به جز پیشرفت‌هایی كه در علم پزشكی مدرن، در قرن اخیر صورت گرفت، پزشكی جدیدتری ظهور کرده است که بیش از اینكه یک علم باشد، یك هنر وابسته به ابزار است. در پنجاه سال اخیر، دانش پزشكی بررسی بیماری‌ها را در ابعاد مولكولی به پیش برده است. از دیدگاه مولكولی، پزشكی مدرن هنوز در ابتدای راه خود قرار دارد. مثلاً امروزه از داروهایی استفاده می‌کنیم كه شامل ساختار محدودی از مولكول‌ها هستند. این ملکولها برای درمان یک بیماری خاص به کار می‌روند. به كمك نانوپزشكی، محصولات دارویی می‌توانند مثل ماشین‌های هوشمند برنامه‌ریزی شوند. آنها به حسگرهایی مجهزند که می‌توانند قدرت تصمیم‌گیری و تأثیرپذیری از محیط را برای ماشین فراهم کنند. این ماشین‌ها می‌توانند جلو عوارض جانبی و واكنش‌های حساسیت‌زا را بگیرند. داروهای جدید خود را با بدن سازگار می‌كنند و تنها با رسیدن به مقصد نهایی عمل اختصاصی خود را (که در واقع همان درمان است) انجام می‌دهند. آنها می‌توانند قبل از فعال ‌شدن دارو از آزاد شدن مقدار بیشتر از حد آن جلوگیری كنند و مانع بروز مسمومیت‌ شوند.

                                                                                    نانوروبات ها

 

نانوپزشكی چیست؟

درمان و پیشگیری بیماری‌ها از قابلیت‌های خوب فناوری نانو به شمار می‌رود. این فناوری با استفاده از نانوابزارها و نانوساختارهای مهندسی‌شده، اعمالِ ساخت، كنترل، دیدن و ترمیم سیستم زیستی انسان در مقیاس مولكولی را انجام می‌دهد. ابزارهای بسیار ابتدایی نانوپزشكی می‌توانند برای شناسایی بیماری‌ و توزیع دارو، و همچنین توزیع هورمون در بیماری‌های مزمن و نقص‌های سیستم بدن به کار روند. ابزارهای بسیار پیشرفته‌تر، از قبیل نانوروبات‌ها هستند که به عنوان جراحان کوچک داخل بدن عمل می‌کنند. (نانوروبات‌ها، روبات‌هایی هستند که اندازه‌ی آنها در حد نانومتر باشد).

چنین ماشین‌هایی می‌توانند با ورود به داخل سلول‌ها ساختار آسیب‌دیدة آنها را تغییر دهند و درصدد تعمیر آنها برآیند. آنها قادرند خود را تكثیر كنند یا نواقص ژنتیكی را با جابه‌جا كردن یا دستكاری مولكول‌های DNA (ماده‌ی اصلی سازندة موجودات زنده و وارث ژنتیكی موجود زنده شناخته می‌شود) برطرف سازند.

 

توانمندی های نانوپزشكی

دانشمندان معتقدند با پیشرفت‌هایی كه در مهندسی ژنتیك، فناوری نانو و پزشكی ایجاد شده و درك عمیقی كه از اعمال سلولی حاصل گردیده است، می‌توان ماشین‌های میكروسكوپی نیرومند و متخصص را برای مبارزه با بیماری‌ها طراحی كرد و توسط آنها در ابعاد سلولی به تعمیرات فیزیولوژیكی پرداخت.

 در تشخیص بیماری‌ها نمی‌توان به نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی و تاریخچه‌ی بیماری متكی بود. اما با جا دادن نقشه‌ی ژنتیكی انواع عوامل بیماریزا در بانك اطلاعاتی نانوروبات، می‌توان حملات باكتریایی را نابود كرد. بدین ترتیب، با انجام عملیات ترمیمیِ قابل برنامه‌ریزی برای اصلاح بیماری‌های سلولی ناشی از افزایش سن، جلوگیری از پیری و درمان آن به یك واقعیت علمی تبدیل می‌شود.

محققان قادرند با حركت دادن مولكول‌ها، موتورهایی در ابعاد نانو بسازند.

