوتی بین این دو مشاهده نمی شود. علت مهم و اصلی دوام توپ های نانوکامپوزیتی، وجود یک لایه پوشش نانوکامپوزیتی به ضخامت 20 میکرون به عنوان پوسته داخلی است که باعث می شود هوای محبوس در داخل توپ ضمن ضربه خوردن خارج نگردد، درحالی که توپ های معمولی از جنس لاستیک و در برابر هوا نفوذپذیرند.

الیاف نانو، تحولی در صنعت نساجی
امروزه ساخت کامپوزیت های تقویت شده به وسیله نانوالیاف پیشرفت چشمگیری کرده است. لیفچه های کربنیِ جامد و توخالی با چند میکرون طول و دو تا بیش از صد نانومتر قطر خارجی خلق شده اند که مصارفی در مواد کامپوزیت و روکش دارند.
مهمترین تأثیر نانوکامپوزیت ها در آینده کاهش وزن محصولات خواهد بود. ابتدا کامپوزیت های سبک وزن و بعد تجهیزات الکترونیکی کوچکتر و سبکتر در ماهواره های فضایی.

سازمان فضایی آمریکا (ناسا) در حمایت از فناوری نانو بسیار فعال است. بزرگترین تأثیر فناوری نانو در فضاپیماها، هواپیماهای تجاری و حتی فناوری موشک، کاهش وزن مواد ساختمانیِ سازه های بزرگ درونی و بیرونی، جداره سیستم های درونی، اجزای موتور راکت ها یا صفحات خورشیدی خواهد بود.

در مصارف نظامی نیز کامپوزیت ها موجب ارتقا در نحوه حفاظت از قطعات الکترونیکی حساس در برابر تشعشع و خصوصیات دیگر همچون ناپیدایی در رادار می شوند.
کامپوزیت های نانوذره سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده اند. در سال 2001 هم جنرال موتورز و هم تویوتا شروع به تولید محصول با این مواد را اعلام کردند. فایده آنها افزایش استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه جویی در سوخت را به همراه دارد.
علاوه بر این، نانوکامپوزیت ها به محصولاتی همچون بسته بندی غذاها راه یافته اند تا سدی بزرگتر در برابر نفوذ گازها باشند (مثلاً با حفظ نیتروژن درونِ بسته یا مقابله با اکسیژن بیرونی).
همچنین خواصّ تعویق آتش گیریِ کامپوزیت های سیلیکات نانوذره ای، می تواند در رختِ خواب ، پرده ها و غیره کاربردهای بسیاری پیدا کند.

منابع: www.irannano.org و www.autnano.org و www.azonano.com

كاربرد كامپوزيت ها در راه?آهن

به­خاطر ويژگي­هاي خاص مواد كامپوزيتي، روز به روز استفاده از اين مواد در صنايع مختلف گسترش بيشتري مي­يابد. در ذيل به كاربرد جديدي از اين مواد در راه آهن اشاره شده است:

خبر:

(مأخذ: نشرية كامپوزيت، شمارة 1، صفحة 12)

شركت تاي­تك واقع در هوستون در ايالت تگزاس، يك واحد تابعه از گروه تكنولوژي­هاي آمريكاي شمالي است. اين شركت بيش از شش سال است كه در زمينة توسعه و آزمايش تراورس­ها (چوبهاي عرضي كه در زير ريل راه آهن قرار مي‌گيرند) كار مي­كند. تاي­تك با استفاده از پلاستيك بازيافتي و مواد دور­ريختني كه با افزودني­ها و پر كننده­هاي ويژه­اي مخلوط شده­اند، يك نوع تراورس ساخته است. تراورس­هاي تاي­تك هم­اندازة تراورس­هاي چوبي هستند و مي­توانند همانند چوب ميخ­كوبي شوند. برخلاف چوب اين تراورس­ها نمي­شكنند و ترك برنمي­دارند، همچنين مستعد پوسيدگي نيستند، حشرات نمي­توانند به آنها آسيبي بزنند و خواص خود را نيز به مدت طولاني­تري حفظ مي­كنند.

هشتاد درصد محتواي اين تراورس­ها را ضايعات بازيافتي كم­قيمت، مثل ضايعات رزيني آسياب شده، لاستيك خرد شده از تايرهاي بازيافتي و ضايعات فيلم­هاي پلي­اتيلني با دانسيته بالا(HDPE) تشكيل مي­دهند. به اين مواد اصلي، پركننده­ها و تقويت­كننده­ها نيز افزوده مي­شوند. سپس تراورس­ها، قالبگيري شده و درون قالب، سرد مي­شوند تا شكل و ابعاد مناسب خود را حفظ كنند. قيمت نهايي تراورس­هاي كامپوزيتي برابر با قيمت يك تراورس چوبي با كيفيت بالا خواهد بود؛ يعني بين 30 تا40 دلار در آمريكا و حدود 50 دلار در اروپا.

اخيراً شركت تاي­تك قراردادي دو ساله به ارزش 10 ميليون دلار براي تامين تراورس­هاي كامپوزيتي راه­آهن يونيون به پاسفيك منعقد ساخته است. تاي­تك اميدوار است كه بيش از پنج درصد بازار تراورس­هاي عرضي جهان را در اختيار بگيرد. به اين ترتيب سالانه بيش از سه ميليون تراورس توليد خواهد كرد.

تحليل:

چنانچه از متن خبر فوق مشاهده مي­شود، تراورس­هاي كامپوزيتي با داشتن قيمتي معادل قيمت بهترين نوع چوبي آن، از مزاياي ديگري نظير سهولت كاربرد، عمر طولاني­تر و خواص مكانيكي بهتر برخوردار هستند كه اقتصادي بودن استفاده از آنها را مسلم مي­سازد. علاوه بر اينها مواد اولية مورد استفاده براي ساخت اين تراورس­ها اغلب از مواد ارزان هستند كه از ضايعات كارخانجات ديگر به دست آمده­اند. اين مساله علاوه بر ايجاد يك منبع درآمد براي اين كارخانجات منجر به خروج آن­ها از طيف آلاينده­هاي زيست محيطي و تبديل به مواد بازيافت شده و مفيد مي­گردد. به­علت عدم پوسيدگي، استفاده از اين تراورس­ها در مناطق مرطوب به صرفه­تر از نوع چوبي آن است. با توجه به آمار ارائه شده در مطلب فوق، وجود بازار بزرگي در جهان براي اين محصول قابل تصور است. روش جديد، همچنان كه شركت تاي­تك پيش­بيني كرده است، سهم خوبي از بازار را بدست خواهد آورد.

با توجه به توليد فيلم پلي­اتيلن سنگين در كشور و وجود كارخانجات متعدد لاستيك­سازي و منابع محدود چوب (جنگل­ها) و وجود توان طراحي قطعات كامپوزيتي در كشور، به­نظر مي­رسد توليد اين تراورس­ها در داخل، به صرفه خواهد بود.

مواد نو و سرامیک های پیشرفته

 
گروه كامپوزيت های پايه سراميكی
با توجه به اهميت تحقيقات بر روی مواد پيشرفته مهندسی، گروه مواد در اين مؤسسه در زمينه های زير فعاليت می كند:
تهيه فيلترهای سراميكی بری تصفيه مذاب فلزات
بوته نسوز سراميكی
كامپوزيت منگنز - گرافيت
كامپوزيت مس - گرافيت
روكش كردن فلز روی با كربن
كامپوزيت بايواكتيو شيشه
طراحی و ساخت دی باريد تيتانيم با روش SHS
 

گروه كامپوزيت های پايه فلزي
نظر به اهميت كامپوزيت‌های پايه فلزی در صنايع نظامی و غير نظامی، تحقيقاتی تحت عناوين زير در موسسه اجراء گرديده و يا در دست اجراء می‌باشد:
طراحی و ساخت پانل ضد گلوله آلومينيم/ آلومينا
طراحی و ساخت كامپوزيت ‌های زمينه فلزی با روش SHS
 

بخش نانوتکنولوژی

• گروه نانومواد
  نانو كامپوزيت ها به عنوان يكی از شاخه های فناوری نانو، اهميت زيادی دارند و يكی از زمينه های تحقيقی فعال به شمار مي‌آيد. نانو كامپوزيت ها مواد مركبی هستند كه لااقل يكی از اجزاء تشكيل دهنده آنها دارای ابعادی در محدوده 1تا 100 نانومتر باشد، اما يك سری پودرهای نانو كامپوزيت نيز وجود دارد كه اين پودرها شامل ذرات چند پودر مختلف با ابعادی در محدوده نانو متری هستند.
  
   به دليل كاربردهای زياد و مفيد نانوكامپوزيت ها، مؤسسه كامپوزيت ايران جهت توسعه و پيشبرد همزمان نانوكامپوزيت ها در كنار كامپوزيت ها دست به انجام پروژه های كاربردی زير نموده است:
  
   بهبود خواص اصطكاكی پليمرها با بكارگيری نانوپودرها
   ساخت نانوکامپوزيت پلی اورتان / رس و اندازه گيری خواص مکانيکی آن
   بررسی كاربرد نانو لوله های كربن در پليمرهای مختلف

سرامیک های پیشرفته به دلیل برخورداری از ویژگی هایی چون پایداری در دماهای بالا، استحکام زیاد و مقاومت بالا در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الکتریکی خاص و منحصر به فرد (چون پیزوالکتریسیته، ابررسانایی، عایق بودن یا نیمه هادی بودن و …) و سایر خواص در بسیاری از صنایع در لیست اجزای بسیار مهم و استراتژیک قرار گرفته اند. مثلا در ماشین سازی و ساخت قطعات صنعتی، خواصی چون استحکام و مقاومت در برابر سایش و خوردگی آنها، بسیار اهمیت دارد.
در صنایع شیمیایی، مقاومت خوب این مواد در برابر اسیدها و سایر مواد خوردنده بسیار مورد توجه می باشد. در صنایع هوا-فضا مقاومت این مواد در برابر حرارت اهمیت دارد، و در صنایع الکترونیک و ارتباطات به علت خواص نوری و الکتریکی خوبی که دارند، از اجزای مهم محسوب می شوند. امروزه سرامیک ها در قسمتهای مختلف صنایع اتومبیل سازی نیز روزبه روز کاربرد بیشتری می یابند. چه در سیستم ترمزها و چه در موتورها و سایر اجزاء.
در 60 سال اخیر در مورد 25 گروه مختلف از سرامیک های پیشرفته، تحقیقات وسیعی صورت گرفته و بسیاری از آنها به تولید رسیده اند. در سالهای اخیر، شکوفایی و گسترش صنایع الکترونیک و همچنین کاربرد وسیع سرامیک های پیشرفته در صنایع مربوط به تکنولوژی پزشکی و اتومبیل سازی، موجب رشد چشم گیر بازار سرامیک های پیشرفته گردیده است و اکنون این سرامیک ها رقمی حدود 50 میلیارد دلار را به خود اختصاص داده اند (بدون احتساب سرامیک های سنتی، شیشه و مواد نسوز معمولی). این بازار از نرخ رشد سالانه ا ی در حدود 7-6 درصد برخوردار بوده و پیش بینی می شود که نرخ رشد آن در سال های آینده همچنان افزایش یابد.
موادی که در سال های آینده از اهمیت روزافزون برخوردار خواهند بود، موادی چون شیشه های پیشرفته، کربن و کامپوزیت ها می باشند. به طور مثال در سالهای اخیر توجه زیادی به کامپوزیت های زمینة سرامیکی معطوف شده است (به خصوص به انواعی از این مواد که در دماهای بالا قابل استفاده هستند). مواد کربنی و تکنولوژی های مربوطه نیز مورد توجه زیادی قرار دارند. سرامیک های پیشرفته در سال های آینده احتمالا کاربردهای بسیار حساس و دقیق تری در زمینه های مختلف پیدا خواهندکرد که برخی از آنها به قرار زیر می باشند :
ابررساناهای سرامیکی که اخیرا نمونه هایی از آنها در کابل ها و مبدل های الکتریکی به کار گرفته شده  است و احتمالا سال آینده وارد بازار خواهند شد.
مغناطیس های فریتی که امروزه بازاری به ارزش حدود یک میلیارد دلار را به خود اختصاص داده اند، همچنان به گسترش پیشرفت خود ادامه داده و با خواص نوین و بهینه خود، پاسخگوی نیازهای جدید بازار در بخش های مختلفی چون الکترونیک و اتومبیل سازی خواهندبود. در صنایع تلفن سازی نیز سرامیک های پیشرفته، ساخت تلفن های همراه کوچک را امکان پذیر می سازند.
در تکنولوژی زیستی (بیوتکنولوژی) در مورد کاشت های میکرونی ای تحقیق می شود که قرار است به صورت میکرو رآکتور در بدن کار کنند. پس به حسگرهای سرامیکی در مقیاس نانومتری نیاز خواهیم داشت.
ساختارهای گیاهی با سیستم های بهینه شده الیاف و کانال های خود عینا در مورد ساختارهای سرامیکی شبیه سازی شده اند و قرار است به عنوان سیستم های بسیار مؤثر کاتالیزوری به کار گرفته شوند.
درتکنولوژی ساخت کامپیوترها نیز امکان وقوع تحولاتی در راستای استفاده ازتراشه های si-sic بجای تراشه های فعلی سیلیکونی وجود دارد. این موضوع امروزه شدیدا مورد پژوهش و تحقیق قرار گرفته  است. در صنایع اتومبیل سازی روز به روز از قطعات الکتریکی بهره بیشتری گرفته می شود و استفاده از قطعات سرامیکی مینیاتوری در این زمینه بسیار حیاتی است.
امروزه شرکت های بزرگ صنعتی در جستجوی روش هایی هستند که محصولات خود را هرچه کوچک تر، سبک تر، هوشمندتر و چندمنظوره تر سازند. حرکت به سوی چنین محصولاتی به یاری تکنولوژی هایی مانند نانوتکنولوژی امکان پذیر خواهدبود.
به یاری نانوتکنولوژی، امکان تأثیرگذاری بر ساختار اتمی مواد وجود دارد. در آن صورت، مواد را می توان کاملا بر اساس خواص مورد انتظار به گونه ا ی کاملا آزادانه طراحی نمود و به خواص و کیفیت های کاملا نوینی دست یافت. در این راستا مواد سرامیکی نیز نقش اساسی خواهند داشت.
به طور خلاصه می توان گفت که در آغاز قرن 21، حوزه هایی چون فوتونیک، علوم زیستی و فن آوری مواد در مقیاس نانو، به عنوان مهمترین قلمروهای پیشرفت علمی و صنعتی معرفی شده اند و سرامیک ها در تمامی این حوزه ها، نقش راهبردی خواهندداشت.

منبع: http://tco.ir/nano/Farsi/Publication/Articles/NanoMaterial/Ceramics.htm

كورهاي سراميكي(تونلي- هوفمن)

 

کوره تونلی

کورهٔ تونلی یا Tunnel Kiln یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. اولین کورهٔ تونلی در سال ۱۷۵۱ توسطی فردی به نام وینسنز ابداع شد ^[1] و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال، مواد دیرگداز و چینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات متحرک و آتش ثابت است.

ساختار کورهٔ تونلی

کورهٔ تونلی یک تونل دراز و باریک است که کف آن ریل‌گذاری شده‌است و محصولات، با عبور از درون آن در معرض حرارت قرار می‌گیرند و پخته یا زینتر می‌شوند. محصولات برای عبور از کورهٔ تونلی می‌بایست بر روی واگن‌های مخصوصی چیده شوند. کورهٔ تونلی شامل سه مرحلهٔ پیش‌گرمایش، پخت و خنک‌کن می‌باشد. در ساده‌ترین نوع کورهٔ تونلی، مشعل‌های موجود در منطقهٔ پخت باعث گرم شدن هوای کوره می‌شود. این هوا با حرکت به سمت ورودی تونل (پیش‌گرمایش) آرام آرام حرارت خود را به واگن‌های این منطقه منتقل می‌کند و در نهایت از دودکش خارج می‌شود. از سوی دیگر هوای تازه از خروجی تونل وارد می‌شود و در مواجهه با واگن‌هایی که مرحلهٔ پخت را پشت سر گذاشته‌اند، آنها را آرام‌آرام خنک می‌کند و دمایش به تدریج افزایش می‌یابد تا به منطقهٔ پخت برسد و اکسیژن لازم برای احتراق مشعل‌های این منطقه را فراهم نماید. البته قسمتی از هوای گرم شده به بیرون از کوره هدایت می‌شود تا در خشک‌کن و بعضا برای تنظیم دمای هوای سالن تولید مورد استفاده قرار بگیرد. معمولا ۶۰درصد از طول کوره به منطقهٔ پخت، ۲۰درصد به منطقهٔ پیش‌گرمایش و ۲۰درصد به منطقهٔ خنک‌کن اختصاص دارد.

دمای مناطق مختلف کوره از طریق ترموکوبل و سیستم‌های کنترل اندازه‌گیری و تنظیم می‌شود. همچنین اتمسفر کوره نیز از نظر اکسیدی، احیایی یا خنثی بودن قابل کنترل است.

مزایای کورهٔ تونلی

استفاده از کورهٔ تونلی در مقایسه با سایر انواع کوره‌ها (کوره‌های سنتی، هوفمن و متناوب) دارای مزایایی است که برخی از آنها را می‌توان بدین شرح برشمرد:

1. کنترل مناسب‌تر دمای کوره و یکنواختی حرارت
2. افزایش کیفیت تولید
3. تشابه کیفی محصولات
4. افزایش سرعت تولید
5. کاهش نیروی انسانی
6. کاهش مصرف انرژی
7. کاهش آثار زیان‌بار زیست‌محیطی

کاربرد کورهٔ تونلی در صنایع آجر و سفال

کورهٔ تونلی یکی از پیشرفته‌ترین انواع کوره‌است که در صنایع آجر و سفال مورد استفاده قرار می‌گیرد. خشت‌های خام که قبلا از خشک‌کن تونلی عبور کرده‌ و بیشتر آب خود را از دست داده‌اند، وارد منطقهٔ پیش‌گرمایش می‌شوند و تا ۳۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد گرم می‌شوند. خشت‌ها سپس وارد منطقهٔ پخت می‌شوند و با توجه به نوع مواد اولیه، در دمایی بین ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند.

 

کوره هوفمن

کورهٔ هوفمن یا کورهٔ هوفمان (Hoffmann kiln) یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. این کوره در سال ۱۸۵۶ توسط فردی به همین نام ابداع شد و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال و مواد دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات ثابت و آتش متحرک است.

چگونگی پخت محصولات در کورهٔ هوفمن

کورهٔ هوفمن، تونل طویلی است که به شکل حلقه یا بیضی ساخته می‌شود و با استفاده از دیواره‌ها یا تیغه‌هایی به اتاقک‌هایی تقسیم می‌شود. اتاقک‌های کورهٔ هوفمن از کانال دریچه‌ها یا درهایی که در تیغه‌های جداکنندهٔ اتاق‌ها تعبیه شده‌است، با یکدیگر در ارتباط هستند. هر یک از اتاق‌ها نیز یک درب خروجی به بیرون دارند که برای بارگیری و تخلیهٔ کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این درها خمیره یا قمیره می‌گویند. اندازهٔ کورهٔ هوفمن با استفاده از این درها بیان می‌شود؛ مثلا یک کورهٔ ۳۲ قمیره‌ای، کوره‌ای است با ۳۲ درب که هر درب به یک اتاقک برای چیدن آجرها (یا سایر محصولات) مرتبط است. ^[محل استقرار سوخت‌پاش‌ها نیز در سقف قرار دارد.

