جستجو در تالارهای گفتگو

پژوهشگران دانشگاه کارولینای شمالی روشی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان نانولوله‌های کربنی را به تولید انبوه رساند. به گزارش ایسنا به نقل از ستاد نانو، این گروه از رنگ‌پاش برای تولید این نانوساختارها با قطر مختلف استفاده کردند. این روش جدید برای تولید انبوه نانولوله‌های کربنی پوشش‌دار نیز مناسب است. «آناتولی ملنکو» می‌گوید: استفاده از رنگ‌پاش یک روش‌ جالب برای تولید انبوه نانوساختارها است. معمولا برای تولید نانوذرات از کاتالیست‌های نیکل استفاده می‌شود، ما در این پروژه از رنگ‌پاش برای اسپری کردن این نانوذرات روی زیرلایه استفاده کردیم؛ با این کار نانوذرات روی سطح زیرلایه پخش می‌شوند و در نهایت نانولوله‌ها روی این نانوذرات رشد می‌کنند. رنگ‌پاش موجب می‌شود تا ذرات کاتالیست به صورت یکنواخت روی سطح وسیعی از زیرلایه قرار بگیرند؛ مزیت دیگر این روش آن است که می‌توان در مدت زمان بسیار کوتاهی در دمای اتاق مساحت بالایی را پوشش‌دهی کرد. بعد از پوشش‌دهی زیرلایه با رنگ‌پاش، این گروه تحقیقاتی یک لایه پودر سیلیکون را روی آن اسپری کرده و در نهایت زیرلایه را در اتمسفری حاوی استیلن و گاز آمونیاک در دمای 600 درجه سانتی‌گراد قرار می‌دهند. با این کار نانوفیبرهای کربنی روی نانوذرات نیکل رشد کرده و محصولی خالص حاوی پوشش سیلیکونی ایجاد می‌شود. این محصول به صورت جنگلی از نانوفیبرهاست که به صورت عمودی روی زیرلایه رشد کرده است. این گروه تحقیقاتی این روش را روی زیرلایه‌های آلومینیوم، مس و تیتانیوم آزمایش کردند. «مهمت ساراک» از محققان این پروژه می‌گوید: رشد نانوفیبرهای کربنی روی زیرلایه منجر به محصولی رسانا می‌شود که از آن می‌توان در حوزه‌های مختلف استفاده کرد. رشد نانولوله‌ها از طریق رسوب شیمیایی از فاز بخار تقویت شده با پلاسما (pecvd) انجام می‌شود که قبل از آن نانوذرات نیکل روی زیرلایه‌هایی از جنس سیلیسیم، آلومینیوم، مس و تیتانیوم قرار داده می‌شود. توزیع و مورفولوژی محصول نهایی را می‌توان با کنترل پارامترهای رنگ‌پاش تعیین کرد، در واقع نحوه توزیع نانوذرات کاتالیستی تاثیر زیادی روی محصول نهایی دارد. در صورت افزودن میکروذرات سیلیس به راکتور، محصول نهایی با سیلیس پوشش‌دهی می‌شود که این کار موجب افزایش استحکام مکانیکی نانوفیبرهای کربنی می‌شود. از این روش می‌توان برای تولید مواد تشکیل دهنده باتری‌های یون لیتیم استفاده کرد. منبع: مجله بسپار

پژوهشگران ژاپنی با ترکیب نانولوله‌کربنی و پلیمر موفق به تولید مدارات الکترونیکی انعطاف‌پذیر شدند. از این محصول می‌توان برای تولید ادوات الکترونیکی انعطاف‌پذیر استفاده کرد. طی‌ سال‌های گذشته تلاش‌های زیادی برای ساخت ادوات الکترونیکی انعطاف‌پذیر انجام شده است. در بیشتر محصولات تولید شده از الکترودهای فلزی و عایق‌های اکسیدی استفاده شده است که به دلیل استحکام ساختاری، انعطاف‌پذیری اندکی دارند. برخی محققان برای حل این مشکل از پلیمرها و ترکیبات یونی استفاده کرده‌اند اما این مواد نیز به دلیل سرعت کم و عملکرد ضعیف در ولتاژهای بالا نتیجه خوبی نداشته‌اند. اخیرا محققان موفق به ساخت مداراتی از جنس کربن شده‌اند که کاملا انعطاف‌پذیر است. این