جستجو در تالارهای گفتگو

ترموکوپل ها، حسگرهای حرارتی ساده ای هستند که از دو فلز غیر همجنس که به هم متصل شده اند، به وجود آمده اند. در سال 1821 یک فیزیکدان آلمانی به نام توماس سیبک کشف کرد که اگر دو اتصال در دماهای مختلفی قرار گیرند ولتاژ ترموالکتریک تولید میشود و شار جریانی در مدار بسته دو فلز غیر همجنس جاری میگردد. این مقاله PDF رو میتونید از لینک زیر دانلود کنید: دانلود مقاله

استفاده از ایمپلنت‌هایی که انرژی مورد نیاز را بوسیله سلول‌های مهندسی ساز تأمین می‌کنند، یکی از روش‌های نوین برای مصرف دوزهای دارویی در بیماری‌های مزمن محسوب می‌شوند. مبتلایان به دیابت یا بیماران دچار کم خونی خطرناک نیازمند مدیریت برنامه تزریقات روزانه هستند. ایمپلنت‌ها قادر به نظارت بر مواد سمی درون بدن بصورت لحظه‌یی هستند، داده‌های طولانی مدت از وضعیت سلامت فرد تهیه می‌کنند، هشدار لازم جهت مصرف بموقع داروها را اعلام کرده و حتی روند مصرف داروها را مدیریت کنند. محققان دانشگاه تورنتو با همکاری محققان دانشگاه هاروارد بدنبال توسعه ایمپلنت‌هایی از جنس هیدروژل – یک ماده پلیمری سازگار با بافت – هستند. نسل جدید این ایمپلنت‌ها از جنس پلیمر شفاف دارای سلول‌های دستکاری ژنتیکی شده در درون خود هستند که در واکنش به نور فعال می‌شوند؛ سلول ها می‌توانند برای آزاد کردن مواد شیمیایی درون بدن برنامه ریزی شوند. ابعاد هر ایمپلنت هیدروژل چهار در 40 میلی‌متر و ضخامت آن تنها یک میلی‌متر است که هر ایمپلنت با سلول‌های مهندسی‌ساز به نور پاسخ می‌دهد. ایمپلنت جدید در دو روش انتقال دوز انسولین و آشکارساز مواد سمی مورد آزمایش قرار گرفتند. سیستم انسولین بر روی موش‌های مبتلا به دیابت مورد آزمایش قرار گرفت و با ارسال نور آبی از طریق فیبر نوری به ایملنت، سلول‌ها درون ایمپلنت وادار برای تولید یک پروتئین برای تحریک تولید انسولین شدند؛ برای تشخیص سموم نیز سلول‌های مهندسی ساز در حضور فلزات سنگین نور سبز منتشر می‌کنند. آزمایشات مختلفی برای توسعه و کاربردی شدن ایمپلنت‌های هوشمند مورد نیاز است؛ نتایج این دستاورد در مجله Nature Photonics منتشر شده است. منبع: مجله بسپار

محققان دانشگاه استنفورد حسگر فشاری طراحی کرده اند که عملکردی مشابه پوست واقعی داشته و می تواند برای ایجاد حس لامسه در پروتز های مصنوعی یا دستگاه های مانیتورینگ قلب نیز مورد استفاده قرار بگیرد. تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد در سال 2010 میلادی خبر توسعه حسگر فشار بسیار حساس ساخته شده از لاستیک فوق نازک را منتشر کردند که این دستگاه فاقد ترانزیستور انعطاف پذیر بعنوان یک نیمه هادی برای انتقال سیگنال از حسگر بود. اما دستگاه جدید ترانزیستور ساخته شده از یک پلیمر نیمه هادی انعطاف پذیر است که فشار را به جریان الکتریکی تبدیل می کند. به گفته دکتر «ژنان بائو» از اساتید مهندسی شیمی و سرپرست تیم تحقیقاتی دانشگاه استنفورد، حساسیت این پوست به فشار بیش از پوست انسان است که می تواند میزان فشاری صدها برابر کمتر از یک لمس ملایم (کمتر از 10 کیلوپاسکال) را احساس کند. یکی از کاربردهای عملی پوست مصنوعی، مانیتورینگ قلب است؛ این حسگر فشار فوق باریک به انرژی بسیار کمی نیاز دارد و می تواند برای توسعه یک ابزار نظارتی پوشیدنی برای بیماران قلبی مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین می توان از پوست مصنوعی برای ساخت پروتزهای دارای حس لامسه نیز استفاده کرد؛ گرچه محققان تاکنون موفق به برقراری ارتباط بین حسگر فشار با مغز نشده اند. نتایج این دستاورد در مجله Nature Communications منتشر شده است. منبع : پینا

پژوهشگران شیمی تجزیه دانشگاه تربیت مدرس با استفاده از نانوساختارهای پلیمر سنتز شده به روش الکتروشیمیایی موفق شدند به یک ماده ‏حساس به متانول برای اندازه‌گیری این ماده در سوخت سبز بیودیزل دست پیدا کنند. ‏ محسن بابایی، دانش آموخته شیمی تجزیه مقطح دکتری دانشگاه تربیت مدرس، در رابطه با اهداف این تحقیقات گفت: ابتدا ‏تهیه حسگر گازی با ساختارنانو بر پایه پلیمر هادی به روش الکتروشیمیایی بر روی بسترهای اینتردیجیت هدف این تحقیق بود. به خاطر ‏پاسخ انتخابی این حسگر به متانول و این نکته که اندازه‌گیری این الکل (در فرآیند تهیه بیودیزل استفاده می‌شود) دارای اهمیت ‏است، به