در کورهٔ هوفمن، محصولات قبل از آنکه مستقیما توسط آتش پخته شوند، با حرارت سایر اتاقک‌ها گرم می‌شوند که اصطلاحا پیش‌گرمایش نامیده می‌شود. این حرارت همراه با گاز خروجی اتاقک پخت و از طریق دریچه‌هایی که قبلا تعبیه شده‌است حرکت می‌کند و به اتاق‌های مجاور وارد می‌شود و محصولات موجود در آن‌ها را پیش‌گرم می‌کند. زمانی که در یک اتاق، عملیات پخت در جریان است، در اتاقک مقابل (دورترین اتاق)، عملیات تخلیه و بارگیری در جریان است. این کار با استفاده از دری که اتاقک به بیرون کوره دارد انجام می‌شود. ضمن بار گیری، هوای خنک نیز وارد کوره می‌شود که به وسیلهٔ آتش موجود در اتاقک پخت و از طریق دریچه‌های تعبیه شده بین اتاق‌ها مکیده می‌شود. بنابراین هوا از اتاق‌هایی که عملیات پخت قبلا در آنها صورت گرفته‌است حرکت می‌کند و باعث خنک شدن محصولات پخته‌شده می‌شود. به این ترتیب در حلقهٔ کورهٔ هوفمن دو جریان هوا وجود دارد؛

هوایی که در نیم‌دایرهٔ اول، از اتاق پخت به سمت بیرون جریان دارد و اتاق‌های بعدی را پیش‌گرم می‌کند.

هوایی که در نیم‌دایرهٔ مقابل، از بیرون به سمت اتاقک پخت جریان دارد و اتاق‌های قبلی را خنک می‌کند.

با اتمام عملیات پخت در اتاق پخت، در اتاق روبرویی حلقهٔ هوفمن نیز عملیات بارگیری تمام می‌شود و درب آن به بیرون بسته می‌شود. در این مرحله، مشعل‌ها از سقف اتاق پخت به سقف اتاق بعدی منتقل می‌شوند و درب اتاق روبرویی این اتاق (اتاق پخت جدید) برای تخلیه و بارگیری گشوده خواهد شد.

 انواع کورهٔ هوفمان

کوره‌های هوفمان در چند مدل مختلف ساخته می‌شود:

• کورهٔ حلقوی
• کورهٔ زیگ‌زاگ (zig-zag)
• کورهٔ بوکس (Bocks)
• کورهٔ هاریزن (Harrizon)

اما معمولا به کورهٔ حلقوی، کورهٔ هوفمن اطلاق می‌شود.

تاريخچه كلي سراميك و نواع آن

سرامیک

به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.

این تعریف نه‌تنها سفالینه ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.

تاریخچه

برخی‌ها آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند. ولی در کل اکثریت تاریخنگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند. (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)

واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.

طبقه‌بندی سرامیک‌ها

سرامیک‌ها از لحاظ ساختار شیمیایی به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• سرامیک‌های سنتی(سیلیکاتی)
• سرامیک‌های مدرن(مهندسی)
  • اکسیدی
  • غیر اکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

• سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
• سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی

انواع سرامیک‌ها

سرامیک‌های سنتی

این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...

سرامیک‌های مدرن

این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.

سرامیک‌های اکسیدی

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

• برلیا (BeO)
• تیتانیا (TiO₂)
• آلومینا (Al₂O₃)
• زیرکونیا (ZrO₂)
• منیزیا (MgO)

سرامیک‌های غیراکسیدی

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:

1. نیتریدها
   • BN
   • TiN
   • Si₃N₄
   • GaN
2. کاربیدها
   • SiC
   • TiC
   • WC

و....

صنعت سرامیک

بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.

خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

• دیرگدازی بالا
• سختی زیاد
• مقاومت به خوردگی بالا

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:

1. الکتریکی و مغناطیسی
   • عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al₂O₃)
   • دی الکتریک (BaTiO₃)
   • پیزوالکتریک (ZnO- SiO₂)
   • پیروالکتریک (Pb(Zr_xTi_1-x)O₃))
   • مغناطیس نرم (Zn_1-xMn_xFe₂O₄)
   • مغناطیس سخت (SrO.6Fe₂O₃)
   • نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO₂)
   • رسانای یونی (β-Al₂O₃)
   • تابانندهٔ الکترون (LaB₆)
   • ابررسانا (Ba₂LaCu₃O_7-δ)
2. سختی بالا
   • ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (₂O₃TiN-Al)
   • مقاومت مکانیکی (SiC- Si₃N₄)
3. نوری
   • فلورسانس (Y₂O₃)
   • ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO₂)
   • منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
   • بازتاب نوری (TiN)
   • بازتاب مادون قرمز (SnO₂)
   • انتقال دهندهٔ نور (SiO₂)
4. حرارتی
   • پایداری حرارتی (ThO₂)
   • عایق حرارتی (CaO.nSiO₂)
   • رسانای حرارتی (AlN - C)
5. شیمیایی و بیوشیمیایی
   • پروتزهای استخوانی P₃O₁₂(Al₂O₃.Ca₅(F,Cl))
   • سابستریت (TiO₂- SiO₂)
   • کاتالیزور (KO₂.mnAl₂O₃)
6. فناوری هسته‌ای
   • سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
   • مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
   • مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور
   • مواد محافظت کننده از راکتور

کائولن (تاریخچه، مشخصات و کانی ها)

واژه كائولن از سلسله جبال بلند كائولينگ به معني قله مرتفع در ناحيه جيان كسي در كشور چين گرفته شده است كه از خاك چيني سفيد رنگ تشكيل شده است. تاریخچه:

در اواسط دوران تانگ، قبل از ميلاد مسيح، صنعتگران چيني قدمهاي نخستين را در تصفيه و پاك نمودن مواد اوليه جهت توليد كالاهايي برتر و عاري از نقص برداشته بودند. اين تحولات ابتدا منجر به ساخت برخي ظروف سفالين با سنگ‌نما به رنگ سفيد شد كه در تهيه آنها از خاك كائولن استفاده مي‌گرديد. آميختن فلاسپاتها با كائولن منجر به تهيه ظروف مزبور گرديد. كه نوع بدنه آنها از استحكام، سفيدي متمايل به زرد و شفافيت متوسطي برخوردار بوده است.
بعلت استقبال فراوان از اين ظروف، عرضه آنها در بازارهاي جهاني افزايش پيدا كرد. اولين كارخانجات صنعتي ظروف پرسيلن يا چيني در چينگ ـ ته ـ چن تأسيس شد كه صدها سال در اين زمينه فعاليت مي‌كردند. يكي از كشفيات قابل توجهي كه در آن زمان حاصل گرديد و بعدها مورد تقليد و دوباره سازي ساير صنعتگران قرار گرفت. استفاده از كبالت بخاطر رنگ آبي حاصل از آن در ترسيم نقوش بر روي ظروف مزبور بود. كبالت قبلاً بوسيله ايرانيان بر روي ظروف سفالين مورد استفاده قرار گرفته و از طريق آنها نيز به صنعتگران چين منتقل شده بود. بطور كلي تمام مراحل ساخت، اصول اوليه و فرمول چگونگي تهيه چيني آلات هميشه نزد چينيان مخفي نگهداشته مي‌شد و آنها همواره اين اسرار را بصورت گنجي پاسداري مي‌كردند.
كشور ژاپن را نيز از دير زمان مي‌توان جزء يكي از اولين و بزرگترين توليد كنندگان كالاهاي پرسيلن
(چيني‌آلات) محسوب نمود. محصولات اين كشور هميشه به تعداد فراوان و با مرغوبيتي متوسط در سطح جهان عرضه مي‌شده است. فرآورده‌هاي ژاپن اغلب از نقوش و فرمهاي تقليدي برخوردار بودند و گرچه از جهات تكنيكي در سطح عالي قرار داشتند ولي به لحاظ عدم ابتكار توليدات نامحدود، محصولات چيني اين كشور به لحاظ اهميت در دوره دوم جهاني قرار دارد.
در چين سفرهاي ماركوپلوو ديگران قطعاتي از چيني‌هاي ساخت وارد اروپا گرديد. در آن زمان اروپائيان ظروفي خشن و ابتدائي توليد مي‌كردند كه پس از مشاهده قطعات چيني كوشش فراواني در ساختن ظروف چيني بكار بردند. صنعتگران اروپائي با اضافه كردن گرد شيشه به خاكهاي سفيد رنگ سعي نمودند كه محصولات چيني مشابه محصولات كشور چين را توليد نمايند ولي اين كشف تا سال 1709 كه مقارن با شروع تحولات صنعتي در اروپا مي‌باشد، بوقوع نپيوست.
در آن زمان يعني اواخر قرن 18 ميلادي سفالگران با تجربه پي مي‌بردند كه تمام رازها در تركيب كائولن، سيليس و فلدسپات نهفته است و گفته مي‌شود كه اين كشف براي اولين بار توسط بانگر كه شاگرد يك دوافروش آلماني بود انجام گرفته است، ولي امروزه اين كشف را به گرافونت شرينهاس نسبت مي‌دهند. در برخي نوشته‌ها به چگونگي روش ساخت چيني و ورود آن بصورت مخفيانه به اروپا توسط ميسيونرهاي مذهبي اروپائي اشاره شده است. اين كشف به سرعت در تمام اروپا اشاعه پيدا كرد و كارخانجات چيني سازي در سرتاسر اين قاره احداث گرديد.
در انگلستان خاك سفيدي كه از منطقه كورنوال استخراج مي‌شود پرسيلن ادت به معني خاك چيني مي‌نامند. در طي سالهاي اخير همراه با گسترش دانش و كشف خواص گوناگون كائولن، اين ماده جايگاه خاصي در صنعت كسب كرده و امروزه بعنوان ماده اوليه اصلي يا جنبي و كاتاليزور در بسياري از صنايع استفاده مي‌گردد.
كائولن در ايران نيز از دير باز مورد توجه بوده و آثار حفريات قديمي از قبيل تونل و گودالهاي متعدد، حكايت بر شناخت آن نزد پيشينيان ايران زمين دارد. تاريخ معدنكاري بر روي كائولن در ايران به درستي معلوم نيست. در قرن نهم اين اشياء در بين ايرانيان بسيار رايج بوده و سفالگران سلاجقه و صفويه سعي فراوان در بازسازي آنها كردند. در عصر صفويان تعدادي از صنعتگران چيني نيز جهت تعليم و آموزش به ايران آمدند ولي از اين آموزش نتايج مطلوبي حاصل نشد. بجز آنكه ايرانيان بشدت تحت تأثير نقوش و رنگهاي هنرمندان چيني قرار گرفتند. از آن به بعد بتدريج پي به اهميت و خواص كائولن بردند و در صنايع مختلف از آن استفاده كردند.

مشخصات کائولن:
كائولن يك اصطلاح اقتصادي است كه براي كانسارهاي رسي تقريباً سفيد به كار مي رود و از نظر صنعتي به رسي هايي كه داراي مقدار قابل توجهي كائولينيت باشند،اطلاق مي‌شود.
اين كانسارها اغلب شامل كاني كائولينيت و يا فرآورده هاي بدست آمده از آن مي باشند. در گذشته اصطلاح خاك چيني به عنوان مترادف كائولن استفاده مي شد. نام كائولن از كلمه كائولينگ چيني به معناي تپه سفيد مشتق شده است که از آن خاك كائولن استخراج مي شده است.
كائولن از مجموعة كانيهاي رسي بوده و فرمول شيميايي آن H4Al2Si2O9 مي باشد.كاني هاي كائولن شامل كائولينيت، ديكيت، ناكريت و هالوزيت مي باشد. فراوان ترين كاني اين گروه كائولينيت مي باشد. همه اين كاني ها جزء كاني هاي آلومينو- سيليكات مي باشند كه در سيستم مونوكلينيك و يا تري كلينيك متبلور مي شوند. از مهم ترين خصوصيات كاني شناسي رس هاي كائولن نرمي و عدم سايندگي آنها مي باشد. سختي كائولن در مقياس موهر در حدود 2-5/2 مي باشد. اين نرمي در كاربردهاي صنعتي آن يك مزيت محسوب مي شود.
رس هاي كائولن اكثراً از آلتراسيون كاني هاي آلومينيوم سيليكات در نواحي گرم و مرطوب بوجود مي آيند. فلدسپات ها از جمله كاني هاي عمومي منشاء پيدايش آنها مي باشد. پلاژيوكلاز فلدسپارها (سديم يا پتاسيم) معمولاً در ابتدا كائولينه مي شوند. فلدسپارهاي پتاسيك به كندي آلتره شده و توليد كائولن هاي مخلوط با سريسيت دانه ريز، ايليت يا هيدروموسكويت مي كند.
كائولن يا خاك چيني به رنگ سفيد بيشترين كاربرد را در توليد چيني و سراميك دارد.
آمريكا، روسيه، جمهوري چك و برزيل بزرگ ترين توليد كنندگان كائولن مي باشند.
به طور خلاصه خصوصيات مهم كائولن، كه مصارف متعدد آن را سبب شده است مي توان به صورت زير نام برد:
1. از نظر شيميايي در گستره وسيعي از تغييرات PH بدون تغيير مي ماند.
2. داشتن رنگ سفيد كه آن را به صورت ماده رنگي قابل استفاده مي سازد.
3. دارا بودن خاصيت پوششي بسيار خوب
4. نرمي و غير سايشي بودن آن
5. قابليت اندك هدايت جريان الكتريسيته و گرما
6. قيمت ارزان

کانی های کائولن:

• کائولينيت Kaolinit :
کائولن با نام کاني شناسي کائولينيت با فرمول شيميايي (OH)8 (Si4O10) Al4 در سيستم تري کلينيک و سختي حدود 5/2-1، داراي 5/39 درصد Al2O3،5/46 درصد SiO2 و 14 درصد آب بوده و وزن مخصوص 6/2 – 1/2 گرم بر سانتي مترمکعبو نقطه ذوب آن °C 1785 است. رنگ آن سفيد مايل به زرد و گاهي هم کمي سبز يا آبي رنگ بوده وطعم خاک دارد و به صورت مرطوب، بوي شديد خاک مي دهد. اين کاني اغلب داراي پلاستيسيته بوده و عملاً در آب، اسيدهاي سرد و رقيق، اسيد کلريدريک و اسيد سولفوريک گرم و غليظ و ئيدروکسيدهاي قليايي نامحلول حل مي شود.
اغلب ذخاير کائوليني در اثر هوازدگي و تجزيه سنگهاي ولکانيکي حاوي سيلکات آلومينيوم بوجود مي آيند. سنگهاي گرانيتي، گنايس ها، کوارتز، پورفيري ها و همچنين رسوبات حاوي فلدسپات ها، ميکا و زئوليت جهت ايجاد کائولينيت مناسب مي باشند که در اثر هوازدگي و تجزيه شيميائي مواد قليائي و مقداري از SO2 خارج شده و کوارتز و ساير کاني هاي همراه بصورت ترکيب باقي مي مانند.
کائولن ممکن است نتيجه آلتراسيون هيدروترمال باشد. در اين صورت، محلول هيدروترمال سردتر از 300 درجه سانتي گراد در داخل سنگهاي با فلدسپات بالا، سبب شستن يونهاي Ca++,K+, Na+ و ساير کاتيون ها و رسوب آنها با H+ بيشتر مي شود. اغلب اين گونه ذخاير در ارتباط با سيستم متئوريک هيدروترمال، که حرارت از سنگهاي ولکانيکي مشتق مي شود، مي باشند.
ذخاير بزرگي از کائولينيت در منطقه CORNWALL انگلستان در خارجي ترين قسمت هاي سيستم هيدروترمالي، مرتبط با باتوليت هاي گرانيتي وجود دارند که به عمق چندين کيلومتر تشکيل شده اند.
کائولينيت در مقايسه با ناكريت- ديكيت از نظم کمتري برخوردار است و به همين دليل اندازه بلور و ذرات اندازه بلور و ذرات هالوزيت در مقايسه با بقيه کوچکتر است. کائولينيت در زون هاي هوازده و آلتراسيون سنگ هاي آذرين و دگرگوني به ويژه فلدسپارها تشکيل مي شود.
• رس توپي:
رس توپي يك نوع سنگ رسوبي است كه حاوي كائولينيت و مقدار جزئي ايليت، كلريت، كوارتز و مونتموريونيت است. ذرات كائولينيت در رس توپي در مقايسه با ساير منابع رس دار كوچكتر است. مقدار كائولينيت رس توپي 20 تا 95 درصد، كوارتز آن 10 تا 70 درصد و ايليت و كلريت آن 5 تا 45 درصد است. مواد آلي، مونتموريونيت، تركيبات اهن، اكسيد تيتان و نمك هاي محلول از جمله ناخالصي هاي رس توپي هستند. رس توپي بيشتر همراه با لايه هاي زغال دار است و از آن جا كه ذرات ريز كاني هاي رسي را به همراه دارد، خاصيت شكل پذيري آن بسيار خوب است. رنگ رس توپي قهوه اي مايل به سياه است و مصارف آن عبارتند از : سراميكهاي بهداشتي، چيني هاي الكتريكي، انواع كاشي ها، ظروف غذاخوري، صنايع دستي و ديرگدازها.
• هالوزيت:
هالوزيت نوعي كائولين است که به دو حالت آب دار و بدون آب يافت مي شود و ترکيب نوع آب دار آن مشابه بقيه است و تنها دو مولکول اضافي آب دارد (2SiO2.Al2O3.4H2O ).
تشخيص هالوزيت به كمك پراش اشعه ايكس امكان پذير است. هالوزيت بيشتر در زون هاي آلتراسيون و بندرت در زون هاي هوازده ساپروليت يافت مي گردد. عمده مصارف آن در تهيه سيمان پورتلند و تهيه نسوزها و سراميك است.
• ديکيت:
ديكيت نوعي كائولين است که در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود و عمدتاً در زون هاي آلتراسيون تشکيل مي شود.
• ناكريت :
ناکريت نوعي كائولين است که در سيستم مونوکلينيک متبلور مي شود. نحوه قرار گيري ورقه هاي کائولينيت در ناکريت منظم است و بر همين اساس بلورهاي آنها بزرگترند و به سمت هالوزيت کاملاً بي نظم است (ناكريت- ديكيت- كائولينيت- هالوزيت). ناکريت کمياب بوده و در زون هاي آلتراسيون تشکيل مي شود.
• خاك رس آتشخوار :
بيشتر خاك رس آتشخوار از كائولينيت تشكيل گرديده، كائولين در آن به خوبي متبلور مي شد و نظم مطلوبي در شبكه آن وجود دارد. خاك رس آتشخوار، علاوه بر كائولين حاوي اكسيد و هيدروكسيدهاي آلومينيوم نيز هست. هر نوع خاكي كه دماي بيش از 1500 درجه سانتي گراد را تحمل کند و ميزان AL2O3 موجود در آن قابل توجه باشد، به خاك رس آتشخوار معروف است. خاك رس آتشخوار به انواع شكل پذير، نيمه شكل پذير و بي شكل تقسيم مي گردد. خاك رس آتشخوار، بيشتر در افقهاي پايين لايه هاي زغال دار پيدا مي شود.
مصرف عمده اين خاك در تهيه آجرهاي آتشخوار است كه به شاموت معروفند. ديگر مصارف آن در ساخت قطعات كوره ها، ديگهاي گرمابي و كاشي هاي نسوز است.