مثال‌هایی از کاربرد نانوفناوری در پزشکی:

1. هدف‌گیری و ارسال دارو به نقاط غیر قابل دسترس بدن با تجهیزات نانومتری

2. تولید بافت‌های مصنوعی سازگار با بدن

3. تولید سیستم‌های هوشمند برای شناسایی بیماری‌های در حال ایجاد در بدن

4. درمان برخی از بیماری‌های صعب‌العلاج مانند سرطان، ایدز و هپاتیت

5. مراقبت بهداشتی بهتر با استفاده از تجهیزات نانومتری در داخل بدن

آینده‌اندیشی در مورد نانوپزشكی

مطمئناً رشته‌ی نانوپزشكی برای توسعه به چندین دهه زمان نیاز دارد. شاید پیش از اینكه ما به تخیلمان اجازه دهیم تا آزادانه در مورد قول‌های داده‌شده توسط نانوپزشکی خیالپردازی کند، بهتر است توانایی‌هایی را در نظر بگیریم كه حقیقتاً قابل اجرا هستند. وقتی به نحوة حل مسائل مختلف توجه كنیم، متوجه می‌شویم بسیاری از مسائلی كه امروزه دشوار به نظر می‌آیند راحت خواهند شد. چه بسا مسائلی كه ساده‌تر جلوه می‌كنند، اما سخت‌تر از حد انتظار ظهور می‌یابند. زمانی فلج، واگیردار و علاج‌ناپذیر بود و امروزه به‌سادگی قابل پیشگیری است. سیفلیس زمانی انسان را تا حدّ دیوانگی و مرگ پیش می‌برد و اكنون با یك تزریق، خوب می‌شود و به نظر می‌رسد در آینده، قصة نانوفناوری در پزشكی، به قصة توسعة كنترل جراحی در ابعاد مولكولی تبدیل شود.

 

منبع:nanoclub.ir

دسته بندی، خواص و کاربرد

1. مقدمه

کامپوزیت ترکیبی است که از لحاظ ماکروسکوپی از چند ماده متمایز ساخته شده باشد، به طوری که این اجزاء به آسانی از یکدیگر قابل تشخیص باشند. به طور نمونه، یکی از کامپوزیت های آشنا بتن است که از دو جزء سیمان و ماسه ساخته شده است.

برای ایجاد تغییر و بهینه کردن خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، آن ها را ترکیب یا کامپوزیت می کنیم. به طور مثال پلی اتیلن (PE) که در ساخت چمن های مصنوعی از آن استفاده می گردد، رنگ پذیر نیست و به همین سبب رنگ این چمن ها اغلب مات است. برای برطرف نمودن این نقص به آن وینیل استات می افزایند تا خواص پلاستیکی، نرمیت و رنگ پذیری آن اصلاح شود. در واقع، هدف از ایجاد کامپوزیت، به دست آوردن ماده ای ترکیبی با خواص مورد انتظار می باشد.

نانوکامپوزیت نیز همان کامپوزیت است که یک یا چند جزء از آن، ابعاد کمتر از 100 نانومتر دارد. نانوکامپوزیت ها از دو فاز تشکیل شده اند. فاز اول یک ساختار بلوری است که در واقع پایه یا ماتریس نانوکامپوزیت محسوب می شود و ممکن است از جنس پلیمر، فلز و یا سرامیک باشد. فاز دوم نیز ذراتی در مقیاس نانومتر می باشند که به عنوان تقویت کننده (مواد پرکننده Filler) به منظور اهداف خاص از قبیل استحکام، مقاومت، هدایت الکتریکی، خواص مغناطیسی و ... در درون فاز اول (ماده پایه) توزیع می شوند.

در بحث نانومواد، نانوکامپوزیت ها از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. حضور ذرات و الیاف در ساختار نانوکامپوزیت ها معمولاً باعث ایجاد استحکام در ماده ی پایه می شود. در واقع هنگامی که ذرات و یا الیاف درون یک ماده ی پایه توزیع شوند، نیروهای اعمال شده به کامپوزیت به طور یکنواختی به ذرات یا الیاف منتقل می شود. با توزیع مواد پرکننده درون ماده پایه خصوصیاتی نظیر استحکام، سختی، خواص تربیولوژیکی و تخلخل تغییر می کند. ماده ی پایه می تواند ذرات را به گونه ای از هم جدا نگه دارد که رشد ترک به تأخیر افتد. به علاوه اجزاء نانوکامپوزیت ها بر اثر برهمکنش سطحی بین ماده ی پایه و مواد پرکننده، از خواص بهتری برخوردار می شوند. نوع و میزان برهمکنش ها نقش مهمی در خواص مختلف نانوکامپوزیت ها همچون حلالیت، خواص نوری، خواص الکتریکی و مکانیکی آن ها دارد.