مدارها را می‌توان در قالب‌های مختلف وارد و شکل‌دهی کرد. با این روش می‌توان مدارات الکترونیکی را با مواد پلاستیکی ترکیب و قالب‌گیری کرد. در نهایت از ماده بدست آمده می‌توان برای تولید ادوات مختلف از تجهیزات پزشکی گرفته تا وسایل منزل تولید کرد. یوتاکا اونهو از دانشگاه ناگویا ژاپن می‌گوید مواد پلاستیکی که در حال حاضر در تلفن‌های همراه استفاده می‌شود، تنها برای محافظت از تلفن‌های هوشمند است اما با این فناوری می‌توان از این پلاستیک‌ها به عنوان مدار یا نمایشگر استفاده کرد. این کار موجب بهبود عملکرد و افزایش قابلیت‌های تلفن‌های همراه می‌شود. سان از محققان این پروژه می‌گوید نکته کلیدی در این پروژه آن است که تمام ساختار تولید شده از نانولوله‌کربنی و پلیمر بوده که این موجب انعطاف‌پذیری بیشتر ساختار و همچنین افزایش خاصیت ارتجاعی آن می‌شود. نتایج این پژوهش موجب می‌شود تا ما بتوانیم ارتباطی میان ادوات الکترونیکی و محصولات پلاستیکی ایجاد کنیم، با این کار سیستم‌های الکترونیکی جدید با قابلیت طراحی بهتر و عملکرد بالاتر بوجود می‌آید. این مدار جدید از ترکیبات کربنی مختلفی تشکیل شده است که از آن جمله می‌توان به نانولوله‌های کربنی اشاره کرد. علاوه‌براین از پلی‌متیل‌متاآکریلات (pmma) و پلی‌اتیلن‌نفتالات (pen) به ترتیب به عنوان لایه دی‌الکتریک و زیرلایه استفاده شده است. برخلاف پلیمرها و سیالات یونی که پیش از این به عنوان دی‌الکتریک انعطاف‌پذیر مورد استفاده قرار می‌گرفته،pmma به مدارات کمک می‌کند تا در ولتاژهای پایین‌تر و با سرعت بالاتر کار کنند. دلیل امکان کار در ولتاژ پایین وجود شبکه‌های نانولوله‌کربنی است. محققان این ساختار را با دمیدن به صورت گنبدی شکل در آوردند بدون این که ترکی در ساختار آن ایجاد شود. محققان معتقداند که برای تولید انبوه این سیستم، باید نانولوله‌هایی با ساختار یکسان و یکنواخت رشد داده شود. منبع: پینا

یک تیم تحقیقاتی چینی موفق شده است با پوشش‌دهی نخ به وسیله نانولوله‌کربنی، پلیمر و MnO2 ابرخازن پلیمری انعطاف‌پذیر تولید کند. امروزه ادوات الکترونیکی انعطاف‌پذیر، در حال توسعه و پیشرفت قابل ملاحظه‌ای هستند. اگر تا دیروز مدارات الکترونیکی درون منسوجات قرار داده می‌شد، اکنون ترکیبات سازنده این مدارات به قدری رشد کرده‌اند که می‌توان خود آن را بافت. بزودی منسوجات الکترونیکی وارد به بازار خواهند شد؛ منسوجاتی که قادر به حس، ذخیره‌سازی و نشر باشند. تمام این منسوجات به یک منبع تولید انرژی نیاز دارند، یک باتری که بتواند انرژی مورد نیاز آنها را تامین کند. محققان مدت‌هاست که به دنبال ساخت منسوجاتی با قابلیت ذخیره انرژی هستند. ابرخازن‌ها نقش مهمی در این میان ایفا می‌کنند؛ ادواتی که قابلیت ذخیره‌سازی انرژی را دارند. نتایج پژوهش انجام شده توسط محققان آزمایشگاه ملی ووهان و محققانی از چند موسسه مختلف دیگر در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Cable-Type Supercapacitors of Three-Dimensional Cotton Thread Based Multi-Grade Nanostructures for Wearable Energy Storage به چاپ رسیده است. این محصول یک رشته نخ پنبه‌ای بلند است که روی آن را با نانولوله‌های کربنی پوشش‌دهی کرده‌اند. برای ساخت این