استفاده از فناوري نانو براي ديرسوزكردن پليمرها

يكي از كاربردهاي مهم فناوري نانو بهبود خواص مواد پليمري از نظر آتش‌گيري و بالابردن مقاومت اين مواد در برابر آتش است. اين مواد عموماً در دماهاي بالا ايمن نيستند؛ اما با استفاده از فناوري نانو امكان ديرسوز نمودن آنها وجود دارد. در اين مطلب، نظرات مهندس صحرائيان،‌ عضو هيأت علمي پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، در زمينة استفاده از فناوري نانو در اين زمينه آورده شده است:

نانوكامپوزيت‌هاي ديرسوز

با توجه به اين كه امروزه حجم وسيعي از كالاهاي مصرفي هر جامعه‌اي را پليمرهايي تشكيل مي‌دهند كه به‌راحتي مي‌سوزند يا گاهي در مقابل شعله فاجعه مي‌آفرينند، لزوم تحقيق در خصوص مواد ديرسوز احساس مي‌شود. بر همين اساس، در كشورهاي صنعتي، تلاش گسترده‌اي براي ساخت موادي با ايمني بيشتر در برابر شعله آغاز شده است و در اين زمينه نتايج مطلوبي هم به دست آمده است.

بر همين اساس و با توجه به تدوين استانداردهاي جديد ايمني، به نظر مي‌رسد استانداردهاي ساخت مربوط به پليمرهاي مورد استفاده در خودروسازي، صنايع الكترونيك،‌ صنايع نظامي و تجهيزات حفاظتي و حتي لوازم خانگي، در حال تغيير به سوي مواد ديرسوز است.

از طرف ديگر مدتي است كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس به عنوان موادي با خواص مناسب مثل تأخير در شعله­وري، توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده است. بنابراين به­نظر مي‌رسد كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس مي‌توانند جايگزين مناسبي براي مواد پليمري معمولي باشند؛

براي تهيه پليمرهاي ديرسوز، علاوه بر رفتار آتش‌گيري، عوامل زيادي بايد مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اينكه:

از افزودني‌هايي استفاده شود كه قيمت تمام­شده محصول را خيلي افزايش ندهد. (مواد افزودني بايد ارزان قيمت باشند.)

مواد افزودني به پليمرها بايد به آساني با پليمر فرآيند شود.

مواد افزوده‌شده به پليمر نبايد در خواص كاربردي پليمر تغيير قابل ملاحظه ايجاد كند.

زباله‌هاي اين مواد نبايد مشكلات زيست­محيطي ايجاد كند.

با توجه به اين موارد، خاك­رس از جمله بهترين مواد افزودني به پليمرها محسوب مي‌شود كه مي‌تواند آتش‌گيري آنها را به تأخير بيندازد و سبب ايمني بيشتر وسايل و لوازم ‌شود. مزيت ديگر خاك‌ رس فراواني آن است كه استفاده از اين منبع خدادادي را آسان مي‌كند.

ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس

خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر-نايلون6 كه از نظر حجمي فقط حاوي پنج درصد سيليكات است، بهبود فوق‌العاده­اي را نسبت به نايلون خالص از خود نشان مي‌دهد. مقاومت كششي اين نانوكامپوزيت 40 درصد بيشتر، مدول كششي آن 68 درصد بيشتر، انعطاف‌پذيري آن 60 درصد بيشتر و مدول انعطاف آن 126 درصد بيشتر از پليمر اصلي است. دماي تغيير شكل گرمايي آن نيز از 65 درجه سانتي­گراد به 152 درجه سانتي­گراد افزايش يافته است. در حاليكه در برابر همة اين تغييرات مناسب، فقط 10درصد از مقاومت ضربه آن كاسته شده است.

نتايج تحقيقات حاكي از آن است كه ميزان آتشگيري در اين نانو كامپوزيت پليمري حدود 70 درصد نسبت به پليمر خالص كاهش نشان مي­دهد و اين در حالي است كه اغلب خواص كاربردي پليمر نيز تقويت مي­شود. البته كاهش در ميزان آتشگيري پليمرها از قديم مورد بررسي بوده است. بشر با تركيب مواد افزودني به پليمر ميزان آتشگيري آنرا كاهش داد ولي متاسفانه خواص كاربردي پليمر هم متناسب با آن كاهش مي­يافته است. در واقع كاهش در آتشگيري همزمان با بهبود خواص كاربري پليمرها ويژگي منحصر به فرد فناوري نانو است، خصوصاً اينكه تنها با افزودن 6 درصد ماده افزودني به پليمر تا 70 درصد آتشگيري آن كاهش مي­يابد.

برخي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس پايداري حرارتي بيشتري از خود نشان مي‌دهند كه اهميت ويژه‌اي براي بهبود مقاومت در برابر آتش­گيري دارد. اين مواد همچنين نفوذپذيري كمتري در برابر گاز و مقاومت بيشتري در برابر حلال‌ها از خود نشان مي‌دهند.

استانداردسازي؛ ابزار قدرت در دست كشورهاي پيشروي صنعتي

تطابق با استانداردهاي جديد موضوعي است كه همواره كشورهاي پيشرو بر كشورهاي پيرو ديكته كرده‌اند. در كشورهاي پيشرو صنعتي،‌ استانداردها همواره رو به بهبود است. در اين كشورها براساس جديدترين نتايج تحقيقات و مطالعات متخصصان، هر چند وقت يكبار، استانداردها دستخوش تغيير مي‌شوند و ديگر كشورها ناچار خواهند بود در مراودات تجاري خود با آنها اين استانداردها را رعايت كنند و به اين ترتيب، مجبور مي‌شوند كه نتايج تحقيقات آنها را خريداري كنند. مطلب زير مثالي از اين موارد است:

چندي پيش در جرايد اعلام شد كه بنا بر تصميم جديد اتحاديه اروپا، هواپيماهايي كه مجهز به سيستم جديد ناوبري (مطابق با استاندارد جديد پرواز)‌ نباشند، اجازه پرواز بر فراز آسمان اروپا را ندارند. در آن زمان در كشور ما فقط تعداد معدودي از هواپيماهاي مجهز به اين سيستم وجود داشت. اخيراً هم اتحاديه مزبور اعلام كرده است كه ورود كاميون‌هاي فاقد استاندارد زيست­محيطي به خاك اروپا ممنوع است. در پي اين اعلام، خودروسازان ايراني به ناچار استانداردهاي خود را با شرايط جديد تطبيق دادند.

نكتة پاياني؛ نتيجه­گيري

هر چند ممكن است استفاده از برخي فناوري­ها در كشور ما در حال حاضر موضوعيت نداشته و يا اينكه مقرون به صرفه نباشد. ولي اگر جهت­گيري تحقيقات و پژوهش­ها در جهان را مد نظر قرار دهيم متوجه مي­شويم كه در آينده نزديك ناگزير به استفاده از اين فناوري­ها خواهيم بود. بنابراين لازم است از فرصت­هاي موجود براي ايجاد اين توانمندي­ها بهره بگيريم تا در زمان مناسب از اين پتانسيل­ها استفاده كنيم.

به­عبارت ديگر لازم است مراكز پژوهشي و تحقيقاتي همواره لااقل يك نسل از صنعت جلوتر باشند. در اين صورت ضمن امكان هدايت بخش صنعت به سمت و سوي معين، پاسخ به مشكلات صنعت نيز همواره قابل پيش­بيني بوده و در اين مراكز در دسترس خواهد بود.

سراميكهاي پيزوالكتريك وكاربردهاي آن

پيزوالكتريك­ها گروهي از سراميك­هاي پيشرفته هستند كه كاربردهاي وسيعي در صنايع الكترونيك، صنايع مصرفي، پزشكي و صنايع نظامي دارند. كاربرد سنسورهاي پيزوالكتريكي در صنايع مختلف از جمله صنايع غذايي، دارويي، لوازم برقي و خودرو در حال پيشرفت است. در زير گزارشي از كاربرد، مقياس بازار و مسائل فني اين مواد نقل شده و سپس تحليلي راجع به وضعيت اين تكنولوژي در كشور ارائه شده است:

گزارش فني اقتصادي (مأخذ: خبرنامة انجمن سراميك ايران، شمارة 7 ، صفحات 12و13)

پيزوالكتريسيته توسط پيروژاك كوري در سال 1892 كشف گرديد و از واژه يوناني Piezin به معني "فشار" مشتق مي­شود. اعمال فشار به برخي كريستال­ها مانند كوارتز يا برخي سراميك­ها الكتريسيته توليد مي­­كند. فشار يا تنش مكانيكي وارد شده به برخي كريستال­ها باعث جابه­جايي دو قطبي­هاي ايجاد شده و پديد آمدن ميدان الكتريكي مي­شود. آرايش يون­هاي مثبت و منفي، تعيين­كننده ايجاد يا عدم ايجاد اثر پيزوالكتريسيته است. به همين دليل اثر پيزوالكتريسيته يا ايجاد جريان الكتريسيته القايي توسط وارد كردن فشار، در مواد كريستالي ا?نيزوتروپ رخ مي­دهد؛ يعني در آن دسته از كريستال­هايي كه مركز تقارن ندارند. زيرا در كريستال­هاي متقارن هيچ تركيبي از تنش­هاي يكنواخت نمي­تواند سبب جدا شدن بارهاي الكتريكي شود.

اگر يك ماده به عنوان مثال يك سراميك، پيزوالكتريك باشد، وقتي تحت تاثير فشار قرار مي­گيرد در سطح آن بار الكتريكي توليد مي­شود؛ يا وقتي در ميدان الكتريكي قرار مي­گيرد تغيير شكل مكانيكي مي­يابد. ميزان بار الكتريكي يا تغيير شكل مكانيكي به تركيب ماده بستگي دارد. در ساختمان اين سراميك­ها موادي نظير: اكسيد سرب، تيتانيا، زيركونيا و غيره وجود دارند كه بسته به نوع كاربرد اين مواد با نسبت­هاي مختلف با هم مخلوط مي­شوند. با تغيير تركيب و ابعاد قطعات مي­توان پيزوسراميك­ها را براي كاربردهاي مختلف طراحي كرد.

كاربردها

موادي كه فشار را به انرژي الكتريكي و انرژي الكتريكي را به انرژي حركتي تبديل مي­كنند در موارد مختلفي از جمله در مبدل­هاي پيزوالكتريك استفاده مي­شوند. حسگرهاي (Sensor) كوچك، كم خرج، حساس و كارآمد با رشد قابل توجهي امروزه در صنعت خودرو اهميت يافته­اند. مدل­هاي جديد خودرو بين 18 تا 30 سنسور دارند كه شامل سنسورهاي فشار براي كنترل ميزان فشار وارده به صندلي­ها، سنسورهاي دما براي كنترل ميزان گرما و شرايط جوي، سنسورهاي جريان براي ورودي هواي خودرو و سنسورهاي شتاب براي سيستم ضد قفل ترمزي(ABS) مي­باشند. در صنايع پيشرفته نيز به طور وسيعي از اين سنسورها استفاده مي­شود؛ مثلاً صنايع نفت، غذايي و آشاميدني و دارويي همگي از اين سنسورها براي كنترل سطح جريان سيال (flow and level monitoring) استفاده مي­كنند. سنسور­هاي جريان سيال و سطح و مبد­ل­هاي دوپلر، تخليه اتوماتيك مخازن نفت و خطوط لوله را كنترل مي­كنند.

صنايع ديگر از سنسورها براي تست­هاي غير مخرب استفاده مي­كنند؛ مانند تست­هاي غير مخرب تير­هاي فولادي، خطوط راه­آهن و بدنه هواپيما. در بخش مراقبت­هاي پزشكي نيز از پيزوسراميك­ها در مبدل تصويرگرهاي تشخيصي و مونيتور­هاي fetal heart استفاده مي­شود كه هزينه پايين و ايمني بالا نشان كارايي اين فراورده است. كاربرد­هاي ديگر، شامل تفنگ­هاي ليزري براي درمان آب مرواريد چشم، چاقوهاي كوچك جراحي و كالبدشكافي، مته­ها و پاك­كننده‌هاي دنداني، پمپ­هاي IV و پمپ­هاي قلب مي­شود. مبدل­هاي كوچك كه در مجاري خون جهت ثبت تغييرات متناوب ضربان قلب بيمار قرار داده مي­شوند نيز از سنسور­هاي پيزوالكتريك ساخته مي­شوند.

توليدكنندگان فراورده­هاي مصرفي نيز از استفاده كنندگان سنسورها هستند. در ماشين­هاي لباسشويي از سه سنسور براي كنترل ميزان بار و ميزان سطح آب و كنترل چرخش استفاده مي­شود. سنسور­هاي پيروالكتريكي (توليد بار الكتريكي در سطح يك بلور در اثر گرما را پيروالكتريسيته گويند كه تمامي مواد پيروالكتريك، پيزوالكتريك نيز هستند) در فرهاي مايكروويو شرايط غذا را كنترل مي­كنند و در يخچال­ها از سنسورهاي برفك استفاده مي­شود. به علاوه از آنها در ترانسفورماتورهاي اولتراسونيك در مرطوب كننده­ها، اتمايزرها، فندك­هاي اجاق گاز، زنگ خطر آژيرهاي خطر، دستگاه ناقل صدا در گيتارهاي اكوستيك و ضبط صوت­هاي داراي ديسك فشرده نيز استفاده مي­شود.

يك استفاده مهم سراميك پيزوالكتريك در ايجاد و دريافت كردن امواج صوتي است. گستره كاربرد اين مواد از ابزارها و تجهيزات اولتراسونيكي براي عمق­يابي در دريا و پيدا كردن محل تجمع ماهي­ها تا تجهيزات ردياب زيردريايي­ها مي­باشد. مثلاً دردماغه زيردريايي(Trident) از 5 تن مواد پيزوسراميك كه همگي به صورت ديسك­هايي با قطر 4 اينچ و ضخامت 0.25 اينچ هستند استفاده شده است كه اين تكنولوژي، زيردريايي را به حركت سريع، آرام و بي صدا در ميان آب قادر مي­سازد. كاربردهاي ديگر اثر پيزوالكترسيته در برشكاري و جوشكاري و عيب­يابي در داخل قطعات فلزي صنعتي است. جديدترين كاربردهاي اين مواد در پرينترهاي ink-jet است. از مواد فعال­كننده نويز تا ايستگاه­هاي فضايي (مثلRaytheon)، پيزوسراميك­ها اجزا كليدي مورد نياز براي ساخت قطعات پيشرفته و سيستم­هاي كارآمد را تشكيل خواهند داد.

فرايند توليد

فرايند ساخت پيزوسراميك­ها شامل 16 مرحله است كه با وزن كردن، مخلوط كردن و آسياب كردن موادي مانند زيركونيا، اكسيد سرب، تيتانيا، نيوبيا و اكسيد استرانسيم و غيره شروع مي­شوند. سپس مواد مخلوط شده كلسينه شده و واكنش انجام مي­دهند تا تركيب تيتانات-زيركونات سرب تشكيل شود. تركيب تيتانات-زيركونات سرب تشكيل شده كه داراي مقداري رطوبت است به اندازه ذرات خيلي ريز آسياب مي­شود. سپس چسب­ها و روانسازها افزوده مي­شوند و ماده به دست­آمده در اسپري­دراير خشك مي­شود تا يك پودر آماده براي تراكم حاصل شود.

بعد از آماده سازي مواد اوليه، فرايندي كه براي شكل دادن سراميك به كار گرفته مي­شود، استفاده از پرس خشك يا ايزواستاتيك با فشار اعمالي بين 6 تا 100 تن است. اجزا شكل داده شده در دماي 1300 درجه فارنهايت در شرايط كنترل­شده اتمسفري پخت بيسكويت مي­شوند تا چسب­ها و روان­كننده­هاي لازم براي عمل شكل­دهي در اين مرحله سوخته و خارج شود. قطعات بيسكويت در بوته­هاي مخصوص "آلومينا بالا" قرار داده شده و براي پخت در دماي بالا در داخل كوره قرار داده مي­شوند. كوره الكتريكي تا حدود دماي 2300 درجه فانهايت گرم مي­شود و به مدت سه ساعت در اين دما نگه داشته مي­شود (قطعات سراميكي براي كنترل تبخير احتمالي اكسيد سرب در خلال فرايند پخت در دماي بالا در بوته­هاي آلومينا بالا قرار داده مي­شوند).

سپس سراميك پخته­شده با دقت زيادي به اندازه­هاي معين ماشين­كاري مي­شود. بعد از مرحله اندازه­بندي، قطعات سراميك متاليزه مي­شود؛ يعني يك پوشش فلزي روي سطح آنها نشانده مي­شود. اين كار به كمك تكنيك "silk screening" انجام مي­شود و از الكترودهاي نقره، طلا، نيكل يا پلاتينيوم-پالاديوم استفاده مي­شود. الكترودهاي متاليزه شده روي يك شبكه توري شكل كه از سيم­هاي فلزي نسوز تشكيل شده است قرار گرفته و به داخل كوره حمل مي­شوند و در دمايي در حدود 700 درجه سانتي­گراد پخته مي­­شوند.

بعد از اين مرحله، نوبت به عمل قطبي­كردن قطعه­هاي سراميكي مي­رسد. در عمل قطبي­كردن ولتاژ جريان مستقيم(DC) به سراميكي كه در يك روغن دي­الكتريك گرم­شده و مقاوم قرار دارد، اعمال مي­شود تا دوقطبي­هاي آن در يك سمت جهت­گيري كنند. قطعات سراميكي قطبي­شده اكنون پيزوالكتريك هستند. بعد از قطبي كردن، نوبت به كنترل كيفي خواص مي­رسد. قطعات جهت تضمين و تامين كردن خواص الكتريكي متناسب با نوع كاربردشان، آزمايش و بررسي مي­شوند. قطعات آزموده شده آماده بسته­بندي و ارسال و استفاده هستند.

مقياس بازار

به­علت كاربردهاي وسيع پيزوسراميك­ها ميزان عرضه آنها بسيار وسيع است. از نظر جهاني بازار اين مواد تقريباً 11 ميليارد دلار است و در ايالات متحده در حدود 1.5 ميليارد دلار تخمين زده مي­شود. كارشناسان صنعت پيش­بيني مي­كنند كه بازار اين مواد از رشدي به ميزان 20 تا 25 درصد در سه تا پنج سال آينده برخوردار خواهد بود. به­عنوان مثال تا پنج سال پيش صنعت خودرو مصرف‌كننده عمده­اي براي پيزوسراميك نبود اما امروز در خودروهاي جديد بالغ بر 30 قطعه پيزوسراميكي استفاده مي­شود.