2. طبقه بندی نانوکامپوزیت ها

انواع نانوکامپوزیت را می توان بر اساس ماده پایه آن ها به شرح زیر طبقه بندی کرد:

1. نانوکامپوزیت های پایه پلیمری Polymer matrix nanocomposites (PMNCs)

2. نانوکامپوزیت های پایه سرامیکی Ceramic matrix nanocomposites (CMNCs)

3. نانوکامپوززیت های پایه فلزی Metal matrix nanocomposites (MMNCs)

در ادامه به بررسی خواص و کاربرد هر یک از این نانوکامپوزیت ها پرداخته می شود.

2.1. نانوکامپوزیت های پایه پلیمری

در بین نانوکامپوزیت ها بیشترین توجه به نانوکامپوزیت های پایه پلیمری معطوف است. یکی از دلایل گسترش نانوکامپوزیت های پلیمری، خواص بی نظیر مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی آن است. نانوکامپوزیت های پلیمری عموماً دارای استحکام بالا، وزن کم، پایداری حرارتی بالا، رسانایی الکتریکی بالا و مقاومت شیمیایی بالایی هستند. تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی و معدنی بسیار مرسوم می باشد. بر خلاف تقویت کننده های مرسوم که در مقیاس میکرون می باشند، در نانوکامپوزیت ها تقویت کننده ها ذراتی در ابعاد نانومتر می باشند. با افزودن درصد کمی از نانوذرات به یک پلیمر خالص، استحکام کششی، استحکام تسلیم و مدول یانگ افزایش چشمگیری می یابد. به عنوان مثال، با افزودن تنها 0.04 درصد حجمی میکا (یک نوع سیلیکات) با ابعاد 50 نانومتر به اپوکسی (Epoxy)، مدول یانگ این ماده 58 درصد افزایش خواهد یافت.

دلیل دوم توسعه نانوکامپوزیت های پایه پلیمری و افزایش تحقیقات در این زمینه، کشف نانولوله های کربنی در سال 1991 میلادی است. استحکام و خواص الکتریکی نانولوله های کربنی به طور قابل ملاحظه ای با نانولایه های گرافیت و دیگر مواد پرکننده تفاوت دارد. نانولوله های کربنی موجب رسانایی و استحکام فوق العاده ای در پلیمرها می شوند به طوری که کاربردهای حیرت انگیزی همچون آسانسور فضایی را برای آن می توان متصور شد. از نظر نظامی نیز فراهم کردن هدایت الکتریکی در پلیمرها فرصت های انقلابی را به وجود خواهد آورد. به عنوان مثال از پوسته های الکتریکی-مغناطیسی گرفته تا کامپوزیت های رسانای گرما و لباس های سربازان آینده!

این دسته از کامپوزیت ها به دلیل خواص منحصر به فردی که دارند به طور گسترده ای در صنایع خودرو، هوا-فضا و بسته بندی مواد غذایی گسترش یافته اند. از دیگر کاربردهای نانوکامپوزیت های پلیمری پوشش های مقاوم به سایش، پوشش های مقاوم به خوردگی، پلاستیک های رسانا، حسگرها، آسترهای مقاوم در دمای بالا و غشاهای جداسازی گازها و سیالات نفتی می باشند. به عنوان مثال می توان به نوعی غشاء نانوکامپوزیتی ساخته شده از یک نوع پلیمر و نانولایه های سیلیکا اشاره کرد که توسط محققان دانشگاه کارولینای شمالی  ساخته شده است. این غشاء توانایی فوق العاده ای در جداسازی مولکول های آلی از گازها دارد.

2.2. نانوکامپوزیت های پایه سرامیکی

به مواد (معمولاً جامد) ی که بخش عمده ی تشکیل دهنده آن ها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می شود. سرامیک ها خواص بسیار خوبی نظیر مقاومت حرارتی بالا، پایداری شیمیایی خوب و استحکام مکانیکی مناسبی دارند، اما به دلیل پیوندهای یونی و کووالانس موجود در سرامیک ها چقرمگی شکست آن ها پایین است و تغییر شکل پلاستیک این مواد محدود می باشد. به منظور رفع این مشکل با اضافه کردن و جداسازی الیاف و ذرات مناسب، می توان چقرمگی شکست را بالا برد. اگر این تقویت کننده ها ابعاد نانومتری داشته باشند بالاترین چقرمگی شکست به دست می آید.

