جستجو در تالارهای گفتگو

نانوتكنولوژی به عنوان یك دانش پایه در تولیدات صنعتی بشر است. زمینهای مختلف نانوتكنولوژی مرطوب دنیای فن آوری را تحت تاثیر قرار خواهد داد.پزشكی ودرمان یكی ازمواردمهمی است كه انسان درطول تاریخ برای حفظ بقا به عنوان مساله ای اساسی به آن نظر داشته است تا آنجا كه طبیبان همواره جدای ازدستمزد اقتصادی از اعتبار اجتماعی و گاه از تقدیس هم برخوردار بوده اند. درپی تلاشهایی كه در تاریخ حیات بشر صورت گرفته امروزه پیشرفتهای شگرفی در غلبه بربیماریها و حفظ سلامتی به دست آمده است كه مناسب است برای روشنتر شدن اوضاع پزشكی عصرخود مواردی را یادآوری كنیم. متخصصان امروزه موفق شده اند بسیاری ازبیماری های واگیردار نظیر وبا طاعون وموارد متعدد دیگر را كه در گذشته دسته دسته قربانی می گرفتند درمان كنند. با شناخت سلول DNA و سپس ویروس ها امروزه بسیاری از بیماری هایی كه ویژگی تكامل دارند هم درمان می شوند. بعضی بیماری های مسری كه شاید ساده ترین آنها سرماخوردگی باشد قادرند متناسب با دارویی كه آنها را از بین می برد تكامل پیدا كنند و برای بار دوم از یك دارو صدمه نبینند. اكنون به جایی رسیده ایم كه چنین بیماری هایی را هم با داروهای تكامل یافته از بین می بریم! در كنار شناخت بیماری ها و روش های درمان امروزه چنان آگاهی و دسترسی دقیقی نسبت به اجزای بدن حاصل شده كه می توانیم اندام هایی را به بدن پیوند بزنیم و یا عضوهای مصنوعی را جایگزین عضوهای از كار افتاده نماییم. این به معنای پایان راه حفظ سلامتی نبوده و نیست. با اندكی تعمق خطرات نه چندان كوچكی را در كنار خود و در حیطه پزشكی امروز مشاهده خواهیم كرد. داروهایی كه برای درمان بیماری ها ساخته ایم خود آسیبهای دیگری به سلامت بدن وارد می سازند و بدین دلیل كه محیط و هدف خود را به طور دقیق نمی شناسند و قدرت حركت به سوی هدف خود -خلاف حركت طبیعی مواد در بدن –را ندارند ناگزیر از درمان حدودی می باشند و این یعنی نجات به بهای یك ذره كوچكتر. كه البته این ضرر كوچكتر می تواند مولد زیان هایی حتی بزركتر از مشكلات اولیه باشد. علاوه بر این ظهور بیماری های نظیر ایدز با ویروس مرموز HIV كه داروهای كنونی از شناسایی و نابود كردن ان عاجزند به همراه گسترش روز افزون آن در در میان مردم جهان مشكل بسیار بزرگی محسوب می شود. دیگر آنكه اعضای پیوندی و اندام های مصنوعی هنوز كارایی بافت های طبیعی و اولیه را پیدا نكرده اند. برای مثال باید گفت اگر اكنون دست یك كارگر زیر تیغ دستگاهای صنعتی قطع شود خوشبختانه می توانیم دست را به بدن متصل كنیم و به حیات باز گردانیم. اما متاسفانه همه قابلیتهای اولیه را نخواهد داشت زیراهنوز دقت لازم برای اتصال اعصاب و بافتهای جدا شده را مطابق حالت طبیعی به دست نیاورده ایم. توجه به موارد فوق احتمالا شما را برای