عنوان یکی از کاربرد‌های تجزیه‌ای حسگر گازی، اندازه‌گیری متانول موجود در بیودیزل مورد توجه واقع شد. وی با اشاره به نحوه انجام این تحقیقات افزود: ابتدا بستر مورد نظر که یک اینتردیجیت بود، با استفاده از بوردهای مدار ‏چاپی تهیه شد. با یک مرحله آبکاری، سطح مسی این بسترها با طلا بی‌اثر شد. در ادامه از روش جریان ثابت در حضور آنیون ‏دوپان پرکلرات و پاراتولوئن سولفونات و مونومر پیرول، سطح اینتردیجیت با پلی پیرول پوشش داده شد. در ادامه به مطالعه ‏مورفولوژی پلیمرهای تهیه شده با استفاده از عکس‌های‎ SEM ‎و طیف‎ FTIR‏ پرداخته شد. در ادامه در یک محفظه آنالیزور ‏گازی، آنالیت‌های مختلف به حسگر معرفی شد. بابایی تصریح کرد: برای انجام تست‌های دیگر، یک نمونه بیودیزل تهیه شده از پسماند‌های روغن در گروه کشاورزی دانشگاه ‏تربیت مدرس انتخاب و سه نمونه از این بیودیزل تهیه شد. برای اندازه‌گیری متانول در این نمونه‌ها، نمونه‌های بیودیزل به ‏حسگر معرفی شده و با استفاده از منحنی درجه‌بندی رسم شده، متانول موجود در بیودیزل به‌ دست آمد. وی با بیان این که این طرح در صنایع مختلف که اندازه‌گیری ‏متانول در آنها اهمیت دارد، مورد توجه است، یادآور شد: نتایج نشان داد که در سنتز با آنیون پرکلرت و جریان خاص، پلیمر حاصل همگن و دارای ذرات نانومتری است. نانوساختار بودن ‏سطح این نانوحسگر باعث می‌شود که سطح تماس نانوحسگر با گاز مورد آنالیز افزایش یابد و همین موضوع سبب می‌شود تا ‏نانوحسگر، گازها را در مقادیر یا غلظت‌های بسیار کم‌ شناسایی کند و دارای حساسیت و حد تشخیص‌های بهتری برای آنالیز ‏متانول در دمای محیط باشد. از همین رو می‌تواند برای اندازه‌گیری متانول موجود در بیودیزل مورد استفاده قرار گیرد.‏ نتایج این کار تحقیقاتی که توسط محسن بابایی و دکتر نادر علیزاده مطلق از دانشگاه تربیت مدرس صورت گرفته، ‏در مجله ‏Sensors and Actuators B: Chemical ‎‏ منتشر شده است. منبع : پینا

تیمی از مهندسان دانشگاه کالیفرنیا به رهبری یک دانشمند ایرانی نخستین شبکه حسگری تعاملی کاربر را بر روی پلاستیک انعطاف‌پذیر ابداع کرده‌اند. مایلستون طراحی‌شده توسط علی جاوه‌ای، دانشیار مهندسی الکتریکی و علوم رایانه دانشگاه کالیفرنیا و همکارانش به ربات‌ها کمک می‌کند قوه لامسه بهتری داشته باشند. این پوست الکترونیکی جدید (e-skin) با روشن‌شدن آنی به لمس واکنش نشان می‌دهد و هر چه فشار بیشتر باشد، نوری که از آن ساطع می‌شود، شفاف‌تر است. با ابداع این پوست‌ الکترونیکی تعاملی، این تیم در واقع، سیستمی را بر روی پلاستیک طراحی کرده‌اند که می‌تواند به دور اشیای مختلف بپیچد و شکل جدیدی از رابطه انسان- ماشین را امکان‌پذیر می‌کند. این پوست مبتنی بر تحقیقات پیشین جاوه‌ای است و از فرستنده‌های نانوسیمی نیمه‌هادی که بر روی ورق‌های پلاستیکی نازک لایه‌بندی شده‌اند، استفاده می‌کند. علاوه بر ارائه حس‌لامسه بهتر به ربات‌ها، مهندسان حاضر در این پروژه مدعی‌اند می‌توان از فناوری پوست‌الکترونیکی جدید برای خلق اشیایی مانند روزنامه‌دیواری استفاده کرد که مانند نمایشگرهای صفحه‌لمسی و ورقه‌های داشبوردی که به رانندگان امکان سازگارکردن کنترل‌های الکترونیکی را با امواج دست می‌دهند، عمل کند. چوان وانگ، یکی از محققان آزمایشگاه جاوه‌ای، نیز معتقد است پوست الکترونیکی را می‌توان به عنوان نظارت‌کننده سلامتی به بازو اعمال کرد که به طور مدام فشار خون و ضربان قلب را بررسی می‌کند. اندازه نمونه‌های آزمایشگاهی آخرین نسخه پوست الکترونیکی 16*16 پیکسل است و در درون هر پیکسل یک فرستنده، یک ال ای دی ارگانیک و یک حسگر فشار تعبیه شده است. تعبیه‌کردن حسگرها در درون یک شبکه فرایندی جدید نیست، بلکه تبدیل‌ داده‌ به‌دست‌آمده در درون شی تعاملی موفقیت به شمار می‌آید. بر خلاف صفحه‌لمسی‌های سفت موجود بر روی آی‌فون‌ها، مانیتورهای رایانه و ATMها، پوست الکترونیکی ارائه‌شده انعطاف‌پذیر بوده و می‌تواند به آسانی بر روی هر سطحی قرار داده شود. به منظور ابداع پوست الکترونیکی قابل‌انعطاف، مهندسان لایه‌ نازک پلیمری را بر روی ویفر سلیکونی قرار دادند. هنگامی که پلاستیک سخت شد، آن‌ها این ماده را از خلال ابزارهای ساخت که از پیش در صنعت نیمه‌هادی به کار می‌رفت، برای لایه‌بندی بر روی اجزای الکترویکی عبور دادند. پس از این که این ابزار الکترونیکی انباشته شدند، مهندسان به آسانی پلاستیک را از قاعده سلیکونی جدا کردند و فیلم مستقل را که شبکه‌ای حسگر در درون آن تعبیه شده بود، به جا گذاشتند. به گفته جاوه‌ای، آن‌چه این فناوری را از لحاظ تجاری بالقوه می‌کند، این است که به خوبی با ماشین‌آلات نیمه‌رسانای کنونی ادغام می‌شود. آزمایشگاه این دانشمند ایرانی الاصل هم‌اکنون در حال مهندسی‌کردن حسگرهای پوست الکترونیکی برای واکنش به دما، نور و همچنین فشار است. جزئیات این پوست الکترونیکی در Nature Materials منتشر شد. منبع : مجله بسپار