تحليل:

اگر قبول كنيم توليد محصولات سراميك­هاي پيشرفته امري ضروري است (رجوع شود به سخنان دكتر مارقوسيان)، طبيعتاً بايد با راهكارهاي مشخص و با تعيين اولويت­ها پا به عرصة اين تكنولوژي گذاشت. با توجه به اينكه سراميك­هاي پيشرفته شامل چند شاخه است، ابتدا بايد وارد شاخه­هايي شد كه علاوه بر قابل دستيابي بودن دانش فني و سهولت در انتقال تكنولوژي از بازار بزرگي در آينده برخوردار باشند.

پيزوالكتريك­ها همچنان كه در متن آمده است حدود 17 درصد بازار سراميك­هاي پيشرفته را به خود اختصاص داده­اند ضمن اينكه داراي رشد بازار بسيار خوبي نيز مي­باشند. در حال حاضر به صورت محدود در صنايع الكترونيك شيراز اين محصول توليد مي­شود كه نشان دهندة وجود دانش فني و فناوري توليد هر چند به صورت محدود در كشور است. بنابراين با توجه به زمينه­هاي موجود و بازار رو به رشد اين تكنولوژي، پرداختن به آن در كشور داراي اولويت به نظر مي­رسد.

چالش هاي صنعت ديرگداز در پاسخ به نيازهاي صنعت فولاد و راه كارهاي تكنيكي حل آنها

صنعت ديرگداز يك ركن صنايع فلزي است؛ اين صنعت موظف است با ارتقاي كيفيت محصولات خود، توليدكنندگان فلزات آهني و غيرآهني را در افزايش كيفيت و توليد محصولات جديد ياري نمايد. افزايش كيفيت محصولات ديرگداز، كاهش مصرف آنها را در پي دارد كه چالش مهم توليدكنندگان ديرگداز خواهد بود. متن زير برگرفته از يكي از مقالات ارايه ­ شده توسط پروفسور ريگاد ( Prof. Riguad­ ) از كانادا در همايش بين­المللي مواد ديرگداز تهران است كه به اين موضوع مي­پردازد:

همانطور كه در گزارش تحولات صنعت فولاد ذكر شد، رشد صنعت فولاد همراه با پراكنده‌شدن واحدهاي توليدكنندة فولاد در مناطق مختلف دنيا بوده است. برزيل، چين، روسيه و هند كشورهايي هستند كه واحدهاي جديد توليدكننده فولاد در آنها در حال ايجاد است و نياز صنعت فولاد به مواد ديرگداز، احداث واحدهاي جديد ديرگداز را در اين كشورها در پي خواهد داشت. تعدد واحدهاي توليدكنندة ديرگداز، شركت‌هاي بزرگ توليدكننده مواد ديرگداز را با هدف افزايش سودآوري و مبارزه با چالش‌ها، به سمت تشكيل شركت‌هاي چند­مليتي سوق داده و خواهد داد.

تشكيل شركت‌هاي چند­مليتي همراه با تغيير و تحولات مختلفي خواهد بود. شركت‌هاي چند­مليتي با چالش‌هايي چون نحوة يكپارچه‌كردن تهية مواد اوليه، تسهيلات توليد، بهره‌گيري از نيروهاي كاري و توليد محصولات قبلي و جديد مواجه هستند. بي‌شك اين تغيير و تحولات قدرت اجرايي شركت‌ها را محدود كرده و سرعت رشد دانش‌ فني آنها را مي‌كاهد. از ديگر سو تغييرات ذكر شده به پشتوانة مالي قدرتمندي نياز دارد. تشكيل شركت‌هاي چند­مليتي نيازمند تحليل صحيح از موقعيت منطقه‌اي و جهاني بازار مواد ديرگداز دارد.

صنايع ديرگداز همواره بايستي همگام با توليد محصولات جديد فولادي، محصولات ديرگداز جديد ارايه دهند. برخي از اين نيازها عبارتند از:

• اراية ديرگدازهايي كه در برابر مذاب فولاد مقاومت بالايي داشته باشند و كم­ترين مقدار كربن از ديرگداز وارد فولاد شود.

• اراية ديرگدازهايي براي توليد فولاد عاري از نيتروژن و هيدروژن كه با روش گاززدايي در خلاء توليد مي‌شود.

• اراية ديرگدازهايي با مقاومت بيشتر نسبت به ضربه، ورقه ورقه‌شدن، خوردگي و نفوذ، براي توليد فولاد به روش احياي مستفيم و يا روش شارژ داغ آهن قراضه.

• درك صحيح نيازهاي مصرف‌كنندگان براي اراية خدمات جديد و همچنين تجديد نظر در قيمت خريد مواد اوليه، حمل و نقل، مصرف انرژي و غيره براي توليد محصولات ديرگداز ارزان‌تر و بادوام‌تر.

يكي از مشكلات صنايع ديرگداز استفاده از استانداردهاي ابعادي قديمي در توليد محصولات جديد است كه كاربري مصرف‌كنندگان را محدود مي‌كند؛ لذا لازم است تا در توليد محصولات جديد خارج از محدوديت‌هاي موجود عمل شود.

در توسعه ديرگدازهاي شكل­دار و بي‌شكل بايستي مطالب فوق‌الذكر لحاظ شود و از طرف ديگر مصرف‌كنندگان (فولاد­سازان) بايستي نسبت به بررسي استراتژي­هاي مختلف استفاده از مواد ديرگداز آگاه شوند؛ در استراتژي­هاي توليد فولاد، هزينه و زمان نصب، قابليت اعتماد، سهولت و هزينة تعمير و ساير عوامل درگير كاربرد مواد ديرگداز بايستي پيش از هر موردي بررسي شود.

ظروف اوپال، رقيب جدي محصولات صنايع چيني

آمار واردات ظروف اوپال به كشور در سال 1379، نشان مي دهد كه صنعت شيشه تا چه حد مي‌تواند سودآور باشد؛ حدود 23 هزار تن ظروف اوپال به ارزش 100 ميليون دلار سهم واردات ايران در سال 1379 بوده است كه به نظر مي‌رسد با توجه به استقبال مصرف كنندگان، در آينده اين رقم افزايش يابد.اين مطلب توسط مهندس سيد حسين ميرحسيني، مدير مركز تحقيقات سراميك يزد ، به شبكه ايتان ارسال گرديده است:

شيشه‌هاي اوپال دسته‌اي از شيشه سراميك‌ها هستند كه به دليل سبكي، ظرافت و زيبايي، عليرغم قيمت بالاي آنها، مورد پسند خريداران قرار گرفته و جايگزين جديدي براي ظروف چيني به شمار مي روند.
از اين شيشه‌ها در تهية لامپ‌هاي روشنايي و سيستم هاي تأمين روشنايي سالن‌هاي بزرگ، ظروف تزييني، ظروف پخت و پز، ظروف نگهداري لوازم آرايشي و ادكلن، جواهرات مصنوعي، ظروف اجاق‌هاي فر، شيشه ماشين لباس‌شويي و غيره استفاده مي‌شود.
از عمده‌ترين توليدكنندگان اين محصولات مي توان به شركت‌هاي جنرال ماشين (General Machine) ، دورانداركوپال (Durandarcopal) (فرانسه)، ريوانل گلاس ( Rivanel Glass) (فرانسه)، كورنينگ گلاس ((Corning Glass (آمريكا) و سيسه وكام (Sise Ve Cam) (تركيه) اشاره نمود.

انواع شيشه هاي اوپال
از لحاظ ضريب انبساط حرارتي، شيشه هاي اوپال به دو گروه شوك‌پذير و معمولي تقسيم‌بندي مي‌شوند. از نظر تجاري نيز انواع شيشه‌هاي اوپال عبارتند از: فلوريني معمولي، فلوريني شوك‌پذير،‌ آپاتيتي، فلوروفسفاتي، بوروسيليكاتي و غيره.

مزاياي توليد شيشه هاي اوپال

بنابردلايل: سرعت توليد بالا و عدم نياز به مواردي همچون تهية دوغاب، انرژي حرارتي زياد در خشك كردن و پختن، دكور، لعاب و غيره، فرآيند ساخت اوپال ها راحت تر از قطعات چيني است؛ بنابراين امروزه محصولات اوپال در اكثر كشورهاي اروپايي جايگزين ظروف چيني شده است. حتي برخي پيش بيني مي كنند طي چند دهه آينده اوپال ها جايگزين صنعت چيني مي‌شوند. طبق اطلاعات مربوط به سال 2000 ميلادي، ميزان توليد جهاني اين محصولات بيش از 100 ميليون تن در سال بوده است.

تحليل: لزوم توجه به توليد شيشه هاي اوپال در كشور

در صورت توليد اين نوع محصولات در ايران، به نظر مي‌رسد كه كشورهاي حوزة خليج فارس، پاكستان، عراق، لبنان، ليبي، سودان و غيره، مي‌توانند بازارهاي صادراتي مناسبي براي ايران باشند. ايران از لحاظ ذخاير گاز در رتبة دوم و از نظر ذخاير نفت در رده پنجم جهاني قرار دارد و از لحاظ مواد اوليه معدني صنايع سراميك، و بويژه صنعت شيشه نيز بسيار غني است. همچنين با توجه به زمينة فرهنگي ساخت مصنوعات شيشه‌اي در ايران (به علت سابقة تاريخي) وجود كارشناسان و متخصصان در حال كار و تجربة صنعتي نسبتاً مفيد، ايران از جمله كشورهايي است كه استعداد ورود به عرصة فناوري و توليد انواع ظروف اوپال را دارد.

اما عليرغم اين مسائل، مديران و صاحبان صنايع كشور هنوز هيچ گام مثبتي در اين راستا برنداشته‌اند. با ورود به تكنولوژي ساخت شيشه‌هاي اوپال و انجام پروژه‌هاي تحقيقاتي كاربردي به منظور كسب دانش فني ساخت آنها، ايران حتي قادر به رقابت با كشورهاي اروپايي خواهد بود. ضمن اينكه با احداث واحد صنعتي با ظرفيت توليد 10 هزار تن در سال، براي بيش از 100 نفر با تخصص‌هاي مختلف مي‌توان اشتغال‌زايي كرد.

گزارشي از وضعيت مواد پيشرفته در ژاپن و پيشنهاداتي براي ايران

در مطلب زير، ابتدا گزارشي از سايت www.fas.org در مورد وضعيت مواد پيشرفته در ژاپن بيان شده است و در آخر تحليلي در اين مورد ارايه گرديده است

گزارش:(ماخذ: www.fas.org/man/crs/92-90-140.htm)

مواد پيشرفته مانند سراميك­هاي پيشرفته و كامپوزيت­ها كه متضمن روش­هاي جديد توليد نيز هستند، مزاياي زيادي در مقايسه با مواد سنتي دارند. ژاپن توجه زيادي به مواد پيشرفته دارد؛ اين مساله به راهبرد ژاپن براي توجه به تكنولوژي‌هاي توان‌آور برمي‌گردد؛ ژاپن اين راهبرد را در جهت جبران محدود بودن منابع طبيعي و استفاده از تكنولوژي­هاي جديد در جهت بهبود كاربردهاي مواد اتخاذ كرده است.

اكثر فعاليت­هاي تحقيق و توسعه و اختراعات در زمينه مواد پيشرفته در ژاپن به وسيله بخش خصوصي انجام مي‌شود. شركت­هاي ژاپني سرمايه‌گذاري سنگيني در مواد پيشرفته نموده‌اند و تاكيد زيادي بر توسعه صنعت و فرايندهاي توليد در اين زمينه دارند. اين فعاليت­ها براي دستيابي به بازار آينده است كه پيش‌بيني مي‌شود خيلي بزرگ باشد. براي مثال ژاپني‌ها بازار سراميك­هاي الكترونيكي مورد استفاده در تراشه­هاي نيمه‌هادي و ديگر محصولات ميكروالكترونيك را به تسخير خود درآورده­اند و آنرا رهبري مي‌كنند.

بنگاه­هاي ژاپني به طور جدي كار بر روي مواد سراميكي سازه‌اي را آغاز كردند. با وجود اينكه اين مواد هنوز بازار بزرگي در جهان ندارند، ولي ژاپني‌ها توسعه تجاري چاقوهاي سراميكي و قيچي‌ها را در حوزه سراميك­هاي سازه­اي مورد توجه قرارداده‌اند. اين موضوع باعث آماده­شدن توليدكنندگان از طريق تجربه فرايندهاي مختلف مي‌شود كه ممكن است از اين تجربيات روزي در كاربردهاي ديگري مانند ساخت قطعات موتور استفاده شود.

بر طبق گزارش وزارت­خانة صنعت و تجارت بين‌المللي ژاپن (MITI)، بازار مواد پيشرفته در ژاپن رشد ساليانة 10 درصد در دهة 1990 داشته است و بازار اين مواد در سال 2000، حدود90 ميليارد دلار بوده است.

بخش خصوصي اخيراً به طور جدي سرمايه‌گذاري در تحقيق و توسعه بر روي ابرهادي‌هاي دماي بالاي سراميكي را نيز مورد توجه قرار داده است. بر طبق گزارش بنياد ملي علوم، صنعت ژاپن 70 درصد از همكاري‌هاي بين‌المللي خود در زمينة مواد پيشرفته را بر روي تحقيق و توسعه در ابرهادي‌ها متمركز كرده است. بديهي است كه هيچ تضميني براي تجاري شدن ابرهادي‌ها، سراميك­هاي ساختاري و ديگر تكنولوژي‌هاي نو در مواد پيشرفته وجود ندارد. هرچند شركت­هاي ژاپني مايل هستند كه خطر تامين منابع مالي را براي مدت طولاني براي پيشرفت در اين زمينه تقبل كنند، ولي دولت نيز در اين زمينه فعال است و در كنار صنعت، كار بر روي مواد پيشرفته را مورد توجه قرار داده­ است. البته هر يك داراي نقش متفاوتي هستند.

بر طبق گزارش جديدي كه از آكادمي‌ ملي علوم (NAS)، منتشر شده است، دولت نقش مهمي در تصميم‌گيري براي نحوه كار بر روي مواد پيشرفته دارد. بر طبق گزارش NAS دولت بايد نقش تسريع‌كننده را بر عهده داشته باشد و رهبري سرمايه‌گذاري و انجام R&D در مواد پيشرفته بر عهده صنعت باشد.

بر طبق گزارشي كه به وسيله سفارت آمريكا در توكيو تهيه شده است، وزرات­خانة صنعت و تجارت بين‌المللي (MITI)، آژانس علوم و تكنولوژي (STA)، وزارت آموزش و ديگر نهادهاي دولتي ژاپن تنها در سال 1991، حدود 300 ميليون دلار بر روي مواد پيشرفته در ژاپن هزينه نموده‌اند. اين گزارش نتيجه گرفته است كه دولت ژاپن فعالانه در حال اداره كردن و تامين مالي تحقيقات در همة حوزه­هاي تكنولوژي مواد است. آزمايشگاه‌هاي دولتي ژاپن همگام با صنايع ژاپن در حال كار كردن بر روي مواد پيشرفته هستند و نتايج اين تحقيقات به وسيله صنعت ژاپن براي بهبود محصولات و توليد محصولات جديد مورد استفاده قرار مي­گيرد.

تحليل:
آنچه از گزارش فوق برمي­آيد برنامه و وضعيت ژاپن در مواد پيشرفته است. چنانچه در متن نيز آمده است، علت توجه ژاپن به تكنولوژي مواد پيشرفته، محدود بودن منابع طبيعي و تاثير زياد اين تكنولوژي‌بر ساير تكنولوژي­ها است. اين دلايل با توجه به خصوصيات مواد پيشرفته معقول بنظر مي­رسد؛ زيرا مواد پيشرفته بيش از آنكه به مواد اوليه براي توليد متكي باشند به دانش فني مورد استفاده براي توليد وابسته مي­باشند و نقش مواد اوليه در قيمت نهايي اين مواد كم است. همچنين با ايجاد يك مادة جديد با خواص مطلوب، انقلابي در ساير تكنولوژي­ها رخ مي­دهد. بنابراين اين استراتژي براي كشور ژاپن مناسب به نظر مي‌رسد.

شايد با توجه به تفاوت­هايي كه بين كشور ما و ژاپن وجود دارد، تصور شود كه پيچيدن نسخه‌اي مشابه نسخة فوق براي ايران، كار نامعقولي است. اما در اين زمينه بايستي به نكتة زير توجه نمود:

از ميان دو دليل اصلي ذكر شده براي توجه ژاپن به مواد پيشرفته، يعني "محدود بودن منابع طبيعي" و تاثير زياد بر ساير تكنولوژي‌ها، دليل اول در كشور ما تحقق ندارد و دليل دوم ربطي به كشور خاص ندارد. البته در كشور ما نيز در برخي بخش‌ها (مثلاً چوب) محدوديت شديد مواد طبيعي وجود دارد و بايد به فكر جايگزيني چوب با مواد ديگر مانند كامپوزيت­ها بود. اما نكتة مهم آن است كه محدود نبودن منابع طبيع كشور ما، نبايد منجر به عدم توجه به مواد پيشرفته شود، بلكه از جهاتي، توجه خاص به اين مواد، البته با استراتژي متفاوتي نسبت به ژاپن، بايستي در دستور كار قرار گيرد. مثلاً به دليلي دسترسي زياد به مواد طبيعي (مانند سنگ آهن، گاز و غيره)، دركشور ما توليد انبوه مواد پايه مورد توجه قرار گرفته است و همين امر مي‌تواند مزيت بيشتري براي راه‌اندازي واحدهاي تكميلي توليد مواد پيشرفته در كنار توليد مواد پايه ايجاد نمايد.

در ژاپن به علت قدرت بالاي بخش خصوصي، توان تحقيق و توسعه در اين بخش وجود دارد و مي‌تواند به راحتي در اين زمينه سرمايه‌گذاري نمايد. اما در كشور ما تحقيق و توسعة در بخش خصوصي و دولتي اگر چه دنبال شده است ولي نتيجه مورد انتظار از اين فعاليتها كسب نگرديده است. به نظر مي رسد بايد در ساختار واحدهاي تحقيق و توسعه تجديد نظر نمود و با مكانيزم هاي جديدي كه ايجاد مي­شود بتوان اين فعاليتها را جهت دار كرد و حمايت نمود. البته توجه به اين نكته ضروري است كه در نهايت بخش خصوصي بايد نقش تعيين كننده در اين فعاليتها داشته باشد. تا بتوان به نتيجه مطلوب در اين زمينه دست يافت. چنانچه در گزارش نيز آمده است، دولت ژاپن حتي تحقيقات را رهبري و نظارت هم نمي­كند و صرفاً براي خود يك نقش تسريع‌كننده قايل است. بايد توجه داشت، برداشتن موانع از سر راه بخش خصوصي، تسهيل روند تحقيقات و ايجاد اطمينان براي بخش خصوصي در مورد بازار، محرك بزرگي براي حركت اين بخش در زمينة تحقيقات است و اين مي­تواند مهمترين نقش دولت در اين زمينه باشد

فناوری نانو و خودرو های امروز

در سال های اخیر گزارش هایی به گوش می رسد که نانوفناوری در حال دگرگون کردن دانش بشر است. هزینه های پژوهش و توسعه، به سوی توسعه ی نانوفناوری سرازیر شده اند. پتانسیل گسترده این شاخه از دانش، خودروسازان بزرگ دنیا را به سمت آغاز برنامه های پژوهش و توسعه در زمینه فناوری نانو سوق داده که این فعالیت ها اغلب با همکاری دانشگاه ها و صنایع دیگر همراه است.

