تبیان، دستیار زندگی
وقتی در رابطه با نانو ساختارهای طبیعی صبحت می شود، منظور ساختارهایی هستند که به طور ذاتی دارای یک بعد در محدوده ابعاد نانو باشند، بدون آن که انسان در ساختار آن ها دست برده باشد...
عکس نویسنده
عکس نویسنده
نویسنده : اعظم اژدری
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه دوم

نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه دوم

اهداف جلسه:

1- تغییر خواص مواد در مقیاس نانو
2- نانو ساختار طبیعی چیست؟

1-2) تغییر خواص مواد در مقیاس نانو

تغییر رنگ: شفافیت، یک خاصیت فیزیکی است و نشان دهنده میزان توانایی یک ماده در عبور دادن نور مرئی از خود است. یک پرتو نور در برخورد با سطح ماده می تواند از آن عبور کند، جذب آن گردد یا بازتاب شود. اگر ماده پرتوهای نور را جذب کند و یا آن ها را باز تاباند، نور را مسدود کرده است.مواد مختلف بسته به عملکردشان در برابر تابش نور، می تواند کاربردهای فراوانی داشته باشد. به عنوان مثال اکسید روی و اکسید تیتانیوم نور ماورای بنفش را کاملا جذب می کند و نور مرئی را بازتاب می کند. این مواد که به رنگ سفید دیده می شوند، گزینه های بسیار مناسبی برای کرم های ضد آفتاب هستند. البته افراد بسیاری رنگ سفیدی را که این کرم ها بر روی پوست ایجاد می کنند، دوست ندارند. خوشبختانه این مشکل را می توان با کوچک کردن اندازه ذرات این مواد حل کرد. نانو ذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم، با وجود این که نور ماورای بنفش را کاملا جذب می کنند، اما برخلاف ذرات بزرگ تر کاملا شفاف هستند. این امر ناشی از آن است که اندازه نانو ذرات اکسید روی و اکسید تیتانیوم کوچک تر از طول موج نور مرئی است و از این رو لایه تشکیل شده از نانو ذرات توانایی عبور نور مرئی را دارند.

تغییر خواص مغناطیسی: کمی براده آهن را در یک لیوان آب حل کنید و آن را خوب به هم بزنید. قبل از این که براده ها ته نشین شوند، یک آهن ربا را به لیوا ننزدیک کنید، چه اتفاقی می افتد؟ آیا مخلوط آب و براده نسبت به میدان مغناطیسی آهن ربا عکس العملی نشان می دهد؟ اگر این آزمایش را خیلی خوب انجام داده باشید، بهترین نتیجه حاصل جذب ذرات براده توسط آهن ربا است. اما اگر همین آزمایش را توسط ذرات نانومتری آهن (یا کبالت) تکرار کنید، نتیجه متفاوت خواهد بود. سیال مغناطیسی مایعی است متشکل از نانوذرات فرومغناطیس (مانند آهن و کبالت) که در آب یا یک حلال آلی معلق شده اند. این مایع در حضور یک آهن ربا ( یک میدان مغناطیسی) خاصیت مغناطیسی بسیار قوی از خود نشان می دهد، به نحوی که با حرکت آهن ربا در اطراف این مایع می توان آن را به شکل های سه بعدی زیبایی درآورد. البته این سیال تا زمانی از خود چنین خاصیتی نشان می دهد که ذرات نانومتری آن ( تحت نیروی بین مولکولی) به یکدیگر نچسبد.