محصول، محققان رشته‌های نخ پنبه‌ای را درون یک محلول جوهر حاوی نانولوله‌کربنی غوطه‌ور کردند؛ سپس این رشته‌ها را در آون خشک کردند. در نهایت رشته‌هایی با رسانایی بالا به‌ دست آمد که مقاومتی کمتر از بیست اهم بر سانتیمتر داشتند. رشته‌هایی که با این روش ساده به‌ دست آمده‌اند، انعطاف‌پذیری بسیار بالایی دارند. از سوی دیگر مقدار ضخامت نانولوله‌ای که روی نخ ایجاد شده با تغییر زمان غوطه‌وری قابل کنترل است. در یک مرحله دیگر محققان سطح این نخ را با نانوساختارهای MnO2 و فیلم پلیمری پوشش‌دهی کردند؛ این کار با استفاده از یک فرآیند ترسیب الکتروشیمیایی انجام شد. دلیل استفاده از MnO2 این است که این ماده از نظر تئوری دارای ظرفیت بالایی است (1370 Fg-1)، از سوی دیگر این ماده زیست سازگار، ارزان و فراوان است. ضعف اصلی این ماده، هدایت الکتریکی اندک آن است که در این پروژه با استفاده از نانولوله‌ کربنی این مشکل رفع شده‌ است. فیلم پلیمری نیز استحکام کل رشته را افزایش می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که نخ حاوی PPy-MnO2-SWCNT از استحکام مکانیکی و هدایت الکتریکی بالایی برخوردار است. منبع: پینا

یک تیم تحقیقات بین‌المللی موفق شده است تا با وارد کردن نانوذرات طلا به ساختار پلی‌اورتان، پلیمر رسانا و انعطاف‌پذیر تولید کند. این فیلم رسانا کاربردهای وسیعی در تولید ادوات الکترونیکی انعطاف پذیر دارد. قطعات الکترونیکی انعطاف‌پذیر دارای کاربردهای متعددی است. برای مثال می‌توان از این قطعات در نمایشگرهای انعطاف‌پذیر، باتری‌ها و ادوات پزشکی استفاده کرد. نیکولاس کوتوف و همکارانش موفق شدند با افزودن نانوذرات طلا به پلی‌اورتان هدایت الکتریکی آن را افزایش دهند با این کار می‌توان صفحه‌های رسانا و انعطاف‌پذیر تولید کرد. این گروه تحقیقاتی از دانشگاه میشیگان نشان دادند که وجود نانوذرات طلا در ساختار پلیمر استحکام پلیمر را نیز بهبود می‌دهد. کوتوف می‌گوید: این کامپوزیت، حاوی نانوذرات به صورت فلز منعطف عمل می‌کند. از این روش می‌توان برای تولید کامپوزیت‌هایی حاوی نانوذرات مختلف استفاده کرد که کاربردهای متنوعی نیز خواهد داشت. این کامپوزیت در صورتی که دو برابر حالت اولیه خود کشیده شود هنوز رسانای الکتریکی خوبی است، پژوهشگران می‌کوشند تا این ساختار را به اشکال مختلف نظیر زیگزاگی یا فنری شکل در آورند. پژوهشگران این پروژه از این که افزودن نانوذرات طلا به پلیمر پلی‌اورتان می‌تواند انعطاف‌پذیری و تعداد الکترون‌های در حال حرکت را افزایش دهد شگفت‌زده هستند. نتایج این پژوهش در نشریه Nature به چاپ رسیده است. یونسیب کیم، نویسنده اول این مقاله می‌گوید: ما دریافتیم که در هنگام کشیده شدن پلیمر، نانوذرات به صورت زنجیره‌ای در یک صف قرار می‌گیرند به همین دلیل هدایت الکتریکی آن نیز افزایش می‌یابد. کوتوف می‌گوید: با کشیدن این پلیمر، نانوذرات در آن به نحوی تغییر وضعیت می‌دهند که رسانایی پلیمر حفظ شود. به همین دلیل است که این کامپوزیت هم دارای انعطاف‌پذیری و هم هدایت الکتریکی مناسبی است. این گروه تحقیقاتی موفق شده‌اند تا با استفاده از دو ماده مختلف، ساختار جدیدی با ویژگی‌ها جالب توجه ارائه کند. برای این کار از دو روش لایه‌ای و *****کردن استفاده شده است. محصولی که از روش لایه‌ای بوجود می‌آید دارای رسانایی بیشتری است در حالی که روش *****کردن منجر به محصول منعطف‌تر می‌شود. ساختار لایه‌ای که حاوی 5 لایه طلا است دارای هدایت الکتریکی 1100 S/cm بوده در حالی که اگر همین 5 لایه با استفاده از روش *****کردن بدست آید رسانایی 1800 S/cm را خواهد داشت. از این کامپوزیت می‌توان برای تولید الکترود در باتری‌های انعطاف‌پذیر استفاده کرد. این باتری‌ها در بخش جراحی‌های مغز قابل استفاده است. چنین الکترودهایی به دلیل انعطاف‌پذیری دارای دوام زیادی در مغز خواهد بود. منبع : Elastic electronics: Stretchable gold conductor grows its own wires منبع : مجله بسپار

محققان آلمانی موفق شدند روشی ساده و ارزان برای ترکیب کردن گرافن با پلاستیک پیدا کنند که از طریق آن می‌توان پلاستیک‌هایی مقاوم و رسانا تولید کرد. در یک پژوهش مشترک، محققان دانشگاه فرایبورگ موفق به تولید ماده هیبریدی از پلاستیک و گرافن شدند. این پروژه که به FUNgraphen موسوم است، به‌ دنبال ارائه فناوری‌هایی است که با استفاده از نوعی خاص از کربن بوجود می‌آید. در واقع محققان این پروژه، ماکرومولکول‌های جدیدی از کربن را ایجاد کرده و در نهایت کامپوزیت‌های مولکولی با ویژگی‌های ویژه ارائه کردند. این مولکول‌ها مشتقات گرافنی هستند. روش‌هایی که پیش از این برای وارد کردن گرافن به پلاستیک به کار گرفته می‌شد، بسیار گرانقیمت و پیچیده بوده، به‌ طوری که ارزش تجاری چندانی نداشته است. روشی که اخیرا توسط گروه تحقیقات آلمانی از دانشگاه فرایبورگ به رهبری «رولف مولهاپت» ارائه شده، به‌ نحوی است که می‌توان پلاستیک را در مقیاس انبوه و چندین کیلوگرم تولید کرد. محققان این پروژه گرافنی را که از گرافیت به‌ دست آمده، به‌ صورت فیزیکی و شیمیایی به پلیمرها متصل کردند، در نتیجه مولکول‌های بزرگ کربنی به‌ دست آمد که به آنها ماکرومولکول گفته می‌شود. این ماکرومولکول‌های کربنی سبک، رسانا، تجدیدپذیر و زیست سازگار هستند. همچنین نسبت به گرما، موادشیمیایی و تابش مقاوم بوده و نسبت به سیالات و گازها نفوذ ناپذیرند. علاوه‌ براین، محققان مقداری از این مولکول‌های بزرگ کربنی را در آب، حلال‌های غیرسمی و پلاستیک‌ها متفرق کردند و با این کار محلول‌هایی پایدار ایجاد کردند بدون این که نیاز به عوامل دیسپرس کننده وجود داشته باشد. از این مخلوط می‌توان برای پوشش‌دهی سطوح، ایجاد پوشش‌های کربنی رسانا و الگوهای میکرومقیاس رسانا استفاده کرد. در این فرایندها کربن می‌تواند جایگزین مواد رسانا و گرانقیمتی نظیر پالادیم و ایندیم شود. کاربردهای این فناوری بسیار متنوع خواهد بود؛ از آن برای تولید قطعات الکترونیکی قابل چاپ، کاتالیست‌های قابل چاپ و تولید مواد شیمیایی می‌توان استفاده کرد. از سوی دیگر استحکام مکانیکی لایه‌های ایجاد شده با این مواد بسیار بیشتر از لایه‌های اکسید قلع ایندیم است. با این روش محققان موفق شدند پلاستیک‌هایی مستحکم رسانا، مقاوم در برابر تابش و نفوذناپذیر در برابر گازها و سیالات ایجاد کنند. این کامپوزیت گزینه مناسبی برای تولید تانک‌های سوختی و خطوط لوله است. این تانک‌ها و خطوط در برابر تداخل‌های الکترومغناطیس مقاوم بوده و مصرف سوخت اتومبیل را در جابه‌جایی مواد سوختی کاهش می‌دهد. منبع : پینا