شنیدن یك پیش بینی قریب الوقوع در دنیای ((فرا پزشكی)) آینده یر انگیخته است. انقلاب صنعتی آینده در پزشكی هم دگرگونی عظیمی به همراه خواهد داشت. پژوهش های انجام شده ساختاری را ارائه می كند كه می تواند پبشرفت حیرت انگیزی را در صنعت دارو و درمان بیماری ها و آسیب های زیستی ایجاد كند. ماشین های ملكولی هوشمند نمونه بسیار كوچك یك سیستم شناساگر ترمیم كننده و متحرك بسیار دقیق اندكه می توانند تمام مشكلات مذكور در پزشكی امروز را برطرف سازند. این ماشین ها با اطلاعات كامل از ساختار بدن و حتی اجزای سلولهای بدن به راحتی قادر به حفاظت جسم در برابر باكتری ها میكروب ها و ویروس ها بیماریزا خواهند بود. مثلا با داشتن اطلاعات دقیق از DNA سلول های بدن می توانند مهاجمین را قبل از آسیب زدن به سلولهای سالم شناسایی كرده و از بین ببرند. ماشینهای ملكولی هوشمند (مجموعه ای از ملكولهای متصل و برنامه ریزی شده كه به وسیله موتورهای مولكولی حركت می كنند و قابلیت انجام اعمال سودمند و دقیق در مقیاس درون سلولی دارند) می توانند مواد دارویی لازم برای بیماری های خاص را دریافت و تا محل سلول های بیمار حمل كنند و پس از شناسایی تك تك آنها دارو را اثر داده و با حداقل ماده مورد نیاز و آسیب جانبی بیماری را درمان نمایند و در عین حال این ماشین ها با ابعاد كوچك می توانند از دیواره سلولها عبور كرده حتی اجزای سلولها را هم ترمیم نمایند.با چنین قابلیتهایی نانوماشین های مولكولی به راحتی میتوانند حتی ویروسHIV را از مقایسه اطلاعات آن باDNA بدن انسان شناسایی كرده و از بین ببرند. اضافه بر روشهای درمانی خارق العاده نانوتكنولوژی امكان ایجادساختارهای زیستی عجیبی رافراهم می سازد. مثلا میتوانیم بافتهای آنچنان مقاومی در بدن بسازیم كه با افتادن از یك ساختمان بلندكوچكترین خدشه ای درعملكردشان وارد نشود و سلامت خود را حفظ كنند و این یعنی……! چه زمانی به چنین ابزارهایی دست می یابیم ؟ زمان آن نزدیك است; اما در جواب این سؤال كه شاید از بیم سرآمدن عمر قبل از دست یابی به نانوتكنولوژی در پزشكی به ذهنها خطور می كند بهتر است مفهوم جدید ”cryonics” یا ”انجماد بدن در هنگام مرگ” را بیان كنیم تا انگیزه این پرسش فروكش كند: وقتی قلب شخص ازتپش می ایستد (معنای قدیمی مرگ) ولی قبل از آنكه نابودی ساختار مغز آغاز شود او را به دستگاه قلب مصنوعی متصل كرده و مرحله به مرحله بدن را با یك مایع ضد انجماد و برخی متعادل كننده های سلولی پر می كنند. سپس دمای بدن فرد را تا دمای نیتروژن مایع پایین می آورند. در این نقطه همه تغییرات مولكولی برای دوره نا محدودی متوقف میشود و بدن شخص را در محیط بسته ای نگهداری می كنند. در آینده وقتی دستگاههای تعمیر سلولی نانوتكنولوژی به بهره برداری میرسد بیماریهای مهلكی كه سبب مرگ شده اند به همراه سموم ماده ضد انجماد از بین میروند و فرد دوباره گرم میشود و به صورت زنده و سالم در می آید.