به طور مثال در شکل1 نانوکامپوزیت نیترید سیلیسیم حاوی نانولوله های کربنی چند دیواره، نشان داده شده است. برای ساخت این نانوکامپوزیت از پرس ایزواستاتیک گرم استفاده می شود. از خواص مکانیکی قابل توجه این نانوکامپوزیت ها می توان به استحکام خمشی و مدول الاستیک قابل توجه آن ها اشاره کرد.

3.2. نانوکامپوزیت های پایه فلزی

کامپوزیت های پایه فلزی، کم وزن و سبک بوده و به علت استحکام و سختی بالا کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوا-فضا پیدا کرده اند. اما این کاربردها به لحاظ کم بودن قابلیت کشش در این کامپوزیت ها محدود شده است. تبدیل کامپوزیت به نانوکامپوزیت سبب افزایش استحکام و رفع محدودیت های مذکور می شود.

نانوکامپوزیت های پایه فلزی اصولاً مشابه روش های متالوژی پودر تولید می شوند. این نانوکامپوزیت ها کاربردهای متفاوتی دارند خصوصاً نانوکامپوزیت های پایه منیزیم که در سال های اخیر به دلیل چگالی کم، استحکام بالا، مقاومت به خزش بالا و پایداری حرارتی مناسب، گسترش چشمگیری داشته اند. نانوکامپوزیت های پایه منیزیم کاربردهای گسترده ای در صنایع هوایی و خودروسازی دارند.

نانوکامپوزیت های پایه فلزی حاوی نانولوله های کربنی نیز از اهمیت ویژه ای برخوردارند. نانولوله ها می توانند سبب افزایش و یا بهبود خواصی نظیر رسانایی، استحکام، مقاومت و .. در فلزات شوند.

3. نانوکامپوزیت و فردا

مهمترین تأثیر نانوکامپوزیت ها در آینده از طریق کاهش وزن خواهد بود. اخیراً کامپوزیت های نانوذره سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده اند. در سال 2001 هم جنرال موتور و هم تویوتا شروع تولید محصول با این مواد را اعلام کردند. مزیت این مواد استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه جویی در سوخت را نیز به همراه خواهد داشت.

علاوه بر این نانوکامپوزیت ها به صنعت بسته بندی مواد غذایی نیز راه یافته اند تا سدی بزرگتر در برابر نفوذ گازها و کاهش فساد باشند. محققان معتقدند که افزودن دو درصد نانوذره رس به بسته بندی، 75 درصد تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن را کاهش می دهد که این امر به افزایش طول مدت نگهداری مواد غذایی کمک می کند. در مورد ضدباکتریهایی نظیر نانوذرات نقره، این نانوذرات از رشد عوامل زنده فاسده کننده مواد غذایی مانند باکتریها و قارچ ها جلوگیری می کنند.

خواص تعویق آتشگیری نانوکامپوزیت های حاوی نانوذرات سیلیکا، می تواند به خوبی مصارفی در سرویس خواب، پرده ها و محصولاتی از این دست پیدا کند.

 

مراجع:

1. H. Fischer,. “polymer nanocomposites fundamental research to specific applications”. Mater. Sci. Eng:C, 23 (2002) 763.

2. E. T. Thostenson, C. Li, T. W. Chou, “nanocomposites in context”, Composite Sci. Tech. 65 (2005) 491.

3. Bala’zsi, Z. Ko’nya, F. We’ber, L. P. Biro’ and P. Arato’, “preparation and characterization of carbon nanotube reinfarced silicon nitride composites”, Mater. Sci. Eng:C, 23 (2003) 1133.

4. فتح الله کریم زاده، احسان قاسمعلی، سامان سالمی زاده، "نانومواد؛ خواص، تولید و کاربرد"، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1384

 

 

نکته ها درباره قصه‏هاى قرآنى‏

1. بنا به تحقیق، 208 قطعه داستانى در قرآنى مجید آمده است که برخى ادامه برخى دیگر مى‏باشند و بعضى از آنها نیز کامل و مستقل مى‏باشند.

2. 63 سوره از 114 سوره قرآن کریم، حاوى قصه و حکایتى است و این یعنى آن که بیش از نیمى از سوره‏هاى قرآن، با هنر قصه‏پردازى به انتقال پیام خود پرداخته‏اند.

3. بیشترین قصه‏هاى قرآنى ابتدا در سوره اعراف و پس از آن بقره مى‏باشند و سوره آل عمران در رتبه سوم قرار دارد.

4. بیشترین داستان‏هاى قرآنى درباره حضرت موسى و قوم بنى اسرائیل و فرعونیان است. پس از آن، بالاترین آمار متعلق به داستان‏هاى حضرت ابراهیم(ع) و داستان‏هاى حضرت عیسى (ع) و مادرش حضرت مریم (ع) است.