حسگرهای زیستی پلی آنیلین بهبود یافته با نانوذرات طلا، در دانشگاه صنعتی شریف تولید شد. این حسگرها قابلیت بکارگیری در تشخیص‌های کلینیکی و آزمایشگاه‌های تشخیص سرطان را دارند.‏ پلی‌آنیلین به عنوان یک پلیمر هادی ارزان شناخته شده که برای تهیه حسگرها بسیار جذاب است. اما این پلیمر در ‏محیط‌های با ‏pH‏ خنثی هدایت خود را از دست می‌دهد که این امر منجر به محدود شدن کاربرد آن در حسگرهای زیستی ‏می‌شود. در این پروژه نقش نانوذرات طلا را در تقویت هدایت پلی‌آنیلین در ‏pH‏‌های غیراسیدی بر روی سطح الکترودهای ‏چاپی با استفاده از تکنیک‌های ولتامتری چرخه‌ای و اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد و تقویت عملکرد ‏پلی‌آنیلین از طریق آرایش سطح آن با نانوذرات طلا به منظور تشخیص زنجیرهای الیگونوکلئوتیدی در محیط‌های قلیایی با ‏استفاده از آنزیم فسفاتاز قلیایی صورت گرفته است. ‏ دکتر ریحانه سادات صابری فارغ التحصیل رشته شیمی تجزیه دانشگاه صنعتی شریف در مورد این تحقیقات گفت: «در ابتدا ‏فیلم پلی‌آنیلینی و نانوذرات طلا با روش‌های الکتروشیمیایی بر روی سطح گرافیتی الکترود چاپی رشد داده شدند، سپس اثر ‏لایه‌های فوق بر روی این حسگر با روش‌های ولتامتری چرخه‌ای و امپدانس بررسی شد و تصویرهای میکروسکوپی نیز از ‏سطح الکترود تهیه شد. الکترودهای اصلاح شده با پلی‌آنیلین و نانوذرات طلا با تک‌لایه‌ای شامل ‏DNA‏‌ شناساگر 17 ‏نوکلئوتیدی گوگرددار و ترکیب پرکننده گوگرددار 6-مرکاپتو1-هگزانول پوشیده شد. سپس بر اساس برهم‌کنش قوی ‏استراپتاویدین و بیوتین، آنزیم استراپتاویدین‌دار به تک رشته الیگونوکلئوتید هدف که بیوتین دارد و با مولکول ‏DNA‏ روی ‏سطح جفت شده است متصل می‌شود. به گفته صابری آنزیم فوق یک فسفاتاز است که واکنش هیدرولیز آلفا-نفتیل فسفات را کاتالیز می‌کند و آن را تبدیل به ‏مولکول الکتروفعال آلفا-نفتول می‌نماید. این محصول الکتروفعال با تکنیک ولتامتری پالسی‌تفاضلی‌ شناسایی می‌گردد. به ‏این طریق، در این حسگر خصوصیات منحصربفرد الکتریکی پلی‌آنیلین و نانوذرات طلا (سطح زیاد، انتقال الکترونی ‏هتروژنی سریع، پایداری شیمیایی و راحتی ایجاد آنها بر روی سطوح کوچک) به همراه تقویت سیگنال با استفاده از آنزیم ‏به‌کار گرفته می‌شود. محدوده خطی پاسخ این بیوسنسور در گستره 10-2/0 نانومولار است و حدتشخیص آن 1/0 ‏نانومولار است.‏ صابری با اشاره به دقت عمل‌های صورت گرفته در این تحقیقات افزود: «از آنجا که توزیع مناسب و یکنواخت نانوذرات ‏طلا بر روی سطح حسگر زیستی در عملکرد حسگر موثر است در ابتدا بستری از پلی آنیلین به صورت الکتروشیمیایی بر روی ‏سطح کربنی الکترود پلیمریزه شد و سپس نانوذرات طلا بر روی این بستر مناسب قرار گرفتند تا توزیع یکنواخت بر روی ‏سطح الکترود داشته‌ باشند.»‏ این حسگر از گزینش‌پذیری و تکرارپذیری رضایت‌بخشی هم برخوردار است. از این رو از این الکترود اصلاح شده ‏می‌توان نه تنها برای تثبیت آنزیم فسفاتاز بلکه تثبیت سایر مواد بیولوژیکی استفاده کرد. همچنین در تشخیص‌های کلینیکی ‏و آزمایشگاه‌های تشخیص سرطان، می‌توان از حسگرهای زیستی منتج از این طرح استفاده کرد و بافت‌های سرطانی ‏را‌ شناسایی نمود.‏ نتایج این کار تحقیقاتی که به‌وسیله‌ی دکتر ریحانه سادات صابری و همکاران وی انجام شده است، در مجله ‏electroanalysis‏ (22 آوریل سال 2013) منتشر شده است. منبع : مجله بسپار