تغییر واکنش پذیری: خواص شیمیایی یک ماده، خواصی هستند که به طور مستقل نمی توان آن ها را اندازه گیری کرد. به این معنا که مقدار یک کمیت شیمیایی در طی واکنش و برهم کنش یک ماده با مواد دیگر مشخص می شود. واکنش پذیری یا تمایل یک ماده برای واکنش با سایر مواد، از جمله مهم ترین خواص شیمیایی است. حتما صحنه شعله ور شدن سدیم، لیتیم یا پتاسیم را در تماس با آب دیده اید. همه این ها عناصری هستند که به شدت واکنش پذیرند. تا آن جا که نمی توان آن ها را مانند سایر عناصر در تماس با هوا نگه داشت. اما در مقابل با انداختن یک انگشتر طلا در یک لیوان آب اتفاقی نمی افتد و یا پنجره های آلومینیومی بدون هرگونه مشکلی در مجاورت هوا استفاده می شوند (البته این به مدد لایه مقاوم اکسیدی است که بر روی سطح آل.مینیوم تشکیل می شود). اما همین مواد در مقیاس نانومتر رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. واکنش پذیری مواد در مقیاس نانومتر افزایش چشم گیری پیدا می کند. در این مقیاس ذرات طلا نه تنها واکنش پذیری بالایی دارند، بلکه برای افزایش سرعت واکنش مواد دیگر ( به عنوان کاتالیزگر) نیز استفاده می شوند. نانو ذرات آلومینیوم در هوا آتش می گیرند و می توان از آن ها به عنوان سوخت موشک استفاده کرد. افزایش واکنش پذیری مواد در این مقیاس، امکان ساخت کاتالیزگرهای بسیار قوی تری را فراهم کرده است. تا آن جا که پیش بینی می شود بتوان با استفاده از نانوکاتالیزگرها واکنش های بازگشت ناپذیر بسیاری را ( مانند تشکیل گازهای سمی NO و CO) در دما و فشار محیط برگشت پذیر کرد. آن چه گفته شد تنها مثال های محدودی از تغییر ویژگی های یک ماده در مقیاس نانو است. نقطه ذوب، خواص حرارتی، خواص الکتریکی، خواص مکانیکی و ده ها خاصیت فیزیکی و شیمیایی شناخته شده دیگر نیز در این مقیاس تغییر می کنند. گویا دیگر نمی توان بدون در نظر گرفتن اندازه ذرات یک ماده، آن را از روی خواصش شناسایی کرد. برخی برای حل این مشکل پیشنهاد داده اند یک بعد دیگر به جدول تناوبی مندلیف اضافه شود. بدبن معنا که برای مشخص کردن خواص یک عنصر، علاوه بر این که باید نام آن عنصر و جایگاه آن را در جدول مندلیف مشخص کرد، لازم است که معلوم شود خواص عنصر در چه ابعادی مد نظر است.

نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه دوم



پدیده های نانو در مقیاس طبیعت
در مباحث گذشته با انواع نانوساختارها و برخی از خواص جالب آن ها آشنا شدید. این مواد بسیار کوچک را امروزه از طریق روش های گوناگون فیزیکی و شیمیایی تولید می کنند. با این حال این گونه نیست که ابعاد و مقیاس نانو مقیاس بهره برده اند. آن چه بشر در قرن بیستم قادر به درک و به کارگیری آن شده است از زمان هایی بسیار دور در طبیعت مورد استفاده قرار گرفته است. صدها مورد از پدیده های نانو مقیاس در محیط اطرافمان وجود دارد. از مامولک هایی که به راحتی برخلاف نیروی جاذبه بر روی  سقف خانه ها حرکت می کنند تا پروانه هایی با بال هایی رنگین کمانی و اعجاب انگیز.

2-2) نانو ساختار طبیعی چیست؟

وقتی در رابطه با نانو ساختارهای طبیعی صبحت می شود، منظور ساختارهایی هستند که به طور ذاتی دارای یک بعد در محدوده ابعاد نانو باشند، بدون آن که انسان در ساختار آن ها دست برده باشد. در نتیجه انتظار می رود این ساختارها نیز به واسطه ابعاد نانومتری خود ویژگی های متفاوت و قابل توجهی داشته باشند. نانو ساختارهای طبیعی حاصل اجتماع و آرایش مولکول های سازنده آن مواد به گونه ای هستند که تحت یک چینش منظم ایجاد یک شبکه با ابعاد نانومتری کنند. از برهم کنش این ساختارهای بسیار کوچک با آب، نور و غیره خواص قابل توجهی ایجاد می شود. نانو ساختارهای طبیعی بسیاری تا به امروز شناسایی شده اند و در ادامه شما را با برخی از این پدیده های شگفت آور آشنا می کنیم.

مطالب مرتبط:

نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه اول
نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه دوم
نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه سوم
نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه چهارم
نانو مغناطیس و ساخت نمونه اولیه آهنربای مایع – جلسه پنجم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه و تنظیم : اعظم اژدری