5. هیچ یک از داستان‏هاى قرآنى براساس خیال‏پردازى یا شخصیت‏هاى فرضى نیست و همه قصه‏هاى قرآن واقعیت داشته‏اند و در واقع، روایتى الهى از یک رویداد حقیقى مى‏باشند.

6. گروهى از داستان‏هاى قرآن با استفهام تقدیرى آغاز مى‏شوند. این نوع استفهام، یکى از صنایع ادبى در فن داستان نویسى است که مخاطب را تشویق مى‏کند تا قصه را پى‏گیرى نماید؛(طه/9 و ص/20). در این روش معمولاً داستان با این مقدمه آغاز مى‏شود:«آیا این خبر را شنیده‏اید که...».

7. گروهى از داستان‏هاى قرآنى با روش نوین(چکیده نویسى)آغاز مى‏شود؛ یعنى قبل از شروع متن اصلى داستان، در جملات کوتاهى چکیده و هدف اصلى داستان مى‏آید و سپس از ایجاد آمادگى ذهنى، به اصل مطلب پرداخته مى‏شود. به عنوان نمونه، به آیات 10 تا 20 سوره اعراف - داستان آفرینش - مراجعه نمایید.

8. گاهى از همین روش به صورت معکوس استفاده شده است ؛ یعنى ابتدا داستان اصلى آورده شده، سپس به بیان خلاصه و چکیده آن پرداخته شده است تا در جمع بندى به خواننده کمک نماید؛(آل عمران/59).

9. شیوه قرآن در بیان قصه‏هاى عاشقانه بسیار لطیف و عبرت‏انگیز است. در قرآن کریم سعى شده است تا با مسائل عشقى به صورت سمبلیک و اشاره‏وار برخورد شود و از ارائه جزئیات یا به زبان آوردن صریح و زننده، خوددارى شود. با خواندن داستان یوسف و زلیخا، این نکته را در خواهید یافت.

10. یک نکته جالب در داستان‏هاى قرآنى، شکسته شدن حصار زمان است. گاهى حتى یک داستان در دل داستان دیگر آورده مى‏شود؛ در حالى که در زمان‏هاى مختلف رخ داده‏اند. این خصوصیت قرآن، باعث مى‏شود تا انسان با دقت و موشکافى، سعى در چیدن صحیح قطعات مختلف این داستان‏ها نماید و تمرکز بیشترى پیداکند.

11. نکته زیباى دیگر آن که در قصه‏هاى قرآنى، جایگاه خاص زنان و نقش تعیین کننده و محورى آنان در اغلب داستان‏هاى قرآنى است؛(تحریم 10 و زنان در داستان‏هاى قرآنى، به وضوح معرفى مى‏شوند و شخصیتى مستقل دارند.

12. قرآن در جاهایى که مى‏خواهد الگویى عمومى ارائه کند و یا اندرزى فراگیر در داستان‏هاى خود مطرح کند، از کلمات عامى مانند مردى از خاندان فرعون(مؤمن/28) یا زن لوط و زن نوح(تحریم/10) استفاده مى‏کند.

منبع:

www.porseman.net

یکی از کاربردی ترین و مولدترین زمینه ها در علوم محاسباتی، کاربرد آن در شاخه های علوم مولکولی و نانوفناوری است. این زمینه ها در کنار هم و در کنار علومی چون بیولوژی مولکولی ، ژنتیک مولکولی، فناوری اطلاعات و علوم شناختی ارکان انقلاب صنعتی-علمی را تشکیل می دهند. اشتراک بین این 4 رکن در آینده نزدیک ،به خلق فناوری همگرای فوق العاده ای منجر می شود که بوجود آمدن سیستم ها و ابزار و مواد هوشمندی را نوید می دهد؛ که ازپایین به بالا، اتم به اتم و مولکول به مولکول چیده شده و این در بر دارنده تمام کاراکترها، عملکردها و مکانیزم های پیچیده در سیستم های هوشمند زنده مانند حافظه، تعمیر خود به خود، تکثیربرنامه ریزی شده بی نقص، خود چیدمانی و خود سازماندهی می‌باشد.