محققان علم مواد موسسه صنعتی ˈ Georgiaˈ برای نخستین بار در جهان موفق به ساخت رایانه ای شدند که حس لامسه دارد. در ساخت این رایانه از آرایه های ترانزیستور قابل انعطاف استفاده شده است که آنها نسبت به فشار مکانیکی حساسیت دارند. ماده اصلی برای ساخت این ترانزیستور صفحات پلیمر مستحکم و قابل انعطافی هستند که به سختی پاره یا شکسته می شوند و در عین حال ضد آب هستند. میزان حساسیت پلیمر استفاده شده در این ترانزیستور نسبت به فشار مکانیکی، به اندازه نوک انگشتان انسان است. بنابر کاربرد موردنظر می توان به این پلیمر چند سنسور با وظیفه مشخص نیز اضافه کرد که حرارت، نور و جریان الکتریکی نیز برای آن قابل احساس شوند. تکنولوژی استفاده شده در این ترانزیستور کامپیوتری برای دانشمندان بسیار حائز اهمیت است چراکه مهمترین راهکار برای ساخت روبات هایی با حس لامسه هستند. یکی دیگر از مهمترین کاربردهای این فناوری، امکان انگشت نگاری هوشمند است. می توان از این پلیمر حساس برای ساخت انواع گوشی های لمسی نیز بهره برد. محققان بر این باورند که می توان این پلیمر را با استفاده از یک ماده ˈپیزوالکتریک ˈ تولید کرد. منظور از ˈ پیزوالکتریک ˈ ماده ای است که بر اثر خم شدن، فشردن یا پیچ خوردن جریان الکتریسیته تولید می شود . در صورت موفقیت در این طرح می توان از این پلیمر به عنوان یکی از منابع انرژی نیز استفاده کرد. از این رایانه در محل دانشگاه صنعتی ˈ Georgiaˈ رونمایی شد. منبع : پینا

محققان آمریکایی با انجام شبیه‌سازی کامپیوتری به بررسی تاثیر افزودن مواد مختلف به سطح نانولوله‌های کربنی پرداختند. محققان در این شبیه‌سازی مولکول‌های پلیمری را روی سطح نانولوله قرار داده و در نهایت خواص مکانیکی نانولوله کربنی را مورد بررسی قرار دادند. نتیجه کار نشان داد که با افزودن پلیمر به نانولوله کربنی خواص مکانیکی و هدایت گرمایی سیستم افزایش یافته است . نانولوله‌های کربنی می‌توانند به‌ عنوان افزودنی به مواد مختلف اضافه شوند. در این فرایند که با افزوده شدن نانو لوله کربنی به ماده انجام می‌شود، خواص جدیدی به ماده مورد نظر افزوده می‌شود. برای مثال با اصلاح سطح مواد، خواصی مانند ضد آب بودن در شیشه خودروها ایجاد می‌شود. به همین دلیل محققان حوزه‌های مختلف مانند هوافضا، حسگری، تصفیه آب و... به تحقیق پیرامون این ماده علاقه نشان می‌دهند. نانولوله‌های کربنی از جنس الماس هستند، اما ساختار متفاوتی دارند. به ‌همین دلیل خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی آنها نیز متفاوت خواهد بود. نانولوله‌های کربنی به ‌طور طبیعی به ‌صورت طنابی شکل چیده می‌شوند که دلیل این موضوع جاذبه واندروالسی میان آنها است. «سادهان جان» استاد پلیمر دانشگاه «آکرون»، روی این خواص جالب نانولوله‌های کربنی مطالعه کرده است. برای این کار او از شبیه سازی ساختار مولکولی استفاده کرده که در مرکز ابر کامپیوترهای «اوهایو» موجود است. «جان» می‌گوید: بزرگترین مانع بر سر استفاده از نانولوله‌های کربنی، تجمع آنها در اثر جاذبه واندروالسی و همچنین برهمکنش الکترواستاتیکی میان نانولوله‌های کربنی منفرد است. دو راهبرد اصلی عامل‌دار کردن «کووالانسی» و «غیرکووالانسی» برای افزودن ترکیبات مختلف به نانولوله‌ها وجود دارد. در عامل‌دار کردن کووالانسی، پیوند شیمیایی با اتم‌های کربن سطح ایجاد می‌شود که موجب تغییر خواص گرافیتی نانولوله کربنی می‌شود که شامل خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی و استحکام است. در راهبرد عامل‌دار کردن غیرکووالانسی، از ارتباط دادن مولکول‌ها استفاده می‌شود که در آن زنجیره پلیمری به نانولوله کربنی به ‌هم متصل شده و در نهایت مقاومت به ترک خوردن بهبود می‌یابد. «جی فنگ» از محققان این پروژه می‌گوید: شبیه سازی نانوکامپوزیت‌های پلیمری در محلول به شکلی است که فشار زیادی روی پردازشگر کامپیوتر وارد می‌کند. در راهبردی که ما پیش گرفتیم، قدرت تفکیک شبیه‌سازی برای بخش‌هایی نظیر پدیده‌هایی که در نزدیکی سطح نانولوله کربنی اتفاق می‌افتد، افزایش یافت. برای بخش‌های دیگر سیستم نظیر حرکت مولکول‌های حلال از قدرت تفکیک پایین استفاده شد. این گروه تحقیقاتی در شبیه سازی خود مولکول‌های نانولوله کربنی را روی سطح ماده به ‌صورت غیرکووالانسی قرار دادند که نتیجه کار نشان داد خواص مکانیکی و هدایت گرمایی سیستم افزایش یافته است. در این تحقیق روی درک بیشتر مکانیسم جذب مولکول‌های پلیمری از فاز محلول روی سطح نانولوله کربنی تک جداره تمرکز شده است. از نانولوله‌های کربنی تک جداره که روی دیواره‌های آن ترکیبات پلیمری نشانده شده، می‌توان در تولید حسگرها استفاده کرد.