اکنون به معرفی کوتاهی از نمونه های کاربرد فناوری نانو در صنعت خودرو می پردازیم:

 

• نانوکامپوزیت ها

مواد کامپوزیتی مواد مهندسی ای هستند که از دو یا چند جزء تشکیل شده اند به گونه ای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند. کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس(زمینه) و تقویت کننده(پرکننده) تشکیل شده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می گردد.

یکی از گسترده ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودرو تا کنون ساخت نانو کامپوزیت ها بوده است. از آنجا که در نانوکامپوزیت ها، ذرات بسیار ریز (نانوذرات)، استحکام و دوام رزین را بسیار بالا می برند، جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و تالک شده اند. اما علاوه بر ویژگی های فیزیکی بهتر، این کامپوزیت ها دارای دو برتری دیگر نیز می باشند:

نخست اینکه نانوذرات با ایجاد ماتریکس (زمینه) یکنواخت و هموار به طور قابل توجهی زیبایی بیشتر را فراهم می کنند و بنابراین نانو کامپوزیت ها سطح زیبا تر و رنگ های شفاف تری دارند.

همچنین نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده ی کمتر، تا حدود بیست درصد نسبت به کامپوزیت های رایج سبک ترند.

• اثر نیلوفری و کاربرد آن در ساخت سطوح خود تمیز شونده

یکی از شناخته شده ترین مزیت های فناوری نانو اثر نیلوفری ست که سطوح خود تمیز شونده را امکان پذیر می سازد. به سبب ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر، قطرات آب و گرد غبار از روی گلبرگ ها می لغزند بی آنکه اثری روی آنها به جای گذارند.

بنابراین اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسیار صاف و صیقلی (در مقیاس نانو) باشند، ذرات آلودگی و همچنین آب روی آنها باقی نخواهد ماند.

رنگ ها و پوشش های سقف خودرو که این اصل طبیعی را به کار می برند امروزه در بازار موجود می باشند. ساختار نانویی این سطوح، از جمع شدن ذرات آلودگی و قطرات بسیار ریز آب نیز جلوگیری می کند. همچنین رینگ های خود تمیز شونده نیز با استفاده از این ویژگی در حال تولید هستند.

همچنین پوشش نانویی در حال تولید است که با اضافه کردن آن به سطح شیشه خودرو (برای مثال به روش اسپری کردن)،فرورفتگی های بسیار ریز سطح شیشه را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد می کند و در نتیجه قطرات ریز آب و گرد و غبار روی شیشه باقی نمی ماند و بنابراین موجب افزایش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاکن ها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه و همچنین بهبود دید در شب در نتیجه کاهش انعکاس مضر نور می شود.

• شیشه های نوین با توانایی بازتاب پرتو فروسرخ

نمونه ای دیگر از کاربرد های نانوفناوری در صنعت شیشه خودرو، شیشه هایی با قابلیت بازتاب پرتو فروسرخ نور خورشید می باشد. به این گونه که یک لایه بسیار نازک از نانوذرات بین دو لایه ی شیشه قرار گرفته اند که وظیفه آنها بازتاباندن پرتو فرو سرخ نور خورشید و در نتیجه جلوگیری از گرم شدن زیاد داخل خودرو می باشد.

• مبدل های کاتالیستی

همانطور که می دانید اگر احتراق به طور کامل و ایده آل رخ دهد خروجیهای حاصل از آن، آب، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) می باشد و اگر احتراق در شرایط ایده آل رخ ندهد مثلا برای احتراق هوای مناسب وجود نداشته و.... در اینصورت خروجیهای حاصل از احتراق، گازهای زیان آوری همچون مونو اکسید کربن (CO)، گروه گازهای (NOx) و هیدروکربنهای نسوخته (CH) می باشند. وظیفه مبدل کاتالیستی که در مسیر گازهای خروجی از موتور قرار می گیرد این است که گازهای فوق را به گازهای بی خطر تبدیل کند.

یکی از ویژگی های نانوذرات که در تولید مبدل های کاتالیستی استفاده شده چنین است: سطح تماس ذرات با کاهش اندازه آنها و افزایش تعدادشان (به طوری که جرم کلی مجموعه ثابت بماند) افزایش می یابد. یک دسته از واکنش های شیمیایی روی سطح کاتالیست ها رخ می دهند و بنابراین سطح تماس بیشتر، کاتالیست فعال تری را موجب می شود. از این رو به کارگیری نانوذرات در مبدل های کاتالیستی منجر به تولید مبدل های موثر تر خواهد شد.

 

منبع: nanoclub.ir

بيوفنآوري

بيوفنآوري در نيم قرن اخير به معاني متفاوتي به كار رفته است.  از سال 1980 به بعد با رشد فنآوري DNA با صفات ارثي جديد، فنآوري آنتي بادي منوكلونال و فنآوريهاي جديد جهت مطالعه و بررسي سلولها و بافتها  بيوفنآوري دستخوش تغييرات زيادي در محدوده وسيعي از كاربردهاي پزشكي، صنعتي و به معناي عموم دانش گرديده است.  اين علم در زمينه هايي مانند مهندسي سلول، ژن درماني، رهايش دارو، سنسورها و غيره مورد توجه قرار گرفته است.
بيوسراميكها
بيوسراميكها، موادي مركب از فلزات و غير فلزات است كه باپيوندهاي يوني يا كووالانسي با هم تركيب شده است.  اين مواد سخت، ترد با خواص كششي ضعيف اما استحكام فشاري عالي، مقاومت سايشي بالا و اصطكاك پايين براي كاربردهاي مفصلي است. بيوسراميكها هم به صورت منفرد وهم بهصورت كامپوزيتهاي بيوسرميك- پليمر در بين همه بيومواد مناسبترين گزينه براي جايگزيني بافتهاي سخت و نرم است.  در حال حاضر تمايل زيادي براي استفاده از اين مواد به عنوان ماده كاشتني و نيز بيوفنآوري پيدا شده است.  در اين مقاله سعي بر اين است تا به كاربردهايي چند از اين مواد به اختصار پرداخته شود.
كاربرد بيوسراميكها در بيوفنآوري
مهندسي سلول
يكي از زير شاخههاي بيوفنآوري مهندسي سلول است.  تعريف آكادميك اين واژه «كاربرد اصول و روشهاي مهندسي بيولوژي و مولكولي يا دخالت در عملكرد سلول به وسيله ديدگاه و روش مولكولي» است. ترديدي وجود ندارد كه مهندسي سلول علم مهندسي بافت را پايهريزي ميكند. تكثير سلول، چسبندگي و مهاجرت سلولها از نكات مورد توجه در اين علم است. يكي از فنآوريهاي كليدي در مهندسي بافت آماده سازي ماده داربست براي كشت سلول و تعمير بافت است . مطالعات نشان داده است كه بيوسراميكها مواد مناسبي براي اين كاربرد است. سراميكهاي زيست سازگار در محيط بيولوژيك دو رفتار از خود نشان ميدهد: گروهي مانند مگنزيا/زيركونيا با قرارگيري در محيط بيولوژيك با لايهاي از كلاژن پوشانده ميشوند كه اصطلاحا بيوخنثي  ناميده ميشود و گروهي مانند هيدروكسي آپاتيت زيست فعال  است.  زيست فعال بودن يك ماده توانايي آن ماده را براي اتصال به بافت زنده بدون ايجاد لايه كلاژني بيان ميكند.
ترد بودن سراميكها که از معایب آنها است سبب گرديده تا استفاده از این مواد به مواردي كه تحمل بارگذاري و خستگي وجود ندارد، محدود گردد. يكي از راههاي اصلاح اين عيب ساخت كامپوزيتهاي سراميك- پليمر است. براي مثال در تحقيقي از كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت-پلي آميد براي ساخت داربست استفاده گرديد و نشان داده شده كه هر چه مقدار سراميك در اين كامپوزيت بيشتر شود، بر استحكام آن افزوده ميگردد. از ديگر كامپوزيتهاي مورد استفاده كه در ساخت داربست براي استخوان كاربرد پيدا كرده است ميتوان از كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت – پلي لاكتيد گلايكوليك اسيد(PLGA/HA) نام برد.
با ايجاد كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت/فسفات شيشه  ميتوان خواص مكانيكي و تخريبپذيري هيدروكسي آپاتيت را افزايش داد. بيوكامپوزيت نيتريد سيليكون/شيشه زيستي هم براي كاربردهاي پزشكي استفاده گرديده است.
اكسيد تيتانيم از جمله بيوسراميكهايي است كه علاوه بر سلولها ي استئوبلاست، سلولهاي اپيتليال نيز بر روي آن رشد كرده و تكثير يافته است لذا اين ماده نيز ميتواند بيوماده خوبي براي كاربرد در مهندسي بافت باشد.

ميكروحاملها  در مهندسي بافت
سنتز بافت سه بعدي شبيه به استخوان براي كم نمودن محدوديت استفاده از پيوندهاي اتوگرافت و آلوگرافت توجه زيادي را به سمت خود جلب نموده است.  ناسا جهت ساخت بافت سه بعدي از بين روشهاي معمول با استفاده از لولههاي با ديوار چرخان (RWVs) كشت سلول را در بي وزني شبيهسازي نموده است نشان داده شده است كهRWVها دانسيته بالا و بزرگ كشتهاي سلولي دو بعدي را تحمل نموده و ملزومات كنترل شده اكسيژن را تهيه كرده و داري تلاطم وتنش سيالي پاييني است. به علاوه بهعلت قابليت ايجاد بيوزني توسط اين ابزار ميتوان از آنها در كشف اتفاقاتي كه در استخوانها طي سفرهاي فضايي رخ ميدهد، استفاده نمود. ازميكروحاملهاي متنوعي مانند پليمرها در كشت سه بعدي استخوان استفاده شده است. در يك بررسي از ذرات توخالي زيست فعال شيشه (72-58 درصد وزني SiO2 و 42- 28 درصد وزني Al2O3 )كه با كلسيم فسفات پوشش داده شده است به عنوان ميكرو حاملهاي سه بعدي كشت سلول استخوان در RWV استفاده گرديده است. بدين ترتيب تودههاي سه بعدي سلولها ي استخواني و لايههاي كلسيم فسفاتي مشاهده شد. اما رشد و پوشش سلولها روي ميكرو حاملهاي شيشهاي به واسطه  قيود فيزيكي محدود است. تحليلها نشان داده است كه هر گاه دانسيته ميكروحاملها در RWVها از مقدار آنها در محيط كشت بيشتر شود به بيرون مهاجرت ميرساند كه در نتيجه به ديواره خارجي لوله آسيب ميرساند. با افزايش اختلاف دانسيته  بين ميكروحامل و محيط كشت در سطح ميكروحامل تنشهاي برشي افزايش پيدا ميكند. از آنجايي كه تنشهاي برشي بر رشد، ايجاد توده و  متابوليسم سلول تاثير ميگذارد مطلوب است ميكروحاملهاي بيوسراميك دانسيتهای نزدیک به  دانسیته محيط كشت(1-8/0گرم بر سانتي متر مكعب) داشته باشد.

پوشش ايمپلنت ها
شيشه زيستي(Bioglass®) و هیدروکسی آپاتیت از بيوسراميكهايي است كه جهت ايجاد يك سطح بيوفعال  روي ايمپلنتها پوشش داده ميشود.
برای مثال هیدروکسی آپاتیت براي هدايت اتصال استخوان به سمت ايمپلنتهاي فلزي (مانند تيتانيم) درکاربردهاي ارتوپدي ودنداني بر روي آنها پوشش داده شده است و تكنيك پلاسما اسپري از جمله تكنيكهايي است كه اخيرا به اين منظور استفاده شده است. اما با توجه به بالا بودن درجه حرارت فرآيند ضخامت نسبي بالا(mµ30>) و چسبندگي ضعيف آن به زمينه  از اصلي ترين مشكلات اين روش است. براي از بين بردن اين مشكل ميتوان از روش سل ژل استفاده نمود.  «ميللا» و همكارانش نتايج تحقيقات خود را در مورد ساخت كامپوزيت اكسيد تيتانيم-هيدروكسي آپاتيت با روش سل ژل در مقالهاي ارائه كردهاند. آنها نشان دادهاند كه پوشش از فازهاي كريستالي تشكيل شده است و سطح مشترك آنها از نظر شيميايي تميزبوده وحاوي گروههاي هيدروكسيلي به صورت باندهاي Ti-OHاست. مورفولوژي سطح زبر و متخلخل و پيوند پوشش به زمينه داراي استحكام خوبي است (شكل 4) .

درمان پوكي استخوان
پوكي استخوان از جمله بيماريهايي است كه تلاش زيادي براي درمان آن صورت گرفته اما هنوز راه حل مناسبي براي آن پيدا نشده است. آمار نشان ميدهد كه مبتلايان اين بيماري در سال 2010 بالغ بر 52 ميليون نفر با سن بالاي پنجاه سال خواهند بود.  عوامل دارويي اخيرا به عنوان درمان آخر در نظر گرفته شده است.  اما در هر صورت استفاده از هر گونه عوامل دارويي براي تحريك استخوان سازي ميتواند خطراتي به دنبال داشته باشد. مثلا اين عوامل به علت ورود از طريق دهان، خون و غيره ميتوانند باعث ايجاد استخوان در محلي غیر از محل مورد نظر شود.  حتی در صورت رسیدن به مکان مورد نظر سريعا داخل استخوانهاي سطحي نفوذ ميكند و وارد عمق آن نميشود. ابزارهاي تثبيت ارتوپدي نیز براي التيام شكستگيهاي مربوط به پوكي استخوان كافي نيست زيرا علاوه بر عمر كوتاه 15-10 ساله، زبري سطحي اين ايمپلنتها نانومتري نيست تا سلولهاي استخوان با آن سازگار گردد.  در این میان كلسيم فسفاتها از جمله مواد مناسب براي دارورساني وافزايش جرم استخوان است.
بيومواد پايه كلسيم فسفاتي بيش از دو دهه است كه در پزشكي و دندانپزشكي مورد استفاده قرار ميگيرد. تشابه به بافت استخوان و قابليت هدايت رشد استخوان از مهمترين ويژگيهاي كلسيم فسفاتها به ويژه هيدروكسي آپاتيت (Ca 10 (PO4)6(OH)2) با ريزساختار نانو است.  این بيوسراميك هم به صورت طبيعي وجود دارد و هم به صورت مصنوعي ساخته ميشود. از كلسيم فسفاتهاي طبيعي كه در استخوانها، مرجانها موجود است در ساخت جايگزينهاي بافتهاي سخت و نرم استفاده ميشود.
تحقيقات نشان داده است كه نانوذرات كلسيم فسفاتي  ميتواند براي اتصال به نواحي پوكي استخوان  تنظيم شود زيرا تفاوت شيميايي كليدي بين استخوان سالم و پوك وجود دارد. پس ميتوان با استفاده از شيمي مكمل نانوذرات كلسيم فسفاتي را از نظر شيميايي كارآمد نمود.  مثلا ميتوان با پيوند آنتي باديها به مولكول اتصال عرضي برقرار كننده  پنتوسيدين  كه در نواحي پوك استخوان افزايش مييابد،نانوذرات ياد شده را به نواحي موردنظر هدايت نمود. پلي پپتيدهاي حاوي اسيد آمينههاي آرجنين-گلايسين-آسپارتيك(RGD) در يك بررسي  به عنوان عوامل بالا بردن كارآيي استفاده شده است. پروتئينهاي زمينه خارج سلولي ( ECM) (مثل فيبرونكتين، ويرونكتين و غيره)  نقش  كليدي در رفتار  چسبندگي سلولي دارد اين پروتئينها با داشتن توالي آمينواسيدي RGD به هنگام حركت بيان ژن را بوسيله سيگنالهاي ايجاد شده در اثر چسبندگي سلول تنظيم مينمايد هيدروكسي آپاتيت در پپتيد حاوي RGD چسبندگي سلول استئوبلاست را به ايمپلنت افزايش ميدهد.

نانولوله هاي كربني
كربن به عنوان يك بيوسراميك در بيوفنآوري كاربردهاي وسيعي يافته است. تحقيقات زيادي در يك دهه گذشته در مورد مكانيزم رشد و خواص فيزيكي وشيميايي نانولولههاي كربني(CNT ) انجام گرديده است. در حال حاضر نيز مطالعاتي در باره فعال سازي شيميايي CNTها  براي ساخت هيبريدهاي نانولوله كربن-مولكول جهت كاربرد در زمينههاي نانوالكترونيك، داربستهاي رشد سلول و بافت و بيوسنسورهاي با كارآيي بالا انجام گرفته است.
اين ابزار داراي ساختار كريستالي هگزاگونال است که با استفاده از تكنيكهاي متفاوتي مانند قوس الكتريك، كندگي ليزر و نشست بخار شيميايي (CVD) ساخته می شود.
نانولوله های کربنی در ساخت داربستهای مهندسی بافت نیز کاربرد پیدا نموده است. این نانولوله ها در مقایسه با پليمرهاي سنتزي زيست تخريب پذير مورد استفاده در مهندسي بافت در بعضی جهات ارجحتر است زيرا كه ازيكپارچگي ساختاري و پايداري مكانيكي بالا براي رشد بافت و تحمل نيروهاي in vivo برخوردار است.
تحقيقات ديگري حاكي از رشد سلولهاي عصبي بر اين نانولوله ها است. بر اساس اين مطالعات اين ابزار ميتواند به عنوان داربست بافت عصبي ايفاي نقش نمايد.
بيوسنسورها يكي ديگر از كاربردهاي بيولوژي و پزشكي نانولوله هاي كربني است.  CNTهاي كه با عوامل زيستي فرآوري شده اند قابليت آشكارسازي انتخابي سريع، حساس و بدون نشان عوامل بيولوژيك را دارد.