 

همگرایی در مقیاس نانو رخ می دهد؛ جایی بنیادین که در آنجا بلوک های ساختمانی پایه، اعم از فیزیکی، بیلوژیکی و مواد هوشمند در کنار هم قرار می گیرند. نانوساختارها (یعنی اندازه ای بین 1 تا 100 نانومتر) چیده می شوند و قوانین میکروسکوپی چیدمان، ساختار قرارگیری زیر لایه ها را کنترل می کنند. در نهایت علوم محاسباتی و فناوری نانو با هم دانشی عالی را برای دستکاری و اصلاح ساختاری مواد در سطوح اتمی و هسته ای، بوجود آورده و چگونگی امکان کنترل کامل روی شکل گیری، عملکرد و خواص آنها را به عنوان مواد جدید هوشمند در اختیار ما می گذارند.  باکمک علوم نانو محاسبات اکنون می توانیم روی یک تک اتم در یک سیستم پیچیده مولکولی سوار شده  و به بررسی تعاملات ذرات آن بپردازیم، نظربه اینکه این سیستم نانومتری می تواند جامد، سیال، گاز، یک پروتئین DNA و یا یک ویروس باشد که در فاز خود از یک میکرو حالت به میکرو حالتی دیگر سویچ کرده و نتایج محاسباتی معنی داری را برای خواص قابل مشاهده بدست دهد.

مثال این آزمایش مفید در تصاویر زیر آمده؛ جایی که توزیع یک شکافت دینامیک در یک لایه اتمی به تصویر کشیده شده است.

رنگ ها نشان دهنده فشار در تراز مولکولی هستند بدین ترتیب که رنگ آبی کمترین و رنگ قرمز بیشترین فشار را نشان می دهد. موتورهای پروتئینی برائونی که از انواع آن می توان کینسین ها و میوسین ها(انتقال دهنده های غذا به داخل سلول های بدن) را نام برد و موتور چرخنده ATPase که برای سلول ها تولید سوخت ATP می کند ،جزسیستم هایی هستند که در چندین بخش دچار تغییر شده اند و بر اساس دینامیک لانژوین بهترین مثال برای کاربرد مدل سازی محاسباتی در سیستم های نانو بیولوژیکی هستند.

 

 

شبیه سازی در مقیاس های بزرگ در بخش نانو هم اکنون در کشورهای آمریکا، ژاپن و اروپا در حال انجام است. علاوه بر شبیه سازی مبتنی بر دینامیک کلاسیک، ما اکنون شاهد وقوع انفجاری در کاربردهای کوآنتم مکانیکی بر پایه روش های شبیه سازی برای طراحی مواد جدید وسیستم های کوچک که شامل چدین تن اتم می باشند هستیم. وقتی شبیه سازی انجام می شود داده های خروجی به سادگی به چشم می آیند و دیدی عمیق را نسبت به عمل شبیه سازی در اختیار محققان قرار می دهند. به عنوان یک نتیجه ابزار بصری در حال ورود به انقلابی در کاربردهای خود می باشند. دید خوب نسبت به نتایج، به ما امکان تصحیح فیزیک پایه را بوسیله دستیابی سریع به تغییر شکل های تحمل شده توسط سیستم می دهد.

در سطوح بین المللی علوم محاسباتی افق های جدیدی را برای کشورهای در حال توسعه بوسیله منابع و تعدیل مصارف روشن کرده است تا بتوانند در سطح جهانی نقش آفرین باشند. در ایران انستیتو تحقیقات علوم پایه (IPM) که در سال 1989 تاسیس شد، موسسه پیشگام در این زمینه بوده و در چندین شاخه از علوم پایه مانند فیزیک پلاسما، علوم نانو، پردازش تصویر، ریاضیات محاسباتی و مدل سازی پدیده ها در فیزیک ذرات با استفاده از داده های CERN فعالیت می کند. ما اکنون از این شادمان هستیم که می بینیم علوم محاسباتی در ایران با استقبال از سوی مراکز علمی همچون دانشگاه ها روبرو شده و در حال تبدیل به شاخه ای مستقل است. 

 

برگرفته از مقاله پروفسور رفیع تبار چاپ شده در ژورنال علمی zurich intelligencer

 

مقدمه

مواد نانو به عنوان موادي که حداقل يکي از ابعاد آن (طول، عرض، ضحامت) زير 100nm باشد تعريف شده اند، يک نانومتر يک هزارم ميکرون يا حدود 100000برابر کوچکتر از موي انسان است. به طور کلي، در يک تقسيم‌بندي عمومي، محصولات نانومواد را مي توان به صورت‌هاي زير بيان کرد:

فيلم‌هاي نانو لايه (Nano Layer Thin Films) ) براي کاربردهاي عمدتا الکترونيکي، نانو پوشش هاي حفاظتي براي افزايش مقاومت در برابر خوردگي، حفاظت در مقابل عوامل مخرب محيطي و نانو ذرات به عنوان پيش سازنده(precursor ) يا اصلاح ساز(Modifier ) پديده‌هاي شيميايي و فيزيکي. منظور از يک ساختار (Nanostructured Solid ) يا واضح تر يک بدنه نانوساختار جامدي است که در آن انتظام اتمي، اندازه کريستال هاي تشکيل دهنده و ترکيب شيميايي سراسر بدنه در مقياس چند نانو متري گسترده شده باشد.