کاربردهای مکانیکی نانولوله‌های کربنی با توجه به گسترش روز افزون فناوری نانو و ایجاد تحولات بزرگ در صنایع مختلف توسط این فناوری لازم است که هر کسی بسته به تخصص خود اطلاعی هر چند کلی از کاربردها و قابلیت‌های فناوری نانو داشته باشد. در این مقاله ابتدا توضیحی کلی راجع به فناوری نانو داده شده است و با توجه به اهمیت و نقش گسترده نانولوله‌کربنی در فناوری نانو این ماده معرفی و خواص آن ذکر شده‌است، در ادامه به توضیح برخی از کاربردهای نانولوله‌ها در صنایع مرتبط با مهندسی مکانیک چون کامپوزیت‌ها، محرک‌ها و فیلترها پرداخته شده است. مقدمه یک نانومتر يک ميليونيوم يک متر است بنابراین علم نانو آن بخش از است که ماده را در مقياسی بسيار کوچک بررسی می‌کند؛ و فناوری نانو به تولید و ساخت در مقیاس مولکولی و اتمی می‌پردازد، یا به عیارت دیگر با اجسام و ساختارها و سیستم‌هایی سر و کار دارد که حداقل در یک بعد اندازه‌ای کمتر از100 نانومتر دارند. با پیشرفت و گسترشی که علم و فناوری نانو طی چند سال اخیر داشته است انتظار می‌رود که به زودی تمامی زمینه‌های علم و فناوری را تحت تاثیر خود قرار دهد. نانوفناوری صنایع مرتبط به مهندسی مکانیک را نیز بی بهره نگذاشته است و تحولات زیادی را از تولید کامپوزیت‌ها با استفاده از نانومواد تا تولید شتاب‌سنج هایی در اندازه نانو، ایجاد نموده است. در صنایع خودروسازی در قسمت‌های مختلف ماشین کاربردهای نانوفناوری را می‌بینیم، از شیشه‌های خود تمیز شو و بدنه‌های ضدخش گرفته تا باتری‌هایی با طول عمر بیشتر و وزن کمتر. در این میان نانولوله‌هاي کربني[1] یکی از مواد اولیه‌ای هستند که به علت ویژگی ساختمانی‌، دارای کاربردهای مکانیکی مختلف و ویژه‌ای هستند. نانولوله‌های کربنی نانولوله‌هاي کربني يکي ازمهم ترين ساختارها در مقياس نانو هستند.این مواد اولین بار در سال 1991 توسط دانشمندي ژاپني به نام ايجما[2] در درون دوده‌هاي حاصل از تخليه الکتريکي کربن در يک محيط حاوي گاز نئون کشف شد.[] اين ترکيبات شيميايي ، با ساختار اتمي شبيه صفحات گرافیت، از استوانه‌هايي با قطر چند نانومتر و طولي تا صدها ميکرومتر تشکيل شده‌اند. نانولوله‌ها داراي مدول يانگي تقريباً 6 برابر فولاد ( 1TPa) و چگالي برابر 1.4 g/cm3 هستند. [[ii]] اين مواد در جهت محوري مقاومت کششي بسيار زيادي دارند و اين مزيت بسيار خوبي براي ساخت سازه‌هايي با مقاومت بالا در جهت خاص است. دليل اين مقاومت بالا از يک طرف استحکام پيوند كربن-كربن در ساختار نانولوله‌کربنی و از طرف ديگر شکل شش ضلعی اين ساختار است که به خوبي بار را در میان پیوندها توزيع مي‌کند. از طرف دیگر پایداری حرارتی نانولوله‌ها نیز بسیار بالا است. این خواص منحصربه فرد مکانیکی در نانولوله‌‌ها امکان استفاده از آن‌ها را در کاربردهای مختلف فراهم می‌کند. از جمله این کاربردها می توان از الکترونیک در مقیاس نانو، استفاده در کامپوزیت‌ها و نیز به عنوان وسایل ذخیره کننده گازها نام برد. مقاومت نانولوله‌ها رفتار مکانیکی نانولوله‌های کربنی به عنوان یکی از بهترین فیبرهای کربنی‌ای که تا کنون ساخته شده اند، بسیار شگفت انگیز است. فیبرهای کربنی معمول دارای مقاومتی تا 50 برابر مقاومت مخصوص (نسبت مقاومت به چگالی) فولاد هستند و از طرف دیگر تقویت کننده‌های خوبی در برابر بار در کامپوزیت‌ها هستند. بنابراین نانولوله‌ها یکی از گزینه‌های ایده‌آل در کاربرد ساختمانی[3] هستند. در نانولوله‌های کربنی چندلایه مقاومت حقیقی در حالات واقعی بیشتر تحت تاثیر لغزیدن استوانه‌های گرافیتی نسبت به هم قرار دارد. در واقع آزمایشاتی که به تازگی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی[4] جهت اندازه گیری تنش‌های نانویی صورت گرفته است مقاومت کششی نانولوله‌های کربنی چندلایه مجزا را اندازه گیری کرده اند.[[iii]] نانولوله‌ها بر اثر شکست sword-in-sheath می‌شکنند. این نوع شکست مربوط به لغزش لایه‌ها در استوانه‌های هم محور نانولوله چندلایه ونیز شکست استوانه‌ها به طور مجزا است. مقاومت کششی دیده شده در نانولوله‌های چندلایه حدود اندازه‌گیری مقاومت یک نانولوله تک‌لایه مجزا مشکلات زیادی دارد. به تازگی روشی جهت این اندازه‌گیری پیشنهاد شده است: در این روش از یک میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده می کنند تا خمشی را در نانولوله ایجاد کنند سپس با اندازه‌گیری مقدار جابجایی می توان ویژگی‌های مکانیکی آن را با مقادیر عددی بیان کرد.