خوردگي معمولاً در سطح مواد رخ داده و به واسطه واکنش با محيط، سبب تخريب آنها مي‌گردد. راه‌هاي مختلفي جهت کاهش نرخ خوردگي و بهبود طول عمر مواد و وسايل وجود دارد؛ برخي روش‌هايي که امروزه به‌کار گرفته شده‌اند، شامل استفاده از موادي مي‌شوند که با استفاده از فناوري‌نانو ساخته شده‌اند. اين روش‌ها شامل پوشش‌هاي لايه نازک کامپوزيتي، پوشش‌هاي لايه رويي (Top layer) و پوشش‌هاي عايق حرارتي است. نتايج تحقيقات نشان مي‌دهند که کارايي اين‌گونه مواد در مقابل خوردگي، از موادي که با استفاده از روش‌هاي تجاري ساخته شده‌اند بهتر است. پديده خوردگي طي ساليان متمادي يکي از مهم‌ترين مشکلات صنعتي بوده و تحقيقات زيادي جهت کنترل آن صورت گرفته است. اين پديده بيشتر روي فلزات و آلياژها و همچنين مواد پليمري به‌واسطه برهمكنش با آب دريا، محيط ‌تر، باران‌هاي اسيدي، پرتوهاي مختلف، آلودگي‌ها، محصولات شيميايي و قراضه‌هاي صنعتي رخ مي‌دهد. فصل مشترک بين مرزدانه‌ها و ترک‌هاي دوطرفه و مواد غير همجنس، مکان‌هاي مستعد جهت خوردگي هستند، ضمن اين که وجود ناخالصي‌ها، مورفولوژي سطح و مطابقت نداشتن شبکه ساختاري مواد مي‌تواند نرخ خوردگي را افزايش دهد. خوردگي معمولاً در سطح مواد شروع شده و طول عمر مواد مورد استفاده را مرتباً کاهش مي‌دهد. اين مواد مي‌توانند در بخش‌هاي مختلفي از جمله هواپيماها، فضاپيماها، وسايل حمل و نقل دريايي و زميني، تجهيزات زيربنايي و قطعات الکترونيکي و رايانه‌اي استفاده شوند. به‌واسطه خوردگي سطح ماده، علاوه بر زيبايي، خواص فيزيکي، مکانيکي، و شيميايي مواد نيز کاهش مي‌يابد. تخمين زده مي‌شود که بيش از پنج درصد از توليد ناخالص ملي کشورهاي صنعتي صرف جلوگيري از خوردگي، جابه‌جايي قطعات خورده شده، تعميرات و نگهداري و حفاظت‌هاي محيطي گردد. اين مقدار معادل 280 ميليارد دلار هزينه براي کشوري مانند آمريکا در سال 2001 بوده است. شايد پوشش‌هاي محافظت کننده عمده‌ترين روش پذيرفته شده براي مقاومت به خوردگي باشد؛ به‌گونه‌اي که با استفاده ازيک پوشش لايه نازک که روي سطح اعمال مي‌شود فلز اصلي از خوردگي محافظت مي‌شود. اين پوشش‌ها با توجه به نوع فلز اصلي و محيط خورنده مي‌توانند از مواد مختلفي باشند؛ از آن جمله مي‌توان به پلي اورتان، پلي‌آميد، پلي‌استر، پوشش‌هاي PVC، اکريليک، آلکيدها و اپوکسي‌ها اشاره کرد. اين مواد نقش تعيين‌کننده‌اي به عنوان لايه حفاظتي اعمال مي‌کنند؛ زيرا اين پوشش‌ها از انتقال عوامل خورنده ماننديون‌هاي هيدروکسيل و کلر، آب، اکسيژن، آلودگي‌ها و رنگدانه‌ها که به‌طور مؤثر با سطح مواد واکنش مي‌دهند، جلوگيري مي‌کنند. به عبارت ديگر پوشش‌هاي حفاظتي با ممانعت از نفوذ الکتروليت به سطح فلز، از اندرکنش