 
ابزار تشخيصي
از بيوفنآوري(در قیاس نانو) ميتوان در تشخيص نانومولكولي استفاده نمود.  يكي از روشهاي تشخيص نانومولكولي استفاده از نانوذراتي مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطيسي و نقاط كوانتم  است.  نقاط كوانتم بلورهايي از مواد نيمه هادي در مقياس نانو است كه هنگام تحريك بوسيله منبع نوري مانند ليزر ميدرخشد و نور از خود توليد مينمايد. سراميكهاي CdSe - CdS ، InP  و InAs از اين نوع است. از اين روش ميتوان براي شناسايي ويروسها و سلولهاي سرطاني استفاده نمود. يك چالش مهم در اين مورد اين مساله است كه سطح اين مواد روغني است اين در حالي است كه محيطهاي سلولي آبكي است بنابراين تلاشهايي جهت آبدوست نمودن آنها براي اتصال به مولكولهاي پروتئين و نوكلئيك اسيدها صورت گرفته است. اين مواد قادر است به طور اختصاصي به مواد بيولوژيك مانند سلولها، پروتئينها و نوكلئيك اسيدها بچسبد و آنها را نشاندار نمايد. اين مواد ميتواند نور را با هر طول موجي از خود عبور داده و طيف وسيعي از رنگها را ايجاد نمايد.  همچنين اين نيمه هاديها قادر است تحت پوششهاي آلي مانند زنجيرههاي كوتاه پپتيدي سلولها را به اشتباه انداخته وخود را پروتئين جا بزند يا حتي در صورت سمي بودن ماده غير آلي از عوارض آن جلوگيري نمايد. بدين ترتيب اين مواد در سلولها نفوذ ميكند و ميتواند به عنوان ابزار تشخيصي عمل كند.  نانوذرات مغناطيسي ابزار توانا و چند بعدي تشخيصي در پزشكي و بيولوژي است. آنها با اتصال به آنتي بادي مناسبي براي شناسايي مولكولها و ساختارهاي خاص ونيز ميكروارگانيسمها مورد استفاده قرار ميگيرد. هدفهاي مغناطيسي شده توسط مغناطيس سنجهاي حساس شناسايي ميگردد.  آنتي باديهاي علامتگذاري شده توسط نانومغناطيسها سيگنالهايي را ايجاد ميكند.  پس بدين ترتيب آنتي باديهاي متصل به سلولهاي هدف از بقيه آنتي باديها متمايز ميگردد. تلومرها ساختار پروتئين-اسيد نوكلئيك منحصربهفرد است كه تواليهاي بلند بدون كد TTAGGG در ساختمان آنها مشاهده ميشود اين ساختارها در مواردي مانند تومورهاي بدخيم مشاهده ميشود پس ميتوان با استفاده از تكنيك نانوذرات مغناطيسي بعضي از بيماريها مانند سرطان را پيش بيني نموده و تشخيص داد. سرامیک Fe3O4 يكي از مشهورترين نوع اين نانو ذرات مغناطيسي است كه با يك لايه پليمري كه آغشته به آنتي بادي، پوشش داده شده است.
مراجع:
1- L. Yarmuch , M,Toner,M. ,"Biotechnology",p:II-I sited by L. Yarmuch , M.  , and et al, Principles and applications in engineering series biotechnology for biomedical engineers ,ISBN 0-8493-1811-4 , 2003.
2- Ben-Nissan,B. ," Natural bioceramics: from coral to bone and beyond", Current Opinion in Solid State and Materials Science 7 (2003) 283–288.
3- A Lauffenburger, D. ,"Cell Engineering", sited by Martin l. yarmush,biotechnology for biomedical engineers,USA,CRC press,2003.
4- Mastrogiacomo , M. , and et al," Role of scaffold internal structure on in vivo bone formation in macroporous calcium phosphate bioceramics", Biomaterials 27 (2006) 3230–3237. 
5- Jie,W. , Yubao , L.  ," Tissue engineering scaffold material of nano-apatite crystals and polyamide composite" , European Polymer Journal 40 (2004) 509–515.
6- Hao , L. , and et al," Enhancing osteoblast functions on a magnesia partially stabilized zirconia bioceramic by means of laser irradiation" , Materials Science and Engineering C 25 (2005) 496 – 502
7-Hao , L. , Lawrence, J. ," CO2 laser induced microstructure features in magnesia partially stablised zirconia bioceramic and effects thereof on the wettability characteristics", Materials Science and Engineering A364 (2004) 171–181.
8-http://WWW. spine-health. com/topicscd/osteoprosis/osteopr05. html.
9-Tancred, D. C.  , and et al, "A quantitative study of the sintering and mechanical propertiesof hydroxyapatite/phosphate glass composites" , Biomaterials 19 (1998) 1735Ð1743.
210- Sang-Soo Kim,S.  , and et al, " Poly(lactide-co-glycolide)/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering" , Biomaterials 27 (2006) 1399–1409
11- Krause , D. , and et al , "The electrophoretic deposition of Bioglass\ particles on stainless steel and Nitinol substrates", Surface & Coatings Technology 200 (2006) 4835 – 4845.
12- Amaral, M. , and et al, " Densification route and mechanical properties of Si3N4–bioglass biocomposites", Biomaterials 23 (2002) 857–862.
13- Zhou,W. ,and et al," The effect of surface roughness and wettability of nanostructured TiO2 film on TCA-8113 epithelial-like cells",Surface & Coatings Technology 200 (2006) 6155–6160.
14-Schwarz RP, and et al," Cell culture for three-dimensional modeling in rotating wall vessels: an application of simulated microgravity",J Tissue Cult Method 1992;14:51}8 sited by Qing-Qing Qiu, and et al," Fabrication, characterization and evaluation of bioceramic hollow microspheres used as microcarriers for 3-D bone tissue formation in rotating bioreactors", Biomaterials 20 (1999) 989}1001.
15- Qing-Qing Qiu, and et al," Fabrication, characterization and evaluation of bioceramic hollow microspheres used as microcarriers for 3-D bone tissue formation
in rotating bioreactors", Biomaterials 20 (1999) 989}1001.
16- Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
17- Lia, H.  , and et al, "Young’s modulus and fracture toughness determination of high velocity oxy-fuel-sprayed bioceramic coatings", Surface and Coatings Technology 155 (2002) 21–32.
18-Bra_ nemark PI.  Osseointegration and its experimental background.
J Prosthet Dent 1983;50:399}410 sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
19-McPherson R.  A review of microstructure and properties of
plasma sprayed ceramic coating.  Surface Coat Technol 1989;
39/40:173}81 sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
20-Holbter SF, Hench LL, Forbes Bowmann LS.  In: Vincenzini P, editor.  Ceramics in surgery.  Amsterdam: Elsevier, 1983.  p.  3.  sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
21- Haddow DB, James PF, van Noort R.  Characterization of sol}gel
surfaces for biomedical applications.  J Mater Sci Mater Med
1996;7:255}60.  .  sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
22-Balasundaram,G. ," Using hydroxyapatite nanoparticles and decreased crystallinity to promote osteoblast adhesion similar to functionalizing with RGD", Biomaterials 27 (2006) 2798–2805.
23-Bekrova,E. ,"Biofunctionalization of carbon nanotubes", P:65-41,Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.
24-Journet,C. ,Bernier,P. ,"Production of carbon nanotubes",App. Phys A1998 Sited by Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.
25-Hu,H. ,and et al,"Polyethleneimine functionalized single walled carbon nanotubes as substrates for neuronal growth",J. Phys. Chem. B. 2005, Sted by Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.  
26-L West, J. ," Applications of nanotechnology to biotechnology  Commentary ",Current Opinion in Biotechnology, Volume 11, Issue 2 (2000) 215-217 . 
27- K.  Jain, K. ," Nanotechnology in clinical laboratory diagnostics", Clinica Chimica Acta, Volume 358, Issues 1-2(2005) 37-54.  
28- Tartaj , P. , and et al,"Advances in magnetic nanoparticles for biotechnology applications", : Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volumes 290-291, Part 1(2005) 28-34 .  

كاربرد بيوسراميكها در بيوفنآوري

كاربرد بيوسراميكها در بيوفنآوري
ناهيد حسن زاده نعمتي
دانشجوي دكتري و هيات علمي گروه بيومواد دانشكده مهندسي پزشكي دانشگاه آزاد اسلامي(واحد علوم و تحقيقات)
بيوفنآوري
بيوفنآوري در نيم قرن اخير به معاني متفاوتي به كار رفته است.  از سال 1980 به بعد با رشد فنآوري DNA با صفات ارثي جديد، فنآوري آنتي بادي منوكلونال و فنآوريهاي جديد جهت مطالعه و بررسي سلولها و بافتها  بيوفنآوري دستخوش تغييرات زيادي در محدوده وسيعي از كاربردهاي پزشكي، صنعتي و به معناي عموم دانش گرديده است.  اين علم در زمينه هايي مانند مهندسي سلول، ژن درماني، رهايش دارو، سنسورها و غيره مورد توجه قرار گرفته است.
بيوسراميكها
بيوسراميكها، موادي مركب از فلزات و غير فلزات است كه باپيوندهاي يوني يا كووالانسي با هم تركيب شده است.  اين مواد سخت، ترد با خواص كششي ضعيف اما استحكام فشاري عالي، مقاومت سايشي بالا و اصطكاك پايين براي كاربردهاي مفصلي است. بيوسراميكها هم به صورت منفرد وهم بهصورت كامپوزيتهاي بيوسرميك- پليمر در بين همه بيومواد مناسبترين گزينه براي جايگزيني بافتهاي سخت و نرم است.  در حال حاضر تمايل زيادي براي استفاده از اين مواد به عنوان ماده كاشتني و نيز بيوفنآوري پيدا شده است.  در اين مقاله سعي بر اين است تا به كاربردهايي چند از اين مواد به اختصار پرداخته شود.
كاربرد بيوسراميكها در بيوفنآوري
مهندسي سلول
يكي از زير شاخههاي بيوفنآوري مهندسي سلول است.  تعريف آكادميك اين واژه «كاربرد اصول و روشهاي مهندسي بيولوژي و مولكولي يا دخالت در عملكرد سلول به وسيله ديدگاه و روش مولكولي» است. ترديدي وجود ندارد كه مهندسي سلول علم مهندسي بافت را پايهريزي ميكند. تكثير سلول، چسبندگي و مهاجرت سلولها از نكات مورد توجه در اين علم است. يكي از فنآوريهاي كليدي در مهندسي بافت آماده سازي ماده داربست براي كشت سلول و تعمير بافت است . مطالعات نشان داده است كه بيوسراميكها مواد مناسبي براي اين كاربرد است. سراميكهاي زيست سازگار در محيط بيولوژيك دو رفتار از خود نشان ميدهد: گروهي مانند مگنزيا/زيركونيا با قرارگيري در محيط بيولوژيك با لايهاي از كلاژن پوشانده ميشوند كه اصطلاحا بيوخنثي  ناميده ميشود و گروهي مانند هيدروكسي آپاتيت زيست فعال  است.  زيست فعال بودن يك ماده توانايي آن ماده را براي اتصال به بافت زنده بدون ايجاد لايه كلاژني بيان ميكند.
ترد بودن سراميكها که از معایب آنها است سبب گرديده تا استفاده از این مواد به مواردي كه تحمل بارگذاري و خستگي وجود ندارد، محدود گردد. يكي از راههاي اصلاح اين عيب ساخت كامپوزيتهاي سراميك- پليمر است. براي مثال در تحقيقي از كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت-پلي آميد براي ساخت داربست استفاده گرديد و نشان داده شده كه هر چه مقدار سراميك در اين كامپوزيت بيشتر شود، بر استحكام آن افزوده ميگردد. از ديگر كامپوزيتهاي مورد استفاده كه در ساخت داربست براي استخوان كاربرد پيدا كرده است ميتوان از كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت – پلي لاكتيد گلايكوليك اسيد(PLGA/HA) نام برد.
با ايجاد كامپوزيت هيدروكسي آپاتيت/فسفات شيشه  ميتوان خواص مكانيكي و تخريبپذيري هيدروكسي آپاتيت را افزايش داد. بيوكامپوزيت نيتريد سيليكون/شيشه زيستي هم براي كاربردهاي پزشكي استفاده گرديده است.
اكسيد تيتانيم از جمله بيوسراميكهايي است كه علاوه بر سلولها ي استئوبلاست، سلولهاي اپيتليال نيز بر روي آن رشد كرده و تكثير يافته است لذا اين ماده نيز ميتواند بيوماده خوبي براي كاربرد در مهندسي بافت باشد.

ميكروحاملها  در مهندسي بافت
سنتز بافت سه بعدي شبيه به استخوان براي كم نمودن محدوديت استفاده از پيوندهاي اتوگرافت و آلوگرافت توجه زيادي را به سمت خود جلب نموده است.  ناسا جهت ساخت بافت سه بعدي از بين روشهاي معمول با استفاده از لولههاي با ديوار چرخان (RWVs) كشت سلول را در بي وزني شبيهسازي نموده است نشان داده شده است كهRWVها دانسيته بالا و بزرگ كشتهاي سلولي دو بعدي را تحمل نموده و ملزومات كنترل شده اكسيژن را تهيه كرده و داري تلاطم وتنش سيالي پاييني است. به علاوه بهعلت قابليت ايجاد بيوزني توسط اين ابزار ميتوان از آنها در كشف اتفاقاتي كه در استخوانها طي سفرهاي فضايي رخ ميدهد، استفاده نمود. ازميكروحاملهاي متنوعي مانند پليمرها در كشت سه بعدي استخوان استفاده شده است. در يك بررسي از ذرات توخالي زيست فعال شيشه (72-58 درصد وزني SiO2 و 42- 28 درصد وزني Al2O3 )كه با كلسيم فسفات پوشش داده شده است به عنوان ميكرو حاملهاي سه بعدي كشت سلول استخوان در RWV استفاده گرديده است. بدين ترتيب تودههاي سه بعدي سلولها ي استخواني و لايههاي كلسيم فسفاتي مشاهده شد. اما رشد و پوشش سلولها روي ميكرو حاملهاي شيشهاي به واسطه  قيود فيزيكي محدود است. تحليلها نشان داده است كه هر گاه دانسيته ميكروحاملها در RWVها از مقدار آنها در محيط كشت بيشتر شود به بيرون مهاجرت ميرساند كه در نتيجه به ديواره خارجي لوله آسيب ميرساند. با افزايش اختلاف دانسيته  بين ميكروحامل و محيط كشت در سطح ميكروحامل تنشهاي برشي افزايش پيدا ميكند. از آنجايي كه تنشهاي برشي بر رشد، ايجاد توده و  متابوليسم سلول تاثير ميگذارد مطلوب است ميكروحاملهاي بيوسراميك دانسيتهای نزدیک به  دانسیته محيط كشت(1-8/0گرم بر سانتي متر مكعب) داشته باشد.

پوشش ايمپلنت ها
شيشه زيستي(Bioglass®) و هیدروکسی آپاتیت از بيوسراميكهايي است كه جهت ايجاد يك سطح بيوفعال  روي ايمپلنتها پوشش داده ميشود.
برای مثال هیدروکسی آپاتیت براي هدايت اتصال استخوان به سمت ايمپلنتهاي فلزي (مانند تيتانيم) درکاربردهاي ارتوپدي ودنداني بر روي آنها پوشش داده شده است و تكنيك پلاسما اسپري از جمله تكنيكهايي است كه اخيرا به اين منظور استفاده شده است. اما با توجه به بالا بودن درجه حرارت فرآيند ضخامت نسبي بالا(mµ30>) و چسبندگي ضعيف آن به زمينه  از اصلي ترين مشكلات اين روش است. براي از بين بردن اين مشكل ميتوان از روش سل ژل استفاده نمود.  «ميللا» و همكارانش نتايج تحقيقات خود را در مورد ساخت كامپوزيت اكسيد تيتانيم-هيدروكسي آپاتيت با روش سل ژل در مقالهاي ارائه كردهاند. آنها نشان دادهاند كه پوشش از فازهاي كريستالي تشكيل شده است و سطح مشترك آنها از نظر شيميايي تميزبوده وحاوي گروههاي هيدروكسيلي به صورت باندهاي Ti-OHاست. مورفولوژي سطح زبر و متخلخل و پيوند پوشش به زمينه داراي استحكام خوبي است (شكل 4) .
درمان پوكي استخوان
پوكي استخوان از جمله بيماريهايي است كه تلاش زيادي براي درمان آن صورت گرفته اما هنوز راه حل مناسبي براي آن پيدا نشده است. آمار نشان ميدهد كه مبتلايان اين بيماري در سال 2010 بالغ بر 52 ميليون نفر با سن بالاي پنجاه سال خواهند بود.  عوامل دارويي اخيرا به عنوان درمان آخر در نظر گرفته شده است.  اما در هر صورت استفاده از هر گونه عوامل دارويي براي تحريك استخوان سازي ميتواند خطراتي به دنبال داشته باشد. مثلا اين عوامل به علت ورود از طريق دهان، خون و غيره ميتوانند باعث ايجاد استخوان در محلي غیر از محل مورد نظر شود.  حتی در صورت رسیدن به مکان مورد نظر سريعا داخل استخوانهاي سطحي نفوذ ميكند و وارد عمق آن نميشود. ابزارهاي تثبيت ارتوپدي نیز براي التيام شكستگيهاي مربوط به پوكي استخوان كافي نيست زيرا علاوه بر عمر كوتاه 15-10 ساله، زبري سطحي اين ايمپلنتها نانومتري نيست تا سلولهاي استخوان با آن سازگار گردد.  در این میان كلسيم فسفاتها از جمله مواد مناسب براي دارورساني وافزايش جرم استخوان است.
بيومواد پايه كلسيم فسفاتي بيش از دو دهه است كه در پزشكي و دندانپزشكي مورد استفاده قرار ميگيرد. تشابه به بافت استخوان و قابليت هدايت رشد استخوان از مهمترين ويژگيهاي كلسيم فسفاتها به ويژه هيدروكسي آپاتيت (Ca 10 (PO4)6(OH)2) با ريزساختار نانو است.  این بيوسراميك هم به صورت طبيعي وجود دارد و هم به صورت مصنوعي ساخته ميشود. از كلسيم فسفاتهاي طبيعي كه در استخوانها، مرجانها موجود است در ساخت جايگزينهاي بافتهاي سخت و نرم استفاده ميشود.
تحقيقات نشان داده است كه نانوذرات كلسيم فسفاتي  ميتواند براي اتصال به نواحي پوكي استخوان  تنظيم شود زيرا تفاوت شيميايي كليدي بين استخوان سالم و پوك وجود دارد. پس ميتوان با استفاده از شيمي مكمل نانوذرات كلسيم فسفاتي را از نظر شيميايي كارآمد نمود.  مثلا ميتوان با پيوند آنتي باديها به مولكول اتصال عرضي برقرار كننده  پنتوسيدين  كه در نواحي پوك استخوان افزايش مييابد،نانوذرات ياد شده را به نواحي موردنظر هدايت نمود. پلي پپتيدهاي حاوي اسيد آمينههاي آرجنين-گلايسين-آسپارتيك(RGD) در يك بررسي  به عنوان عوامل بالا بردن كارآيي استفاده شده است. پروتئينهاي زمينه خارج سلولي ( ECM) (مثل فيبرونكتين، ويرونكتين و غيره)  نقش  كليدي در رفتار  چسبندگي سلولي دارد اين پروتئينها با داشتن توالي آمينواسيدي RGD به هنگام حركت بيان ژن را بوسيله سيگنالهاي ايجاد شده در اثر چسبندگي سلول تنظيم مينمايد هيدروكسي آپاتيت در پپتيد حاوي RGD چسبندگي سلول استئوبلاست را به ايمپلنت افزايش ميدهد.