خواص فيزيکي و شيميايي مواد نانو (در شکل و فرم‌هاي متعددي که وجود دارند از جمله ذرات، الياف، گلوله و...)در مقايسه با مواد ميکروسکوپي تفاوت اساسي دارند. تغييرات اصولي که وجود دارد نه تنها از نظر کوچکي‌اي اندازه بلکه از نظر خواص جديد آنها در سطح مقياس نانو مي‌باشد.

هدف نهايي از بررسي مواد در مقياس نانو، يافتن طبقه جديدي از مصالح ساختماني باعملکرد بالا مي باشد، که آنها را مي توان به عنوان مصالحي با عملکرد بالا و چند منظوره به شمار آورد. منظور از عملکرد چند منظوره، ظهور خواص جديد و متفاوت نسبت به مواد معمولي مي‌باشد به گونه‌اي که مصالح بتوانند کاربردهاي گوناگوني را ارائه نمايند.

1- مواد نانو کامپوزيت

مواد نانو کمپوزيت بر پايه پليمر (ماتريس پليمري) اولين بار در سال‌هاي 70 معرفي شده اند که از فناوري sol-gel جهت انتشار (Disperse ) دادن ذرات نانو کاني درون ماتريس پليمر استفاده شده است.

هر چند تحقيقات انجام شده در دو دهه گذشته براي توسعه تجاري اين مواد توسط شرکت تويوتا در ژاپن صورت گرفته است، ولي رشته نانو کمپوزيت پليمر هنوز در مرحله  جنيني و در آغاز راه مي‌باشد. در اين شرايط نانو آلومينا، بهترين ساختار نانويي است که افق جديدي را در صنعت سراميک‌ نويد مي دهد، زيرا کاربرد اين مواد پديده اي است که از نظر مکانيکي، الکتريکي و خواص حرارتي به طور مناسب داراي تعادل بوده و در رشته هاي مختلف کاربرد دارد. از جمله مي‌توان به چند نمونه اشاره کرد: تکنولوژي نانو فلز آرتونايد که اخيرا الياف تجاري نانو آلومينا  را توليد کرده است و ذرات نانويي غير فلز مانند: نانوسيليکا، نانو زيرگونيا و مواد ديگر اصلاح کننده سراميک ها.

2- بتن با عملکرد بالا

يکي از چالش‌هايي که در رشته مصالح ساختماني بوجود آمده است، بتن با عملکرد بالا (HPC) مي باشد. اين نوع بتن مقاوم از نوع مصالح کامپوزيت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزيت و چند فازي مرکب و پيچيده مي باشد. خواص، رفتار و عملکرد بتن بستگي به نانو ساختار ماده زمينه بتن و سيماني دارد که چسبندگي، پيوستگي و يکپارچگي را بوجود مي آورد.

بنابراين، مطالعات بتن و خمير سيمان در مقياس نانو براي توسعه مصالح ساختماني جديد و کاربرد آنها اهميت دارد.روش معمولي براي توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهاي مختلفي از جمله طرح اختلاط بتن معمولي و بتن مسلح با انواع مختلف الياف مي‌باشد. در مورد بتن به طور خاص، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانيکي بهتر، بتن با عملکرد بالاي چند منظوره (MHPC) خواص اضافه ديگري را دارا مي‌باشد، از جمله مي‌توان به خاصيت الکترو مغناطيسي و قابليت بکار گيري در سازه هاي اتمي (محافظت از تشعشعات) و افزايش موثر بودن آن در حفظ انرژي ساختمان‌ها و ... را نام برد.

3- نانو سيليس آمورف

در صنعت بتن، سيليس يکي از معروفترين موادي است که نقش مهمي در چسبندگي و پر کنندگي بتن با عملکرد بالا (HPC) ايفا مي کند.

محصول معمولي همان سليکيافيوم يا ميکرو سيليکا مي‌باشد که داراي قطري در حدود0.1 تا 1 ميليمتر بوده و داراي اکسيد سيليس حدود 90% مي‌باشد. مي‌توان گفت که ميکروسيليکا محصولي است که براي افزايش عملکرد کامپوزيت مواد سيماني به کار برده مي‌شود.