بين مناطق کاتدي و آندي در فصل مشترک فلز و پوشش جلوگيري مي‌کنند. در غير اين‌ صورت موادي که زير اين پوشش‌ها قرار دارند، مي‌توانند در نتيجه واکنش‌هاي شيميايي و الکتروشيميايي، حليا اکسيد شده، از بين بروند. همچنين نشان داده شده است که کاهش نرخ خوردگي به‌طوري مؤثر با مقاومت خوب و پلاريزاسيون بالاي پوشش، ظرفيت کم و امپدانس واربرگ بالا مرتبط است که دليل مقاومت به خوردگي پوشش‌هاي پليمري نيز همين است. مواد پوششي، در نتيجه تأثيرات محيطي، خواص شيميايي، فيزيکي و شيمي فيزيکي خود را از دست مي‌دهند؛ اين گونه صدمات در مواد پليمري به‌صورت تاول‌هايي ناشي از جذب آب، انحلال، اکسيداسيون و تغيير رنگ ناشي از حرارت، تشعشع، باران‌هاي اسيدي، مواد شيميايي اکسيدکننده و ساير عوامل‌ به وجود مي‌آيند. اثرات ترکيبي اين قبيل صدمات روي پوشش‌هاي آلي نيز قابل مشاهده است. اخيراً چندين تحقيق راجع به مقاومت به خوردگي مواد نانوساختاري (نانوکامپوزيت‌ها، پوشش‌هاي نازک در مقياس نانو، نانوذرات و. . .)، صورت گرفته است. مواد در مقياس نانو، خواص فيزيکي، شيميايي و شيمي فيزيکي بي نظيري از خود نشان مي‌دهند و اين مي‌تواند سبب بهبود مقاومت به خوردگي در مقايسه با همين مواد در حالت توده گردد. همچنين روشن شده است که نانوذرات به علت سطح ويژه بالايشان، توزيع يکنواختي روي ماده زمينه داشته و با استفاده از حداقل ماده مصرفي مي‌‌توان به حداکثر بازده پوششي رسيد. بسياري از تحقيقات مقاومت به خوردگي ، روي پوشش‌هاي لايه نازک کامپوزيتي، كه پايداري حرارتي، خواص مکانيکي و سدکنندگي مولکولي خيلي خوبي دارند، صورت گرفته است. اين مواد شامل نانوذرات آلي سيليکا ژل، بنزوفنون‌ها، و اسيد آمينوبنزوئيک و ذرات غير آلي خاک رس، زيرکونيوم، سيليکا و کربن، درون زمينه‌هاي پليمري (رزين اپوکسي، پلي‌آميد، پلي‌استايرن، نايلون و. . .) با کسر حجمي خيلي کم حدود 0.5 تا 5 درصد مي‌شدند. دريک محصول نانوکامپوزيتي، پليمرها و نانوذرات با استفاده از انحلال، پليمريزاسيون درجا و اندرکنش مذاب ويا تشکيل درجا، سنتز مي‌شوند. لايه‌هاي نانوساختاري با استفاده از اسپري تشکيل مي‌شود، و سپس با استفاده از برس و فرايند تشکيل خود‌به‌خودي الکترواستاتيک به حداکثر چگالي و پيوستگي رسيده، مي‌توانند به عنوانيک لايه محکم جهت محافظت از ماده زمينه به کار روند. براي مثال نتايج آزمايش خوردگي حاصل از نانوکامپوزيت پلي (اتوکسي آنيلين) خاک رس، نشان داد که پتانسيل خوردگي، جريان خوردگي و نرخ خوردگي به‌صورت نمايي کاهشيافته‌اند، در صورتي که مقاومت پلاريزاسيون به عنوان تابعي از ميزان خاک رس افزايش مي‌يابد.