[[iv]] اکثریت آزمایشاتی که تاکنون صورت گرفته مقدار تئوری پیش‌بینی شده برای مدول یانگ نانولوله(1TPa) را تایید می‌کنند؛ ولی در حالی که پیش‌بینی مقاومت کششی در تئوری حدود 300GPa بوده است، بهترین مقادیر تجربی نزدیک به 50GPa می باشد. که اگرچه با تئوری فاصله‌ دارد اما هنوز هم تا ده برابر بیشتر از فیبرهای کربنی است. شبیه سازی‌ها در نانولوله های تک لایه نشان می‌دهد که رفتار شکست و تغییر شکلی بسیار جالبی در آن‌ها وجود دارد. نانولوله‌ها در تغییر شکل‌های بسیار بالا با آزاد کردن ناگهانی انرژی به ساختار دیگری تبدیل می شوند. نانولوله‌ها تحت بار دچار کمانش و پیچش می شوند و به شکل مسطح تبدیل می‌گردند. آن‌ها بدون نشانی از کوچکترین شکست و خرابی دچار کرنش‌های خیلی بزرگی (تا 40%) می شوند. بازگشت پذیریِ تغییر شکل‌ها، مثلا کمانش، مستقیما در نانولوله های چندلایه با استفاده از میکروسکوپ عبور الکترون[5] ثبت شده است.[[v]] به تازگی نظریه جالبی برای رفتار پلاستیکی نانوتیوب‌ها ارائه شده است.[[vi]] طبق این نظر بسته‌های 5و7 تایی کربن( پنتاگون-هپتاگون) تحت کرنش زیاد دچار عیب در شبکه مولکولی می شوند و این ساختار ناقص در طول جسم حرکت می‌کند و این حرکت باعث کاهش قطر مقطعی خواهد شد. جدایش این نقصان‌ها گلویی شدن در نانولوله را به همراه خواهد داشت. علاوه بر گلویی شدن مقطعی، در آن مقطع آرایش شبکه کربنی نیز تغییر خواهد کرد. این تغییرات در آرایش باعث می شود که میزان رسانش نانولوله کربنی تغییر یابد، این ویژگی می‌تواند منجر به کاربردی منحصر به فرد از نانولوله شود: نوع جدیدی از پروب، که با تغییرات در ویژگی‌های الکتریکی اش به تنش‌های مکانیکی پاسخ می‌دهد.[[vii]] نانولوله‌های کربنی و کامپوزیت‌های پلیمری مهم‌ترین کاربرد نانولوله‌های کربنی، که بر اساس ویژگی‌های مکانیکی آن‌ها باشد، استفاده از آن‌ها به عنوان تقویت کننده در مواد کامپوزیتی است. اگرچه استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری پرشده با نانولوله یک محدوده کاربردی مشخص از این مواد است، اما آزمایشات موفقیت آمیز زیادی در تایید مفیدتر بودن نانولوله‌های کربنی نسبت به فیبرهای معمول کربنی، وجود ندارد؛ مشکل اصلی برقرار نمودن یک ارتباط خوب بین نانولوله و شبکه پلیمری و رسیدن به انتقال بار مناسب از شبکه به نانولوله‌ها در حین بارگذاری است. دلایل آن دو جنبه اساسی دارد: اول نانولوله‌ها صاف بوده و نسبت طولی‌ای[6] (طول به قطر) برابر با رشته‌های پلیمری دارند. دوما نانولوله‌ها تقریبا همیشه به صورت توده‌های به هم پیوسته تشکیل می‌شوند که رفتار آن‌ها در مقابل بار، نسبت به نانولوله‌های مجزا، کاملا متفاوت است. گزارشات متناقضی از مقاومت اتصال در کامپوزیت‌های پلیمر-نانولوله وجود دارد.[[viii],[ix]] نسبت به پلیمر استفاده شده و شرایط عملکرد، مقاومت اندازه‌گیری شده متفاوت است. گاه گسست در لوله‌ها دیده شده است که نشانه‌ای از پیوند قوی در اتصال نانولوله-پلیمر است، و گاه لغزش لایه‌های نانولوله‌های چند لایه و جدایش آسان آن‌ها دیده شده که دلیلی بر پیوند اتصال ضعیف است. در نانولوله‌های تک لایه سر خوردن لوله‌ها بر روی یکدیگر را عامل کاهش مقاومت ماده می‌دانند. برای ماکزیمم کردن اثر تقویت کنندگی نانولوله‌ها در کامپوزیت‌های با مقاومت بالا، بایستی که توده های نانولوله در هم شکسته شده و پخش شوند و یا اینکه به صورت شبکه مربعی[7] درآیند تا از سرخوردن جلوگیری کنیم. علاوه برآن بایستی سطح نانولوله‌‌ها تغییر داده شود، ضابطه‌مند[8] گردند، تا اتصال محکمی بین آن‌ها و رشته‌های پلیمری اطرافشان ایجاد شود. استفاده از نانولوله‌های کربنی در کامپوزیت‌هایی با ساختار پلیمری فواید مشخص و روشنی دارد. تقویت کنندگی با نانولوله به خاطر جذب بالای انرژی طی رفتار انعطاف‌پذیر الاستیک آن‌ها میزان سفتی[9] کامپوزیت را افزایش می دهد؛ این ویژگی مخصوصا در شبکه‌های سرامیکی کامپوزیتی برپایه نانو اهمیت می‌یابد. چگالی کم نانولوله‌ها ، در مقایسه با استفاده از فیبرهای کوچک کربنی، یک ویژگی بسیار خوب دیگری در این کامپوزیت‌ها می‌باشد.نانولوله‌ها در مقایسه با فیبرهای کربنی معمول، تحت نیروهای فشاری کارایی بهتری ازخود نشان می‌دهند، که به خاطر انعطاف‌پذیری و عدم تمایل به شکست آن‌ها تحت نیروی فشاری است.تحقیقات تازه نشان داده اند که استفاده از کامپوزیت نانولوله‌کربنی چندلایه و پلیمر کاهنده زیستی[10] (مانند PLA[11]) در رشد سلول‌های استخوانی[12]، بخصوص در تحریک الکتریکی کامپوزیت، بسیار کارآمدتر ازفیبرهای کربنی هستند.