برای رسانا کردن پلیمر ها سه روش وجود دارد: ۱- ایجاد پلیمری با زنجیر اصلی نیمه رسانا که دارای باند دوگانه یک درمیان باشد که با عملیاتی به نام دوپینگ رسانایی آن افزایش می یابد. در این روش پلیمرها بدون اضافه کردن مواد هادی رسانای الکتریسته می شوند. وجه مشترک تمامی پلیمرهایی که با این روش، قابلیت هدایت الکتریکی پیدا می کنند، این است که پیوندهای ساده و دوگانه در ساختار مولکول آنها به صورت یک در میان قرار دارند. در حالت دوپینگ شده برخی از پیوندهای دوگانه آزاد می شوند و ابرهای الکترونی در طول زنجیر تحرک پیدا می کنند. در این حالت هدایت الکتریسته برای برخی از پلیمرها تا 400 هزار زیمنس بر سانتی متر هم می رسد. عمده ترین مشکل در این نوع رسانا سازی پایداری کم حالت هدایت الکتریکی است. برای برخی پلیمرها پس از چند هفته، هدایت به میزان توانهایی از ده کاهش می یابد. مشکل دیگر این نوع هادی سازی این است که پلیمرهای دوپینگ شده، غیر قابل ذوب و نامحلول هستند و در نتیجه فرایند آنها در صنعت تقریباً غیر ممکن است.این روش مستلزم طراحی و ساخت راکتور و بدست آوردن دانش فنی تولید این مواد است که مانع استفاده گسترده از این روش شده است. ۲- قراردادن پوشش رسانای الکتریسته بر روی پلیمر در این روش روکش کاری ضمینه پلیمری با فلزات، اکسیدهای فلزی یا نیمه هادی ها انجام می شود.مهمترین مشکل در این نوع رسانا سازی این است که روکش ها اغلب با استفاده از فرآیند (نشت بخارات در خلاء) بر روی سطح پلیمر کشیده می شوند ، اغلب یا از نظر شیمیایی- در اثر اکسایش در هوا- ویا از نظر مکانیکی- مقاومت سایشی و چسبندگی – ناپایدار هستند. همچنین گران بودن برخی فرایند های فیزیکی که برای این منظور استفاده می شود و عدم کارایی در برخی از کاربردها ازمشکلات استفاده از این روش است. ۳- افزودن ماده رسانای الکتریسته به آمیزه پلیمری امروزه مواد افزودنی گوناگونی برای ایجاد هدایت الکتریکی پلیمرها در دسترس است از جمله می توان به: نیکل، نقره ، فولاد ضد زنگ و نیز کربن در شکل و اندازه های مختلف مانند پودر، پولک و الیاف کوتاه و بلند اشاره کرد. استفاده از فیبریل ها به تازگی در کاربردهای مختلف نظیر رنگ آمیزی الکتروستاتیک و تلف کننده های بار الکتریسته ساکن رواج یافته است. از فیبریلها بیشتر در قطعات پلاستیکی قالب گیری شده داخلی و خارجی خودروها استفاده می شود. از دیگر موارد کاربردی می توان به سپرهای حفاظتی در برابر امواج الکترومغناطیسی یا امواج رادیوی(EMI/RFI) ، تلف کنده ای بار الکتریسته ساکن(ESD) و پلیمرهای هادی حساس به دما یا فشار اشاره کرد. در میان افزودنی ها مختلف برای ایجاد هدایت الکتریکی، دوده، به دلیل ارزان تر و سبک تر بودن در مقایسه با دیگر مواد، متداول ترین و موثر ترین ماده برای ایجاد هدایت الکتریکی تلقی می شود. با افزودن دوده به پلیمر ، میزان هدایت افزایش می یابد اما به موازات آن، فرایند اختلاط و تولید مشکل تر شده و خواص مکانیکی کاهش می یابد. همچنین به دلیل گران تر بودن دوده های هادی نسبت به پلیمرها ، استفاده مقدار زیاد آنها هزینه نهایی تولید را افزایش می دهد. منبع : وبلاگ تخصصی مهندسی صنایع پلیمر