پوشش‌هاي عايق حرارتي پوشش‌هاي تک لايه و چند لايه عايق حرارتي به‌طور ويژه‌اي مقاومت به خوردگي دما بالا و فرسايش مواد مورد استفاده در توربين‌هاي گازي، موتورهاي جت، تجهيزات حمل‌و‌نقل و نيروگاه‌ها را افزايش مي‌دهند. اين لايه‌هاي پوششي از جنس الماس شبه‌کربن (DLC) ، TiO2، ZrO2 TiN Al2O3، V2O5، TiB2، SiC، اکسيد هافنيم و ساير اکسيدهاي محافظ هستند که با استفاده از روش‌‌هاي پاشش پلاسما، اشعه ليزر، CVD و PVD روي سطح زمينه اعمال مي‌شوند. گزارش شده است که با استفاده از پوشش‌هاي عايق حرارتي به عنوان لايه رويي، مقاومت به خوردگي و رفتگي سطح ماده در مقايسه با حالت بدون پوشش بهبود مي‌يابد. همچنين مشخص شده است که تخلخل‌هاي نانومتري روي مواد پوششي مي‌تواند منجر به افزايش نرخ خوردگي شود. اين تخلخل‌ها مي‌توانند با استفاده از الماس شبه‌کربنيا ساير مواد پوشش‌دهنده با چگالي بالا بسته شوند. پوشش‌هاي تبديلي لايه‌هاي غير فعال سطحي (پوشش‌هاي تبديلي)، حدوديک قرن جهت محافظت سطوح مواد از خوردگي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اين لايه‌ها نوعاً شامل کروم، زيرکونيوم، فسفات، آلومينيوم، پتاسيم، نيکل، طلا، نقره و لايه‌هاي غني از نقره بودند که تا حدي مقاومت پلاريزاسيون سطح مواد را زياد کرده، در نتيجه سبب کاهش جريان، پتانسيل و نرخ خوردگي مي‌شدند. اگر چه پوشش‌هاي تبديلي کروم شش ظرفيتي (پوشش‌هاي غير فعال) تأثيرات محيطي به همراه دارند، امروزه در بسياري از بخش‌ها از جمله بدنه هواپيماها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. نشاندن اين لايه‌ها معمولاً با استفاده از فرايندهاي شيمي تر صورت مي‌گيرد که هميشه مشکلات مربوط به کنترل آلودگي در آنها وجود دارد. اخيراً برنامه‌هاي تحقيقاتي جديد روي موليبدن، زيرکونيوم (ZrO2 متخلخل و فسفات با سه کاتيون (Fe,Zn,Mn) متمرکز شده‌اند، تا اينکه اين پوشش‌ها جايگزين پوشش‌هاي تبديلي تجاري شوند. ضخامت اين لايه‌ها مي‌تواند در محدوده 0.5 تا 20 ميکرومتر باشد. پوشش‌هاي لايه رويي مواد پلي‌اورتان جزو مواد پوششي مطلوب داراي محدوده وسيعي از خواص مانند عايق اسمزي، شيميايي، هيدروليتي و پايداري اکسايشي هستند که مي‌توانند براي جلوگيري از خوردگي مزايايي داشته باشند. اگر چه بسياري از مواد پوششي مانند مواد بر پايه اپوکسي و اکريليک، در دسترس و ارزانند، قابليت‌هاي محافظتي آنها به شرايط محيطي وابستگي شديدي دارد. به همين دليل پوشش‌هاي رويي پلي‌اورتان نه تنها براي لايه‌هاي آلي اوليه، بلکه براي محافظت سطوح مواد از خوردگي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اخيراً پلي‌اورتان‌هاي حاوي فلوئور که انرژي سطحي بسيار کمي دارند (6mN/m )، به‌شدت از نفوذيون‌ها و مولکول‌هاي خورنده، رطوبت، دما و تشعشع ماوراء بنفش جلوگيري مي‌کنند. همچنين گزارش شده است که پوشش‌هاي بين لايه‌اي و تکنيک‌هاي عمليات سطحي (مانند حک‌کاري پلاسما و شيميايي، مي‌توانند به‌طور مؤثري چسبندگي بين لايه‌هاي محافظ و سطوح مواد را