نانولوله هاي كربني
كربن به عنوان يك بيوسراميك در بيوفنآوري كاربردهاي وسيعي يافته است. تحقيقات زيادي در يك دهه گذشته در مورد مكانيزم رشد و خواص فيزيكي وشيميايي نانولولههاي كربني(CNT ) انجام گرديده است. در حال حاضر نيز مطالعاتي در باره فعال سازي شيميايي CNTها  براي ساخت هيبريدهاي نانولوله كربن-مولكول جهت كاربرد در زمينههاي نانوالكترونيك، داربستهاي رشد سلول و بافت و بيوسنسورهاي با كارآيي بالا انجام گرفته است.
اين ابزار داراي ساختار كريستالي هگزاگونال است که با استفاده از تكنيكهاي متفاوتي مانند قوس الكتريك، كندگي ليزر و نشست بخار شيميايي (CVD) ساخته می شود.
نانولوله های کربنی در ساخت داربستهای مهندسی بافت نیز کاربرد پیدا نموده است. این نانولوله ها در مقایسه با پليمرهاي سنتزي زيست تخريب پذير مورد استفاده در مهندسي بافت در بعضی جهات ارجحتر است زيرا كه ازيكپارچگي ساختاري و پايداري مكانيكي بالا براي رشد بافت و تحمل نيروهاي in vivo برخوردار است.
تحقيقات ديگري حاكي از رشد سلولهاي عصبي بر اين نانولوله ها است. بر اساس اين مطالعات اين ابزار ميتواند به عنوان داربست بافت عصبي ايفاي نقش نمايد.
بيوسنسورها يكي ديگر از كاربردهاي بيولوژي و پزشكي نانولوله هاي كربني است.  CNTهاي كه با عوامل زيستي فرآوري شده اند قابليت آشكارسازي انتخابي سريع، حساس و بدون نشان عوامل بيولوژيك را دارد.

 
ابزار تشخيصي
از بيوفنآوري(در قیاس نانو) ميتوان در تشخيص نانومولكولي استفاده نمود.  يكي از روشهاي تشخيص نانومولكولي استفاده از نانوذراتي مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطيسي و نقاط كوانتم  است.  نقاط كوانتم بلورهايي از مواد نيمه هادي در مقياس نانو است كه هنگام تحريك بوسيله منبع نوري مانند ليزر ميدرخشد و نور از خود توليد مينمايد. سراميكهاي CdSe - CdS ، InP  و InAs از اين نوع است. از اين روش ميتوان براي شناسايي ويروسها و سلولهاي سرطاني استفاده نمود. يك چالش مهم در اين مورد اين مساله است كه سطح اين مواد روغني است اين در حالي است كه محيطهاي سلولي آبكي است بنابراين تلاشهايي جهت آبدوست نمودن آنها براي اتصال به مولكولهاي پروتئين و نوكلئيك اسيدها صورت گرفته است. اين مواد قادر است به طور اختصاصي به مواد بيولوژيك مانند سلولها، پروتئينها و نوكلئيك اسيدها بچسبد و آنها را نشاندار نمايد. اين مواد ميتواند نور را با هر طول موجي از خود عبور داده و طيف وسيعي از رنگها را ايجاد نمايد.  همچنين اين نيمه هاديها قادر است تحت پوششهاي آلي مانند زنجيرههاي كوتاه پپتيدي سلولها را به اشتباه انداخته وخود را پروتئين جا بزند يا حتي در صورت سمي بودن ماده غير آلي از عوارض آن جلوگيري نمايد. بدين ترتيب اين مواد در سلولها نفوذ ميكند و ميتواند به عنوان ابزار تشخيصي عمل كند.  نانوذرات مغناطيسي ابزار توانا و چند بعدي تشخيصي در پزشكي و بيولوژي است. آنها با اتصال به آنتي بادي مناسبي براي شناسايي مولكولها و ساختارهاي خاص ونيز ميكروارگانيسمها مورد استفاده قرار ميگيرد. هدفهاي مغناطيسي شده توسط مغناطيس سنجهاي حساس شناسايي ميگردد.  آنتي باديهاي علامتگذاري شده توسط نانومغناطيسها سيگنالهايي را ايجاد ميكند.  پس بدين ترتيب آنتي باديهاي متصل به سلولهاي هدف از بقيه آنتي باديها متمايز ميگردد. تلومرها ساختار پروتئين-اسيد نوكلئيك منحصربهفرد است كه تواليهاي بلند بدون كد TTAGGG در ساختمان آنها مشاهده ميشود اين ساختارها در مواردي مانند تومورهاي بدخيم مشاهده ميشود پس ميتوان با استفاده از تكنيك نانوذرات مغناطيسي بعضي از بيماريها مانند سرطان را پيش بيني نموده و تشخيص داد. سرامیک Fe3O4 يكي از مشهورترين نوع اين نانو ذرات مغناطيسي است كه با يك لايه پليمري كه آغشته به آنتي بادي، پوشش داده شده است.
مراجع:
1- L. Yarmuch , M,Toner,M. ,"Biotechnology",p:II-I sited by L. Yarmuch , M.  , and et al, Principles and applications in engineering series biotechnology for biomedical engineers ,ISBN 0-8493-1811-4 , 2003.
2- Ben-Nissan,B. ," Natural bioceramics: from coral to bone and beyond", Current Opinion in Solid State and Materials Science 7 (2003) 283–288.
3- A Lauffenburger, D. ,"Cell Engineering", sited by Martin l. yarmush,biotechnology for biomedical engineers,USA,CRC press,2003.
4- Mastrogiacomo , M. , and et al," Role of scaffold internal structure on in vivo bone formation in macroporous calcium phosphate bioceramics", Biomaterials 27 (2006) 3230–3237. 
5- Jie,W. , Yubao , L.  ," Tissue engineering scaffold material of nano-apatite crystals and polyamide composite" , European Polymer Journal 40 (2004) 509–515.
6- Hao , L. , and et al," Enhancing osteoblast functions on a magnesia partially stabilized zirconia bioceramic by means of laser irradiation" , Materials Science and Engineering C 25 (2005) 496 – 502
7-Hao , L. , Lawrence, J. ," CO2 laser induced microstructure features in magnesia partially stablised zirconia bioceramic and effects thereof on the wettability characteristics", Materials Science and Engineering A364 (2004) 171–181.
8-http://WWW. spine-health. com/topicscd/osteoprosis/osteopr05. html.
9-Tancred, D. C.  , and et al, "A quantitative study of the sintering and mechanical propertiesof hydroxyapatite/phosphate glass composites" , Biomaterials 19 (1998) 1735Ð1743.
210- Sang-Soo Kim,S.  , and et al, " Poly(lactide-co-glycolide)/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering" , Biomaterials 27 (2006) 1399–1409
11- Krause , D. , and et al , "The electrophoretic deposition of Bioglass\ particles on stainless steel and Nitinol substrates", Surface & Coatings Technology 200 (2006) 4835 – 4845.
12- Amaral, M. , and et al, " Densification route and mechanical properties of Si3N4–bioglass biocomposites", Biomaterials 23 (2002) 857–862.
13- Zhou,W. ,and et al," The effect of surface roughness and wettability of nanostructured TiO2 film on TCA-8113 epithelial-like cells",Surface & Coatings Technology 200 (2006) 6155–6160.
14-Schwarz RP, and et al," Cell culture for three-dimensional modeling in rotating wall vessels: an application of simulated microgravity",J Tissue Cult Method 1992;14:51}8 sited by Qing-Qing Qiu, and et al," Fabrication, characterization and evaluation of bioceramic hollow microspheres used as microcarriers for 3-D bone tissue formation in rotating bioreactors", Biomaterials 20 (1999) 989}1001.
15- Qing-Qing Qiu, and et al," Fabrication, characterization and evaluation of bioceramic hollow microspheres used as microcarriers for 3-D bone tissue formation
in rotating bioreactors", Biomaterials 20 (1999) 989}1001.
16- Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
17- Lia, H.  , and et al, "Young’s modulus and fracture toughness determination of high velocity oxy-fuel-sprayed bioceramic coatings", Surface and Coatings Technology 155 (2002) 21–32.
18-Bra_ nemark PI.  Osseointegration and its experimental background.
J Prosthet Dent 1983;50:399}410 sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
19-McPherson R.  A review of microstructure and properties of
plasma sprayed ceramic coating.  Surface Coat Technol 1989;
39/40:173}81 sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
20-Holbter SF, Hench LL, Forbes Bowmann LS.  In: Vincenzini P, editor.  Ceramics in surgery.  Amsterdam: Elsevier, 1983.  p.  3.  sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
21- Haddow DB, James PF, van Noort R.  Characterization of sol}gel
surfaces for biomedical applications.  J Mater Sci Mater Med
1996;7:255}60.  .  sited by Milella, E. ,"Preparation and characterisation of titania/hydroxyapatite composite coatings obtained by sol-gel process",Biomaterials 22 (2001) 1425}1431.
22-Balasundaram,G. ," Using hydroxyapatite nanoparticles and decreased crystallinity to promote osteoblast adhesion similar to functionalizing with RGD", Biomaterials 27 (2006) 2798–2805.
23-Bekrova,E. ,"Biofunctionalization of carbon nanotubes", P:65-41,Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.
24-Journet,C. ,Bernier,P. ,"Production of carbon nanotubes",App. Phys A1998 Sited by Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.
25-Hu,H. ,and et al,"Polyethleneimine functionalized single walled carbon nanotubes as substrates for neuronal growth",J. Phys. Chem. B. 2005, Sted by Kumar,C. , Biofunctionalization of nanomaterials,ISBN:978-3-527-31381-5,2005.  
26-L West, J. ," Applications of nanotechnology to biotechnology  Commentary ",Current Opinion in Biotechnology, Volume 11, Issue 2 (2000) 215-217 . 
27- K.  Jain, K. ," Nanotechnology in clinical laboratory diagnostics", Clinica Chimica Acta, Volume 358, Issues 1-2(2005) 37-54.  
28- Tartaj , P. , and et al,"Advances in magnetic nanoparticles for biotechnology applications", : Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volumes 290-291, Part 1(2005) 28-34 .  

 

نانو پوششها

چرا ازپوشش استفاده می کنیم؟  

• يک روز صبح که از خواب بيدار مي‌شويد يک نفر پوست صورتتان را کنده است!
• يک لولوي تمام‌عيار شده اید.
• براي رفع مشکل چه مي‌کنيد؟
• با يک وسيله مثل باند تمام بدنتان را می پوشانيد.
• باند پوشش مناسبي براي صورت شما نيست.
• باند تنها مي‌تواند به عنوان يک پوشش موقت به کار رود.
  می توان گفت که: 
  

تمام مواد و محصولات مورد استفادة ما هم نياز به پوشش دارند

چون نبايد در طي مراحل توليد، بسته بندي، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ويژگي‌هاي خود را از دست بدهند

پوشش چيست؟ 

• به طور کلي «پوشش» لايه‌اي است با ضخامت کمتر از ماده پايه. با تغيير اين ضخامت و نحوة نشاندن پوشش روي مادة پايه، انواع پوشش‌هاي مورد نياز براي کاربردهاي خاص را به وجود مي‌آوريم. 
  

چرا بايد ماده‌اي را با مادة ديگر بپوشانيم؟  

• با پوشش مناسبي که سختي لازم را داشته باشد، مي‌توان سختي را زياد کرد و در عين حال بر وزن آن نيافزود.
• می توان مقاومت به خوردگی

     فلزات را افزایش داد. 

 

نانوپوشش‌ چيست؟  

• پوششی با ضخامت نانو متری یا پوشش

که از مواد نانومتري در آن استفاده شود.  
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

چگونه نانوپوشش تولید کنیم؟ 
 

•     نانوذرات چسبانده‌شده روي يك زمينه
• روکش‌هاي بلوري با ساختار نانومتري
•    لايه‌هاي نازك

 
 
 
 
 

نانوذرات چسبانده‌شده روي يك زمينه 

• يکي از مشکلات خوردن پفک، چسبيدن ذرات پفک به دست است که باعث مي‌شود انگشتاني نارنجي داشته باشيم.
• چگونگي چسبيدن ذرات پفک مثل توليد پوشش با استفاده از ذرات ريز و رطوبت است.
• ذرات پفک به خاطر رطوبت به دست مي‌چسبند (عامل چسباننده) و پوششي از ذرات پفک را ايجاد مي‌کنند.
• با استفاده از نانوذرات و رطوبت، نانوپوشش تهیه می شود

 
 
 
 
 

روکش‌هاي بلوري با ساختار نانومتري 

• چيدمان اتم‌هاي مواد راه ديگري براي توليد نانوپوشش‌هاست.
• اتم‌هاي تشکيل‌دهندة آنها به صورت منظم در جهت هايي خاص درون حوزه هايي مثل سلول هاي روي پوست دست قرار گرفته اند.
• بايد اندازة دانه هاي اين پوشش‌ها را به حد 1 تا 100 نانومتر درآورد

 
 
 
 
 

لايه‌هاي نازك  

• نشاندن يک لاية نازک مناسب که داراي ضخامت نانو متری باشد
• با روش‌هايي مثل تبخير و رسوب‌دهي «لايه‌نشاني» مي شوند (در فیلمی که در پایان ارائه پخش می شود فرایند تولید لایه های نازک نشان داده خواهد شد)

 
 
 
 
 

اختلاف نانوپوشش‌ها با پوشش‌هاي معمولي در چیست؟  

• مقاومت بالاي نانوپوشش‌ها نسبت به خوردگي است.
• در نانوپوشش‌ها مساحت مرزِ دانه زياد است و اين موجب خوردگي بيش از اندازه مي‌شود. ولي اين خوردگي در مرز اتفاق مي‌افتد نه درون دانه. اما چون اين نقاط پراکندگي يکنواختي دارند، بنابراين خوردگي يکنواخت‌تر است و خوردگي موضعي که ترک و شکست ايجاد مي‌کند در کار نخواهد بود.

 
 
 
 
 

• بهبود خاصیت مکانیکی
• يک لايه از يک مادة سخت را روي سطح مادة نرم مي‌نشانند تا در برابر نيروهايي که در سطح ماده اعمال مي‌شوند، مثل اصطکاک، مقاوم شود.
• مغز قطعه هنوز نرم و انعطاف‌پذير است. بنابراين، قطعه در برابر نيروهاي ناگهاني مثل ضربه هم مقاوم خواهد بود.

 
 
 
 
 

روش‌هاي توليد  

• روش پاشش حرارتي
• روش رسوب‌دهي شيميايي بخار (CVD)
• لايه‌نشاني الکتروليتي کاتد
• روش نيتروراسيون
• روش رسوب‌دهي فيزيکي بخار
• روش سل ـ ژل

 
 
 
 
 

روش پاشش حرارتي 

• شماتيکي از روش پاشش حرارتي

 
 
 
 
 

روش رسوب‌دهي شيميايي بخار (CVD) 
 

• طرح شماتيکي از روش CVD

 
 
 
 
 

لايه‌نشاني الکتروليتي کاتد 

• براي توليد پوشش‌هاي مقاوم به خوردگي، استفاده از اکسيدِ همان فلز ساده‌ترين نوع پوشش است
• معمولاً از نمک‌هاي مذاب مختلف، يا در برخي موارد از اسيدها، به عنوان الکتروليت استفاده مي‌شود.
• آلومینیوم بهترین مثال برای این روش است.

 
 
 
 
 

روش نيتروراسيون  

• اتم نيتروژن کوچک است و به همين علت به‌راحتي مي‌تواند به درون سطح اکثر مواد نفوذ کند.
• اگر اتم نيتروژن بتواند چند نانومتر داخل سطح نفوذ کند، يک نانوپوشش توليد کرده است.

 
 
 

• فولاد بهترین مثال برای این روش است.

 
 
 
 
 

روش رسوب‌دهي فيزيکي بخار 
 

• گرم کردن ماده (جامد يا مايع) اتم‌ها يا مولکول‌ها از روي سطح آزاد مي‌شوند.
• افزايش دما تعداد ذره‌هايي که از سطح کنده مي‌شوند افزايش مي‌يابد
• وقتي اتم‌هاي کنده‌شده از سطح به مقدار معيني رسيدند، واکنش‌هاي شيميايي در حالت بخار صورت مي‌گيرند. بعد از آن بخار سرد مي‌شود و يک لاية نازک روي سطح ايجاد مي‌گردد

 
 
 
 
 

روش سل ـ ژل  

• محصولات قابل توليد با فرايند سل ژل

 
 
 
 
 

کاربردها

 
 
 
 
 

پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی حرارت و فرسایش 

• ساخت و ساز
  • لوله آلات ضدخوردگی

 
 
 

• هوا و فضا
  • ساخت قطعات درگیر با دمای بالا

 
 
 
 
 

روکش‌های نوری پیشرفته 

• خودرو
  • شیشه های ضد انعکاس و طیف گزین
  • شیشه های فتوکرومیک و الکتروکرومیک

 
 
 

• تولید انرژی
  • روکشهای ضد انعکاس در پیل های خورشیدی

جهت افزایش راندمان 

 
 
 
 
 

روکش‌های نوری پیشرفته  

• ساخت و ساز
  • ساخت شیشه های فتوکرومیک و الکتروکرومیک

(پنجره هاي بي نياز از پرده) 
 
 
 

• صرفه جویی انرژی با استفاده از روکش های طیف گزین

 
 
 
 
 

• صنایع
  • ساخت تأسیسات ضدخوردگی

    و مقاوم حرارتی 
 
 
 

• خودرو
  • ساخت قطعات موتور مقاوم در برابر حرارت

 
 
 

پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی حرارت و فرسایش

 
 
 
 
 

ساخت اعضای مصنوعی سازگار با بدن 

• ساخت استنت های بدون

مزاحمت در تصويربرداري پزشكي 
 

• کاهش رشد سلول ها روی سطح

اعضای پیوندی

 
 
 
 
 

ساخت اعضای مصنوعی سازگار با بدن 

• ساخت استنت های بدون

مزاحمت در تصويربرداري پزشكي 
 

کاهش رشد سلول ها روی سطح

اعضای پیوندی

 
 
 
 
 

پارچه های ضدآب،لک و میکروب 

نساجی

• لباس های تجاری ضدلک

 

• البسه و پارچه های بیمارستانی ضد میکروب

 

• چادرهای مسافرتی ضدآب و لک

 
 
 
 
 

روکشهای همیشه تمیز 

• ساخت و ساز
  • کاشی ها و شیرهای خود پاک کن

و ضد خش،شیشه های ضدمه 
 

• خودرو
  • شیشه ها و بدنه های خود پاک کن
  • آینه ها و شیشه های ضدمه و باران 

شيشه _ سراميك

شيشه-سراميک‌ها مواد جامد چندبلوری هستند كه با اعمال فرايند كنترل شدهٔ تبلور بر روی شيشهٔ پايه حاصل می‌شوند.

ساخت:

 روش مرسوم ساخت قطعات شيشه سراميكی شكل دهی مذاب شيشه به روش‌های مرسوم شكل‌دهی شيشه و عمليات حرارتی اين قطعات در دماهای جوانه‌زنی و رشد می‌باشد. پيامد اين فرآيند ايجاد فاز یا فازهای بلورين درزمينهٔ شيشهٔ باقيمانده خواهد بود.. در مرحلهٔ عمليات حرارتی با كنترل شرايط جوانه‌زنی و رشد كريستال‌ها از طريق رسوب دادن فازهای بلورين، خواص دلخواه در قطعه ايجاد می‌شود.

خواص و کاربردها:

مقدار و نوع فازهای بلورين و ريز ساختارابعاد و شكل ذرات بلوری، طرز آرايش آنها، مقدار تخلخل و… تعيين كنندهٔ ويژگی‌های نهايی قطعه خواهد بود.