محصولات نانو سيليس متشکل از ذراتي هستند که داراي گوله‌اي شکل بوده و با قطر کمتر از 100nm يا بصورت ذرات خشک پودر يا به صورت معلق در مايع محلول قابل انتشار مي‌باشند، که مايع آن معمول‌ترين نوع محلول نانوسيليس مي باشد، اين نوع محلول آزمايشات مشخص در بتن خود تراکم ([2] SCC ) به کار گرفته شده است. نانو سيليس معلق کاربردهاي چند منظوره از خود نشان مي دهد مانند:

خاصيت ضد سايش

ضد لغزش

ضد حريق

ضد انعکاس سطوح

آزمايشات نشان داده‌اند که واکنش مواد نانو سيليس (Colloidal Silica) با هيدرواکسيد کلسيم در مقايسه با ميکروسيليکا سريع‌تر انجام گرفته و مقدار بسيار کم اين مواد همان تاثير پوزالاني مقدار بسيار بالاي ميکروسيليکا را در سنين اوليه دارا مي باشد. تمام کارهاي انجام يافته بر روي کاربرد مواد نانو سيليس کلوئيدي (Colloidal Nano Silica )در بخش اصلاح مواد ريولوژي، کارپذيري و مکانيکي خمير سيمان بوده است. آنچه که در اينجا مطرح است نتايج اوليه محصولات نانو سيليس با قطري در محدوده 5 تا 100nm  مي‌باشد.

4- نانو لوله‌ها (NANOTUBES)

همان گونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولا الياف براي مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانيکي بتن بکاربرده مي شوند. امروزه از الياف فلزي، شيشه‌اي، پلي پرويلين، کربن و ... در بتن براي مسلح کردن استفاده مي شود و ليکن تحقيقات روي بتن مسلح شده توسط نانو لوله‌ کربني (Carbon Nan otubes )انتشار  نيافته است تا بتوان از نتايج براي مسلح کردن بوسيله نانولوله ها استفاده کرد.

نانو لوله کربني توسط LIJIMA در سال 1991 کشف شده است و کارهاي بسياري بر روي ساختار نانو در بخش فيزيک کوآنتم انجام يافته است بطوري که تحقيقات نوين روي تکنولوژي و مهندسي نانو در سطح جهاني نقش اساسي و اصلي بازي مي کند. کربن 60 و نانو لوله‌هاي نوين داراي ساختاري هستند که آنها را از فولاد قوي‌تر و بسيار سبک مي کند بطوريکه مي توانند خميدگي و کشش را بدون شکستن تحمل نمايند و در آينده جايگزين الياف کربن خواهند شد که در کامپوزيت‌ها بکار برده مي شوند.

 نانو لوله‌ها با توجه به تحقيقات انجام شده در مرکز تحقيقات بتن (وابسته به موسسه ACI شاخه ايران) داراي مقاومت کششي بيش از هر نوع الياف بتني شناخته شده مي‌باشند و نيز نانو لوله‌ها خواص ويژه قابل ملاحظه حرارتي و الکتريکي از خود نشان مي دهد، بطوريکه هادي بودن حرارت آنها بيش از دو برابر الماس و هادي بودن الکتريکي آنها 1000برابر مس است.

نانو لوله‌ها طبقه جديدي از محصولات مي‌باشند که انقلابي جديد در زمينه مصالح و مواد نانو کامپوزيت‌هاي چند منظوره بوجود آورده اند ومي‌توانند به عنوان نانو لوله‌هاي کربني در نقش الياف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گيرند. بنابراين نانو لوله‌هاي کربني از اجزاي کليدي بدست آوردن هدف اصلي ذکر شده در فوق به عنوان مسالح ساختماني با عمکرد  بالاي چند منظوره، بازي مي‌کنند.

5- نتيجه‌گيري

منظور از مقاله ارائه شده نشان دادن مصالح جديد ساختماني و بيان مزاياي استفاده از اين نوع مواد در صنعت ساختمان مي باشد، البته به دليل نو بودن اين نوع مصالح زمينه‌هاي فراواني براي کارهاي نظري و عملي در دانشگاه هاي کشور مي باشد با معرفي مصالح  و ساختار نانو راه براي گام‌هاي بلندتر در اين زمينه باز خواهد شد.

 

منبع:سايت علمي و اطلاع رساني عمران ايران