افزايش داده، سبب افزايش مقاومت به خوردگي گردند. تغييرات ساختار در مقياس نانو ساختار مواد از جمله اندازه و شکل دانه‌ها، آنيل، تبلور مجدد و ساير عوامل مؤثر در ساختار در مقياس نانو، بر مقاومت به خوردگي تأثير شديدي مي‌گذارد. مواد با دانه‌هاي ريز و ذرات کروي و توزيع ساختاريکنواخت، مقاومت به خوردگي و خواص مکانيکي بالايي، از جمله استحکام و داکتيليته بالا و ضريب اصطکاک پايين خواهند داشت. براي مثال اخيراً تحقيقي نشان داده است که مقاومت به خوردگي پوشش آلياژي ZnNi که به روش رسوب الکتريکي تشکيل شده است، هفت برابر بيش از مقاومت به خوردگي پوشش Zn خالص است . روش‌‌هاي اندازه‌گيري در مقياس نانو جديداً دانشمندان فناوري نانو براي آناليز خواص نانومكانيكي پوشش‌هاي لايه نازك و مواد نانوساختاري كه سبب كاهش صدمات ناشي از خوردگي مي‌شوند، به‌طور وسيعي از روش‌‌هاي آزمايش فروروندگي در مقياس نانو، نانوخراش و از پروب استفاده مي‌كنند. در روش نانو فروروندگي، نوک فرورونده با استفاده از نيروي خارجي به داخل زمينه وارد مي‌شود. در حين اعمال بار، جابه‌جايي (نفوذ به داخل سطح ماده) فرورونده ثبت مي‌شود. منحني‌ها بر حسب اعمال بار و جابه‌جايي مي‌توانند خواص مکانيکي پوشش زمينه مانند سختي، مدوليانگ، رفتار تنش کرنش، زمان خزش، تافنس شکست و انرژي الاستيک پلاستيک را ثبت کنند. آزمايش نانوخراش براساس اصول فيزيکي مشابهي مانند آزمايش فروروندگي انجام مي‌شود. تفاوت آنها در اين است که در تست نانوخراشييک لبه برش روي پوشش زمينه با استفاده از نيروي خارجي ده ميکرونيوتن تايک نيوتن، خراشي در حد نانو اعمال مي‌کند. آزمايش پروب نيز که به وسيله هولت پاکارد ابداع شد، نوع ديگري از آزمايش فروروندگي است که ميزان چسبندگي پوشش به زمينه را به صورت داده‌هاي کمّي اعلام مي‌کند. در اين روشيک پروب از جنس تنگستن با شعاع نوک ده ميکرومتر داخليک لبه پليمري (با ضخامت ده تا صد ميکرومتر) حرکت مي‌کند. همين‌طور که اين پروب زير فيلم پليمري مي‌لغزد، لايه پليمري پيوند‌هاي خود را دريک نقطه خاص از اعمال بار از دست مي‌دهد و به شکل ترک‌هاي نيم‌دايره‌اي، گسترده مي‌شود. براساس اندازه انرژي شکست سطحي که پيوند‌هاي خود را از دست داده، نرخ کاهش انرژي، انرژي چسبندگي بين پوشش و زمينه محاسبه مي‌شود نتيجه‌گيري اخيراً مطالعاتي روي نانومواد براي استفاده از آنها در كاهش خوردگي صورت گرفته است. اين مواد شامل لايه‌هاي غير فعال سطحي، فيلم‌هاي نازک نانوکامپوزيتي، فيلم‌هاي عايق حرارتي، پوشش‌هاي لايه رويي و موادي در مقياس نانو مي باشد. جهت آناليز و تعيين مشخصات اين سري از نانومواد نيز روش‌هايي ابداع شده است. کليه اين تحقيقات روند نويدبخشي را نسبت به محافظت از خوردگي مواد ارائه مي‌دهند و جهت‌گيري آينده مبارزه با خوردگي را تبيين مي‌کنند. منبع