مهندس برتر
آموزش نیاز های ((اصلی و فرعی)) مهندس مکانیکمهندس برتر
آموزش نیاز های ((اصلی و فرعی)) مهندس مکانیکنانو تکنولوژی
>>فناوری نانو چیست؟ فناوری‌نانو واژه‌ای است کلی که به تمام فناوری‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود. معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود 1nm تا 100nm می‌باشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).
تعریف فناوری نانو از منابع مختلف
محفظه کربنی برای ذخیره هیدروژن با استقاده از نانو تکنولوژی پیل های سوختی و سوخت هیدروژنی جوابگوی نیازهای سوختی نیستند . محققان نشان داده اند مدل کامپیوتری جدید شبیه توپ فوتبال که یک محفظه کربنی برای ذخیره هیدروژن می باشد را می توان به عنوان مخزن های بسیار ریز هیدروزن به کار برد . هیدروژن با همه ی انرژی پتانسیل بالایی که داراست بدلیل سبک بودن فاصله زیاد بین مولکولهای آن ، نمی توان مقدار زیادی از آن را بصورت گازی در مخزن معمولی ذخیره کرد و احتیاج به مخزن بسیار عظیمی دارد.همچنین رسیدن به دمای بسیار سرد هیدروژن مایع در محیط عادی ممکن نیست ( 423 - درجه فارنهایت ) اما با این طرح بجای داشتن مخازن بزرگ هیدروژن از میلیون ها و میلیارد ها مخزن بسیار ریز کربنی در مقیاس نانو می توانید استفاده کنید. به این مخزن بسیار کوچک Buckyball می گویند . |
ما در این بحث قصد داریم بدانیم که چند مولکول هیدروژن در یک مخزن کربنی جا می شوند. و فشار وارد بر دیواره های آن ها چقدر است و اصلا چرا از کره استفاده شده است ؟
فشار یا تنشی که مخزن می توند تحمل کند تا آنجایی است که دیواره بشکند .
عکس نمایش داده شده مربوط به مخزن کروی است که صدها هزار بار ریز تر از دانه نمک است ، به خاطر این است که این مخزن خیلی محکم به نظر می رسد . ( بازوی گشتاور همچنین سطح مقطع برای تنش آن بسیار کوچک است.)
همچنین کره تنها شکل هندسی می باشد که بیشترین حجم را در کمترین سطح جانبی دارد . پس مصالح کمتری برای ساخت این مخزن نسبت به حجمش لازم داریم و با سطح کمتر تنش وارد شده هم کمتر خواهد بود .
همچنین مقدار تنش در همه ی جهات و قسمتهای آن یکسان می باشد برای همین راحت تر می توان با ضخیم کردن دیواره ی آن ، آن را مقاوم سازی کرد برای خلاف اشکال هندسی دیگر مثل استوانه و مکعب که بیشترین تنش را در مرزهای وجه های خود دارند و دشوارتر مقاوم سازی می شوند . همچنین کربن بیشتری لازم خواهند داشت.
این ایده که می توان اتم ها را در محفظه های این چنینی قرار داد ، زیاد جدید نمی باشد اما به تازگی محققان توانسته اند فشار وارد بر دیواره را از طریق مدل کامپیوتری آن بدست آورند.
فضای داخل Buckyball ساخته شده از 60 اتم کربن ، بگونه ای است که می تواند تنها 1 اتم هیدروژن را به راحتی داخل آن جا دهد. اما با اضافه کردن اتمهای بیشتر پیش بینی می شود دیواره های کره بتوانند تا 58 اتم هیدروژن را قبل از شکست جا دهند . ( تقریبا به اندازه فشار هیدروژن در هسته سیاره مشتری و زحل)
این نوع از Buckyball برای ذخیره سوخت مناسب نیست ، چون کوچک است . اما می توان از مخازن بزرگتر استفاده کرد پوسته آن تقریبا تا همان اندازه قبلی کشش را تحمل می کند . مدل کردن محفظه 60 اتمی کربن برای ساخت مخازن حجیم تر که از هزاران اتم کربن تشکیل شده است به محققان کمک زیادی کرده است اندازه این مخازن در حدود چند نانومتر است .
با چشم غیر مسلح چندین میلیارد از این محفظه ها مثل پودر خاکستری رنگ کربن شبیه گرد گرافیت دیده می شود.