به دليل دارا بودن مزايایی مانند چگالی كم، مقاومت شيميايی خوب، مقاومت الكتريكی بالا، استحكام مكانيكی بالا و ضريب انبساط حرارتی بسيار پايين و حتی منفی و… امروزه شيشه سرامیک‌ها، كاربردهای بسيار متنوع و فراوانی يافته‌اند. محصولاتی مانند ظروف شوک‌پذير آشپزخانه، كاشی‌ها و سنگ‌های ساختمانی، مقره‌های الكتريكی، لوله‌ها و پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی، قطعات الكترونيكی و اپتيكی، دماغه‌های موشك، آئينه‌های تلسكوپ و بسياری از فرآورده‌های ديگر می‌توانند با استفاده از فرايند ساخت شيشه سراميک‌ها توليد شوند

الماس ماده اي استثنايي

اَلماس یکی از سنگ‌های قیمتی و یکی از آلوتروپ‌های کربن است که در فشارهای بالا پایدار است. آلوتروپ دیگر کربن گرافیت نام دارد.

الماس در حالت پایدار دارای ساختار بلندروی (مکعبی) است. الماس ساختار منشوری نیز دارد که این ساختار بصورت شبه‌پایدار در طبیعت به صورت کانی لونسدالنیت وجود دارد.

فهرست مندرجات

[مخفی شود]

• ۱ خواص متمایز الماس
• ۲ انواع الماس
• ۳ ناخالصی‌ها
  • ۳.۱ انواع ناخالصی‌ها
• ۴ منابع
• ۵ پیوند به بیرون

 خواص متمایز الماس

• الماس در بین جامدات در دمای اتاق بالاترین هدایت گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است)
• الماس مادهٔ نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری مادون قرمز تا ماورای بنفش را دارا است.
• شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.
• خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد. شکست الکتریکی آن بطور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است.
• در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.
• سخت‌ترین مادهٔ شناخته شده است.
• در مجاورت هوا روانی طبیعی فوق‌العاده‌ای دارد (مانند تفلون)
• استحکام و صلبیت بسیار بالایی دارد.

suicide bomb, hardest metal known the man!

با وجود این خواص منحصربه‌فرد، قیمت بالای آن جلوی کاربرد گستردهٔ آن را می‌گیرد و دانشمندان به دنبال پیدا کردن روش‌های تازه برای سنتز آن هستند.

 انواع الماس

الماس طبیعی

هنوز اساساً تنها منبع جواهرات بوده و بالاترین بها را دارد.

الماس سنتزی فشار بالا

سهم گسترده‌ای از بازار صنعت را به خود اختصاص داده‌است. به عنوان ساینده و ابزار برشی و ماشینکاری به کار می‌رود.

الماس سی‌وی‌دی (CVD)

پتانسیل‌های زیادی برای کاربرد در صنعت دارد ولی هنوز بصورت آزمایشگاهی تولید می‌شود.

کربن شبه-الماس (DLC)

اخیراً تولید شده اما دارای کاربردهایی در زمینهٔ ابزار نوری دقیق است.

ناخالصی‌ها

نمودار فازی کربن

خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته است. حتی وجود مقادیر جزئی ناخالصی مانند نیتروژن می‌تواند خواص آن را بسیار تغییر دهد.

انواع ناخالصی‌ها

الماس چه به صورت سنتزی و چه به صورت طبیعی هرگز به شکل کاملاً خالص نیست. این ناخالصی‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

ناخالصی‌های شبکه

این نوع ناخالصی‌ها در شبکهٔ الماس به جای یکی از اتم‌های کربن قرار می‌گیرند و با اتم‌های مجاور تشکیل شیوند می‌دهند.

آخال

این ناخالصی‌ها ذرات مجزایی هستند که شبکه را برهم زده و بخشی از آن نمی‌شوند. این ناخالصی‌ها معمولاً سیلیکات‌های آلومینیوم، سیلیکات‌های منیزیم و یا سیلیکات‌های کلسیم هستند.

دو ناخالصی مهم در الماس نیتروژن و بور هستند. این دو عنصر همسایه‌های کربن در جدول تناوبی بوده و به علت داشتن شعاع اتمی کوچک و متناسب، به خوبی در شبکهٔ کریستالی الماس جایگزین می‌شوند.

 منابع

• Pierson, H.O., HANDBOOK OF CARBON, GRAPHITE, DIAMOND AND FULLERENES: Properties, Processing and Applications, NOYES PUBLICATIONS, 1994.
• Burchell, T.D., Carbon Materials for Advanced Technologies, Elsevier Science Ltd., 1999

مواد اكسيدي

دی اکسید تیتانیوم (TITANIUM DIOXIDE Tio2)

اگر این ماده به لعابها و زیرلعابی‌ها اضافه شود ،حالتی کدر.مات در آنها پدید می‌آورد. مقدار ۲ تا ۳ درصد از این ماده می‌تواند حالت شیری و غازمه فازی(نوعی جلا)Opalescence ایجاد کند. در برخی لعابهای روی دار، رنگهای قهوه‌ای آهن دار به اضافه کردن دی اکسید تیتان می‌تواند به سبز روشن تبدیل شود. تیتانیوم در حالت احیار رنگهای آبی تولید می‌کند.

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%DB%8C%D8%AA%D8%A7%D9%86%DB%8C%D8%A7»

اکسید آلومینیوم یا آلومینا (Al₂O₃) یکی از مواد سرامیکی مهم است که دارای کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف می‌باشد. در میان خواص مختلف و برجسته آلومینا می‌توان به خواص مکانیکی مانند استحکام فشاری بالا و سختی بالای آن اشاره نمود.

فهرست مندرجات

[مخفی شود]

• ۱ خواص
• ۲ کاربردها
• ۳ منابع
• ۴ جستارهای وابسته

 خواص

در جدول زیر به برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینا با درجات خلوص مختلف اشاره شده‌است.

برخی ازخواص فیزیکی و مکانیکی آلومینای ٪۸۶ تا ٪۹/۹۹

خواص / خلوص	Saphire	۹۹٪ (تبلور مجدد)	۹۹٫۹٪	۹۷٫۵٪
دانسیته(g.cm^-۳)	۳٫۹۸۵	۳٫۹	۳٫۹	۳٫۷۸
استحکام فشاری(MPa)	۲۱۰۰	۲۶۰۰-۲۲۰۰	۲۶۰۰-۲۲۰۰	۲۵۰۰-۱۷۵۰
مدول گسیختگی(MPa)	۲۶۰		۴۰۰-۳۲۰
سختی ویکرز (kgf.mm^-۲)	۳۰۰۰-۲۵۰۰	۱۶۵۰-۱۵۰۰	۱۶۵۰-۱۵۰۰	۱۶۰۰-۱۵۰۰

 کاربردها

سختی بالای آلومینا، مقاومت در برابر سایش را موجب می‌گردد. از این رو از آن در موارد مختلفی مانند پوشش‌های مقاوم به فرسایش لوله‌ها و مجراها، پمپ‌ها و شیرآلات، و غلاف‌های هدایت کننده الیاف، سیم‌ها و غیره استفاده می‌گردد.

آلومینا به دلیل سختی زیاد در درجه حرارت‌های بالا به عنوان نوک ابزار برش فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد (اگرچه در این مورد استفاده از کامپوزیت‌های زمینه آلومینایی حتی با خواص بهتر معمول‌تر است)

آلومینا، پر مصرف‌ترین ساینده مورد استفاده می‌باشد، که عموماً در مورد آلیاژهای آهنی، مواد با قابلیت کشش بالا و چوب به کار می‌رود. همچنین از آلومینا به عنوان ماده آسیاب کننده در محدوده‌ی وسیعی از فرایندهای کاهش اندازه ذرات استفاده می‌شود.

 منابع

 جستارهای وابسته

• مواد پایه آلومینایی
• ساختار کوراندوم
• کوراندوم
• یاقوت کبود
• یاقوت سرخ

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%84%D9%88%D9%85%DB%8C%D9%86%D8%A7»

زیرکونیا یا اکسید زیرکونیوم (ZrO۲) یکی از اکسیدهای پرکاربرد در صنعت است.

کاربرد

به عنوان مات کننده در تمام درجات حرارتی به کار برده میشود. انواع سیلیکات فریت شده آن مانند: سیلیکات کلسیم، زیرکونیوم، منزنیم، سیلیکات، زیرکونیوم و سیلیکات‌های تجارتی مانند: زیرکوپاکس (Zirco pax)، سوپر پاکس (Super pax)، اوپاکس (Opax) و غیره تولید و ساخته می‌شود. این تولیدات از اکسید قلع ارزانتر است و مصرف دو برابر این مواد میزان ماتی دلخواه ایجاد می‌کند.

این نوشتار دربارهٔ مهندسی مواد خُرد است. با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%DB%8C%D8%B1%DA%A9%D9%88%D9%86%DB%8C%D8%A7»کربنات منیزیم (MAGNESIUM CARBONATE , Mgo . co۲)

ترکیبات اکسید منیزیم به صورت یک ماده دیرگداز در لعابهای با درجه حرارت پایین باعث ایجاد ماتی و کدری بیشتری می‌شود. با اضافه کردن آن به لعابهای با درجه حرارت بالا ، اکسید منیزیم مانند فلاکس عمل کرده و موجب ایجاد سطحی نرم و کِره مانند (لطیف) می‌شود . رنگهای آبی کبالتی در لعابهی منیزیم دار به رنگ بنفش و صورتی تبدیل میشود.

 سولفات منیزیم یا نمک اپسم (MAGNESIUM SULFATE ۷H۲o یا EPSOM SALTS , Mgo ,so۳)

از رسوب لعاب در ظرف جلو گیری می‌کند . به مقدار یک قاشق در هزار گرم لعاب معمولاً کافی است.

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%86%DB%8C%D8%B2%DB%8C%D8%A7»

سيمان و فناوري نانو

امروزه سيمان با توجه به کاربردهاي مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمي در زندگي بشر ايفا مي‌كند. از سوي ديگر مسأله زمان نيز از موضوعات اقتصادي حائز اهميت براي صاحبان صنايع به شمار مي‌آيد و کاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادي قابل توجهي را به دنبال خواهد داشت.

اخيراً توليدکنندگان سيمان دريافته‌اند كه کاهش اندازه ذرات سيمان تا ابعاد نانو مقياس، موجب تسريع در سفت شدن آن مي‌شود؛ لذا گروهي از محققان سوئيسي با استفاده از روش فاز گازي و سنتز به شيوه تزريق شعله‌اي، به روشي براي آماده‌سازي مستقيم و تک‌مرحله‌اي نوعي سيمان نانوذره‌اي از جنس نانوذرات سيليکات کلسيم(همان ترکيب سيمان پورتلند معمولي) دست يافته‌اند که واکنش‌پذيري اوليه آن ده برابر بيش از سيمان‌هايي است که به روش‌هاي معمولي تهيه شده‌اند؛ البته اين سيمان بسيار متخلخل بوده و پايداري‌اش نسبت به سيمان‌هاي معمولي كمتر است و هنوز براي کارهاي ساختماني مدرن كه مستلزم تحمل بار زياد است، مناسب نيست.
 

mW / رهايش انرژي
زمان بر حسب ساعت
سيمان ساخته‌شده به روش تزريق شعله
کل انرژي آزادشده = J/g 372
سيمان تجاري معمولي
کل انرژي آزادشده = J/g 377
(سمت چپ) واکنشگر تزريق شعله طي فرايند توليد مخلوط نانوذرات اکسيد فلزي که از ترکيبات سيمان پورتلند است. (بالا سمت راست) سيمان ساخته‌شده از نانوذرات پودري که به رنگ روشن با زمينه قهوه‌اي است. ( سمت راست پايين ) يک ميکروگراف الکتروني انتقالي(TEM) که پس از آماده شدن ذرات سيمان از آنها تهيه شده‌است . در اين ميکروگراف شکل نانوذرات باقي‌مانده شبيه سيليکايي است كه با شعله ساخته شده‌است.
(سمت راست) نمودار رهايش گرمايي از اين ذرات و ذرات سيمان معمولي که با يک کالريمتر هم‌دما اندازه‌گيري شده‌است. همان‌طور که ملاحظه مي‌شود رهايش گرمايي نانوسيمان(حدود يک دقيقه پس از تماس با آب) بسيار سريع‌تر از سيمان معمولي(حدود هفت دقيقه) است. در اين روش يک پيک ديگر هم پس از مدت ده ساعت وجود دارد که در اين شکل نشان داده نشده‌است
 

آنها براي توليد پيش‌سازهاي بسيار ارزان، از برخي مواد شيميايي مانند محصولات فرعي حاصل از پالايش نفت خام و فرايند آئروسل شعله‌اي( که در توليد رنگ‌دانه و کربن بلک به کار مي‌رود) استفاده کردند و موفق به فراوري کامل ترکيبات پچيده‌اي مانند سيمان پورتلند شدند.

اين نانوسيمان برخلاف سيمان پورتلند معمولي، متناسب با دماي محيط واکنش، نانوذراتي با اندازه‌هاي مختلف( به‌طور متوسط يک سوم ذرات مشابه در سيمان معمولي) دارد، همچنين اندازه کوچک اين ذرات موجب تغيير کامل رفتار هيدراسيون اين سيمان شده و در نتيجه ضمن حفظ همان واکنش‌هاي ترموديناميکي، واکنش‌هاي سينتيکي متفاوتي را خواهد داشت.

دانشمندان اميدوارند به‌رغم تخلخل بالاي اين مواد، بتوان با توجه به واکنش‌پذيري اوليه بسيار خوبي که دارند، کاربردهاي جديدي را به‌ويژه در مواردي که کوتاه بودن زمان سفت شدن حائز اهميت است، به وجود آورند.

هم‌اکنون از اين نانوسيمان متخلخل در نوسازي يا عايق‌کاري کاربردهايي که نياز چنداني به استحکام در برابر فشردگي ندارند و ترکيب آنها با مواد معمولي به بهبود سخت شدگي آنها کمک مي‌کند، استفاده مي‌شود، همچنين اين سيمان در کاربردهاي هزينه‌بر کوچک‌مقياس به‌ويژه اتصالات ساختماني يا به‌صورت ترکيبي با فرمو‌ل‌ها موجود که به تسريع کار آنها کمک مي‌کند نيز کاربرد دارد.

گفتني است مقاله‌اي هم در همين زمينه در شماره اخير نشريه Nanotechnology با عنوان
"Preparation of an ultra fast binding cement from calcium silicate-based mixed oxide nanoparticles"
به چاپ رسيده‌است

کاربرد سرامیک در هوافضا

كاربرد سراميكهاي توليد شده توسط فناوري نانو را ميتوان به دو دسته تقسيم نمود. دسته اول: سراميكهاي در ابعاد نانو يا نانوپودرهاي سراميكي هستند. دسته دوم: سراميكهايي هستند كه ابعاد دانه‌بندي آنها در حد نانو ميباشد.

يكي از مشكلات سراميكها شكنندگي آنهاست كه در تحقيقات انجام شده براي حل اين تمركز ويژهاي بر روي دانهبندي سراميكها شده است تا به اين ترتيب خواص ترمومكانيكي اين مواد بهبوديافته و سراميكي‌هايي با قابليت شكل‌پذيري بهتر توليد گردد. با استفاده از نانوپودرها دماي ذوب كاهش يافته و زمان تثبيت مواد سراميكي نيز كاهش مييابد به اين ترتيب هزينه توليد اين مواد كاهش مييابد. بهبود خواص ترمومكانيكي تكنيكهاي ساخت جديدي مانند پردازش فلز و سراميك با هم را ممكن ميسازد كه اين موضوع نيز در كاهش هزينههاي توليد مؤثر خواهد بود. در توليد نانوپودرهاي سراميكي از فرآيندهاي فاز مايع و گاز استفاده ميشود و با روش‌هاي موجود مي‌توان نانوپودرهاي سراميكي با خلوص شيميايي بالا و مقادير قابل توجه توليد نمود. البته يكي از مشكلات سراميكهاي كنوني شكل‌دهي و نحوه اتصال آنها به اجزاي ديگر است كه تحقيقات جديد اميدهايي را براي حل اين مشكل ايجاد كرده است.

كاربرد سراميكها درهوافضا

در كاربردهاي هوافضايي سراميكها در حفاظت حرارتي و شيميايي مورد استفاده قرار ميگيرند. به عنوان مثال براي پوششدهي كامپوزيتها تقويت شده با نيتريدبور به عنوان حافظ شيميايي بكار برده ميشود. كاربرد سراميك‌هاي ساخته شده با فناوري نانو در سنسورها، الكترونيك نوري و سازههاي فضايي در حال گسترش است. يكي از موضوعات مورد توجه ساخت سراميكهاي بزرگ شفاف و با استحكام بالا مي‌باشد. از ديگر كاربردهاي سراميك استفادة اين مواد در سنبادهها ميباشد مؤسسه فرانهوفر [1] روشي را براي توليد سراميكهاي سنباده با ساختارهاي كوچكتر از ميكرون را دنبال ميكند. سنبادههايي با استفاده از اكسيدآلومينيوم[2] با مقاومت بالا (MPa 900-600) توليد شدهاند كه در مقابل خراش و شفافيت بسيار مقاوم هستند. روشهاي كنترل رشد دانه در طول فرآيند توليد اين امكان را بوجود آورده است كه بافتهايي چگال و بدون تخلخل توليد شود كه تضمينكننده استحكام خواهند بود اين سراميكها در سطوح خارجي شفاف و پوسته فضاپيماها مورد استفاده قرار ميگيرند

متالورژی پودر روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تف‌جوشی آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب صورت می‌‌پذیرد.

متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلزگری می‌‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی می‌‌بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی می‌‌باشد.

در سال‌های ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روشها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابتی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند.

گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژه‌ای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است، که تولید آنها از طریق روشهای دیگر غیر ممکن یا بسیار مشکل می‌‌باشد ولی زمینه‌هايی که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارت‌اند از :

• زمینه‌های اقتصادی
• بهره‌وری انرژی
• انطباق زیست محیطی
• ضایعات بسیار پائین

متالورژی پودر تکنولوژیی است، پویا. در طول سالها عوامل موثر بر این فن آوری بهبود داده شده‌اند به علاوه، تولید آلیاژهایی جدید و مستحکمتر و فرآیندهای تولید قطعات با دانسیته بالا مانند (Warm compaction، ایزو استالیک گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالی بر زیر ساختار هم چنین خصوصیت ذاتی فن آوری متالورژی پودر در تولید مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتی از مواد ویژه و سنتی را در طیف وسیع از خواص با بالاترین کیفیت فراهم ساخته است.

با وجود تمامی مزیتهای متالورژی پودر، محدودیت این روش در اندازه و شکل قطعات تولیدی و هم چنین گران بودن ابزار و تجهیزات تولید که ظرفیتهای تولید کم را غیر اقتصادی می‌‌نماید، از نقاط ضعف این فن آوری در رقابت با دیگر فرآیندهای تولید است. توجیه استفاده از روش متالورژی پودر بر اساس تیراژ تولید می‌باشد. این امر در استفاده از متالورژی پودر در صنایع اتومبیل سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

با وجود اینکه از نظر تاریخی متالوژی پودر از قدیمی‌ترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده می‌شد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار می‌رود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.

متالوژی پودر فرایند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا می‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی ‌پیوند می‌خورد. با توجه به گفته های بالا تکنیک برتر در متالورژی پودر از mim میتوان نام برد. در روش MIM قطعاتی که تحت اعمال فشار شکل پذیر نیستند،به صورت تزریق پودرو پلیمر شکل میگیرد.