شرکت فن‌آوری اینتل یک حسگر جدید و تابلوی کنترل انرژی شخصی طراحی کرده است که با کاهش مصرف برق تا یک سوم می‌تواند به مقابله با گرمایش زمین کمک کند. به گزارش بانک اطلاعات مهندسی برق به نقل از خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، این حسگر منفرد به یک پریز برق روی دیوار متصل می‌شود و اندازه آن بزرگتر از یک چراغ خواب نیست. وقتی این حسگر به جریان برق متصل شد به طور بی سیم به تمام ابزار الکتریکی در منزل وصل می‌شود و به طور خودکار ولتاژهایی را که در لحظه توسط هر وسیله استفاده می‌شود، ثبت می‌کند. سپس حسگر اطلاعات مربوط به کاربردها و میزان مصرف انرژی را به یک رایانه‌ شخصی می‌فرستد. شرکت اینتل اعلام کرد که با این وسیله کاربران می‌توانند همواره مطلع باشند که چقدر انرژی مصرف می‌کنند و چطور می‌توانند مصرف این میزان انرژی را کاهش دهند. همچنین یکی از مهندسان این شرکت یک «تابلوی انرژی» با صفحه نمایش لمس ابداع کرده است که کاربرد مشابهی دارد و با کمک آن می‌توان مقدار مصرف انرژی را کاهش داد. این شرکت تخمین زده است که با استفاده از ابزار جدید مصرف انرژی در منازل آمریکا بین 15 تا 31 درصد کاهش خواهد یافت و سالانه 470 دلار از هزینه مربوط به مصرف برق کاسته می‌شود.

‌محققان دانشگاه استنفورد موفق به ساخت حسگری شدند که قادر به شناسایی دقیق آنیون‌های سیانید در محیط آبی است. وجود مواد فلزی سنگین مانند جیوه و سرب در آب‌های آشامیدنی بسیار خطرناک است؛ اما آنیون‌هایی نظیر سیانید بسیار مرگ‌بارترهستند؛ زیرا خیلی سریع سیستم عصبی را تحریک و باعث مرگ می‌شوند. پژوهشگران چینی موفق به ساخت حسگرهای نسبتاً ساده، ارزان و زیست‌سازگاری شده‌اند که می‌تواند با دقت بسیار بالایی سیانید موجود در آب را شناسایی کند. برخلاف حسگرهای شیمیایی نوری رایج، این حسگرها ساختار ساده‌ای داشته و بی‌نیاز از دستگاه‌ها و مواد آلی پیچیده‌اند. از دیگر مزایای این دستگاه امکان استفاده‌ی مستقیم آن در محیط آبی است. این گروه تحقیقاتی نشان داد که با این حسگر جدید می‌توان غلظت سیانید را 14 برابر کمتر از میزان مجازی آن ـ که سازمان who تعیین کرده (0.07 میلی گرم در لیتر) ـ شناسایی کرد. این حسگر بر پایه‌ی کم-نور کردن تابش فلورسانس نانوذرات طلا کار می‌کند و مستقیماً درون محیط آبی قرار می‌گیرد و نیازی به حلال‌های کمکی ـ که غالباً مواد آلی سمی هستند ـ ندارد. نانوذرات طلا از دسته مواد فلورسانسی محسوب می‌شوند که برخلاف رنگ‌های معمولی و دیگر کروموفورهای آلی نسبتاً پایدارند. نانوذرات طلا برخلاف نیمه‌هادی‌ها با آلبومین سرم گاوی (bsa) پایدار شده، سمیت بسیار کمی دارند. از همه مهم‌تر این که شدت تابش در آنها به اندازه‌ی ذرات بستگی دارد و برای استفاده از سیستم‌های حسگری نانومقیاس مناسب هستند. برای ساخت این حسگر محققان نانوخوشه‌های طلای پایدارشده‌یموجود روی آلبومین سرم گاوی را به کار گرفتند که در محلول آبی و در معرض تابش فرابنفش به رنگ قهوه‌ای تیره هستند. اگر به این محیط، آنیون سیانید اضافه شود نانوذرات با تابش اشعه‌ی فرابنفش بی‌رنگ دیده می‌شود.