Buckyball ها در طبیعت هم یافت می شود مثلا دوده شمع که از بخار پارافین جدا می شود توسط محققان از سال 1980 در آزمایشگاهها مورد بررسی قرار گرفته است .
این تحقیق در حال حاضر کاملا تئوری بوده است. هنوز کسی نمی داند که چگونه می توان هیدروژن را داخل این محفظه ها کرد و چگونه آن را دوباره از آن جا بیرون برد .
دکتر Yakobsan مدیر این پروژه بر روی ذرات ریز استوانه ای شکل که محفظه مناسبی برای ذخیره هیدروژن می باشد کار می کنند به گفته ی او می توان از این پیستون برای متراکم کرد اتمهای هیدروژن داخل سیلندر نانو مقیاس استفاده کرد.
این شکل از مخزن همچنین می تواند محل ذخیره ایزوتوپ های رادیو اکتیو برای درمان سرطان باشد . یا یک راه مناسب برای رسیدن به فشار بینهایت زیاد در آزمایشگاه مورد استفاده قرار گیرد.
پروفسور Dennis Walter از دانشگاه آلاسکا که سوخت های جایگزین و پیل های سوختی را ارزیابی می کند ، می گوید از دید علمی و تئوری هیدروزن ماده بسیار عالی می باشد اما از دید مهندسی این محفظه ها و ذخیره و متراکم کردن هیدروژن و انتقال آن نیاز به مصرف انرژی دارد که از معایب این طرح می توان در نظر گرفت .
از لحاظ علمی این دستاورد بسیار عالی می باشد اما استفاده از آن به عنوان سوخت اتوموبیل دور از تحقق به نظر می رسد.
تولید برق از تپش قلب و تنفس با فناوری نانو!
دانشمندان مؤسسه فناوری جرجیا توانسته‌اند برای جمع‌آوری انرژی مکانیکی از حرکات بدن تحت شرایط یک محیط مصنوعی، یک نانوژنراتور بسازند که از حرکات عضله‌ها نیرو می‌گیرد .
آنها با استفاده از این نانوژنراتور تبدیل انرژی زیست‌مکانیکی به الکتریسیته را شرح داده‌اند.
ژانگ لین وانگ، سرپرست این دانشمندان می‌گویند که اگر چه این نانوژنراتورها تحت شرایط یک محیط طبیعی قابل استفاده می‌باشند، اما قبل از بکارگیری آنها در داخل بدن باید بعضی از مسائل مهم از قبیل زیست‌سازگاری و سمیت‌شان بررسی شود.
این پژوهشگران با کاشت یک نانوژنراتور در یک موش زنده برای جمع‌آوری انرژی تولیدشده به وسیله تنفس و تپش قلبش، برای اولین بار به کارگیری فناوری‌نانو برای تبدیل حرکت فیزیکی بسیار کوچک به الکتریسیته در یک محیط طبیعی را شرح داده‌اند.
وانگ می‌گوید: مطالعه ما توان بالقوه به‌کارگیری نانوژنراتورها را برای جمع‌آوری انرژی عضله‌ای فرکانس پایین تولیدشده به وسیله‌ی یک حرکت فیزیکی بسیار کوچک را نشان می‌دهد. این انرژی را می‌توان به الکتریسیته تبدیل کرد و برای راندن افزاره‌ها در داخل محیط طبیعی استفاده کرد.
نانوژنراتور انعطاف‌پذیر ساخته شده به وسیله‌ی این محققان بر کشیدن و رهاکردن دوره‌ای یک نانوسیم پیزوالکتریک که در دوانتها به الکترودهای فلزی متصل است، مبتنی می‌باشد. این نانوسیم و الکترودهای فلزی به یک بستر انعطاف‌پذیر محکم متصل شده‌اند.
این پژوهشگران برای آزمایشات خود از یک نانوسیم اکسید روی پیزوالکتریک با قطری بین ١٠٠ تا ٨٠٠ نانومتر و طولی بین ١٠٠ تا ٥٠٠ میکرومتر استفاده کردند. این نانوسیم با استفاده از یک فرآیند ترسیب بخار فیزیکی رشد داده شده بود.
وانگ توضیح داد: ما دو انتهای این نانوسیم را با استفاده از چسب نقره محکم به سطح یک بستر پلی‌آمیدی انعطاف‌پذیر ثابت کردیم و دو سیم سربی نیز به این دو انتها متصل کردیم. به دلیل حضور سیالات زیستی در محیط طبیعی، کل این افزاره را با یک پلیمر انعطاف‌پذیری پوشش دادیم.
این نانوژنراتور برای تبدیل انبساط و انقباض دوره‌ای دیافراگم یک موش به الکتریسیته، به وسیله‌ی یک چسب بافتی به سطح دیافراگم متصل شد.
این محققان در طول مدت استنشاق (دم( یک پالس جریان/ ولتاژ مثبت مشاهده می‌کردند که بلافاصله بهنگام بازدم به پالس جریان / ولتاژ منفی تبدیل می‌شد. به‌طور متوسط، بزرگی این سیگنال‌های ولتاژ و جریان به ترتیب یک میلی ولت و یک پیکوآمپر بود.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر شده است.
کاوش دقیق درون سلولی با نانوترانزیستور
شیمیدانان و مهندسان دانشگاه هاروارد توانسته‌اند از نانوسیم‌ها جهت ساخت نوع جدیدی از نانوترانزیستورهای V شکل استفاده کنند که برای کاوش دقیق درون سلولی به اندازه کافی کوچک هستند.
این افزاره جدید از بسیاری از ویروس‌ها کوچکتر است و حدوداً یک صدم پهنای کاوشگرهایی است که امروزه جهت اندازه‌گیری‌های درون سلولی استفاده می‌شوند . کاوشگرهای کنونی ممکن است به بزرگی خود سلول‌ها باشند.
«چارلز ام. لیبر»، استاد شیمی هاروارد، می‌گوید: "استفاده ما از این ترانزیستورهای اثر میدانی نانومقیاس، یا نانوFET، نشان‌دهنده اولین رهیافت کاملاً جدید در مطالعات درون سلولی طی چندین دهه است و نیز اولین اندازه‌گیری از درون سلول با استفاده از یک افزاره نیمه‌رسانا است."
لیبر و همکارانش می‌گویند: این نانوFETها می‌توانند در اندازه‌گیری جریان یونی و یا سیگنال‌های الکتریکی در داخل سلول، مانند نورون‌های عصبی، استفاده شوند. این افزاره‌ها همچنین می‌توانند با پذیرنده‌ها و لیگاندها تجهیز شوند و حضور زیست‌شیمی‌های منفرد در داخل سلول را مورد کاوش قرار دهند.
سلول‌های بشری دارای اندازه 10 میکرومتری(سلول‌های عصبی) تا اندازه 50 میکرومتری(سلول‌های قلب) هستند. در حالی‌که کاوشگرهای فعلی قطری بیش از 5 میکرومتر دارند، این نانوFETها دارای اندازه کلی کوچکتر از 50 نانومتر هستند.
علاوه بر کوچکی اندازه، دو ویژگی باعث دخول آسان این نانوFETها به درون سلول‌ها می‌شود. اول اینکه، لیبر و همکارانش دریافتند که با روکش‌دهی این ساختارها با یک فسفولیپید دولایه‌ای- ماده سازنده غشاء‌های سلولی- این افزاره‌ها به‌سادگی از طریق امتزاج غشایی، فرآیندی که در فروبردن ویروس‌ها و باکتری‌ها نیز استفاده می‌شود، به‌درون سلول کشیده می‌شوند.
در این حالت از آنجایی که این نانوFETها ذاتاً به‌وسیله‌ی ابزارآلات خود سلول با غشاء سلولی امتزاج داده می‌شوند، برای دخول‌شان به درون سلول نیازی به هل دادن نیست؛ درنتیجه احتمال زخم شدن سلول کاهش می‌یابد.
دوم آن‌که، این پژوهشگران فهمیده‌اند که ایجاد دو زاویه 120 درجه‌ای به‌وسیله‌ی یک نانوسیم در سمت‌گیری معمولی سیس، باعث خلق یک زاویه یگانه V شکل 60 درجه می‌شود که برای ساخت یک نانوFET دوشاخه‌ای با یک حسگر در نوک V مناسب است.
این دو بازو می‌توانند به سیمی وصل شوند و موجب برقراری جریان در داخل ترانزیستور نانومقیاس شوند.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی Science منتشر شده است.
سلام ببخشید با داشتن مدرک کارشناسی مهندسی مکانیک میشه برا ارشد فناوری نانو خوند یا نه؟؟؟