حس گرهای فیبر نوری تعریف : حسگرهای نوری بر اساس ابزارهای الیافی حس گرهای الیاف نوری (که حس گرهای نوری نامیده می شوند) ابزارهایی نوری برای حس- گری برخی فاکتورها (معمولا دما و کرنش مکانیکی) می باشند اما گاهی اوقات ارتعاشات- فشار و شتاب و یا انباشتگی های تکه های شیمیایی را نیز شامل می شوند. اصول کلی چنین ابزاری این است که نور لیزر از منبع روشنایی از طریق الیاف نوری ارسال می گردد و باعث تغییرات می گردد و سپس به تشخیص گر میرسد Fiber Bragg Gratingsپارامترالیاف و یا یکی از که این تغییرات را اندازه گیری می کند. در مقایسه با سایر انواع سنسورها حس گرهای فیبر نوری تعدادی فواید را نشان می دهند : * آنها شامل مواد عایق برقی هستند که امکان استفاده در محیط با ولتاژهای بالا را فراهم می کنند. (هیچ کابل الکتریکی مورد نیاز نمی باشد). * آنها را می توان در محیط های انفجاری به کار برد چون هیچ گونه خطر جرقه وجود ندارد حتی اگر خرابی در آنها وجود داشته باشد. ایمن هستند.(EMI)* آنها در برابر تداخل امواج الکترومغناطیسی * مواد آنها اطراف را آلوده نمی کند و زنگ نمی خورد. * دامنه دمای عملیاتی خیلی عریضی دارند (که خیلی گسترده تر از اکثر ابزارهای الکتریکی است). می باشند (یعنی حس گرهای چندگانه در یک خط الیاف را می Multiplexing * دارای قابلیت توان با یک منبع نوری مجزا حاصل نمود. Bragg Grating حسگرهای می باشند.Bragg Grating حس گرهای الیاف نوری اغلب بر اساس الیاف نه تنها بستگی به Bragg اصول کلی این حس گرهای الیاف نوری این است که طول موج دارد بلکه به دما و کرنش مکانیکی نیز بستگی دارد. برای الیافBragg Grating پریود به کرنش حدود 20% کوچکتر می باشد چون تاثیر Braggسیلیکا پاسخ کسری طول موج مستقیم کشش توسط کاهش شاخص پراکنش کاسته می شود. تاثیرات دما نزدیک به موارد انتظار انبساط حرارتی می باشد. تاثیرات کرنش و دما را می توان با فونون متنوع متمایز نمود. (برای مثال با استفاده از گریترینگ مرجع که مربوط به کشش نمی باشد و یا با ترکیب انواع مختلف گریتینگ الیاف) بطوریکه اکثر مقادیر در همان زمان حاصل می گردند. برای حس گر باشد (10 به توان 6-) و دقت خیلی με کشش خالص دقت مورد نظر می تواند در محدوده پایین تر نمی باشد. برای اندازه گیری های دینامیک (برای مثال پدیده آکوستیک) حساسیت های در پهنای باند 1 هرتز قابل حصول است. 1 nε بهتر از حس گرهای توزیع شده را به عنوان حس گر به کار نمی برندBragg Grating سایر حس گرهای الیاف نوری الیاف بلکه خود الیاف را به کار می برند. اصول حس گری بستگی به پراکنش رامان یا پراکنش Brillouin می باشد. امکان به کارگیری دما یا وابستگی کرنش جا به جایی فرکانسBrillouin وجود دارد. در بعضی موارد مقدار اندازه گیری شده نوعی میانگین روی طول کامل الیاف می باشد (این مورد برای حس گرهایی با دمای معین می باشد). به کار رفته در ژیروسکوب نیز به کار می رود. در Sagnacهمچنین برای تداخل سنج های سایر موارد مقادیر وابسته به موقعیت اندازه گیری می شوند. این موضوع حس گری توزیعی نامیده می شود. Quasiحس گری توزیعی- یک الیاف منفرد ممکن است شامل چندین حس گر گریتینگ باشد (بصورت سری) که توزیع دما و کرنش را در طول الیاف نشان می دهد. فوتون متفاوتی وجود دارند که گریترینگ منفرد را براورده می کنند (لذا موقعیت دمای معین در طول الیاف دارند). یا انعکاس سنج دامنه فرکانس نوری(WDM)* در یک تکنیک کد مالتی پلکس بخش طول موج متفاوت می باشند.Braggنامیده می شود. گریترینگ ها دارای طول موج (OFDR) لیزر قابل تنظیم طول موج آن را می توان به طول موج متعلق به گریتینگ مشخص تنظیم نمود و طول موج با انعکاس حداکثر بیانگر تاثیر کرنش یا دما می باشد. بطور جایگزین یک منبع به به کار می رود. در هر موردCCDنور با باند عریض با طول موج فتوتکتور و یا طیف سنج تعداد حداکثر گریتینگ ها معمولا بین 10 و 50 می باشد که توسط دامنه تیونینگ و یا پهنای باند منبع نور و یا بازه طول موج مورد نیاز بر واحد گریتینگ الیاف محدود است. نامیده می شود دارای گریتینگ انعکاسی(TDM)* تکنیک دیگر که مالتی پلکس بخش زمانی ضعیف با پالس های کوتاه می باشد. انعکاس ها از گریتینگ های مختلف توسط زمان رسیدن آنها متمایز می گردند. مالتی پلکس بخش زمانی حقیقتا با مالتی پلکس بخش طول موج ترکیب می شود تا تعداد کانال های مختلف صدها یا هزاران نوع را حاصل کند. * سوئیچ نوری امکان انتخاب مابین خطوط الیاف را فراهم می کند که باعث حاصلضرب بیشتر تعداد حس گرهای ممکن می گردد. سایر روش ها : علاوه بر روش های توصیف شده در بالا چندین فونون جایگزین وجود دارند که تعدادی از آنها عبارتند از : در حس گرهای الیاف تداخل سنج به کار می روند که به عنوانBragg * گریتینگ های الیاف انعکاس گر عمل می کنند و جا به جایی فاز اندازه گیری شده از طیف الیاف مابین آنها نتیجه می شود. نویسنده : جعفر ارشادی فرد